JP2008311317A - 半導体発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた光の取り出し効率を有する半導体発光素子を提供すること。
【解決手段】本発明は、基板１０上に設けられたＡｌＧａＮ／ＧａＮの多層膜からなる多層反射膜１２と、多層反射膜１２上に設けられたｎ型ＧａＮ層からなる第１半導体層１６と、第１半導体層１６上に設けられた２次元フォトニック結晶構造を有する、ＩｎＧａＮ／ＧａＮのＭＱＷからなる活性層１８と、活性層１８上に設けられた第１半導体層１６と反対の導電型のｐ型ＧａＮ層からなる第２半導体層２０と、第２半導体層２０上に設けられた光出射面２５と、を具備し、活性層１８はフォトニックバンドギャップを有する半導体発光素子である。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体発光素子に関し、より詳細には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に関する。

半導体発光素子はＬＥＤ（Light Emitting Diode）やＬＤ（Laser Diode）のように光を発する半導体素子であり、光通信や光記憶媒体を用いた記憶装置等に用いられている。特に窒化物半導体からなるＬＥＤは青色の光を発することができるとして注目を浴びている。なお、窒化物半導体とは、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＩｎＮ（窒化インジウム）およびこれらの混晶であるＡｌＧａＮやＩｎＧａＮ等の窒素を含む半導体のことをいう。

高輝度なＬＥＤを得る上で重要となるのが、活性層から出射した光を如何に効率よく外部に取り出すかである。一般的なＬＥＤでは活性層から出射した光をＬＥＤの上面から取り出す。光は活性層から３６０°全ての方向に出射される。活性層から横方向および下方向に出射された光はＬＥＤの内部を反射しながら進行するうちに、活性層や電極等で吸収されてしまう。このため、ＬＥＤの上面から取り出される光は活性層から出射した光の一部でしかなく、光の取り出し効率が悪い。

特許文献１には、光の取り出し効率を向上させる目的で、基板と活性層との間にブラッグ反射層を配置した半導体発光素子が開示されている。非特許文献１には、活性層の形状をサブミクロンスケールの複数の柱状形状にすることで、光を散乱させて光の取り出し効率を向上させる技術が開示されている。
特開２００１−１８９４９１号公報 International Symposium on Compound Semiconductors August 2006 p153-p154

半導体発光素子であるＬＥＤにおいて、光の取り出し効率を向上させることが求められている。特許文献１によれば、ブラッグ反射層にほぼ垂直に入射した光は高反射率で反射し、ＬＥＤの上面から取り出すことができる。このため、光の取り出し効率が改善する。しかしながら、ブラッグ反射層に斜めに入射した光に対しては反射率が急激に低下するため、ＬＥＤの上面から取り出すことが難しい。したがって、光の取り出し効率は未だ不十分である。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、優れた光の取り出し効率を有する半導体発光素子を提供することを目的とする。

本発明は、基板上に設けられた多層反射膜と、前記多層反射膜上に設けられた第１半導体層と、前記第１半導体層上に設けられた２次元フォトニック結晶構造を有する活性層と、前記活性層上に設けられ、前記第１半導体層と反対の導電型である第２半導体層と、前記第２半導体層上に設けられた光出射面と、を具備し、前記活性層はフォトニックバンドギャップを有することを特徴とする半導体発光素子である。本発明によれば、活性層から基板に対して垂直方向に光が出射され、基板に垂直に出射された光は多層反射膜により高反射率で反射されて、第２半導体層上に設けられた光出射面から出射される。このため、半導体発光素子の上面からの光の取り出し効率を向上させることが可能となる。

上記構成において、前記活性層は、前記基板の水平方向に複数の柱状部が周期的に配置された構造をしている構成とすることができる。

上記構成において、前記柱状部の半径をｒ、隣接する前記柱状部の間隔をａとしたとき、０．２≦ｒ／ａ≦０．４である構成とすることができる。この構成によれば、フォトニックバンドギャップを有する活性層を得ることができる。

上記構成において、前記複数の柱状部それぞれの間は空洞部である構成とすることができる。この構成によれば、フォトニックバンドギャップを大きくすることができる。

上記構成において、前記第２半導体層上に設けられた反射防止膜を具備し、前記光出射面は、前記反射防止膜の上面である構成とすることができる。この構成によれば、半導体発光素子の上面からの光の取り出し効率をさらに向上させることができる。

上記構成において、前記反射防止膜は、前記第２半導体層の周囲より内側に形成されている構成とすることができる。この構成によれば、活性層の周囲の領域から出射される光を抑制することができる。

上記構成において、前記基板は、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＮおよびサファイアのいずれか１つからなる構成とすることができる。また、上記構成において、前記第１半導体層、前記活性層および前記第２半導体層は、窒化物半導体層である構成とすることができる。さらに、上記構成において、前記活性層は、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの多重量子井戸からなる構成とすることができる。さらに、上記構成において、前記多層反射膜はＡｌＧａＮ／ＧａＮの多層膜からなる構成とすることができる。

上記構成において、前記第２半導体層はＭＯＣＶＤ法で成長されてなる構成とすることができる。この構成によれば、複数の柱状部それぞれの間に設けられた空洞部を保持したまま第２半導体層を形成することができる。

本発明によれば、活性層から基板に対して垂直方向に光が出射され、基板に垂直に出射された光は多層反射膜により高反射率で反射されて、第２半導体層上に設けられた光出射面から外部に出射される。このため、半導体発光素子の上面からの光の取り出し効率を向上させることができる。

まず初めに、従来の課題を明確にするために行なったシミュレーションについて説明する。図１はシミュレーションに用いた構造の断面図であり、表１は各層のスペックを示している。図１および表１を参照に、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）基板１１上に多層反射膜１２が設けられている。多層反射膜１２は膜厚５０ｎｍのＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎと膜厚４５ｎｍのＧａＮとの組が２６組積層された多層膜である。多層反射膜１２上にＧａＮ層１３が設けられている。

図２は、図１におけるＧａＮ層１３上方から波長４５０ｎｍの光を多層反射膜１２に入射させた場合の、入射角度と反射率との関係をシミュレーション計算した結果である。図２の横軸は、光が多層反射膜１２に垂直に入射した場合を０度とした時の入射角度であり、縦軸は多層反射膜１２による光の反射率である。なお、図中の太線はＴＭ（Transverse Magnetic）偏波光について示しており、細線はＴＥ（Transverse Electric）偏波光について示している。

図２を参照に、入射角度が０度から１０度付近では、反射率は約９５％と非常に高い。しかしながら、入射角度が１０度を超えると反射率は急激に低下し、入射角度が１８度以上になると反射率は１０％程度になる。特に、ｃ軸配向した結晶を用いたＩｎＧａＮ系ＬＥＤでは、活性層から出射される光の大部分は、基板に水平な面内に電場があるＴＭ偏波光であり、ＴＭ偏波光の反射率は入射角度が１８度を超えると０％に近づく。これらより、多層反射膜１２で光を反射できる入射角度は１８度程度までであり、特に効率よく反射できる入射角度となると１０度程度までとなる。なお、入射角度が４６度付近で、反射率が急激に上昇しているのは、次で説明する光の臨界角のためである。

図３を用いて、多層反射膜１２の効果を詳しく説明する。図３を参照に、サファイア基板１１上に多層反射膜１２が設けられていない場合、つまり、サファイア基板１１上にＧａＮ層１３が直接設けられている場合は、サファイアの屈折率は１．７５、ＧａＮの屈折率は２．４４であることから、ＧａＮ層１３からサファイア基板１１に入射する光の臨界角は４６度となる。つまり、サファイア基板１１に４６度以下で入射した光（ａ）はサファイア基板１１に透過する。このため、サファイア基板１１に４６度以下で入射した光をＧａＮ層１３上方に（つまり、半導体発光素子の上面から）取り出すことは難しい。

しかしながら、サファイア基板１１上に多層反射膜１２を設けることで、サファイア基板１１に１８度以下で入射した光（ｂ）を半導体発光素子の上面から取り出すことができる。つまり、多層反射膜１２を設ける前は、半導体発光素子の上面から取り出すことが難しかった、サファイア基板１１に４６度以下で入射する光のうち、サファイア基板１１に１８度以下で入射する光を半導体発光素子の上面から取り出すことが可能となる。しかしながら、サファイア基板１１に１８度以上４６度以下で入射する光は依然としてサファイア基板１１に透過してしまい、半導体発光素子の上面から取り出すことが難しい。このため、光の取り出し効率の向上は未だ不十分である。そこで、上記課題を解決するための実施例を以下に示す。

図４は実施例１に係る半導体発光素子（ＬＥＤ）の断面図である。図４を参照に、サファイアからなる基板１０上にＡｌＮ／ＧａＮからなるバッファ層１４が設けられている。バッファ層１４上にＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎ／ＧａＮの多層膜からなる多層反射膜１２が設けられている。多層反射膜１２上にｎ型ＧａＮ層からなる第１半導体層１６が設けられている。第１半導体層１６上にＩｎ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎ／ＧａＮの多重量子井戸（ＭＱＷ）からなり、２次元フォトニック結晶構造を有する活性層１８が設けられている。活性層１８上にｐ型ＧａＮ層からなる第２半導体層２０が設けられている。第２半導体層２０上にＩＴＯ／ＳｉＯ_２からなりｐ型透明電極を兼ねる反射防止膜２２が設けられている。反射防止膜２２の上面は活性層１８から出射された光を外部に出射する光出射面２５である。第１半導体層１６上に、Ｔｉ（チタン）／Ａｌ（アルミニウム）／Ｐｔ（白金）からなるｎコンタクト電極２４を介してＴｉ／Ａｕからなるｎ電極２６が設けられており、第２半導体層２０上にＴｉ／Ａｕからなるｐ電極２８が設けられている。なお、バッファ層１４、多層反射膜１２、第１半導体層１６、活性層１８、第２半導体層２０および反射防止膜２２は表２に示す膜厚等のスペックに従い形成されている。

次に、図５（ａ）および図５（ｂ）を用いて２次元フォトニック結晶構造を有する活性層１８について説明する。図５（ａ）は活性層１８を斜め上方から見た場合の斜視図であり、図５（ｂ）は活性層１８の一部の領域を上方から見た場合の上視図である。図５（ａ）および図５（ｂ）を参照に、活性層１８は円柱の形状をした複数の柱状部１８ａが三角格子状に周期的に配置された構造をしている。複数の柱状部１８ａそれぞれの間は空洞部１９になっており、空洞部１９は空気で充満されている。このように、屈折率の異なる２種類の材料（実施例１では、Ｉｎ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎ／ＧａＮと空気）を周期的に配列させた構造を２次元フォトニック結晶構造という。

ここで、柱状部１８ａの半径ｒおよび隣接する柱状部１８ａの間隔（ピッチ間隔）ａを決定するために行なったシミュレーションについて説明する。図６はｒ／ａ＝０．１の場合、図７はｒ／ａ＝０．２の場合、図８はｒ／ａ＝０．３の場合、図９はｒ／ａ＝０．４の場合、図１０はｒ／ａ＝０．５の場合の、基板１０に水平方向に伝搬し、かつ、基板１０に水平な面内に電場があるＴＭ偏波光についてのフォトニックバンド構造を計算したシミュレーション結果である。図６から図１０の横軸は、２次元六方格子の第１ブリルアンゾーン内の波数であり、Γ、Ｍ、ＫはそれぞれブリルアンゾーンのΓ点、Ｍ点およびＫ点に対応する。縦軸はピッチ間隔ａと光速ｃにより無次元化した周波数（ωａ／２πｃ）である。ここで、ωは光の角周波数である。縦軸の無次元化周波数（ωａ／２πｃ）は、ピッチ間隔ａにより無次元化された波長の逆数（ａ／λ）と等しい。ここで、λは光の波長である。また、無次元化周波数（ωａ／２πｃ）は、ピッチ間隔ａとプランク定数ｈと光速ｃにより無次元化されたフォトンエネルギー（ａＥ／ｈｃ）とも等しい。ここで、Ｅはフォトンエネルギーである。

図６から図１０によれば、ｒ／ａ＝０．２の場合（図７）、ｒ／ａ＝０．３の場合（図８）、ｒ／ａ＝０．４の場合（図９）は、対応する波数の存在しない無次元化周波数領域Ｔ、つまりフォトニックバンドギャップがある。このような無次元化周波数の光は基板１０に水平方向に伝搬することができない。つまり、フォトニックバンドギャップに相当する無次元化周波数を有する光は、活性層１８から水平方向に出射されずに、基板１０に垂直方向に出射される。表３は、これらフォトニックバンドギャップの最小無次元化周波数と最大無次元化周波数について計算した結果である。図１１は表３をグラフ化したものである。表３および図１１を参照に、ｒ／ａ＝０．３の場合が最もフォトニックバンドギャップが大きい。これらより、柱状部１８ａの半径ｒとピッチ間隔ａとは、０．２≦ｒ／ａ≦０．４を満たすように設定することが好ましい。また、ｒ／ａ＝０．３を満たすように設定することがより好ましい。

ここで、実施例１に係る半導体発光素子において、活性層１８はＩｎ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎ／ＧａＮのＭＱＷであることから、活性層１８から出射される光の波長は約４５０ｎｍである。また、前述のように、光の無次元化周波数（ωａ／２πｃ）は、無次元化波長の逆数（ａ／λ）と等しい。よって、ａ／４５０がフォトニックバンドギャップに相当する無次元化周波数と同じになる場合は、活性層１８から基板１０に対して水平方向に光は出射されずに、基板１０に対して垂直方向に光が出射される。

表４は波長４５０ｎｍの場合の無次元化波長の逆数（ａ／４５０）がフォトニックバンドギャップに相当する無次元化周波数と同じになる場合の、柱状部１８ａの半径ｒおよびピッチ間隔ａを計算した結果である。表４に示す値を満たすように、柱状部１８ａの半径ｒおよびピッチ間隔ａを設定することで、基板１０に対して垂直方向に活性層１８から光を出射させることができる。このように、活性層１８から出射される光の波長に合わせて、柱状部１８ａの半径ｒ、ピッチ間隔ａを決定することで、活性層１８から出射される光の無次元化波長の逆数をフォトニックバンドギャップに相当する無次元化周波数と同じにする、つまり、活性層１８から出射される光の無次元化波長の逆数をフォトニックバンドギャップの最小無次元化周波数と最大無次元化周波数との間にすることができる。なお、実施例１のように、活性層１８から４５０ｎｍの波長の光が出射される場合は、例えば、柱状部１８ａの半径ｒは６６ｎｍに、ピッチ間隔ａは２２０ｎｍに設定することができる。

実施例１によれば、図４に示すように、２次元フォトニック結晶構造を有する活性層１８が設けられている。そして、表３および表４を用い説明したように、活性層１８から出射される光の無次元化波長の逆数は、２次元フォトニック結晶構造のフォトニックバンドギャップに相当する無次元化周波数と同じである。つまり、活性層１８は、自ら出射する光の波長に対応するフォトニックバンドギャップを有する。これにより、活性層１８から基板１０に対して垂直方向の光が出射される。また、基板１０上には多層反射膜１２が設けられている。図２に示すように、多層反射膜１２に垂直に入射した光は高反射率で反射される。このため、活性層１８から基板１０に向かって垂直に出射された光の大部分は、多層反射膜１２により反射され、第２半導体層２０上に設けられた反射防止膜２２の上面である光出射面２５から外部に出射される。つまり、半導体発光素子の上面から外部に反射される。これらより、活性層１８から出射された光の大部分を半導体発光素子の上面から取り出すことが可能となる。このため、半導体発光素子の上面からの光の取り出し効率を向上させることができる。

また、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、活性層１８は円柱の形状をした複数の柱状部１８ａが周期的に配置された構造をしており、複数の柱状部１８ａそれぞれの間は空気で充満された空洞部１９になっている。空気の屈折率は柱状部１８ａの屈折率に比べて非常に小さい。つまり、柱状部１８ａと空気との屈折率差は大きい。このように、屈折率差の大きい２種類の材料を周期的に配列させることで、２次元フォトニック結晶構造のフォトニックバンドギャップを大きくすることが可能となる。なお、実施例１では、空洞部１９は空気で充満されている場合を示したが、これに限らず、柱状部１８ａとの屈折率差が大きい材料であればその他の材料でもよい。しかしながら、空気の屈折率は非常に小さく、且つ、空洞部１９に空気が充満した構造は容易に形成できることから、空洞部１９は空気で充満されている場合が好ましい。また、柱状部１８ａの形状は円柱に限られるわけではない。

さらに、図４に示すように、第２半導体層２０上に反射防止膜２２が設けられており、光出射面２５は反射防止膜２２の上面である。これにより、光出射面２５での光の反射を抑制することができ、半導体発光素子の上面からの光の取り出し効率をより向上させることが可能となる。特に、実施例１によれば、反射防止膜２２に対して垂直に光が入射するため、反射防止膜２２に様々な角度から光が入射する場合に比べて、光の反射を抑制するという反射防止膜２２の効果をより大きく得ることができる。なお、反射防止膜２２の膜厚（ＩＴＯ膜：２５０ｎｍ、ＳｉＯ_２膜：２００ｎｍ）は、４５０ｎｍの波長の光に対して低反射率となる値であるため、活性層１８から出射される光の波長により、適宜変更することができる。

さらに、図４に示すように、基板１０はサファイアからなる場合を示したが、これに限らず、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＮ等その他の材料からなる場合でもよい。さらに、第１半導体層１６はｎ型ＧａＮ層、第２半導体層２０はｐ型ＧａＮ層である場合を示したが、これに限らず、第１半導体層１６がｐ型ＧａＮ層、第２半導体層２０がｎ型ＧａＮ層である場合でもよい。また、第１半導体層１６および第２半導体層２０にその他の窒化物半導体を用いた場合でもよい。さらに、活性層１８はＩｎＧａＮ／ＧａＮの多重量子井戸（ＭＱＷ）である場合を示したが、その他の窒化物半導体を用いた場合でもよい。

さらに、図４および表１に示すように、多層反射膜１２は膜厚５０ｎｍのＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎと膜厚４５ｎｍのＧａＮとの組が２６組積層された多層膜である場合を示したがこれに限られない。活性層１８から出射された光の波長に対して、効率よく反射することができる膜厚、組成や材料等であればその他の場合でもよい。なお、実施例１に示した多層反射膜１２の膜厚や組成は、４５０ｎｍの波長の光に対して高反射率になる値である。

さらに、表４に示すように、活性層１８から出射される光の無次元化波長の逆数が、フォトニックバンドギャップに相当する無次元化周波数と同じになるよう、活性層１８から出射される光の波長に合わせて、柱状部１８ａの半径ｒ、ピッチ間隔ａを決定する場合を示したがこれに限られない。柱状部１８ａの半径ｒ、ピッチ間隔ａを予め決定し、フォトニックバンドギャップに相当する波長の光が活性層１８から出射されるように、適切な材料を活性層１８に用いる場合でもよい。

次に、図１２（ａ）から図１３（ｃ）を用い、実施例１に係る半導体発光素子の製造方法を説明する。図１２（ａ）を参照に、サファイアからなる基板１０上に、ＭＯＣＶＤ法（有機金属化学的気相成長法）を用いて、ＡｌＮ／ＧａＮからなるバッファ層１４、Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎ／ＧａＮの多層膜からなる多層反射膜１２、ｎ型ＧａＮ層からなる第１半導体層１６、Ｉｎ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎ／ＧａＮのＭＱＷからなる活性層１８を順に形成する。

図１２（ｂ）を参照に、フォトレジストを塗布し、電子ビーム露光、現像を行なうことで、所定のパターン形状をしたフォトレジスト２１を形成する。その後、フォトレジスト２１をマスクとして、ＩＣＰ−ＲＩＥ法（誘導プラズマエッチング法）を用いて、主にＣｌ_２ガスにより活性層１８をエッチングする。これにより、活性層１８は複数の柱状部１８ａが周期的に配置された構造となる。つまり、２次元フォトニック結晶構造となる。

図１２（ｃ）を参照に、フォトレジスト２１を除去し、活性層１８の表面を有機溶剤で洗浄した後、ＭＯＣＶＤ法を用いてｐ型ＧａＮ層からなる第２半導体層２０を活性層１８上に形成する。この時、ＭＯＣＶＤ法の成膜条件を適切に設定することにより、第２半導体層２０の成膜初期は活性層１８の表面からのみ第２半導体層２０を成膜させ、成膜中期以降は、第２半導体層２０の初期成膜部分から横方向に第２半導体層２０を成膜させることができる。これにより、複数の柱状部１８ａそれぞれの間に空気で充満した空洞部１９を残存させたまま、活性層１８上に第２半導体層２０を形成することができる。

図１３（ａ）を参照に、所定の形状にパターン化したフォトレジストをマスクとして、ＩＣＰ−ＲＩＥ法を用いて、おもにＣｌ_２ガスにより第２半導体層２０および活性層１８を貫通し、第１半導体層１６の途中までエッチングする。

図１３（ｂ）を参照に、ＲＦマグネトロンスパッタ装置を用いて、９０ｗｔ％のＩｎ_２Ｏ_３と１０ｗｔ％のＳｎＯ_２との複合酸化物をターゲットにして、酸素分圧１．９×１０^−２Ｐａの酸素添加Ａｒガスプラズマによりプラズマパワー１００Ｗ、圧力０．４Ｐａ、温度２００℃の条件によりＩＴＯ膜を形成する。５００℃の大気雰囲気中でアニールを行いＩＴＯ膜を透明化させる。ＩＴＯ膜上にＲＦマグネトロンスパッタ装置を用いてＳｉＯ_２膜を形成する。これにより、第２半導体層２０上にＩＴＯ／ＳｉＯ_２からなりｐ型透明電極を兼ねる反射防止膜２２が形成される。その後、所定の形状にパターン化したフォトレジストをマスクとして、ＩＣＰ−ＲＩＥ法を用いて、ＣＦ_４ガスによりＳｉＯ_２膜をエッチングし、さらに、４５℃のＨＮＯ_２：ＨＣｌ：Ｈ_２Ｏ＝０．０８：１：１の王水によりＩＴＯ膜をエッチングする。これにより、反射防止膜２２を所定の形状にする。

図１３（ｃ）を参照に、所定の形状にパターン化したフォトレジストを用いて、第１半導体層１６上にＴｉ／Ａｌ／Ｐｔからなるｎコンタクト電極２４を蒸着によるリフトオフ法により形成する。５００℃の大気雰囲気中でｎコンタクト電極２４をアニールした後、蒸着によるリフトオフ法によりＴｉ／Ａｕからなるｎ電極２６およびｐ電極２８をそれぞれ第１半導体層１６上および第２半導体層２０上に形成する。これにより、実施例１に係る半導体発光素子が完成する。

実施例１の製造方法によれば、図１２（ｃ）に示すように、第２半導体層２０はＭＯＣＶＤ法により形成されている。第２半導体層２０をＭＯＣＶＤ法により形成する際に、成膜条件を適切に設定することで、複数の柱状部１８ａそれぞれの間に、空気で充満した空洞部１９を残存させたまま、活性層１８上に第２半導体層２０を形成することができる。

図１４は実施例２に係る半導体発光素子（ＬＥＤ）の断面図である。図１４を参照に、反射防止膜２２は第２半導体層２０の周囲より内側に形成されている。つまり、反射防止膜２２の周囲の端面２２ａは第２半導体層２０の周囲の端面２０ａより内側になるように形成されている。その他の構成については、実施例１と同じであり、図４に示しているので、説明を省略する。

活性層１８の周囲の領域は、柱状部１８ａと空洞部１９との周期的な配列が崩れた領域である。つまり、２次元フォトニック結晶構造が崩れた領域である。このため、フォトニックバンドギャップが形成されない。したがって、活性層１８の周囲の領域からは、基板１０に対して垂直方向の光のみならず水平方向の光も出射される。しかしながら、実施例２によれば、反射防止膜２２は第２半導体層２０の周囲より内側に形成されている。つまり、反射防止膜２２の周囲の端面２２ａは第２半導体層２０の周囲の端面２０ａより内側になるように形成されている。反射防止膜２２はｐ型透明電極を兼ねているため、第２半導体層２０の周囲の領域、つまり、活性層１８の周囲の領域への電流供給を抑制することができる。このため、活性層１８の周囲の領域から出射される光を抑制することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について記載したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

図１は従来の課題を明確にするために行なったシミュレーションに用いた構造の断面図である。 図２は多層反射膜に入射する光の入射角度と多層反射膜で反射される光の反射率との関係を計算したシミュレーション結果である。 多層反射膜の効果を説明するための断面図である。 図４は実施例１に係る半導体発光素子の断面図である。 図５（ａ）は活性層を斜め上方から見た斜視図であり、図５（ｂ）は活性層の一部の領域を上方から見た上視図である。 図６は柱状部の半径とピッチ間隔との比率（ｒ／ａ）が０．１の場合のフォトニックバンド構造について計算したシミュレーション結果である。 図７は柱状部の半径とピッチ間隔との比率（ｒ／ａ）が０．２の場合のフォトニックバンド構造について計算したシミュレーション結果である。 図８は柱状部の半径とピッチ間隔との比率（ｒ／ａ）が０．３の場合のフォトニックバンド構造について計算したシミュレーション結果である。 図９は柱状部の半径とピッチ間隔との比率（ｒ／ａ）が０．４の場合のフォトニックバンド構造について計算したシミュレーション結果である。 図１０は柱状部の半径とピッチ間隔との比率（ｒ／ａ）が０．５の場合のフォトニックバンド構造について計算したシミュレーション結果である。 図１１は柱状部の半径とピッチ間隔との比率（ｒ／ａ）と、光の無次元化周波数（ωａ／２πｃ）とによる、フォトニックバンドギャップの範囲を示した図である。 図１２（ａ）から図１２（ｃ）は実施例１に係る半導体発光素子の製造方法を示す断面図（その１）である。 図１３（ａ）から図１３（ｃ）は実施例１に係る半導体発光素子の製造方法を示す断面図（その２）である。 図１４は実施例２に係る半導体発光素子の断面図である。

符号の説明

１０ 基板
１１ サファイア基板
１２ 多層反射膜
１３ ＧａＮ層
１４ バッファ層
１６ 第１半導体層
１８ 活性層
１８ａ 柱状部
１９ 空洞部
２０ 第２半導体層
２１ フォトレジスト
２２ 反射防止膜
２４ ｎコンタクト電極
２５ 光出射面
２６ ｎ電極
２８ ｐ電極

Claims (11)

1. 基板上に設けられた多層反射膜と、
   前記多層反射膜上に設けられた第１半導体層と、
   前記第１半導体層上に設けられた２次元フォトニック結晶構造を有する活性層と、
   前記活性層上に設けられ、前記第１半導体層と反対の導電型である第２半導体層と、
   前記第２半導体層上に設けられた光出射面と、を具備し、
   前記活性層はフォトニックバンドギャップを有することを特徴とする半導体発光素子。
2. 前記活性層は、前記基板の水平方向に複数の柱状部が周期的に配置された構造をしていることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
3. 前記柱状部の半径をｒ、隣接する前記柱状部の間隔をａとしたとき、０．２≦ｒ／ａ≦０．４であることを特徴とする請求項２記載の半導体発光素子。
4. 前記複数の柱状部それぞれの間は空洞部であることを特徴とする請求項２または３記載の半導体発光素子。
5. 前記第２半導体層上に設けられた反射防止膜を具備し、
   前記光出射面は、前記反射防止膜の上面であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の半導体発光素子。
6. 前記反射防止膜は、前記第２半導体層の周囲より内側に形成されていることを特徴とする請求項５記載の半導体発光素子。
7. 前記基板は、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＮおよびサファイアのいずれか１つからなることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の半導体発光素子。
8. 前記第１半導体層、前記活性層および前記第２半導体層は、窒化物半導体層であることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項記載の半導体発光素子。
9. 前記活性層はＩｎＧａＮ／ＧａＮの多重量子井戸からなることを特徴とする請求項８記載の半導体発光素子。
10. 前記多層反射膜はＡｌＧａＮ／ＧａＮの多層膜からなることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項記載の半導体発光素子。
11. 前記第２半導体層はＭＯＣＶＤ法で成長されてなることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項記載の半導体発光素子。

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