JP5395887B2 - 半導体発光素子 - Google Patents

Description

本発明は、半導体発光素子に関する。

例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）などの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体発光素子は、高輝度の紫外〜青色・緑色の発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）や青紫色〜青色のレーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode）に応用されている。

半導体発光素子において高出力の発光を得るために注入電流を増大する。このとき、注入電流の素子内における分布が不均一な場合、注入電流密度が過度に大きい部分では量子効率が低下し、発光効率が低下する。また、発熱のために、信頼性が劣化することもある。

特許文献１においては、透光性の正電極を用いる表面実装型の半導体発光素子において、正電極にシート抵抗が高い領域と低い領域の２つの領域を設ける構造により、パッド電極による光吸収を軽減し得る構造が開示されている。しかし、この構造を用いても効率の向上のためには改良の余地がある。

特開２００８−２２７１０９号公報

本発明は、注入電流密度の分布を均一化し、過大注入電流密度を抑制した高効率の半導体発光素子を提供する。

本発明の一態様によれば、第１導電型の第１半導体層と、第１導電型の第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、を有し、前記第２半導体層及び前記発光層が選択的に除去されて前記第１半導体層の一部が露出した積層構造体と、前記第１半導体層の前記一部に接する第１電極と、前記第２半導体層に接し、前記発光層から放射される光に対して透光性を有する第２電極と、前記第２半導体層の前記発光層とは反対の側に設けられ、前記第２電極に電気的に接続され、前記光に対する透過率が前記第２電極よりも低いパッド層と、を備え、前記第２電極の導電率は、前記パッド層から前記第１電極に向かう方向に沿って連続的に減少することを特徴とする半導体発光素子が提供される。前記第２電極に含まれる粒子の粒径は、前記方向に沿って連続的に減少する。
本発明の別の一態様によれば、第１導電型の第１半導体層と、第２導電型の第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、を有し、前記第２半導体層及び前記発光層が選択的に除去されて前記第１半導体層の一部が露出した積層構造体と、前記第１半導体層の前記一部に接する第１電極と、前記第２半導体層に接し、前記発光層から放射される光に対して透光性を有する第２電極と、前記第２半導体層の前記発光層とは反対の側に設けられ、前記第２電極に電気的に接続され、前記光に対する透過率が前記第２電極よりも低いパッド層と、を備え、前記第２電極には複数の凹部が設けられており、前記複数の凹部の、前記パッド層から前記第１電極に向かう方向に沿う幅の、前記第２電極のうちの前記凹部が設けられていない部分の前記方向に沿う幅に対する比率は、前記方向に沿って連続的に増大することを特徴とする半導体発光素子が提供される。
本発明の別の一態様によれば、第１導電型の第１半導体層と、第１導電型の第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、を有し、前記第２半導体層及び前記発光層が選択的に除去されて前記第１半導体層の一部が露出した積層構造体と、前記第１半導体層の前記一部に接する第１電極と、前記第２半導体層に接し、前記発光層から放射される光に対して透光性を有する第２電極と、前記第２半導体層の前記発光層とは反対の側に設けられ、前記第２電極に電気的に接続され、前記光に対する透過率が前記第２電極よりも低いパッド層と、を備え、前記第２電極には前記第２電極の厚さ方向に貫通する複数の孔が設けられており、前記複数の穴の、前記パッド層から前記第１電極に向かう第１方向に沿う幅の、前記第２電極のうちの前記穴が設けられていない部分の前記第１方向に沿う幅に対する比率は、前記第１方向に沿って連続的に増大することを特徴とする半導体発光素子が提供される。

本発明によれば、注入電流密度の分布を均一化し、過大注入電流密度を抑制した高効率の半導体発光素子が提供される。

半導体発光素子を示す模式図である。 半導体発光素子の特性を示すグラフ図である。 半導体発光素子の特性を示すグラフ図である。 第１比較例の半導体発光素子の特性を示す模式図である。 第２比較例の半導体発光素子の特性を示す模式図である。 第３比較例の半導体発光素子の特性を示す模式図である。 半導体発光素子及び比較例の半導体発光素子の特性を示すグラフ図である。 半導体発光素子の特性を示すグラフ図である。 半導体発光素子の特性を示すグラフ図である。 半導体発光素子を示す模式的平面図である。 半導体発光素子を示す模式的断面図である。 半導体発光素子を示す模式図である。 半導体発光素子の特性を示すグラフ図である。 半導体発光素子を示す模式図である。 半導体発光素子を示す模式的断面図である。 半導体発光素子の特性を示すグラフ図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
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率などは、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率が異なって表される場合もある。
なお、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。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第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図である。
すなわち、同図（ｂ）は模式的平面図であり、同図（ａ）は、同図（ｂ）のＡ−Ａ’線断面図である。

図１に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子１１０は、積層構造体１０ｓと、第１電極４０と、第２電極５０と、パッド層５５と、を備える。

積層構造体１０ｓは、第１導電型の第１半導体層１０と、第２導電型の第２半導体層２０と、第１半導体層１０と第２半導体層２０との間に設けられた発光層３０と、を有す。積層構造体１０ｓにおいては、積層構造体１０ｓの第２半導体層２０の側の主面１０ａの側において、第２半導体層２０及び発光層３０が選択的に除去されており、主面１０ａの側で第１半導体層１０の一部１０ｐが露出している。

なお、発光層３０には、単一の量子井戸構造、または、多重量子井戸構造の活性層を用いることができる。また、第１半導体層１０、第２半導体層２０及び発光層３０には、例えば窒化物系半導体を用いることができる。

ここで、第１導電型は例えばｎ型であり、第２導電型は例えばｐ型である。本発明はこれに限らず、第１導電型がｐ型であり、第２導電型がｎ型でも良い。以下では、第１導電型がｎ型であり、第２導電型がｐ型である場合として説明する。

第１電極４０は、上記の主面１０ａの側で露出した第１半導体層１０の一部１０ｐに接して設けられる。すなわち、第１電極４０は、第１半導体層１０のうち主面１０ａの側で露出した一部１０ｐの上に設けられている。

第２電極５０は、積層構造体１０ｓの主面１０ａの側の第２半導体層２０に接して設けられ、発光層３０から放射される光に対して透光性を有する。
なお、半導体発光素子１１０において、発光層３０から放射された光は、積層構造体１０ｓの主面１０ａの側から主に出射する。すなわち、光は、透光性を有する第２電極５０を通過して半導体発光素子１１０の外部へ主に取り出される。

パッド層５５は、第２半導体層２０の主面１０ａの側（第２半導体層２０の発光層３０とは反対の側）に設けられ、第２電極５０に電気的に接続されている。そして、パッド層５５は、発光層３０から放射される光に対する透過率が第２電極５０よりも低い。すなわち、発光層３０から放射される光に対する透過率は、パッド層５５よりも第２電極５０の方が高い。パッド層５５には、各種の金属の単層または積層膜を用いることができる。例えば、パッド層５５の導電率は、第２電極５０よりも高く設定することできる。

そして、半導体発光素子１１０においては、第２電極５０のシート抵抗は、パッド層５５から第１電極４０に向かう方向に沿って連続的に増大する。
すなわち、第２電極５０のシート抵抗は、パッド層５５から第１電極４０に向かう方向に沿って漸増する。

例えば、第２電極５０は、パッド層５５の近傍の第１領域ＲＧ１と、第１電極４０の近傍の第２領域ＲＧ２と、第１領域ＲＧ１と第２領域ＲＧ２との間の第３領域ＲＧ３と、を有しており、第１領域ＲＧ１における第１シート抵抗Ｒ１は、第２領域ＲＧ１におけるシート抵抗Ｒ２よりも低く、第３領域ＲＧ３の第３シート抵抗Ｒ３は、第１シート抵抗Ｒ１と第２シート抵抗Ｒ２との間の値である。このように、本実施形態に係る半導体発光素子１１０においては、シート抵抗Ｒｓの低い第１領域ＲＧ１と、シート抵抗Ｒｓの高い第２領域ＲＧ２と、の間に両者の中間の特性の第３領域ＲＧ３が設けられている。

本具体例においては、第２電極５０の厚さは、パッド層５５から第１電極４０に向かう方向に沿って連続的に減少する。すなわち、第２電極５０の厚さは、パッド層５５から第１電極４０に向かう方向に沿って漸減する。パッド層５５近傍の第１領域ＲＧ１と、第１電極４０近傍の第２領域ＲＧ２と、の間の第３領域ＲＧ３においては、第２電極５０の厚さが、第１領域ＲＧ１と第２領域ＲＧ２との中間の値である。

ただし、本発明はこれに限らず、第２電極５０のシート抵抗が、パッド層５５から第１電極４０に向かう方向に沿って連続的に増大すれば良く、後述するように、種々の変形が可能である。

このような構成を有することで、半導体発光素子１１０においては、注入電流密度の分布が均一になり、過大注入電流密度を抑制することができる。この特性については、後述する。

なお、半導体発光素子１１０においては、第２電極５０は、パッド層５５と第１電極４０との間の領域５１を有しており、この領域５１において、第２電極５０のシート抵抗が、パッド層５５から第１電極４０に向かう方向に沿って連続的に増大する。

第２電極５０には、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）やＺｎＯなどのいわゆる透明電極を用いることができる。すなわち、第２電極５０は、インジウム、錫及び亜鉛の少なくともいずれかを含む酸化物を含むことができる。これにより、導電性と透光性とを有し、かつ、化学的な安定性と、加工の容易性となど、実用的に優れた特性を有することができる。

本具体例では、パッド層５５は、第２電極５０の上（第２電極５０の第２半導体層２０とは反対側）に設けられている。ただし、本発明はこれに限らず、パッド層５５は、第２半導体層２０の主面１０ａの側に設けられ、第２電極５０に電気的に接続されていれば良く、例えば、パッド層５５が第２半導体層２０の上に絶縁層を介して設けられ、パッド層５５が第２電極５０と電気的に接続される構成でも良い。

また、本具体例では、第１電極４０の上（第１電極４０の第１半導体層１０とは反対の側）に第１電極用パッド層４５が設けられている。

ここで、積層構造体１０ｓにおける第１半導体層１０、発光層３０及び第２半導体層２０の積層方向をＺ軸方向とする。そして、パッド層５５と第１電極４０とが対向する方向とをＸ軸方向とする。そして、Ｚ軸方向とＸ軸方向とに対して垂直な方向をＹ軸方向とする。

図１（ａ）及び（ｂ）に例示したように、パッド層５５と第１電極４０とが対向するＸ軸方向に沿った位置を位置ｘとする。そして、パッド層５５の第１電極４０の側の端部のＸ軸方向における位置を第１位置ｘ１とし、第１電極４０のパッド層５５の側のＸ軸方向における位置を第２位置ｘ２とする。

第１位置ｘ１における第２電極５０の第１厚さｔ１（パッド層５５の側における第２電極５０の厚さ）は、例えば２５０ｎｍ（ナノメートル）であり、第２位置ｘ２における第２電極５０の第２厚さｔ２（第１電極４０の側における第２電極５０の厚さ）は、例えば１８０ｎｍとされる。このように、第１厚さｔ１は、第２厚さｔ２よりも厚く、厚さは連続的に変化する。

以下、本実施形態に係る半導体発光素子１１０の具体例について説明する。
図１（ａ）に例示したように、半導体発光素子１１０は、積層構造体１０ｓの主面１０ａとは反対の側の裏面１０ｂに、サファイアからなる基板５を有している。基板５の上に、バッファ層６が設けられ、その上に積層構造体１０ｓが設けられている。

また、積層構造体１０ｓは、基板５の側から順に積層されたｎ型ＧａＮ層１１、ｎ型ＧａＮガイド層１２、発光層３０、ｐ型ＧａＮ第１ガイド層２１、ｐ型ＡｌＧａＮ層２２（電子オーバーフロー防止層）、ｐ型ＧａＮ第２ガイド層２３及びｐ型ＧａＮコンタクト層２４を含む。ｎ型ＧａＮ層１１及びｎ型ＧａＮガイド層１２が第１半導体層１０に含まれ、ｐ型ＧａＮ第１ガイド層２１、ｐ型ＡｌＧａＮ層２２、ｐ型ＧａＮ第２ガイド層２３及びｐ型ＧａＮコンタクト層２４が第２半導体層２０に含まれる。

積層構造体１０ｓは、例えば以下のようにして形成される。
サファイアからなる基板５の上に、バッファ層６を形成した後、ｎ型不純物がドープされたｎ型ＧａＮ層１１を結晶成長する。ｎ型ＧａＮ層１１の結晶成長には、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）が用いられる。この他、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）により結晶成長を行っても良い。

基板５に用いられる材料は任意であり、サファイアの他に、例えば、ＧａＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ、及びＧａＡｓ等を用いることができる。

ｎ型ＧａＮ層１１におけるｎ型不純物には、ＳｉやＧｅ、Ｓｎなど種々の元素を用いることができるが、ここではＳｉを用いるものとする。ｎ型ＧａＮ層１１におけるＳｉのドーピング量は、例えば２×１０^１８ｃｍ^−３程度とされる。

その後、ｎ型ＧａＮ層１１の上にｎ型ＧａＮガイド層１２を結晶成長させる。ｎ型ＧａＮガイド層１２には、例えば、ｎ型不純物が１×１０^１８ｃｍ^−３程度でドープされ、膜厚が０．１μｍ（マイクロメートル）程度のＧａＮ層を用いることができる。

なお、上記のｎ型ＧａＮ層１１及びｎ型ＧａＮガイド層１２を成長させる際の成長温度は、１０００℃〜１１００℃とすることができる。

また、ｎ型ＧａＮガイド層１２として、ＧａＮ層ではなく、膜厚０．１μｍ程度のＩｎ_０．０１Ｇａ_０．９９Ｎを用いても良い。ｎ型ＧａＮガイド層１２としてＩｎ_０．０１Ｇａ_０．９９Ｎを用いる場合における成長温度は、例えば７００℃〜８００℃とすることができる。

次に、ｎ型ＧａＮガイド層１２の上に、発光層３０を形成する。発光層３０の形成においては、量子井戸層と、この量子井戸層の両側（上下）に配置されるバリア層と、を交互に積層した多重量子井戸（ＭＱＷ：Multiple Quantum Well）構造の活性層を形成する。１つの量子井戸層には、例えば膜厚が２．５ｎｍ程度のアンドープのＩｎ_０．２Ｇａ_０．８Ｎ層を用いることができ、１つのバリア層には、例えば膜厚が１２．５ｎｍ程度のＩｎ_０．０２Ｇａ_０．９８Ｎ層を用いることができる。量子井戸層及びバリア層の成長温度は、例えば７００℃〜８００℃とすることができる。また、発光層３０における室温におけるフォトルミネッセンスの波長が４５０ｎｍになるように、量子井戸層及びバリア層が設計される。

次に、発光層３０の上に、ｐ型ＧａＮ第１ガイド層２１を成長させる。ｐ型ＧａＮ第１ガイド層２１には、例えば膜厚が３０ｎｍ程度のＧａＮ層を用いることができる。ｐ型ＧａＮ第１ガイド層２１に用いられるＧａＮの成長温度は、例えば１０００℃〜１１００℃である。ｐ型ＧａＮ第１ガイド層２１に用いられるｐ型不純物としては、例えば、ＭｇやＺｎなど種々の元素を用いることができるが、ここではＭｇを用いるものとする。ｐ型ＧａＮ第１ガイド層２１におけるＭｇのドーピング量は、例えば４×１０^１８ｃｍ^−３程度とすることができる。なお、ｐ型ＧａＮ第１ガイド層２１として、膜厚が３０ｎｍ程度のＩｎ_０．０１Ｇａ_０．９９Ｎ層を用いても良い。ｐ型ＧａＮ第１ガイド層２１としてＩｎ_０．０１Ｇａ_０．９９Ｎ層を用いる場合における成長温度は、例えば７００℃〜８００℃とすることができる。

次に、ｐ型ＧａＮ第１ガイド層２１の上に、ｐ型ＡｌＧａＮ層２２を成長させる。ｐ型ＡｌＧａＮ層２２には、例えば、ｐ型不純物がドープされた膜厚が１０ｎｍ程度のＡｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎ層を用いることができる。ｐ型ＡｌＧａＮ層２２におけるＭｇのドーピング量は、例えば４×１０^１８ｃｍ^−３程度とされる。ｐ型ＡｌＧａＮ層２２に用いられるＡｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎ層の成長温度は、例えば１０００℃〜１１００℃とされる。

次に、ｐ型ＡｌＧａＮ層２２の上に、ｐ型ＧａＮ第２ガイド層２３を成長させる。ｐ型ＧａＮ第２ガイド層２３におけるＭｇのドーピング量は、例えば１×１０^１９ｃｍ^−３程度とされる。ｐ型ＧａＮ第２ガイド層２３の膜厚は、例えば５０ｎｍ程度とされる。ｐ型ＧａＮ第２ガイド層２３に用いられるＧａＮ層の成長温度は、例えば１０００℃〜１１００℃とされる。

最後に、ｐ型ＧａＮ第２ガイド層２３の上に、ｐ型ＧａＮコンタクト層２４を成長させる。ｐ型ＧａＮコンタクト層２４におけるＭｇのドーピング量は、例えば１×１０^２０ｃｍ^−３程度とされ、ｐ型ＧａＮコンタクト層２４の膜厚は、例えば６０ｎｍ程度とされる。

このようにして、基板５の上に積層構造体１０ｓが形成できる。さらに、積層構造体１０ｓに対して、以下のデバイスプロセスを行う。

ｐ型ＧａＮコンタクト層２４の上に、第２電極５０が形成される。第２電極５０には、例えば、ＩＴＯが用いられる。この第２電極５０の形成においては、ｐ型ＧａＮコンタクト層２４の上に、例えば２５０ｎｍのＩＴＯ膜を形成し、その上に、ハーフトーンマスクを用いて、開口部の面積及び透過率の少なくともいずれかが変化するマスクを形成し、例えばドライエッチングを行うことで、第２電極５０の厚さを、パッド層５５となる領域から第１電極４０に向かう方向に沿って連続的に減少させることができる。

その後、第２電極５０、第２半導体層２０及び発光層３０の一部の領域にドライエッチングを施し、ｎ型ＧａＮ層１１を露出させる。露出したｎ型ＧａＮ層１１が、第１半導体層１０の露出した一部１０ｐとなる。このｎ型ＧａＮ層１１の上に第１電極４０を形成する。第１電極４０としては、例えば、チタン−白金−金（Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ）の複合膜を用いることができる。すなわち、第１電極４０として、例えば、膜厚が０．０５μｍ程度のＴｉ膜、膜厚が０．０５μｍ程度のＰｔ膜、及び、膜厚が０．２μｍ程度のＡｕ膜の積層膜を用いることができる。

この後、第２電極５０及び第１電極４０の上に、それぞれ、パッド層５５及び第１電極用パッド層４５を形成する。すなわち、第２電極５０及び第１電極４０の上に、例えば、膜厚が１．０μｍのＡｕ膜を形成し、これが、パッド層５５及び第１電極用パッド層４５となる。
これにより、図１（ａ）及び（ｂ）に例示した半導体発光素子１１０が形成される。

以下、半導体発光素子１１０の特性について説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。
すなわち、同図は、半導体発光素子における電流密度Ｊｃ（半導体層に注入される電流の電流密度）と、発光効率Ｅｒと、の関係の一例を示しており、横軸は、電流密度Ｊｃであり、縦軸は発光効率Ｅｒである。ここで、発光効率Ｅｒは、電流密度Ｊｃを変化させたときに得られる最も高い発光効率を１として規格化した値として例示されている。

図２に表したように、半導体発光素子において、電流密度Ｊｃを零から上昇させると発光効率Ｅｒは上昇する。そして、電流密度Ｊｃが、ある最高効率電流密度Ｊｍの時に発光効率Ｅｒは最大（発光効率Ｅｒ＝１）となる。そして、電流密度Ｊｃが最高効率電流密度Ｊｍよりも大きくなると、発光効率Ｅｒは低下する。このように、電流密度Ｊｃが過度に大きくなると、量子効率が低下し、発光効率Ｅｒが低下する。

高い発光効率Ｅｒを維持するためには、電流密度Ｊｃは、所定の範囲の値に制御されることが望ましい。例えば、発光効率Ｅｒの最高値である１に対して５％低下することまでを許容するとする。すなわち、発光効率Ｅｒが０．９５以上であるように、電流密度Ｊｃを制御するとする。

発光効率Ｅｒが０．９５となるのは、電流密度Ｊｃが、最高効率電流密度Ｊｍよりも小電流密度側の下側電流密度値Ｊ１と、大電流密度側の上側電流密度値Ｊ２と、である場合である。この下側電流密度値Ｊ１から上側電流密度値Ｊ２までの適正電流密度範囲Ｊｒ２においては、高い発光効率Ｅｒ（発光効率Ｅｒが０．９５以上）が得られる。下側電流密度値Ｊ１よりも小さい過小電流密度範囲Ｊｒ１においては、電流密度Ｊｃが小さ過ぎて発光効率Ｅｒが０．９５より低くなる。一方、上側電流密度値Ｊ２よりも大きい過大電流密度範囲Ｊｒ３においては、電流密度Ｊｃが大き過ぎて発光効率Ｅｒが０．９５よりも低くなる。このように、半導体発光素子に流れる電流密度Ｊｃを適正電流密度範囲Ｊｒ２に制御することで、高い発光効率Ｅｒが得られる。

なお、上記においては、例として、発光効率Ｅｒが０．９５以上であることを許容範囲としたが、得たい発光効率Ｅｒの仕様に合わせて、上記の下側電流密度値Ｊ１及び上側電流密度値Ｊ２を定め、これにより、適正電流密度範囲Ｊｒ２が適正に定められる。

図３は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。
すなわち、同図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）は、Ｘ軸方向に沿った、第２電極５０の膜厚、第２電極５０のシート抵抗、半導体層に注入される電流密度、及び、発光効率の変化をそれぞれ示し、これらの図の横軸は、Ｘ軸方向に沿った位置ｘである。そして、同図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）の縦軸は、第２電極５０の厚さＴｔ、第２電極５０のシート抵抗Ｒｓ、半導体層に注入される電流密度Ｊｃ、及び、発光効率Ｅｒである。ここで、発光効率Ｅｒは、電流密度Ｊｃを変化させたときに得られる最も高い発光効率を１として規格化した値として例示されている。

図３（ａ）に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子１１０においては、パッド層５５の側の第１位置ｘ１における第２電極５０の第１厚さｔ１は、第１電極５０の側の第２位置ｘ２における第２電極５０の第２厚さｔ２よりも厚い。そして、第２電極５０の厚さＴｔは、第１厚さｔ１から第２厚さｔ２に向けて連続的に減少している。すなわち、厚さＴｔが、第１厚さｔ１から第２厚さｔ２に向けて漸減している。

このため、図３（ｂ）に表したように、第１位置ｘ１における第２電極５０のシート抵抗Ｒｓ（第１シート抵抗Ｒ１）は、第２位置ｘ２における第２電極５０のシート抵抗Ｒｓ（第２シート抵抗Ｒ２）よりも低くなる。そして、第２電極５０のシート抵抗Ｒｓは、第１シート抵抗Ｒ１から第２シート抵抗Ｒ２に向けて連続的に増大している。すなわち、シート抵抗Ｒｓが、漸増している。第１シート抵抗Ｒ１は、例えば６Ω／□（ohm／square）程度であり、第２シート抵抗Ｒ２は、例えば１０Ω／□である。

この時、図３（ｃ）に表したように、第１位置ｘ１から第２位置ｘ２までの全ての範囲において、電流密度Ｊｃは、下側電流密度値Ｊ１から上側電流密度値Ｊ２までの間の適正電流密度範囲Ｊｒ２の中に制御される。

もし、後述するように、第２電極５０のシート抵抗Ｒｓが第２電極５０の全域に渡って十分に低い場合は、ｐ型の第２半導体層２０に接する第２電極５０と、ｎ型の第１半導体層１０に接する第１電極４０と、が互いに近接する領域において、主に半導体層に電流が注入され、この部分でのみ局所的に発光し、素子の全域で発光させることができず、効率が低下する。これに対し、本実施形態に係る半導体発光素子１１０においては、パッド層５５から第１電極４０に向かう方向に沿って、第２電極５０のシート抵抗Ｒｓを増大させることで、パッド層５５に近い領域から第１電極４０に近い領域の全域に渡って均一に、第２電極５０から発光層３０に向けて正孔を注入することができ、過大注入電流密度を抑制することができる。この時、第２電極５０のシート抵抗Ｒｓが、連続的に漸増するので、不連続に変化した時における局所的な過大注入電流密度を抑止できる。

これにより、図３（ｄ）に表したように、第１位置ｘ１から第２位置ｘ２までの全ての範囲において、発光効率Ｅｒは高い値を維持できる。この例では、発光効率Ｅｒは、０．９５以上となる。

このように、半導体発光素子１１０によれば、第２電極５０から発光層３０に向かって注入される正孔電流を素子内部で均一でき、過大注入電流密度を抑制でき、効率を向上できる。

図４は、第１比較例の半導体発光素子の特性を例示する模式図である。
すなわち、同図（ａ）は、第１比較例の半導体発光素子１１９ａの構成を例示する模式的断面図である。なお、同図（ａ）においては、半導体発光素子１１９ａのうち、第１半導体層１０の側の部分が省略されて描かれているが、この部分は本実施形態に係る半導体発光素子１１０と同様の構成である。同図（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）は、半導体発光素子１１９ａの特性を例示するグラフ図であり、それぞれ、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）に対応するグラフ図である。

図４（ａ）に表したように、第１比較例の半導体発光素子１１９ａにおいては、第２電極５０の厚さが一定である。そして、その厚さは、例えば半導体発光素子１１０における第２電極５０の第１厚さｔ１と同じである。

すなわち、図４（ｂ）に表したように、半導体発光素子１１９ａにおいては、第２電極５０の厚さＴｔは、第１位置ｘ１から第２位置ｘ２にかけて、第１厚さｔ１で一定であり、第１位置ｘ１から第２位置ｘ２の全域で、厚い。

このため、図４（ｃ）に表したように、第２電極５０のシート抵抗Ｒｓは、第１位置ｘ１から第２位置ｘ２にかけて、第１シート抵抗Ｒ１で一定であり、第１位置ｘ１から第２位置ｘ２の全域で、低い。

この時、図４（ｄ）に表したように、第１位置ｘ１から第２位置ｘ２に向かうに従って、電流密度Ｊｃは上昇する。特に、第１電極５０の近傍の第２位置ｘ２の近傍において、電流密度Ｊｃは急激に上昇する。これは、第２電極５０のシート抵抗Ｒｓが全域に渡って低いので、全域に渡って正孔が注入されやすいが、第１電極４０から注入される電子が発光素子全域に広がらず、ｐ型の第２半導体層２０に接する第２電極５０と、ｎ型の第１半導体層１０に接する第１電極４０と、が互いに近接する領域において、主に半導体層に電流が注入され、互いに近接する領域から離れた領域では、注入される電流が小さい。これにより、特に、第２位置ｘ２の近傍において、電流密度Ｊｃが過大電流密度範囲Ｊｒ３の値となる。

その結果、図４（ｅ）に表したように、第２位置ｘ２の近傍領域において、発光効率Ｅｒが急激に低下する。この例では、パッド層５５の近傍においては、比較的高い発光効率Ｅｒが得られるが、第１電極４０の側においては、発光効率Ｅｒが著しく低下し、第１位置ｘ１から第２位置ｘ２の全域に渡っては高い発光効率が得られない。このため、半導体発光素子１１９ａの発光効率は低い。

図５は、第２比較例の半導体発光素子の特性を例示する模式図である。
すなわち、同図（ａ）は、第２比較例の半導体発光素子１１９ｂの構成を例示する模式的断面図である。なお、同図（ａ）においては、省略されているが、半導体発光素子１１９ｃの第１半導体層１０の側の部分は半導体発光素子１１０と同様である。同図（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）は、半導体発光素子１１９ｂの特性を例示するグラフ図であり、それぞれ、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）に対応するグラフ図である。

図５（ａ）に表したように、第２比較例の半導体発光素子１１９ｂにおいては、第２電極５０の厚さが一定である。そして、その厚さは、例えば、半導体発光素子１１０における第２電極５０の第２厚さｔ２と同じである。

すなわち、図５（ｂ）に表したように、半導体発光素子１１９ｂにおいては、第２電極５０の厚さＴｔは、第１位置ｘ１から第２位置ｘ２にかけて、第２厚さｔ２で一定であり、第１位置ｘ１から第２位置ｘ２の全域で、薄い。

このため、図５（ｃ）に表したように、第２電極５０のシート抵抗Ｒｓは、第１位置ｘ１から第２位置ｘ２にかけて、第２シート抵抗Ｒ２で一定で、第１位置ｘ１から第２位置ｘ２の全域で、高い。

この時、図５（ｄ）に表したように、第１位置ｘ１から第２位置ｘ２に向かうに従って、電流密度Ｊｃは減少する。これは、第２電極５０のシート抵抗Ｒｓが全域に渡って高いので、パッド層５５の近傍において第２電極５０から発光層３０に正孔が注入される量が多くなり、第１電極４０の近傍において注入される量が少なくなるためである。これにより、第１位置ｘ１の近傍において、電流密度Ｊｃは、過大電流密度範囲Ｊｒ３の値となる。

その結果、図５（ｅ）に表したように、第１位置ｘ１の近傍領域において、発光効率Ｅｒが急激に低下する。すなわち、第１電極４０の近傍においては、比較的高い発光効率Ｅｒが得られるが、パッド層５５の側においては、発光効率Ｅｒが著しく低下し、第１位置ｘ１から第２位置ｘ２の全域に渡っては高い発光効率が得られない。このため、半導体発光素子１１９ｂの発光効率は低い。

図６は、第３比較例の半導体発光素子の特性を例示する模式図である。
すなわち、同図（ａ）は、第３比較例の半導体発光素子１１９ｃの構成を例示する模式的断面図である。なお、同図（ａ）においては、省略されているが、半導体発光素子１１９ｃの第１半導体層１０の側の部分は半導体発光素子１１０と同様である。同図（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）は、半導体発光素子１１９ｃの特性を例示するグラフ図であり、それぞれ、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）に対応するグラフ図である。

図６（ａ）に表したように、第３比較例の半導体発光素子１１９ｃにおいては、第２電極５０の厚さが１段階のステップ状で変化している。すなわち、第２電極５０において、シート抵抗Ｒｓが低い領域と高い領域の２つの領域が設けられている。そして、シート抵抗Ｒｓが低い領域がパッド層５５の側に配置され、シート抵抗Ｒｓが高い領域が第１電極４０の側に配置されている。なお、この構成は、特許文献１に記載されている構成に類似している。

すなわち、図６（ｂ）に表したように、半導体発光素子１１９ｃにおいては、第２電極５０の厚さＴｔは、第１位置ｘ１では第１厚さｔ１であり、第２位置ｘ２では第２厚さｔ２であり、第１位置ｘ１と第２位置ｘ２との間の中間に位置において、１つの段差によって急激に変化している。すなわち、半導体発光素子１１９ｃにおいては、第２電極５０の厚さＴｔが不連続に変化している。

このため、図６（ｃ）に表したように、第２電極５０のシート抵抗Ｒｓは第１位置ｘ１では第１シート抵抗Ｒ１であり、第２位置ｘ２では第２シート抵抗Ｒ２であり、第１位置ｘ１と第２位置ｘ２との間の中間に位置において、１つの段差によって急激に変化している。すなわち、半導体発光素子１１９ｃにおいては、第２電極５０のシート抵抗Ｒｓは不連続に変化している。

この時、図６（ｄ）に表したように、第１位置ｘ１と第２位置ｘ２との間の中間の、シート抵抗Ｒｓが不連続に変化する位置において、電流密度Ｊｃが局所的に大きくなる。これは、パッド層５５から第１電極４０に向けて、第２電極５０のシート抵抗が不連続に増大するので、その位置において、第２電極５０から発光層３０に向けて正孔が局所的に集中して注入されるためである。これにより、第１位置ｘ１と第２位置ｘ２との間の中間の位置において、電流密度Ｊｃが局所的に大きくなり、電流密度Ｊｃが過大電流密度範囲Ｊｒ３の値となる。

その結果、図６（ｅ）に表したように、第１位置ｘ１と第２位置ｘ２との間の中間の位置で、発光効率Ｅｒが局所的に急激に低下する。すなわち、この例では、第１電極４０の近傍及びパッド層５５の近傍の領域においては、比較的高い発光効率Ｅｒが得られるが、第２電極５０のシート抵抗Ｒｓが不連続に変化した、第１位置ｘ１と第２位置ｘ２との間の中間の位置で、発光効率Ｅｒが著しく低下し、第１位置ｘ１から第２位置ｘ２の全域に渡っては高い発光効率が得られない。このため、半導体発光素子１１９ｃの発光効率は低い。

これに対し、図３（ａ）〜（ｄ）に関して説明したように、本実施形態に係る半導体発光素子１１０においては、第２電極５０のシート抵抗Ｒｓが、第１位置ｘ１から第２位置ｘ２に向かう方向に沿って連続的に増大し、漸増するので、第１位置ｘ１と第２位置ｘ２との間の全ての領域において、過大注入電流密度を抑制でき、その結果、高い発光効率Ｅｒが得られる。このため、半導体発光素子１１０の発光効率は、第１〜第３比較例の半導体発光素子１１９ａ〜１１９ｃのいずれよりも高い。

図７は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子及び比較例の半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。
すなわち、同図は、本実施形態に係る半導体発光素子１１０並びに第１及び第３比較例の半導体発光素子１１９ａ及び１１９ｃの特性を例示しており、横軸は電流Ｉｆであり、縦軸は光出力Ｐｏである。

図７に表したように、第１比較例の半導体発光素子１１９ａの光出力Ｐｏは低い。第３比較例の半導体発光素子１１９ｃの光出力Ｐｏは、半導体発光素子１１９ａよりも向上しているが、不十分である。

これに対し、図７に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子１１０の光出力Ｐｏは、第３比較例の半導体発光素子１１９ｃの光出力Ｐｏよりもさらに高い。
なお、第２比較例の半導体発光素子１１９ｂの光出力Ｐｏは、第１比較例の半導体発光素子１１９ａと同様であり、第３比較例の半導体発光素子１１９ｃの光出力Ｐｏよりも低い。

このように、本実施形態に係る半導体発光素子１１０によれば、注入電流密度の分布を均一化し、過大注入電流密度が抑制された高効率の半導体発光素子が提供できる。

なお、電子よりも正孔の方が移動度が低いため、第２電極５０のシート抵抗を連続的に制御することによって電荷の注入を均一にする効果は、正孔に対して実施した時の方が、電子に対して実施したときよりも大きい。従って、本実施形態に係る半導体発光素子において、第１導電型がｎ型であり、第２導電型がｐ型であることが望ましい。これにより、より高い効果が得られる。ただし、第１導電型をｐ型とし、第２導電型をｎ型としても同様の傾向の効果が得られる。

図３（ｂ）に例示した特性においては、第２電極５０のシート抵抗Ｒｓが、第１位置ｘ１と第２位置ｘ２との間で直線的に変化しているが、本発明はこれに限らず、シート抵抗Ｒｓの変化は種々の変形が可能である。

図８は、本発明の第１の実施形態に係る別の半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。
すなわち、これらの図は、本実施形態に係る半導体発光素子１１０ａ〜１１０ｊの第２電極５０のシート抵抗Ｒｓの種々の特性の例を示しており、横軸はＸ軸方向の位置ｘであり、縦軸は第２電極５０のシート抵抗Ｒｓである。

図８（ａ）に表したように、半導体発光素子１１０ａにおいては、第２電極５０のシート抵抗Ｒｓの位置ｘに対する増加率は、第１位置ｘ１の近傍において大きく、第２位置ｘ２の近傍において小さい。

図８（ｂ）に表したように、半導体発光素子１１０ｂにおいては、位置ｘに対するシート抵抗Ｒｓの増加率は、第１位置ｘ１の近傍において小さく、第２位置ｘ２の近傍において大きい。

図８（ｃ）に表したように、半導体発光素子１１０ｃにおいては、位置ｘに対するシート抵抗Ｒｓの増加率は、第１位置ｘ１の近傍において非常に大きく、第１位置ｘ１と第２位置ｘ２との間の中間領域から第２位置ｘ２にかけては、増加率は非常に小さく、シート抵抗Ｒｓはほぼ一定である。

図８（ｄ）に表したように、半導体発光素子１１０ｄにおいては、位置ｘに対するシート抵抗Ｒｓの増加率は、第１位置ｘ１から、第１位置ｘ１と第２位置ｘ２との間の中間領域にかけては、小さく、シート抵抗Ｒｓはほぼ一定である。そして、第２位置ｘ２の近傍において増加率は急激に大きくなっている。

図８（ｅ）に表したように、半導体発光素子１１０ｅにおいては、位置ｘに対するシート抵抗Ｒｓの増加率は、第１位置ｘ１及び第２位置ｘ２の近傍で小さく、第１位置ｘ１と第２位置ｘ２との間の中間領域で大きい。

図８（ｆ）に表したように、半導体発光素子１１０ｆにおいては、位置ｘに対するシート抵抗Ｒｓの増加率は、第１位置ｘ１及び第２位置ｘ２の近傍で大きく、中間領域で小さい。

図８（ｇ）に表したように、半導体発光素子１１０ｇにおいては、シート抵抗Ｒｓは、第１位置ｘ１から第２位置ｘ２への方向に沿って、２つの段階で増大している。すなわち、パッド層５５に近い第１領域ＲＧ１における第２電極５０の第１シート抵抗Ｒ１は、第１領域ＲＧ１よりも第１電極４０に近い第２領域ＲＧ２における第２電極５０の第２シート抵抗Ｒ２よりも低く、第１領域ＲＧ１と第２領域ＲＧ２との間の第３領域ＲＧ３における第２電極５０の第３シート抵抗Ｒ３は、第１シート抵抗Ｒ１よりも高く、第２シート抵抗Ｒ２よりも低い。このように、シート抵抗Ｒｓが複数の段階で変化する場合も、シート抵抗Ｒｓは漸増しており、「連続的に変化する」とする。逆に、図６（ｃ）に例示したように、シート抵抗Ｒｓが１つの段階で変化する場合は、「不連続に変化する」とする。従って、図８（ｇ）に例示した特性は、「連続的に変化する」特性であるとされる。

図８（ｈ）に表したように、半導体発光素子１１０ｈにおいては、シート抵抗Ｒｓは、第１位置ｘ１から第２位置ｘ２への方向に沿って、３つの段階で増大している。すなわち、中間領域（例えば第３領域ＲＧ３）が２つ存在していることに相当する。このように、シート抵抗Ｒｓは、３つ以上の複数の段階で変化しても良い。

図８（ｉ）に表したように、半導体発光素子１１０ｉにおいては、シート抵抗Ｒｓは、第１位置ｘ１から第２位置ｘ２への方向に沿って、ほぼ一定の変化率で増大しているが、２つの段で段階的に変化している。このように、シート抵抗Ｒｓの変化率がほぼ一定であり、第１位置ｘ１と第２位置ｘ２との間で、変化率が異なる部分が局所的に存在しても良い。

図８（ｊ）に表したように、半導体発光素子１１０ｊにおいては、シート抵抗Ｒｓは、第１位置ｘ１から第２位置ｘ２への方向に沿って、ほぼ一定の変化率で増大しているが、３つの段で段階的に変化している。このように、シート抵抗Ｒｓの変化率がほぼ一定であっても、第１位置ｘ１と第２位置ｘ２との間で、変化率が異なる部分が３箇所以上局所的に存在しても良い。

このように、本実施形態に係る半導体発光素子１１０及び１１０ａ〜１１０ｊにおける第２電極５０のシート抵抗Ｒｓは、パッド層５５（例えば第１位置ｘ１）から第１電極４０（例えば第２位置ｘ２）に向かう方向に沿って、種々の様態で連続的に増大することができる。

すなわち、第２電極５０において、シート抵抗Ｒｓの低い第１領域ＲＧ１と、シート抵抗Ｒｓの高い第２領域ＲＧ２と、の２つだけではなく、第１領域ＲＧ１と第２領域ＲＧ２との間に、両者の中間の特性の第３領域ＲＧ３が設けられれば良い。

図８（ａ）〜（ｊ）に例示したシート抵抗Ｒｓの変化の特性は、第２電極５０、パッド層５５、第１電極４０及び第１電極用パッド層４５の、Ｚ軸方向から見たときのパターン形状、シート抵抗の値、第１半導体層１０及び第２半導体層２０に対するコンタクト抵抗及びオーミック特性、積層構造体１０ｓのＺ軸方向からみたときのパターン形状及び電気的特性、並びに、目的とする発光効率や動作条件などに基づいて、過大な電流密度が抑制されるように適切に設定される。

以下、図８（ａ）〜（ｊ）に例示したシート抵抗Ｒｓの変化の特性を実現するために、第２電極５０の厚さを変える場合の例について説明する。

図９は、本発明の第１の実施形態に係る別の半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。
すなわち、これらの図は、半導体発光素子の第２電極５０の厚さＴｔの種々の特性の例を示しており、横軸はＸ軸方向の位置ｘであり、縦軸は第２電極５０の厚さＴｔである。図９（ａ）〜（ｊ）に例示する厚さＴｔに関する特性は、それぞれ図８（ａ）〜（ｊ）に例示したシート抵抗Ｒｓの特性に対応している。

図９（ａ）に表したように、半導体発光素子１１０ａにおいては、位置ｘに対する厚さＴｔの減少率は、第１位置ｘ１の近傍において大きく、第２位置ｘ２の近傍において小さい。なお、変化率が正である場合を増加率とし、変化率が負である場合の変化率の絶対値を減少率としている。

図９（ｂ）に表したように、半導体発光素子１１０ｂにおいては、位置ｘに対する厚さＴｔの減少率は、第１位置ｘ１の近傍において小さく、第２位置ｘ２の近傍において大きい。

図９（ｃ）に表したように、半導体発光素子１１０ｃにおいては、位置ｘに対する厚さＴｔの減少率は、第１位置ｘ１の近傍において非常に大きく、第１位置ｘ１と第２位置ｘ２との間の中間領域から第２位置ｘ２にかけては、減少率は非常に小さく、厚さＴｔはほぼ一定である。

図９（ｄ）に表したように、半導体発光素子１１０ｄにおいては、位置ｘに対する厚さＴｔの減少率は、第１位置ｘ１から、第１位置ｘ１と第２位置ｘ２との間の中間領域にかけては、小さく、厚さＴｔはほぼ一定である。そして、第２位置ｘ２の近傍において減少率は急激に大きくなっている。

図９（ｅ）に表したように、半導体発光素子１１０ｅにおいては、位置ｘに対する厚さＴｔの減少率は、第１位置ｘ１及び第２位置ｘ２の近傍で小さく、中間領域で大きい。

図９（ｆ）に表したように、半導体発光素子１１０ｆにおいては、位置ｘに対する厚さＴｔの減少率は、第１位置ｘ１及び第２位置ｘ２の近傍で大きく、中間領域で小さい。

図９（ｇ）に表したように、半導体発光素子１１０ｇにおいては、厚さＴｔは、第１位置ｘ１から第２位置ｘ２への方向に沿って、２つの段階で減少している。すなわち、パッド層５５に近い第１領域ＲＧ１における第２電極５０の第１厚さｔ１は、第１領域ＲＧ１よりも第１電極４０に近い第２領域ＲＧ２における第２電極５０の第２厚さｔ２よりも厚く、第１領域ＲＧ１と第２領域ＲＧ２との間の第３領域ＲＧ３における第２電極５０の第３厚さｔ３は、第１厚さｔ１よりも薄く、第２厚さｔ２よりも厚い。このように、厚さＴｔが複数の段階で変化する場合も、厚さＴｔは漸増しており、「連続的に変化する」とされる。逆に、図６（ｂ）に例示したように、厚さＴｔが１つの段階で変化する場合は、「不連続に変化する」とする。従って、図９（ｇ）に例示した特性は、「連続的に変化する」特性であるとされる。

図９（ｈ）に表したように、半導体発光素子１１０ｈにおいては、厚さＴｔは、第１位置ｘ１から第２位置ｘ２への方向に沿って、３つの段階で減少している。すなわち、中間領域（例えば第３領域ＲＧ３）が２つ存在していることに相当する。このように、厚さＴｔは、３つ以上の複数の段階で変化しても良い。

図９（ｉ）に表したように、半導体発光素子１１０ｉにおいては、厚さＴｔは、第１位置ｘ１から第２位置ｘ２への方向に沿って、ほぼ一定の変化率で減少しているが、２つの段で段階的に変化している。このように、厚さＴｔの変化率がほぼ一定であっても、第１位置ｘ１と第２位置ｘ２との間で、変化率が異なる部分が局所的に存在しても良い。

図９（ｊ）に表したように、半導体発光素子１１０ｊにおいては、厚さＴｔは、第１位置ｘ１から第２位置ｘ２への方向に沿って、ほぼ一定の変化率で減少しているが、３つの段で段階的に変化している。このように、厚さＴｔの変化率がほぼ一定であっても、第１位置ｘ１と第２位置ｘ２との間で、変化率が異なる部分が３箇所以上局所的に存在しても良い。

このように、本実施形態に係る半導体発光素子１１０における第２電極５０の厚さＴｔは、パッド層５５（例えば第１位置ｘ１）から第１電極４０（例えば第２位置ｘ２）に向かう方向に沿って、種々の様態で連続的に減少することができる。

すなわち、第２電極５０において、厚さＴｔが薄い第１領域ＲＧ１と、厚さＴｔが厚い第２領域ＲＧ２と、の２つだけではなく、第１領域ＲＧ１と第２領域ＲＧ２との間に、両者の中間の特性の第３領域ＲＧ３が設けられれば良い。

図９（ａ）〜（ｊ）に例示した厚さＴｔの変化の特性は、シート抵抗Ｒｓの変化の特性と同様に、半導体発光素子の各種の特性に基づいて適切に設定される。

図１０は、本発明の第１の実施形態に係る別の半導体発光素子の構成を例示する模式的平面図である。
図１０（ａ）に表したように、本実施形態に係る別の半導体発光素子１１１においては、積層構造体１０ｓの主面１０ａの側で露出している第１半導体層１０の一部１０ｐが、第２半導体層２０に取り囲まれている。そして、Ｚ軸方向（積層構造体１０ｓの積層方向）からみたときにおいて、第１電極４０は第２電極５０に取り囲まれている。すなわち、第２電極５０のパターン形状が開口部を有しており、その開口部の内部において、第１半導体層１０の露出した一部１０ｐが配置され、その開口部の内部に、第１電極４０が配置されている。これ以外は、半導体発光素子１１０と同様なので説明を省略する。

この場合も、第２電極５０は、パッド層５５と第１電極４０との間の領域５１を有しており、この領域５１において、第２電極５０のシート抵抗Ｒｓが、パッド層５５から第１電極４０に向かう方向に沿って連続的に増大する。すなわち、シート抵抗Ｒｓは、漸増する。

図１０（ｂ）に表したように、本実施形態に係る別の半導体発光素子１１２においては、積層構造体１０ｓのＺ軸方向からみたときの形状が矩形（長方形）であり、その矩形の１つの角部に第１電極４０が配置され、第１電極４０が配置された角部の対角の角部にパッド層５５が配置されている。この場合も、主面１０ａの側で露出している第１半導体層１０の一部１０ｐが、第２半導体層２０に取り囲まれ、Ｚ軸方向からみたときにおいて、第１電極４０は第２電極５０に取り囲まれている。これ以外は、半導体発光素子１１０と同様なので説明を省略する。

この場合も、第２電極５０は、パッド層５５と第１電極４０との間の領域５１を有しており、この領域５１において、第２電極５０のシート抵抗Ｒｓが、パッド層５５から第１電極４０に向かう方向に沿って連続的に増大する。すなわち、すなわち、シート抵抗Ｒｓは、漸増する。
半導体発光素子１１１及び１１２の場合においても、第２電極５０のシート抵抗Ｒｓの変化は、例えば、第２電極５０の厚さＴｔを変化させることで実現される。
このように、本実施形態に係る半導体発光素子における、第１電極４０、第２電極５０及びパッド層５５の配置とパターン形状（Ｚ軸方向からみたときのパターン形状）は種々の変形が可能である。

図１１は、本発明の第１の実施形態に係る別の半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。
すなわち、同図は、図１（ｂ）のＡ−Ａ’線断面に相当する断面図である。なお、同図においては、本実施形態に係る半導体発光素子１１３のうち、第１半導体層１０の側の部分が省略されて描かれているが、この部分は本実施形態に係る半導体発光素子１１０と同様の構成である。

図１１に表したように、半導体発光素子１１３においては、第２半導体層２０の主面１０ａの側において、第２半導体層２０の上に絶縁層５４（例えばＳｉＯ_２層）が設けられ、絶縁層５４の上にパッド層５５が設けられている。そして、この場合もパッド層５５は、第２電極５０と電気的に接続されている。それ以外は、半導体発光素子１１０と同様なので説明を省略する。

パッド層５５における、発光層３０から放射される光に対する透過率は、第２電極５０よりも低い。パッド層５５の直下に位置する発光層３０（発光層３０のうち、パッド層５５に対向する部分）から照射された光は、パッド層５５に入射し易いため、この光は素子の外部に取り出され難い。光の取り出し効率を向上し、実質的な効率を向上させるためには、透過率の低いパッド層５５の直下の発光層３０には電流を注入せず、発光させないことが望ましい。

半導体発光素子１１３においては、パッド層５５と第２半導体層２０との間に絶縁層５４を設けることで、パッド層５５の直下の発光層３０への電流の注入を抑制することができ、効率が向上できる。
このように、パッド層５５は、第２半導体層２０の主面１０ａの側に設けられ、第２電極５０に電気的に接続されていれば良い。

半導体発光素子１１３の場合も、第２電極５０のシート抵抗Ｒｓを、パッド層５５から第１電極４０に向かう方向に沿って連続的に増大することで、注入電流密度の分布を均一化し、過大注入電流密度を抑制し、高効率の半導体発光素子が得られる。

（第２の実施の形態）
図１２は、本発明の第２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図である。
すなわち、同図（ｂ）は模式的平面図であり、同図（ａ）は、同図（ｂ）のＡ−Ａ’線断面図である。

図１２（ａ）及び（ｂ）に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子１２０においては、第２電極５０に複数の凹部５０ｈ（穴も含む）が設けられている。そして、凹部５０ｈのＸ軸方向に沿った凹部幅Ｗｂと、凹部５０ｈが設けられていない部分のＸ軸方向に沿った凹部間幅Ｗａと、の比率が、パッド層５５から第１電極４０に向かう方向に沿って連続的に変化している。この場合、第２電極５０の厚さ（凹部５０ｈが設けられていない部分の厚さ）は一定としても良い。

本具体例は、凹部幅Ｗｂが一定であり、凹部間幅Ｗａが変化する例である。そして本具体例は、第２電極５０の厚さ（凹部５０ｈが設けられていない部分の厚さ）は、厚さｔａで一定であり、例えば、図１に例示した第１厚さｔ１と同じとすることができる。そして、凹部５０ｈの深さは、深さｔｂであり、一定である。なお、凹部５０ｈの部分における第２電極５０の厚さは、厚さｔａと深さｔｂとの差である。

具体的には、凹部５０ｈの密度が、パッド層５５から第１電極４０に向かう方向に沿って連続的に増大している。このように、第２電極５０に凹部５０ｈが設けられる場合、凹部５０ｈの領域の面積の全体に占める割合が増大すると、シート抵抗Ｒｓが上昇する。すなわち、凹部５０ｈの深さｔｂが一定である場合において、凹部比率ＷＲを、（凹部幅Ｗｂ／凹部間幅Ｗａ）としたとき、凹部比率ＷＲが大きいほどシート抵抗Ｒｓが上昇する。

図１３、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。
すなわち、同図（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、Ｘ軸方向に沿った、第２電極５０の凹部間幅Ｗａ、凹部比率ＷＲ、及び、シート抵抗Ｒｓの変化をそれぞれ示している。これらの図の横軸はＸ軸方向に沿った位置ｘであり、同図（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）の縦軸は、それぞれ凹部間幅Ｗａ、凹部比率ＷＲ、及び、シート抵抗Ｒｓである。

図１３（ａ）に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子１２０においては、第１位置ｘ１から第２位置ｘ２に向けて位置ｘが変化するに従って、凹部間幅Ｗａは連続的に減少する。すなわち、パッド層５５側の第１位置ｘ１（第１領域ＲＧ１）における凹部間幅Ｗａは、第１凹部間幅Ｗａ１であり、第１電極４０の側の第２位置ｘ２（第２領域ＲＧ２）における凹部間幅Ｗａは、第１凹部間幅Ｗａ１よりも小さい第２凹部間幅Ｗａ２であり、中間領域（第３領域ＲＧ３）における凹部間幅Ｗａは、両者の中間の第３凹部間幅Ｗａ３である。

これにより、図１３（ｂ）に表したように、第１位置ｘ１から第２位置ｘ２に向けて位置ｘが変化するに従って、凹部比率ＷＲは連続的に増加する。すなわち、第１位置ｘ１（第１領域ＲＧ１）における凹部比率ＷＲは、第１凹部比率ＷＲ１であり、第２位置ｘ２（第２領域ＲＧ２）における凹部比率ＷＲは、第１凹部比率ＷＲ１よりも大きい第２凹部比率ＷＲ２であり、中間領域（第３領域ＲＧ３）における凹部比率ＷＲは、両者の中間の第３凹部比率ＷＲ３である。

これにより、図１３（ｃ）に表したように、第１位置ｘ１から第２位置ｘ２に向けて、位置ｘが変化するに従って、実効的なシート抵抗Ｒｓは連続的に増大する。
これにより、半導体発光素子１２０によれば、注入電流密度の分布を均一化し、過大注入電流密度を抑制し、高効率の半導体発光素子が得られる。

なお、上記の凹部５０ｈは、例えば、所定のパターン形状の開口部を有するマスクを用いて、第２電極５０となる導電層をエッチングすることで形成できる。

上記においては、凹部５０ｈの凹部幅Ｗｂが一定であり、凹部間幅ＷａをＸ軸方向に沿って変化させる例であるが、凹部間幅Ｗａを一定とし、凹部５０ｈの凹部幅ＷｂをＸ軸方向に沿って変化させても良く、また、凹部幅Ｗｂ及び凹部間幅Ｗａの両方をＸ軸方向に沿って変化させても良い。すなわち、凹部比率ＷＲがＸ軸方向に沿って変化されれば良い。

さらに、凹部５０ｈの深さｔｂが、パッド層５５から第１電極４０に向かう方向に沿って連続的に変化しても良い。

また、図１３（ｂ）に例示したように、本具体例では、凹部５０ｈのパターン形状（Ｚ軸方向からみたときの形状）は、円形であるが、凹部５０ｈのパターン形状は任意である。例えば、凹部５０ｈは、Ｙ軸方向に延在する溝でも良い。また、凹部５０ｈのパターン形状は円形や、直線状の溝などだけでなく、各種の曲線を含む形状でも良い。

すなわち、第２電極５０が複数の凹部５０ｈを有し、複数の凹部５０ｈの凹部幅Ｗｂ（Ｘ軸方向に沿った長さ）、凹部５０ｈどうしの間の凹部間幅Ｗａ（Ｘ軸方向に沿った間隔）、及び、凹部５０ｈの深さｔｂの少なくともいずれかが、Ｘ軸方向（パッド層５５から第１電極４０に向かう方向）に沿って連続的に変化すれば良い。

ここで、この場合においても、「連続的に変化する」とは、凹部幅Ｗｂ、凹部間幅Ｗａ、及び、凹部５０ｈの深さｔｂの少なくともいずれかに関する特性に関して、第１領域ＲＧ１と、第２領域ＲＧ２と、の間に、両者の中間の特性を有する中間の領域（第３領域ＲＧ３）が設けられれば良い。

図１４は、本発明の第２の実施形態に係る別の半導体発光素子の構成を例示する模式図である。
すなわち、同図（ｂ）は模式的平面図であり、同図（ａ）は、同図（ｂ）のＡ−Ａ’線断面図である。
図１４に表したように、本実施形態に係る別の半導体発光素子１２１においては、第２電極５０に設けられる凹部５０ｈが、第２電極５０をＺ軸方向に貫通している。これ以外は、半導体発光素子１２０と同様とすることができるので説明を省略する。

このように、凹部５０ｈは、第２電極５０を厚さ方向で貫通しても良い。そして、凹部比率ＷＲ（凹部幅Ｗｂ／凹部間幅Ｗａ）が、Ｘ軸方向（パッド層５５から第１電極４０に向かう方向）に沿って連続的に変化する。これにより、第１位置ｘ１から第２位置ｘ２に向けて位置ｘが変化するに従って、実効的なシート抵抗Ｒｓを連続的に増大させ、漸増させることができ、注入電流密度の分布を均一化し、過大注入電流密度を抑制し、高効率を向上できる。

なお、凹部５０ｈが、第２電極５０を貫通する場合、凹部５０ｈの部分では、電流が注入されないので、例えば、凹部５０ｈの凹部幅Ｗｂを半導体発光素子１２０の場合よりも小さくし、凹部５０ｈの数（密度）を半導体発光素子１２０の場合よりも高く設定することで、凹部５０ｈの部分で電流が注入されないことの影響を抑制し、所望の特性を得ることができる。

（第３の実施の形態）
図１５は、本発明の第３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断面図である。
図１５に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子１３０においては、第２電極５０の導電率（電気伝導率）が、パッド層５５から第１電極４０に向かう方向に沿って連続的に変化している。この場合、第２電極５０の厚さ（凹部５０ｈが設けられていない部分の厚さ）は一定として良い。

例えば、第２電極５０に用いられる透明導電層のアニール温度が高いと、導電率が高くなる。この性質を利用して、透明導電層のアニール温度を、パッド層５５から第１電極４０に向かう方向に沿って連続的に減少させることで、シート抵抗Ｒｓを変化させることができる。

例えば、第１領域ＲＧ１における透明導電層アニール温度は、高温の第１アニール温度Ｔｍ１であり、第２領域ＲＧ２におけるアニール温度は、第１アニール温度Ｔｍ１よりも低い第２アニール温度Ｔｍ２であり、第１領域ＲＧ１と第２領域ＲＧ２との間の第３領域ＲＧ３におけるアニール温度は、第１アニール温度Ｔｍ１よりも低く、第２アニール温度Ｔｍ２よりも高い第３アニール温度Ｔｍ３である。

例えば、第２電極５０となる透明導電層に局所的にレーザ光を照射し、レーザ光の出力や走査速度を制御し、第１領域ＲＧ１においてはレーザ光の照射エネルギーが高く、第２領域ＲＧ２においては照射エネルギーが低く、第３領域ＲＧ３では照射エネルギーが中間になるようにする。

これにより、第２電極５０に含まれる粒子の粒径を、パッド層５５から第１電極４０に向かう方向に沿って連続的に減少させ、第２電極５０の導電率を、パッド層５５から第１電極４０に向かう方向に沿って連続的に減少させることができる。なお、第２電極５０に含まれる粒子の粒径は、例えば、透過電子顕微鏡などによる第２電極５０の観察により求めることができる。また、このときの粒径は、複数の粒子における粒径の平均の値、または、最大値とすることができる。

図１６は、本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。
すなわち、同図（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、Ｘ軸方向に沿った、第２電極５０のアニール温度Ｔｍ、第２電極５０に含まれる粒子の粒径ＧＳ、及び、シート抵抗Ｒｓの変化をそれぞれ示している。これらの図の横軸はＸ軸方向に沿った位置ｘであり、同図（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）の縦軸は、それぞれアニール温度Ｔｍ、粒径ＧＳ、及び、シート抵抗Ｒｓである。

図１６（ａ）に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子１３０においては、第１位置ｘ１から第２位置ｘ２に向けて位置ｘが変化するに従って、アニール温度Ｔｍは連続的に低下する。すなわち、アニール温度Ｔｍは、第１位置ｘ１（第１領域ＲＧ１）においては高温の第１アニール温度Ｔｍ１であり、第２位置ｘ２（第２領域ＲＧ２）においては低温の第２アニール温度Ｔｍ２であり、中間領域（第３領域ＲＧ３）においては、中温の第３アニール温度Ｔｍ３である。

これにより、図１６（ｂ）に表したように、第１位置ｘ１から第２位置ｘ２に向けて位置ｘが変化するに従って、第２電極５０に含まれる粒子の粒径ＧＳは、連続的に減少する。すなわち、粒径ＧＳが漸減する。すなわち、粒径ＧＳは、第１位置ｘ１（第１領域ＲＧ１）においては大きい第１粒径ＧＳ１であり、第２位置ｘ２（第２領域ＲＧ２）においては第１粒径よりも小さい第２粒径ＧＳ２であり、中間領域（第３領域ＲＧ３）においては、両者の中間の大きさの第３粒径ＧＳ３である。

これにより、図１６（ｃ）に表したように、第１位置ｘ１から第２位置ｘ２に向けて位置ｘが変化するに従って、シート抵抗Ｒｓは連続的に増大する。すなわち、シート抵抗Ｒｓが漸増する。
これにより、半導体発光素子１３０によれば、注入電流密度の分布を均一化し、過大注入電流密度を抑制し、高効率の半導体発光素子が得られる。

本発明の実施形態に係る半導体発光素子においては、第２電極５０のシート抵抗が、パッド層５５から第１電極４０に向かう方向に沿って連続的に増大し、すなわち漸増すれば良く、そのために、第２電極５０の厚さ、第２電極５０に設けられる凹部５０ｈに関する凹部比率ＷＲ及び深さｔｂ、並びに、第２電極５０の導電率の少なくともいずれかが、パッド層５５から第１電極４０に向かう方向に沿って連続的に変化すれば良く、上記の内の２つ以上を同時に実施しても良い。

なお、本明細書において「窒化物系半導体」とは、Ｂ_ｘＩｎ_ｙＡｌ_ｚＧａ_{１−ｘ−ｙ−ｚ}Ｎ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）なる化学式において組成比ｘ，ｙ及びｚをそれぞれの範囲内で変化させた全ての組成の半導体を含むものとする。またさらに、上記化学式において、Ｎ（窒素）以外のＶ族元素もさらに含むものや、導電型などを制御するために添加される各種のドーパントのいずれかをさらに含むものも、「窒化物系半導体」に含まれるものとする。

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、半導体発光素子を構成する第１半導体層、第２半導体層、発光層、量子井戸層、バリア層、第１電極、第２電極、パッド層、第１電極用パッド層、絶縁層等、各要素の具体的な構成の、形状、サイズ、材質、配置関係などに関して、また結晶成長プロセスに関して当業者が各種の変更を加えたものであっても、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。

その他、本発明の実施の形態として上述した半導体発光素子を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての半導体発光素子も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。

本発明によれば、注入電流密度の分布を均一化し、過大注入電流密度を抑制した高効率の半導体発光素子が提供される。

５…基板、 ６…バッファ層、 １０…第１半導体層、 １０ａ…主面、 １０ｂ…裏面、 １０ｐ…一部、 １０ｓ…積層構造体、 １１…ｎ型ＧａＮ層、 １２…ｎ型ＧａＮガイド層、 ２０…第２半導体層、 ２１…ｐ型ＧａＮ第１ガイド層、 ２２…ｐ型ＡｌＧａＮ層（電子オーバーフロー防止層）、 ２３…ｐ型ＧａＮ第２ガイド層、 ２４…ｐ型ＧａＮコンタクト層、 ３０…発光層、 ４０…第１電極、 ４５…第１電極用パッド層、 ５０…第２電極、 ５０ｈ…凹部、 ５１…領域、 ５４…絶縁層、 ５５…パッド層、 １１０、１１０ａ〜１１０ｊ、１１１、１１２、１１３、１１９ａ〜１１９ｃ、１２０、１２１、１３０…半導体発光素子、 Ｅｒ…発光効率、 ＧＳ…粒径、 ＧＳ１〜ＧＳ３…第１〜第３粒径、 Ｉｆ…電流、 Ｊ１…下側電流密度値、 Ｊ２…上側電流密度値、 Ｊｃ…電流密度、 Ｊｍ…最高効率電流密度、 Ｊｒ１…過小電流密度範囲、 Ｊｒ２…適正電流密度範囲、 Ｊｒ３…過大電流密度範囲、 Ｐｏ…光出力、 Ｒ１〜Ｒ３…第１〜第３シート抵抗、 ＲＧ１〜ＲＧ３…第１〜第３領域、 Ｒｓ…シート抵抗、 Ｔｍ…アニール温度、 Ｔｍ１〜Ｔｍ３…第１〜第３アニール温度、 Ｔｔ…厚さ、 ＷＲ…凹部比率、 ＷＲ１〜ＷＲ３…第１〜第３凹部比率、 Ｗａ…凹部間幅、 Ｗａ１〜Ｗａ３…第１〜第３凹部間幅、 Ｗｂ…凹部幅、 ｔ１〜ｔ３…第１〜第３厚さ、 ｔａ…厚さ、 ｔｂ…深さ、 ｘ…位置、 ｘ１、ｘ２…第１及び第２位置

Claims (4)

1. 第１導電型の第１半導体層と、第１導電型の第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、を有し、前記第２半導体層及び前記発光層が選択的に除去されて前記第１半導体層の一部が露出した積層構造体と、
   前記第１半導体層の前記一部に接する第１電極と、
   前記第２半導体層に接し、前記発光層から放射される光に対して透光性を有する第２電極と、
   前記第２半導体層の前記発光層とは反対の側に設けられ、前記第２電極に電気的に接続され、前記光に対する透過率が前記第２電極よりも低いパッド層と、
   を備え、
   前記第２電極の導電率は、前記パッド層から前記第１電極に向かう方向に沿って連続的に減少し、
   前記第２電極に含まれる粒子の粒径は、前記方向に沿って連続的に減少することを特徴とする半導体発光素子。
2. 第１導電型の第１半導体層と、第２導電型の第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、を有し、前記第２半導体層及び前記発光層が選択的に除去されて前記第１半導体層の一部が露出した積層構造体と、
   前記第１半導体層の前記一部に接する第１電極と、
   前記第２半導体層に接し、前記発光層から放射される光に対して透光性を有する第２電極と、
   前記第２半導体層の前記発光層とは反対の側に設けられ、前記第２電極に電気的に接続され、前記光に対する透過率が前記第２電極よりも低いパッド層と、
   を備え、
   前記第２電極には複数の凹部が設けられており、前記複数の凹部の、前記パッド層から前記第１電極に向かう方向に沿う幅の、前記第２電極のうちの前記凹部が設けられていない部分の前記方向に沿う幅に対する比率は、前記方向に沿って連続的に増大することを特徴とする半導体発光素子。
3. 第１導電型の第１半導体層と、第１導電型の第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、を有し、前記第２半導体層及び前記発光層が選択的に除去されて前記第１半導体層の一部が露出した積層構造体と、
   前記第１半導体層の前記一部に接する第１電極と、
   前記第２半導体層に接し、前記発光層から放射される光に対して透光性を有する第２電極と、
   前記第２半導体層の前記発光層とは反対の側に設けられ、前記第２電極に電気的に接続され、前記光に対する透過率が前記第２電極よりも低いパッド層と、
   を備え、
   前記第２電極には前記第２電極の厚さ方向に貫通する複数の孔が設けられており、前記複数の穴の、前記パッド層から前記第１電極に向かう第１方向に沿う幅の、前記第２電極のうちの前記穴が設けられていない部分の前記第１方向に沿う幅に対する比率は、前記第１方向に沿って連続的に増大することを特徴とする半導体発光素子。
4. 前記第２電極は、インジウム、錫及び亜鉛の少なくともいずれかを含む酸化物を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体発光素子。

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