JP6269362B2 - Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子とその製造方法 - Google Patents
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Description
本明細書の技術分野は、III 族窒化物半導体発光素子とその製造方法に関する。さらに詳細には、電流阻止層を有するIII 族窒化物半導体発光素子とその製造方法に関するものである。
III 族窒化物半導体発光素子では、ｐ電極の直下の領域に電流が集中しやすい。そして、ｐ電極から離れた領域では、電流が流れにくい。この電流の集中のため、発光素子全体としての発光効率は低く抑えられる傾向にある。
このような電流の集中を防止するため、ｐ電極の直下の領域に電流阻止層を設けることがある。例えば、特許文献１には、電流阻止層として、透光性絶縁膜を形成する技術が開示されている（例えば、特許文献１の段落［００１７］−［００１８］および図１参照）。この電流阻止層により、発光層を選択的に発光させることができる旨が記載されている（例えば、特許文献１の段落［０００４］参照）。
また、特許文献２には、レーザーリフトオフ型の発光素子が開示されている。この発光素子では、ｐ型ＧａＮ層とｐ電極との間に電流阻止層が設けられている。また、この電流阻止層を分布ブラッグ反射膜（ＤＢＲ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）とすることとしている。そのため、電流阻止層が電流を拡散させるとともに、分布ブラッグ反射膜（ＤＢＲ）により発光層から発せられる光をｎ型半導体層側の光取り出し面に向けて反射させることとしている（例えば、特許文献２の段落［００１０］、［００２８］参照）。
ところで、ｐ型半導体層の側に光取り出し面を有するフェイスアップ型の発光素子に、分布ブラッグ反射膜（ＤＢＲ）を兼ねる電流阻止層を設けることがある。その場合には、発光層からｐ電極に向かう光を分布ブラッグ反射膜（ＤＢＲ）が反射する。そのため、光がｐ電極で吸収されず、半導体層側に反射される。しかし、その光はｐ電極で吸収されない代わりに、発光層に再吸収されるおそれがある。この光の再吸収を抑制するためには、分布ブラッグ反射膜（ＤＢＲ）を兼ねる電流阻止層はやや小さいことが好ましい。
一方、半導体発光素子では、電流が周辺に十分に拡散するようにすることが好ましい。そのため、電流阻止層については、やや大きめにすることが好ましい。そのため、電流が十分に拡散するように面積の広い電流阻止層を形成すると、外部に取り出したい光を半導体層側に反射させてしまうこととなる。
本明細書の技術は、前述した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは、電流を発光層の発光面内に十分に拡散させるとともに光を外部に好適に取り出すことのできるIII 族窒化物半導体発光素子とその製造方法を提供することである。
第１の態様におけるIII 族窒化物半導体発光素子は、第１導電型の第１半導体層と、第１半導体層の上の発光層と、発光層の上の第２導電型の第２半導体層と、第２半導体層の上の透明電極と、第１半導体層と電気的に接続された第１電極と、第２半導体層と電気的に接続された第２電極と、を有する。このIII 族窒化物半導体発光素子は、第２半導体層と透明電極との間に、第１面で第２半導体層に接触するとともに第２面で透明電極に接触する絶縁性多層膜を有する。そして、絶縁性多層膜は、第２電極を第２半導体層に射影した射影領域を含む領域に形成された分布ブラッグ反射膜と、絶縁性多層膜の最大膜厚の９５％より膜厚の厚い第１の領域と、絶縁性多層膜の最大膜厚の９５％以下の膜厚である第２の領域と、光を反射する反射領域と、光を透過する透過領域と、を有する。そして、第２の領域における絶縁性多層膜の第２面は、絶縁性多層膜の第１面に向かって凹む凹部を備える傾斜面を有する。
このIII 族窒化物半導体発光素子は、絶縁性多層膜を有する。この絶縁性多層膜は、電流阻止層の役割を果たすとともに分布ブラッグ反射膜（ＤＢＲ）の役割を兼ねている。この絶縁性多層膜には、凹部が形成されている。そのため、絶縁性多層膜は、反射領域と透過領域とを有している。このため、絶縁性多層膜は、電流阻止層として第２電極直下に電流が流れることを阻止するとともに電流を発光面内に十分に拡散させる。また、第２電極に向かう光については反射させるとともに、それ以外の光を好適に外部に放出させる。そのため、十分に大きな絶縁性多層膜を形成することができる。したがって、この半導体発光素子の発光効率は高い。
第２の態様におけるIII 族窒化物半導体発光素子においては、反射領域は、第１の領域と第２の領域の一部を有する。透過領域は、第２の領域の残部を有する。第３の態様におけるIII 族窒化物半導体発光素子においては、第１面に垂直であって第１の領域および第２の領域を含む断面では、第２面の上の箇所であって第２の領域の幅を２等分する第１の箇所における絶縁性多層膜の膜厚は、絶縁性多層膜の最大膜厚の５％以上４０％以下の範囲内である。
第４の態様におけるIII 族窒化物半導体発光素子においては、第１面に垂直であって第１の領域および第２の領域を含む断面では、絶縁性多層膜の最大膜厚の半分の厚みである第２の箇所は、第２の領域の幅を２等分する第１の箇所よりも第１の領域に近い位置に位置している。
第５の態様におけるIII 族窒化物半導体発光素子においては、第１面に垂直であって第１の領域および第２の領域を含む断面では、第２の領域の幅を２等分する第１の箇所と第２面の上であって最大膜厚の９５％である第１の端部とを結ぶ第１の線と、絶縁性多層膜の第１面と、がなす第１の角の角度θ１が、第１の箇所と絶縁性多層膜の外縁の第２の端部とを結ぶ第２の線と、絶縁性多層膜の第１面と、がなす第２の角の角度θ２よりも５°以上大きい。
第６の態様におけるIII 族窒化物半導体発光素子においては、第１の角の角度θ１が、１５°以上４５°以下の範囲内である。
第７の態様におけるIII 族窒化物半導体発光素子においては、第２の角の角度θ２が、３°以上３０°以下の範囲内である。
第８の態様におけるIII 族窒化物半導体発光素子においては、第２面の上の箇所であって最大膜厚の９５％である第１の端部が、射影領域の端部に対して、３μｍ以下の範囲内で内側にあるか、もしくは、７μｍ以下の範囲内で外側にある。
第９の態様におけるIII 族窒化物半導体発光素子においては、第２の領域の幅を２等分する第１の箇所より外側の領域では、絶縁性多層膜が、次式
ｄ ＜ λ／（４・ｎ）
ｄ：絶縁性多層膜の全膜厚
λ：光の波長
ｎ：絶縁性多層膜の１層における屈折率
を満たす膜厚を有する。
ｄ ＜ λ／（４・ｎ）
ｄ：絶縁性多層膜の全膜厚
λ：光の波長
ｎ：絶縁性多層膜の１層における屈折率
を満たす膜厚を有する。
第１０の態様におけるIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法は、第１導電型の第１半導体層を形成する第１半導体層形成工程と、第１半導体層の上に発光層を形成する発光層形成工程と、発光層の上に第２導電型の第２半導体層を形成する第２半導体層形成工程と、第２半導体層の一部の上に絶縁性多層膜を形成する絶縁性多層膜形成工程と、第２半導体層の残部と絶縁性多層膜の上に透明電極を形成する透明電極形成工程と、第１半導体層の上に第１電極を形成する第１電極形成工程と、透明電極の上に第２電極を形成する第２電極形成工程と、を有する。そして、絶縁性多層膜形成工程は、レジストを塗布するレジスト塗布工程と、絶縁性多層膜の形成領域を除く領域を露光する１次露光工程と、レジストを加熱するベーキング工程と、レジストを全体的に露光する２次露光工程と、１次露光により露光しなかった箇所を除去して末広がりの穴部を形成する穴部形成工程と、穴部の内側に絶縁性多層膜を形成する成膜工程と、レジストを除去するレジスト除去工程と、を有する。成膜工程では、光を反射する反射領域と、光を透過する透過領域と、を備える絶縁性多層膜を形成する。
本明細書では、電流を発光層の発光面内に十分に拡散させるとともに光を外部に好適に取り出すことのできるIII 族窒化物半導体発光素子とその製造方法が提供されている。
以下、具体的な実施形態について、半導体発光素子とその製造方法を例に挙げて図を参照しつつ説明する。しかし、これらの実施形態に限定されるものではない。また、後述する半導体発光素子の各層の積層構造および電極構造は、例示である。実施形態とは異なる積層構造であってももちろん構わない。そして、それぞれの図における各層の厚みは、概念的に示したものであり、実際の厚みを示しているわけではない。
（第１の実施形態）
１．半導体発光素子
本実施形態における発光素子１００の概略構成を図１に示す。発光素子１００は、フェイスアップ型の半導体発光素子である。発光素子１００は、III 族窒化物半導体から成る複数の半導体層を有する。図１に示すように、発光素子１００は、基板１１０と、バッファ層１２０と、ｎ型コンタクト層１３０と、ｎ側ＥＳＤ層１４０と、ｎ側超格子層１５０と、発光層１６０と、ｐ側超格子層１７０と、ｐ型コンタクト層１８０と、絶縁性多層膜ＣＢ１と、透明電極ＴＥ１と、ｐ電極Ｐ１と、ｎ電極Ｎ１と、を有している。
１．半導体発光素子
本実施形態における発光素子１００の概略構成を図１に示す。発光素子１００は、フェイスアップ型の半導体発光素子である。発光素子１００は、III 族窒化物半導体から成る複数の半導体層を有する。図１に示すように、発光素子１００は、基板１１０と、バッファ層１２０と、ｎ型コンタクト層１３０と、ｎ側ＥＳＤ層１４０と、ｎ側超格子層１５０と、発光層１６０と、ｐ側超格子層１７０と、ｐ型コンタクト層１８０と、絶縁性多層膜ＣＢ１と、透明電極ＴＥ１と、ｐ電極Ｐ１と、ｎ電極Ｎ１と、を有している。
基板１１０の主面上には、バッファ層１２０と、ｎ型コンタクト層１３０と、ｎ側ＥＳＤ層１４０と、ｎ側超格子層１５０と、発光層１６０と、ｐ側超格子層１７０と、ｐ型コンタクト層１８０とが、この順序で形成されている。ｎ電極Ｎ１は、ｎ型コンタクト層１３０の上に形成されている。ｐ電極Ｐ１は、透明電極ＴＥ１の上に形成されている。
ここで、ｎ型コンタクト層１３０と、ｎ側ＥＳＤ層１４０と、ｎ側超格子層１５０とは、ｎ型半導体層である。本実施形態では、ｎ型半導体層は、第１導電型の第１半導体層である。ｐ側超格子層１７０と、ｐ型コンタクト層１８０とは、ｐ型半導体層である。本実施形態では、ｐ型半導体層は、第２導電型の第２半導体層である。
ただし、これらの層は、ノンドープの層を部分的に含んでいる場合がある。このように、発光素子１００は、ｎ型半導体層と、ｎ型半導体層の上の発光層と、発光層の上のｐ型半導体層と、ｐ型半導体層の上の透明電極ＴＥ１と、ｎ型半導体層と電気的に接続されたｎ電極Ｎ１と、ｐ型半導体層と電気的に接続されたｐ電極Ｐ１と、を有する。
基板１１０は、ＭＯＣＶＤ法により、主面上に上記の各半導体層を形成するための成長基板である。そして、その主面に凹凸加工がされているとよい。基板１１０の材質は、サファイアである。また、サファイア以外にも、ＳｉＣ、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＮ、ＡｌＮなどの材質を用いてもよい。
バッファ層１２０は、基板１１０の主面上に形成されている。バッファ層１２０は、基板１１０に高密度の結晶核を形成するためのものである。バッファ層１２０により、平坦な表面を有するＧａＮ層の成長が促進される。バッファ層１２０の材質として、例えばＡｌＮ、ＧａＮ、ＢＮ、ＴｉＮが挙げられる。
ｎ型コンタクト層１３０は、バッファ層１２０の上に形成されている。ｎ型コンタクト層１３０は、ｎ電極Ｎ１と接触をしている。つまり、ｎ型コンタクト層１３０は、ｎ電極Ｎ１と電気的に接続されている。ｎ型コンタクト層１３０は、ｎ型ＧａＮである。また、ｎ型コンタクト層１３０を、キャリア濃度の異なる複数の層としてもよい。
ｎ側ＥＳＤ層１４０は、半導体層の静電破壊を防止するための静電耐圧層である。ｎ側ＥＳＤ層１４０は、ｎ型コンタクト層１３０の上に形成されている。ｎ側ＥＳＤ層１４０は、ノンドープのｉ−ＧａＮから成るｉ−ＧａＮ層と、Ｓｉをドープされたｎ型ＧａＮから成るｎ型ＧａＮ層とを積層したものである。
ｎ側超格子層１５０は、発光層１６０に加わる応力を緩和するための歪緩和層である。ｎ側超格子層１５０は、超格子構造を有する。ｎ側超格子層１５０は、例えば、ＩｎＧａＮ層と、ｎ型ＧａＮ層とを繰り返し積層したものである。
発光層１６０は、電子と正孔とが再結合することにより発光する層である。発光層１６０は、ｎ側超格子層１５０の上に形成されている。発光層は、少なくとも井戸層と、障壁層とを有している。井戸層として、例えば、ＩｎＧａＮ層もしくはＧａＮ層を用いることができる。障壁層として、例えば、ＧａＮ層もしくはＡｌＧａＮ層を用いることができる。これらは例示であり、その他のＡｌＩｎＧａＮ層を用いてもよい。
ｐ側超格子層１７０は、発光層１６０の上に形成されている。ｐ側超格子層１７０は、ｐ型ＧａＮ層と、ｐ型ＡｌＧａＮ層と、ｐ型ＩｎＧａＮ層とを積層した積層体を、繰り返し形成したものである。これは例示である。そのため、ｐ側超格子層１７０は、上記とは異なる構成であってもよい。
ｐ型コンタクト層１８０は、ｐ側超格子層１７０の上に形成されている。ｐ型コンタクト層１８０は、透明電極ＴＥ１と接触している。そのため、ｐ型コンタクト層１８０は、ｐ電極Ｐ１と電気的に接続されている。ｐ型コンタクト層１８０は、ＭｇをドープされたＧａＮから成る層である。
絶縁性多層膜ＣＢ１は、ｐ電極Ｐ１の直下で電流が流れるのを防止するとともに、電流を発光面内に拡散するためのものである。また、絶縁性多層膜ＣＢ１は、分布ブラッグ反射膜（ＤＢＲ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）である。絶縁性多層膜ＣＢ１は、ｐ型コンタクト層１８０の一部の上に形成されている。絶縁性多層膜ＣＢ１は、ｐ型コンタクト層１８０の一部と透明電極ＴＥ１との間に位置する。
透明電極ＴＥ１は、ｐ型コンタクト層１８０の残部と絶縁性多層膜ＣＢ１との上に形成されている。透明電極ＴＥ１の材質は、ＩＴＯである。また、ＩＴＯの他に、ＩＣＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ2 、ＮｂＴｉＯ2 、ＴａＴｉＯ2 等の透明な導電性酸化物を用いることができる。
ｐ電極Ｐ１は、透明電極ＴＥ１の上に形成されている。ｐ電極Ｐ１は、透明電極ＴＥ１と接触している。つまり、ｐ電極Ｐ１は、ｐ型コンタクト層１８０と電気的に接続されている。ｐ電極Ｐ１は、透明電極ＴＥ１の側からＶ、Ａｌを順に形成したものである。また、Ｔｉ、Ａｌを順に形成してもよい。また、Ｔｉ、Ａｕを順に形成してもよい。
ｎ電極Ｎ１は、ｎ型コンタクト層１３０の上に形成されている。ｎ電極Ｎ１は、ｎ型コンタクト層１３０と接触している。つまり、ｎ電極Ｎ１は、ｎ型コンタクト層１３０と電気的に接続されている。ｎ電極Ｎ１は、ｎ型コンタクト層１３０の側から、Ｖ、Ａｌを順に形成したものである。また、Ｔｉ、Ａｌを順に形成してもよい。また、Ｔｉ、Ａｕを順に形成してもよい。
２．絶縁性多層膜
２−１．絶縁性多層膜の周辺の構造
図１に示すように、絶縁性多層膜ＣＢ１は、ｐ型コンタクト層１８０の一部の上を覆っている。透明電極ＴＥ１は、ｐ型コンタクト層１８０の残部の上と、絶縁性多層膜ＣＢ１の上と、を覆っている。絶縁性多層膜ＣＢ１は、ｐ型コンタクト層１８０と透明電極ＴＥ１との間に位置している。
２−１．絶縁性多層膜の周辺の構造
図１に示すように、絶縁性多層膜ＣＢ１は、ｐ型コンタクト層１８０の一部の上を覆っている。透明電極ＴＥ１は、ｐ型コンタクト層１８０の残部の上と、絶縁性多層膜ＣＢ１の上と、を覆っている。絶縁性多層膜ＣＢ１は、ｐ型コンタクト層１８０と透明電極ＴＥ１との間に位置している。
２−２．絶縁性多層膜の構造
絶縁性多層膜ＣＢ１は、前述のとおり、分布ブラッグ反射膜（ＤＢＲ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）である。そのため、図２に示すように、絶縁性多層膜ＣＢ１は、屈折率の互いに異なる２つの層を繰り返し積層したものである。図２に示すように、絶縁性多層膜ＣＢ１は、第１の絶縁層ＣＢ１ａと、第２の絶縁層ＣＢ１ｂと、を交互に繰り返し形成されたものである。
絶縁性多層膜ＣＢ１は、前述のとおり、分布ブラッグ反射膜（ＤＢＲ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）である。そのため、図２に示すように、絶縁性多層膜ＣＢ１は、屈折率の互いに異なる２つの層を繰り返し積層したものである。図２に示すように、絶縁性多層膜ＣＢ１は、第１の絶縁層ＣＢ１ａと、第２の絶縁層ＣＢ１ｂと、を交互に繰り返し形成されたものである。
絶縁性多層膜ＣＢ１における第１の絶縁層ＣＢ１ａと第２の絶縁層ＣＢ１ｂとは、透光性の絶縁体である。絶縁性多層膜ＣＢ１は、例えば、ＳｉＯ2 とＴｉＯ2 とを繰り返し形成したものである。または、Ａｌ2 Ｏ3 を用いてもよい。または、これ以外の材質を用いてもよい。また、これらの２種類の材質の膜厚については、これらの材質の屈折率と光の波長とから、決定することができる。また、繰り返し形成する回数については、任意である。
２−３．凹部の位置
図３は、絶縁性多層膜ＣＢ１の周辺の断面構造を示す図である。絶縁性多層膜ＣＢ１は、ｐ型コンタクト層１８０と、透明電極ＴＥ１との間に位置している。絶縁性多層膜ＣＢ１は、第１面Ｕ１でｐ型コンタクト層１８０に接触しているとともに、第２面Ｕ２で透明電極ＴＥ１に接触している。ここで、第１面Ｕ１は、平坦な平坦面である。第２面Ｕ２は、曲面を備える面である。図３に示すように、絶縁性多層膜ＣＢ１は、ｐ電極Ｐ１をｐ型コンタクト層１８０、すなわち、第１面Ｕ１に射影した射影領域ＰＲ１を含む領域に形成されている。
図３は、絶縁性多層膜ＣＢ１の周辺の断面構造を示す図である。絶縁性多層膜ＣＢ１は、ｐ型コンタクト層１８０と、透明電極ＴＥ１との間に位置している。絶縁性多層膜ＣＢ１は、第１面Ｕ１でｐ型コンタクト層１８０に接触しているとともに、第２面Ｕ２で透明電極ＴＥ１に接触している。ここで、第１面Ｕ１は、平坦な平坦面である。第２面Ｕ２は、曲面を備える面である。図３に示すように、絶縁性多層膜ＣＢ１は、ｐ電極Ｐ１をｐ型コンタクト層１８０、すなわち、第１面Ｕ１に射影した射影領域ＰＲ１を含む領域に形成されている。
図３に示すように、絶縁性多層膜ＣＢ１は、第１の領域Ｒ１と、第１の領域Ｒ１より外側の第２の領域Ｒ２と、を有している。第１の領域Ｒ１は、絶縁性多層膜ＣＢ１の最大膜厚の９５％より膜厚の厚い領域である。そのため、第１の領域Ｒ１は、絶縁性多層膜ＣＢ１の中央付近に位置する。第２の領域Ｒ２は、絶縁性多層膜ＣＢ１の最大膜厚の９５％以下の膜厚である領域である。そのため、第２の領域Ｒ２は、第１の領域Ｒ１より外側の外周部に位置する。つまり、図３が示す断面は、第１面Ｕ１に垂直であって第１の領域Ｒ１および第２の領域Ｒ２を含む断面である。
図３に示す断面形状において、第１の領域Ｒ１における絶縁性多層膜ＣＢ１の第２面Ｕ２は、ほぼ平坦である。一方、第２の領域Ｒ２における絶縁性多層膜ＣＢ１の第２面Ｕ２は、傾斜面Ｌ１を有する。傾斜面Ｌ１は、絶縁性多層膜ＣＢ１の第１面Ｕ１に向かって凹む凹部Ｘ１を備えている。そして、第２の領域Ｒ２では、絶縁性多層膜ＣＢ１は、比較的に急に薄くなるとともに、ある程度の厚みの箇所で膜厚の減少の度合いが緩やかになる。
図３には、仮想的な線Ｌ２が描かれている。線Ｌ２は、端部Ｍ１と端部Ｍ２とを仮想的に結ぶ線である。端部Ｍ１は、第２面Ｕ２の上の箇所であって最大膜厚の９５％の膜厚である第１の端部である。端部Ｍ１は、第１の領域Ｒ１と第２の領域Ｒ２との境界に位置している。端部Ｍ２は、第２面Ｕ２の上の箇所であって絶縁性多層膜ＣＢ１の外縁に位置する第２の端部である。
図３に示すように、傾斜面Ｌ１には凹部Ｘ１がある。また、凹部Ｘ１は、箇所Ｋ１を有している。箇所Ｋ１は、第２面Ｕ２の上の箇所であって線Ｌ２から最も離れた位置にある箇所である。また、第２の領域Ｒ２は、内側の領域Ｒ２ａと、外側の領域Ｒ２ｂと、を有している。内側の領域Ｒ２ａと外側の領域Ｒ２ｂとは、断面において同じ幅である。箇所Ｑ１と箇所Ｑ２とは、内側の領域Ｒ２ａと外側の領域Ｒ２ｂとの境界にある。つまり、箇所Ｑ１および箇所Ｑ２は、第２の領域Ｒ２の幅を２等分する箇所である。箇所Ｑ１は、第２面Ｕ２の上に位置している。箇所Ｑ２は、第１面Ｕ１の上に位置している。
箇所Ｋ１は、内側の領域Ｒ２ａに位置している。つまり、箇所Ｋ１は、箇所Ｑ１よりも中央側、すなわち、第１の領域Ｒ１の側に位置している。このように、箇所Ｋ１は、第２の領域Ｒ２の幅を２等分する箇所Ｑ１よりも第１の領域Ｒ１の側に位置している。
２−４．箇所Ｑ１および箇所Ｑ２（第２の領域Ｒ２の幅の５０％の位置）
第１面Ｕ１に垂直であって第１の領域Ｒ１および第２の領域Ｒ２を含む断面について説明する。箇所Ｑ１は、第２面Ｕ２の上であって内側の領域Ｒ２ａと外側の領域Ｒ２ｂとの境界に位置する。つまり、箇所Ｑ１は、第２面Ｕ２の上であって第２の領域Ｒ２の幅を２等分する第１の箇所である。箇所Ｑ１における絶縁性多層膜ＣＢ１の膜厚は、絶縁性多層膜ＣＢ１の最大膜厚の５０％未満である。例えば、最大膜厚の５％以上４０％以下の範囲内である。好ましくは、最大膜厚の１０％以上３０％以下の範囲内である。
第１面Ｕ１に垂直であって第１の領域Ｒ１および第２の領域Ｒ２を含む断面について説明する。箇所Ｑ１は、第２面Ｕ２の上であって内側の領域Ｒ２ａと外側の領域Ｒ２ｂとの境界に位置する。つまり、箇所Ｑ１は、第２面Ｕ２の上であって第２の領域Ｒ２の幅を２等分する第１の箇所である。箇所Ｑ１における絶縁性多層膜ＣＢ１の膜厚は、絶縁性多層膜ＣＢ１の最大膜厚の５０％未満である。例えば、最大膜厚の５％以上４０％以下の範囲内である。好ましくは、最大膜厚の１０％以上３０％以下の範囲内である。
箇所Ｑ２は、第１面Ｕ１の上であって内側の領域Ｒ２ａと外側の領域Ｒ２ｂとの境界に位置する。すなわち、箇所Ｑ２は、絶縁性多層膜ＣＢ１とｐ型コンタクト層１８０との境界の位置にある。箇所Ｑ１と箇所Ｑ２との間の距離は、第２の領域Ｒ２を２等分する箇所Ｑ１における絶縁性多層膜ＣＢ１の膜厚である。
２−５．箇所Ｋ２（膜厚の５０％の位置）
箇所Ｋ２は、絶縁性多層膜ＣＢ１の膜厚が最大膜厚の半分の厚みとなる箇所である。箇所Ｋ２は、内側の領域Ｒ２ａに位置している。すなわち、箇所Ｋ２は、第２の領域Ｒ２の幅を２等分する箇所Ｑ１よりも第１の領域Ｒ１に近い位置に位置する第２の箇所である。すなわち、箇所Ｋ２は、箇所Ｑ１よりも中央側、すなわち第１の領域Ｒ１の側に位置している。これは、絶縁性多層膜ＣＢ１が、凹部Ｘ１を有しているからである。
箇所Ｋ２は、絶縁性多層膜ＣＢ１の膜厚が最大膜厚の半分の厚みとなる箇所である。箇所Ｋ２は、内側の領域Ｒ２ａに位置している。すなわち、箇所Ｋ２は、第２の領域Ｒ２の幅を２等分する箇所Ｑ１よりも第１の領域Ｒ１に近い位置に位置する第２の箇所である。すなわち、箇所Ｋ２は、箇所Ｑ１よりも中央側、すなわち第１の領域Ｒ１の側に位置している。これは、絶縁性多層膜ＣＢ１が、凹部Ｘ１を有しているからである。
２−６．傾斜面における角度
図４は、図３から絶縁性多層膜ＣＢ１のみを抜き出した部分拡大図である。図４には、端部Ｍ１と箇所Ｑ１とを結ぶ線Ｊ１と、端部Ｍ２と箇所Ｑ１とを結ぶ線Ｊ２と、が描かれている。ここで、第１の角の角度θ１は、第２の角の角度θ２よりも５°以上大きい。図４に示すように、第１の角の角度θ１は、線Ｊ１と絶縁性多層膜ＣＢ１の第１面Ｕ１に平行な面Ｕ３とがなす角の角度である。この第１の角の角度θ１は、線Ｊ１と絶縁性多層膜ＣＢ１の第１面Ｕ１とがなす角の角度と等しい。第２の角の角度θ２は、線Ｊ２と絶縁性多層膜ＣＢ１の第１面Ｕ１とがなす角の角度である。
図４は、図３から絶縁性多層膜ＣＢ１のみを抜き出した部分拡大図である。図４には、端部Ｍ１と箇所Ｑ１とを結ぶ線Ｊ１と、端部Ｍ２と箇所Ｑ１とを結ぶ線Ｊ２と、が描かれている。ここで、第１の角の角度θ１は、第２の角の角度θ２よりも５°以上大きい。図４に示すように、第１の角の角度θ１は、線Ｊ１と絶縁性多層膜ＣＢ１の第１面Ｕ１に平行な面Ｕ３とがなす角の角度である。この第１の角の角度θ１は、線Ｊ１と絶縁性多層膜ＣＢ１の第１面Ｕ１とがなす角の角度と等しい。第２の角の角度θ２は、線Ｊ２と絶縁性多層膜ＣＢ１の第１面Ｕ１とがなす角の角度である。
角度θ１は、１５°以上４５°以下の範囲内である。好ましくは、２０°以上３５°以下の範囲内である。角度θ２は、３°以上３０°以下の範囲内である。好ましくは、５°以上２０°の範囲内である。これらの数値範囲は例示であり、これ以外の数値であってもよい。
３．絶縁性多層膜の効果
３−１．反射領域および透過領域
図５に示すように、本実施形態の発光素子１００は、反射領域ＲＲ１と、透過領域ＲＴ１と、を有する。反射領域ＲＲ１は、第１の領域Ｒ１と第２の領域の一部とを有する。透過領域ＲＴ１は、第２の領域の残部を有する。
３−１．反射領域および透過領域
図５に示すように、本実施形態の発光素子１００は、反射領域ＲＲ１と、透過領域ＲＴ１と、を有する。反射領域ＲＲ１は、第１の領域Ｒ１と第２の領域の一部とを有する。透過領域ＲＴ１は、第２の領域の残部を有する。
反射領域ＲＲ１の膜厚は、発光層１６０から発せられる光の波長に比べて十分に厚い。そして、絶縁性多層膜ＣＢ１は、発光層１６０から発せられる光を反射するように形成されている。そのため、反射領域ＲＲ１では、発光層１６０からｐ電極Ｐ１に向かう光ＬＧ３を絶縁性多層膜ＣＢ１で半導体層の側に反射する。図５では、光ＬＧ３は、絶縁性多層膜ＣＢ１の表面である第１面Ｕ１で反射されている。しかし、発光層１６０からｐ電極Ｐ１に向かう光は、絶縁性多層膜ＣＢ１のより奥深くに位置する面で反射されることもある。
透過領域ＲＴ１の膜厚は、発光層１６０から発せられる光の波長に比べて十分に薄い。そのため、次式を満たさない。
ｎ・ｄ ＝ λ／４
ｎ：屈折率
ｄ：膜厚
λ：光の波長
そのため、光は反射することができず、透過する。すなわち、透過領域ＲＴ１では、発光層１６０から発せられた光ＬＧ１、ＬＧ２は、そのまま外部に透過する。つまり、光が外部に取り出される。
ｎ・ｄ ＝ λ／４
ｎ：屈折率
ｄ：膜厚
λ：光の波長
そのため、光は反射することができず、透過する。すなわち、透過領域ＲＴ１では、発光層１６０から発せられた光ＬＧ１、ＬＧ２は、そのまま外部に透過する。つまり、光が外部に取り出される。
外側の領域Ｒ２ｂは、透過領域ＲＴ１に含まれる。そのため、外側の領域Ｒ２ｂでは、絶縁性多層膜ＣＢ１が、次式
ｄ ＜ λ／（４・ｎ）
ｄ：絶縁性多層膜の全膜厚
λ：光の波長
ｎ：絶縁性多層膜の１層における屈折率
を満たす。
ｄ ＜ λ／（４・ｎ）
ｄ：絶縁性多層膜の全膜厚
λ：光の波長
ｎ：絶縁性多層膜の１層における屈折率
を満たす。
ここで、反射領域ＲＲ１と透過領域ＲＴ１との境界は、光の波長λと膜厚ｄによって決まる。また、図５に示すように、同じ個所に照射した光であっても、入射する向きによって膜厚は異なる。そのため、光ＬＧ４は、透過する一方、光ＬＧ５は、反射される。このように、反射領域ＲＲ１と透過領域ＲＴ１との間の境界は、必ずしも明確ではない。そのため、この境界近辺では、入射角度により、透過したり透過しなかったりする。
したがって、この反射領域ＲＲ１と透過領域ＲＴ１とは、あくまで仮想的な概念である。ただし、図５に示すように、ｐ電極Ｐ１に向かう光（ＬＧ５）については反射させるとともに、ｐ電極Ｐ１に向かわない光（ＬＧ４）については、好適に外部に取り出すことができる。
３−２．電流阻止層としての役割
また、絶縁性多層膜ＣＢ１は、電流阻止層として機能する。そのため、絶縁性多層膜ＣＢ１を大きく設計することができる。この絶縁性多層膜ＣＢ１は、電流阻止層として電流を十分に拡散させるとともに、外周部付近では光を外部に効率よく放出させる。さらには、ｐ電極Ｐ１での光の吸収を抑制する。したがって、この発光素子１００の発光効率は優れている。
また、絶縁性多層膜ＣＢ１は、電流阻止層として機能する。そのため、絶縁性多層膜ＣＢ１を大きく設計することができる。この絶縁性多層膜ＣＢ１は、電流阻止層として電流を十分に拡散させるとともに、外周部付近では光を外部に効率よく放出させる。さらには、ｐ電極Ｐ１での光の吸収を抑制する。したがって、この発光素子１００の発光効率は優れている。
３−３．その他の効果
また、傾斜面Ｌ１において、角度の変化率がそれほど急ではない。そのため、第２面Ｕ２の上で透明電極ＴＥ１が切れるおそれがほとんどない。
また、傾斜面Ｌ１において、角度の変化率がそれほど急ではない。そのため、第２面Ｕ２の上で透明電極ＴＥ１が切れるおそれがほとんどない。
４．絶縁性多層膜の形成方法
本実施形態の絶縁性多層膜ＣＢ１は、図３および図４等に示すような独特の形状を有する。絶縁性多層膜ＣＢ１については、次に示すように形成する。
本実施形態の絶縁性多層膜ＣＢ１は、図３および図４等に示すような独特の形状を有する。絶縁性多層膜ＣＢ１については、次に示すように形成する。
４−１．レジスト塗布工程
まず、図６に示すように、ｐ型コンタクト層１８０の上にレジストＲＳ１を塗布する。このレジストＲＳ１は、露光により所定の溶媒に溶解する溶解性の性質を呈するとともに、熱処理により不溶性かつ不変性の性質を呈するものである。レジストＲＳ１として、例えば、ＡＺ５２１４（クラリアントジャパン株式会社製）が挙げられる。
まず、図６に示すように、ｐ型コンタクト層１８０の上にレジストＲＳ１を塗布する。このレジストＲＳ１は、露光により所定の溶媒に溶解する溶解性の性質を呈するとともに、熱処理により不溶性かつ不変性の性質を呈するものである。レジストＲＳ１として、例えば、ＡＺ５２１４（クラリアントジャパン株式会社製）が挙げられる。
４−２．１次露光工程
次に、図７に示すように、マスクＭＳ１を用いて、レジストＲＳ１を露光する。このマスクＭＳ１の形状は、絶縁性多層膜ＣＢ１を形成しようとする領域とほぼ等しい。そのため、１次露光工程では、絶縁性多層膜ＣＢ１の形成領域を除く領域を主に露光する。この１次露光により、レジストＲＳ１における光の照射を受けた箇所ＲＳ１ａは、所定の溶媒に対して溶解性の性質を呈する。レジストＲＳ１における光の照射を受けていない箇所ＲＳ１ｂは、所定の溶媒に対して不溶性のままである。ここで、マスクＭＳ１の外側では、レジストＲＳ１の膜厚の全部が光を照射される。マスクＭＳ１の内側では、レジストＲＳ１の膜厚の全部が光を照射されない。そして、マスクＭＳ１の境界周辺では、レジストＲＳ１の膜厚の一部が光を照射されて、膜厚の残部が光を照射されない。
次に、図７に示すように、マスクＭＳ１を用いて、レジストＲＳ１を露光する。このマスクＭＳ１の形状は、絶縁性多層膜ＣＢ１を形成しようとする領域とほぼ等しい。そのため、１次露光工程では、絶縁性多層膜ＣＢ１の形成領域を除く領域を主に露光する。この１次露光により、レジストＲＳ１における光の照射を受けた箇所ＲＳ１ａは、所定の溶媒に対して溶解性の性質を呈する。レジストＲＳ１における光の照射を受けていない箇所ＲＳ１ｂは、所定の溶媒に対して不溶性のままである。ここで、マスクＭＳ１の外側では、レジストＲＳ１の膜厚の全部が光を照射される。マスクＭＳ１の内側では、レジストＲＳ１の膜厚の全部が光を照射されない。そして、マスクＭＳ１の境界周辺では、レジストＲＳ１の膜厚の一部が光を照射されて、膜厚の残部が光を照射されない。
４−３．ベーキング工程
次に、図８に示すように、レジストＲＳ１を所定の温度に加熱する。このベーキングする温度は、レジストＲＳ１の種類による。箇所ＲＳ１ａは、１次露光を受けて箇所ＲＳ１ｃとなる。箇所ＲＳ１ｃは、所定の溶媒に対して不溶性かつ不変性の性質を呈する。一方、１次露光を受けていない箇所ＲＳ１ｂは、所定の溶媒に対して不溶性のままである。
次に、図８に示すように、レジストＲＳ１を所定の温度に加熱する。このベーキングする温度は、レジストＲＳ１の種類による。箇所ＲＳ１ａは、１次露光を受けて箇所ＲＳ１ｃとなる。箇所ＲＳ１ｃは、所定の溶媒に対して不溶性かつ不変性の性質を呈する。一方、１次露光を受けていない箇所ＲＳ１ｂは、所定の溶媒に対して不溶性のままである。
４−４．２次露光工程
次に、図９に示すように、レジストＲＳ１を全体的に露光する２次露光を行う。この２次露光は、マスクを用いないで行う。箇所ＲＳ１ｄは、１次露光を受けずに２次露光を受けた領域である。この２次露光により、箇所ＲＳ１ｄは、所定の溶媒に対して溶解性を呈する。箇所ＲＳ１ｃは、１次露光を受けるとともに２次露光も受けた領域である。箇所ＲＳ１ｃは、ベーキング工程で既に不溶性かつ不変性の性質を付与されている。そのため、箇所ＲＳ１ｃは、依然として所定の溶媒に対して不溶性かつ不変性の性質を呈する。
次に、図９に示すように、レジストＲＳ１を全体的に露光する２次露光を行う。この２次露光は、マスクを用いないで行う。箇所ＲＳ１ｄは、１次露光を受けずに２次露光を受けた領域である。この２次露光により、箇所ＲＳ１ｄは、所定の溶媒に対して溶解性を呈する。箇所ＲＳ１ｃは、１次露光を受けるとともに２次露光も受けた領域である。箇所ＲＳ１ｃは、ベーキング工程で既に不溶性かつ不変性の性質を付与されている。そのため、箇所ＲＳ１ｃは、依然として所定の溶媒に対して不溶性かつ不変性の性質を呈する。
４−５．穴部形成工程
次に、所定の溶媒を用いてレジストＲＳ１の溶解性の箇所ＲＳ１ｄを溶解させる。つまり、１次露光により露光しなかった箇所を除去する。これにより、図１０に示すように、絶縁性多層膜ＣＢ１を形成するための穴部Ｙ１ができる。この穴部Ｙ１は、絶縁性多層膜ＣＢ１の形状にほぼ等しい。この穴部Ｙ１は、末広がりの形状をしている。つまり、穴部Ｙ１の開口部から奥にいくほど、穴の幅が広くなっている。
次に、所定の溶媒を用いてレジストＲＳ１の溶解性の箇所ＲＳ１ｄを溶解させる。つまり、１次露光により露光しなかった箇所を除去する。これにより、図１０に示すように、絶縁性多層膜ＣＢ１を形成するための穴部Ｙ１ができる。この穴部Ｙ１は、絶縁性多層膜ＣＢ１の形状にほぼ等しい。この穴部Ｙ１は、末広がりの形状をしている。つまり、穴部Ｙ１の開口部から奥にいくほど、穴の幅が広くなっている。
４−６．成膜工程
次に、図１１に示すように、レジストＲＳ１の空洞部分である穴部Ｙ１の内側に絶縁性多層膜ＣＢ１を形成する。そのために、電子ビーム蒸着を用いればよい。または、電子ビーム蒸着とイオンガン技術とを併用してもよい。または、スパッタリングを用いてもよい。この成膜段階で、穴部Ｙ１の隙間をほぼ埋めるように絶縁性多層膜ＣＢ１が形成される。ただし、多少の隙間が出来ていてもよい。その場合であっても、前述したような形状の絶縁性多層膜ＣＢ１を形成することができる。
次に、図１１に示すように、レジストＲＳ１の空洞部分である穴部Ｙ１の内側に絶縁性多層膜ＣＢ１を形成する。そのために、電子ビーム蒸着を用いればよい。または、電子ビーム蒸着とイオンガン技術とを併用してもよい。または、スパッタリングを用いてもよい。この成膜段階で、穴部Ｙ１の隙間をほぼ埋めるように絶縁性多層膜ＣＢ１が形成される。ただし、多少の隙間が出来ていてもよい。その場合であっても、前述したような形状の絶縁性多層膜ＣＢ１を形成することができる。
４−７．レジスト除去工程
次に、レジストＲＳ１を除去する。そのために、レジストＲＳ１を除去するための薬液を用いて箇所ＲＳ１ｃを除去する。以上により、ｐ型コンタクト層１８０の上に絶縁性多層膜ＣＢ１を形成することができる。
次に、レジストＲＳ１を除去する。そのために、レジストＲＳ１を除去するための薬液を用いて箇所ＲＳ１ｃを除去する。以上により、ｐ型コンタクト層１８０の上に絶縁性多層膜ＣＢ１を形成することができる。
５．半導体発光素子の製造方法
ここで、本実施形態における発光素子１００の製造方法について説明する。本実施形態では、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、各半導体層の結晶をエピタキシャル成長させる。そのため、この製造方法は、第１導電型の第１半導体層を形成する第１半導体層形成工程と、第１半導体層の上に発光層を形成する発光層形成工程と、発光層の上に第２導電型の第２半導体層を形成する第２半導体層形成工程と、第２半導体層の一部の上に絶縁性多層膜を形成する絶縁性多層膜形成工程と、第２半導体層の残部と絶縁性多層膜の上に透明電極を形成する透明電極形成工程と、第１半導体層の上に第１電極を形成する第１電極形成工程と、透明電極の上に第２電極を形成する第２電極形成工程と、を有する。
ここで、本実施形態における発光素子１００の製造方法について説明する。本実施形態では、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、各半導体層の結晶をエピタキシャル成長させる。そのため、この製造方法は、第１導電型の第１半導体層を形成する第１半導体層形成工程と、第１半導体層の上に発光層を形成する発光層形成工程と、発光層の上に第２導電型の第２半導体層を形成する第２半導体層形成工程と、第２半導体層の一部の上に絶縁性多層膜を形成する絶縁性多層膜形成工程と、第２半導体層の残部と絶縁性多層膜の上に透明電極を形成する透明電極形成工程と、第１半導体層の上に第１電極を形成する第１電極形成工程と、透明電極の上に第２電極を形成する第２電極形成工程と、を有する。
半導体層の成長に用いるキャリアガスとして、水素（Ｈ2 ）もしくは窒素（Ｎ2 ）もしくは水素と窒素との混合気体（Ｈ2 ＋Ｎ2 ）が挙げられる。窒素源として、アンモニアガス（ＮＨ3 ）を用いる。Ｇａ源として、トリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ3 ）3 ：「ＴＭＧ」）を用いる。Ｉｎ源として、トリメチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ3 ）3 ：「ＴＭＩ」）を用いる。Ａｌ源として、トリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ3 ）3 ：「ＴＭＡ」）を用いる。ｎ型ドーパントガスとして、シラン（ＳｉＨ4 ）を用いる。ｐ型ドーパントガスとして、シクロペンタジエニルマグネシウム（Ｍｇ（Ｃ5 Ｈ5 ）2 ）を用いる。
５−１．ｎ型コンタクト層形成工程
まず、水素ガスを用いて基板１１０をクリーニングする。次に、基板１１０の主面上にバッファ層１２０を形成する。その後に、バッファ層１２０の上にｎ型コンタクト層１３０を形成する。このときの基板温度は、１０８０℃以上１１４０℃以下の範囲内である。
まず、水素ガスを用いて基板１１０をクリーニングする。次に、基板１１０の主面上にバッファ層１２０を形成する。その後に、バッファ層１２０の上にｎ型コンタクト層１３０を形成する。このときの基板温度は、１０８０℃以上１１４０℃以下の範囲内である。
５−２．ｎ側ＥＳＤ層形成工程
次に、ｎ型コンタクト層１３０の上にｎ側ＥＳＤ層１４０を形成する。ｉ−ＧａＮ層を形成するため、シラン（ＳｉＨ4 ）の供給を停止する。このときの基板温度は、例えば、７５０℃以上９５０℃以下の範囲内である。ｎ型ＧａＮを形成するため、再びシラン（ＳｉＨ4 ）を供給する。このときの基板温度は、ｉ−ＧａＮ層を形成する温度と同じ温度、すなわち７５０℃以上９５０℃以下の範囲内である。
次に、ｎ型コンタクト層１３０の上にｎ側ＥＳＤ層１４０を形成する。ｉ−ＧａＮ層を形成するため、シラン（ＳｉＨ4 ）の供給を停止する。このときの基板温度は、例えば、７５０℃以上９５０℃以下の範囲内である。ｎ型ＧａＮを形成するため、再びシラン（ＳｉＨ4 ）を供給する。このときの基板温度は、ｉ−ＧａＮ層を形成する温度と同じ温度、すなわち７５０℃以上９５０℃以下の範囲内である。
５−３．ｎ側超格子層形成工程
次に、ｎ側ＥＳＤ層１４０の上にｎ側超格子層１５０を形成する。例えば、ＩｎＧａＮ層と、ｎ型ＧａＮ層と、を繰り返し積層する。その際の基板温度は、例えば、７００℃以上９５０℃以下の範囲内である。
次に、ｎ側ＥＳＤ層１４０の上にｎ側超格子層１５０を形成する。例えば、ＩｎＧａＮ層と、ｎ型ＧａＮ層と、を繰り返し積層する。その際の基板温度は、例えば、７００℃以上９５０℃以下の範囲内である。
５−４．発光層形成工程
次に、ｎ側超格子層１５０の上に発光層１６０を形成する。例えば、ＩｎＧａＮ層と、ＧａＮ層と、ＡｌＧａＮ層と、を繰り返し積層する。このときの基板温度は、例えば、７００℃以上９００℃以下の範囲内である。
次に、ｎ側超格子層１５０の上に発光層１６０を形成する。例えば、ＩｎＧａＮ層と、ＧａＮ層と、ＡｌＧａＮ層と、を繰り返し積層する。このときの基板温度は、例えば、７００℃以上９００℃以下の範囲内である。
５−５．ｐ側超格子層形成工程
次に、発光層１６０の上にｐ側超格子層１７０を形成する。例えば、ｐ型ＧａＮ層と、ｐ型ＡｌＧａＮ層と、ｐ型ＩｎＧａＮ層と、を繰り返し積層する。ドーパントガスとして、シクロペンタジエニルマグネシウム（Ｍｇ（Ｃ5 Ｈ5 ）2 ）を用いればよい。
次に、発光層１６０の上にｐ側超格子層１７０を形成する。例えば、ｐ型ＧａＮ層と、ｐ型ＡｌＧａＮ層と、ｐ型ＩｎＧａＮ層と、を繰り返し積層する。ドーパントガスとして、シクロペンタジエニルマグネシウム（Ｍｇ（Ｃ5 Ｈ5 ）2 ）を用いればよい。
５−６．ｐ型コンタクト層形成工程
次に、ｐ側超格子層１７０の上にｐ型コンタクト層１８０を形成する。基板温度を、９００℃以上１１００℃以下の範囲内とする。これにより、図１２に示すように、基板１１０に各半導体層が積層されることなる。
次に、ｐ側超格子層１７０の上にｐ型コンタクト層１８０を形成する。基板温度を、９００℃以上１１００℃以下の範囲内とする。これにより、図１２に示すように、基板１１０に各半導体層が積層されることなる。
５−７．絶縁性多層膜形成工程
次に、図１３に示すように、ｐ型コンタクト層１８０の一部の上に絶縁性多層膜ＣＢ１を形成する。そのために、前述したように、レジスト塗布工程と、１次露光工程と、ベーキング工程と、２次露光工程と、穴部形成工程と、成膜工程と、レジスト除去工程と、を実施する。
次に、図１３に示すように、ｐ型コンタクト層１８０の一部の上に絶縁性多層膜ＣＢ１を形成する。そのために、前述したように、レジスト塗布工程と、１次露光工程と、ベーキング工程と、２次露光工程と、穴部形成工程と、成膜工程と、レジスト除去工程と、を実施する。
５−８．透明電極形成工程
次に、図１４に示すように、ｐ型コンタクト層１８０の残部の上と絶縁性多層膜ＣＢ１の上とに、透明電極ＴＥ１を形成する。透明電極ＴＥ１を形成するために、スパッタリングもしくは蒸着技術を用いればよい。これにより、絶縁性多層膜ＣＢ１は、ｐ型コンタクト層１８０および透明電極ＴＥ１に覆われることとなる。また、ｐ型コンタクト層１８０のうち、ｎ型コンタクト層１３０を露出させるための凹部を形成する領域には、透明電極ＴＥ１を形成する必要はない。
次に、図１４に示すように、ｐ型コンタクト層１８０の残部の上と絶縁性多層膜ＣＢ１の上とに、透明電極ＴＥ１を形成する。透明電極ＴＥ１を形成するために、スパッタリングもしくは蒸着技術を用いればよい。これにより、絶縁性多層膜ＣＢ１は、ｐ型コンタクト層１８０および透明電極ＴＥ１に覆われることとなる。また、ｐ型コンタクト層１８０のうち、ｎ型コンタクト層１３０を露出させるための凹部を形成する領域には、透明電極ＴＥ１を形成する必要はない。
５−９．電極形成工程
次に、透明電極ＴＥ１の上にｐ電極Ｐ１を形成する。そして、図１５に示すように、レーザーもしくはエッチングにより、ｐ型コンタクト層１８０の側から半導体層の一部を抉ってｎ型コンタクト層１３０を露出させる。そして、その露出箇所に、ｎ電極Ｎ１を形成する。ｐ電極Ｐ１の形成工程とｎ電極Ｎ１の形成工程は、いずれを先に行ってもよい。
次に、透明電極ＴＥ１の上にｐ電極Ｐ１を形成する。そして、図１５に示すように、レーザーもしくはエッチングにより、ｐ型コンタクト層１８０の側から半導体層の一部を抉ってｎ型コンタクト層１３０を露出させる。そして、その露出箇所に、ｎ電極Ｎ１を形成する。ｐ電極Ｐ１の形成工程とｎ電極Ｎ１の形成工程は、いずれを先に行ってもよい。
５−１０．その他の工程
また、上記の工程の他、保護膜で素子を覆う工程や熱処理工程等、その他の工程を実施してもよい。なお、ｎ型コンタクト層１３０を露出させる工程は、例えば、ｐ型コンタクト層１８０を形成した後であれば、いつ行ってもよい。以上により、図１の発光素子１００が製造される。
また、上記の工程の他、保護膜で素子を覆う工程や熱処理工程等、その他の工程を実施してもよい。なお、ｎ型コンタクト層１３０を露出させる工程は、例えば、ｐ型コンタクト層１８０を形成した後であれば、いつ行ってもよい。以上により、図１の発光素子１００が製造される。
６．実験
６−１．サンプルの作製
ここで、本実施形態の絶縁性多層膜ＣＢ１について行った実験について説明する。サンプルとして、絶縁性多層膜ＣＢ１を次のように形成した。本実験では、７５ｎｍのＳｉＯ2 と、４９ｎｍのＴｉＯ2 と、を交互に８回繰り返して絶縁性多層膜ＣＢ１を形成した。そして、この絶縁性多層膜ＣＢ１を備える実施例１−４のサンプルを作製した。
６−１．サンプルの作製
ここで、本実施形態の絶縁性多層膜ＣＢ１について行った実験について説明する。サンプルとして、絶縁性多層膜ＣＢ１を次のように形成した。本実験では、７５ｎｍのＳｉＯ2 と、４９ｎｍのＴｉＯ2 と、を交互に８回繰り返して絶縁性多層膜ＣＢ１を形成した。そして、この絶縁性多層膜ＣＢ１を備える実施例１−４のサンプルを作製した。
実施例１−４では、図１６および図１７に示すように、ｐ電極Ｐ１の横幅を変えて実験を行った。図１６に示すように、端部Ｍ１よりｐ電極Ｐ１の幅を狭くしたサンプルと、図１７に示すように、端部Ｍ１よりｐ電極Ｐ１の幅を広くしたサンプルと、を作製した。また、比較例１として、１３０ｎｍのＳｉＯ2 を形成した。これは、単なる単層膜である。また、このＳｉＯ2 膜は、本実施形態の絶縁性多層膜ＣＢ１のような形状ではない。
６−２．実験結果
実験結果を表１に示す。表１における位置関係とは、図１６に示すように、端部Ｍ１よりｐ電極Ｐ１の端部Ｐ１ａが内側にある場合に「＋」と定義し、図１７に示すように、端部Ｍ１よりｐ電極Ｐ１の端部Ｐ１ａが外側にある場合に「−」と定義した。実施例１では、図１６の幅ｄ１は、＋２μｍである。実施例２では、図１６の幅ｄ１は、＋４μｍである。実施例３では、図１６の幅ｄ１は、＋６μｍである。実施例４では、図１７の幅ｄ２は、−２μｍである。
実験結果を表１に示す。表１における位置関係とは、図１６に示すように、端部Ｍ１よりｐ電極Ｐ１の端部Ｐ１ａが内側にある場合に「＋」と定義し、図１７に示すように、端部Ｍ１よりｐ電極Ｐ１の端部Ｐ１ａが外側にある場合に「−」と定義した。実施例１では、図１６の幅ｄ１は、＋２μｍである。実施例２では、図１６の幅ｄ１は、＋４μｍである。実施例３では、図１６の幅ｄ１は、＋６μｍである。実施例４では、図１７の幅ｄ２は、−２μｍである。
また、表１では、絶縁性多層膜ＣＢ１およびＳｉＯ2 単層膜のいずれもない場合を全放射束の上昇率の基準とした。つまり、絶縁性多層膜ＣＢ１およびＳｉＯ2 単層膜のいずれもない場合に、全放射束の上昇率は０％である。
表１に示すように、実施例１の全放射束の上昇率は、１．１５％であった。実施例２の全放射束の上昇率は、０．９２％であった。実施例３の全放射束の上昇率は、０．８３％であった。実施例４の全放射束の上昇率は、０．８５％であった。つまり、実施例１−４における全放射束の上昇率は、０．８％以上であった。
比較例１の全放射束の上昇率は、０．６８％であった。つまり、比較例１における全放射束の上昇率は、０．７％以下であった。このように、実施例１−４の全放射束の上昇率は、比較例１に比べて高い。
このように、絶縁性多層膜ＣＢ１の端部Ｍ１がｐ電極Ｐ１の端部Ｐ１ａ、すなわち、射影領域ＰＲ１の端部より３μｍ以下の範囲内で内側にある場合か、絶縁性多層膜ＣＢ１の端部Ｍ１がｐ電極Ｐ１の端部Ｐ１ａ、すなわち、射影領域ＰＲ１の端部より７μｍ以下の範囲内で外側にある場合に、発光素子１００の全放射束の値は大きい。
好ましくは、絶縁性多層膜ＣＢ１の端部Ｍ１がｐ電極Ｐ１の端部Ｐ１ａより０μｍ以上５μｍ以下の範囲内で外側にある場合に、発光素子１００の全放射束の値はより大きい。より好ましくは、絶縁性多層膜ＣＢ１の端部Ｍ１がｐ電極Ｐ１の端部Ｐ１ａより１μｍ以上４μｍ以下の範囲内で外側にある場合に、発光素子１００の全放射束の値はさらに大きい。
［表１］
絶縁層 位置関係 全放射束の上昇率
実施例１ 絶縁性多層膜 ＋２μｍ １．１５％
実施例２ 絶縁性多層膜 ＋４μｍ ０．９２％
実施例３ 絶縁性多層膜 ＋６μｍ ０．８３％
実施例４ 絶縁性多層膜 −２μｍ ０．８５％
比較例１ ＳｉＯ2 単層膜 ＋３μｍ ０．６８％
絶縁層 位置関係 全放射束の上昇率
実施例１ 絶縁性多層膜 ＋２μｍ １．１５％
実施例２ 絶縁性多層膜 ＋４μｍ ０．９２％
実施例３ 絶縁性多層膜 ＋６μｍ ０．８３％
実施例４ 絶縁性多層膜 −２μｍ ０．８５％
比較例１ ＳｉＯ2 単層膜 ＋３μｍ ０．６８％
７．変形例
７−１．発光素子の種類
本実施形態の発光素子１００は、１つのコンタクト電極（透明電極ＴＥ１）を有するフェイスアップ型の発光素子である。しかし、複数のコンタクト電極を有する発光素子であってもよい。また、フリップチップであってもよい。
７−１．発光素子の種類
本実施形態の発光素子１００は、１つのコンタクト電極（透明電極ＴＥ１）を有するフェイスアップ型の発光素子である。しかし、複数のコンタクト電極を有する発光素子であってもよい。また、フリップチップであってもよい。
７−２．導電型
本実施形態では、第１導電型をｎ型とするとともに第２導電型をｐ型とした。しかし、逆にしてもよい。つまり、第１導電型をｐ型とするとともに第２導電型をｎ型としてもよい。
本実施形態では、第１導電型をｎ型とするとともに第２導電型をｐ型とした。しかし、逆にしてもよい。つまり、第１導電型をｐ型とするとともに第２導電型をｎ型としてもよい。
７−３．凹部の個数
本実施形態の発光素子１００の傾斜面Ｌ１は、１つの凹部Ｘ１を有している。しかし、断面形状を観察する際に、傾斜面Ｌ１に２つ以上の凹部が表れていてもよい。
本実施形態の発光素子１００の傾斜面Ｌ１は、１つの凹部Ｘ１を有している。しかし、断面形状を観察する際に、傾斜面Ｌ１に２つ以上の凹部が表れていてもよい。
８．本実施形態のまとめ
以上詳細に説明したように、本実施形態の発光素子１００は、第１の領域Ｒ１と、第１の領域Ｒ１より外側の第２の領域Ｒ２と、を有している。第１の領域Ｒ１は、絶縁性多層膜ＣＢ１の最大膜厚の９５％より大きい領域であるとともに中央付近に位置する。第２の領域Ｒ２は、絶縁性多層膜ＣＢ１の最大膜厚の９５％以下であるとともに第１の領域Ｒ１の外側の外周領域に位置する。そして、断面形状において、第２の領域Ｒ２には、凹部Ｘ１がある。このような形状であるため、絶縁性多層膜ＣＢ１は、光を反射する反射領域ＲＲ１と、光を透過する透過領域ＲＴ１と、を有している。これにより、ｐ電極Ｐ１に向かう光については反射させるとともに、ｐ電極Ｐ１に向かわない光については好適に外部に取り出すことができる発光素子１００が実現されている。
以上詳細に説明したように、本実施形態の発光素子１００は、第１の領域Ｒ１と、第１の領域Ｒ１より外側の第２の領域Ｒ２と、を有している。第１の領域Ｒ１は、絶縁性多層膜ＣＢ１の最大膜厚の９５％より大きい領域であるとともに中央付近に位置する。第２の領域Ｒ２は、絶縁性多層膜ＣＢ１の最大膜厚の９５％以下であるとともに第１の領域Ｒ１の外側の外周領域に位置する。そして、断面形状において、第２の領域Ｒ２には、凹部Ｘ１がある。このような形状であるため、絶縁性多層膜ＣＢ１は、光を反射する反射領域ＲＲ１と、光を透過する透過領域ＲＴ１と、を有している。これにより、ｐ電極Ｐ１に向かう光については反射させるとともに、ｐ電極Ｐ１に向かわない光については好適に外部に取り出すことができる発光素子１００が実現されている。
また、本実施形態の半導体発光素子の製造方法は、レジスト塗布工程と、１次露光工程と、ベーキング工程と、２次露光工程と、穴部形成工程と、成膜工程と、レジスト除去工程と、を有する。そのため、膜厚の厚い第１の領域Ｒ１と、膜厚の薄い第２の領域Ｒ２と、を好適に形成することができる。
なお、以上に説明した実施形態は単なる例示にすぎない。したがって当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能である。積層体の積層構造については、必ずしも図に示したものに限らない。積層構造や各層の繰り返し回数等、任意に選択してよい。また、半導体層の成長方法は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）に限らない。例えば、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）や、その他の液相エピタキシー法等を用いることができる。
１００…発光素子
１１０…基板
１２０…バッファ層
１３０…ｎ型コンタクト層
１４０…ｎ側ＥＳＤ層
１５０…ｎ側超格子層
１６０…発光層
１７０…ｐ側超格子層
１８０…ｐ型コンタクト層
ＣＢ１…絶縁性多層膜
ＴＥ１…透明電極
Ｐ１…ｐ電極
Ｎ１…ｎ電極
Ｘ１…凹部
Ｙ１…穴部
Ｕ１…第１面
Ｕ２…第２面
Ｋ１、Ｋ２、Ｑ１、Ｑ２…箇所
Ｍ１、Ｍ２…端部
１１０…基板
１２０…バッファ層
１３０…ｎ型コンタクト層
１４０…ｎ側ＥＳＤ層
１５０…ｎ側超格子層
１６０…発光層
１７０…ｐ側超格子層
１８０…ｐ型コンタクト層
ＣＢ１…絶縁性多層膜
ＴＥ１…透明電極
Ｐ１…ｐ電極
Ｎ１…ｎ電極
Ｘ１…凹部
Ｙ１…穴部
Ｕ１…第１面
Ｕ２…第２面
Ｋ１、Ｋ２、Ｑ１、Ｑ２…箇所
Ｍ１、Ｍ２…端部
Claims (10)
- 第１導電型の第１半導体層と、
前記第１半導体層の上の発光層と、
前記発光層の上の第２導電型の第２半導体層と、
前記第２半導体層の上の透明電極と、
前記第１半導体層と電気的に接続された第１電極と、
前記第２半導体層と電気的に接続された第２電極と、
を有するIII 族窒化物半導体発光素子において、
前記第２半導体層と前記透明電極との間に、第１面で前記第２半導体層に接触するとともに第２面で前記透明電極に接触する絶縁性多層膜を有し、
前記絶縁性多層膜は、
前記第２電極を前記第２半導体層に射影した射影領域を含む領域に形成された分布ブラッグ反射膜と、
前記絶縁性多層膜の最大膜厚の９５％より膜厚の厚い第１の領域と、
前記絶縁性多層膜の最大膜厚の９５％以下の膜厚である第２の領域と、
光を反射する反射領域と、
光を透過する透過領域と、
を有し、
前記第２の領域における前記絶縁性多層膜の前記第２面は、
前記絶縁性多層膜の前記第１面に向かって凹む凹部を備える傾斜面を有すること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。 - 請求項１に記載のIII 族窒化物半導体発光素子において、
前記反射領域は、
前記第１の領域と前記第２の領域の一部を有し、
前記透過領域は、
前記第２の領域の残部を有すること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。 - 請求項１または請求項２に記載のIII 族窒化物半導体発光素子において、
前記第１面に垂直であって前記第１の領域および前記第２の領域を含む断面では、
前記第２面の上の箇所であって前記第２の領域の幅を２等分する第１の箇所における前記絶縁性多層膜の膜厚は、
前記絶縁性多層膜の最大膜厚の５％以上４０％以下の範囲内であること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。 - 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子において、
前記第１面に垂直であって前記第１の領域および前記第２の領域を含む断面では、
前記絶縁性多層膜の最大膜厚の半分の厚みである第２の箇所は、
前記第２面の上の箇所であって前記第２の領域の幅を２等分する第１の箇所よりも前記第１の領域に近い位置に位置していること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。 - 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子において、
前記第１面に垂直であって前記第１の領域および前記第２の領域を含む断面では、
前記第２面の上の箇所であって前記第２の領域の幅を２等分する第１の箇所と前記第２面の上であって最大膜厚の９５％である第１の端部とを結ぶ第１の線と、前記絶縁性多層膜の前記第１面と、がなす第１の角の角度θ１が、
前記第１の箇所と前記絶縁性多層膜の外縁の第２の端部とを結ぶ第２の線と、前記絶縁性多層膜の前記第１面と、がなす第２の角の角度θ２よりも５°以上大きいこと
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。 - 請求項５に記載のIII 族窒化物半導体発光素子において、
前記第１の角の角度θ１が、
１５°以上４５°以下の範囲内であること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。 - 請求項５または請求項６に記載のIII 族窒化物半導体発光素子において、
前記第２の角の角度θ２が、
３°以上３０°以下の範囲内であること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。 - 請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子において、
前記第２面の上の箇所であって最大膜厚の９５％である第１の端部が、
前記射影領域の端部に対して、３μｍ以下の範囲内で内側にあるか、もしくは、７μｍ以下の範囲内で外側にあること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。 - 請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子において、
前記第２の領域の幅を２等分する第１の箇所より外側の領域では、
前記絶縁性多層膜が、次式
ｄ ＜ λ／（４・ｎ）
ｄ：絶縁性多層膜の全膜厚
λ：光の波長
ｎ：絶縁性多層膜の１層における屈折率
を満たす膜厚を有すること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。 - 第１導電型の第１半導体層を形成する第１半導体層形成工程と、
前記第１半導体層の上に発光層を形成する発光層形成工程と、
前記発光層の上に第２導電型の第２半導体層を形成する第２半導体層形成工程と、
前記第２半導体層の一部の上に絶縁性多層膜を形成する絶縁性多層膜形成工程と、
前記第２半導体層の残部と前記絶縁性多層膜の上に透明電極を形成する透明電極形成工程と、
前記第１半導体層の上に第１電極を形成する第１電極形成工程と、
前記透明電極の上に第２電極を形成する第２電極形成工程と、
を有するIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法において、
前記絶縁性多層膜形成工程は、
レジストを塗布するレジスト塗布工程と、
前記絶縁性多層膜の形成領域を除く領域を露光する１次露光工程と、
前記レジストを加熱するベーキング工程と、
前記レジストを全体的に露光する２次露光工程と、
１次露光により露光しなかった箇所を除去して末広がりの穴部を形成する穴部形成工程と、
前記穴部の内側に絶縁性多層膜を形成する成膜工程と、
レジストを除去するレジスト除去工程と、
を有し、
前記成膜工程では、
光を反射する反射領域と、光を透過する透過領域と、を備える前記絶縁性多層膜を形成すること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。
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