JP5687858B2 - 半導体発光装置 - Google Patents

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、特に光取り出し効率向上のための技術に関する。

ＡｌＧａＩｎＰ系の材料で構成される発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）においては、結晶成長に使用されるＧａＡｓ基板のバンドギャップよりも発光層のバンドギャップの方が大きい。そのため、発光層から放射された光のうち、光取り出し面側に向かう光の一部は取り出すことができるが、ＧａＡｓ基板側に向かう光はＧａＡｓ基板に吸収される。

特許文献１には、成長用基板であるＧａＡｓ基板の上にＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる半導体膜を形成した後、反射率の高い金属からなる反射膜を介して半導体膜を支持基板に貼り付け、その後に当該ＧａＡｓ基板を除去することによって製造されるＬＥＤが開示されている。このような成長用基板を有しない構成のＬＥＤによれば、ＧａＡｓ基板によって発光層から放射される光が吸収されることがなく、更には光取り出し面側に対して反対側（すなわち、支持基板側）に向かう光が反射膜で反射されため、当該構成のＬＥＤにおいては光取り出し効率が従来よりも向上する。

しかしながら、半導体膜と空気又は樹脂等の周囲媒体との界面に対して臨界角以上の角度で入射する光は、全反射するため外部に取り出されることはない。外部に取り出されなかった光は、半導体膜内部で反射を繰り返す、すなわち多重反射する。半導体膜の内部を伝搬する光の強度は、伝搬距離（光路長）に対して指数関数的に減少する。すなわち、半導体膜の内部で多重反射する光は、半導体膜に吸収（自己吸収）され、外部に取り出されることが困難になる。例えば、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体膜の屈折率は３．３であり、これを屈折率１．５の樹脂で封止した場合、臨界角は２７°、半導体膜と樹脂との界面における反射率は１５％程度となり、外部へ取り出すことができる光は４．５％程度に制限される。

特許文献２には、半導体膜の光取り出し面に凹凸を形成した半導体発光素子が開示されている。かかる構成の半導体発光素子は、光取り出し面に向かう光を凹凸部で散乱及び回折させ、光取り出し面と周囲媒体との界面で全反射される光の量を減じることができ、光取り出し効率を向上させることが可能になる。また、特許文献２には、半導体膜の厚さが薄くならないように凹凸を形成することが記載されている。これは、半導体膜の厚さが薄くなると、直列抵抗が大きくなると共に電流の広がりが不十分になるからである。すなわち、半導体膜内部における電流拡散が不十分であると、電流密度の高い領域が生じる。半導体膜内部において電流密度が一定以上高くなると、発光層に注入されたキャリアがオーバフローし、発光に寄与できるキャリアが減少するため発光効率が低下する。従って、半導体膜の厚さをある程度確保することにより、半導体膜内に電流を広く拡散させる必要がある。

特開２００２−２１７４５０号公報 特開２００８−１０３６２７号公報

光取り出し面側に凹凸を形成することにより光を外部に取り出し易くなるが、半導体膜内部で多重反射する光は依然として存在する。上述したように、半導体膜内部における電流拡散を促進させるためには半導体膜の厚さを確保する必要があるが、半導体膜の厚さが厚くなる程、半導体膜内部において多重反射する光の伝搬距離（光路長）が長くなり、自己吸収が起こり易くなるため、光取り出し効率が低下する。すなわち、半導体膜内部における電流拡散を阻害することなく半導体膜内部を伝搬する光の自己吸収を抑制することは困難であった。

本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体膜内部における電流拡散を阻害することなく半導体膜内部を伝搬する光の自己吸収を抑制することができる半導体発光装置を提供することである。

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、支持体の上に設けられて反射面を形成する反射電極と、前記反射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発光層と、前記発光層の上に設けられ、凹部及び凸部からなるテラス構造を有し、前記凸部の頂面及び前記凹部の底面に凹凸形状の光取り出し構造が形成された第２クラッド層と、前記凸部の頂面上に設けられた表面電極と、を有し、前記第２クラッド層は、前記発光層上に、第１電流拡散層、前記第１電流拡散層上に設けられ前記凹部の底面の前記光取り出し構造を備える第１光取り出し層、前記第１光取り出し層上に設けられた第２電流拡散層、及び前記第２電流拡散層上に設けられ前記凸部の頂面の前記光取り出し構造を備える第２光取り出し層を含む積層構造を有し、前記第１光取り出し層及び前記第２光取出し層は、前記第１電流拡散層及び前記第２電流拡散層よりも小なる光吸収率と、前記第１電流拡散層及び前記第２電流拡散層よりも大なる抵抗値と、を有することを特徴とする。

本発明の半導体発光装置は第１クラッド層、発光層及び第２クラッド層か積層された積層構造を有し、光取り出し面側に設けられた第２クラッド層が凹部及び凸部からなるテラス構造を備え、当該凸部の頂面及び当該凹部の底面に凹凸形状の光取り出し構造が形成されている。更に、当該第２クラッド層は、第１電流拡散層と、第１電流拡散層上に設けられ凹部の底面の光取り出し構造を備える第１光取り出し層と、第１光取り出し層上に設けられた第２電流拡散層と、及び第２電流拡散層上に設けられ凸部の頂面の光取り出し構造を備える第２光取り出し層と、からなり、当該第１及び第２光取り出し層は、当該第１及び第２電流拡散層よりも小なる光吸収率と、当該第１及び第２電流拡散層よりも大なる抵抗値と、を有している。このような構成により、本願発明の半導体発光装置は、電流拡散による発光分布の均一化及び光取り出し効率の改善を両立することができる。すなわち、本発明の半導体発光装置によれば、第１クラッド層、発光層及び第２クラッド層からなる半導体膜の内部における電流拡散を阻害することなく半導体膜の内部を伝搬する光の自己吸収を抑制することができる。

実施例１に係る半導体発光装置の平面図である。 図１の２−２線（一点鎖線で示す）に沿った断面図である。 （ａ）は、光反射面側のテラス構造および表面電極の構成を示す平面図である。（ｂ）は、反射面側のテラス構造および反射電極の構成を示す平面図である。 （ａ）は、カウンタ電極を形成した場合における電流経路を示す断面図である。（ｂ）は、実施例１に係るテラス構造と電流経路を示す断面図である。 本発明の実施例に係るテラス構造の構成を示す断面図である。 （ａ）は実施例１に係るｎ型クラッド層の構造を示す断面図であり、（ｂ）は比較例に係るｎ型クラッド層の他の構造を示す断面図である。 ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体発光装置におけるＡｌの組成ｚを変化させたときの電気抵抗率の変化を示すグラフである。 （ａ）〜（ｃ）は、実施例１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）及び（ｂ）は、実施例１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、実施例１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）は実施例２に係る半導体発光装置の平面図であり、図１（ａ）の１１ｂ−１１ｂ線（一点鎖線で示す）に沿った断面図である。 実施例２に係るｎ型クラッド層の構造を示す断面図である。 （ａ）は実施例２に係る他の半導体発光装置の平面図であり、図１（ａ）の１１ｂ−１１ｂ線（一点鎖線で示す）に沿った断面図である。

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及び部分には同一の参照符を付している。

先ず、図１乃至図８を参照しつつ実施例１に係る半導体発光装置の構造を説明する。

図１は本実施例に係る半導体発光装置の平面図であり、図２は図１の２−２線（一点鎖線で示す）に沿った断面図である。図１及び図２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、ｐ型コンタクト層１４が順次積層された構造を有する。半導体膜１０の全体の厚さは、例えば５．６μｍ、主面の外形は例えば一辺３００μｍの正方形である。ｎ型クラッド層１１の層厚は約２．４μｍであり、その層構造については後述する。発光層１２は、（Al_0.1Ga_0.9）_0.5In_0.5Pからなる層厚２０ｎｍ程度の井戸層と、（Al_0.56Ga_0.44）_0.5In_0.5Pからなる層厚１０ｎｍ程度のバリア層とが交互に１５回繰り返して積層されて構成される多重量子井戸構造を有する。ｐ型クラッド層１３は、例えば（Al_0.7Ga_0.3）_0.5In_0.5Pからなり、層厚は１μｍである。ｐ型コンタクト層１４は、例えばGa_0.9In_0.1Pからなり、層厚は１．５μｍである。

半導体膜１０は、光取り出し面側（ｎ型クラッド層１１側）及びこれと対向する反射面側（ｐ型コンタクト層１４）の両表面領域を部分的に除去することによって形成された凹部１０ａ、１０ｂ及び凸部１０ｃ、１０ｄを有している。光取り出し面側の凹部１０ａは、反射面側に凹んだ部分である。反射面側の凹部１０ｂは光取り出し面側に凹んだ部分であり、その底面の形状は平坦である。凹部１０ａ、１０ｂは、いずれも発光層１２に達しないように形成されている。以上のことから、半導体膜１０の光取り出し面側に積層されたｎ型クラッド層１１は、凹部１０ａ及び凸部１０ｃからなるテラス構造を有し、半導体膜１０の反射面側に積層されたｐ型コンタクト層１４は、凹部１０ｂ及び凸部１０ｄからなるテラス構造を有している。すなわち、半導体膜１０は、光取り出し面側及び反射面側にテラス構造を有している。

凹部１０ｂ及び凸部１０ｄが形成されたｐ型コンタクト層１４の表面を覆うように反射膜２０が設けられている。反射膜２０は、例えば、ＳｉＯ_２からなる誘電体膜２１及びＡｕＺｎからなる反射電極２２によって構成されている。反射電極２２は、誘電体膜２１の開口部において半導体膜１０と接触し、半導体膜１０との間でオーミック性接触を形成している。誘電体膜２１及び反射電極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反射面を形成する。誘電体膜２１は、ｐ型コンタクト層１４との界面近傍において、反射電極２２を線状のライン電極２２ａ及び島状のドット電極２２ｂに隔てている。ライン電極２２ａ及びドット電極２２ｂは、誘電体膜２１の下部で繋がっており電気的に接続されている。このように、反射電極２２をライン電極２２ａ及びドット電極２２ｂで構成することにより、電流集中を防止して半導体膜１０内部における電流密度の均一化を図ることが可能となる。また、ライン電極２２ａ及びドット電極２２ｂは、反射面側の凸部１０ｄの表面に位置するように形成されている。すなわち、ライン電極２２ａ及びドット電極２２ｂは、反射面側の凹部１０ｂには形成されていない。更に、ライン電極２２ａとドット電極２２ｂは、光取り出し面側のオーミック電極５２と半導体膜１０の厚さ方向において重ならない位置に設けられている。すなわち、反射電極２２は、半導体膜１０の厚さ方向において表面電極（オーミック電極５２）と重ならない位置において半導体膜１０と接触しており、いわゆるカウンタ電極を構成している。なお、誘電体膜２１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２２の材料は、ＡｕＺｎに限定されず、ｐ型コンタクト層１４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。

実施例１においては、誘電体膜２１をＳｉＯ_２、反射電極２２をＡｕＺｎで構成することで（被覆率約８５％）、反射面側での反射率を約９４％としている。反射面側の反射率は高い程好ましく、光取り出し面側に後述する光取り出し構造を設ける場合には、正反射率を高くすることが好ましい。

反射膜２０の上には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。第１接合層３１と第２接合層３２が接合しない部分には、空隙３３が形成されている。すなわち、半導体膜１０の凹部１０ｂに空隙３３が位置している。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２２に含まれるＺｎが反射電極２２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２２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。

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、ショットキー電極５１には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又はこれらの合金を用いることができる。また、金属材料のみならず、ＳｉＯ_２などの絶縁誘電体から構成することができる。更に、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。ショットキー電極５１は、テラス構造を有する半導体膜１０の光取り出し面側の凹部１０ａが形成された領域の表面（凹部１０ａの底面）に形成されている。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又はＡｕＳｎＮｉ等からなる。また、オーミック電極５２は、半導体膜１０の光取り出し面側の凸部１０ｃの表面（頂面）に形成されている。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ている。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の直下の半導体膜１０には電流が流れないようになっている。また、反射面側の反射電極２２と光取り出し面側のオーミック電極５２は、半導体膜１０の厚さ方向において重ならない位置に形成されている。光取り出し面側の凹部１０ａは、反射電極２２の上方に形成され、反射面側の凹部１０ｂを形成する反射面側の窪みは、オーミック電極５２の下方に形成されている。すなわち、電流は、光取り出し面側のオーミック電極５２と反射面側の反射電極２２との間を流れる。

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り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。

図１において、光取り出し面側の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と、反射面側の反射電極２２を構成するライン電極２２ａ及びドット電極２２ｂとは、同一平面上に示されている。光取り出し面側のオーミック電極５２を構成する８つの電極片を挟んだ両側に当該電極片に沿うように反射面側のライン電極２２ａ及びドット電極２２ｂが配置されている。換言すれば、反射面側のライン電極２２ａは、光取り出し面側のオーミック電極５２を構成する電極片を囲むように形成され、各電極片は、反射面側のライン電極２２ａによって囲まれた領域の中央に配置している。すなわち、光取り出し面側のオーミック電極５２と、反射面側のライン電極２２ａ及びドット電極２２ｂ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を構成している。カウンタ電極を構成とすることで、光取り出し面側のオーミック電極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になる。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、カウンタ電極を構成することにより、後述する電流経路との関係から光取り出し面側の凹部１０ａ及び反射面側の凹部１０ｂの面積を大きくすることが可能となる。

図３（ａ）は、半導体膜１０の光取り出し面側の表面に形成された凹部１０ａ、凸部１０ｃ、オーミック電極５２、ショットキー電極５１及び接続配線５３の構成を示した図である。図３（ｂ）は、半導体膜１０の反射面側の表面に形成された凹部１０ｂ、凸部１０ｄ及び反射電極２２の構成を示した図である。本実施例においては、光取り出し面側の凹部１０ａと反射面側の凸部１０ｄの輪郭は、同一形状をなしており、半導体膜１０の厚さ方向においてこれらの輪郭が重なっている。同様に、光取り出し面側の凸部１０ｃと反射面側の凹部１０ｂの輪郭は、同一形状をなしており、半導体膜１０の厚さ方向においてこれらの輪郭が重なっている。

［テラス構造と電流経路の関係］
上記したように、半導体膜１０は、光取り出し面側及びこれと対向する反射面側の両表面領域を部分的に除去することにより形成された凹部１０ａ、１０ｂ及び凸部１０ｃ、１０ｄを有している。すなわち、半導体膜１０の除去部分が凹部１０ａ、１０ｂに相当し、除去部分以外の部分が凸部１０ｃ、１０ｄに相当する。

ライン電極２２ａ及びドット電極２２ｂからなる反射電極２２は、光取り出し面側のオーミック電極５２を挟んで両側に配置されており、電流は、図４（ａ）に示すように、半導体膜１０内部を光取り出し面側のオーミック電極５２から反射電極２２に向けて左右に広がるように流れる。このようなカウンタ電極を構成することにより、半導体膜１０の光取り出し面側と反射面側の両表面領域に電流経路から外れる領域、すなわち電流拡散に寄与しない領域（図４（ａ）においてハッチングで示されている）が生じる。なお、図４（ａ）においては、説明のためにテラス構造を有しない半導体膜１０が示されている。

図４（ｂ）に示すように、本実施例に係る半導体発光装置１においては、図４（ａ）において示された半導体膜１０の電流拡散に寄与しない部分を除去することにより光取り出し面側の凹部１０ａ及び反射面側の凹部１０ｂを形成している。すなわち、凹部１０ａ、１０ｂは、光取り出し面側のオーミック電極５２と反射電極２２との間に形成される電流経路と交差しない位置に設けられている。半導体膜１０を除去した部分においては、反射面と光取り出し面との間の距離（光路長）が短くなる。従って、半導体膜１０の内部で多重反射する光の自己吸収を抑制することが可能となり、光取り出し効率を改善することが可能となる。半導体膜１０を除去した部分は、電流経路から外れているため、半導体膜１０内部における電流拡散は阻害されることはない。このように、半導体膜１０の電流拡散に寄与しない部分を除去することにより半導体膜１０を部分的に薄膜化すれば、電流拡散を阻害することなく半導体膜１０内部を伝搬する光の自己吸収を抑制することが可能となる。

［光取り出し面側のテラス構造の構成］
半導体膜１０の光取り出し面側の凸部１０ｃの表面に光取り出し面側オーミック電極５２が形成されている。光取り出し面側の凹部１０ａは、反射電極２２と半導体膜１０との接触部の直上を含む領域に設けられている。半導体膜１０の光取り出し面側の表面において凹部１０ａが占める割合（面積比）は、１５％以上、好ましくは３０％以上であることが好ましい。凹部１０ａの面積が小さくなり過ぎると光取り出し効率改善の効果が小さくなる。一方、凹部１０ａの面積が大きくなりすぎると、凹部１０ｂが電流経路を遮断して電流拡散が阻害される。図５に示すように、光取り出し面側オーミック電極５２から凹部１０ａの端部までの距離Ｗｕは、光取り出し面側のオーミック電極５２から反射面側の反射電極２２までの水平距離Ｌの３０〜７０％、好ましくは４０〜６０％とされる。なお、水平距離とは、光取り出し面側のオーミック電極５２と反射面側の反射電極２２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いう。光取り出し面側の凹部１０ａの深さＨｕは、半導体膜１０の全体の厚さＤの１５％以上且つｎ型クラッド層１１の厚さｄｎの２５〜７５％であることが好ましい。なお、半導体膜１０がｎ型クラッド層１１以外にｎ型の導電型を有する層を含んでいる場合には、ｄｎは、ｎ型の導電型を有する全ての層の厚さの合計を意味する。また、凹部１０ａの形成領域は、電流拡散に寄与しない領域であるが、発光層１２に至る深さまでｎ型クラッド層１１を除去すると、除去部分において発光層１２にキャリアが注入されなくなり、非発光領域が生じることになるため、ｎ型クラッド層１１を完全に除去しないことが好ましい。

［反射面側のテラス構造の構成］
半導体膜１０の反射面側の凸部１０ｄの表面に反射電極２２が形成される。凸部１０ｄは、反射膜２０及び接合膜３０を介して支持体４０に接合される。反射面側の凹部１０ｂは、光取り出し面側オーミック電極５２の直下を含む領域に形成される。反射面側の凹部１０ｂの底面には、空隙３３が形成されている。

光取り出し面側のショットキー電極５１は、反射面側の凸部１０ｄの上方に設けられており、反射面側の凹部１０ｂは、ショットキー電極５１の直下に位置しないように形成されている。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、ボンディングパッドの直下に反射面側の凹部１０ｂが存在していると、ボンディングツールの押圧によって半導体膜１０にダメージを与えるおそれがあるためである。

半導体膜１０の反射面側の表面において凹部１０ｂが占める割合（面積比）は１５％〜５０％であることが好ましい。反射面側の凹部１０ｂの面積が小さくなり過ぎると発光効率改善の効果が小さくなる。一方、凹部１０ｂの面積が大きくなりすぎると電流拡散が阻害されるだけでなく、半導体膜１０の機械的強度が低下し、信頼性に問題が生じる。図５に示すように、反射電極２２から凹部１０ｂの端部までの距離Ｗｌは、光取り出し面側のオーミック電極５２から反射面側の反射電極２２までの水平距離Ｌの３０〜７０％、好ましくは４０〜６０％とされる。反射面側の凹部１０ｂの深さＨｌは、半導体膜１０の全体の厚さＤの１５％以上且つｐ型コンタクト層１４及びｐ型クラッド層１３を合わせた層厚ｄｐの２５〜７５％であることが好ましい。なお、半導体膜１０がｐ型コンタクト層１４及びｐ型クラッド層１３以外にｐ型の導電型を有する層を含んでいる場合には、ｄｐは、ｐ型の導電型を有する全ての層の厚さの合計を意味する。また、凹部１０ｂの形成領域は、電流拡散に寄与しない領域であるが、発光層１２に至る深さまでｐ型コンタクト層１４及びｐ型クラッド層１３を除去すると、除去部分において発光層１２にキャリアが注入されなくなり、非発光領域が生じることになるため、ｐ型クラッド層１３を完全に除去しないことが好ましい。

［ｎ型クラッド層１１の構造］
次に図６（ａ）、（ｂ）を参照して、ｎ型クラッド層１１の構造を詳細に説明する。図６は、図１の６−６線（一点鎖線で示す）に沿った部分断面図である。図６（ａ）に示されているように、ｎ型クラッド層１１は、発光層１２の表面上からキャリア閉じ込め層１１ａ、第１電流拡散層１１ｂ、第１光取り出し層１１ｃ、第２電流拡散層（副電流拡散層）１１ｄ及び第２光取り出し層１１ｅが順次積層された５層構造を有する。第１光取り出し層１１ｃ、第２電流拡散層（副電流拡散層）１１ｄ、第２光取り出し層１１ｅが積層された部分に、光取り出し面側のテラス構造が形成されている。また、第２電流拡散層１１ｄ及び第２光取り出し層１１ｅは、凸部１０ｃ（すなわち、テラス構造の上部）のみに設けられている。より具体的には、第２電流拡散層１１ｄは、後述する光取り出し構造６０を形成する突起の頂部がなす平面よりも、オーミック電極５２側に位置している。更に、第１光取り出し層１１ｃは、凸部１０ｃの一部及び凹部１０ａの底面よりも反射面側の領域（すなわち、テラス構造が形成されていない領域）に形成されている。このような構成により、光取り出し面側のテラス構造を形成する凹部１０ａ及び凸１０ｃの表面（すなわち、凹部１０ａの底面及び凸部１０ｃの頂面）は、第１光取り出し層１１ｃ及び第２光取り出し層１１ｅに形成される。また、キャリア閉じ込め層１１ａ及び第１電流拡散層１１ｂには、テラス構造が形成されていない。

キャリア閉じ込め層１１ａは、例えばAl_0.5In_0.5Pからなり、層厚は０．５μｍである。また、キャリア閉じ込め層１１ａのキャリア濃度は、１×１０^１７ｃｍ^−３である。第１電流拡散層１１ｂ及び第２電流拡散層１１ｄのそれぞれは、例えば（Al_0.4Ga_0.6）_0.5In_0.5Pからなり、層厚は０．２５μｍである。また、第１電流拡散層１１ｂ及び第２電流拡散層１１ｄのキャリア濃度は、１×１０^１８ｃｍ^−３である。第１光取り出し層１１ｃ及び第２光取り出し層１１ｅは、例えば（Al_0.7Ga_0.3）_0.5In_0.5Pからなり、層厚は０．７μｍである。また、第１光取り出し層１１ｃ及び第２光取り出し層１１ｅのキャリア濃度は、３×１０^１７ｃｍ^−３である。

また、第１光取り出し層１１ｃ及び第２光取り出し層１１ｅの表面上（すなわち、光取り出し面側のテラス構造を形成する凹部の底面及び凸部の頂面）には、凹凸形状の光取り出し構造６０が形成されている。なお、光取り出し構造（フォトニック結晶）６０は、ショットキー電極５１、オーミック電極５２、及び接続配線５３が位置する領域には設けられていない（図２参照）。光取り出し構造６０は複数の円錐状の突起から構成され、当該突起は周期的に配置されている。当該突起の幅Ａ（底面の直径）は０．５μｍであり、高さＢは０．６μｍである。このような光取り出し構造６０を形成することにより、光取り出し効率の向上を図ることが可能になる。

光取り出し効率の向上という観点から、光取り出し構造６０を構成する突起の幅Ａは、２．０×λ_０／ｎ≦Ａ≦５．０×λ_０／ｎの範囲内で設定され、突起の高さＢは０．５×Ａ≦Ｂ≦１．５×Ａの範囲内で設定されることが望ましい。ここで、λ_０は真空中の発光波長であり、ｎは発光波長に対する半導体膜の屈折率である。例えば、例えば、ＡｌＧａＩｎＰ系材料においては、λ_０=６２５ｎｍ、ｎ=３．３であり、幅Ａは０．４〜１．０μｍになる。なお、突起の高さＢは、凸部１０ｃの高さ（すなわち、光取り出し面側の凹部１０ａの深さＨｕ）よりも低い。

なお、光取り出し構造６０は上述した構成に限定されることなく、例えば、光取り出し構造６０がランダムに配置された突起から構成されてもよく、突起の形状が円柱、多角柱、多角錐であってもよい。

また、上述した各層の構造によれば、第１電流拡散層１１ｂ及び第２電流拡散層１１ｄは、第１光取り出し層１１ｃ及び第２光取り出し層１１ｅよりも低い抵抗値を有する。従って、第１電流拡散層１１ｂ及び第２電流拡散層１１ｄは、第１光取り出し層１１ｃ及び第２光取り出し層１１ｅと比較して、オーミック電極５２から反射電極２２に向かって流れる電流を半導体膜１０の成長方向（以下、垂直方向とも称する）に対して直交する方向（以下、水平方向とも称する）に広げる、すなわち電流を拡散することができる。より具体的には、第１電流拡散層１１ｂ及び第２電流拡散層１１ｄが形成されることにより、オーミック電極５２から凸部１０ｄに向かって流れる電流を拡散することが可能になる。このような電流拡散が可能になることにより、半導体発光装置１における発光分布が均一となり、半導体発光装置１の発光効率を向上することができる。また、このような電流拡散が可能になることにより、凹部１０ａの底面積及び深さをより大きくすることが可能になるため、発光層１２から放射される光の多重反射が抑制され、半導体発光装置１の発光効率の向上を図ることができる。なお、第１電流拡散層１１ｂ及び第２電流拡散層１１ｄの抵抗値は、第１光取り出し層１１ｃ及び第２光取り出し層１１ｅの抵抗値の５割以下、より好ましくは３割以下であることが望ましい。

上述した観点によれば、第１電流拡散層１１ｂ及び第２電流拡散層１１ｄは、第１光取り出し層１１ｃ及び第２光取り出し層１１ｅよりも低い抵抗値を有していればよいため、Ａｌ組成が０．５以下、キャリア濃度が１×１０^１８ｃｍ^−３以上の範囲内で第１電流拡散層１１ｂ及び第２電流拡散層１１ｄの構成を適宜設定することができる。ここで、図７を参照してＡｌ組成が０．５以下にする理由を説明する。図７は、ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体発光装置におけるＡｌの組成ｚを変化させたときの電気抵抗率の変化を示すグラフである。横軸はＡｌの組成ｚであり、縦軸は電気抵抗率ρである。図７においては、電気抵抗率が低い（０．１以下）領域の曲線部分の代表的な接線が接線７Ａ（破線で示す）、電気抵抗率が高い（０．１以上）場合の曲線部分の代表的な接線が接線７Ｂ（破線で示す）、接線７Ａと接線７Ｂの交点が交点７Ｃとして示されている。交点７Ｃは、Ａｌの組成ｚが０．５であり、電気抵抗率ρが０．６である。図７に示された曲線においては、Ａｌの組成ｚを増加すると電気抵抗率ρも増加するが、Ａｌの組成ｚを徐々に増加した場合に、交点７Ｃを境に電気抵抗率の増加率が大幅に増加する。このため、交点７ＣのＡｌの組成ｚ（すなわち、０．５）以下にすることで、Ａｌの組成ｚがばらついたとしても、電気抵抗率ρをばらつかせることなく、十分に小さくすることができる。

また、電流の拡散のみを考慮すれば第１電流拡散層１１ｂ及び第２電流拡散層１１ｄの層厚をできる限り大きくすることが望ましいが、層厚が大きくなることによって第１電流拡散層１１ｂ及び第２電流拡散層１１ｄにおける光吸収も大きくなる。このため、第１電流拡散層１１ｂ及び第２電流拡散層１１ｄの層厚は、１．０μｍ以下（より好ましくは０．５μｍ）の範囲内で設定することが望ましい。

更に、第１光取り出し層１１ｃ及び第２光取り出し層１１ｅの光吸収率は、第１電流拡散層１１ｂ及び第２電流拡散層１１ｄの光吸収率よりも小さい。従って、ｎ型クラッド層１１が上述した電流拡散層だけで構成された場合よりも半導体膜１０中における光吸収を抑制するができる。これによって、半導体発光装置１の発光効率の向上を図ることが可能になる。なお、ｎ型クラッド層１１を光取り出し層のみで構成することも考えられるが、かかる場合には均一な電流拡散を行うためにｎ型クラッド層１１の層厚を大きくする必要がある。このため、ｎ型クラッド層１１の内部を伝搬する光の光路長が長くなり、半導体発光装置１の発光効率が低下するため、上述した電流拡散層が必要になる。

上述した観点によれば、第１光取り出し層１１ｃ及び第２光取り出し層１１ｅにおける光の吸収が、第１電流拡散層１１ｂ及び第２電流拡散層１１ｄにおける光の吸収よりも小さければよいため、Ａｌ組成ｚが０．７≦ｚ≦１．０、キャリア濃度が１×１０^１８ｃｍ^−３以下の範囲内で第１光取り出し層１１ｃ及び第２光取り出し層１１ｅ構成を適宜設定することができる。ここで、ＡｌＧａＩｎＰのＩｎの組成が０．５の場合において、ＡｌＧａＩｎＰのＡｌ組成が０．７以上になると、第１光取り出し層１１ｃ及び第２光取り出し層１１ｅは間接遷移領域になるため、Ａｌ組成が０．７以下の層と比較して光の吸収が大幅に小さくなり、第１光取り出し層１１ｃ及び第２光取り出し層１１ｅにおける光の自己吸収を抑制することができる。なお、ＡｌＧａＩｎＰのＩｎの組成が０．５以外の場合においても、第１光取り出し層１１ｃ及び第２光取り出し層１１ｅは間接遷移領域が間接遷移領域になるようにＡｌＧａＩｎＰのＡｌ組成を調整することができれば、上述した効果を得ることが可能である。また、キャリア濃度が１×１０^１８ｃｍ^−３以下にする理由は、キャリア濃度が１×１０^１８ｃｍ^−３より大きくなると自由電子による光の吸収が顕著になるためである。更に、光の吸収の抑制のみを考慮すれば第１光取り出し層１１ｃ及び第２光取り出し層１１ｅの層厚をできる限り小さくすることが望ましいが、第１光取り出し層１１ｃ及び第２光取り出し層１１ｅの表面には上述した光取り出し構造６０が形成されるため、第１光取り出し層１１ｃ及び第２光取り出し層１１ｅの層厚は光取り出し構造６０を構成する突起の高さＢよりも大きく且つ当該突起の高さの２倍以下であることが好ましい。

また、第１光取り出し層１１ｃ及び第２光取り出し層１１ｅのＡｌ組成は、第１電流拡散層１１ｂ及び第２電流拡散層１１ｄのＡｌ組成よりも大きくなるため、第１光取り出し層１１ｃ及び第２光取り出し層１１ｅのキャリアの移動度は第１電流拡散層１１ｂ及び第２電流拡散層１１ｄのキャリアの移動度よりも大きくなる。このため、第１光取り出し層１１ｃ及び第２光取り出し層１１ｅのキャリア濃度と第１電流拡散層１１ｂ及び第２電流拡散層１１ｄのキャリア濃度とが等しい場合においても、第１電流拡散層１１ｂ及び第２電流拡散層１１ｄの抵抗値を小さくすることができる。

更に、光取り出し構造６０は複数の突起から形成されているため、当該突起が形成されている第１光取り出し層１１ｃ及び第２光取り出し層１１ｅの表面においては、水平方向の電流拡散が突起により阻害される。このため、光取り出し構造６０が形成される凹部１０ａの底面及び凸部１０ｃの頂面には、電流拡散に比較的に寄与しない第１光取り出し層１１ｃ及び第２光取り出し層１１ｅが設けられている。

ここで、上述したｎ型クラッド層１１においては、第２電流拡散層１１ｄが凸部１０ｃに設けられ、第１電流拡散層１１ｂが凹部１０ａの下方に設けられていたが、比較例として、図６（ｂ）に示すように凹部１０ａの下方のみに第３電流拡散層１１ｆを設けた構成について、検討する。かかる場合には、第３電流拡散層１１ｆは、第１電流拡散層１１ｂ及び第２電流拡散層１１ｄの合成層厚と等しい層厚を有している。これは、上述した電流拡散層を２層に分けた場合と同一の電流拡散を生じさせるためである。しかし、図６（ｂ）のようなｎ型クラッド層１１の構造においては、凹部１０ａから半導体発光装置１の外部に放出される光が、図６（ａ）における第１電流拡散層１１ｂの２倍の層厚の第３電流拡散層１１ｆの内部を伝搬するため、図６（ａ）の構造よりも光の吸収量が大きくなり、半導体発光装置としての発光効率が図６（ａ）の構造を有する半導体発光装置と比較した場合に低下することとなる。

なお、上記の実施例では、光取り出し面側の凹部１０ａの輪郭と反射面側の凸部１０ｄの輪郭、光取り出し面側の凸部１０ｃの輪郭と反射面側の凹部１０ｂの輪郭が半導体膜１０の厚さ方向において重なっている（凹部１０ａと凹部１０ｂ、凸部１０ｃと凸部１０ｄは重なっていない）構成としたが、これに限定されない。すなわち、光取り出し面側の凹部１０ａと反射面側の凹部１０ｂ、光取り出し面側の凸部１０ｃと反射面側の凸部１０ｄが半導体膜１０の厚さ方向において重なっていても、重なっていなくてもよい。また、上記の実施例では、光取り出し面側の凹部１０ａと反射面側の凹部１０ｂを有する構成としたが、光取り出し面側の凹部１０ａのみを有する構成としても良い。また、上記の実施例では半導体膜１０のｐ側を反射面、ｎ側を光取り出し面としたが、ｎ側を反射面、ｐ側を光取り出し面としてもよい。更に、上記の実施例では、カウンタ電極が構成されていたが、反射電極２２を接合膜３０を覆うようにして接合膜３０の全面に形成してもよい。

次に、実施例１に係る半導体発光装置１の製造方法について説明する。以下の説明では、半導体膜の両面がテラス構造となっており、光取り出し面側の表面に光取り出し構造を有する半導体発光装置の製造方法を示す。

［半導体膜形成工程］
先ず、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により半導体膜１０を形成する。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°傾斜し、３００μｍの厚さを有するｎ型ＧａＡｓ基板を使用した。具体的な成長工程としては、成長用基板６０上に、（Al_0.7Ga_0.3）_0.5In_0.5Pからなる厚さ０．７μｍの第２光取り出し層１１ｅ、（Al_0.4Ga_0.6）_0.5In_0.5Pからなる厚さ０．２５μｍの第２電流拡散層１１ｄ、（Al_0.7Ga_0.3）_0.5In_0.5Pからなる厚さ０．７μｍの第１光取り出し層１１ｃ、（Al_0.4Ga_0.6）_0.5In_0.5Pからなる厚さ０．２５μｍの第１電流拡散層１１ｂ、及びAl_0.5In_0.5Pからなる厚さ０．５μｍのキャリア閉じ込め層１１ａを順次積層し、ｎ型クラッド層１１を形成する。かかるｎ型クラッド層１１の形成時において、キャリア閉じ込め層１１ａのキャリア濃度が１×１０^１７ｃｍ^−３、第１電流拡散層１１ｂ及び第２電流拡散層１１ｄのキャリア濃度が１×１０^１８ｃｍ^−３、第１光取り出し層１１ｃ及び第２光取り出し層１１ｅのキャリア濃度が３×１０^１７ｃｍ^−３になるように、キャリアとなる原料ガスの供給量を適宜調整する。

次に、ｎ型クラッド層１１の上に発光層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を有している。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。

次に、発光層１２上に（Al_0.7Ga_0.3）_0.5In_0.5Pからなる厚さ１μｍのｐ型クラッド層１３を形成する。なお、ｎ型クラッド層１１及びｐ型クラッド層１３のＡｌ組成ｚは、０．４≦ｚ≦１．０の範囲で調整することができる。

次に、ｐ型クラッド層１３上にGa_0.9In_0.1Pからなる厚さ１．５μｍのｐ型コンタクト層１４を形成した。ｐ型コンタクト層１４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５．６μｍの半導体膜１０が構成される（図８（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）の有機金属を使用した。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）を使用した。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とした。

［反射面側のテラス構造の形成工程］
反射面側であるｐ型コンタクト層１４を加工することにより半導体膜１０の反射面側にテラス構造を形成する。ｐ型コンタクト層１４の上にＳｉＯ_２からなるマスクを形成し、マスク開口部において露出している部分のｐ型コンタクト層１４をドライエッチングにより除去して凹部１０ｂを形成する。凹部１０ｂの形成に伴って、凸部１０ｄが形成される。ここで、エッチング時間を制御することにより凹部１０ｂの深さを１．５μｍとする。これは、凹部１０ｂの深さをｐ型コンタクト層１４とｐ型クラッド層１３とを含めたｐ型半導体層の厚さの６０％、半導体膜１０の全体の厚さの２５％にするためである。また、半導体膜１０の反射面側の表面において凹部１０ｂが占める割合（面積比）を３０％とする（図８（ｂ））。なお、凹部１０ｂの底面がｐ型クラッド層１３に及んでいても構わないが、発光層１２に至る深さまでエッチングしない。エッチング方法としてウェットエッチングを使用することも可能である。

［反射膜及びメタル層形成工程］
プラズマＣＶＤ法により凹部１０ｂ及び凸部１０ｄの表面を覆うようにｐ型コンタクト層１４上に誘電体膜２１を構成するＳｉＯ_２膜を形成する。ＳｉＯ_２膜の膜厚ｔは、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、ｔ＝ｍ・λ_０／（４ｎ）を満たすように設定される。ここでは、λ_０＝６２５ｎｍ、ｎ＝１．４５、ｍ＝３として、誘電体膜２１の膜厚ｔを３２０ｎｍとした。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膜に反射電極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型コンタクト層１４が露出する。なお、ＳｉＯ_２膜の成膜方法としてプラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ法又は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。誘電体膜２１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、抵抗加熱蒸着法、ＥＢ蒸着法又はスパッタ法等の公知の成膜技術により誘電体膜２１上にＡｕＺｎからなる厚さ３００ｎｍの反射電極２２を形成する。反射電極２２は、先のエッチング処理によって誘電体膜２１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２２は、誘電体膜２１によってライン電極２２ａとドット電極２２ｂに隔てられる。かかる工程を経ることによって、誘電体膜２１及び反射電極２２からなる反射膜２０が形成される。

次に、スパッタ法によって反射膜２０上にＴａＮ（１００ｎｍ）、ＴｉＷ（１００ｎｍ）、ＴａＮ（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２２とｐ型コンタクト層１４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（３００ｎｍ）、Ａｕ（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８（ｃ））。

［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（１５０ｎｍ）、Ｎｉ（１００ｎｍ）、ＡｕＳｎ（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、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９（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］
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した。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９（ｂ））。

［光取り出し面側のテラス構造の形成工程］
次に、成長用基板６０を除去することによって表出したｎ型クラッド層１１を加工し、半導体膜１０の光取り出し面側にテラス構造を形成する。具体的には、ｎ型クラッド層１１の上にＳｉＯ_２からなり且つ所望の開口部を備えるマスクを形成し、当該マスクの開口部において露出している部分のｎ型クラッド層１１をドライエッチングによって除去し、光取り出し面側の凹部１０ａを形成する。凹部１０ａの形成に伴って、光取り出し面側の凸部１０ｃが形成される。エッチング時間を制御することにより凹部１０ａの深さを１．０μｍとした。これにより、凹部１０ａの深さは、ｎ型クラッド層１１の厚さの５０％、半導体膜１０の全体の厚さの２５％に相当する。半導体膜１０の光取り出し面側の表面において凹部１０ａが占める割合（面積比）を７０％とした（図１０（ａ））。なお、ドライエッチングに代えてウェットエッチングによってｎ型クラッド層１１の所望領域を除去してもよい。

［光取り出し構造の形成工程］
次に、ｎ型クラッド層１１の表面を微細加工することにより光取り出し効率向上のための光取り出し構造６０を形成する。具体的には、フォトリソグラフィ及びリフトオフ法によりｎ型クラッド層１１上に人工的周期構造のマスクを形成した後、ドライエッチングによりｎ型クラッド層１１の表面に三角格子配列、周期３００〜１０００ｎｍ（例えば、５００）ｎｍ、高さ６００ｎｍ、アスペクト比０．７〜１．５（例えば、１．２）の複数の円錐状の突起を形成して光取り出し構造６０を形成する（図１０（ｂ））。なお、マスクパターンの形成には、ＥＢリソグラフィ、ナノインプリント等の微細加工技術を使用することも可能である。また、光取り出し構造６０を構成する突起の形状は、円錐状に限らず円柱状や角錐状であってもよい。また、光取り出し構造６０は、複数の孔や溝より構成されるものであってもよい。また、ウェットエッチングによりｎ型クラッド層１１の表面を粗面化することにより光取り出し構造を形成してもよい。更に、光取り出し面側の電極形成領域には、適宜マスクを設けた後に上記処理を行うこととしてもよい。また、光取り出し構造は、凸部１０ｃの傾斜面上に設けられていてもよい。

［光取り出し面側電極形成工程］
次に、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。具体的には、ＥＢ蒸着法によって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ｎ型クラッド層１１の上に堆積させた後、リフトオフ法によってパターニングを施してオーミック電極５２を形成する。続いて、ＥＢ蒸着法によって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の上に堆積させ、更にＴｉの上に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施し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５２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１０（ｃ））。

以上の各工程を経て半導体発光装置１が完成する。

以上のように、実施例１の半導体発光装置１においては、電流拡散に寄与しないテラスの上部表面とテラスの下部表面に形成する層を光吸収率の小さい第１光取り出し層１１ｃ及び第２光取り出し層１１ｅで構成し、第１光取り出し層１１ｃ及び第２光取り出し層１１ｅのそれぞれの下方に第１電流拡散層１１ｂ及び第２電流拡散層１１ｃを構成することにより、電流拡散による発光分布の均一化及び光取り出し効率の改善を両立することができる。

また、光取り出し面側の表面に構成された光取り出し構造６０は、錐状又は柱状の突起であり各々が分離されているため、光取り出し構造６０のための加工を施した領域は電流拡散に寄与しない。このため、実施例１の半導体発光装置１においては、光取り出し構造６０に係る層を光吸収の少ない（すなわち、高抵抗）第１光取り出し層１１ｃ及び第２光取り出し層１１ｅにすることができ、これよって光取り出し構造６０での吸収を抑え、半導体発光装置６０の発光効率の向上を図ることができる。

更に、実施例１の半導体発光装置１においては、第１電流拡散層１１ｂ及び第２電流拡散層１１ｃが光取り出し構造６０及びテラス構造の形成により阻害された電流拡散を補うため、第１電流拡散層１１ｂ及び第２電流拡散層１１ｃをテラスの上部及び下部のそれぞれに設けることにより半導体発光装置の発光分布を均一化することができる。

実施例１においては、ＡｌＧａＩｎＰ系の材料からなる半導体発光装置を記載したが、本発明はＧａＮ系の材料からなる半導体発光装置であってもよい。図１１乃至図１３を参照しつつ、ＧａＮ系の材料からなる半導体発光装置について説明する。

図１１（ａ）は実施例２に係る半導体発光装置１００の正面図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）における１１ｂ−１１ｂ線（一点鎖線で示す）に沿った断面図である。図１２は、実施例２に係る半導体発光装置１００のｎ型クラッド層の構造を説明するための拡大断面図である。図１３（ａ）は図１１における表面電極及びテラス構造の構成を変更した場合の半導体発光装置２００の正面図であり、図１３（ｂ）は図１３（ａ）における１３ｂ−１３ｂ線に沿った断面図である。

図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示されているように、半導体発光装置１００は、半導体膜１１０、反射電極１２０、接合膜１３０、支持体１４０、ショットキー電極（ボンディングパッド）１５１、オーミック電極１５２、絶縁膜１５３から構成されている。また、半導体発光装置１００は、半導体膜１１０と支持体１４０とが反射電極１２０及び接合膜１３０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１１０は、光取り出し面側から順にｎ型クラッド層１１１、発光層１１２、ｐ型クラッド層１１３が順次積層された構造を有する。半導体膜１１０の全体の厚さは、例えば５．１５μｍ、主面の外形は例えば一辺３００μｍの正方形である。ｎ型クラッド層１１１の層厚は約５μｍであり、その層構造については後述する。発光層１１２は、In_0.35Ga_0.65Nからなる層厚２．２ｎｍ程度の井戸層と、ＧａＮからなる層厚１４ｎｍ程度のバリア層とが交互に５回繰り返して積層されて構成される多重量子井戸構造を有する。ｐ型クラッド層１１３は、Al_0.2Ga_0.8Nからなる層厚４０ｎｍ程度の層と、ＧａＮからなる層厚１５０ｎｍ程度の層とが積層された構造を有する。なお、ｎ型クラッド層１１１と発光層１１２との間に、ＧａＮからなる層厚２ｎｍ程度の層と、In_0.2Ga_0.8Nからなる層厚２ｎｍ程度の層とが交互に３０回繰り返して積層されて構成される歪み緩衝層を設けてもよい。

半導体膜１１０は、光取り出し面側（ｎ型クラッド層１１１側）の表面領域を部分的に除去することによって形成された凹部１１０ａ及び凸部１１０ｂを有している。すなわち、半導体膜１１０は、いわゆるテラス構造を有している。光取り出し面側の凹部１１０ａは、反射面側に凹んだ部分である。凹部１１０ａは、発光層１１２に達しないように形成されている。

ｐ型クラッド層１１３の表面を覆うように反射電極１２０が設けられている。反射電極１２０は、例えば、Ａｇから構成されている。反射電極１２０は、半導体膜１１０と接触し、半導体膜１１０との間でオーミック性接触を形成している。反射電極１２０は、半導体膜１１０との界面において発光層１１２から放射された光を光取り出し面側に向けて反射する反射面を形成する。実施例２においては、実施例１と異なり、カウンタ電極の構成が用いられておらず、反射電極１２０がｐ型クラッド層１１３の表面全体を覆うように形成されている。なお、反射電極１２０の材料は、Ａｇに限定されず、ｐ型クラッド層１１３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。

反射電極１２０の上にはバリアメタル層及び共晶半田層とからなる第１接合層１３１が設けられる。また、第１接合層１３１と一部が接合するように第２接合層１３２が設けられている。なお、第１接合層１３１及び第２接合層１３２から接合膜１３０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１２０に含まれるＡｇが反射電極１２０から拡散するのを防止するとともに、第２接合層１３２に含まれる共晶接合材（例えばＡｕＳｎ）が反射電極１２０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１３１と第２接合層１３２と接合時において第２接合層１３２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１４０と半導体膜１１０との接合を良好に行うことができる。第２接合層１３２は、例えば、Ｔｉ、Ｎｉ、ＡｕＳｎを含む金属層である。

光取り出し面となるｎ型クラッド層１１１の上には、表面電極を構成するショットキー電極１５１及びオーミック電極１５２が形成されている。より具体的には、ショットキー電極１５１は絶縁膜１５３を介してｎ型クラッド層１１１の上に形成され、オーミック電極１５２はｎ型クラッド層１１１の表面上に直接的に形成されている。ショットキー電極１５１はボンディングパッドを構成しており、ショットキー電極１５１にはｎ型クラッド層１１１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又はこれらの合金を用いることができる。また、金属材料のみならず、ＳｉＯ_２などの絶縁誘電体から構成することができる。更に、ショットキー電極１５１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。ショットキー電極１５１は、テラス構造を有する半導体膜１１０の凸部１１０ｂが形成された領域の表面の中央部分に形成されている。オーミック電極１５２は、ｎ型クラッド層１１１との間でオーミック性接触を形成し得る材料、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層構造等からなる。また、オーミック電極１５２は、半導体膜１１０の凸部１１０ｂの表面に形成されている。ショットキー電極１５１は、絶縁膜１５３を介してｎ型クラッド層１１１の上に形成され、且つｎ型クラッド層１１１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の直下の半導体膜１１０には電流が流れないようになっている。

支持体４０は、支持基板１４１、支持基板１４１の両面に形成されたオーミック金属層１４２、１４３から構成されている。支持基板１４１は、例えばｐ型不純物を高濃度で添加することにより導電性が付与されたＳｉ基板である。オーミック金属層１４２、１４３は、例えばＰｔから構成されている。オーミック金属層１４３の上には、第２接合層１３２が設けられている。なお、支持基板１４１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。

次に図１２を参照して、ｎ型クラッド層１１１の構造を詳細に説明する。図１２に示されているように、ｎ型クラッド層１１１は、発光層１１２の表面上から第１電流拡散層１１１ａ、第１光取り出し層１１１ｂ、第２電流拡散層１１１ｃ及び第２光取り出し層１１１ｄが順次積層された４層構造を有する。また、第２電流拡散層１１１ｃ及び第２光取り出し層１１１ｄは、凸部１１０ｂ（すなわち、テラス構造の上部）のみに設けられている。一方、第１光取り出し層１１１ｂは凸部１１０ｂ及びテラス構造が形成されていない領域に設けられ、第１電流拡散層１１１ａはテラス構造が形成されていない領域のみに形成されている。すなわち、第１電流拡散層１１１ａ及び第１光取り出し層１１１ｂは、テラス構造の下部に設けられている。第１電流拡散層１１１ａは、ＧａＮからなり、層厚は２μｍである。また、第１電流拡散層１１１ａのキャリア濃度は、５×１０^１８ｃｍ^−３である。第２電流拡散層１１１ｃは、ＧａＮからなり、層厚は１μｍである。また、第２電流拡散層１１１ｃのキャリア濃度は、５×１０^１８ｃｍ^−３以上である。第１光取り出し層１１１ｂ及び第２光取り出し層１１１ｄは、ＧａＮからなり、層厚は１μｍである。また、第１光取り出し層１１１ｂ及び第２光取り出し層１１１ｄのキャリア濃度は、８×１０^１７ｃｍ^−３以下である。

また、第１光取り出し層１１１ｂ及び第２光取り出し層１１１ｄの表面上（すなわち、テラス構造を構成する凹部１１０ａの底面及び凸部１１０ｂの頂面）には、光取り出し構造１６０が形成されている。なお、光取り出し構造（フォトニック結晶）１６０は、ショットキー電極１５１及びオーミック電極１５２が位置する領域には設けられていない。ここで、光取り出し構造１６０については、実施例１の光取り出し構造６０と同一構造であるため、その説明は省略する。

また、実施例２においても実施例１と同様に、第１電流拡散層１１１ａ及び第２電流拡散層１１１ｄは、第１光取り出し層１１１ｂ及び第２光取り出し層１１１ｄよりも低い抵抗値を有する。従って、第１電流拡散層１１１ａ及び第２電流拡散層１１１ｄは、第１光取り出し層１１１ｂ及び第２光取り出し層１１１ｄと比較して、オーミック電極１５２から反射電極１２０に向かって流れる電流を半導体膜１０の成長方向（垂直方向）に対して直交する方向（水平方向）に広げる、すなわち電流を拡散することができる。また、第１光取り出し層１１１ｂ及び第２光取り出し層１１１ｄにおける光の吸収は、第１電流拡散層１１１ａ及び第２電流拡散層１１１ｄにおける光の吸収よりも小さい。従って、ｎ型クラッド層１１１１が上述した電流拡散層だけで構成された場合よりも半導体膜１１０中における光吸収を抑制するができる。

以上のように、実施例２の半導体発光装置１００は、実施例１の半導体発光装置と比較して、半導体の材料がＧａＮ系である点、テラス構造が光取り出し面側のみに形成されている点、実施例１におけるキャリア閉じ込め層１１ａ及び第１電流拡散層１１ｃが実施例２においては同一組成になるため第１電流拡散層１１１ａになっている点が異なっている。しかしながら、ｎ型クラッド層１１１の構造が上述したような４層構造を採用しているため、実施例２の半導体発光装置１００においても、実施例１の半導体発光装置１のｎ型クラッド層１１の構造による効果が得られる。

図１３は、ｎ型クラッド層１１１における凹部１１０ａ及び凸部１１０ｂの数量が半導体発光装置１００における数量よりも多い場合のＧａＮ系の半導体発光装置２００である。半導体発光装置２００においては、オーミック電極１５２が凹部１１０ｂを取り囲むように凸部１１０ａの上に形成されている。また、ショットキー電極１５１がｎ型クラッド層１１１の外縁部分に位置している。この場合においても、ｎ型クラッド層１１１が上述したような４層構造を有しているため、凸部１１０ａに流れる電流を凹部１１０ｂに向かって（すなわち、水平方向に向かって）拡散させることができ、且つ、半導体膜１１０中における光吸収を抑制するができる。

なお、上記の実施例においてはカウンタ電極を形成していなかったが、実施例１のようにカウンタ電極を形成しても良い。更に、反射面側にも凹部及び凸部を形成し、実施例１と同様なテラス構造にしてもよい。

１ 半導体発光装置
１０ 半導体膜
１０ａ、１０ｂ 凹部
１０ｃ、１０ｄ 凸部
１１ ｎ型クラッド層
１１ａ キャリア閉じ込め層
１１ｂ 第１電流拡散層
１１ｃ 第１光取り出し層
１１ｄ 第２電流拡散層
１１ｅ 第２光取り出し層
１２ 発光層
１３ ｐ型クラッド層
１４ ｐ型コンタクト層
２０ 反射膜
２１ 誘電体膜
２２ 反射電極
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 (6)

1. 支持体の上に設けられて反射面を形成する反射電極と、
   前記反射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発光層と、
   前記発光層の上に設けられ、凹部及び凸部からなるテラス構造を有し、前記凸部の頂面及び前記凹部の底面に凹凸形状の光取り出し構造が形成された第２クラッド層と、
   前記凸部の頂面上に設けられた表面電極と、を有し、
   前記第２クラッド層は、前記発光層上に、第１電流拡散層、前記第１電流拡散層上に設けられ前記凹部の底面の前記光取り出し構造を備える第１光取り出し層、 前記第１光取り出し層上に設けられた第２電流拡散層、及び前記第２電流拡散層上に設けられ前記凸部の頂面の前記光取り出し構造を備える第２光取り出し層を 含む積層構造を有し、
   前記第１電流拡散層及び前記第２電流拡散層は、前記第１光取り出し層及び前記第２光取り出し層より低い抵抗値を有し、
   前記第１光取り出し層及び前記第２光取出し層は、前記第１電流拡散層及び前記第２電流拡散層よりも小なる光吸収率を有することを特徴とする半導体発光装置。
2. 支持体の上に設けられて反射面を形成する反射電極と、
   前記反射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発光層と、
   前記発光層の上に設けられ、凹部及び凸部からなるテラス構造を有し、前記凸部の頂面及び前記凹部の底面に凹凸形状の光取り出し構造が形成された第２クラッド層と、
   前記凸部の頂面上に設けられた表面電極と、を有し、
   前記第２クラッド層は、前記発光層上に、第１電流拡散層、前記第１電流拡散層上に設けられ前記凹部の底面の前記光取り出し構造を備える第１光取り出し層、 前記第１光取り出し層上に設けられた第２電流拡散層、及び前記第２電流拡散層上に設けられ前記凸部の頂面の前記光取り出し構造を備える第２光取り出し層を 含む積層構造を有し、
   前記第１光取り出し層及び前記第２光取り出し層はＡｌＧａＩｎＰ系の半導体材料からなり、Ａｌ組成が０．７以上であり、
   前記第１電流拡散層及び前記第２電流拡散層は、Ａｌ組成が０．５以下であるＡｌＧａＩｎＰ系の半導体材料からなり、１×１０ ¹⁸ ｃｍ ^-3 以上のキャリア濃度を有し、
   前記第１光取り出し層及び前記第２光取出し層は、前記第１電流拡散層及び前記第２電流拡散層よりも小なる光吸収率と、前記第１電流拡散層及び前記第２電流拡散層よりも大なる抵抗値と、を有することを特徴とする半導体発光装置。
3. 支持体の上に設けられて反射面を形成する反射電極と、
   前記反射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発光層と、
   前記発光層の上に設けられ、凹部及び凸部からなるテラス構造を有し、前記凸部の頂面及び前記凹部の底面に凹凸形状の光取り出し構造が形成された第２クラッド層と、
   前記凸部の頂面上に設けられた表面電極と、を有し、
   前記第２クラッド層は、前記発光層上に、第１電流拡散層、前記第１電流拡散層上に設けられ前記凹部の底面の前記光取り出し構造を備える第１光取り出し層、 前記第１光取り出し層上に設けられた第２電流拡散層、及び前記第２電流拡散層上に設けられ前記凸部の頂面の前記光取り出し構造を備える第２光取り出し層を 含む積層構造を有し、
   前記第１電流拡散層及び前記第２電流拡散層はＧａＮ系の半導体材料からなり、５×１０ ¹⁸ ｃｍ ^-3 以上のキャリア濃度を有し、
   前記第１光取り出し層及び前記第２光取り出し層はＧａＮ系の半導体材料からなり、８×１０ ¹⁷ ｃｍ ^-3 以下のキャリア濃度を有し、
   前記第１光取り出し層及び前記第２光取出し層は、前記第１電流拡散層及び前記第２電流拡散層よりも小なる光吸収率と、前記第１電流拡散層及び前記第２電流拡散層よりも大なる抵抗値と、を有することを特徴とする半導体発光装置。
4. 前記反射電極は、前記第１クラッド層、前記発光層及び前記第２クラッド層の積層方向において前記表面電極と対向しない領域に設けら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. 前記第１光取り出し層及び前記第２光取り出し層は、間接遷移の半導体材料からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載の半導体発光装置。
6. 前記第１光取り出し層及び前記第２光取り出し層は、１×１０¹⁸ｃｍ^-3以下のキャリア濃度を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１に記載の半導体発光装置。

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