JP2005039197A - 半導体発光素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 フリップチップ接合により実装して半導体発光装置とするためのＧａＮ系化合物半導体を用いた発光素子であって、該素子内部で発生する光をより有効に活用し得る半導体発光素子と、その製造方法を提供する。
【解決手段】 透光性を有する支持基板の一方の面に、ｎ層、発光層、ｐ層が順次積層され、且つｎ型電極を前記ｎ層上に形成するための凹部を有するＧａＮ系化合物半導体層を含む半導体発光素子であって、前記凹部は、前記ｐ層側を広い開口、前記ｎ層側を狭い底面とする傾斜面を有し、少なくとも該傾斜面に前記発光層から放射される光を前記支持基板側へ反射するための反射層を有するものであることを特徴とする半導体発光素子である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＧａＮ系化合物半導体を用いた発光素子に関するものである。

従来のＧａＮ（窒化ガリウム）系化合物半導体発光素子としては、例えば、特許文献１に開示の構造を有するものが知られている。また、特許文献１に開示の構造を備えつつ、電極の構成を改良した半導体発光素子が、例えば特許文献２〜４に開示されている。

これらの特許文献に開示されているような従来の半導体発光素子の基本的な構造を図１０に示す。サファイアなどからなる支持基板１０１上に、ｎ型半導体からなるｎ層１０２、発光層１０３、ｐ型半導体からなるｐ層１０４が順次積層されてなり、該ｐ層１０４上にはｐ型電極１０５が設けられている。また、ｐ層１０４側から、ｎ層１０２が露出するように露出面が設けられ、該露出面上にｎ型電極１０６が設けられている。

そしてｐ型電極１０５とｎ型電極１０６との間に順方向バイアスを印加する（すなわち、ｐ型電極に正電圧を印加する）ことにより、発光層１０３内で電子とホールが結合して、青色若しくは紫外の光が発生する。
特開平９−３６４２２号公報（特許請求の範囲、図１など） 特許第３１８７２８４号公報（特許請求の範囲など） 特許第３２４４０１０号公報（特許請求の範囲など） 特許第３２６９０７０号公報（特許請求の範囲など）

ところで、図１０に示すような従来の半導体発光素子では、発光層で発生した光のうち、ｐ型電極側へ向かう光は該ｐ型電極に遮られ、また、素子側面から外部へ向かう光は、ｎ型電極に吸収されたりする（図１０中Ｂ２）ため、素子外部に取り出して有効に活用できる光量が減少する。

また、半導体発光素子を、例えばフリップチップ接合して半導体発光装置とする場合には、支持基板側から光を取り出すことになるが、発光層からｐ型電極に向かう光の大部分はｐ型電極面で吸収されてしまうため、支持基板側へ反射して素子外部へ取り出し得る光（図１０中Ｂ１）の割合は小さくなる。

このような現象により、図１０に示す構造の半導体発光素子では、発光層で発生した光量に対して、素子外部に取り出して有効に活用し得る光量が小さくなるという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、フリップチップ接合により実装して半導体発光装置とするためのＧａＮ系化合物半導体を用いた発光素子であって、該素子内部で発生する光をより有効に活用し得る半導体発光素子を提供することにある。

本発明の半導体発光素子は、透光性を有する支持基板の一方の面に、ｎ層、発光層、ｐ層が順次積層され、且つｎ型電極を前記ｎ層上に形成するための凹部を有するＧａＮ系化合物半導体層を含む半導体発光素子であって、前記凹部は、前記ｐ層側を広い開口、前記ｎ層側を狭い底面とする傾斜面を有し、少なくとも該傾斜面に前記発光層から放射される光を前記支持基板側へ反射するための反射層を有するものであるところに特徴がある。

また、本発明の半導体発光素子を製造する方法であって、透光性を有する支持基板の一方の面にｎ層、発光層、ｐ層が順次積層されて形成されているＧａＮ系化合物半導体層に、該ｐ層側を広い開口、該ｎ層側を狭い底面とする傾斜面を有し、該底面にｎ型電極を形成するための凹部を形成するに当たり、前記ｐ層表面に、表面側を広い開口、前記ｐ層側を狭い底面とする開口部を有するエッチングマスク層を設けた後、塩素を含むプラズマによってエッチングを行って、前記凹部を形成する工程、を有する半導体発光素子の製造方法も本発明に包含される。

本発明の半導体発光素子は以上のように構成されており、上記傾斜面に設けられた反射層の作用により、発光層から放射される光のうち、特に該発光層側面から漏れ、従来は素子の各構成部材に吸収されていた光を、支持基板側へ反射させて取り出し得る。これにより、素子内部で発生した光のうち、外部に取り出して有効に活用し得る光の割合（以下、「光の取り出し効率」という場合がある）を高めることができる。

また、本発明の製造方法によれば、本発明の半導体発光素子の有する上記凹部を形成するに当たり、その形状を容易に制御することができる。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の半導体発光素子の第１実施形態を示す断面模式図である。この第１実施形態の半導体発光素子１０ａでは、支持基板１０１上に、ｎ層１０２、発光層１０３、ｐ層１０４が順次積層されてなる半導体層が設けられており、さらにｐ層１０４上にはｐ型電極１０５が形成されている。この半導体層には、ｐ層１０４側を広い開口、ｎ層１０２側を狭い底面とする傾斜面を有する凹部が形成されており、該凹部の底面（ｎ層１０２の露出面）にはｎ型電極１０６が設けられている。

ｐ型電極１０５とｎ型電極との間に順方向バイアスを印加することにより、発光層１０３内で電子とホールが結合して、青色若しくは紫外の光（波長：５００〜２５０ｎｍ）が発生する。この際、発光層１０３の上記凹部側に向かう光は、反射層（第１の反射層）１０７によって支持基板１０１側に反射される（図１中、Ａ２およびＡ３）。これにより、半導体発光素子で発生した光のうち、外部に取り出して有効に活用し得る光の割合を高めることができる。なお、上記凹部の傾斜面と、凹部底面の延長線とのなす角の角度（以下、「テーパ角度」という）は、２０〜８０°とすることが好ましい。

本発明の半導体発光素子は、上記の通り、フリップチップ接合により実装されて半導体発光装置を構成するものであるため、支持基板１０１側から光を取り出す。よって、支持基板としては素子内部で発生した光を透過する素材から構成されるものであり、その素材としては、サファイアが一般的である。支持基板の厚みは、通常、３０〜５００μｍである。

ｎ層１０２は、ｎ型ＧａＮ系化合物半導体からなる層であり、具体的には、Ａｌ_ａＩｎ_ｂＧａ_{１−ａ−ｂ}Ｎ（０≦ａ，０≦ｂ，ａ＋ｂ≦１）で表される化合物から構成される。例えば、ａが０．５以下であるＡｌ_ａＧａ_１−ａＮや、ｂが０．５以下であるＩｎ_ｂＧａ_１−ｂＮが好ましい。

なお、図１では、ｎ層１０２は単一の層として示したが、該ｎ層が、支持基板側から、ｎ型コンタクト層、ｎ型クラッド層の順に積層された積層構造を有していてもよい。この場合、上記凹部は、底面にｎ型コンタクト層が露出するように形成する。ｎ型コンタクト層としては、ｎ層を構成する上記化合物の中でもＧａＮが一般的である。また、ｎ型クラッド層としては、ｎ層を構成する上記化合物のうち、Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７ＮやＡｌＮ、ＧａＮなどが一般的である。

また、上記単層構造のｎ層、およびｎ型コンタクト層並びにｎ型クラッド層には、Ｓｉ、Ｇｅ，Ｓなどのｎ型不純物をドープすることが、キャリア濃度を高め得ることなどから望ましい。

ｎ層の厚みとしては、ｎ層が単層構造の場合には、０．５〜１０μｍが一般的である。また、ｎ層がｎ型コンタクト層とｎ型クラッド層の積層構造である場合には、ｎ型コンタクト層の厚みは０．２〜１０μｍが一般的であり、ｎ型クラッド層の厚みは特に限定されないが、通常は、０．０１〜３μｍである。

発光層１０３は、ＧａＮ系化合物半導体からなる層であり、具体的には、Ａｌ_ｃＩｎ_ｄＧａ_{１−ｃ−ｄ}Ｎ（０≦ｃ，０≦ｄ，ｃ＋ｄ≦１）で表される化合物から構成される。この発光層において、例えば、上記化合物のＩｎとＡｌの組成比を調節することにより、また、該発光層にＳｉ、Ｇｅ、Ｓなどのｎ型不純物やＭｇ、Ｚｎなどのｐ型不純物をドープすることにより、発生する光の波長を青色から紫外の範囲で調整することができる。

なお、図１では、発光層１０３は単一の層で示したが、例えば、発光層を複数層からなる積層構造とし、各層を構成する化合物の組成を変えた所謂多重量子井戸構造とすることも好ましい。発光層の厚みは全厚みで、０．００１〜０．５μｍとすることが一般的である。

ｐ層１０４は、ｐ型ＧａＮ系化合物半導体からなる層である。図１ではｐ層１０４は単一の層として示したが、発光層側から、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層の順に積層された積層構造を有するものが一般的である。

ｐ型クラッド層は、例えば、Ａｌ_ｅＧａ_１−ｅＮ（０＜ｅ≦１）で表される化合物により構成され、さらにｐ型不純物がドープされている。ｅは０．０５以上であることが好ましい。ｐ型コンタクト層は、例えば、ｐ型不純物がドープされたｐ型ＧａＮにより構成される。これらｐ型クラッド層およびｐ型コンタクト層にドープされるｐ型不純物は、Ｍｇ、Ｚｎなどが挙げられる。ｐ型クラッド層の厚みは、通常、０．００１〜１．５μｍであり、ｐ型コンタクト層の厚みは０．０１〜２μｍが一般的である。

ｐ型電極１０５を構成する素材としては、ｐ層とオーミック接触できるものが要求され、例えば、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｖやこれらの合金などが挙げられる。ｐ型電極の厚みは、通常、０．０５〜５μｍである。

ｎ型電極１０６を構成する素材としては、ｎ層とオーミック接触できるものが要求され、例えば、Ａｌやその合金などが挙げられる。ｎ型電極の厚みは、通常、０．０５〜５μｍである。

第１の反射層１０７は、発光層１０３から発生した光のうち、該発光層１０３の側面から漏れる光（上記傾斜面側へ向かう光）を支持基板１０１側へ反射するためのものである。反射層は、例えば、発光層１０３から放射される光の反射率が、少なくとも８５％のものが好ましく、後記する反射層を構成し得る素材の中から、このような反射率を有する反射層を形成し得るものを選択することが推奨される。この場合には、支持基板１０１側へ反射し得る光量をより増大させることができる。上記の反射率を達成し得る反射層の代表的な素材としては、Ａｌ、Ｒｈ、Ａｇなどが挙げられる。

ただし、図１に示すように、第１の反射層１０７は、上記凹部の傾斜面において、ｎ層１０２からｐ層１０４に亘って形成されることが一般的であるため、このような構成とする場合には、該第１の反射層１０７を構成する素材は、ｎ層またはｐ層のいずれかとはオーミック接触し得ないものであることが好ましい。

また、例えば、第１の反射層１０７をｐ層１０４とのみオーミック接触できる素材で構成し、且つｐ型電極１０５を該反射層１０７と同じ素材で構成している場合には、発光層１０３から発生した光のうち、ｐ型電極１０５側へ向かう光を支持基板１０１側へ反射することができる（図１中、Ａ１およびＡ４）。よって、発生した光の取り出し効率をより高めることができる。このような素材としては、Ｒｈやその合金などが挙げられる。

この他、第１の反射層１０７をｎ層１０２とのみオーミック接触できる素材で構成し、且つｎ型電極１０６を該第１の反射層１０７と同じ素材で構成している場合には、発光層１０３から発生した光のうち、ｎ型電極１０６側へ向かう光を支持基板１０１側へ反射することができる。よって、かかる場合にも発生した光の取り出し効率をより高めることができる。このような素材としては、Ａｌやこれらの合金などが挙げられる。さらにこの場合には、ｐ層１０４とｐ型電極１０５の間に反射層（第２の反射層、図示しない）を設けておくか、反射層と同様の反射能を確保し得る素材でｐ型電極１０５を形成しておくことも好ましく、これによりｐ型電極１０５側へ向かう光も支持基板１０１側へ反射させ得るため、光の取り出し効率を更に高めることができる。また、ｐ層１０４とｐ型電極１０５の間の第２の反射層は、第２実施態様から第５実施態様で詳述する透明導電層（図示しない）を介してｐ層上に形成されていることも好ましい。

反射層の厚みは、上記凹部の傾斜面に設けるもの（第１の反射層）、ｐ層とｐ型電極との間に設けるもの（第２の反射層）を問わず、０．００１〜５μｍとすることが好ましく、０．０１〜１μｍとすることがより好ましい。

ｎ層１０２、発光層１０３およびｐ層１０４を形成するに当たっては、公知の気相成長法［有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）］などの公知の製膜法を採用することができる。ｎ層への上記ｎ型不純物のドーピング、およびｐ層への上記ｐ型不純物のドーピングは、これらの層の形成と同時に実施する。

なお、図１には示さないが、支持基板がサファイア基板の場合、ｎ層を直接形成することは困難であるため、ｎ層と支持基板の間にバッファ層を設けることが好ましい。かかるバッファ層は、支持基板とｎ層との格子不整合を緩和する作用を有するものであり、このバッファ層の存在により、ｎ層の形成（ｎ型ＧａＮ系化合物半導体結晶の成長）を良好に進めることが可能となる。バッファ層としては、例えば、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＧａＡｌＮ、ＺｎＯなどが挙げられる。ちなみに、ＧａＮを用いてｎ層を気相成長法により形成する際に、まず低温条件で製膜を行ってバッファ層を形成し、その後温度を高めてｎ層を形成する二段階成長法を採用することで、バッファ層とｎ層を、より簡便に形成できる。バッファ層の厚みは、通常、０．００１〜１μｍである。

上記凹部の形成法については後述する。また、ｐ型電極、ｎ型電極および反射層は、公知の蒸着法などにより形成すればよい。

＜第２実施形態＞
図２は、本発明の半導体発光素子の第２実施形態を示す断面模式図である。第１実施形態と同じ機能を有する部分については、同一符号を付して、重複説明を避ける（後記の各実施形態についても同様である）。第２実施形態は、以下の点に特徴を有している。

第２実施形態に係る半導体発光素子１０ｂでは、上記凹部の傾斜面上に、反射層１０７が絶縁膜１０９を介して形成されている。傾斜面に反射層を設けると、該反射層による電流のリークが生じ、これにより半導体発光素子の発光効率が低下する虞がある。しかし、上記絶縁膜の存在により、かかるリーク電流の発生を防止し得るため、半導体発光素子の発光効率を高めることができる。

上記絶縁膜は、発光層から放射される光の透過率が、少なくとも８０％以上であることが好ましい。より好ましくは９０％以上である。このように、絶縁膜における上記光の透過率が大きい場合には、絶縁膜に吸収されてしまう光の比率が小さいため、反射層によって支持基板側へ向け得る光の比率が高くなり、光の取り出し効率が向上する。

上記絶縁膜の素材としては、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）や窒化シリコン（Ｓｉ_３Ｎ_４）などが好ましい。絶縁膜は、これらの素材を用いて、公知の蒸着法により形成することができる。その厚みは、３０〜１００００Åとすることが好ましく、５０〜１０００Å（例えば１００Å）とすることがより好ましい。このような絶縁膜は、公知の気相成長法（例えば、上記ＭＯＣＶＤ法）などにより形成できる。

また、図２では、上記凹部底面からＴｉ層１１２、Ａｌ層１１０、Ａｕ層１１１を順次積層してなるｎ型電極１０６の例を示している。例えば、ｎ型電極には、第１の反射層１０７、第２の反射層１０７ａや、ｐ型電極１０５と同じ素材を用いることが好ましく、この場合には、反射層とｎ型電極、あるいはｐ型電極とｎ型電極を同時に形成することができるため、半導体発光素子の製造工程を簡略化することができる。しかし、例えば、第１の反射層１０７、第２の反射層１０７ａの素材として、反射能に優れたＡｌを採用した場合などでは、ｎ層とＡｌとの密着性が比較的低いといった問題がある。よって、このような場合には、図２に示すように、ｎ層１０２とＡｌ層１１０との間に、Ｔｉ層１１２の如きこれらの密着性を向上させ得る素材から構成される層を設けることが推奨される。ｎ型電極を図２に示す３層構造とする場合には、各層の厚みを、Ｔｉ層：１０〜２０００Å、Ａｌ層：１０〜３０００Å、Ａｕ層：３０〜３０００Åとし、ｎ型電極の合計厚みを５０〜８０００Åとすることが推奨される。なお、Ｔｉ層、Ａｌ層、Ａｕ層は、同等の機能を果たし得るものであれば、夫々、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｕ以外の素材から構成される層であってもよく、この場合でも、各層の厚みおよびｎ型電極の合計厚みは，上記の好適範囲内とすればよい。

この他、図２では、ｐ層１０４とｐ型電極１０５にも第２の反射層１０７ａを設けた例を示しており、この第２の反射層１０７ａによって、ｐ型電極１０５側へ向かう光を支持基板１０１側へ反射させて（図２中、Ａ１およびＡ４）、光の取り出し効率を高め得る。他方、第２の反射層１０７ａを設けない態様であっても、ｐ型電極において、例えば発光層から放射される光の反射率が、少なくとも８５％である場合には、第２の反射層１０７ａを設けた態様と同様の効果を確保できる。

さらに図２では、第２の反射層１０７ａが、透明導電層１０８ａ（第２の透明導電層。第１の透明導電層は、後記の第３実施形態において説明する。）を介してｐ型電極１０５上に形成されている。第２の透明導電層１０８ａは、、ＩＴＯ（インジウム−スズ複合酸化物）、ＩＺＯ（インジウム−亜鉛複合酸化物）、ＺｎＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、ＣｄＯなどから構成されている。

この他、第２の透明導電層１０８ａは、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｔａ、ＣｕまたはＦｅを含む金属（例えば、これらの金属単体若しくはこれらの元素を含む合金）で構成されたものでもよい。透明導電層がこのような構成である場合には、ｐ層１０４と反射層１０７ａとの間の抵抗値を非常に低減することができる。ただし、上記の各元素を含む金属で構成される透明導電層の場合には、発光層１０３から発生した光のうち、該透明導電層側に向かう光、および第２の反射層により反射して支持基板１０１側へ向かう光を良好に透過できる程度の透明性を確保する必要がある。このため、上記各元素を含む金属で構成される透明導電層の場合には、その厚みを薄くすることが望ましく、例えば、２０Å以上、より好ましくは５０Å以上であって、２００Å以下、より好ましくは１００Å以下とすることが推奨される。

また、図２では、第２の透明導電層１０８ａを単一の層で示したが、これらが複数の層（例えば２層、３層、４層など）で構成される積層構造を有していることも好ましい。例えば、２層構造の場合には、ｐ層１０４側の層（Ａ層）が、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｔａ、ＣｕまたはＦｅを含む金属（例えば、これらの金属単体若しくはこれらの元素を含む合金）で構成される層で、第２の反射層１０７ａ側の層（Ｂ層）が、ＩＴＯ、ＩＺＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＳｎＯ_２またはＣｄＯで構成される層であることが推奨される。第２の透明導電層がこのような構造の場合には、ｐ層１０４と第２の反射層１０７ａとの間の抵抗値を非常に低減しつつ、第２の透明導電層の全厚みも比較的大きくできるため、信頼性の高い層とし得る他、第２の透明導電層を、更に光の取り出し効率を高め得る形態とすることができる（後述の第５実施形態において、説明する）。

他方、第２の反射層１０７ａを設けない態様であっても、ｐ型電極が透明導電層を介してｐ層上に形成されていてもよい。このような透明導電層を介在させることで、ｐ型電極の素材として、ｐ層とオーミック接触し得ない材料を選択することもできる。

第２の反射層１０７ａを設けない態様であって、ｐ型電極にも反射能を付与する場合におけるｐ型電極の素材としては、Ａｌ、Ａｇ、Ｒｈなどが挙げられる。

ｐ層１０４とｐ型電極１０５との間に、第２の反射層１０７ａや第２の透明導電層１０８ａを形成する場合の詳細については、後記第３実施形態および第４実施形態において説明する。

＜第３実施形態＞
図３は、本発明の半導体発光素子の第３実施形態を示す断面模式図である。第３実施形態は、以下の点に特徴を有している。

第３実施形態に係る半導体発光素子１０ｃでは、第１の反射層１０７が第１の透明導電層１０８を介して、上記凹部の傾斜面に形成されている。

第１の透明導電層の構成素材としては、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２またはＣｄＯなどが挙げられる。第１の透明導電層を構成し得るこれらの化合物は、ｐ層とは電気的に接続可能であるが、ｎ層とは電気的に接続し得ない。よって、反射層による電流のリークを防止することができるため、半導体発光素子の発光効率を高めることが可能となる。第１の透明導電層の構成素材としては、ＩＴＯまたはＩＺＯが、特に好ましい。

また、図３では、ｐ層１０４とｐ型電極１０５との間にも、ｐ型電極１０５側に第２の透明導電層１０８ａを介して第２の反射層１０７ａを設けた例を示しており、該反射層によって、ｐ型電極１０５側へ向かう光を支持基板１０１側へ反射させて（図３中、Ａ１およびＡ４）、光の取り出し効率を高めている。ただし、この場合、図３に示すように第１の透明導電層１０８には間隙を設けておき、ｐ型電極１０５やｐ層１０４とｎ型電極１０６の間でのショートを防止する必要がある。このような間隙は、透明導電層形成時にマスクを施しておくか、プラズマあるいは塩化鉄を含むエッチング液などを用いた公知のエッチングを透明導電層に施すことにより形成することができる。

透明導電層は、第１、第２のいずれも、公知の蒸着法などにより形成することができるが、スパッタ法により形成することが望ましい。スパッタ法により形成すると、透明導電層とｐ層との密着性が良好なものとなる。

また、透明導電層をスパッタ法で形成する場合には、マグネトロンスパッタ装置を用いることが推奨される。図４は、マグネトロンスパッタ装置を用いて透明導電層を形成する場合の概念図である。図４中、１１３は透明導電層を形成する試料、１１４は透明導電層形成用ターゲット（すなわち、ＩＴＯターゲット、ＩＺＯターゲットなど）、１１５はマグネット、１１６は試料ホルダーを示している。ターゲット１１４にプラズマ１１８を当てることで、ターゲット１１４表面からスパッタ粒子が放出されるが、このマグネトロンスパッタ装置では、マグネット１１５により、対向するターゲット１１４、１１４間にプラズマ１１８を高密度に閉じ込めることができる。発生したスパッタ粒子はプラズマ１１８と衝突してランダム方向に飛ばされる。これらスパッタ粒子のうち、試料１１３側に向かうもの（図中１１７）が試料１１３の表面に堆積し、透明導電層が形成される。

このようにマグネトロンスパッタ装置を用いた場合には、試料（半導体発光素子中間体）を直接プラズマに曝さなくとも良いため、このプラズマによる試料（半導体層）のダメージを回避することができる。

このようにして形成される透明導電層の厚みは、第１、第２のいずれにおいても、０．００１〜２μｍであることが好ましく、０．００５〜０．５μｍであることがより好ましい。なお、第２の透明導電層が、上記の積層構造の場合には、その全厚みがこの範囲内にあればよい。ただし、第２の透明導電層が、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｔａ、ＣｕまたはＦｅを含む金属で構成される場合には、上述した通り、その厚みを、２０Å以上、より好ましくは５０Å以上であって、２００Å以下、より好ましくは１００Å以下とすることが推奨される。

さらに第１および／または第２の透明導電層には、ｐ型ドーパント（ｐ型不純物）がドープされていることが望ましく、これによりｐ層−透明導電層間のコンタクト抵抗を低減させることができる。さらに、このような観点からは、透明導電層中のｐ型ドーパント濃度が、反射層（第１の透明導電層においては第１の反射層、第２の透明導電層においては第２の反射層）との接触面近傍よりも、他面側近傍（ｐ層近傍）の方が、大きくなっていることが好ましい。より好ましくは、ｐ型ドーパント濃度が、反射層との接触面近傍から他面側近傍に向かって、段階的または傾斜的に増大している態様である。

透明導電層にドープするｐ型ドーパントとしては、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｃａ、Ｂｅ、Ｃなどが挙げられる。また、透明導電層にｐ型ドーパントをドープする手法は、特に制限されず、公知の手法が採用可能であるが、例えば、イオン注入法を採用することが望ましい。このイオン注入法では、加速電圧を調整することで、注入するドーパントを特定の厚み位置に集めることができるため、ｐ型ドーパント濃度を、反射層との接触面近傍よりも、他面側近傍の方が大きくなるようにすることが容易である。また、イオン注入法によって、反射層との接触面近傍から他面側近傍に向けて、ｐ型ドーパント濃度を段階的または傾斜的に増大させる場合には、ドープ中に加速電圧を段階的に変更する方法を採用すればよい。

さらに、第１および／または第２の透明導電層は、希ガス、窒素および酸素よりなる群から選択される少なくとも一つのガス雰囲気下で、２００〜８００℃の温度で熱処理が施されていることも好ましい。このような熱処理を施すことで、透明導電層中でのキャリア密度を増加させ得るため、抵抗率を低下させることができる。

上記熱処理は、上記傾斜面（およびｐ層表面）に透明導電層を形成後、反射層形成前の半導体発光素子中間体に施すことが一般的であるが、この熱処理によって透明導電層表面が酸化して酸化層が形成される場合がある。この場合、上記酸化層を除去することが好ましく、これにより、透明導電層上に形成される反射層との接触抵抗を低くし、且つ密着性を向上させることできる。上記酸化層は、例えば、塩化鉄（ＦｅＣｌ_３）と塩酸の混合液などを用いたエッチングにより除去できる。

第１および／または第２の反射層は、光の反射率が８５％以上であることが好ましいことは上記した通りであるが、第３実施形態では、上記透明導電層を介して、上記凹部の傾斜面やｐ層上に反射層を形成するため、反射層の構成素材として、ｐ層とオーミック接触し得ない素材を選択することができる。よって、反射層の構成素材としては、ＡｌやＡｇなどが好適であるが、Ａｇは腐食し易いといった問題があるため、Ａｌが特に好適である。

また、第３実施形態におけるｐ型電極１０５およびｎ型電極１０６の素材としては、特に限定されないが、Ａｕが好適である。上記の通り、本発明の半導体発光素子はフリップチップ接合されるものであるため、これら電極のＡｕを金バンプとして利用することができる。ただし、実施形態を問わず、本発明の半導体発光素子は、実装の場合の接合手段が金バンプによる接合に限定されるわけではなく、例えばハンダバンプによって接合することも可能である。

＜第４実施形態＞
図５は、本発明の半導体発光素子の第４実施形態を示す断面模式図である。第４実施形態は、以下の点に特徴を有している。

第４実施形態に係る半導体発光素子１０ｄでは、第２の透明導電層１０８ａが、第２の反射層１０７ａとｐ層１０４との間の一部にのみ介在しており、第２の反射層１０７ａとｐ層１０４が直接接する部分１１９が存在する。

上記の第２実施形態や第３実施形態では、第２の透明導電層１０８ａが、第２の反射層１０７ａとｐ層１０４の間の全面に介在しているが（図２、図３）、この場合、発光層１０３から発生した光のうち、ｐ型電極１０５側に向かう光は、全て第２の透明導電層１０８ａを通過して第２の反射層１０７ａに到達する。そして第２の反射層１０７ａと第２の透明導電層１０８ａの界面に到達した光は反射光となり、支持基板１０１側へ向かうが、この反射光も全て第２の透明導電層１０８ａを通過する。発光層１０３からの光および上記反射光は、第２の透明導電層１０８ａを通過する際に、僅かではあるが吸収される。そのため、発光層１０３から発生した光のうち、支持基板１０１側から取り出し得る光も、減少することになる。

よって、第４実施形態に係る半導体発光素子１０ｄでは、第２の反射層１０７ａとｐ層１０４との間で電気的接続を達成するための第２の透明導電層１０８ａの介在の程度を、発光に十分な電流量が確保できるレベルに抑え、第２の反射層１０７ａとｐ層１０４とを直接接触させる面積を増やすことで、第２の透明導電層１０８ａにより吸収される光の低減を達成している。

第４実施形態に係る第２の透明導電層の形態は、発光に十分な電流量が確保できる限り、特に制限はない。例えば、平面視で、格子状、線状（例えば、複数本の線が平行に配列された形状）などの連続形状で、ｐ層が露出できる箇所を複数備えた形態や、突起（ドット）などが平面視で不連続に点在する形態（いわゆる不連続層）が挙げられる。こうした第２の透明導電層の介在の程度は、第２の反射層とｐ層との間の平面視での全面積に対し、例えば、４０面積％以上、より好ましくは６０面積％以上であって、１００面積％以下（第２の透明導電層による光の吸収が問題にならない場合は１００面積％であってもよい）、より好ましくは８０面積％以下とすることが望ましい。

第４実施形態に係る第２の透明導電層を形成するには、第３実施形態において説明した形成法を実施する際に、平面視でｐ層が露出すべき箇所にマスクを施しておく方法や、透明導電層形成後、プラズマあるいは塩化鉄を含むエッチング液などを用いた公知のエッチング法により、平面視でｐ層が露出する箇所を形成する方法などが採用できる。

なお、図５では、第１の反射層１０７が、絶縁膜１０９を介して上記傾斜面に形成されている態様を示したが、この絶縁膜に代えて、第１の透明導電層が第１の反射層１０７と上記傾斜面の間に介在していてもよく、また、ｎ型電極１０６が図３に示す構造のものであってもよい。

＜第５実施形態＞
図６は、本発明の半導体発光素子の第４実施形態を示す模式図であり、（ａ）は各層の積層構造を示す断面図である。第５実施形態は、以下の点に特徴を有している。

第５実施形態に係る半導体発光素子１０ｅでは、第２の透明導電層１０８ａが上記Ａ層およびＢ層から構成される積層構造（図６中では単層で表現している）であり、且つＢ層側表面（第２の反射層１０７ａ側）に凹凸構造を有している。この凹凸構造の存在により、第２の反射層１０７ａと第２の透明導電層１０８ａとの界面での光の散乱を抑制できる。よって、発光層１０３から発生した光のうち、ｐ型電極１０５側へ向かう光を、支持基板１０１側へ高効率に反射させることが可能であり、発光素子から外部へ取り出し得る光量を増加させることができる。

第２の透明導電層１０８ａ表面に上記の凹凸構造を形成するには、例えば、第２の透明導電層１０８ａ（Ｂ層）形成後に、プラズマあるいは塩化鉄を含むエッチング液などを用いた公知の方法によってエッチングを施せばよい。そして、その後第２の反射層１０７ａを形成することで、第２の透明導電層１０８ａと第２の反射層１０７ａの界面が凹凸状となる。

また、第５実施形態に係る半導体発光素子１０ｅでは、ｎ層１０２の支持基板１０１側表面にも、凹凸構造を有している。図６（ｂ）にｎ層１０２の支持基板側表面が凹凸構造を有する場合の一例を示す。この凹凸構造の存在により、支持基板１０１側へ向かう光が、ｎ層１０２と支持基板１０１との界面で散乱することを抑制できる。このため、支持基板１０１を経て発光素子外部に取り出し得る光量を増加させることができる。

ｎ層１０２表面の上記凹凸構造は、例えば、支持基板１０１上にｎ層１０２を形成後、支持基板１０１側からレーザー光を照射し、ｎ層１０２の一部を分解する方法が採用できる。ｎ層１０２の分解物は、半導体発光素子側面から、外部に放散する。よって、このような凹凸構造形成法を採用した場合、凹部は空隙となる。

第２透明導電層表面の上記凹凸構造、およびｎ層表面の上記凹凸構造の形態としては、例えば、三角錐形状や円柱形状などの形状を有する凸部が、周期的に形成された形態が挙げられる。こうした凸部のピッチは特に制限されないが、例えば、凸部の形状が三角錐や円柱の場合には、該三角錐または該円柱の底面の直径長さと同程度の距離（例えば同じ長さ）が例示できる。また、凸部が三角錐の場合には、三角錐の頂点と底面の中心点とを通る線分と三角錐側面とのなす角が、例えば３０〜６０°であることが望ましい。

なお、図６では、第２の透明導電層１０８ａ表面、ｎ層１０２表面の両者が凹凸構造を有している態様を示したが、いずれか一方のみが凹凸構造を有する態様であってもよい。ただし、光の取り出し効率を更に高める観点からは、第２の透明導電層１０８ａ表面、ｎ層１０２表面共、凹凸構造を有している態様が望ましい。

また、図６では、第１の反射層１０７が、絶縁膜１０９を介して上記傾斜面に形成されている態様を示したが、この絶縁膜に代えて、第１の透明導電層が第１の反射層１０７と上記傾斜面の間に介在していてもよく、また、ｎ型電極１０６が図３に示す構造のものであってもよい。

＜第６実施態様＞
図７は、本発明の半導体発光素子の第６実施態様を示す斜視図である。この第６実施態様の半導体発光素子１０ｆは、上記凹部の形状が平面視で櫛型に形成されており、これにより、櫛型のｐ型電極１０５と櫛型のｎ型電極１０６が、平面視で互いに噛み込み状に構成されている。なお、図７では、半導体発光素子の各層の構成の理解を容易にするために、反射層や透明導電層、絶縁膜は図示していないが、ｐ型電極１０５の対向する２つの櫛歯と、これに挟まれる凹部を含む断面が、図１〜図３、図５または図６に示すような上記本発明の半導体発光素子の断面構造（第１実施形態〜第５実施形態）を有している。

本発明の半導体発光素子が、かかる第６実施形態の場合には、各電流経路の抵抗を等しくして発光層１０３内の電流分布を広くすることにより、発光が電極直下に集中することを防止し、加えて発光面積を拡大させることができる。よって発生する光量を増大させることが可能である。

＜上記凹部の形成方法＞
次に、上記凹部の形成方法について説明する。図８は、凹部形成の各工程を経た半導体発光素子中間体の断面構造を示したものである。まず、図８（ａ）に示すように、支持基板１０１上に、ｎ層１０２、発光層１０３、ｐ層１０４を順次積層してなるＧａＮ系化合物半導体層を形成する。

次に、ｐ層１０４上にエッチングマスク層２００を形成する［図８（ｂ）］。エッチングマスク層２００は、例えば、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、Ｎｉ、レジスト樹脂などを用いて、公知の蒸着法（ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、Ｎｉなど）や、塗布・露光による硬化（レジスト樹脂）などにより製膜することで形成できる。その厚みは、０．１〜５μｍとすることが好ましい。

次に、エッチングマスク層２００上にレジスト樹脂（好ましくはポジ型フォトレジスト）を塗布し、露光・現像して、エッチングマスク層２００をエッチングするためのパターン（開口部）を形成する。図８（ｃ）は、エッチングマスク層２００をエッチングするための開口部を形成したレジスト膜２０１を有する半導体発光素子中間体を示している。

次に、エッチングマスク層にエッチングを施し、ＧａＮ系化合物半導体層に上記凹部を設けるためのパターン（開口部）を形成する。エッチングマスク層がＳｉＯ_２より構成される場合のエッチングには、例えば、バッファフッ酸（ＢＨＦ、ＮＨ_４ＦとＨＦの混合物）をエッチング液として用いることができる。この際、エッチング液に曝される時間が長くなるエッチングマスク層のレジスト膜側近傍ほど、該エッチングマスク層の側面方向のエッチング長さが大きくなり、他方、該エッチングマスク層のｐ層側近傍ほど、側面方向のエッチング長さが小さくなる。よって、このエッチングによって、エッチングマスク層には、レジスト膜側（レジスト膜を除去した後にあっては、表面側）を広い開口、ｐ層側を狭い底面とする開口部が形成される。この開口部の形状（開口面積や開口部傾斜面の傾斜角）を調整することで、ＧａＮ系化合物半導体層に形成する凹部の形状（開口面積や傾斜面の傾斜角）を制御することができる。

エッチングマスク層の上記開口部の形状は、ＢＨＦの濃度やエッチング時間で制御可能である。例えば、ＢＨＦとしては、ＮＨ_４Ｆ：ＨＦ＝１０〜０．１：１（体積比、以下同じ）とし、これを純水で１〜１０倍（体積倍、以下同じ）に希釈した濃度のものが好ましく、また、エッチング時間は、エッチングマスク層の厚みにもよるが、例えば、０．５μｍの厚みの場合には、２〜４分が好適であり、これらを基準として、形成する開口部の形状に応じて適宜選択すればよい。

エッチングマスク層に上記開口部を形成した後、レジスト膜を除去するが、その方法としては、レジスト膜を溶解し得る溶媒を使用して溶解除去することが一般的である。溶媒の種類は、レジスト樹脂の種類にもよるが、アセトンなどのケトン類や、発煙硝酸などが通常使用される。図８（ｄ）は、エッチングマスク層２００に上記開口部を形成後、レジスト膜を除去した半導体発光素子中間体を示している。例えば、図８（ｃ）に示すように、レジスト膜２０１に設けられた開口部が比較的小さくても、例えばエッチング時間を長くするなどにより、図８（ｄ）に示すように、エッチングマスク層２００の開口面積を大きくすることが可能である。

次に、図８（ｅ）に示すように、塩素を含むプラズマ２０１によってエッチングを行い、上記凹部を形成する。このエッチングには、公知のプラズマ処理装置［反応性イオンエッチング装置（ＲＩＥ）など］を使用すればよい。上記凹部の形状（開口面積や傾斜面の傾斜角）は、上述したエッチングマスク層２００の開口部の形状に加えて、エッチングマスク層２００の厚みや、エッチングの際のプラズマの生成電力を調整することによっても制御できる。このエッチングの際には、エッチングマスク層２００の一部もエッチングされてしまうが、例えばＳｉＯ_２から構成されるエッチングマスク層では、ＧａＮ系化合物半導体層の方がエッチング速度が２〜４倍程度速い。よって、エッチングマスク層２００の厚みや開口部の傾斜角を適切なものとすれば、例えば開口部の形状が図８（ｄ）のようなエッチングマスク層２００を設けておくことで、図８（ｅ）のような形状の凹部を形成することができる。

塩素を含むプラズマによるエッチングの終了後、残存しているエッチングマスク層を除去して、ＧａＮ系化合物半導体層に上記凹部を形成した半導体発光素子中間体［図８（ｆ）］を得ることができる。エッチングマスク層の除去方法は、特に制限されず、エッチングマスク層を構成する素材を溶解し得る溶媒を用いた溶解除去などが採用できる。エッチングマスク層が、例えばＳｉＯ_２で構成されている場合には、ＢＨＦやフッ酸などを用いればよい。

＜上記凹部形成後の工程＞
次に、本発明の半導体発光素子のうち、上記第２実施形態を例にとり、上記凹部形成後の工程を説明する。第２実施形態の場合は、まず透明導電層（上記第２の透明導電層）と絶縁膜を形成する。これらの形成順序は特に限定されない。図９には、透明導電層１０８ａを形成し［図９（ａ）］、その後、絶縁膜１０９を形成した例を示している［図９（ｂ）］。透明導電層１０８ａ形成後は、上記条件下での熱処理や、ｐ型ドーパントのドーピングを行うことが好ましい。また、上記熱処理を施した場合には、透明導電層表面に形成される酸化層を除去することが推奨される。

その後、ｎ型電極を構成するＴｉ層１１２、反射層１０７、１０７ａ、Ａｌ層１１０を形成する［図９（ｃ）］。反射層１０７、１０７ａがＡｌから構成される場合には、Ａｌ層１１０と同時に形成することができる。続いてｐ型電極１０５を形成して図２に示す第２実施形態の半導体発光素子が得られる。

上記の各工程での層形成方法や熱処理、ドーピングについては、上述の第１実施形態から第５実施形態の項で説明した方法、条件に従えば良い。

以上の通り、本発明の半導体発光素子では、上記傾斜面に設けられた反射層（第１の反射層）によって、光の取り出し効率を高め得ることに加えて、該反射層を、絶縁膜を介して形成することにより、反射層によるリーク電流の発生を抑制でき、半導体発光素子の発光効率を高めることができる。

他方、上記傾斜面の反射層（第１の反射層）を、第１の透明導電層を介してｐ層と電気的に接続すると共に、ｐ型電極とｐ層の間にも第２の反射層を設け、この第２の反射層についても、透明導電層を介してｐ層と電気的に接続する構成を採用した場合には、特に第２の反射層とｐ層とのオーミック性が良好となることで、ｐ型電極部分でのロスを抑制できる。しかも、半導体発光素子を半導体発光装置などに使用するためにフリップチップ接合によって回路基板などに実装した場合に、この第２の反射層を設けることで、ｐ型電極での光の吸収を抑えることができ、支持基板（サファイア基板）からの光の取り出し効率を高めることができる。

また、第２の透明導電層を、第２の反射層とｐ層の間の一部にのみ介在させることで、第２の反射層−ｐ層間の電気的接続を発光に十分な程度に保ちつつ、第２の反射層とｐ層が直接接する面積を増やすことができる。そのため、発光層から発生した光のうち、第２の透明導電層で吸収される光の量を減らすことができるため、光の取り出し効率をより高めることができる。

さらに、第２の透明導電層を、上述した特定の元素を含む金属から構成される薄膜（例えば、厚みが２０〜２００Å）とすることで、発光層から発生した光やその反射光の、該透明導電層による吸収を抑制しつつ、ｐ層と第２の反射層との間の抵抗を低くでき、動作電圧の低い半導体発光素子とし得る。

加えて、第２の透明導電層を、上述した特定の積層構造とすることで、ｐ層と第２の反射層との間の抵抗を低く、半導体発光素子の動作電圧を低下させつつ、第２の透明導電層の全厚みを比較的大きくできる。よって、第２の透明導電層の表面（第２の反射層側表面）を凹凸構造とすることができる。この場合、発光層から放射されて第２の反射層に向かう光を、第２の反射層と第２の透明導電層の界面での散乱を抑制しつつ効率的に支持基板側に反射できるため、光の取り出し効率をより高めることができる。

また、ｎ層の支持基板側表面に凹凸構造を付すことで、発光層から放射された光のうち、支持基板側に向かう光の、ｎ層−支持基板界面での散乱を抑制できる。このため、光の取り出し効率を更に高めることができる。

さらに、上記の層構成を採用し、加えて櫛型のｎ型電極と櫛型のｐ型電極が、互いに噛み込み状に配される構成を採用した半導体発光素子では、ｐ型電極領域での電流分布を均一化することでき、これにより素子の発光自体を向上させ得ると共に、上述の通り、第１の反射層や第２の反射層の作用により、発光層側面やｐ型電極に向かう光を支持基板から取り出すことができるため、素子の明るさを一層高めることができる。

以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は本発明を制限するものではなく、前・後記の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施をすることは、全て本発明の技術的範囲に包含される。

＜光の取り出し効率の評価実験＞
実験１
実施例１
支持基板上にｎ層、発光層、ｐ層を順次積層してなるＧａＮ系化合物半導体層を有する半導体発光素子中間体Ａを用意した。この支持基板、ｎ層、発光層およびｐ層を構成する化合物と、各層の厚みを表１に示す。

上記半導体発光素子中間体Ａのｐ層表面に、ＳｉＯ_２からなるエッチングマスク層（厚み：１μｍ）を形成した。エッチングマスク層の形成は、ＭＯＣＶＤ法によって、４５０℃の温度下で、シランガス（ＳｉＨ_４）と酸素の混合気体を用いて行った。

さらにこのエッチングマスク層上に、ポジ型フォトレジスト（東京応化製「ｉＰ１８００」）を、スピンコート法（５００回転で１０秒、その後２０００回転で３０秒）により塗布し、表面温度が１１０℃のホットプレート上に載せて４分間ベークした後、ｉ線ステッパ装置（ミカサ社製「マニュアルアライナー ＭＡ−１０」を用いて１０．５秒露光した。その後、アルカリ現像液（東京応化社製「ＮＭＤ３」を用いて現像を行った。現像時間は９０秒とし、その後５分間水洗した。さらに１１０℃で２分間ポストベークを行い、図８（ｃ）に示すような開口部を有するレジスト膜を形成した。

次に、上記レジスト膜の開口部から、ＢＨＦを用い、室温で６分間エッチングを施し、レジスト膜側表面を広い開口、ｐ層側を狭い底面とする開口部を形成した。ＢＨＦは、関東化学社のＮＨ_４Ｆ：ＨＦ＝６：１（体積比）の製品に、ＨＦを加えてＮＨ_４Ｆ：ＨＦ＝３：１に調製し、さらに純水で１０倍に希釈したものを用いた。その後、アセトンを用いてレジスト膜を溶解除去した。

次に、ＲＩＥを用いてプラズマエッチングを行い、ＧａＮ系化合物半導体層に上記凹部を形成し、半導体発光素子中間体Ｂとした。エッチングは、塩素ガスにＡｒを加え、ＲＦパワーとして２００Ｗを供給して行った。この凹部のテーパ角度（傾斜面と、凹部底面の延長線とのなす角の角度）は３０°である。

その後、上記の傾斜面上に絶縁膜（ＳｉＯ_２）膜（厚み：０．１μｍ）を形成させた。絶縁膜は、ＭＯＣＶＤ法によって、４５０℃の温度下で、シランガス（ＳｉＨ_４）と酸素の混合気体を用いて、半導体発光素子中間体ＢのＧａＮ系化合物半導体層の表面に形成させ、その後、エッチングマスク層をエッチングしたのと同様の手法によってエッチング処理を行い、図９（ｂ）に示すように、傾斜面上にのみ絶縁膜が残るようにした。

次に、傾斜面上に絶縁膜を形成した半導体発光素子中間体ＢのＧａＮ系化合物半導体層および絶縁膜上にＩＴＯから構成される透明導電層（１００Å）を形成させた。透明導電層は、マグネトロンスパッタ装置を用い、Ａｒに２体積％の酸素を加え、真空度を０．０７Ｐａとした環境中で、ＲＦパワー：１００Ｗの条件で形成させた。その後、透明導電層表面に、上記エッチングマスク層上に設けたのと同様の手法により透明導電層エッチング用の開口部を有するレジスト膜を設け、ＲＩＥを用いて、Ａｒ流量：５０ｓｃｃｍ、ＲＦパワー：１００Ｗの条件でエッチングを行い、図７（ａ）および（ｂ）に示すような領域に透明導電層が残るようにして、半導体発光素子中間体Ｃとした。

次に、半導体発光素子中間体Ｃの透明導電層に、ソース源：ＭｇＣｌ_２、ビーム電流：２００μＡ、真空度：１×１０^−６Ｔｏｒｒの条件でイオン注入（ドーピング）を行った。ドーズ量は１×１０^１３／ｃｍ^２とした。

次に、ドーピング後の半導体発光素子中間体Ｃに、ランプアニール装置を用いて、窒素と酸素の混合気体雰囲気下（Ｏ_２濃度：２体積％、流量：５０ｓｃｃｍ）、５００℃で１分熱処理を施した。その後、透明導電層表面に形成された酸化層を塩化鉄（ＦｅＣｌ_３）と塩酸の混合液によって除去した。

続いて、上記熱処理・酸化層除去後の半導体発光素子中間体Ｃの表面にＴｉ層（厚み：５００Å）を形成させ、透明導電層と同様のエッチング処理により、図９（ｃ）に示すように上記凹部表面部のみを残すようにした。その後、さらにＡｌ層（厚み：８０００Å）を形成させ、透明導電層と同様のエッチング処理により、図９（ｃ）に示すように、Ｔｉ層上、絶縁膜上および透明導電層上のみを残すようにした。Ｔｉ層およびＡｌ層は、いずれも、エレクトロンビーム蒸着装置を用い、エミッション電流：３０ｍＡ、真空度：１×１０^−６Ｔｏｒｒの条件で形成させた。

Ａｌ層の形成後、４４０℃、１５分の条件で熱処理を行った。この熱処理は、Ｔｉ層とＡｌ層との密着性の向上、ｐ層と第２の透明導電層との密着性の向上、およびｐ層と第２の透明導電層との間の接触抵抗の低減を目的として実施するものである。本発明の半導体発光素子では、ＴｉとＡｌを積層した電極を採用する場合には、層間密着性の向上およびＴｉとＡｌの接触抵抗低減の観点から、こうした熱処理を実施することが好ましい。

その後、スパッタ装置を用い、Ａｒ流量：５０ｓｃｃｍ、ＲＦパワー：２００Ｗ、真空度：１×１０^−６Ｔｏｒｒの条件でＡｕ層（厚み：１．５μｍ）を形成させ、透明導電層と同様のエッチング処理により、図２に示すように、ｐ型電極（１０５）およびｎ型電極のＡｌ層上（１１１）のみを残して、半導体発光素子を得た。

得られた半導体発光素子を光検出器（フォトダイオード）上に設置し、半導体発光素子に２ｍＡの電流を供給して、支持基板側から素子外部に発生する光を光検出器で測定した。この光検出器では、検出した光を電流値でアウトプットするものである。結果を表２に示す。

実施例２，３，比較例１
半導体発光素子中間体Ｂを得るためのエッチングマスク層のエッチングにおいて、ＢＨＦとして、関東化学社のＮＨ_４Ｆ：ＨＦ＝６：１の製品を純水で１０倍に希釈したもの（実施例２）、関東化学社の該製品にＮＨ_４Ｆを添加してＮＨ_４Ｆ：ＨＦ＝１０：１に調製し、純水で１０倍に希釈したもの（実施例３）、または関東化学社の該製品にＮＨ_４Ｆを添加してＮＨ_４Ｆ：ＨＦ＝１０：１に調製したもの（比較例１）に変更した他は、実施例１と同様にして半導体発光素子を得た。テーパ角度は、実施例２が４５°、実施例３が６０°、比較例が９０°である。すなわち、比較例は従来の半導体発光素子に相当する。これらの半導体発光素子について、実施例１と同様にして光の強度（電流値）を測定した。結果を表２に示す。

表２では、光強度比として、実施例１〜３の半導体発光素子の光電流値を、比較例の半導体発光素子で得られた光電流値を１とした場合の相対値として示している。また、これらの結果を図１１のグラフにも示す。図１１のグラフでは、縦軸に光強度比を、横軸に半導体発光素子の上記凹部のテーパ角度を表している。実施例１〜３の半導体発光素子では、凹部の傾斜面に設けた反射層（Ａｌ層）やＡｌで構成されるｐ型電極によって、支持基板側へ向けられる光、すなわち支持基板から取り出される光の割合が増大していると共に、絶縁膜により、電流のリークが防止されて供給電流が効率よく発光に利用されており、これらの効果によって表２および図１１に示す結果が得られている。

また、実施例４として、実施例１に記載のイオン注入（ドーピング）を透明導電層に施さない他は、実施例２と同様にして半導体発光素子を作製し、実施例２の半導体発光素子と、動作電圧の比較を行った。その結果、実施例２の半導体発光素子は、実施例４に比べて動作電圧が０．２Ｖ低く、透明導電層へのドーピングによる抵抗率低減効果が確認できた。

実験２
実施例５、比較例２
実施例２と同様の手法・条件により、表３に示す構成で、図３に示す構造の半導体発光素子（実施例５）を、また、比較例１と同様の手法・条件により、表３に示す構成で、図１０に示す構造の半導体発光素子（比較例２）を作製した。なお、比較例２の半導体発光素子のｐ型電極、ｎ型電極は、いずれも積層構造であり、Ａｕが最表層となっている。

これらの半導体発光素子の発光強度（光電流値）を実施例１と同様にして測定した。結果を表４に示す。

表４から分かるように、実施例５の半導体発光素子では、入力電流に対する光起電流が、比較例の半導体発光素子よりも大きく、発光強度が大きいことが分かる。特に供給電流が２ｍＡの条件では、実施例５の半導体発光素子は、比較例２のものに比べて、約１．７倍の発光強度を有している。

実施例５の半導体発光素子では、凹部の傾斜面に設けた反射層（Ａｌ層）やＡｌで構成されるｐ型電極によって、支持基板側へ向けられる光、すなわち支持基板から取り出される光の割合が増大していると共に、傾斜面上に設けられたＩＴＯから構成される透明導電層により、電流のリークが防止されて供給電流が効率よく発光に利用されており、これらの効果によって表４に示す結果が得られている。

＜透明導電層の熱処理による効果確認実験＞
透明導電層を形成し、ドーピングを施した後の半導体発光素子中間体Ｃの熱処理条件を２００〜９００℃で１００℃ごとに変更した他は実施例２と同様にして半導体発光素子を作製し、透明導電層の抵抗値と熱処理温度との関係を調べた。透明導電層の抵抗値は、４端子法により測定した。ｐ層上の透明導電層を平面視で正方形としておき、この透明導電層の４隅に１本ずつプローブを当てる。隣り合う２本ずつのプローブを一対とし、片対のプローブには一定電流を流し、他対のプローブで電圧を計測する。このときの電流（Ｉ）と電圧（Ｖ）の関係から透明導電層の抵抗値を算出する。測定装置には、アジレントテクノロジ社製「半導体パラメータアナライザ ４１４５Ｂ」を用いた。結果を図１２に示す。

図１２のグラフでは、縦軸に透明導電層の抵抗値を、横軸に熱処理温度を表している。図１２から分かるように、透明導電層の熱処理温度が２００〜８００℃の場合には、抵抗値が非常に小さく、半導体発光素子に供給した電流が、より効率よく発光に使用され得ることを示している。

本発明の半導体発光素子の第１実施形態を示す断面模式図である。 本発明の半導体発光素子の第２実施形態を示す断面模式図である。 本発明の半導体発光素子の第３実施形態を示す断面模式図である。 マグネトロンスパッタ装置により透明導電層を形成する場合の概念図である。 本発明の半導体発光素子の第４実施形態を示す断面模式図である。 本発明の半導体発光素子の第５実施形態を示す模式図であり、（ａ）各層の積層構造を示す断面図、（ｂ）ｎ層の支持基板側表面の構造を示す断面図である。 本発明の半導体発光素子の第６実施形態を示す斜視図である。 本発明の半導体発光素子の凹部を形成する工程を説明するための図である。 本発明の半導体発光素子（第２実施形態）を製造する工程を説明するための図である。 従来の半導体発光素子の構造を示す断面模式図である。 実施例の実験１の結果を示すグラフである。 透明導電層の熱処理効果を示すグラフである。

符号の説明

１０ａ １０ｂ １０ｃ １０ｄ １０ｅ １０ｆ ２０ 半導体発光素子
１０１ 支持基板
１０２ ｎ層
１０３ 発光層
１０４ ｐ層
１０５ ｐ型電極
１０６ ｎ型電極
１０７ 第１の反射層
１０７ａ 第２の反射層
１０８ 第１の透明導電層
１０８ａ 第２の透明導電層
１０９ 絶縁膜
１１０ Ａｌ層
１１１ Ａｕ層
１１２ Ｔｉ層
１１３ 透明導電層を形成する試料
１１４ 透明導電層形成用ターゲット
１１５ マグネット
１１６ 試料ホルダー
１１７ スパッタ粒子の経路
１１８ プラズマ
１１９ ｐ層と第２の反射層との接触面
１２０ 第２の透明導電層の第２の反射層側表面の凹凸構造
１２１ ｎ層の支持基板側表面の凹凸構造
２００ エッチングマスク層
２０１ レジスト膜
２０２ 塩素を含むプラズマ
Ａ１ Ａ２ Ａ３ Ａ４ 反射層により支持基板側へ反射される光の経路
Ｂ１ ｐ型電極面で反射される光の経路
Ｂ２ 発光層から素子側面へ漏れる光の経路

Claims (24)

1. 透光性を有する支持基板の一方の面に、ｎ層、発光層、ｐ層が順次積層され、且つｎ型電極を前記ｎ層上に形成するための凹部を有するＧａＮ系化合物半導体層を含む半導体発光素子であって、
   前記凹部は、前記ｐ層側を広い開口、前記ｎ層側を狭い底面とする傾斜面を有し、少なくとも該傾斜面に前記発光層から放射される光を前記支持基板側へ反射するための反射層を有するものであることを特徴とする半導体発光素子。
2. 前記反射層は、前記ｐ層とのみオーミック接触できる素材で構成し、且つ前記ｐ型電極を該反射層と同じ素材で構成するものである請求項１に記載の半導体発光素子。
3. 前記反射層は、前記ｎ層とのみオーミック接触できる素材で構成し、且つ前記ｎ型電極と同じ素材から構成するものである請求項１に記載の半導体発光素子。
4. 前記反射層は、絶縁膜を介して前記傾斜面に形成されてなるものである請求項１に記載の半導体発光素子。
5. 前記ｐ型電極は、前記発光層から放射される光の反射率が少なくとも８５％である請求項４に記載の半導体発光素子。
6. 前記絶縁膜は、前記発光層から放射される光の透過率が少なくとも８０％である請求項４または５に記載の半導体発光素子。
7. 前記反射層は、透明導電層を介して前記傾斜面に形成されてなり、該透明導電層を介して前記ｐ層と電気的に接続しているものである請求項１に記載の半導体発光素子。
8. 前記ｐ層と前記ｐ型電極との間にも、前記発光層から放射される光を前記支持基板側へ反射するための第２の反射層を有するものである請求項３〜６のいずれかに記載の半導体発光素子。
9. 前記第２の反射層は、第２の透明導電層を介して前記ｐ層と電気的に接続しているものである請求項８に記載の半導体発光素子。
10. 前記第２の透明導電層が、前記第２の反射層と前記ｐ層の間の一部に介在している請求項９に記載の半導体発光素子。
11. 前記傾斜面に存在する第１の透明導電層、および前記第２の透明導電層は、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２またはＣｄＯより構成されてなるものである請求項７、９または１０に記載の半導体発光素子。
12. 前記第２の透明導電層は、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｔａ、ＣｕまたはＦｅを含む金属で構成されてなり、その厚みが２０〜２００Åである請求項１０または１１に記載の半導体発光素子。
13. 前記第２の透明導電層は、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｔａ、ＣｕまたはＦｅを含む金属で構成されてなり、その厚みが２０〜２００ÅであるＡ層と、
    ＩＴＯ、ＩＺＯ，ＺｎＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２またはＣｄＯで構成されてなるＢ層を有してなり、且つ
    Ｂ層が前記第２の反射層と接しているものである請求項１０または１１に記載の半導体発光素子。
14. 前記第２の透明導電層に係るＢ層は、前記第２の反射層側表面に凹凸構造を有するものである請求項１３に記載の半導体発光素子。
15. 前記第１および／または第２の透明導電層は、スパッタ法により形成されてなるものである請求項７、９〜１４のいずれかに記載の半導体発光素子。
16. 前記第１および／または第２の透明導電層には、ｐ型ドーパントがドープされているものである請求項７、９〜１５のいずれかに記載の半導体発光素子。
17. 前記第１および／または第２の透明導電層中のｐ型ドーパント濃度は、反射層との接触面近傍よりも、他面側近傍の方が、大きくなっているものである請求項１６に記載の半導体発光素子。
18. 前記第１および／または第２の透明導電層は、希ガス、窒素および酸素よりなる群から選択される少なくとも一つのガス雰囲気下で、２００〜８００℃の温度で熱処理が施されているものである請求項７、９〜１７のいずれかに記載の半導体発光素子。
19. 前記熱処理によって形成される前記透明導電層表面の酸化層が除去されているものである請求項１８に記載の半導体発光素子。
20. 前記傾斜面に存在する第１の反射層、および／または前記第２の反射層は、前記発光層から放射される光の反射率が少なくとも８５％である請求項１〜１９のいずれかに記載の半導体発光素子。
21. 前記凹部の形状が平面視で櫛型に形成されることにより、櫛型のｐ型電極と櫛型のｎ型電極を、互いに噛み込み状に構成されてなるものである請求項１〜２０のいずれかに記載の半導体発光素子。
22. 前記ｎ層は、前記支持基板側表面に凹凸構造を有するものである請求項１〜２１のいずれかに記載の半導体発光素子。
23. 前記ｎ層の凹凸構造は、前記支持基板表面に前記ｎ層を形成後、該支持基板側からレーザー光を照射することで形成されてなるものである請求項２２に記載の半導体発光素子。
24. 請求項１〜２３のいずれかに記載の半導体発光素子を製造する方法であって、
    透光性を有する支持基板の一方の面にｎ層、発光層、ｐ層が順次積層されて形成されているＧａＮ系化合物半導体層に、該ｐ層側を広い開口、該ｎ層側を狭い底面とする傾斜面を有し、該底面にｎ型電極を形成するための凹部を形成するに当たり、
    前記ｐ層表面に、表面側を広い開口、前記ｐ層側を狭い底面とする開口部を有するエッチングマスク層を設けた後、塩素を含むプラズマによってエッチングを行って、前記凹部を形成する工程、
    を有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。

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