JP5292374B2 - 半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、半導体発光素子及びその製造方法に関する。

半導体発光素子は、半導体層の表面にオーミック接触した電極を具備している。半導体発光素子は、この電極に電流を流すことによって発光させている。ここで、照明装置などでは比較的大きな発光素子が望まれる。そこで、パッド電極から半導体層表面に沿って伸びた細線電極を追加した半導体発光素子が考えられている。また、発光表面全面に金属電極を施し、その金属電極にナノメートル（ｎｍ）スケールの超微細な開口を形成した半導体発光素子も考えられている。しかしながら、半導体発光素子において、さらなる高輝度化が求められている。

特開２００９−２３１６８９号公報

本発明の実施形態は、高輝度化を図ることができる半導体発光素子及びその製造方法を提供する。

実施形態に係る半導体発光素子は、構造体と、第１電極層と、第２電極層と、を備える。
構造体は、第１導電形の第１半導体層と、第２導電形の第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられた発光層と、を有する。
第１電極層は、金属部と、複数の第１開口部と、第２開口部と、を有する。
第１電極層は、前記第２半導体層の前記第１半導体層とは反対側に設けられる。
金属部は、前記第１半導体層から前記第２半導体層に向かう方向に沿った厚さが１０ナノメートル（ｎｍ）以上、２００ｎｍ以下である。
複数の第１開口部は、前記方向に沿って前記金属部を貫通し、円相当直径が１０ｎｍ以上、１マイクロメートル（μｍ）以下であって発光層で発生する光の中心波長の１／２以下である。
第２開口部は、前記方向に沿って前記金属部を貫通し、円相当直径が１μｍを超え、３０μｍ以下である。
第１電極層は、前記第２半導体層と導通し、第２電極層は、前記第１半導体層と導通する。
第１電極層の全体の面積に対する第２開口部の面積は、５％以上５０％以下である。
ここで、前記円相当直径＝２×（前記方向にみた前記開口部の面積／π）^１／２である。

また、実施形態に係る半導体発光素子の製造方法は、第１導電形の第１半導体層と、第２導電形の第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられた発光層と、を有する構造体の前記第２半導体層の上に、金属層を形成する工程と、前記金属層の上にレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜に電子線を照射し、現像し、複数の第１レジスト開口部及び第２レジスト開口部を有するレジスト層を形成する工程と、前記レジスト層をマスクとして前記金属層をエッチングし、前記第１半導体層から前記第２半導体層に向かう方向に沿った厚さが１０ナノメートル以上、２００ナノメートル以下である金属部と、複数の第１レジスト開口部に対応し円相当直径が１０ｎｍ以上１μｍ以下であって発光層で発生する光の中心波長の１／２以下の複数の第１開口部と、前記第２レジスト開口部に対応し前記円相当直径が１μｍを超え３０μｍ以下の第２開口部と、を有する電極層であって、前記電極層の全体の面積に対する前記第２開口部の面積が、５％以上５０％以下である前記電極層を形成する工程と、を備える。
ここで、前記円相当直径＝２×（前記方向にみた前記開口部の面積／π）^１／２である。

また、実施形態に係る他の半導体発光素子の製造方法は、第１導電形の第１半導体層と、第２導電形の第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられた発光層と、を有する構造体の前記第２半導体層の上に、金属層を形成する工程と、前記金属層の上にレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜に、凸部を有するスタンパの前記凸部を押し付けて、前記レジスト膜に複数の第１レジスト凹部と、第２レジスト凹部と、を有するレジスト層を形成する工程と、前記レジスト層をマスクとして前記金属層をエッチングし、前記第１半導体層から前記第２半導体層に向かう方向に沿った厚さが１０ナノメートル以上、２００ナノメートル以下である金属部と、前記複数の第１レジスト開口部に対応し円相当直径が１０ｎｍ以上１μｍ以下であって発光層で発生する光の中心波長の１／２以下の複数の第１開口部と、前記第２レジスト開口部に対応し前記円相当直径が１μｍを超え３０μｍ以下の第２開口部と、を有する電極層であって、前記電極層の全体の面積に対する前記第２開口部の面積が、５％以上５０％以下である前記電極層を形成する工程と、を備える。
ここで、前記円相当直径＝２×（前記方向にみた前記開口部の面積／π）^１／２である。

半導体発光素子を示す模式的斜視図である。 開口形状を示す模式的平面図である。 半導体発光素子の製造方法を示す模式的断面図である。 半導体発光素子の製造方法を示す模式的断面図である。 半導体発光素子の製造方法を示す模式的断面図である。 半導体発光素子の製造方法を示す模式的断面図である。 半導体発光素子の特性例を示すグラフ図である。 半導体発光素子の変形例を示す模式的断面図である。

以下、本発明の実施形態を図に基づき説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比係数などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比係数が異なって表される場合もある。
また、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
また、以下の説明では、一例として、第１導電形をｎ形、第２導電形をｐ形とした具体例を挙げる。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式的斜視図である。
第１の実施形態に係る半導体発光素子１１０は、構造体１００、第１電極層２０、第２電極層３０、を備える。

構造体１００は、第１導電形の第１半導体層５１と、第２導電形の第２半導体層５２と、第１半導体層５１と第２半導体層５３との間に設けられた発光層５３と、を有する。

第１半導体層５１は、例えばｎ形のＩｎＡｌＰによるクラッド層５１２を含む。クラッド層５１２は、例えばｎ形ＧａＡｓの基板５１１の上に形成される。実施形態では、便宜上、基板５１１は第１半導体層５１に含まれるものとする。

第２半導体層５２は、例えばｐ形のＩｎＡｌＰによるクラッド層５２１を含む。また、クラッド層５２１の上には、例えばｐ形のＩｎＧａＡｌＰによる電流拡散層５２２が設けられ、その上には、コンタクト層５２３が設けられている。実施形態では、便宜上、電流拡散層５２２及びコンタクト層５２３は第２半導体層５２に含まれるものとする。

発光層５３は、第１半導体層５１と、第２半導体層５２と、の間に設けられる。半導体発光素子１１０では、例えば、第１半導体層５１のクラッド層５１２、発光層５３、及び、第２半導体層５２のクラッド層５２１によってヘテロ構造が構成される。

第１電極層２０は、第２半導体層５２の第１半導体層５１とは反対側に設けられる。第１電極層２０には、例えば後述するようにＡｕ及びＡｇ、並びに若干の不純物が添加されたＡｕ及びＡｇが用いられる。
なお、実施形態では、説明の便宜上、構造体１００の第２半導体層５２の側を表面側または上側、構造体１００の第１半導体層５１の側を裏面側または下側とする。また、第１半導体層５１から第２半導体層５２に向かう方向に沿った積層方法をＺ方向とする。

第１電極層２０は、金属部２３と、複数の第１開口部２１と、第２開口部２２と、を有する。複数の第１開口部２１は、Ｚ方向に沿って金属部２３を貫通する。第２開口部２２は、Ｚ方向に沿って金属部２３を貫通する。複数の第１開口部２１のそれぞれの円相当直径は、１０ｎｍ以上、１μｍ以下である。第２開口部２２の円相当直径は、１μｍを超え、３０μｍ以下である。

ここで、円相当直径は、次の式で定義される。
円相当直径＝２×（面積／π）^１／２
ここで、面積は、第１開口部２１、または、第２開口部２２の、Ｚ方向からみたときの面積である。

第１開口部２１及び第２開口部２２は、必ずしも円形とは限らない。したがって、実施形態では、上記の円相当直径の定義を用いて第１開口部２１及び第２開口部２２を特定する。第１開口部２１の円相当直径は、第２開口部２２の円相当直径よりも小さい。また、第１開口部２１は複数個設けられているのに対し、第２開口部２２は少なくとも１個設けられていればよい。

第２電極層３０は、第１半導体層５１と導通している。この例では、第２電極層３０は、構造体１００の裏面側に設けられている。第２電極層３０には、例えばＡｕが用いられる。

このような半導体発光素子１１０では、第１電極層２０の形成された面が、主たる発光面として利用される。すなわち、第１電極層２０と第２電極層３０との間に所定の電圧を印加することで、発光層５３から所定の中心波長を有する光が放出される。この光は、主として第１電極層２０の主面２０ａから外部に放出される。

第１の実施形態に係る半導体発光素子１１０では、第１電極層２０に複数の第１開口部２１と、第２開口部２２と、が設けられているため、例えば１０ｎｍ以上１μｍ以下の程度の大きさの超微細な第１開口部２１を含む第１電極層２０による発光層５３への電流の拡がりを保ったまま、例えば１μｍを超え３０μｍ以下の程度の大きさの第２開口部２２から効率良く光を外部に放出できるようになる。すなわち、半導体発光素子１１０によれば、発光層５３での発光効率の向上、第１電極層２０からの放出光の輝度の向上を図ることが可能となる。

半導体発光素子１１０の具体的な一例を説明する。
半導体発光素子１１０は、例えばｎ形ＧａＡｓの基板５１１を備え、この基板５１１の上に、例えばｎ形のＩｎＡｌＰによるクラッド層５１２と、ＩｎＧａＰによる発光層５３と、ｐ形のＩｎＡｌＰによるクラッド層５２１と、を含むヘテロ構造が形成される。

発光層５３は、例えば障壁層および井戸層が交互に繰り返し設けられたＭＱＷ（Multiple Quantum Well）構成であってもよい。また、発光層５３は、井戸層を挟む障壁層の組みが１組み設けられたＳＱＷ（Single Quantum Well）構成を含むものであってもよい。

そして、この発光層５３の上に、例えばｐ形のＩｎＧａＡｌＰによる電流拡散層５２２が形成されている。さらに電流拡散層５２２には、炭素等のドーピングがされていてもよい。これにより、電流拡散層５２２の抵抗値が下がり、第１電極層２０とのオーミック接続をとりやすくなる。なお、これらの半導体の層構成は一例であり、実施形態はこれに限定されない。

電流拡散層５２２の上には、例えばＧａＡｓによるコンタクト層５２３が形成され、コンタクト層５２３を介して第１電極層２０が形成される。
ここで、コンタクト層５２３には、例えばＧａＡｓ及びＧａＰを用いることができる。ただし、実施形態はこれに限らず、コンタクト層５２３に用いられる材料は、例えば、コンタクト層５２３に隣接する電流拡散層５２２の材料、及び、第１電極層２０に用いられる材料に基づいて適切に選択される。

第１電極層２０には、ｐ側の電極として、例えばＡｕ／Ａｕ−Ｚｎが用いられる。第１電極層２０には、この金属部２３をＺ方向に沿って貫通する複数の第１開口部２１と、金属部２３をＺ方向に沿って貫通する第２開口部２２と、が設けられている。第１開口部２１及び第２開口部２２のそれぞれの大きさ及び配置は、規則的であっても、不規則的であってもよい。

図２は、第１開口部及び第２開口部の開口形状の一例を示す模式的平面図である。
図２では、第１開口部及び第２開口部におけるそれぞれ１つの開口形状を例示している。

図２（ａ）に例示した開口形状は、略円形である。また、図２（ｂ）に例示した開口形状は、略楕円形である。また、図２（ｃ）に例示した開口形状は、２つの略円形が繋がった形状である。２つの略円形の大きさは、異なっていても、同じでもよい。また、図２（ｄ）に例示した開口形状は、３つ以上の略円形が繋がった形状である。３つ以上の略円形の大きさは、異なっていても、同じでもよい。
なお、これらの開口形状は一例であって、これらに限定されない。また、開口形状は、種々の形状が組み合わされていてもよい。
以下の説明では、第１開口部２１及び第２開口部２２の開口形状として略円形の場合を例とする。

第１半導体層５１である基板の裏面側には、例えばＡｕからなるｎ側の第２電極層３０が形成されている。第２電極層３０は、第１半導体層５１と導通している。
そして、実施形態に係る半導体発光素子１１０において、発光層５３から放出された光は、電流拡散層である第２半導体層５２の第１電極層２０が設けられた全面から外部に放出される。

このような半導体発光素子１１０は、種々の機器に用いられる。昨今では、画像表示装置や照明装置に半導体発光素子１１０を用いることが検討されている。このような半導体発光素子１１０は、基本的に半導体層の両面に電極が設けられ、電極間に電流を流すことによって発光させるものである。

一般的な半導体発光素子においては、半導体層の表面の一部に設けられたパッド電極に電流を流すことによって、そのパッド電極の周辺から発光する。

半導体発光素子において、発光領域を大きくするために、例えば、パッド部分の電極から半導体層表面に沿って伸びた細線電極を追加して、発光部分の面積を広くする工夫がなされている。しかしながら、細線電極を多くすると、電極構造が複雑化する。

一方、半導体発光素子の電流に対する輝度の特性は、ある電流値でピークを持ち、それ以上の電流を流しても輝度は低下する。

輝度が低下する原因の一つは、半導体発光素子の内部に多くの電流を流したことにより熱が発生し、十分に放熱できないことである。そのため、半導体発光素子の高輝度化を実現するために、半導体発光素子の冷却（放熱）が十分に行われる。

実施形態に係る半導体発光素子１１０では、第１電極層２０に、金属部２３を貫通する複数のｎｍスケールの第１開口部２１を備えている。このような第１開口部２１を有する第１電極層２０は、金属で構成されるため、一般の電流拡散層を構成する半導体やＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの酸化物透明電極と比較して、導電率が１桁から２桁以上高く、また熱伝導性も高い。このため半導体発光素子１１０として組み上げた際に、ＩＴＯを用いた場合に比べて順方向電圧（Ｖｆ）が低くなる。この結果、発光層５３において一部だけに電流が集中する、電流集中が緩和される。よって、発光層５３の全体がより均一に発光するとともに、輝度が向上する。

一方、金属の層が光放出面になっているため、発光層５３から外部に放出しようとする光の一部が第１電極層２０によって内部に反射される場合もある。この光の反射を低減するため、第１電極層２０の一部に例えば１μｍを超え３０μｍ以下の程度の大きさの第２開口部２２を設ける。これによって、より電流を均一に流し、光放出面の全体を光らせることができる。

ただし、例えば１μｍを超え３０μｍ以下の程度の大きさの第２開口部２２を設けると、その下部の半導体層には電流が流れ難くなる。下部の半導体層のドーピング濃度等にも依存するが、あまり大きな第２開口部２２や、数多くの第２開口部２２を設けると、第１電極層２０の電気抵抗値が大きくなり、順方向電圧の上昇を招く。

そこで、実施形態に係る半導体発光素子１１０では、（１）第１電極層２０における第１開口部２１の円相当直径が、１０ｎｍ以上、１μｍ以下であること、（２）第１電極層２０における第２開口部２２の円相当直径が、１μｍを超え、３０μｍ以下であること、を第１電極層２０の条件としている。また、より好ましい条件は、（３）第１電極層２０の厚さが、１０ｎｍ以上、２００ｎｍ以下であること、である。

上記（１）の条件の理由を以下に示す。
すなわち、半導体発光素子１１０では、比較的大きな第１電極層２０を設けることで高い放熱性を得て、半導体発光素子１１０の温度上昇を抑制している。また、第１電極層２０に設けられた第１開口部２１及び第２開口部２２の大きさ（例えば、円相当直径）を調整することによっても、半導体発光素子１１０の温度上昇を抑制している。すなわち半導体発光素子１１０の順方向の電圧を低下させることによって直列抵抗を低下させ、発熱自体を減少させることができる。

このような効果を実現するためには、第１開口部２１及び第２開口部２２を有する第１電極層２０から第２半導体層５２に対して全面に均一に電流を流すとことができるとよい。第２半導体層５２に均一に電流を流すためには第１開口部２１及び第２開口部２２の大きさ、並びに、第１開口部２１及び第２開口部２２の中心間隔はある程度限定される。

電流を流す半導体層のドーピング濃度等にも依存するが、シミュレーション等の計算で得られる電流の流れる範囲は、第１電極層２０の端から約５μｍまでの範囲であり、十分な導電性を有し、順方向電流の上昇が起こらないのは１μｍ以下である。すなわち、開口部の直径がそれ以上であると電流が流れない範囲が生じて、直列抵抗を下げることができず、順方向電圧を下げることができない。そのため、第１開口部２１の平均開口部直径の上限は１μｍ以下である。

発光層５３から発生する光の波長より十分小さい開口部を第１電極層２０に設けることによって、第１電極層２０は、金属でありながら光透過型電極として機能することがある。これは、開口部に阻害されない連続した金属部位の直線距離が該光の波長より十分短いことにより、第１電極層２０に光が照射した際に光の電場により誘起される自由電子の運動が阻害され、該当波長の光と反応できなくなり、金属が透明となる点である。

金属反射を記述するドルーデの理論において、対象となる物質は照射される光の波長に対して十分に大きく、均一な構造であることが仮定されている。物質にプラズマ周波数よりも低い周波数の光が照射された際、物質内の自由電子の運動について述べると、光のもつ電場により物質内の電子の分極が生じる。この分極は光の電場を打ち消す方向に誘起される。この誘起された電子の分極により、光の電場が遮蔽されることで、光は物質を透過することができず、いわゆるプラズマ反射が生じる。ここで、もし電子の分極を誘起される物質が、光の波長よりも十分に小さいとすると、電子の運動は幾何学的な構造により制限され、光の電場を遮蔽することができなくなるものと考えられる。これは、構造的には開口部の直径を、該当する光の波長よりも十分小さくすることにより実現できる。

このため、第１電極層２０における光透過率（発光層５３で発生した光の外部への透過率）が、開口率（第１電極層２０の面積に対する開口部の面積）を上回る効果を得るためには、円相当直径を、発光層５３で発生する光の中心波長の１／２以下程度が望ましい。例えば、可視光の場合には、第１開口部２１の円相当直径は、３００ｎｍ以下がよい。

一方、第１開口部２１の円相当直径の下限に関しては、抵抗値の観点からは制約は無いものの、製造の容易性から１０ｎｍ以上、好ましくは３０ｎｍ以上あるとよい。

上記（２）の条件の理由を以下に示す。
すなわち、上述のように、実施形態に係る半導体発光素子１１０では、電気的特性及び熱特性に関して、通常の半導体発光素子に比べて大幅な向上が見られる。特に、半導体発光素子１１０では、大電流投入領域でのピーク輝度で、大幅な性能向上が得られる。そして、上記（２）の条件を満たす第２開口部２２を設けることで、低電流領域での輝度の向上を図ることができる。

第２開口部２２は、導電性及び熱伝導性について、第１開口部２１ほど寄与しない。このため、第１開口部２１を持つ第１電極層２０の一部に第２開口部２２を設け、第１電極層２０の光透過性を向上させる。

ここで、第２開口部２２の数が少ないうちは、半導体発光素子１１０の全体として導電性や電熱性の低下はほとんど確認されず、かつ光の透過率は第２開口部２２の数に比例して向上する。よって、半導体発光素子１１０の光放出面に、第２開口部２２を１箇所以上設けることで、透過率向上効果を発揮できる。

なお、実際に低電流領域での輝度が向上するのは、第１開口部２１を持つ第１電極層２０の全体の面積に対し、第２開口部２２の面積が５％以上ある場合である。第２開口部２２の数をあまり多く設けると、順方向電流の低下を招く。このため、第１開口部２１を持つ第１電極層２０の全体の面積に対し、第２開口部２２の面積は５０％以下とすることが望ましい。

上記（３）の条件の理由を以下に示す。
すなわち、第１電極層２０の金属部２３の材料となる金属には、例えば、Ａｇ、Ａｕをベース金属とすることが好ましい。これにより、吸収損失が抑制できる。さらに、金属部２３の材料となる金属には、Ａｌ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｃ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｔｉから選択された少なくとも１つの材料または合金であることが好ましい。これにより、オーミック性、密着性、耐熱性が向上する。金属部２３の材料となる金属には、十分な導電性および熱伝導性を有しているものを用いることが望ましい。ただし、実施形態はこれに限定されず、任意の金属を用いることができる。

なお、例えば、第１電極層２０の金属部２３（第１開口部２１及び第２開口部２２が設けられていない部分）の任意の２点間は、少なくともパッド電極などの電流供給源から切れ目無く連続している。これは、通電性を確保し抵抗値を低く保つためである。
なお、複数の電流供給源が設けられている場合には、各電流供給源のそれぞれに対応して第１電極層２０の金属部２３が連続していればよい。

また、金属部２３は、連続していることが望ましい。これにより、半導体発光素子１１０において、光の放出の均一性が高まる。また、第１電極層２０のシート抵抗は、１０Ω／□以下であることが好ましく、５Ω／□以下であることがより好ましい。シート抵抗が小さいほど、半導体発光素子１１０の発熱は少ない。また、均一な発光、輝度の向上が顕著になる。

また、半導体層上に金属電極を形成させるためには、半導体層上に金属層を形成させる。

例えば、赤色発光素子の場合の電極形性方法は、ＧａＡｓ、ＧａＰ等の化合物半導体層へＡｕ／Ａｕ−Ｚｎ（ドーパント、ｐ層の場合）の積層構造を形成した後、熱処理を行うことにより金属−半導体層界面へＺｎのドーピングを行い、オーミック接触をさせてもよい。

実施形態に係る半導体発光素子１１０においても、同様にして金属層を形成させ、さらに後述する方法によって第１開口部２１及び第２開口部２２を形成させることによって第１電極層２０を形成している。ここで、第１電極層２０の厚さが薄すぎるとドーパントの量が少なくなり、ドーピングが不十分となる。その結果、十分なオーミック接触が得られず、抵抗値の上昇を招く可能性がある。

実験により調べた結果、第１電極層２０の厚さは１０ｎｍ以上であると、十分なオーミック接触が実現できることが分かった。さらに、第１電極層２０の厚さが３０ｎｍ以上であると、オーミック性がさらに向上する。一方、第１電極層２０の厚さが厚いほど抵抗値は下がる。発光層５３で発生した光の透過率を確保する点から、第１電極層２０の厚さは、好ましくは２００ｎｍ以下であり、より好ましくは５０ｎｍ以下である。

ここで、第１電極層２０においては、発光層５３から放出される波長の光に対する金属材料のバルク状態での反射率（バルク反射率）が７０％以上である。これは、金属反射の際に反射率が低いと光が熱に変わり損失が生じるためである。第１電極層２０で、光として反射された光は、発光層３２の下部に反射層（図示せず）などを施すことで再利用可能となり、再び取り出すことができる。これにより、発光層５３から放出された光が、第１電極層２０を透過することになる。

実施形態に係る半導体発光素子１１０のように、上記（１）〜（２）の条件を満たし、好ましくは上記（３）の条件を満たすことで、発光層５３での発光効率の向上、第１電極層２０からの放出光の輝度の向上を図ることが可能となる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態を説明する。第２の実施形態は、半導体発光素子の製造方法である。

第２の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法には、例えば以下の（Ａ）〜（Ｄ）の方法が挙げられる。

（Ａ）電子線描画を利用する方法
開口部を有する第１電極層を形成させる方法のもうひとつは、電子線描画による方法である。この方法を利用した第２の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法は、次の工程を備える。
すなわち、当該製造方法は、第１導電形の第１半導体層と、第２導電形の第２半導体層と、当該第１半導体層と当該第２半導体層との間に設けられた発光層と、を有する構造体の当該第２半導体層の上に、金属層を形成する工程（ａ１）と、当該金属層の上にレジスト膜を形成する工程（ａ２）と、当該レジスト膜に電子線を照射し、現像し、複数の第１レジスト開口部及び第２レジスト開口部を有するレジスト層を形成する工程（ａ３）と、当該レジスト層をマスクとして当該金属層をエッチングし、複数の第１開口部と、第２開口部と、を有する第１電極層を形成する工程（ａ４）と、を備える。

そして、実施形態では、当該第１電極層を形成する工程（ａ４）において、当該複数の第１開口部のそれぞれの円相当直径を、１０ｎｍ以上、１μｍ以下に形成し、当該第１電極層における当該第２開口部の円相当直径を、１μｍを超え、３０μｍ以下に形成する。

具体的には、例えば以下のようにして半導体発光素子を製造する。
図３は、電子線描画を利用する方法の工程例を示す模式的断面図である。
先ず、図３（ａ）に表したように、第１半導体層５１上に発光層５３を形成し、その上に第２半導体層５２を形成する。また、第１半導体層５１に第２電極層３０を形成する。
次いで、第２半導体層５２の上に金属層２０Ａを形成する。その後、金属層２０Ａと第２半導体層５２とを十分にオーミック接触させるため、所定時間のアニールを行う。そして、金属層２０Ａの上に電子線用のレジスト膜２００Ａの層を形成する。

次いで、図３（ｂ）に表したように、パターンジェネレータを装備した電子線露光装置で、レジスト膜２００Ａに、第１開口部２１に対応した第１レジスト開口部２１１を形成する。さらに、レジスト膜２００Ａに、第２開口部２２に対応した第２レジスト開口部２１２を形成する。
ここで、第１電極層２０における第２開口部２２は、数μｍ程度の大きさがあり、エキシマレーザーや水銀灯の輝線を利用した光リソグラフィでも十分に形成可能である。化学増幅型レジストに用いられるトリフェニルスルホニウム塩やジフェニルヨードニウム塩など多数の光酸発生剤が電子線と光との両方に感光する。このため、電子線描画で第１開口部２１に対応した露光を行い、その後、紫外線露光で第２開口部２２に対応したを露光を行って、同じレジストで両方に対応したパターンを作成することもできる。

次いで、第１レジスト開口部２０２ａ及び第２レジスト開口部２０２ｂが形成された電子線用のレジスト層２００をマスクにしてイオンミリングを行い、金属層２０Ａをエッチングする。これにより、第１レジスト開口部２０２ａに対応した金属層２０Ａに第１開口部２１が形成され、第２レジスト開口部２０２ｂに対応した金属層２０Ａに第２開口部２２が形成される（図３（ｃ））。金属層２０Ａは、第１開口部２１及び第２開口部２２が形成され、第１電極層２０になる。金属層２０Ａのエッチング後、レジスト膜２００は除去される。

最後に、図３（ｄ）に表したように、パッド電極２０２を形成して半導体発光素子１１０を完成させる。

（Ｂ）スタンパを利用する方法
第２の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の別のひとつは、スタンパを利用するものである。その方法は、次の工程を備える。
すなわち、当該製造方法は、第１導電形の第１半導体層と、第２導電形の第２半導体層と、当該第１半導体層と当該第２半導体層との間に設けられた発光層と、を有する構造体の当該第２半導体層の上に、金属層を形成する工程（ｂ１）と、当該金属層の上にレジスト膜を形成する工程（ｂ２）と、レジスト膜に、凸部を有するスタンパの凸部を押し付けて、当該レジスト膜に複数の第１レジスト凹部及び第２レジスト凹部を有するレジスト層を形成する工程（ｂ３）と、当該レジスト層をマスクとして当該金属層をエッチングし、複数の第１レジスト凹部に対応した複数の第１開口部と、第２レジスト凹部に対応した第２開口部と、を有する第１電極層を形成する工程（ｂ４）と、を備える。

そして、実施形態では、当該第１電極層を形成する工程（ｂ４）において、当該複数の第１開口部のそれぞれの円相当直径を、１０ｎｍ以上、１μｍ以下に形成し、当該第１電極層における当該第２開口部の円相当直径を、１μｍを超え、３０μｍ以下に形成する。

具体的には、例えば以下のようにして半導体発光素子を得ることができる。
図４は、スタンパを利用する方法の工程例を示す模式的断面図である。
先ず、図４（ａ）に表したように、第１半導体層５１上に発光層５３を形成し、その上に第２半導体層５２を形成する。また、第１半導体層５１に第２電極層３０を形成する。
次いで、第２半導体層５２の上に金属層２０Ａを形成する。その後、金属層２０Ａと第２半導体層５２とを十分にオーミック接触させるため、所定時間のアニールを行う。そして、金属層２０Ａの上にレジスト膜８０１Ａの層を形成する。

次いで、図４（ｂ）に表したように、第１凸部８０２ａ及び第２凸部８０２ｂを有するスタンパ８０２を用意する。
例えば、スタンパ８０２の第１凸部８０２ａ及び第２凸部８０２ｂが設けられた転写面において、複数の第１凸部８０２ａが設けられ、複数の第１凸部８０２ａは不連続である。
スタンパ８０２は、例えば石英上に電子線リソグラフィにて所望の構造を形成させることにより製造することができる。なお、スタンパ８０２の材料及びスタンパ８０２の微細凹凸構造の形成手法はこれに限定されない。例えば、スタンパ８０２を後述するブロックコポリマー（ブロック共重合体）の自己組織化や、微粒子マスクを用いた方法により形成することも可能である。

次に、必要に応じてレジスト膜８０１Ａを所定温度に加熱した状態で、図４（ｂ）に表したように、スタンパ８０２の凸形状がある側をレジスト膜８０１Ａに押し付けるインプリントを行う。インプリント後、レジスト膜８０１Ａを室温まで冷却して硬化させ、スタンパ８０２をリリースする。これにより、第１凸部８０２ａ及び第２凸部８０２ｂにそれぞれ対応した凹部を有するレジストパターン８０１Ｂが形成される（図４（ｃ））。

次いで、図４（ｄ）に表したように、レジストパターン８０１Ｂを、エッチングする。これにより、レジスト層の凹部の底が除去され、金属層２０Ａが露出する（図４（ｄ））。金属層２０Ａが露出した部分は、第１レジスト開口部８１１及び第２レジスト開口部８１２となる。

次いで、第１レジスト開口部８１１及び第２レジスト開口部８１２が形成されたレジスト層８０１をマスクにしてイオンミリングを行い、金属層２０Ａをエッチングする。これにより、第１レジスト開口部８１１に対応した金属層２０Ａに第１開口部２１が形成され、第２レジスト開口部８１２に対応した金属層２０Ａに第２開口部２２が形成される（図４（ｅ））。金属層２０Ａは、第１開口部２１及び第２開口部２２が形成され、第１電極層２０になる。金属層２０Ａのエッチング後、レジスト層８０１は除去される。

最後に、図４（ｆ）に表したように、パッド電極２０２を形成して、半導体発光素子１１０を完成させる。

なお、スタンパを利用する方法は、上記のような熱による成形に限定されるものではなく、光の照射によってレジストを硬化させる成形や、ＰＤＭＡ（ポリジメチルアクリルアミド）やＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）等の柔軟性を備えたスタンパを用いる成形など、種々の技術を用いることができる。

（Ｃ）ブロックコポリマーの自己組織化を利用する方法
第２の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法のひとつは、ブロックコポリマーの自己組織化による相分離を利用するものである。その方法は、次の工程を備える。
すなわち、当該製造方法は、第１導電形の第１半導体層と、第２導電形の第２半導体層と、当該第１半導体層と当該第２半導体層との間に設けられた発光層と、を有する構造体の当該第２半導体層の上に、金属層を形成する工程（ｃ１）と、当該金属層の少なくとも一部の表面にブロックコポリマーを含む組成物を塗布し、当該ブロックコポリマーを相分離させてミクロドメインパターンを生成する工程（ｃ２）と、当該ミクロドメインパターンをマスクとして当該金属層をエッチングして、複数の第１開口部と、第２開口部と、を有する第１電極層を形成する工程（ｃ３）と、を備える。

そして、実施形態では、当該第１電極層を形成する工程（ｃ３）において、当該複数の第１開口部のそれぞれの円相当直径を、１０ｎｍ以上、１マイクロメートル（μｍ）以下に形成し、当該第１電極層における当該第２開口部の円相当直径を、１μｍを超え、３０μｍ以下に形成する。

具体的には、例えば以下のようにして半導体発光素子を得ることができる。
図５は、ブロックコポリマーの自己組織化を利用する方法の工程例を示す模式的断面図である。
先ず、図５（ａ）に表したように、第１半導体層５１上に発光層５３を形成し、その上に第２半導体層５２を形成する。また、第１半導体層５１に第２電極層３０を形成する。
次いで、第２半導体層５２の上にコンタクト層１４を形成し、その上に金属層２０Ａを形成する。その後、金属層２０Ａと第２半導体層５２とを十分にオーミック接触させるため、所定時間のアニールを行う。そして、金属層２０Ａの上に、例えばシリコン酸化膜７０１Ａを形成する。

次に、図５（ｂ）に表したように、シリコン酸化膜７０１Ａ上に、２種類のポリマーのブロックを有するブロックコポリマーを溶剤に溶かした液をスピンコート法で塗布する。その後、プリベークして溶剤を除去し、ブロックコポリマー膜７０３Ａを形成する。そして、その膜をアニールし、２種類のポリマーの相分離を行い、１種類のポリマーによるミクロドメインパターン７０３を形成する（図５（ｃ））。

次いで、ミクロドメインパターン７０３を例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置によってエッチングする。このとき、２種類のポリマーのエッチング速度差により、エッチング速度の速いポリマーによるホールパターンが形成される。

次いで、ポリマーによるホールパターンをマスクにして、例えばＲＩＥ装置によりシリコン酸化膜７０１Ａをエッチングし、酸化膜ホールパターン７０１Ｂを形成する（図５（ｄ））。これにより、酸化膜ホールパターン７０１Ｂには、第１開口部２１に対応した第１開口パターン７１１が形成される。

次に、酸化膜ホールパターン７０１Ｂ上にレジスト膜を塗布する。そして、例えば、平行露光機を用いてレジストを露光し、現像して、第２開口部２１に対応した開口を有するレジストパターンを形成する。その後、このレジストパターンをマスクとして、酸化膜ホールパターン７０１Ｂをエッチングする。これにより、図５（ｅ）に表したように、酸化膜ホールパターン７０１Ｂには、第２開口部２２に対応した第２開口パターン７１２が形成される。

次いで、酸化膜ホールパターン７０１Ｂをマスクにしてイオンミリングを行い、金属層２０Ａをエッチングする。これにより、第１開口パターン７１１に対応した金属層２０Ａに第１開口部２１が形成され、第２開口パターン７１２に対応した金属層２０Ａに第２開口部２２が形成される（図５（ｆ））。金属層２０Ａは、第１開口部２１及び第２開口部２２が形成され、第１電極層２０になる。金属層２０Ａのエッチング後、酸化膜ホールパターン７０１Ｂは除去される。

最後に、図５（ｇ）に表したように、パッド電極２０２を形成して、半導体発光素子１１０を完成させる。

（Ｄ）微粒子のマスクを利用する方法
第２の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法のさらに別のひとつは、シリカ等の微粒子の単分子層をマスクとして利用するものである。その方法は、次の工程を備える。
すなわち、当該製造方法は、第１導電形の第１半導体層と、第２導電形の第２半導体層と、当該第１半導体層と当該第２半導体層との間に設けられた発光層と、を有する構造体の当該第２半導体層の上に、金属層を形成する工程（ｄ１）と、当該金属層の上にレジスト膜を形成する工程（ｄ２）と、当該レジスト膜の表面に微粒子の単粒子層を形成させる工程（ｄ３）と、当該単粒子層をマスクとして当該レジスト膜をエッチングし、開口部を有するレジスト層を形成する工程（ｄ４）と、当該レジスト層の開口部に無機物質を充填して逆パターンマスクを形成する工程（ｄ５）と、当該逆パターンマスクをマスクとして当該金属層をエッチングし、複数の第１開口部と、第２開口部と、を有する第１電極層を形成する工程（ｄ６）と、を備える。

そして、実施形態では、当該第１電極層を形成する工程（ｄ６）において、当該複数の第１開口部のそれぞれの円相当直径を、１０ｎｍ以上、１マイクロメートル（μｍ）以下に形成し、当該第１電極層における当該第２開口部の円相当直径を、１μｍを超え、３０μｍ以下に形成する。

具体的には、例えば以下のようにして半導体発光素子を得ることができる。
図６は、微粒子のマスクを利用する方法の工程例を示す模式的断面図である。
先ず、図６（ａ）に表したように、第１半導体層５１上に発光層５３を形成し、その上に第２半導体層５２を形成する。また、第１半導体層５１に第２電極層３０を形成する。
次いで、第２半導体層５２の上にコンタクト層１４を形成し、その上に金属層２０Ａを形成する。その後、金属層２０Ａと第２半導体層５２とを十分にオーミック接触させるため、所定時間のアニールを行う。そして、金属層２０Ａの上にレジスト膜６０１Ａの層を形成する。

次いで、例えば乳酸エチル中に微粒子を分散させた液に、モノマーを加えて分散液を作成する。その分散液を上記のレジスト膜６０１Ａ上へ滴下し、スピンコートする。スピンコート後、溶媒を除去し、アニールする。これにより、規則配列した微粒子６０２Ａの単分子層を形成する。

次いで、図６（ｂ）に表したように、配列された微粒子６０２Ａの層をＲＩＥ装置によってエッチングし、微粒子の粒径を縮小化させる。縮小化された微粒子６０２Ｂの間には隙間が生じる。

次いで、図６（ｃ）に表したように微粒子６０２Ｂの層をマスクとして、レジスト膜６０１Ａをエッチングし、レジストピラーパターン６０１を形成する。

次に、図６（ｄ）に表したように、例えば有機ＳＯＧ組成物をレジストピラーパターン６０１上へ滴下し、スピンコートする。スピンコート後、溶媒を完全に除去し、アニールを行う。有機ＳＯＧ組成物の硬化後、レジストピラーパターン６０１はＳＯＧ層６０３Ａによって埋め込まれる状態になる。ＳＯＧ層６０３Ａの表面は、平坦化されている。

次いで、図６（ｅ）に表したように、ＳＯＧ層６０３Ａをエッチバックして、レジストピラーパターン６０１を露出させる。次いで、エッチングによってレジストピラー６０１を完全に除去する。レジストパターン６０１を除去した後は、図６（ｆ）に表したように、ＳＯＧのホールパターン６０３Ｂが形成される。このホールパターン６０３Ｂの開口は、第１開口部２１に対応した第１開口パターン６１１である。

次に、ＳＯＧのホールパターン６０３Ｂ上にレジスト膜を塗布する。そして、例えば、平行露光機を用いてレジスト膜を露光し、現像して、第２開口部２２に対応した開口を有するレジストパターンを形成する。その後、このレジストパターンをマスクとして、ＳＯＧのホールパターン６０３Ｂをエッチングする。これにより、第２開口部２２に対応した第２開口パターン６１２がＳＯＧのホールパターン６０３Ｂに形成される。

次いで、ＳＯＧのホールパターン６０３Ｂをマスクにしてイオンミリングを用いて、金属層２０Ａをエッチングする。これにより、第１開口パターン６１１に対応した金属層２０Ａに第１開口部２１が形成され、第２開口パターン６１２に対応した金属層２０Ａに第２開口部２２が形成される（図６（ｇ））。金属層２０Ａは、第１開口部２１及び第２開口部２２が形成され、第１電極層２０になる。金属層２０Ａのエッチング後、ＳＯＧのホールパターン６０３Ｂは除去する。

最後に、図６（ｈ）に表したように、パッド電極２０２を形成させて半導体発光素子１１０を完成させる。

なお、上記（Ａ）〜（Ｄ）の各製造方法は一例であり、これらに限定されるものではない。

次に、実施例の説明を行う。なお、以下の実施例で示される材料、数値、製造条件等は一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。

（実施例１）
実施例１では、上記（Ａ）の電子線描画を利用した方法に準じて半導体発光素子１１１を製造する。

先ず、ｎ形ＧａＡｓの基板５１１の上に、ｎ形ＩｎＡｌＰのクラッド層５１２、ＩｎＧａＰの発光層５３、ｐ形ＩｎＡｌＰのクラッド層５２１などを含むヘテロ構造を形成する。その上に、ｐ形ＩｎＧａＡｌＰの４元元素を含む電流拡散層５２２をエピタキシャル成長させる。

次いで、ｐ形ＧａＡｓのコンタクト層５２３に、Ａｕ（１０ｎｍ）／Ａｕ−Ｚｎ（３％）（３０ｎｍ）からなる金属層２０Ａを蒸着法により形成する。その後、窒素雰囲気下で４５０℃、３０分間アニールを行い、金属層２０Ａとコンタクト層５２３とのオーミック接触を得る。

次いで、Ａｕ／Ａｕ−Ｚｎ層の上に電子線用レジスト（フジフィルム株式会社製：商品名ＦＥＰ−３０１）の層を３００ｎｍの厚さで形成する。そして、パターンジェネレータを装備した５０ｋＶの加速電圧を持つ電子線露光装置で開口径１００ｎｍ、１５０ｎｍの間隔を有するホールパターン（第１レジスト開口部２０２ａ）を電子線用レジストに形成する。
さらに、直径３μｍ、間隔６μｍのホールパターンの重ねうちを行い、ホールパターン（第２レジスト開口部２０２ｂ）を形成する。なお、第２レジスト開口部２０２ｂは、寸法が大きいため、光リソグラフィで行ってもかまわない。

次いで、イオンミリング装置を用いて、加速電圧５００ボルト（Ｖ）、イオン電流４０ミリアンペア（ｍＡ）の条件で９０秒間、Ａｕ／Ａｕ−Ｚｎ層のエッチングを行って開口部を形成する。これにより、第１開口部２１及び第２開口部２２を有する第１電極層２０が形成される。

Ａｕ／Ａｕ−Ｚｎ層のエッチング後、電子線用レジストを除去するため、酸素アッシングを行う。最後にパッド電極２０２を形成させて半導体発光素子１１１を完成させる。

（実施例２）
実施例２では、上記（Ｃ）のブロックコポリマーの自己組織化を利用した方法に準じて半導体半導体発光素子１１２を製造する。

先ず、実施例１と同様に、ｎ形ＧａＡｓの基板５１１の上に、ｎ形ＩｎＡｌＰのクラッド層５１２、ＩｎＧａＰの発光層５３、ｐ形ＩｎＡｌＰのクラッド層５２１などを含むヘテロ構造を形成する。その上に、ｐ形ＩｎＧａＡｌＰの４元元素を含む電流拡散層５２２をエピタキシャル成長させる。

次いで、ｐ形ＧａＡｓのコンタクト層５２３に、Ａｕ（１０ｎｍ）／Ａｕ−Ｚｎ（３％）（３０ｎｍ）からなる金属層２０Ａを蒸着法により形成する。その後、窒素雰囲気下で４５０℃、３０分間アニールを行い、金属層２０Ａとコンタクト層５２３とのオーミック接触を得る。次に、シリコン酸化膜をＣＶＤにより５０ｎｍの厚さで形成する。

ブロックコポリマーには、ポリスチレン（ＰＳ）−ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）のブロックコポリマー（ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡ）が用いられる。ブロックコポリマーの分子量（Ｍｎ）は、９２０ｋｇ／ｍｏｌであり、ＰＳとＰＭＭＡとの組成比は、８０ｍｏｌ：２０ｍｏｌである。なお、ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡ以外でも、例えば特許３９４０５４６号明細書に示したブロックコポリマーを使ってミクロドメインパターンを作成してもよい。そして、ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡは、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）に溶解され、ブロックコポリマーレジストになる。

次に、ブロックコポリマーレジストを、シリコン酸化膜上にスピンコートし、無酸化オーブン中で２３０℃でアニールを行う。これにより、ピッチが直径が１２０ｎｍのＰＭＭＡ球状ドメインがブロックコポリマー中に形成される。ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡブロックコポリマーの膜厚はＰＭＭＡ球状ドメインが１層になるように調整する。

ＰＭＭＡはＲＩＥに対して耐性がない。したがって、酸素ＲＩＥによって、ブロックコポリマーレジストは選択的に削られる。これにより、ＰＭＭＡドメインの部分を除去する。そして、メッシュ状に残ったＰＳをマスクにしてＣＦ_４とＡｒとの混合ガスを用いてＲＩＥしたのち、酸素でアッシングする。これによって、第１開口部２１に対応した第１開口パターン７１１を有する酸化膜マスク（酸化膜ホールパターン７０１Ｂ）が形成される。

さらに、この酸化膜マスクの上に、ｇ線レジストを塗布する。ここで、すでに酸化膜マスクには第１開口パターン７１１が設けられていること、及びその後に形成する開口パターンが大きいことから、ｇ線レジストには厚膜用レジストを使用することが望ましい。なお、他のフォトレジストを用いてもかまわない。

次に、例えば平行露光機を用い、マスクを介して、露光、現像を行い、ｇ線レジストに第２開口部２２に対応したホールパターンを形成する。その後、ＣＦ_４のＲＩＥを行い、酸化膜マスクをパターニングする。これにより、第１開口パターン７１１を備えた酸化膜マスクに、第２開口パターン７１２が形成される。すなわち、例えば１０ｎｍ以上１μｍ以下の程度の大きさの第１開口パターン７１１と、例えば１μｍを超え３０μｍ以下の程度の大きさの第２開口パターン７１２と、が混在した酸化膜マスクが得られる。

次いで、酸化膜マスクを介して、Ａｕ／Ａｕ−Ｚｎ層をアルゴンでミリングを行う。これにより、複数の第１開口部２１と、第２開口部２２と、を備えた金属製の光透過性薄膜電極（第１電極層２０）が形成される。

Ａｕ／Ａｕ−Ｚｎ層のエッチング後、酸化膜マスクを除去する。最後に、パッド電極２０２を形成させて半導体発光素子１１２を完成させる。

（比較例）
比較のため、ｐ形ＧａＡｓコンタクト層の上に円形のパッド電極のみを形成した半導体発光素子１９１を形成する（比較例１）。
また、第１開口部２１のみを作成し、第２開口部２２を作成しない半導体発光素子１９２も作成する（比較例２）。

半導体発光素子１１１、１１２、１９１及び１９２は、ダイシングによってそれぞれ３００μｍ角になっている。半導体発光素子１１１、１１２、１９１及び１９２の特性の比較は、ベアチップ状態で行う。

図７は、実施例及び比較例の特性の一例を示すグラフ図である。
同図において、横軸は電流、縦軸は出力である。

開口部（第１開口部２１及び第２開口部２２）を有していない半導体発光素子１９１に対して、開口部（第１開口部２１または／及び第２開口部２２）を有している半導体発光素子１１１、１１２及び１９２では、低電圧の領域において、同じ電流値に対する電圧値が低下することが分かる。

しかし、電流が増加して、電流値Ｉ_２を超えると、半導体発光素子１９１では出力の低下が発生している。これにより、輝度が大きく低下することになる。

これに対し、半導体発光素子１１１、１１２及び１９２では、電流値Ｉ_２を超えて電流値Ｉ_３に至っても、出力の低下は発生していない。
これは、第２半導体層５２の上の全面に第１電極層２０が設けられていることで、半導体発光素子１１１、１１２及び１９２の放熱性が向上したことによるものである。

ここで、半導体発光素子１９２では、電流値Ｉ_３での出力は最も高いものの、低電流領域での出力低下が最も大きい。例えば、電流値Ｉ_１において、半導体発光素子１９２の出力は、半導体発光素子１９１の出力の半分程度である。

これに対し、実施例１及び２の半導体発光素子１１１及び１１２では、低電流領域において半導体発光素子１９１の出力と同程度の出力を保っている。
さらに、高電流領域では、半導体発光素子１９２と同程度の出力を保っている。

以上のことから、半導体発光素子１１１及び１１２では、低電流領域から高電流領域まで、非常に良好な発光特性を示すことが分かった。なお、このような発光特性は、１ｍｍ角のような大きなチップ構造、すなわち第１電極層２０の外形面積が１ｍｍ^２以上の場合であって、大電流を流した場合に有利である。
第１電極層２０の面積にも依存するが、一般に１００ｍＡ以上の電流量において、半導体発光素子１１１及び１１２による効果が顕著となる。

（変形例）
図８は、変形例に係る半導体発光素子を例示する模式的断面図である。
本変形例に係る半導体発光素子１２０においては、構造体１００の材料として窒化物半導体が用いられている。

すなわち、半導体発光素子１２０は、例えばサファイア基板である成長用基板１０の上に、例えばＧａＮバッファ層５１ａ、Ｓｉがドープされたｎ形ＧａＮ層５１ｂ、ＩｎＧａＮ／ＧａＮのＭＱＷ（Multi Quantum Well）構造を有する発光層５３、Ｍｇがドープされたｐ形Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎ層５２ａ及びＭｇがドープされたｐ形ＧａＮ層５２ｂが、例えばエピタキシャル成長によって形成されている。

なお、本変形例に係る半導体発光素子１２０では、便宜上、第１半導体層５１に、ＧａＮバッファ層５１ａ及びｎ形ＧａＮ層５１ｂが含まれ、第２半導体層５２に、ｐ形Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎ層５２ａ及びｐ形ＧａＮ層５２ｂが含まれるものとする。

ｐ形ＧａＮ層５２ｂの上には、第１開口部２１及び第２開口部２２を有する第１電極層２０が設けられている。また、ｐ形ＧａＮ層５２ｂ、ｐ形Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎ層５２ａ及び発光層５３の一部がエッチングされ、ｎ形ＧａＮ層５１ｂの露出した部分に、第２電極層３０が設けられている。

このような半導体発光素子１２０のように、構造体１００の材料には、窒化物半導体を用いてもよい。さらに、第２電極層３０は、第１半導体層５１の裏面側に設けられたものに限定されず、第１半導体層５１の表面側に設けられていてもよい。
本変形例に係る半導体発光素子１２０においても、半導体発光素子１１０と同様に、第１電極層２０による発光層５３への電流の拡がりを保ったまま、効率良く光を外部に放出することができるようになる。

なお、上記に実施形態を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。例えば、積層体１００の裏面側や表面側に設けられる第２電極層３０について、第１電極層２０と同様な複数の第１開口部２１や、第２開口部２２を設けてもよい。また、第１の導電形をｎ形、第２の導電形をｐ形として説明したが、第１の導電形をｐ形、第２の導電形をｎ形としても実施可能である。

以上説明したように、実施形態に係る半導体発光素子およびその製造方法によれば、第１開口部２１及び第２開口部２２を有する第１電極層２０によって、半導体層への均一な電流の拡がりを保ったまま、光の放出効率（光取り出し効率）を向上することが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…成長用基板、２０…第１電極層、２１…第１開口部、２２…第２開口部、２３…金属部、３０…第２電極層、５１…第１半導体層、５２…第２半導体層、５３…発光層、１００…構造体、１１０…半導体発光素子

Claims (5)

1. 第１導電形の第１半導体層と、第２導電形の第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられた発光層と、を有する構造体と、
   前記第２半導体層の前記第１半導体層とは反対側に設けられた第１電極層であって、前記第１半導体層から前記第２半導体層に向かう方向に沿った厚さが１０ナノメートル以上、２００ナノメートル以下である金属部と、前記方向に沿って前記金属部を貫通し、円相当直径が１０ナノメートル以上、１マイクロメートル以下であって前記発光層で発生する光の中心波長の１／２以下である複数の第１開口部と、前記方向に沿って前記金属部を貫通し、円相当直径が１マイクロメートルを超え、３０マイクロメートル以下である第２開口部と、を有し、前記第２半導体層と導通する第１電極層であって、前記第１電極層の全体の面積に対する前記第２開口部の面積が、５％以上５０％以下である前記第１電極層と、
   前記第１半導体層と導通する第２電極層と、
   を備えたことを特徴とする半導体発光素子。
   ここで、前記円相当直径＝２×（前記方向にみた前記開口部の面積／π）^１／２である。
2. 前記発光層から放出される光の波長に対する前記金属部の材料の反射率は、７０パーセント以上であることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
3. 前記金属部は、金及び銀の少なくともいずれかを含む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. 第１導電形の第１半導体層と、第２導電形の第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられた発光層と、を有する構造体の前記第２半導体層の上に、金属層を形成する工程と、
   前記金属層の上にレジスト膜を形成する工程と、
   前記レジスト膜に電子線または光を照射し、現像し、複数の第１レジスト開口部及び第２レジスト開口部を有するレジスト層を形成する工程と、
   前記レジスト層をマスクとして前記金属層をエッチングし、前記第１半導体層から前記第２半導体層に向かう方向に沿った厚さが１０ナノメートル以上、２００ナノメートル以下である金属部と、複数の第１レジスト開口部に対応し円相当直径が１０ナノメートル以上１マイクロメートル以下であって前記発光層で発生する光の中心波長の１／２以下の複数の第１開口部と、前記第２レジスト開口部に対応し前記円相当直径が１マイクロメートル超え３０マイクロメートル以下の第２開口部と、を有する電極層であって、前記電極層の全体の面積に対する前記第２開口部の面積が、５％以上５０％以下である前記電極層を形成する工程と、
   を備えたことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
   ここで、前記円相当直径＝２×（前記方向にみた前記開口部の面積／π）^１／２である。
5. 第１導電形の第１半導体層と、第２導電形の第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられた発光層と、を有する構造体の前記第２半導体層の上に、金属層を形成する工程と、
   前記金属層の上にレジスト膜を形成する工程と、
   前記レジスト膜に凸部を有するスタンパの前記凸部を押し付けて、前記レジスト膜に複数の第１レジスト凹部と、第２レジスト凹部と、を有するレジスト層を形成する工程と、
   前記レジスト層をマスクとして前記金属層をエッチングし、前記第１半導体層から前記第２半導体層に向かう方向に沿った厚さが１０ナノメートル以上、２００ナノメートル以下である金属部と、前記複数の第１レジスト凹部に対応し円相当直径が１０ナノメートル以上１マイクロメートル以下であって前記発光層で発生する光の中心波長の１／２以下の複数の第１開口部と、前記第２レジスト凹部に対応し前記円相当直径が１マイクロメートル超え３０マイクロメートル以下の第２開口部と、を有する電極層であって、前記電極層の全体の面積に対する前記第２開口部の面積が、５％以上５０％以下である前記電極層を形成する工程と、
   を備えたことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
   ここで、前記円相当直径＝２×（前記方向にみた前記開口部の面積／π）^１／２である。

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