JP5141128B2 - 半導体発光素子 - Google Patents
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Description
本発明は、半導体発光素子に関するものである。
近年、半導体発光素子が、その特性を活かして各種の分野で利用されている。例えば、大型ディスプレイや信号機、携帯電話のバックライト光源などへの普及が顕著である。特に、窒化ガリウム等の窒化物系半導体を用いた半導体発光素子は、紫外光、青色光、緑色光等の発光が可能であり、長寿命で信頼性が高い等の利点を有することから、各方面での利用が進んでいる。
この半導体発光素子は、ｎ型半導体層と、ｐ型半導体層との間に発光層を介設して半導体発光部を有し、ｎ型半導体層とｐ型半導体層から発光層に注入される正孔および電子の再結合によって発生する光を利用するものである。この半導体発光素子においては、発光層で発光した光を外部に取り出して有効利用できるように、光の取り出し効率を高めることが重要となる。
この半導体発光素子の一例として、図９に示すＧａＮ系半導体発光素子６１を示す。このＧａＮ系半導体発光素子６１においては、サファイア基板上に、ｎ型ＧａＮ層６３、発光層６４およびｐ型ＧａＮ層６５が順次積層されて半導体積層構造が形成されている。そして、ｐ型ＧａＮ層６５上に透明電極６６が、更にその透明電極６６の上面の一部にｐ側電極６７が形成され、エッチングにより露出されたｎ型ＧａＮ層６３の上面６８上にｎ側電極６９が形成されている。さらに、前記半導体積層構造の表層を覆うように絶縁保護膜７０が形成されている。この絶縁保護膜７０は、ｐ側電極６７とｎ側電極６９の上部がエッチングにより除去されて開口した構造を有する。このＧａＮ系半導体発光素子６１において、ｎ型ＧａＮ層６３の上層部、発光層６４およびｐ型ＧａＮ層６５は、エッチングにより、図１０（Ａ）に示すように、サファイア基板の面に対して垂直に近い角度の端面７１ａを有する柱状形状、もしくは図１０（Ｂ）に示すように、サファイア基板の面と端面７１ｂとのなす角度が鈍角に形成された順テーパー形状となっている。
こうした従来の半導体発光素子６１においては、発光層６４の端面６４ａより絶縁保護膜７０へ進行する光は、絶縁保護膜７０と外部との界面、すなわち、絶縁保護膜７０の端面７０ａで反射、または端面７０ａを透過して外部に出射する。このとき、図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）に示すように、端面７１ａ，７１ｂが垂直もしくは順テーパー形状となっているため、絶縁保護膜７０の端面７０ａを透過した光は、取り出し方向（矢印Ｂの方向）には向かわず、出射光Ｌ１のように直進するか、または出射光Ｌ２のように取り出し方向とは反対の方向に進む。そして、直進した光は、ＧａＮ系半導体発光素子６１の周囲に設けられた封止用モールド樹脂に吸収され、また、白色用ＬＥＤであれば、青色光を白色に変換するＹＡＧ等の蛍光体を含む樹脂材料に向けて進み、実装反射面に入射して一部は取り出し方向に向かうがそれ以外は吸収され、光取り出し方向に出射せず、発光層で発光した光の全てが半導体発光素子から有効に取り出されないことになる。
そこで、特許文献１には、光の取り出し効率の向上等を目的として、半導体積層構造の側面が、主面（光の取り出し方向に直交する面）に対して角度θ１傾斜した順テーパ状の傾斜面を有し、さらに、その主面に対して角度θ１より小さい角度θ２で傾斜した傾斜端面を有する反射体が積層された構造を有する発光ダイオードが開示されている。
さらに、特許文献２には、光の取り出し効率の向上等を目的として、半導体積層構造の側面が光の取り出し方向に向かって広がった形状を有し、さらに、その側面の外側に光反射材料からなる光反射部を設けた構造を有する発光ダイオードが開示されている。
また、特許文献３には、発光領域端面から出射する出射光を拡散させることによって、出射光の特定部分への集中を低減することを目的として、半導体積層構造の側面に、２つの異なる均一膜厚の絶縁膜が形成されている構造を有する発光素子が開示されている。
特開２００７−１９４６７号公報
特開２００２−２６３８２号公報
特開２００１−２８４６４４号公報
また、特許文献３には、発光領域端面から出射する出射光を拡散させることによって、出射光の特定部分への集中を低減することを目的として、半導体積層構造の側面に、２つの異なる均一膜厚の絶縁膜が形成されている構造を有する発光素子が開示されている。
しかし、特許文献１または特許文献２に開示されている構造では、半導体積層構造自体が光の取り出し方向に向かって順テーパーまたは広がった形状を有し、その半導体積層構造の側面が傾斜した形態を有するため、発光領域が減少して、発光領域からの光出力自体が減少する問題がある。また、このような側面が傾斜した半導体積層構造を形成するための加工は難しく、コストが掛かるＲＩＥ（反応性イオンエッチング）、もしくはリン酸系の高温の強酸を用いる工程が必要となり、コスト、安全面で問題がある。さらに、特許文献４に開示されている発光素子は、半導体積層構造の側面に２つの異なる絶縁膜が形成され、発光領域端面から出射する出射光を拡散させることが開示されている。
そこで、本発明の課題は、半導体積層構造の側面から出る光を光取出し方向に反射することによって、発光領域を十分確保しつつ、光取り出し方向以外の方向への光の出射が低減され、光取り出し面側での光出力が向上し、光取り出し効率に優れるとともに、コストが掛かるＲＩＥや強酸等を用いる工程を必要としないため、安全面で問題なく、低コストで作製することができる半導体発光素子を提供することにある。
請求項１に係る発明は、光取り出し方向である基板の上面側に、第１導電型半導体層と、第２導電型半導体層と、前記第１導電型半導体層と前記第２導電型半導体層の間に介設された発光層とが順に積層されてなる半導体発光部を備える半導体発光素子であって、前記半導体発光部は、前記基板の上面に対してほぼ垂直に形成された端部側面を有し、前記半導体発光部の端部側面に、前記半導体発光部の積層方向に積層された少なくとも２層以上の透光性層からなる透光性膜を有し、前記透光性膜は、前記光の取り出し方向に対して逆テーパー状に形成された端部側面を有し、前記透光性層の少なくとも１つが、前記第２導電型半導体層の表面に設けられた第２導電側電極を延設して形成されていることを特徴とする。本発明において、光の取出し方向に対して「逆テーパー状」とは、光の取出し方向に対して直交する方向の透光性膜の厚さが、光の取出し方向に沿って大きくなるように、端部側面１１が光の取出し方向に対して傾斜していることを言う。
この半導体発光素子では、半導体発光部の端部側面に設けた２層以上の透光性層からなる透光性膜が有する、逆テーパー状に形成された端部側面によって、発光領域を十分確保しつつ、半導体発光部の端部側面から出射する光を、光取り出し方向に反射して、半導体発光部で生じた光を光取り出し方向に有効に取り出すことができるため、光取り出し効率が向上する。また、この半導体発光素子では、透光性層の少なくとも１つを、第２導電型半導体層の表面に設けられた第２導電側電極を延設して形成することによって、新たな材料からなる層を形成することなく、半導体発光部の端部側面から出射する光を、光取り出し方向に反射して、半導体発光部で生じた光を光の取り出し方向に有効に取り出すことができるため、光取り出し効率が向上する。
また、請求項２に係る発明は、前記の半導体発光素子において、前記透光性層のうち少なくとも１層が、絶縁材料で形成されていることを特徴とする。
この半導体発光素子では、透光性層のうち少なくとも１層を絶縁材料とすることによって、電流リークの防止や保護膜として形成する絶縁膜を用いて、新たな材料からなる層を設けることなく、半導体発光部の端部側面から出射する光を、光吸収によるロスが少なく、光取り出し方向に反射して、半導体発光部で生じた光を光取り出し方向に有効に取り出すことができるため、光取り出し効率が向上する。
この半導体発光素子では、透光性層のうち少なくとも１層を絶縁材料とすることによって、電流リークの防止や保護膜として形成する絶縁膜を用いて、新たな材料からなる層を設けることなく、半導体発光部の端部側面から出射する光を、光吸収によるロスが少なく、光取り出し方向に反射して、半導体発光部で生じた光を光取り出し方向に有効に取り出すことができるため、光取り出し効率が向上する。
請求項３に係る発明は、前記の半導体発光素子において、前記透光性層のうち少なくとも１層が、導電材料で形成され、前記透光性膜と前記半導体発光部の間に絶縁膜が介設されていることを特徴とする。
この半導体発光素子では、透光性層のうち少なくとも１層が、導電材料で形成され、さらに透光性膜と半導体発光部の間に絶縁膜が介設されていることによって、半導体発光部の端部側面から出射する光を、光取り出し方向に反射して、半導体発光部で生じた光を光取り出し方向に有効に取り出すことができるため、光取り出し効率が向上する。
この半導体発光素子では、透光性層のうち少なくとも１層が、導電材料で形成され、さらに透光性膜と半導体発光部の間に絶縁膜が介設されていることによって、半導体発光部の端部側面から出射する光を、光取り出し方向に反射して、半導体発光部で生じた光を光取り出し方向に有効に取り出すことができるため、光取り出し効率が向上する。
請求項４に係る発明は、前記の半導体発光素子において、前記透光性膜が、エッチングレートが異なる２層以上の透光性層で構成されていることを特徴とする。
この半導体発光素子では、エッチングレートが異なる２層以上の透光性層で構成されることによって、前記光の取り出し方向に対して逆テーパー状に形成する透光性層の端部側面を、コストが掛かる工程を必要とせず、安全面で問題なく、低コストで作製することができる。
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請求項５に係る発明は、請求項４に係る半導体発光素子において、前記透光性膜が、異なる材料からなる２層以上の透光性層で構成されていることを特徴とする。
この半導体発光素子では、異なる材料からなる２層以上の透光性層で構成されることによって、容易にかつ安定にエッチングレート差を設けることができる。
この半導体発光素子では、異なる材料からなる２層以上の透光性層で構成されることによって、容易にかつ安定にエッチングレート差を設けることができる。
請求項６に係る発明は、前記の半導体発光素子において、前記透光性層の少なくとも１つが、前記第２導電型半導体層の表面に設けられた第２導電側電極の一部を被覆していることを特徴とする。
この半導体発光素子では、透光性膜の少なくとも１つが、第２導電型半導体層の表面に設けられた第２導電側電極の一部を被覆していることによって、第２導電側電極の表面が保護されると共に、半導体発光部の端部側面から出射する光を、光取り出し方向に反射して、半導体発光部で生じた光を光取り出し方向に有効に取り出すことができるため、光取り出し効率が向上する。
この半導体発光素子では、透光性膜の少なくとも１つが、第２導電型半導体層の表面に設けられた第２導電側電極の一部を被覆していることによって、第２導電側電極の表面が保護されると共に、半導体発光部の端部側面から出射する光を、光取り出し方向に反射して、半導体発光部で生じた光を光取り出し方向に有効に取り出すことができるため、光取り出し効率が向上する。
請求項７に係る発明は、前記半導体発光素子において、前記光の取り出し方向に直交した前記第１導電型半導体層の露出面と当該露出面上に第１導電側電極とを有し、前記透光性膜が、少なくとも前記露出面から連続した半導体発光部の端部側面に形成されていることを特徴とする。
この半導体発光素子では、半導体発光部の端部に、前記光の取り出し方向に直交した前記第１導電型半導体層の露出面と該露出面上に第１導電側電極とが形成され、透光性膜が少なくとも前記露出面から連続した半導体発光部の端部側面に形成されていることによって、第１導電側電極における光の吸収を低減して、光の取り出し効率を向上することができる。
請求項８に係る発明は、前記の半導体発光素子において、前記透光性膜が、前記半導体発光部の端部側面の全体に亘って設けられていることを特徴とする。
この半導体発光素子では、透光性膜が半導体発光部の端部側面の全体に亘って設けられていることによって、半導体発光部の端部側面から出射するほぼすべての光を、光取り出し方向に反射して、半導体発光部で生じた光を光の取り出し方向に有効に取り出すことができるため、光取り出し効率が向上する。
請求項９に係る発明は、前記の半導体発光素子において、前記基板が、光取出し方向に直交した露出面を有し、該露出面から連続した第１導電型半導体層の端部側面に、逆テーパー状の端部側面を有する透光性膜が形成されていることを特徴とする。
この半導体発光素子では、基板の露出面から連続した第１導電型半導体層の端部側面にも逆テーパー状の端部側面を有する透光性膜を形成することで、第１導電型半導体層の端部側面から出射する光を光取出し方向に反射して、半導体発光部で生じた光を光の取出し方向に有効に取り出すことができるため、光取出し効率が向上する。
この半導体発光素子では、透光性膜が半導体発光部の端部側面の全体に亘って設けられていることによって、半導体発光部の端部側面から出射するほぼすべての光を、光取り出し方向に反射して、半導体発光部で生じた光を光の取り出し方向に有効に取り出すことができるため、光取り出し効率が向上する。
請求項９に係る発明は、前記の半導体発光素子において、前記基板が、光取出し方向に直交した露出面を有し、該露出面から連続した第１導電型半導体層の端部側面に、逆テーパー状の端部側面を有する透光性膜が形成されていることを特徴とする。
この半導体発光素子では、基板の露出面から連続した第１導電型半導体層の端部側面にも逆テーパー状の端部側面を有する透光性膜を形成することで、第１導電型半導体層の端部側面から出射する光を光取出し方向に反射して、半導体発光部で生じた光を光の取出し方向に有効に取り出すことができるため、光取出し効率が向上する。
本発明の半導体発光素子は、十分な発光領域を維持しつつ、半導体発光部の端部側面から出射する光を、光取り出し方向に反射して、半導体発光部で生じた光を光取り出し方向に有効に取り出すことができるため、光取り出し効率が向上する。また、コストが掛かるＲＩＥや強酸等を用いる工程を必要としないため、安全面で問題なく、低コストで作製することができる。
以下、本発明の半導体発光素子について詳細に説明する。
図１（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子１の層構成を示す模式断面図、図1（Ｂ）は、半導体発光素子１の模式平面図である。
この半導体発光素子１は、図１（Ａ）に示すように、基板２の上に、第１導電型半導体層３、発光層４、第２導電型半導体層５の順に積層された層構成を有する半導体発光部８と、第２導電型半導体層５の上に積層された第２導電側電極、この第２導電側電極としては透光性導電膜６およびパッド電極７とを備え、さらに、半導体発光部８の側面に形成された透光性膜９を備える。
図１（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子１の層構成を示す模式断面図、図1（Ｂ）は、半導体発光素子１の模式平面図である。
この半導体発光素子１は、図１（Ａ）に示すように、基板２の上に、第１導電型半導体層３、発光層４、第２導電型半導体層５の順に積層された層構成を有する半導体発光部８と、第２導電型半導体層５の上に積層された第２導電側電極、この第２導電側電極としては透光性導電膜６およびパッド電極７とを備え、さらに、半導体発光部８の側面に形成された透光性膜９を備える。
基板２は、第１導電型半導体層３を構成する半導体をエピタキシャル成長させることが可能な格子整合性を有する材料で構成され、その面積および厚さ等は特に制限されない。基板２を構成する材料としては、例えば、サファイア、スピネル等の絶縁性材料、炭化ケイ素、ＳｉＯ２、ＺｎＳ、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ダイヤモンド、ニオブ酸リチウム、ガリウム酸ネオジウム等の酸化物材料などが挙げられる。
基板２の上に形成される第１導電型半導体層３と、その第１導電型半導体層３の上部に発光層４を介して形成される第２導電型半導体層５とは、必要に応じて半導体材料からなる層にドーパントをドープして、ｎ型またはｐ型の半導体層を形成する。この第１導電型半導体層および第２導電型半導体層を構成する半導体材料の具体例としては、ＧａＮ、ＡｌＮ、もしくはＩｎＮ、又はこれらの混晶であるＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体（ＩｎαＡｌβＧａ１−α−βＮ、０≦α、０≦β、α＋β≦１）、ＩＩＩ族元素として一部若しくは全部にＢなどを用いたり、Ｖ族元素としてＮの一部をＰ、Ａｓ、Ｓｂなどで置換した混晶、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ等のＧａＡｓ系材料、ＡｌＧａＩｎＰ等のＩｎＰ系材料、これらの混晶であるＩｎＧａＡｓＰ等の他のIII−Ｖ族化合物半導体などが挙げられる。また、半導体材料にドープされるドーパントとしては、ｎ型ドーパントとして、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ、Ｔｉ、Ｚｒ等のＩＶ族、若しくはＶＩ族元素、ｐ型ドーパントとして、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｃａなどが挙げられる。第１導電型半導体層３および第２導電型半導体層５を窒化物半導体材料で構成する場合には、第１導電側電極１０または第２導電側電極７との接触抵抗を低くすることができる点で、第１導電型半導体層３および第２導電型半導体層５は、Ｓｉを含むＩｎαＡｌβＧａ１−α−βＮ、Ｍｇを含むＩｎαＡｌβＧａ１−α−βＮが好ましく、さらにこれらのＩｎαＡｌβＧａ１−α−βＮはＧａＮとすることが最も好ましい。また、この第１導電型半導体層１０および第２導電型半導体層７の膜厚は、発光層４を合わせた半導体発光部の総膜厚として、１０００ｎｍ〜５０００ｎｍ程度である。
また、これらの第１導電型半導体層３および第２導電型半導体層５は、それぞれ多層構造に形成されていてもよい。例えば、第１導電型半導体層３は、基板２の上に、コンタクト層、クラッド層の順に積層された多層構造を有していてもよい。また、第２導電型半導体層５は、発光層４の上にクラッド層、コンタクト層の順に積層された多層構造を有していてもよい。また、基板２と第１導電型半導体層３との間、第２導電型半導体層５とその上の上層との間に、バッファ層を形成してもよい。さらに、第１導電型半導体層３および第２導電型半導体層５が多層構造を有する場合、多層構造は、アンドープの半導体材料またはドープされた半導体材料で形成された層とを交互に積層して構成されていてもよい。
さらに、第１導電型半導体層３には、発光層４を積層した上面を除き、その第１導電型半導体層の上面を一部切り欠いて形成された露出面３ａの上に、第１導電側電極１０が設けられる。前記第２導電側電極７と、この第１導電側電極１０との間に電圧を印加することによって、第１導電型半導体層３および第２導電型半導体層５から、発光層４に正孔と電子が注入される。
また、発光層４は、ｎ型またはｐ型の半導体層である、第１導電型半導体層３と、第２導電型半導体層５とから注入される正孔および電子の再結合に生成するエネルギを光として放出するものである。この発光層４は、前記第１導電型半導体層３の上面に形成される。
この発光層４は、井戸層と障壁層とを含む量子井戸構造を有するものが好ましい。また、この発光層４を構成する半導体材料は、ノンドープ、ｎ型不純物ドープ、ｐ型不純物ドープのいずれのものでもよい。なかでも、ノンドープまたはｎ型不純物ドープの半導体材料で形成されることが好ましい。さらに、例えば、井戸層をアンドープとし、障壁層をｎ型不純物ドープとしてもよい。さらにまた、井戸層にドープするドーパントの種類およびドープ量を選択することによって、半導体発光素子の目的、用途等に応じて発光層４で生成する光の波長を調整することができる。例えば、窒化物半導体からなる発光層４では、６０ｎｍ〜６５０ｎｍ付近、好ましくは３８０ｎｍ〜５６０ｎｍの波長の光を発光することができるが、井戸層にＡｌをドープすることによって、従来のＩｎＧａＮの井戸層では困難な波長域、具体的には、ＧａＮのバンドギャップエネルギーである波長３６５ｎｍ付近、もしくはそれより短い波長を得ることができる。
第２導電側の電極として用いられる透光性導電膜６は、第２導電型半導体層５の上面の略全面に形成され、パッド電極７から第２導電型半導体層５に電流を注入するとともに、発光層４からの光を透過して外部に放出するためのものである。ここで、透光性とは、発光層４で発生する光が透過可能であることを意味する。
この透光性導電体膜６は、特に制限されないが、Ｉｎ、Ｚｎ、ＳｎおよびＧａから選ばれる少なくとも１種を含む酸化物からなるものが好ましい。具体的には、ＩＴＯ（錫がドープされた酸化インジウム）、ＺｎＯ、ＧＺＯ（亜鉛がドープされた酸化ガリウム）、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２等、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎの酸化物等で形成することができる。
パッド電極７および第１導電側電極１０は、Ａｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｒｈ等で形成される。
透光性膜９は、半導体発光部８の側面（端部側面）に、第１導電型半導体層３の露出面３ａの上に光の取り出し方向（矢印Ａの方向）に露出面３ａの側から順に積層された２層の透光性層９ａ，９ｂで構成されている。この透光性膜９（透光性層９ａ，９ｂ）は、前記の光の取り出し方向に対して、逆テーパー状に形成された端部側面１１を有する。これにより発光領域を十分確保しつつ、半導体発光部の端部側面から出射する光を、光取り出し方向に反射して、半導体発光部で生じた光を光取り出し方向に有効に取り出すことができ、光取り出し効率が向上する。なお、本発明において、透光性膜９は、２層の透光性層で構成されるものに限られず、３層以上の透光性層で構成されていてもよい。また、透光性膜９は、透光性膜９の端部側面での隣接する材料または空気に対し、屈折率が透光性膜の方が高くなるようにすることが好ましい。これにより、端部側面で光が好ましく反射され、この屈折率差が大きいほど好ましい。例えば、端部側面が空気に接しているときは、空気の屈折率１よりも大きい材料を選択することが好ましい。
透光性膜９を構成する透光性層９ａ，９ｂは、絶縁材料または導電材料で形成されていることが好ましい。特に、透光性層９ａ，９ｂを、絶縁材料で形成することによって、電流リークの防止や発光部の保護のために形成する絶縁膜を用いて、新たな材料からなる層を設けることなく、半導体発光部の端部側面から出射する光を、光吸収によるロスが少なく、光取り出し方向に反射して、半導体発光部で生じた光を光取り出し方向に有効に取り出すことができるため、好ましい。さらに、絶縁材料は、Ｓｉ、ＴｉおよびＡｌから選ばれる少なくとも１種を含む酸化物で形成されていることが好ましい。これによって、電流リークの防止や発光部の保護のために信頼性の高い膜が形成できる。
また、透光性膜９を構成する透光性層９ａ，９ｂを導電材料で形成する場合は、導電材料で構成される透光性層９ａ，９ｂと、半導体発光部８との間に絶縁膜を介設することが、半導体発光部８の側面を十分に絶縁できることから、好ましい。
透光性層を形成する導電材料は、透光性導電膜６と同様に、Ｉｎ、Ｚｎ、ＳｎおよびＧａから選ばれる少なくとも１種を含む酸化物で形成されていることが好ましい。これによって、吸収によるロスを低減できるため、有効である。特に、透光性層９ａ，９ｂを形成する導電材料が、第２導電型半導体層５の上面に設けられる透明導電体膜６を延設して形成されていることが好ましい。これによって、新たな材料からなる膜を設けることなく、半導体発光部の端部側面から出射する光を、光吸収によるロスが少なく、光取り出し方向に反射して、半導体発光部で生じた光を光取り出し方向に有効に取り出すことができる。
透光性層を形成する導電材料は、透光性導電膜６と同様に、Ｉｎ、Ｚｎ、ＳｎおよびＧａから選ばれる少なくとも１種を含む酸化物で形成されていることが好ましい。これによって、吸収によるロスを低減できるため、有効である。特に、透光性層９ａ，９ｂを形成する導電材料が、第２導電型半導体層５の上面に設けられる透明導電体膜６を延設して形成されていることが好ましい。これによって、新たな材料からなる膜を設けることなく、半導体発光部の端部側面から出射する光を、光吸収によるロスが少なく、光取り出し方向に反射して、半導体発光部で生じた光を光取り出し方向に有効に取り出すことができる。
さらに、透光性膜９を構成する透光性層９ａ，９ｂは、同一の材料または異なる材料で形成されていていてもよく、エッチングレートが異なる２層以上の透光性層であることが好ましい。特に、下層の透光性層９ａを、上層の透光性層９ｂよりもエッチングレートが大きい材料で形成することによって、光の取り出し方向に対して逆テーパー状に形成する端部側面１１を、コストが掛かる工程を必要とせず、安全面で問題なく、低コストで作製することができるため、好ましい。
さらにまた、透光性膜９を構成する透光性層９ａ，９ｂが、異なる材料からなる２層以上の透光性層で構成されている場合には、エッチングレートが異なるため、光の取り出し方向に対して逆テーパー状に形成する端部側面１１を、容易かつ安定して形成でき、また、エッチングレート差が大きく設定できること、２種類以上のエッチング液を使用することができるなどの利点もある。
また、図１（Ａ）に示すように、透光性膜９は、半導体発光素子において光の取り出し方向に直交した第１導電型半導体層の露出面と該露出面上に第１導電側電極とが形成され、少なくとも基板の露出面から連続した半導体発光部の端部側面に形成されていることが好ましい。つまり逆テーパー状の透光性膜を第１導電側電極１０と対面する半導体発光部８の端部側面８ａに少なくとも形成することによって、光が取り出し方向に反射され、第１導電側電極における光の吸収を低減することができるため、好ましい。
さらにまた、透光性膜９は、図２に示すように、半導体発光部８の端部側面の全体に亘って設けられていることが、半導体発光部８の端部側面から出射するほぼすべての光を、光取り出し方向に反射して、半導体発光部で生じた光を光の取り出し方向に有効に取り出すことができるため、光取り出し効率が向上する。
また、透光性膜９が、図１（Ａ）に示すように、第２導電型半導体層５の表面に設けられた第２導電側電極の透光性導電膜６の表面およびパッド電極７の一部の表面を被覆していることが、好ましい。これによって、絶縁材料を電極表面まで設けることができ、絶縁性が高められ、電極露出部にパッドを信頼性よく形成可能である。なお、透光性膜９を逆テーパー状に形成すると同時にパッド電極７の上部の開口部を形成すると、図１（Ａ）に示すとおり、パッド電極上部の一部を被覆している透光性膜９に、逆テーパー状の開口部１２が形成されているが、逆テーパー状に限るものではなく、例えばパッド電極７の上部の開口部の形成を、逆テーパー状の透光性膜９の形成と同時ではなく、別の工程で形成すれば、逆テーパー状の開口部１２は形成されず、パッド電極７の上部の開口部は、通常の断面略円柱状の形状に形成される。
次に、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子について説明する。
図３は、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子２１の層構成を示す模式断面図である。
この半導体発光素子２１は、基板２の上に、第１導電型半導体層３、発光層４、第２導電型半導体層５の順に積層された層構成を有する半導体発光部８と、第２導電型半導体層５の上に積層された第２導電側電極としての、透光性導電膜６およびパッド電極７とを備える点で、前記第１の実施形態にかかる半導体発光素子１と同様の構成を有する。そして、第２の実施形態に係る半導体発光素子２１は、第１の実施形態に係る半導体発光素子１に対して、透光性導電膜６が、半導体発光部８の側面に延設され、その透光性導電膜６の延設された部分が、逆テーパー状の端部側面１１を有する透光性膜１３を形成する点が異なる。したがって、この相違点について主に説明する。なお、図３に示す、透光性導電膜６を延設して形成される透光性膜１３は、説明の便宜のために、単一の層として図示してあるが、単一層の場合は、逆テーパーを形成する透光性膜９の一部がこれにより形成されるものであり、また第１の実施形態における透光性膜９と同様に、２層以上の透光性層で構成されるものでもよい。
図３は、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子２１の層構成を示す模式断面図である。
この半導体発光素子２１は、基板２の上に、第１導電型半導体層３、発光層４、第２導電型半導体層５の順に積層された層構成を有する半導体発光部８と、第２導電型半導体層５の上に積層された第２導電側電極としての、透光性導電膜６およびパッド電極７とを備える点で、前記第１の実施形態にかかる半導体発光素子１と同様の構成を有する。そして、第２の実施形態に係る半導体発光素子２１は、第１の実施形態に係る半導体発光素子１に対して、透光性導電膜６が、半導体発光部８の側面に延設され、その透光性導電膜６の延設された部分が、逆テーパー状の端部側面１１を有する透光性膜１３を形成する点が異なる。したがって、この相違点について主に説明する。なお、図３に示す、透光性導電膜６を延設して形成される透光性膜１３は、説明の便宜のために、単一の層として図示してあるが、単一層の場合は、逆テーパーを形成する透光性膜９の一部がこれにより形成されるものであり、また第１の実施形態における透光性膜９と同様に、２層以上の透光性層で構成されるものでもよい。
この半導体発光素子２１においては、少なくとも透光性膜１３と第１導電型半導体層３との間、もしくは発光層４の端面および第２導電型半導体層５の端面と透光性膜１３との間に絶縁膜１４を設ける。好ましくは第１導電型層３の端面、発光層４の端面および第２導電型半導体層５の端面、すなわち半導体発光部の端部側面と透光性膜１３との間に絶縁膜１４を設ける。さらに、第２導電型半導体層５の上部、第１導電側電極１０の一部に、絶縁膜１４が設けられていてもよい。この絶縁膜１４によって、半導体発光部８の端部側面での電流短絡を回避するとともに、透光性膜１３を導電性の材料で形成することができる利点がある。
次に、本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子について説明する。
図４は、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子３１の層構成を示す模式断面図である。
この半導体発光素子３１は、基板２の上に、第１導電型半導体層３、発光層４、第２導電型半導体層５の順に積層された層構成を有する半導体発光部８と、第２導電型半導体層５の上に積層された第２導電側電極としての透光性導電膜６およびパッド電極７とを備え、さらに、半導体発光部８の端部側面に形成された透光性膜９を備える点で、前記第１の実施形態にかかる半導体発光素子１と同様の構成を有する。そして、第３の実施形態に係る半導体発光素子３１は、第１の実施形態に係る半導体発光素子１に対して、光の取り出し方向（矢印Ａの方向）に直交する方向に基板２の露出面２ａが形成され、その基板の露出面２ａと基板の露出面２ａに連続する第１導電型半導体層の端部側面に、逆テーパー状の端部側面３１を有する透光性膜３９が形成されていることが相違する。このとき、透光性膜３９は、透光性膜３９の端部側面での隣接する材料または空気に対し、屈折率が透光性膜の方が高くなるようにすることが好ましい。これにより、端部側面で光が好ましく反射され、この屈折率差が大きいほど好ましい。例えば、端部側面が空気に接しているときは、空気の屈折率１よりも大きい材料を選択することが好ましい。
図４は、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子３１の層構成を示す模式断面図である。
この半導体発光素子３１は、基板２の上に、第１導電型半導体層３、発光層４、第２導電型半導体層５の順に積層された層構成を有する半導体発光部８と、第２導電型半導体層５の上に積層された第２導電側電極としての透光性導電膜６およびパッド電極７とを備え、さらに、半導体発光部８の端部側面に形成された透光性膜９を備える点で、前記第１の実施形態にかかる半導体発光素子１と同様の構成を有する。そして、第３の実施形態に係る半導体発光素子３１は、第１の実施形態に係る半導体発光素子１に対して、光の取り出し方向（矢印Ａの方向）に直交する方向に基板２の露出面２ａが形成され、その基板の露出面２ａと基板の露出面２ａに連続する第１導電型半導体層の端部側面に、逆テーパー状の端部側面３１を有する透光性膜３９が形成されていることが相違する。このとき、透光性膜３９は、透光性膜３９の端部側面での隣接する材料または空気に対し、屈折率が透光性膜の方が高くなるようにすることが好ましい。これにより、端部側面で光が好ましく反射され、この屈折率差が大きいほど好ましい。例えば、端部側面が空気に接しているときは、空気の屈折率１よりも大きい材料を選択することが好ましい。
この半導体発光素子３１では、半導体発光部８の側面に形成された透光性膜９の端部側面１１によって、半導体発光部８の端部側面から出射する光を、光取り出し方向に反射して、半導体発光部８で生じた光を光の取り出し方向に有効に取り出すとともに、基板２の露出面２ａ上に形成された透光性膜３９端部側面３１によって、基板表面と連続する第１導電型半導体層の端部側面から出射する光も有効に光取出し方向に反射して、光の取出し効率を向上することができる。以上のように、第１、第２、第３の実施形態を説明したが、２層以上の透光性層は、絶縁材料と導電材料とを組み合わせて用いてもよく、少なくとも１層が絶縁材料であれば他が導電材料を用いてもよく、また少なくとも１層が導電材料であれば他が絶縁材料であってもよい。
次に、第１の実施形態の半導体発光素子１および第３の実施形態の半導体発光素子３１の透光性膜９、ならびに第２の実施形態の半導体発光素子２１の透光性膜１３における形態および作用について、図５、図６、図７および図８によって説明する。なお、これらの図５、図６、図７および図８に示す透光性膜９は、説明の便宜のために、単一の層として図示してあるが、第１の実施形態における透光性膜９と同様に、２層以上の透光性膜で構成されるものである。
図５に示す透光性膜９は、光の取り出し方向(矢印Ａの方向)に対して逆テーパー状に形成された端部側面１１Ａを有する。この端部側面１１Ａは、第１導電側電極３が形成される第１導電型半導体層の露出面３ａに対して、鋭角θ０の角度で傾斜している逆テーパー状に形成されている。
この端部側面１１Ａによって、発光層４で生じた光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、端部側面１１Ａで反射されて反射光Ｌ１２，Ｌ２２，Ｌ３２として、光の取り出し方向に出射する。これによって、半導体発光部８の端部側面から出射する光を、光取り出し方向に反射して、半導体発光部８で生じた光を光の取り出し方向に有効に取り出すことができるため、光取り出し効率が向上する。このとき、θ０は、好ましくは３０〜６０度、最も好ましくは４５度である。
図６に示す透光性膜９は、光の取り出し方向(矢印Ａの方向)に対して逆テーパー状に形成された端部側面１１Ｂを有する。この端部側面１１Ｂは、第１導電側電極３が形成される第１導電型半導体層の露出面３ａに対して、鋭角θ１の角度で傾斜している傾斜面１５ａと、その傾斜面１５ａに連設され、第１導電型半導体層３の露出面３ａに対して、点１６における接線Ｃのなす角度が鋭角θ２である曲面１５ｂとで構成されている。
この端部側面１１Ｂによって、発光層４で生じた光Ｌ１，Ｌ２は、端部側面１１Ｂで反射されて反射光Ｌ１２，Ｌ２２として、光の取り出し方向に出射する。これによって、半導体発光部８の端部側面から出射する光を、光取り出し方向に反射して、半導体発光部８で生じた光を光の取り出し方向に有効に取り出すことができるため、光取り出し効率が向上する。
図７に示す透光性膜９は、光の取り出し方向（矢印Ａの方向）に対して逆テーパー状に形成された端部側面１１Ｃを有する。この端部側面１１Ｃは、第１導電側電極３の露出面３ａに対して、鋭角θ１の角度で傾斜している傾斜面１７ａと、第１導電側電極３が形成される第１導電型半導体層の露出面３ａに対して、鋭角θ２の角度で傾斜している傾斜面１７ｂとが連設され、かつθ１＜θ２である形状を有するものである。
この端部側面１１Ｃによって、発光層４で生じた光Ｌ１，Ｌ２は、端部側面１１Ｃ（傾斜面１７ａ，１７ｂ）で反射されて反射光Ｌ１２，Ｌ２２として、光の取り出し方向に出射する。これによって、半導体発光部８の端部から出射する光を、光取り出し方向に反射して、半導体発光部８で生じた光を光の取り出し方向に有効に取り出すことができるため、光取り出し効率が向上する。
図８に示す透光性膜９は、光の取り出し方向（矢印Ａの方向）に対して逆テーパー状に形成された端部側面１１Ｄを有する。この端部側面１１Ｄは、第１導電側電極３が形成される第１導電型半導体層の露出面３ａに対して、鋭角θ１の角度で傾斜している傾斜面１８ａと、第１導電型半導体層３の露出面３ａに対して、鋭角θ２の角度で傾斜している傾斜面１８ｂとが連設され、かつθ１＞θ２である形状を有するものである。
この端部側面１１Ｄによって、発光層４で生じた光Ｌ１，Ｌ２は、端部側面１１Ｄ（傾斜面１８ａ，１８ｂ）で反射されて反射光Ｌ１２，Ｌ２２として、光の取り出し方向に出射する。これによって、半導体発光部８の端部側面から出射する光を、光取り出し方向に反射して、半導体発光部８で生じた光を光の取り出し方向に有効に取り出すことができるため、光取り出し効率が向上する。
本発明の半導体発光素子は、下記の工程（１）〜（４）およびその他の工程を順次行うことによって製造することができる。
（１）基板上に、第１導電型半導体層と、第２導電型半導体層と、前記第１導電型半導体層と前記第２導電型半導体層の間に介設された発光層とを有する半導体発光部を形成する工程
（２）第２導電型半導体層の上に、第２導電側電極として透光性導電膜およびパッド電極を形成する工程
（３）第１導電型半導体層に接する第１導電側電極を形成する工程
（４）透光性膜を形成する工程
本発明の半導体発光素子を製造する方法は、前記の工程のみに制限されず、必要に応じて、他の工程を行うことができる。例えば、これらの工程（１）〜（４）の他に、基板の洗浄工程、熱処理工程等を前記の（１）〜（５）の前工程、途中の工程または後工程として行うことができる。
（１）基板上に、第１導電型半導体層と、第２導電型半導体層と、前記第１導電型半導体層と前記第２導電型半導体層の間に介設された発光層とを有する半導体発光部を形成する工程
（２）第２導電型半導体層の上に、第２導電側電極として透光性導電膜およびパッド電極を形成する工程
（３）第１導電型半導体層に接する第１導電側電極を形成する工程
（４）透光性膜を形成する工程
本発明の半導体発光素子を製造する方法は、前記の工程のみに制限されず、必要に応じて、他の工程を行うことができる。例えば、これらの工程（１）〜（４）の他に、基板の洗浄工程、熱処理工程等を前記の（１）〜（５）の前工程、途中の工程または後工程として行うことができる。
第１導電型半導体層と、第２導電型半導体層と、前記第１導電型半導体層と前記第２導電型半導体層の間に介設された発光層とを有する半導体発光部を形成する工程（１）は、洗浄された基板の上表面に、所要の半導体材料、ドーパントなどを含むガスを供給して、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）、ＨＤＶＰＥ（ハライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線気相成長法）、ＭＯＭＢＥ（有機金属分子線気相成長法）等の気相成長装置を用いて、気相成長させることにより行うことができる。このとき、形成する導電型半導体層の種類、例えば、ｎ型半導体層、ｐ型半導体層および発光層４の各層の層構成および構成材料、層の膜厚等に応じて、供給するガスが含有する半導体材料およびドーパントの成分種、組成等を切り換えて、窒素ガス等の不活性ガスをキャリアガスとして用いて基板上に供給することによって形成することができる。
また、第２導電型半導体層の上に、透光性導電膜およびパッド電極を形成する工程（２）は、第２導電型半導体層の上表面に、レジスト膜の上からＲＩＥ（reactive ion etching）やイオンミリング（ion milling）、リフトオフ等の方法により形成するフォトマスクを用いてスパッタリング法等によって、例えば、Ｉｎ、Ｚｎ、ＳｎおよびＧａから選ばれる少なくとも１種を含む酸化物を積層することによって行うことができる。さらに、パッド電極は、透光性導電膜の上表面に、フォトマスクを用いてスパッタリング等によって、金属材料を積層することによって行うことができる。
また、第１導電型半導体層に接する第１導電側電極を形成する工程（３）は、発光層および第２導電型半導体層、さらに、第１導電型半導体層の一部を選択的にエッチング等によって除去して露出される第１導電型半導体層の露出面に、スパッタリング法等によって、金属材料を積層することによって行うことができる。
透光性膜を形成する工程（４）は、第２導電側電極および第１導電側電極を形成した半導体発光部および透光性導電膜の上に、スパッタリングやＣＶＤ等によって、透光性膜を構成する２種以上の透光性材料を順次積層した後、ウェットエッチングもしくはドライエッチングによって、光の取り出し方向に向かって逆テーパー状の端部側面を有する透光性膜を形成することによって行うことができる。このとき、エッチングレートの異なる同一材料または異種材料で２層以上の透光性層を形成し、これをエッチングすることによって、図５〜図８に示す各種形状の端部側面を有する透光性膜を形成することができる。すなわち、ウェットエッチングの場合には、１種または２種以上のエッチング液でエッチングすることによって、図５〜図８に示す各種形状の端部側面を有する透光性膜を形成することができる。また、ドライエッチングの場合には、エッチング条件、エッチャント種等を変えてエッチングすることによって、図５〜図８に示す各種形状の端部側面を有する透光性膜を形成することができる。また、エッチングレートの異なる透光性層は、例えばスパッタリング、ＣＶＤ等における条件によって調整することによって、密度の異なる２種以上の透光性層を形成することによっても形成することができる。
以下、本発明の半導体発光素子およびその製造方法について、窒化物半導体発光素子に関する第４実施形態および第５実施形態を説明する。
まず、第４実施形態として、図１に示す構造の窒化物半導体発光素子について説明する。
洗浄したサファイア基板（直径：２インチ（５．０８ｃｍ）、（０００１）Ｃ面を主面とする）上に、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）ガス、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）ガス、ＮＨ３およびドーパントガスをキャリアガスと共に流し、ＭＯＣＶＤ法によって窒化物半導体を成膜する。このとき、ドーパントガスとしてＳｉＨ4とビシクロペンタジエニルマグネシウム（ＣＰ２Ｍｇ）を切り替えることによって、下記の方法によって、基板面上に、基板と窒化物半導体層との格子定数の不整合を緩和させるバッファ層、ｎ電極（第１導電側電極）とオーミック接触を得るためのｎ型コンタクト層、キャリア結合により光を発生させる活性層（発光層）、キャリアを活性層に閉じ込めるためのｐ型クラッド層およびｐ電極（第２導電側電極）とオーミック接触を得るためのｐ型コンタクト層を順次形成し、第１導電型半導体層（バッファ層、ｎ型コンタクト層、ｎ型クラッド層）３、活性層（発光層４）および第２導電型半導体層（ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層）５で構成される半導体発光部８、さらに、第１導電側電極７、透明導電体層６、第２導電側電極１０等を有する半導体発光素子を形成する。
洗浄したサファイア基板（直径：２インチ（５．０８ｃｍ）、（０００１）Ｃ面を主面とする）上に、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）ガス、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）ガス、ＮＨ３およびドーパントガスをキャリアガスと共に流し、ＭＯＣＶＤ法によって窒化物半導体を成膜する。このとき、ドーパントガスとしてＳｉＨ4とビシクロペンタジエニルマグネシウム（ＣＰ２Ｍｇ）を切り替えることによって、下記の方法によって、基板面上に、基板と窒化物半導体層との格子定数の不整合を緩和させるバッファ層、ｎ電極（第１導電側電極）とオーミック接触を得るためのｎ型コンタクト層、キャリア結合により光を発生させる活性層（発光層）、キャリアを活性層に閉じ込めるためのｐ型クラッド層およびｐ電極（第２導電側電極）とオーミック接触を得るためのｐ型コンタクト層を順次形成し、第１導電型半導体層（バッファ層、ｎ型コンタクト層、ｎ型クラッド層）３、活性層（発光層４）および第２導電型半導体層（ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層）５で構成される半導体発光部８、さらに、第１導電側電極７、透明導電体層６、第２導電側電極１０等を有する半導体発光素子を形成する。
まず、サファイア基板上に、５００℃にてＧａＮよりなるバッファ層を１０Å〜５００Åの膜厚にて成長させた後、温度を１０５０℃にしてアンドープＧａＮ層を５μｍの膜厚に成長させる。
次に、ｎ型コンタクト層、およびｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層を形成する。まず、１０５０℃で、同じく原料ガスＴＭＧ、アンモニアガス、不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉを４．５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮよりなるｎ型コンタクト層を形成する。次に、シランガスの供給を止め、１０５０℃で、ＴＭＧ、アンモニアガスを用い、アンドープＧａＮ層を７．５ｎｍの膜厚で成長させる。続いて、同温度にてシランガスを追加してＳｉを４．５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮ層を２．５ｎｍの膜厚で成長させる。ｎ型コンタクト層は膜厚１〜２０μｍ、好ましくは２〜６μｍのＳｉドープＧａＮから構成される。このｎ型コンタクト層上に、例えば、ＳｉがドープされたＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎから構成されるｎ型クラッド層を膜厚１００〜５００Åの厚さで形成してもよい。
次に、発光層（活性層）を、膜厚２５〜３００ÅのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎで構成してもよいし、膜厚５０ÅのＧａＮ層／膜厚３０ÅのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層の組合せの複合層を１〜１０層形成し、最後に膜厚５０ÅのＧａＮｗｐ形成した単一あるいは多重量子井戸層として構成してもよい。また、ＩｎxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）の混晶比は、所望の発光波長に応じて適宜選択される。
ｐ型クラッド層は、膜厚１００Å〜０．２μｍのＭｇがドープされたＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎから構成される。また、このｐ型クラッド層は活性層へのキャリアの閉じ込めが十分であれば省略可能である。ｐ型コンタクト層は膜厚０．０１〜０．５μｍ、好ましくは０．０５〜０．２μｍのＭｇがドープされたＧａＮから構成される。
その後、半導体発光部をｎ型コンタクト層が露出するまでエッチングを行い、半導体発光部の積層面とほぼ平行な露出面を形成する。このとき、露出させるｎ型コンタクト層の露出面は、活性層の下面から０．０５〜０．２μｍ程度とすることが好ましい。また、露出面の幅ｗ、すなわち活性層の端部を含む半導体発光部の端面から露出面を有するｎ型コンタクト層の端面Ｃまでの距離ｗとしては１〜３０μｍ程度とする。さらにｎ電極が形成される部分以外の露出面は、ダイサー等を用いることによって形成してもよい。
上記のように形成されたｐ型コンタクト層上に、Ｎｉを１０〜３０Åの厚さで、さらに、その上にＰｔを２０〜５０Åの厚さでスパッタリング等によって形成し、透光性のｐ電極（第２導電側電極）とする。このＮｉ／Ｐｔの組み合わせは、Ｎｉ／Ａｕ、Ｃｏ／ＡｕおよびＰｄ／Ｐｔとしてもｐ型コンタクト層と良好なオーミック接触が得られる。
また、露出したｎ型コンタクト層の一部に、Ｗを１０〜１００Åの厚さで、その上にＡｌを２０Å〜１μｍの厚さでスパッタリング等によって形成してｎ電極とし、その後、アニーリングを行う。
その後、露出させたｎ型コンタクト層の露出面にＣＶＤ等によってＳｉＯ2等の絶縁膜を形成し、これを第１の絶縁層（透光性層９ａ）とする。次に、第１の絶縁層（透光性層９ａ）の上に続けて膜質の異なる第２の絶縁層（透光性層９ｂ）を形成する。この２種類の絶縁層の膜質を制御することにより、その後のウェットエッチングにおけるエッチングレートの差を生じさせ、すなわち、第２の絶縁層の方が第１の絶縁層よりもエッチングレートを遅くすることによって端部側面の形状を逆テーパー形状となるように形成することができる。膜質の制御方法については、例えば、ＣＶＤを用いる場合であれば、チャンバー内の温度、圧力、ＲＦ出力等の制御が挙げられる。また、第１絶縁層／第２絶縁層がＳｉＯ２／ＴｉＯ２、ＳｉＯ２／ＩＴＯの異なる材料からなる組合せの膜としてもよい。さらに、同一の材料で膜質が異なる２層の絶縁層を形成する場合は、ＳｉＯ２で、密度が第１絶縁層＞第２絶縁層となるように形成してもよい。第1の絶縁層と第２の絶縁層を合わせた膜厚は、半導体発光部８のＰ型半導体層（第２導電型半導体層５）より高くなるようにする。この２層から成る絶縁層の上に、リソグラフィー工程で所望のパターニングを行い、その後のエッチング工程において、例えば、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）を用いるウェットエッチングによって、例えば、図５〜図７に示すような断面形状を有する透光性膜９を形成する。このとき、光取り出し方向への光取出しを増加させるためには、第２絶縁層が発光領域の側面に位置することが好ましい。
このようにして形成された窒化物半導体発光素子では、光の取り出し方向に向かって逆テーパー状に形成された透光性膜の端部側面によって、半導体発光部８の端部側面から出射する光を、光取り出し方向に反射して、半導体発光部８で生じた光を光の取り出し方向に有効に取り出すことができるため、光取り出し効率が向上する。
次に、第５の実施形態として、図３に示す構造を有する窒化物半導体発光素子について説明する。
まず、第１導電型半導体層（バッファ層、ｎ型コンタクト層、ｎ型クラッド層）３、発光層４（活性層）および第２導電型半導体層（ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層）５で構成される半導体発光部８の形成は、前記の第４の実施形態と同様の工程によって行う。そして、半導体発光部８の端部側面を被覆する絶縁膜を形成し、第２導電型半導体層５の表面以上の領域に透光性導電膜を形成する導電材料としてＩＴＯ膜を積層する。このとき、ＩＴＯ膜は、２層以上の膜質の異なる構造とし、下層側の方がエッチングレートが速くなるように構成する。具体的には、例えば、２層でＩＴＯ膜を構成する場合、蒸着による１０００Åの第１のＩＴＯ膜、さらに、その上にスパッタによる１０００Åの第２のＩＴＯ膜の二層構造のＩＴＯ膜を形成する。これを所定の形状に形成されたフォトマスクにてレジストを覆い、王水系エッチング液でエッチングする。このとき、第１のＩＴＯ膜の密度＜第２のＩＴＯ膜の密度となるため、王水系エッチング液を用いるエッチングによって、第２のＩＴＯ膜の方が第１のＩＴＯ膜よりもエッチングレートが遅くなることによって端面の形状を逆テーパー形状となるように形成することができる。
まず、第１導電型半導体層（バッファ層、ｎ型コンタクト層、ｎ型クラッド層）３、発光層４（活性層）および第２導電型半導体層（ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層）５で構成される半導体発光部８の形成は、前記の第４の実施形態と同様の工程によって行う。そして、半導体発光部８の端部側面を被覆する絶縁膜を形成し、第２導電型半導体層５の表面以上の領域に透光性導電膜を形成する導電材料としてＩＴＯ膜を積層する。このとき、ＩＴＯ膜は、２層以上の膜質の異なる構造とし、下層側の方がエッチングレートが速くなるように構成する。具体的には、例えば、２層でＩＴＯ膜を構成する場合、蒸着による１０００Åの第１のＩＴＯ膜、さらに、その上にスパッタによる１０００Åの第２のＩＴＯ膜の二層構造のＩＴＯ膜を形成する。これを所定の形状に形成されたフォトマスクにてレジストを覆い、王水系エッチング液でエッチングする。このとき、第１のＩＴＯ膜の密度＜第２のＩＴＯ膜の密度となるため、王水系エッチング液を用いるエッチングによって、第２のＩＴＯ膜の方が第１のＩＴＯ膜よりもエッチングレートが遅くなることによって端面の形状を逆テーパー形状となるように形成することができる。
このようにして形成された窒化物半導体発光素子では、透光性導電膜６を延設して、半導体発光部８の端部側面に形成された透光性膜１３の逆テーパー状に形成された端部側面によって、半導体発光部８の端部側面から出射する光を、光取り出し方向に反射して、半導体発光部８で生じた光を光の取り出し方向に有効に取り出すことができるため、光取り出し効率が向上する。
ここで、比較のために、本発明に係る窒化物半導体発光素子（図１に示す構造）と、従来の半導体発光素子（図９に示す構造）とについて、素子の上面（図１または図９において、紙面上方）からの発光強度分布をＣＣＤカメラで測定した。
図１１（Ａ）は、半導体発光部８の端部側面に形成された透光性膜１３の逆テーパー状に形成された端部側面を有する窒化物半導体発光素子の光の出射状態を示す図である。図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）に示す半導体発光素子の模式平面図である。図１１（Ｂ）に示す、第１導電型半導体層３、パッド電極７、半導体発光部８、透光性膜９および第１導電側電極１１が、図１１（Ａ）に対応する。
図１２は、従来の窒化物半導体発光素子の光の出射状態を示す図である。
図１１（Ａ）は、半導体発光部８の端部側面に形成された透光性膜１３の逆テーパー状に形成された端部側面を有する窒化物半導体発光素子の光の出射状態を示す図である。図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）に示す半導体発光素子の模式平面図である。図１１（Ｂ）に示す、第１導電型半導体層３、パッド電極７、半導体発光部８、透光性膜９および第１導電側電極１１が、図１１（Ａ）に対応する。
図１２は、従来の窒化物半導体発光素子の光の出射状態を示す図である。
図１１（ａ）と、図１２とを対比すると、図１１に示す本発明の窒化物半導体発光素子では、半導体発光部からの光のみならず、半導体発光部の外周部分（図１１（ａ）のＡ）において、透光性膜の端部側面からの光が観測され、素子上面の方向（光の取り出し方向）への光の出射が多いことが分かった。図１２ではこの外周部分からの光は観測されなかった。したがって、半導体発光部８の端部側面に形成された透光性膜１３の逆テーパー状に形成された端部側面を有する、本発明の半導体発光素子は、光取り出し面側での光出力が向上し、光取り出し効率に優れるものであることが分かる。
１ 半導体発光素子
２ 基板
３ 第1導電型半導体層
４ 発光層
５ 第２導電型半導体層
６ 透光性導電膜
７ パッド電極
８ 半導体発光部
９,１３,３９ 透光性膜
１０ 第１導電側電極
１１,３１ 透光性膜の端部側面
２ 基板
３ 第1導電型半導体層
４ 発光層
５ 第２導電型半導体層
６ 透光性導電膜
７ パッド電極
８ 半導体発光部
９,１３,３９ 透光性膜
１０ 第１導電側電極
１１,３１ 透光性膜の端部側面
Claims (9)
- 光取り出し方向である基板の上面側に、第１導電型半導体層と、第２導電型半導体層と、前記第１導電型半導体層と前記第２導電型半導体層の間に介設された発光層とが順に積層されてなる半導体発光部を備える半導体発光素子であって、
前記半導体発光部は、前記基板の上面に対してほぼ垂直に形成された端部側面を有し、前記半導体発光部の端部側面に、前記半導体発光部の積層方向に積層された少なくとも２層以上の透光性層からなる透光性膜を有し、前記透光性膜は、前記光の取り出し方向に対して逆テーパー状に形成された端部側面を有し、
前記透光性層の少なくとも１つが、前記第２導電型半導体層の表面に設けられた第２導電側電極を延設して形成されていることを特徴とする半導体発光素子。 - 前記透光性層のうち少なくとも１層が、絶縁材料で形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。
- 前記透光性層のうち少なくとも１層が、導電材料で形成され、前記透光性膜と前記半導体発光部の間に絶縁膜が介設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。
- 前記透光性膜が、エッチングレートが異なる２層以上の透光性層で構成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
- 前記透光性膜が、異なる材料からなる２層以上の透光性層で構成されていることを特徴とする請求項４に記載の半導体発光素子。
- 前記透光性層の少なくとも１つが、前記第２導電型半導体層の表面に設けられた第２導電側電極の一部を被覆していることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
- 前記光の取り出し方向に直交した前記第１導電型半導体層の露出面と当該露出面上に第１導電側電極とを有し、前記透光性膜が、少なくとも前記露出面から連続した半導体発光部の端部側面に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
- 前記透光性膜が、前記半導体発光部の端部側面の全体に亘って設けられていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
- 前記基板が、光取出し方向に直交した露出面を有し、該露出面から連続した第１導電型半導体層の端部側面に、逆テーパー状の端部側面を有する透光性膜が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
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