JP2012033800A - 半導体発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光取り出し面側の電極の面積の増加や半導体膜の厚さの増加を抑えつつ、局所的な電流集中を防止して均一な発光分布を得ることができる半導体発光装置を提供すること。
【解決手段】支持体上であって支持体の外縁の一辺に対して平行となるように設けられて反射面を形成する線状のライン電極と、ライン電極の上に設けられた第１クラッド層と、第１クラッド層の上に設けられたAlGaInP系の発光層と、発光層の上に設けられた第２クラッド層と、第２クラッド層上に設けられた複数の表面電極片からなる表面電極と、を有し、ライン電極及び表面電極片は、同一平面に投影した場合に、平行且つ交互であるように配置され、ライン電極と表面電極片との間の距離をＬ、第１クラッド層及び第２クラッド層の合計層厚をＤとしたとき、Ｌ／Ｄ≦８．０が成り立ち、第１クラッド層内における電流経路上の抵抗をＲ_１、第２クラッド層内における電流経路上の抵抗をＲ_２としたときに、０．７≦Ｒ_１／Ｒ_２≦１．３が成り立つこと。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）等の半導体発光装置に関し、特に半導体発光装置の電極構造及び電流注入に係る技術に関する。

従来から、発光層を含む半導体膜と導電性支持基板との間に導電性反射膜を形成し、導電性反射膜上に周期的に配列された島状のコンタクト用合金膜を設けた構造を有する半導体発光装置が知られている。かかる構成とすることにより、半導体膜と導電性反射膜との界面に低抵抗で接触するオーミック性接触領域と、光学的な反射率が高い光学的反射領域とが周期的に繰り返すことが可能になる。例えば、かかる半導体発光装置は、特許文献１に開示されている。

また、発光層を含む半導体膜とＳｉ支持基板との間に反射膜、更には当該反射膜の上に複数のオーミックコンタクト電極を設け、当該オーミックコンタクト電極の各々から光取り出し面側に設けられた表面電極までの距離が等しくなるように、当該オーミックコンタクト電極を配置した構造を有する半導体発光装置が知られている。かかる構造を有する半導体発光装置においては、各オーミックコンタクト電極に均一に電流を注入することができ、電流集中及び順方向電圧の上昇を抑えることができる。例えば、かかる半導体発光装置は、特許文献２に開示されている。

特開２００２−２１７４５０号公報 特開２００８−２８２８５１号公報

ＬＥＤの発光効率は発光層に注入される電流密度に依存する。より具体的には、電流密度が高くなると発光層に注入されたキャリアがオーバフローするため、発光に寄与するキャリアが減少し、発光効率が減少する。また、局所的な電流集中は、電界集中や発熱を引き起こし、結晶欠陥を増殖させる原因となり、半導体発光装置の信頼性に影響を与える。

特許文献１に記載されたような電極構造を有する半導体発光装置においては、導電性反射膜上に分散配置された島状電極の各々から光取り出し面側に設けられた表面電極までの距離が均一とはならないため、電極間距離が最短となる経路に電流が集中し、発光分布に偏りが生じてしまう。

また、特許文献２に記載されたような電極構造を有する半導体発光装置においては、表面電極から各オーミックコンタクト電極までの距離は互いに等しいことから、電流密度分布の偏りを防止できるようにも考えられる。しかしながら、両電極間に生じる抵抗成分に僅かな差があると抵抗の低い部分に電流が集中し、半導体発光装置の発光分布が不均一になり、更には半導体発光装置の信頼性に影響を及ぼす。当該両電極間の抵抗成分の差は、例えば、製造プロセスにおいて生じる電極の位置ずれ、反射面上に分散配置されたオーミックコンタクト電極の寸法の差、電極と半導体膜との接触抵抗の差に起因して生じることが考えられ、これらの要因を完全に排除することは非常に困難である。

一方、半導体膜の膜厚を厚くすることにより半導体膜の抵抗を下げ、当該抵抗の低下によって電流拡散を促進させ、均一な電流密度分布を得る方法がある。しかしながら、半導体膜を厚くすると半導体膜内での光の吸収量が増加するため発光効率の低下を招き、更には製造時間や材料費が増加するため製造コストも増加する。

また、表面電極及びオーミックコンタクト電極の面積を大きくすることによって均一な電流密度分布を得ることはできるが、光取り出し面側の表面電極の面積が増大すると、当該表面電極によって光取り出し面から外部に放射される光の量が減少するため、半導体発光装置の光取り出し効率が低下する。

本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、光取り出し面側の電極の面積の増加や半導体膜の厚さの増加を抑えつつ、局所的な電流集中を防止して均一な発光分布を得ることができる半導体発光装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明の半導体発光装置は、支持体上であって前記支持体の外縁の一辺に対して平行となるように設けられて反射面を形成する線状のライン電極と、前記ライン電極の上に設けられた第１クラッド層と、前記第１クラッド層の上に設けられたAlGaInP系の発光層と、前記発光層の上に設けられた第２クラッド層と、前記第２クラッド層上に設けられた複数の表面電極片からなる表面電極と、を有し、前記ライン電極及び前記表面電極片は、同一平面に投影した場合に、平行且つ交互であるように配置され、前記ライン電極と前記表面電極片との間の距離をＬ、前記第１クラッド層及び前記第２クラッド層の合計層厚をＤとしたとき、Ｌ／Ｄ≦８．０が成り立ち、前記第１クラッド層内における電流経路上の抵抗をＲ_１、前記第２クラッド層内における電流経路上の抵抗をＲ_２としたときに、０．７≦Ｒ_１／Ｒ_２≦１．３が成り立つことを特徴とする。

また、上述した課題を解決するために、本発明の半導体発光装置は、 支持体上であって前記支持体の外縁の一辺に対して平行となるように設けられて反射面を形成する線状のライン電極と、前記ライン電極を挟むように設けられた複数の島状のドット電極と、前記ライン電極及び前記ドット電極の上に設けられた第１クラッド層と、前記第１クラッド層の上に設けられたAlGaInP系の発光層と、前記発光層の上に設けられた第２クラッド層と、前記第２クラッド層上に設けられた複数の表面電極片からなる表面電極と、を有し、前記ライン電極及び前記表面電極片は、同一平面に投影した場合に、平行且つ交互であるように配置され、前記ライン電極と前記表面電極片との間の距離をＬ、前記第１クラッド層及び前記第２クラッド層の合計層厚をＤとしたとき、Ｌ／Ｄ≦８．０が成り立ち、前記第１クラッド層内における電流経路上の抵抗をＲ_１、前記第２クラッド層内における電流経路上の抵抗をＲ_２としたときに、０．７≦Ｒ_１／Ｒ_２≦２．０が成り立つことを特徴とする。

本発明の半導体発光装置においては、光取り出し面側の表面電極と反射面側の反射電極とが同一平面状に投射した場合に重ならないようなカウンタ電極構成を用いること、表裏面の電極間距離及びクラッド層の合計層厚を適正範囲における制御を行うこと、上部及び下部のクラッド層に係る抵抗比の制御を行うことにより、光取り出し面側の電極の面積の増加や半導体膜の厚さの増加を抑えつつ、局所的な電流集中を防止して均一な発光分布を得ることができる半導体発光装置を提供することができる。

本発明の実施例に係る半導体発光装置の電極構成を示す平面図である。 図１における２−２線に沿った断面図である。 図１における３−３線に沿った断面図である。 （ａ）は、本発明の実施例に係る表面電極の構成を示す平面図である。（ｂ）は、本発明の実施例に係る反射電極の構成を示す平面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施例に係る半導体発光装置の製造方法を示す断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施例に係る半導体発光装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の変形例に係る半導体発光装置の電極構成を示す平面図である。 （ａ）は、本発明の変形例に係る表面電極の構成を示す平面図である。（ｂ）は、本発明の変形例に係る反射電極の構成を示す平面図である。 本発明の変形例に係る半導体発光装置の電極構成を示す平面図である。 本発明の変形例に係る半導体発光装置の電極構成を示す平面図である。 本発明の変形例に係る半導体発光装置の電極構成を示す平面図である。 本発明の実施例に係るｎ型クラッド層とｐ型クラッド層との抵抗比を変更した場合における半導体発光装置の発光領域を示した模式図である。 本発明の実施例に係るｎ型クラッド層及びｐ型クラッド層の抵抗比を変化させた場合における電流分布の偏りを示すグラフである。 発光分布の測定結果を示す図である。 本発明の実施例に係る半導体発光装置において抵抗比を変化させた場合の飽和電流値の算出結果を示したグラフである。 水平電極間距離（Ｌ）−垂直電極間距離（Ｄ）に対する半導体発光装置の発光分布の測定結果を示す図である。

以下、本発明の実施例について添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下に示す図において、実質的に同一又は等価な構成要素、部分には同一の参照符を付している。
［半導体発光装置の構成］
図１は、本発明の実施例に係る半導体発光装置１の電極構成を示す平面図である。図２及び図３は、それぞれ図１における２−２線（一点鎖線で示す）及び３−３線（一点鎖線で示す）に沿った断面図である。

図１乃至図３に示されているように、半導体発光装置１は、半導体膜１０、反射膜２０、接合膜３０、支持体４０、ショットキー電極５１、オーミック電極５２、及び接続配線５３から構成されている。また、半導体発光装置１は、半導体膜１０と支持体４０とが反射膜２０及び接合膜３０を介して接合する、いわゆる貼り合わせ構造を有している。

半導体膜１０は、光取り出し面側から順にｎ型クラッド層１１、発光層１２、ｐ型クラッド層１３が積層された構造を有する。半導体膜１０は、例えば６μｍの層厚を有している。ｎ型クラッド層１１は、例えば、Al_0.5In_0.5Pからなる層厚０．５μｍのｎ側キャリア閉じ込め層（キャリア濃度：３×１０^１７ｃｍ^−３）、Al_0.5In_0.5Pからなる層厚２μｍの電流拡散層（キャリア濃度：１×１０^１８ｃｍ^−３）、及び（Al_0.7Ga_0.3）_0.5In_0.5Pからなる層厚０．５μｍのｎ側コンタクト層（キャリア濃度：１×１０^１８ｃｍ^−３）が積層された３層構造を有する。なお、ｎ側キャリア閉じ込め層が発光層１２と隣接し、ｎ側コンタクト層がショットキー電極５１、オーミック電極５２、及び接続配線５３と隣接するように、上述した３つの層が積層される。発光層１２は、例えば多重量子井戸構造を有し、（Al_0.1Ga_0.9）_0.5In_0.5Pからなる層厚２０ｎｍの井戸層と（Al_0.56Ga_0.44）_0.5In_0.5Pからなる層厚１０ｎｍのバリア層とが交互に１５回繰り返して積層されている。ｐ型クラッド層１３は、例えば、（Al_0.7Ga_0.3）_0.5In_0.5Pからなる層厚１μｍのＰ側キャリア閉じ込め層（キャリア濃度：３×１０^１７ｃｍ^−３）、及びGa_0.9In_0.1Pからなる層厚１．５μｍのｐ側コンタクト層（キャリア濃度：３×１０^１８ｃｍ^−３）が積層された２層構造を有する。なお、ｐ側キャリア閉じ込め層が発光層１２と隣接し、ｐ側コンタクト層が反射膜２０と隣接するように、上述した２つの層が積層される。ここで、ｎ型クラッド層１１の抵抗及びｐ型クラッド層の抵抗から算出される抵抗比（ｐ型クラッド層の抵抗／ｎ型クラッド層の抵抗）を０．７〜２．０に設定する。当該抵抗比の定義、算出方法、及び０．７〜２．０に設定する理由については、後述する。

ｐ型クラッド層１３に隣接して反射膜２０が設けられている。反射膜２０は、反射電極２１及び誘電体層２２から構成されている。誘電体層２２は、例えばＳｉＯ_２からなり、ｐ型クラッド層１３との界面近傍に形成されている。反射電極２１は、例えばＡｕＺｎからなり、誘電体層２２の開口部においてｐ型コンタクト１４と接触している。反射電極２１とｐ型クラッド層１３との接触は、オーミック性接触となっている。反射電極２１及び誘電体層２２からなる反射膜２０は、半導体膜１０との界面において発光層１２から放射された光を光取り出し面側に向けて反射する光反射面を形成するとともに、半導体膜１０に電流を供給するための電極としても機能する。誘電体層２２は、ｐ型クラッド層１３との界面近傍において反射電極２１を線状の反射面側ライン電極（以下、単にライン電極とも称する）２１ａと、島状の反射面側ドット電極（以下、単にドット電極とも称する）２１ｂとに隔てている。ライン電極２１ａとドット電極２１ｂは、誘電体層２２の下部で繋がっており電気的に接続されている。なお、ライン電極２１ａ及びドット電極２１ｂの詳細な構成については後述する。なお、誘電体層２２の材料としては、ＳｉＯ_２以外にもＳｉ_３Ｎ_４やＡｌ_２Ｏ_３等の他の透明な誘電体材料を用いることができる。また、反射電極２１の材料は、ＡｕＺｎに限定されず、ｐ型クラッド層１３との間でオーミック性接触を形成することができ、高い光反射性を有する他の材料を用いることができる。

反射膜２０に隣接するように、バリアメタル層及び共晶半田層とからなる第１接合層３１が設けられる。また、第１接合層３１と一部が接合するように第２接合層３２が設けられている。なお、第１接合層３１及び第２接合層３２から接合膜３０が構成されている。バリアメタル層は、例えばＴａ、Ｔｉ、Ｗ等の高融点金属又はこれらの窒化物を含む単層若しくは２以上の層により構成することができる。バリアメタル層は、反射電極２１に含まれるＺｎが反射電極２１から拡散するのを防止するとともに、第２接合層３２に含まれる共晶接合材（例えばＡｕＳｎ）が反射電極２１内に拡散するのを防止する。共晶半田層には、例えばＮｉ及びＡｕが含まれており、当該Ｎｉ及びＡｕは第１接合層３１と第２接合層３２と接合時において第２接合層３２に含まれる共晶接合材に対する濡れ性を向上させる機能を有する。これにより、支持体４０と半導体膜１０との接合を良好に行うことができる。第２接合層３２は、例えば、Ｔｉ、Ｎｉ、ＡｕＳｎを含む金属層である。

支持体４０は、支持基板４１、支持基板４１の両面に形成されたオーミック金属層４２、４３から構成されている。支持基板４１は、例えばｐ型不純物を高濃度で添加することによって導電性が付与されたＳｉ基板である。オーミック金属層４２、４３は、例えばＰｔから構成されている。オーミック金属層４３の上には、第２接合層３２が設けられている。なお、支持基板４１の材料としては、Ｓｉ以外にもＧｅ、Ａｌ、Ｃｕ等の他の導電性材料を用いることができる。

光取り出し面となるｎ型クラッド層１１の表面には、表面電極を構成するショットキー電極５１、及びオーミック電極５２が形成されている。ショットキー電極５１は、ボンディングパッドを構成しており、ｎ型クラッド層１１との間でショットキー接触を形成し得る材料、例えばＴａ、Ｔｉ、Ｗ又はこれらの合金から構成されている。また、ショットキー電極５１は、金属材料のみならず、ＳｉＯ_２などの絶縁誘電体から構成されてもよい。ショットキー電極５１の最表面には、ワイヤボンディング性及び導電性を向上させるためにＡｕ層が形成されていてもよい。オーミック電極５２は、ｎ型クラッド層１１との間でオーミック性接触を形成し得る材料、例えばＡｕＧｅＮｉ、ＡｕＳｎ、ＡｕＳｎＮｉ等からなる。ショットキー電極５１とオーミック電極５２は、両電極間を繋ぐ接続配線５３により電気的に接続される。接続配線５３は、ショットキー電極５１と同一の材料からなり、ｎ型クラッド層１１との間でショットキー接触を形成する。ショットキー電極５１は、ｎ型クラッド層１１に対してショットキー接触を形成しているため、ショットキー電極５１直下の半導体膜１０には電流が流れないようになっている。すなわち、電流は、オーミック電極５２とライン電極２１ａ及びドット電極２１ｂとの間を流れる。図２及び図３において、オーミック電極（ｎ−電極）５２から反射電極（ｐ−電極）２１への電流経路（電子の流れる経路）を破線の矢印で示している。なお、ショットキー電極５１及びオーミック電極５２の詳細な構成については後述する。

以下に、光取り出し面及び光反射面側に設けられた各電極の構成について詳細に説明する。

図４（ａ）は、理解を容易にするために、半導体発光装置１の光取り出し面側に設けられた表面電極を構成するショットキー電極５１及びオーミック電極５２のみを示した図である。また、図面において左右方向をＸ軸方向（特に、左方向を＋Ｘ方向）、上下方向をＹ軸方向（特に、上方向を＋Ｙ方向）と定義する。半導体発光装置１の平面形状は、例えば１辺３１０μｍの正方形をなしている。ショットキー電極５１は、例えば直径１００μｍの円形をなしており、光取り出し面の中央に配置されている。ショットキー電極５１には、半導体発光装置１の各コーナ部に向けて伸びる幅５μｍの線状の接続配線５３が接続している。４本の接続配線５３の各々には、これらと交差するように幅５μの線状のオーミック電極５２が設けられている。オーミック電極５２は、半導体発光装置１のコーナ部付近の領域と、コーナ部からやや中央部寄りの領域と、に分散して配置された８つの電極片５２ａ〜５２ｈにより構成されている。より具体的には、コーナ部付近の領域には電極片５２ｂ、５２ｄ、５２ｆ、５２ｈが形成され、コーナ部からやや中央部寄りの領域には電極片５２ａ、５２ｃ、５２ｅ、５２ｇが形成されている。また、コーナ部からやや中央部寄りの領域に形成された電極片５２ａ、５２ｃ、５２ｅ、５２ｇのそれぞれは、３つの電極片部から構成されている。電極片５２ａを１例として説明すると、電極片５２ａは、Ｘ軸方向に伸長した第１電極片部５２ａ_１と、Ｙ軸方向に伸長した第２電極片部５２ａ_２と、ショットキー電極５１の外縁に沿うように第１電極片部５２ａ_１及び第２電極片部５２ａ_２を接続する第３電極片部５２ａ_３と、から構成されている。すなわち、第１電極片部５２ａ_１は半導体発光装置１のＸ軸方向に伸長している縁部と平行に形成され、第２電極片部５２ａ_２は半導体発光装置１のＹ軸方向に伸長している縁部と平行に形成されている。また、第３電極片部５２_３は、電極片５２ｂと平行に形成されている。上述したような電極片５２ａの構成と同様に、電極片５２ｃは第１電極片部５２ｃ_１、第２電極片部５２ｃ_２、第３電極片部５２ｃ_３から構成され、電極片５２ｅは第１電極片部５２ｅ_１、第２電極片部５２ｅ_２、第３電極片部５２ｅ_３から構成され、電極片５２ｇは第１電極片部５２ｇ_１、第２電極片部５２ｇ_２、第３電極片部５２ｇ_３から構成されている。ショットキー電極５１及びオーミック電極５２からなる表面電極は、半導体発光装置１の中心点を回転中心としたときに、４回回転対称（９０°回転すると重なる）となるようにパターニングされている。分散配置されたオーミック電極５２の各電極片５２ａ〜５２ｈは、接続配線５３を介してショットキー電極５１と電気的に接続されている。かかる表面電極の構成によれば、光取り出し面においてオーミック電極５２が占める割合（被覆率）は、４．８％となり、従来の一般的な電極構成と比較して大幅に低減されている。光取り出し面側において電極の被覆率を低減させることにより、光取り出し効率を向上させることが可能となる。

図４（ｂ）は、理解を容易にするために、ライン電極２１ａ及びドット電極２１ｂのみを示した図である。また、図面において左右方向をＸ軸方向（特に、左方向を＋Ｘ方向）、上下方向をＹ軸方向（特に、上方向を＋Ｙ方向）と定義する。ライン電極２１ａは、幅５μｍの線状をなしており、８つのライン部から構成されている。具体的には、ショットキー電極５１の外縁を囲むように形成された円形状の第１ライン部２１ａ_１と、半導体発光装置１の外縁部分に沿い且つＸ軸方向に伸長した第２ライン部２１ａ_２と、半導体発光装置１の外縁部分に沿い且つＹ軸方向に伸長した第３ライン部２１ａ_３と、第１ライン部２１ａ_１及び第３ライン部２１ａ_３を接続するようにＸ軸方向に伸長した第４ライン部２１ａ_４と、第１ライン部２１ａ_１及び第２ライン部２１ａ_２を接続するようにＹ軸方向に伸長した第５ライン部２１ａ_５と、半導体発光装置１の各コーナ部近傍に設けられ、第３ライン部２１ａ_３からＸ軸方向に伸長した第６ライン部２１ａ_６と、半導体発光装置１の各コーナ部近傍に設けられ、第２ライン部２１ａ_２からＹ軸方向に伸長した第７ライン部２１ａ_７と、第６ライン部２１ａ_６及び第７ライン部２１ａ_７を接続する第８ライン部２１ａ_８と、から構成されている。このような構成から、第２ライン部２１ａ_２、第４ライン部２１ａ_４、及び第６ライン部２１ａ_６は半導体発光装置１のＸ軸方向に伸長している縁部と平行に形成され、第３ライン部２１ａ_３、第５ライン部２１ａ_５、及び第７ライン部２１ａ_７は半導体発光装置１のＹ軸方向に伸長している縁部と平行に形成されている。また、第８ライン部２１ａ_８は、第１ライン部２１ａ_１に沿うように、第６ライン部２１ａ_６及び第７ライン部２１ａ_７を接続している。更に、ライン電極２１ａは、各構成部である第１ライン部２１ａ_１〜第８ライン部２１ａ_８が他の構成部を介して相互に接続されており、連続的な形状を有している。

ドット電極２１ｂは、例えば直径５μｍの円形をなしており、複数のドット電極２１ｂがライン電極２１ａの各構成部に沿うように分散配置されている。このように、ドット電極２１ｂを分散配置することで半導体膜１０の厚さが薄い場合でも電流拡散が促進され、更にライン電極２１ａを併せて設けることにより、ドット電極２１ｂへの電流集中が防止される。

本実施例においては、ライン電極２１ａ及びドット電極２１ｂからなる反射電極２１は、半導体発光装置１の中心点を回転中心としたときに４回回転対称となるようにパターニングされている。かかる光反射面側の電極構成によれば、反射膜２０と半導体層１０との界面において、ライン電極２１ａ及びドット電極２１ｂの面積が占める割合（被覆率）は、１７．４％となり、オーミック電極５２の被覆率の３倍以上となる。光反射面側の電極の被服率が大きくなると、反射面側においける光の反射率が低下するが、本実施例の電極構成によれば、オーミック電極５２の被覆率が十分に小さいため、従来と比較して光取り出し効率は低下しない。

図１において、半導体発光装置１のショットキー電極５１及びオーミック電極５２と、ライン電極２１ａ及びドット電極２１ｂとは、同一平面上に示されている。

オーミック電極５２を構成する８つの電極片５２ａ〜５２ｈを挟む両側に当該電極片に沿うようにライン電極２１ａ及びドット電極２１ｂが配置される。換言すれば、ライン電極２１ａは、オーミック電極５２の各電極片５２ａ〜５２ｈを囲むように形成され、各電極片５２ａ〜５２ｈは、ライン電極２１ａによって囲まれた領域の中央に配置されている。例えば、図１に示された半導体発光装置１の右上部分についてより詳細に説明すると、第１電極片部５２ａ_１、第２ライン部２１ａ_２、第４ライン部２１ａ_４、及び第６ライン部２１ａ_６は平行に配置され、第１電極片部５２ａ_１と第４ライン部２１ａ_４との水平電極間距離Ｌ_１が、第１電極片部５２ａ_１と第６ライン部２１ａ_６との水平電極間距離Ｌ_２と等しくなるように第１電極片部５２ａ_１が形成されている。また、第２電極片部５２ａ_２、第３ライン部２１ａ_３、第５ライン部２１ａ_５、及び第７ライン部２１ａ_７は平行に配置され、第２電極片部５２ａ_２と第５ライン部２１ａ_５との水平電極間距離Ｌ_３が、第２電極片部５２ａ_２と第７ライン部２１ａ_７との水平電極間距離Ｌ_４と等しくなるように第２電極片部５２ａ_２が形成されている。更に、電極片５２ｂ、第３電極片部５２ａ_３、及び第８ライン部２１ａ_８は略平行に配置され、第３電極片部５２ａ_３と第１ライン部２１ａ_１との水平電極間距離Ｌ_５が、第３電極片部５２ａ_３と第８ライン部２１ａ_８との水平電極間距離Ｌ_６、及び第８ライン部２１ａ_８と電極片５２ｂとの水平電極間距離Ｌ_７と略等しくなるように第３電極片部５２ａ_３及び電極片５２ｂが形成されている。更に、上述した水平電極間距離Ｌ_１〜Ｌ_７（以下、いずれかを選択しない場合には単に水平間距離Ｌとも称する）は略等しく、３５μｍである。ここで、水平電極距離とは、オーミック電極５２とライン電極２１ａを半導体膜１０の主面と平行な同一平面に投影した場合における距離を意味しており、半導体膜１０の厚みを考慮した実際の距離を意味するものではない。

なお、本実施例の半導体発光装置１においては、ショットキー電極５１及びオーミック電極５２からなる表面電極と、ライン電極２１ａ及びドット電極２１ｂからなる反射電極２１とは、半導体発光装置１の中心点を回転中心としたときに４回回転対称となるようにパターニングされているため、図１に示された半導体発光装置１の他の部分（すなわち、右下、左上、左下の部分）も上述した構成と同一である。

以上のことから、本実施例の半導体発光装置１においては、オーミック電極５２と、ライン電極２１ａ及びドット電極２１ｂとは、半導体膜１０の厚み方向において互いに重ならないように配置され、いわゆるカウンタ電極が構成されている。かかる電極構成とすることで、オーミック電極５２の面積を小さくしても、半導体層１０内に広く電流を拡散させることが可能となる。従って、光取り出し面における電極の被覆率を低減することができ、光取り出し効率を向上させることが可能となる。また、かかる電極構成を用いることにより、光取り出し面側と反射面側の電極間の距離を短くすることができるため、順方向電圧Ｖ_Ｆを小さくすることが可能になる。また、本実施例では、光取り出し面側の電極と反射面側の電極を含めた全体の電極形状が、半導体発光装置１の中心点を回転中心としたときに４回回転対称となるようにパターン形成されている。これにより、本実施例に係る半導体発光装置１とレンズ等とを組み合わせて照明装置を構成した場合に、等方的な配光を得ることができる。

次に、本発明の実施例に係る半導体発光装置の製造方法について説明する。図５（ａ）〜（ｄ）、図６（ａ）〜（ｃ）は、半導体発光装置の製造方法を示す断面図である。

［半導体膜形成工程］
半導体膜１０は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により形成される。半導体膜１０の結晶成長に使用する成長用基板６０として（１００）面から[０１１]方向に１５°傾斜させた厚さ３００μｍのｎ型ＧａＡｓ基板を使用した。先ず、成長用基板６０上に厚さ３μｍのｎ型クラッド層１１を形成する。より具体的には、成長用基板６０の上に、（Al_0.7Ga_0.3）_0.5In_0.5Pからなる層厚０．５μｍのｎ側コンタクト層（キャリア濃度：１×１０^１８ｃｍ^−３）、Al_0.5In_0.5Pからなる層厚２μｍの電流拡散層（キャリア濃度：１×１０^１８ｃｍ^−３）、及びAl_0.5In_0.5Pからなる層厚０．５μｍのｎ側キャリア閉じ込め層（キャリア濃度：３×１０^１７ｃｍ^−３）を順次積層する。続いて、ｎ型クラッド層１１上に発光層１２を形成する。発光層１２は、（Al_0.1Ga_0.9）_0.5In_0.5Pからなる厚さ２０ｎｍの井戸層と（Al_0.56Ga_0.44）_0.5In_0.5Pからなる厚さ１０ｎｍのバリア層とを交互に１５回繰り返して積層した多重量子井戸構造である。なお、井戸層のＡｌ組成は発光波長に合わせて０≦ｚ≦０．４の範囲で調整することができる。更に、発光層１２上に厚さ２．５μｍのｐ型クラッド層１３を形成する。具体的には、（Al_0.7Ga_0.3）_0.5In_0.5Pからなる層厚１μｍのｐ側キャリア閉じ込め層（キャリア濃度：３×１０^１７ｃｍ^−３）、及びGa_0.9In_0.1Pからなる層厚１．５μｍのｐ側コンタクト層（キャリア濃度：３×１０^１８ｃｍ^−３）を順次積層する。なお、ｐ側コンタクト層のＩｎ組成は、発光層１２からの光を吸収しない範囲で調整することができる。これらの各層により厚さ６μｍの半導体膜１０が構成される（図５（ａ））。

なお、Ｖ族原料としてホスフィン（ＰＨ_３）を使用し、III族原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）の有機金属を使用することができる。また、ｎ型不純物であるＳｉの原料としてシラン（ＳｉＨ_４）を使用し、ｐ型不純物であるＺｎの原料としてジメチルジンク（ＤＭＺｎ）を使用することができる。成長温度は７５０〜８５０℃であり、キャリアガスに水素を使用し、成長圧力は１０ｋＰａである。

［反射電極層及びメタル層形成工程］
次に、プラズマＣＶＤ法により、誘電体層２２を構成するＳｉＯ_２膜をｐ型クラッド層１３上に形成する。ここで、真空中の発光波長をλ_０、ＳｉＯ_２膜の屈折率をｎ、任意の整数をｍとすると、ＳｉＯ_２膜の膜厚ｄは、ｄ＝ｍ・λ_０／４ｎを満たすように設定する。本実施例においては、λ_０＝６２５ｎｍ、ｎ＝１．４５、ｍ＝３として、誘電体層２２の膜厚ｄ＝３２０ｎｍである。続いて、ＳｉＯ_２膜上にレジストマスクを形成した後、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）を用いたエッチングを行うことにより、ＳｉＯ_２膜にライン電極２１ａ及びドット電極２１ｂのパターンに対応したパターニングを施す。ＳｉＯ_２膜を除去した部分において開口部が形成され、当該開口部においてｐ型クラッド層１３が露出する（図５（ｂ））。なお、ＳｉＯ_２膜の成膜方法として熱ＣＶＤ法やスパッタ法を用いることもできる。また、ＳｉＯ_２膜のエッチング方法としてドライエッチング法を用いることも可能である。誘電体層２２の材料としては、ＳｉＯ_２以外にもＳｉ_３Ｎ_４やＡｌ_２Ｏ_３等の他の透明な誘電体材料を用いることができる。

次に、ＥＢ蒸着法により誘電体層２２上にＡｕＺｎからなる厚さ３００ｎｍの反射電極２１を形成する。反射電極２１は、先のエッチング処理によって誘電体層２２に形成された開口部においてｐ型電流拡散１４と接触する。反射電極２１は、誘電体層２２によってライン電極２１ａ及びドット電極２１ｂに隔てられる。誘電体層２２及び反射電極２１により反射膜２０が構成される（図５（ｃ））。

次に、スパッタ法によって反射膜２０上にＴａＮ（層厚：１００ｎｍ）、ＴｉＷ（層厚：１００ｎｍ）、ＴａＮ（層厚：１００ｎｍ）を順次堆積させ、バリアメタル層を形成する。なお、バリアメタル層は、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ等の他の高融点金属若しくはこれらの窒化物を含む単層又は２以上の層により構成されていてもよい。また、バリアメタル層の形成には、スパッタ法以外にＥＢ蒸着法を用いることが可能である。その後、約５００℃の窒素雰囲気下で熱処理を行う。これにより、反射電極２１とｐ型クラッド層１３との間で良好なオーミック性接触が形成される。

次に、抵抗加熱蒸着法、スパッタ法又はＥＢ蒸着法の公知の成膜技術によりバリアメタル層の上にＮｉ（層厚：３００ｎｍ）、Ａｕ（層厚：３０ｎｍ）を順次形成し、共晶半田層を形成した。これにより、バリアメタル層と共晶半田層とからなる第１接合層３１の形成が完了する（図５（ｄ））。

［支持基板接合工程］
次に、半導体膜１０を支持するための支持体４０を形成する。具体的には、支持基板４１として、ｐ型不純物を添加することにより導電性が付与されたＳｉ基板を準備し、ＥＢ蒸着法により、支持基板４１の両面にＰｔからなる厚さ２００ｎｍのオーミック金属層４２、４３を形成する。これにより、支持基板４１、オーミック金属層４２、４３からなる支持体４０が形成される。なお、オーミック金属層４２、４３は、Ｐｔに限らずＳｉ基板との間でオーミック性接触を形成し得る他の材料、例えばＡｕ、Ｎｉ、Ｔｉなどを用いることができる。また、支持基板４１は、導電性及び高熱伝導性を備えた他の材料、例えばＧｅ、Ａｌ、Ｃｕなどで構成されていてもよい。

次に、スパッタ法により、オーミック金属層４３の上にＴｉ（層厚：１５０ｎｍ）、Ｎｉ（層厚：１００ｎｍ）、ＡｕＳｎ（層厚：６００ｎｍ）を順次堆積して第２接合層３２を形成する。ＡｕＳｎ層は、共晶接合材として使用され、組成はＡｕが７０〜８０ｗｔ％、Ｓｎが２０〜３０ｗｔ％であることが望ましい。Ｎｉ層は、共晶接合材に対する濡れ性を向上させる機能を有する。Ｎｉの代替としてＮｉＶやＰｔを使用することも可能である。Ｔｉ層は、Ｎｉとオーミック金属層４３との密着性を向上させる機能を有する。

次に、半導体膜１０と支持体４０とを熱圧着により接合する。半導体膜１０側の第１接合層３１と支持体４０側の第２接合層３２とを密着させ、１ＭＰａ（メガパスカル）、３３０℃の窒素雰囲気下で１０分間保持した。支持体４０側の第２接合層３２に含まれる共晶接合材（ＡｕＳｎ）が溶融して、半導体膜１０側の共晶半田層（Ｎｉ／Ａｕ）との間でＡｕＳｎＮｉを形成することにより支持体４０と半導体膜１０とが接合される（図６（ａ））。すなわち、当該熱圧着により第１接合層３１と第２接合層３２とからなる接合膜３０が形成される。

［成長用基板除去工程］
次に、半導体膜１０の結晶成長に使用した成長用基板６０をアンモニア水と過酸化水素水との混合液を用いたウェットエッチングにより除去する。なお、成長用基板６０を除去する方法として、ドライエッチング法、機械研磨法、化学機械研磨法（ＣＭＰ）を用いてもよい。（図６（ｂ））
［光取り出し面側電極形成］
成長用基板１０を除去することにより表出したｎ型クラッド層１１上にオーミック電極５２、ショットキー電極５１及び接続配線５３を形成する。より具体的には、ｎ型クラッド層１１との間でオーミック性接触を形成するＡｕＧｅＮｉをＥＢ蒸着法によりｎ型クラッド層１１上に堆積させた後、リフトオフ法によりパターニングを行ってオーミック電極５２を形成する。続いて、ＥＢ蒸着法によりｎ型クラッド層１１との間でショットキー接触を形成するＴｉ（１００ｎｍ）をｎ型クラッド層１１上に堆積させ、更にＴｉ上にＡｕ（１．５μｍ）を堆積する。その後、リフトオフ法によりパターニングを行ってショットキー電極５１及び接続配線５３を形成する。なお、オーミック電極５２の材料としてＡｕＧｅ、ＡｕＳｎ、ＡｕＳｎＮｉ等を使用することも可能である。
また、ショットキー電極４３としてＴａ、Ｗ若しくはこれらの合金又はこれらの窒化物を使用することも可能である。

次に、ｎ型クラッド層１１とオーミック電極５２との間でオーミック性接触の形成を促進させるために４００℃の窒素雰囲気下で熱処理を施す（図６（ｃ））。

以上の各工程を経て半導体発光装置１が完成する。

［変形例１］
図７は、半導体発光装置１における電極パターン（すなわち、ショットキー電極５１、オーミック電極５２、接続配線５３及び反射電極２１の構成）を変更した変形例に係る半導体装置２の電極構成を示す平面図である。半導体発光装置２は、半導体発光装置１と同様に、光取り出し面側にショットキー電極５１、オーミック電極５２及び接続電極５３を有している。また、半導体発光装置２は、半導体発光装置１と同様に、反射面側にライン電極２１ａ、ドット電極２１ｂを有している。

図８（ａ）は、理解を容易にするために、半導体発光装置２の光取り出し面側に設けられた表面電極を構成するショットキー電極５１、オーミック電極５２及び接続配線５３のみを示した図である。また、図面において左右方向をＸ軸方向（特に、左方向を＋Ｘ方向）、上下方向をＹ軸方向（特に、上方向を＋Ｙ方向）と定義する。半導体発光装置２の平面形状は、例えば１辺３１０μｍの正方形をなしている。ショットキー電極５１は、例えば直径１００μｍの円形をなしており、光取り出し面の中央に配置されている。ショットキー電極５１には、半導体発光装置１の各コーナ部に向けて伸びる幅５μｍの線状の接続配線５３が接続されている。４本の接続配線５３の各々には、これらと交差するように幅５μの線状のオーミック電極５２が設けられている。オーミック電極５２は、半導体発光装置２のコーナ部付近の領域と、中央部よりの領域と、当該コーナ部付近の領域と当該中央部よりの領域との間の領域と、に分散して配置された１２個の電極片５２ａ〜５２ｌにより構成されている。なお、電極片５２ａ〜５２ｆの構成は半導体発光装置１と同一であるためその説明は省略する。

また、コーナ部付近の領域と中央部よりの領域との間の領域に形成された電極片５２ｉ〜５２ｌのそれぞれは、３つの電極片部から構成されている。電極片５２ｉを１例として説明すると、電極片５２ｉは、Ｘ軸方向に伸長した第１電極片部５２ｉ_１と、Ｙ軸方向に伸長した第２電極片部５２ｉ_２と、第１電極片部５２ｉ_１及び第２電極片部５２ｉ_２を接続する第３電極片部５２ｉ_３と、から構成されている。すなわち、第１電極片部５２ｉ_１は半導体発光装置２のＸ軸方向に伸長している縁部と平行に形成され、第２電極片部５２ｉ_２は半導体発光装置１のＹ軸方向に伸長している縁部と平行に形成されている。上述したような電極片５２ｉの構成と同様に、電極片５２ｊは第１電極片部５２ｊ_１、第２電極片部５２ｊ_２、第３電極片部５２ｊ_３から構成され、電極片５２ｋは第１電極片部５２ｋ_１、第２電極片部５２ｋ_２、第３電極片部５２ｋ_３から構成され、電極片５２ｌは第１電極片部５２ｌ_１、第２電極片部５２ｌ_２、第３電極片部５２ｌ_３から構成されている。

更に、ショットキー電極５１及びオーミック電極５２からなる表面電極は、半導体発光装置１と同様に、半導体発光装置２の中心点を回転中心としたときに、４回回転対称（９０°回転すると重なる）となるようにパターニングされている。分散配置されたオーミック電極５２の各電極片５２ａ〜５２ｌは、接続配線５３を介してショットキー電極５１と電気的に接続されている。

図８（ｂ）は、理解を容易にするために、ライン電極２１ａ及びドット電極２１ｂのみを示した図である。また、図面において左右方向をＸ軸方向（特に、左方向を＋Ｘ方向）、上下方向をＹ軸方向（特に、上方向を＋Ｙ方向）と定義する。ライン電極２１ａは、幅５μｍの線状をなしており、１１個のライン部から構成されている。ここで、第１ライン部２１ａ_１〜第８ライン部２１ａ_８は半導体発光装置１の構成と同一であるため、その説明は省略する。ライン電極２１ａは、第１ライン部２１ａ_１〜第８ライン部２１ａ_８と、第４ライン部２１ａ_４と第６ライン部２１ａ_６との中間領域に設けられ、第３ライン部２１ａ_３からＸ軸方向に伸長した第９ライン部２１ａ_９と、第５ライン部２１ａ_５と第７ライン部２１ａ_７との中間領域に設けられ、第２ライン部２１ａ_２からＹ軸方向に伸長した第１０ライン部２１ａ_１０と、第９ライン部２１ａ_９及び第１０ライン部２１ａ_１０を接続する第１１ライン部２１ａ_１１と、から構成されている。このような構成から、第２ライン部２１ａ_２、第４ライン部２１ａ_４、第６ライン部２１ａ_６及び第９ライン部２１ａ_９は半導体発光装置２のＸ軸方向に伸長している縁部と平行に形成され、第３ライン部２１ａ_３、第５ライン部２１ａ_５、第７ライン部２１ａ_７及び第１０ライン部２１ａ_１０は半導体発光装置２のＹ軸方向に伸長している縁部と平行に形成されている。また、ライン電極２１ａは、各構成部である第１ライン部２１ａ_１〜第１１ライン部２１ａ_１１が他の構成部を介して相互に接続されており、連続的な形状を有している。

ドット電極２１ｂは、例えば直径５μｍの円形をなしており、複数のドット電極２１ｂがライン電極２１ａの各構成部に沿うように分散配置されている。このように、ドット電極２１ｂを分散配置することで半導体膜１０の厚さが薄い場合でも電流拡散が促進され、更にライン電極２１ａを併せて設けることにより、ドット電極２１ｂへの電流集中が防止される。

また、ライン電極２１ａ及びドット電極２１ｂからなる反射電極２１は、半導体発光装置１と同様に、半導体発光装置２の中心点を回転中心としたときに４回回転対称となるようにパターニングされている。

オーミック電極５２を構成する１２つの電極片５２ａ〜５２ｌを挟む両側に当該電極片に沿うようにライン電極２１ａ及びドット電極２１ｂが配置される。換言すれば、ライン電極２１ａは、オーミック電極５２の各電極片５２ａ〜５２ｌを囲むように形成され、各電極片５２ａ〜５２ｌは、ライン電極２１ａによって囲まれた領域の中央に配置されている。かかる配置構成は、半導体発光装置１と同一であるため、その詳細な説明については省略する。

なお、半導体発光装置２における水平電極間距離Ｌ_２１〜Ｌ_２９（図７参照）は２５μｍである。また、光取り出し面側と反射面側の各電極のレイアウト以外は、半導体発光装置１と同様である。

［変形例２］
図９は、半導体発光装置１における電極パターンを変更した変形例に係る半導体装置３の電極構成を示す平面図である。半導体発光装置３には、上述した半導体発光装置１と同様に、光取り出し面側においてショットキー電極５１、オーミック電極５２、接続配線５３が形成され、反射面側においてライン電極２１ａ、ドット電極２１ｂが形成されている。図９においてこれらの各電極は、同一平面上に示されている。なお、図９において左右方向をＸ軸方向（特に、左方向を＋Ｘ方向）、上下方向をＹ軸方向（特に、上方向を＋Ｙ方向）と定義する。

半導体発光装置３の平面形状は、１辺３１０μｍの正方形をなしている。ショットキー電極５１は、例えば直径１００μｍの円形状をなしており、半導体膜１０の表面中央に配置されている。オーミック電極５２は、ショットキー電極５１を挟んだ両側において、半導体発光装置３の互いに対向する２つの辺と平行となるように配置された直線状の電極片５２ｍ、５２ｎと、ショットキー電極５１の中心線上において電極片５２ｍ、５２ｎと平行となるように配置された電極片５２ｏ、５２ｐにより構成される。電極片５２ｍ〜５２ｐは接続配線５３によってショットキー電極５１に電気的に接続されている。

ライン電極２１ａは、幅５μｍの線状をなしており、３つのライン部から構成されている。具体的には、半導体発光装置３の外縁部分に沿い且つＸ軸方向に伸長した第１ライン部９１と、半導体発光装置３の外縁部分に沿い且つＹ軸方向に伸長した第２ライン部９２と、第１ライン部９１同士を接続するようにＹ軸方向に伸長した第３ライン部９３と、から構成されている。このような構成から、第１ライン部９１、は半導体発光装置３のＸ軸方向に伸長している縁部と平行に形成され、第２ライン部９２及び第３ライン部９３は半導体発光装置３のＹ軸方向に伸長している縁部と平行に形成されている。また、第１ライン部９１と第２ライン部９２によって囲まれた領域は、２本の第３ライン部９３によって３つの区画９０ａ〜９０ｃに分けられている。なお、ライン電極２１ａは、各構成部である第１ライン部９１〜第３ライン部９３が他の構成部を介して相互に接続されており、連続的な形状を有している。また、ドット電極２１ｂは、第２ライン部９２及び第３ライン部９３に沿うように列をなして配置される。

図９において、ショットキー電極５１は区画９０ｂの中央に配置され、電極片５２ｍ〜５２ｐは第２ライン部９２及び第３ライン部９３と平行に配置されている。また、電極片５２ｍ〜５２ｐと、第２ライン部９２及び第３ライン部９３とは、等間隔で配置されている。すなわち、第２ライン部９２と電極片５２ｍとの間隔（水平電極間距離Ｌ_３１）、第３ライン部９３と電極片５２ｍとの間隔（水平電極間距離Ｌ_３２）、第３ライン部９３と電極片５２ｏ、５２ｐとの間隔（水平電極間距離Ｌ_３３、Ｌ_３４）、第３ライン部９３と電極片５２ｎとの間隔（水平電極間距離Ｌ_３５）、第２ライン部９２と電極片５２ｎとの間隔（水平電極間距離Ｌ_３６）はすべて等しく、８０μｍである。

なお、光取り出し面側と反射面側の各電極のレイアウト以外は、半導体発光装置１と同様である。

図１０及び図１１は、半導体発光装置３と比較して、電極片５２、第３ライン部９２及びドット電極２１ｂの数量を増加し、第３ライン部９２によって分けられる区画数を４つ又は５つにした半導体発光装置４及び半導体発光装置５の平面図である。すなわち、半導体発光装置４においてはライン電極２１ａの構成により４つの区画９０ａ〜９０ｄに分けられ、半導体発光装置５においてはライン電極２１ａの構成により５つの区画９０ａ〜９０ｅに分けられる。半導体発光装置４及び半導体発光装置５の平面形状は、辺３１０μｍの正方形をなしている。従って、半導体発光装置４及び半導体発光装置５においては、各電極片及び第２ライン部９２、又は各電極片及び第３ライン部９３との間隔である水平電極間距離Ｌが半導体発光装置３と比較して狭くなっている。具体的には、半導体発光装置４における水平電極間距離Ｌは５５μｍであり、半導体発光装置５における水平電極間距離Ｌは３５μｍである。

なお、上述した半導体発光装置１〜５においては、反射電極２１がライン電極２１ａ及びドット電極２１ｂから構成されていたが、反射電極２１をライン電極２１ａのみから構成してもよい。また、半導体発光装置１〜５においては、各層の導電型を入れ替（各層におにおけるｎ型とｐ型とを入れ替）えても良い。更に、上述した半導体発光装置１〜５における各層の層厚及びキャリア濃度は例示にすぎず、適宜変更することが可能である。

次に、半導体発光装置１〜５における構造を以下のように調整することで、半導体膜１０における電流拡散を促進して発光分布の均一化を図り、更には半導体発光装置１の発光効率を向上することができることを説明する。半導体膜１０における電流拡散を促進して発光分布の均一化を図るためには、以下の２つの条件を満たす必要がある。

［条件１：ｎ型クラッド層１１とｐ型クラッド層１３との抵抗比］
先ず、オーミック電極５２と反射電極２１の間に均一に電流を流すためには、発光層１２に注入されるホールと電子のキャリアバランスを等しくする必要があると考えられる。発光層１２に注入されるキャリアバランスが崩れると、発光層１２における発光領域に偏りが生じ、発光分布が不均一になるからである。

上述したキャリアバランスを等しくするには、オーミック電極５２及び反射電極２１の間に形成されるｎ型クラッド層１１（上部クラッド層）及びｐ型クラッド層１３（下部クラッド層）の各抵抗を所定の範囲に制御する必要がある。より具体的には、ｎ型クラッド層１１の抵抗（Ｒ_ｎ）に対するｐ型クラッド層１３の抵抗（Ｒ_ｐ）、すなわち抵抗比（ｐ型クラッド層１３の抵抗／ｎ型クラッド層１１の抵抗）を所定範囲に制御する必要がある。

ここで、ｐ型クラッド層１３及びｎ型クラッド層１１の各抵抗は、オーミック電極５２と反射電極２１との間に設けられた各クラッド層に流れる電流の経路についてシミュレーションを行い、当該シミュレーション結果に応じて、各クラッド層の電流経路に沿った抵抗成分の積分値から算出される。当該シミュレーションは、ｐ型クラッド層１３及びｎ型クラッド層をオーム性の線形抵抗とし、且つ発光層１２を非線形抵抗として取扱いつつ、電極パターン（すなわち、ショットキー電極５１、オーミック電極５２、接続配線５３及び反射電極２１の構成）及び半導体膜１０の構成を３次元でモデル化し、その後に各電極の寸法及び半導体膜１０の膜厚よりも小さいセル分割し、各クラッド層の組成、キャリア濃度、層厚及び電極パターンから各セルにおける電流密度を算出することによって行われる。更に、算出された各クラッド層の抵抗をｎ型クラッド層の抵抗で規格化することによって抵抗比が算出される。以上のことから、抵抗比は、各クラッド層の組成、キャリア濃度、層厚及び電極パターンによって算出されている。

本実施例の半導体発光装置１において、半導体膜１０は光取り出し面側から順にｎ型クラッド層１１、発光層１２、ｐ型クラッド層１３が積層された構造を有し、半導体膜１０の膜厚は６μｍである。そして、ｎ型クラッド層１１は、Al_0.5In_0.5Pからなる層厚０．５μｍのｎ側キャリア閉じ込め層（キャリア濃度：３×１０^１７ｃｍ^−３）、Al_0.5In_0.5Pからなる層厚２μｍの電流拡散層（キャリア濃度：１×１０^１８ｃｍ^−３）、及び（Al_0.7Ga_0.3）_0.5In_0.5Pからなる層厚０．５μｍのｎ側コンタクト層（キャリア濃度：１×１０^１８ｃｍ^−３）から構成されている。また、発光層１２は、多重量子井戸構造を有し、（Al_0.1Ga_0.9）_0.5In_0.5Pからなる層厚２０ｎｍの井戸層と（Al_0.56Ga_0.44）_0.5In_0.5Pからなる層厚１０ｎｍのバリア層とが交互に１５回繰り返して積層されている。更に、ｐ型クラッド層１３は、（Al_0.7Ga_0.3）_0.5In_0.5Pからなる層厚１μｍのＰ側キャリア閉じ込め層（キャリア濃度：３×１０^１７ｃｍ^−３）、及びGa_0.9In_0.1Pからなる層厚１．５μｍのｐ側コンタクト層（キャリア濃度：３×１０^１８ｃｍ^−３）から構成されている。このような構成に基づいて抵抗比を算出すると、（ｐ型クラッド層１３の抵抗／ｎ型クラッド層１１の抵抗）＝（１．１／１．０）、すなわち、抵抗比は１．１であった。

次に、上述した抵抗比をどのように制御すべきかを図１２を参照しつつ説明する。図１２（ａ）〜（ｃ）は、ｎ型クラッド層１１とｐ型クラッド層１３との抵抗比を変更した場合における半導体発光装置の発光領域を示した模式図である。なお、以下の各図において、オーミック電極（ｎ−電極）５２から反射電極（ｐ−電極）２１への電流経路（電子の流れる経路）を破線の矢印で示している。図１２（ｂ）に示されているように、ｎ型クラッド層１１の抵抗とｐ型クラッド層１３の抵抗が略等しい場合には、電流経路が半導体膜１０内に広がる（すなわち、電流拡散が生じる）ため、オーミック電極５２及び反射電極２１の間における発光領域が大きくなり、半導体発光装置１における発光分布が均一になる。一方、図１２（ａ）に示されているように、ｎ型クラッド層１１の抵抗がｐ型クラッド層１３の抵抗に比べて小さい場合には、ｎ型クラッド層１１における電流拡散が不足し、反射電極２１の上方に発光領域が集中し、半導体発光装置１における発光分布は反射電極２１の周辺に偏ってしまう。また、図１２（ｃ）に示されているように、ｎ型クラッド層１１の抵抗がｐ型クラッド層１３の抵抗に比べて大きい場合には、ｐ型クラッド層１３における電流拡散が不足し、オーミック電極５２の下方に発光領域が集中し、半導体発光装置１における発光分布はオーミック電極５２の周辺に偏ってしまう。以上のことから、ｎ型クラッド層１１の抵抗とｐ型クラッド層１３と抵抗をできるかぎり等しく、すなわち抵抗比を約１に近づけることで、半導体発光装置１における発光分布を均一化して発光効率を向上させることができる。

次に、図１３乃至図１５を参照しつつ、ｎ型クラッド層１１とｐ型クラッド層１３との抵抗比の設定範囲について説明する。図１３は、ｎ型クラッド層１１及びｐ型クラッド層１３の抵抗比を変化させた場合における電流分布の偏りを示すグラフである。図１３において、横軸はｎ型クラッド層１１の抵抗、縦軸はｐ型クラッド層１３の抵抗である。図１４は、本実施例に係る半導体発光装置１のｎ型クラッド層１１とｐ型クラッド層１３との抵抗比を変化させた場合における半導体発光装置１の発光分布の実測結果である。図１５は、本実施例に係る半導体発光装置１の飽和電流値とｎ型クラッド層１１及びｐ型クラッド層１３に係る抵抗比との関係を示すグラフである。図１５において、横軸はｎ型クラッド層１１及びｐ型クラッド層１３に係る抵抗比、縦軸は半導体発光装置１の飽和電流値であり、最大値を基準値（すなわち、「１」）として規格化している。

図１３に示されているように、０．５〜２．０の抵抗比を有するサンプル（『●』のプロット）については、発光分布が均一になった。一方、０．５未満の抵抗比を有するサンプル（『■』のプロット）については、発光分布がオーミック電極５２の周囲に集中していた。更に、２より大きい抵抗比を有するサンプル（『▲』のプロット）については、発光分布が反射電極２１の周囲に集中していた。なお、各サンプルの発光分布については、各サンプルに電流を供給して実際の発光分布を確認した。

図１４には、図１３におけるサンプルＡ〜Ｅの発光分布の測定結果が示されている。図１４に示された結果から判るように、抵抗比１を有するサンプルＣは、発光分布は偏りがなく、光取り出し面において均一であった。一方、抵抗比が１より大きくなると、発光領域が反射電極２１の周囲に集中し、抵抗比６．４３を有するサンプルＡにおいては、発光分布が反射電極２１に大きく偏っていた。また、抵抗比が１より小さくなると、発光領域がオーミック電極５２の周囲に集中し、抵抗比０．４１を有するサンプルＥにおいては、発光分布がオーミック電極５２に大きく偏っていた。更に、サンプルＡ〜Ｅの飽和電流値を測定し、サンプルＣの飽和電流値を１として他のサンプルの飽和電流値を規格すると、抵抗比が１より大きくなると飽和電流値が低下し、また、抵抗比が１より小さくなると飽和電流値が低下していた。これは、半導体発光装置１の発光分布が不均一になると、発光層１２に注入されるキャリアが局所的に集中してしまい、キャリアのオーバフローが発生することによって発光効率が低下し、これに伴い飽和電流値が小さくなると考えられる。

図１５は、図１３におけるサンプルＡ〜Ｅとは異なるサンプルの飽和電流値の測定結果が示されている。なお、図１５における各プロットのサンプルは、実施例１に係る半導体発光装置１と比較してｎ型クラッド層１１及びｐ型クラッド層１３に係る抵抗比が異なっているが、他の構成は同一である。図１５に示された実線グラフ１５Ａから判るように、半導体発光装置１に係る飽和電流値と抵抗比との関係グラフにおいては、抵抗比が約１．１近傍においてピークを有していた。なお、実線グラフ１５Ａは、各プロットに基づいた近似曲線である。また、実線グラフ１５Ａから判るように、抵抗比が１．１以下の領域においては、急峻に飽和電流値が減少しているが、抵抗比が１．１以上の領域においては、飽和電流値が緩やかに減少している。すなわち、抵抗比が１．１により小さくなると、発光領域がオーミック電極５２の周囲に集中しやすいが、抵抗比が１．１より大きくなっても、オーミック電極５２における発光領域の集中のしやすさと比較すると、発光領域が反射電極２１の周囲に集中しにくいことが判った。このような特性を得られる理由として、半導体発光装置１においては、抵抗比が増加しても、反射電極２１がライン電極２１ａ及びドット電極２１ｂから構成されているため、オーミック電極５２から反射電極２１に流れる電流がライン電極２１ａ及びドット電極２１ｂに分散し、半導体発光装置１における発光分布の偏りが抑制されるためと考えられる。

ここで、半導体発光装置１においてドット電極２１ｂが存在しない場合に、当該半導体発光装置に係る飽和電流値と抵抗比との関係グラフは、ピークの値を中心に左右対称（すなわち、正規分布曲線）になると考えられる。ここで、実線グラフ１５Ａにおける抵抗比１．１以下の領域の曲線に基づいてドット電極２１ｂが存在しない場合の飽和電流値と抵抗比との関係グラフを算出すると、当該グラフは破線１５Ｂによって示された。そして、破線グラフ１５Ｂにおいては、抵抗比が約１．０近傍においてピークを有していた。また、破線グラフ１５Ｂの抵抗比が１．０以下において、抵抗比が低い（０．７以下）領域の曲線部分の代表的な接線が接線１５Ｃ（実線で示す）、抵抗比が高い（０．７以上）場合の曲線部分の代表的な接線が接線１５Ｄ（実線で示す）、接線１５Ｃと接線１５Ｄの交点が交点１５Ｅとして示されている。更に、破線グラフ１５Ｂの抵抗比が１．０以上において、抵抗比が低い（１．３以下）領域の曲線部分の代表的な接線が接線１５Ｆ（実線で示す）、抵抗比が高い（１．３以上）場合の曲線部分の代表的な接線が接線１５Ｇ（実線で示す）、接線１５Ｆと接線１５Ｇの交点が交点１５Ｈとして示されている。

破線グラフ１５Ｂの抵抗比が１．０以下においては、抵抗比が増加すると飽和電流値も増加するが、抵抗比を徐々に増加した場合に、交点１５Ｅを境に飽和電流値の増加率が大幅に増加する。一方、破線グラフ１５Ｂの抵抗比が１．０以上においては、抵抗比が減少すると飽和電流値が増加し、抵抗比を徐々に減少した場合に、交点１５Ｈを境に飽和電流値の増加率が大幅に増加する。従って、交点１５Ｅから交点１５Ｈの範囲内おいては、抵抗比を１に近づけるように設定すると、高い飽和電流値を得やすくなる。ここで、交点１５Ｅにおける抵抗比は０．７であり、飽和電流値は０．９である。また、交点１５Ｈにおける抵抗比は１．３であり、飽和電流値は０．９である。以上のことから、ドット電極２１ｂを有しない半導体発光装置においては、抵抗比を０．７〜１．３の範囲で設定することにより、高い飽和電流値が得られることが判った。

一方、ドット電極２１ｂを有する半導体発光装置１においては、抵抗比を０．７〜２．０の範囲で設定することにより、高い飽和電流値が得られることが判った。かかる場合において、下限値である０．７の根拠は上述したドット電極２１ｂを有さない場合と同様である。上限値である２．０は、上述した高い飽和電流値０．９を得られるために必要な抵抗比という観点から算出された値である。
［条件２：水平電極間距離Ｌとクラッド層の合計層厚との関係］
次に、半導体膜１０において電流を均一に拡散させるためには、オーミック電極５２と反射電極２１との距離関係が所定の条件を満たす必要がある。具体的には、オーミック電極５２及び反射電極２１を同一平面上に投影した場合において、オーミック電極５２を構成する電極片と、当該電極片を囲むように形成されたライン電極２１ａとの距離を水平電極間距離Ｌとし、半導体膜１０の膜厚方向におけるオーミック電極５２と反射電極２１との距離から発光層１２の層厚を差し引いた距離（すなわち、ｎ型クラッド層１１とｐ型クラッド層１３との合計層厚）を垂直電極間距離Ｄとした場合に、垂直電極間距離Ｄに対する水平電極間距離Ｌの割合（すなわち、Ｌ／Ｄ）が一定の範囲内に設定する必要がある。水平電極間距離Ｌが垂直電極間距離Ｄと比較して大きい場合には、ｎ型クラッド層１１及びｐ型クラッド層１３に係る抵抗比が上述した範囲（０．７〜１．３又は０．７〜２．０）から外れてしまうと、ホールとキャリアのバランスが崩れた場合に発光層１２の全域に電流が注入されず、発光分布に偏りが生じてしまう。一方、水平電極間距離Ｌが垂直電極間距離Ｄと比較して小さい場合には、各電極の被覆率が高くなるため半導体発光装置の発光効率が低下する。従って、水平電極間距離Ｌ及び垂直電極間距離Ｄを適正な範囲で設定する必要がある。なお、垂直電極間距離Ｄに発光層１２が含まれない理由は、発光層１２はホールとキャリアが結合する領域であるため、電流の拡散に実質的に寄与していないからである。

図１６は、水平電極間距離Ｌと垂直電極間距離Ｄに対する半導体発光装置の発光分布を示す図である。図１６においては、図１５において飽和電流値を１にしたサンプルに対して、９０％以上の飽和電流値が得られたサンプル（『○』のプロット）を発光分布が均一と判断し、９０％未満の飽和電流値が得られたサンプル（『×』のプロット）を発光分布が不均一と判断した。

以下の表は、図１６にプロットされたサンプルの水平電極間距離Ｌ、垂直電極間距離Ｄ、Ｌ／Ｄ、発光分布の判断、及び抵抗比（Ｐ／Ｎ）を示したものである。ここで、水平電極間距離Ｌが２０μｍのサンプルは図７に示された半導体発光装置２を用い、水平電極間距離Ｌが３５μｍのサンプルは図１１に示された半導体発光装置５を用い、水平電極間距離Ｌが５５μｍのサンプルは図１０に示された半導体発光装置４を用い、水平電極間距離Ｌが８０μｍのサンプルは図９に示された半導体発光装置３を用いた。

図１６及び上記表に示された結果から、水平電極間距離Ｌ及び垂直電極間距離Ｄの比（Ｌ／Ｄ）を８．０以下にすることにより、高い飽和電流値を得ることができ、更には均一な発光分布を有する半導体発光装置を提供できることが判った。なお、水平電極間距離Ｌ及び垂直電極間距離Ｄの比（Ｌ／Ｄ）は小さいほど電流は均一になるが、電極の被覆率の増加を防ぐ観点から４．０から８．０の範囲に水平電極間距離Ｌ及び垂直電極間距離Ｄの比（Ｌ／Ｄ）を設定することが好ましい。

以上のように、本発明の半導体発光装置１〜５においては、光取り出し面側の表面電極を構成するオーミック電極５２と反射面側の反射電極２１とがカウンタ電極を構成している。また、本発明の半導体発光装置１〜５においては、オーミック電極５２と反射電極２１を構成するライン電極２１ａとの水平電極間距離Ｌが、ｎ型クラッド層１１及びｐ型クラッド層１３の合計層厚であってオーミック電極５２とライン電極２１ａと垂直方向における実質的な距離である垂直電極間距離Ｄとの間においてＬ／Ｄ≦８．０となっている。更に、本発明の半導体発光装置１〜５においては、ｐ型クラッド層１３内における電流経路上の抵抗をＲ_ｐ、ｎ型クラッド層１１内における電流経路上の抵抗をＲ_ｎとした場合に、０．７≦Ｒ_ｐ／Ｒ_ｎ≦２．０が成り立っている。なお、ドット電極２１ｂを有しない場合には、０．７≦Ｒ_ｐ／Ｒ_ｎ≦１．３が成り立っている。

このように、カウンタ電極の構成を用いること、表裏面の電極間距離及びクラッド層の合計層厚を適正範囲における制御すること、上部及び下部のクラッド層に係る抵抗比の制御することを行うことにより、光取り出し面側の電極の面積の増加や半導体膜の厚さの増加を抑えつつ、局所的な電流集中を防止して均一な発光分布を得ることができる半導体発光装置を提供することができる。

１ 半導体発光装置
１０ 半導体膜
１１ ｎ型クラッド層
１２ 発光層
１３ ｐ型クラッド層
２０ 反射膜
２１ 反射電極
２２ 誘電体膜
３０ 接合膜
４０ 支持体
５１ ショットキー電極
５２ オーミック電極
５３ 接続配線

Claims (8)

1. 支持体上であって前記支持体の外縁の一辺に対して平行となるように設けられて反射面を形成する線状のライン電極と、
   前記ライン電極の上に設けられた第１クラッド層と、
   前記第１クラッド層の上に設けられたAlGaInP系の発光層と、
   前記発光層の上に設けられた第２クラッド層と、
   前記第２クラッド層上に設けられた複数の表面電極片からなる表面電極と、を有し、
   前記ライン電極及び前記表面電極片は、同一平面に投影した場合に、平行且つ交互であるように配置され、前記ライン電極と前記表面電極片との間の距離をＬ、前記第１クラッド層及び前記第２クラッド層の合計層厚をＤとしたとき、Ｌ／Ｄ≦８．０が成り立ち、
   前記第１クラッド層内における電流経路上の抵抗をＲ_１、前記第２クラッド層内における電流経路上の抵抗をＲ_２としたときに、０．７≦Ｒ_１／Ｒ_２≦１．３が成り立つことを特徴とする半導体発光装置。
2. 前記ライン電極は、前記支持体の外縁の一辺に対して平行となるように設けられた第１ライン部と、前記第１ライン部の伸長方向に対して直交する方向に伸長した第２ライン部と、からなり、
   前記表面電極片は、前記ライン電極及び前記表面電極片を同一平面に投影した場合において、前記第１ライン部と平行かつ交互に設けられた第１電極片部と、前記第２ライン部と平行且つ交互に設けられた第２電極片部と、からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
3. 前記第１ライン部と前記第２ライン部とを接続する第３ライン部と、前記第１電極片部と前記第２電極片部とを接続する第３電極片部とを有し、前記ライン電極及び前記表面電極片を同一平面に投影した場合において、前記第３ライン部と前記第３電極片部とが平行且つ交互に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の半導体発光装置。
4. 前記ライン電極及び前記表面電極片を同一平面に投影した場合に、互いに平行な前記ライン電極及び前記表面電極片が等間隔で配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載の半導体発光装置。
5. 支持体上であって前記支持体の外縁の一辺に対して平行となるように設けられて反射面を形成する線状のライン電極と、
   前記ライン電極を挟むように設けられた複数の島状のドット電極と、
   前記ライン電極及び前記ドット電極の上に設けられた第１クラッド層と、
   前記第１クラッド層の上に設けられたAlGaInP系の発光層と、
   前記発光層の上に設けられた第２クラッド層と、
   前記第２クラッド層上に設けられた複数の表面電極片からなる表面電極と、を有し、
   前記ライン電極及び前記表面電極片は、同一平面に投影した場合に、平行且つ交互であるように配置され、前記ライン電極と前記表面電極片との間の距離をＬ、前記第１クラッド層及び前記第２クラッド層の合計層厚をＤとしたとき、Ｌ／Ｄ≦８．０が成り立ち、
   前記第１クラッド層内における電流経路上の抵抗をＲ_１、前記第２クラッド層内における電流経路上の抵抗をＲ_２としたときに、０．７≦Ｒ_１／Ｒ_２≦２．０が成り立つことを特徴とする半導体発光装置。
6. 前記ライン電極は、前記支持体の外縁の一辺に対して平行となるように設けられた第１ライン部と、前記第１ライン部の伸長方向に対して直交する方向に伸長した第２ライン部と、からなり、
   前記表面電極片は、前記ライン電極及び前記表面電極片を同一平面に投影した場合において、前記第１ライン部と平行かつ交互に設けられた第１電極片部と、前記第２ライン部と平行且つ交互に設けられた第２電極片部と、からなることを特徴とする請求項５に記載の半導体発光装置。
7. 前記第１ライン部と前記第２ライン部とを接続する第３ライン部と、前記第１電極片部と前記第２電極片部とを接続する第３電極片部とを有し、前記ライン電極及び前記表面電極片を同一平面に投影した場合において、前記第３ライン部と前記第３電極片部とが平行且つ交互に設けられていることを特徴とする請求項６に記載の半導体発光装置。
8. 前記ライン電極及び前記表面電極片を同一平面に投影した場合に、互いに平行な前記ライン電極及び前記表面電極片が等間隔で配置されていることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１に記載の半導体発光装置。