JP2008135697A - 半導体発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】光取出面から取り出される光量を高めつつ偏光比の高い光を取り出し可能な半導体発光素子を提供することを目的としている。
【解決手段】半導体発光素子１は、基板２と、基板２上に積層された窒化物半導体積層構造３と、アノード電極４と、カソード電極６と、反射層７とを備えている。基板２は、ＧａＮ単結晶からなり、基板２の主面２ｂは、無極性面であるｍ面で構成されている。窒化物半導体積層構造３は、ｍ面を主面３ａとし、光を発光可能な活性層１２を含み、ＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層及びＡｌＧａＮ層からなる。反射層７は、光取出方向Ａとは反対方向へ進行する光を光取出方向Ａへと反射するためのものであり、光を取り出すための光取出面４ａとは反対側の面である基板２の底面２ａに形成されている。反射層７は、ＳｉＯ_２層とＳｉ_ｘＮ_ｙ層（Ｘ、Ｙは正の整数）とが周期的に複数層積層された積層構造からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、窒化物半導体積層構造を備えた半導体発光素子に関する。

従来、青色などの光を発光可能な活性層を有する様々な窒化物半導体積層構造を備えた半導体発光素子が知られている。

例えば、特許文献１には、サファイア基板上に複数のＧａＮ層又はＡｌＧａＮ層が積層された窒化物半導体積層構造を備えた半導体発光素子（半導体レーザ）が開示されている。この半導体発光素子では、上面又は下面に反射層を設けている。反射層は、複数の絶縁膜が積層された多層膜からなる。

上述の特許文献１の技術を発光ダイオードに適用した場合、活性層により発光された光を取り出すための光取出面とは反対側の面に上述の絶縁体の多層膜からなる反射層を設けることにより、活性層により発光された光のうち、光取出方向とは逆方向に進行する光を光取出面に反射することができる。これにより、光取出面とは反対側の面から放出されていた光をも光取出面から取り出すことができるので、光取出面から取り出される光量を向上させることができた。
特開平９−２１９５６２号公報

しかしながら、上述した発光ダイオードでは、反射層を設けることにより光取出面から取り出される光量を向上させることができたが、活性層において発光される光が偏光していないため、取り出される光の偏光比が低いといった問題がある。

本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、光取出面から取り出される光量を高めつつ偏光比の高い光を取り出し可能な半導体発光素子を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、光を発光可能な活性層を含む窒化物半導体積層構造を備えた半導体発光素子において、前記窒化物半導体積層構造の主面が、略無極性面又は略半極性面であり、前記活性層により発光された光が取り出される光取出面とは反対側の面には、光を光取出面へと反射するための反射部を備えたことを特徴とする半導体発光素子である。

ここで、略無極性面とは、無極性面及び無極性面の面方位からのオフ角が±１°以内である面を含む概念である。また、略半極性面とは、半極性面及び半極性面の面方位からのオフ角が±１°以内である面を含む概念である。

また、請求項２に記載の発明は、前記反射部は、複数の絶縁膜が積層されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子である。尚、ＳｉＮは、Ｓｉ_ＸＮ_Ｙ（Ｘ、Ｙは正の整数）を含む。

また、請求項３に記載の発明は、前記反射部は、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｎｂ_２Ｏ_３及びＴｉＯ_２のうちから選択された少なくとも２つの絶縁膜が積層されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体発光素子である。

また、請求項４に記載の発明は、前記反射部は、第１絶縁膜及び第２絶縁膜が周期的に積層され、前記活性層に発光された光の波長をλとし、前記第１絶縁膜の屈折率をｎ_１とし、前記第２絶縁膜の屈折率をｎ_２とした場合、前記反射部を構成する前記第１絶縁膜及び前記第２絶縁膜の１周期の厚みが、
（λ／４ｎ_１）＋（λ／４ｎ_２）
となるように形成されていることを特徴とする請求項２又は３のいずれか１項に記載の半導体発光素子である。尚、ここでいう鏡面加工とは、例えば、反射層が形成される面の表面の凹凸の高さが、活性層で発光される光の波長よりも小さくなるように表面を加工することをいう。

また、請求項５に記載の発明は、前記反射部は、前記光取出面とは反対側の面に順に積層された透明電極と、絶縁膜と、外部電極とを備え、前記透明電極は、前記窒化物半導体積層構造と電気的に接続され、前記絶縁膜には、前記透明電極の一部を露出させるための開口部が形成され、前記外部電極は、光を反射可能な金属からなり、前記絶縁膜の開口部により露出された前記透明電極と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子である。

また、請求項６に記載の発明は、前記反射部が形成される面は、鏡面加工されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の半導体発光素子である。

本発明によれば、略無極性面又は略半極性面を主面とする窒化物半導体積層構造を備えることにより、活性層において偏光した光を発光させることができるので、取り出される光の偏光比を高めることができる。また、発光した光のうち、光取出面と反対側に進行した光は、一般に外部の筐体などにより散乱されて偏光比が低下するが、本発明では、反射層を設けることにより、光取出面とは逆方向に進行した光を光取出面へと反射することができる。この結果、光が光取出面の反対側から放出されて、外部で散乱されることに起因する偏光比の低下を抑制できる。これにより、光取出面から取り出される光量を高めつつ、偏光比を高めることができる。

以下、図面を参照して本発明を発光ダイオード（ＬＥＤ）に適用した第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態による半導体発光素子（発光ダイオード）の断面図である。

図１に示すように、半導体発光素子１は、基板２と、基板２上に積層された窒化物半導体積層構造３と、アノード電極４と、カソード電極６と、反射層７とを備えている。

基板２は、ＧａＮ（窒化ガリウム）の単結晶からなる。尚、ＧａＮの単結晶の製造方法は、特に限定されるものではない。基板２の主面２ｂには、窒化物半導体積層構造３が積層される。この基板２の主面２ｂは、無極性面であるｍ面で構成されている。尚、ｍ面は、ＧａＮの結晶構造を六角柱の六方晶と近似した場合、六角柱の側面に相当する面（例えば、（１０−１０）面）のことである。また、基板２の面のうち光取出方向Ａとは反対側の面、即ち、反射層７が形成される側の面である底面２ａは、表面の凹凸の高さが、後述する活性層１２により発光される光の波長よりも小さくなるように鏡面加工されている。

窒化物半導体積層構造３は、基板２側から順に、ｎ型コンタクト層１１と、活性層１２と、ファイナルバリア層１３と、ｐ型電子阻止層１４と、ｐ型コンタクト層１５とが積層されている。ここで、上述したように基板２の主面２ｂをｍ面で構成しているので、基板２の主面２ｂ上に積層された窒化物半導体積層構造３の主面３ａも、活性層１２において偏光された光を発光することが可能な無極性面であるｍ面に構成されている。

ｎ型コンタクト層１１は、ｎ型のドーパントとして濃度が約１×１０^１８ｃｍ^―３のシリコンがドープされた約３μｍ以上の厚みを有するｎ型ＧａＮ層からなる。

活性層１２は、シリコンがドープされた厚さ約３ｎｍのＩｎ_ＺＧａ_１−ＺＮ層と厚さ約９ｎｍの厚さのＧａＮ層とが交互に５周期積層された量子井戸構造を有する。この活性層１２は、青色（例えば、約４３０ｎｍの波長）の光を発光する。ここで、Ｉｎ_ＺＧａ_１−ＺＮ層内におけるＧａに対するＩｎの比率であるＺは、「０．０５≦Ｚ≦０．２」に構成される。尚、緑色の光を発光させる場合には、「Ｚ≧０．２」に設定される。

ファイナルバリア層１３は、約４０ｎｍの厚みを有するＧａＮ層からなる。尚、ドーピングについては、ｐ型、ｎ型及びノンドープのいずれでもよいが、ノンドープが好ましい。

ｐ型電子阻止層１４は、ｐ型のドーパントとして濃度が約３×１０^１９ｃｍ^−３のマグネシウムがドープされた約２８ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＮ層からなる。

ｐ型コンタクト層１５は、ｐ型のドーパントとして濃度が約１×１０^２０ｃｍ^−３のマグネシウムがドープされた約７０ｎｍの厚みを有するＧａＮ層からなる。ｐ型コンタクト層１５の光取出方向Ａ側の光取出側面１５ａは、活性層１２から発光された光を窒化物半導体積層構造３から取り出すためのものである。この光取出側面１５ａの表面は、光の散乱を抑制して偏光比の低下を抑制するために、凹凸が約１００ｎｍ以下になるように鏡面加工されている。例えば、結晶成長により、上述したような平坦な鏡面を得ることができる。尚、光取出側面１５ａと窒化物半導体積層構造３の主面３ａは同じ面である。

アノード電極４は、Ｎｉ層及びＡｕ層をｐ型コンタクト層１５側から順に積層した金属層からなる。アノード電極４は、ｐ型コンタクト層１５とオーミック接続されるとともに、窒化物半導体積層構造３の水平方向（積層方向と直行する方向）の全領域に均一に電流を流すためにｐ型コンタクト層１５上の略全面を覆うように形成されている。このアノード電極４は、活性層１２により発光された光を透過可能な約２００Å以下の厚みを有する。アノード電極４の光取出面４ａは、活性層１２により発光された光が取り出される面であって、ｐ型コンタクト層１５の光取出側面１５ａと同様に、表面の凹凸が約１００ｎｍ以下になるように鏡面加工されている。例えば、電子ビーム蒸着法を用いれば、上述したような鏡面を得ることができる。このように、鏡面加工された光取出側面１５ａ及び光取出面４ａによって、活性層１２から発光された光は散乱が抑制されるので偏光比が高く維持されたまま取り出される。アノード電極４上の一部の領域には、Ｔｉ層及びＡｕ層が積層された接続部５が設けられている。

カソード電極６は、Ｔｉ層及びＡｌ層が積層されている。カソード電極６は、ｎ型コンタクト層１１の上面のうち露出されている領域にオーミック接続された状態で形成されている。

反射層７は、光取出方向Ａとは反対方向へ進行する光を光取出方向Ａへと反射するためのものであり、光取出面４ａとは反対側の面である基板２の底面２ａに形成されている。反射層７は、絶縁膜であるＳｉＯ_２層とＳｉ_ＸＮ_Ｙ層（Ｘ、Ｙは正の整数）とが周期的に複数層積層された積層構造からなる。尚、反射層７を構成する材料は、ＳｉＯ_２及びＳｉ_ＸＮ_Ｙに限定されるものではなく、ＳｉＯＮ、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｎｂ_２Ｏ_３及びＴｉＯ_２などの絶縁膜から適宜選択することができる。

これらＳｉＯ_２層とＳｉ_ＸＮ_Ｙ層の１周期（１ペア）の厚みｄは、反射した光が強め合うように、
ｄ＝（λ／４ｎ_１）＋（λ／４ｎ_２） ・・・（１）
となるように形成されている。ここで、λを活性層１２により発光される光の波長、ｎ_１をＳｉＯ_２層の屈折率とし、ｎ_２をＳｉ_ＸＮ_Ｙ層の屈折率とする。

次に、上述した半導体発光素子１の動作説明をする。この半導体発光素子１では、アノード電極４からホールが供給されるとともに、カソード電極６から電子が供給される。そして、ｎ型コンタクト層１１を介して活性層１２に電子が注入され、半導体層１３〜１５を介して活性層１２にホールが注入される。活性層１２に注入された電子及びホールは結合して約４３０ｎｍの光を発光する。ここで窒化物半導体積層構造３の主面３ａは無極性面であるｍ面なので、活性層１２により発光された光は偏光している。

この偏光した光のうち、光取出方向Ａに進行する光は、半導体層１３〜１５及びアノード電極４を透過して外部に取り出される。一方、光取出方向Ａと反対方向に進行する光は、反射層７により光取出方向Ａへと反射される。ここで、反射層７が形成される側の基板２の底面２ａは鏡面加工されているので、底面２ａで光の散乱を抑制できる。このため、光の偏光比の低下を抑制できるので、基板２側へ進行した光も散乱されることなく偏光状態を略保ったまま、半導体層１３〜１５及びアノード電極４を透過して外部に取り出される。

次に、上述した半導体発光素子の製造方法について説明する。

まず、主面２ｂが無極性面のｍ面でありＧａＮの単結晶からなる基板２を用意する。ここで、無極性面であるｍ面を主面２ｂとする基板２は、まず、Ｃ面を主面とするＧａＮ単結晶基板から切り出した後、（０００１）方向及び（１１−２０）方向の両方に関する方位誤差が±１°以内（好ましくは±０．３°以内）になるようにＣＭＰ法（化学的機械的研磨法）によって表面を研磨し、鏡面加工することによって作製される。これにより、ｍ面を主面２ｂとし、転位や積層欠陥といった結晶欠陥が少なく、表面の段差が原子レベルまで抑制された基板２を得ることができる。

次に、上述した基板２上にＭＯＣＶＤ法により窒化物半導体積層構造３を成長させる。具体的には、まず、基板２をＭＯＣＶＤ装置（図示略）の処理室内に導入し、加熱及び回転可能なサセプタ上に配置する。尚、処理室内は、１／１０気圧〜常圧に設定され、常に処理室内の雰囲気が排気されている。

次に、表面の荒れを抑制しつつＧａＮ層を成長させるために、基板２が保持された処理室内にキャリアガス（Ｈ_２ガス）によってアンモニアガスを供給しつつ、基板２の温度を約１０００℃〜約１１００℃に昇温させる。

次に、基板２の温度が約１０００℃〜約１１００℃まで上昇した後、キャリアガスによってアンモニア、トリメチルガリウム及びシランを処理室に供給して、シリコンがドープされたｎ型ＧａＮ層からなるｎ型コンタクト層１１を成長させる。

次に、基板２の温度を約７００℃〜約８００℃に設定した後、キャリアガスによってアンモニア、トリメチルガリウムを処理室に供給してノンドープのＧａＮ層を成長させた後、上述のガスとともにシラン及びトリメチルインジウムを供給することによりシリコンがドープされたＩｎＧａＮ層を成長させる。

そして、これらノンドープのＧａＮ層とシリコンがドープされたＩｎＧａＮ層を成長させる工程を交互に所望の回数繰り返すことによって量子井戸構造を有する活性層１２を形成する。その後、キャリアガスによってアンモニア及びトリメチルガリウムを処理室に供給して、ＧａＮ層からなるファイナルバリア層１３を成長させる。

次に、基板２の温度を約１０００℃〜約１１００℃まで昇温させた後、キャリアガスによってアンモニアガス、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム及びエチルシクロペンタジエニルマグネシウムを処理室に供給して、マグネシウムがドープされたｐ型ＡｌＧａＮ層からなるｐ型電子阻止層１４を成長させる。

次に、基板２の温度を約１０００℃〜約１１００℃に保ったまま、キャリアガスによってアンモニアガス、トリメチルガリウム及びエチルシクロペンタジエニルマグネシウムを処理室に供給して、マグネシウムがドープされたＧａＮ層からなるｐ型コンタクト層１５を成長させる。これによって窒化物半導体積層構造３が完成する。

次に、窒化物半導体積層構造３が形成された基板２をプラズマＣＶＤが可能な処理室に移動させて、ＳｉＯ_２層とＳｉ_ＸＮ_Ｙ層とを交互に成長させ、所望のペア数となるようにそれぞれ積層することによって反射層７を形成する。

次に、抵抗加熱法または電子線ビームによる金属蒸着装置によって、アノード電極４を形成する。その後、窒化物半導体積層構造３及び反射層７が形成された基板２をエッチング室に移動させて、ｎ型コンタクト層１１の一部が露出するように窒化物半導体積層構造３の一部をプラズマエッチングする。

次に、抵抗加熱法または電子線ビームによる金属蒸着装置によって、接続部５、カソード電極６を形成する。この後、劈開により各素子ごとに分割されて、図１に示す半導体発光素子１が完成する。

上述したように、第１実施形態による半導体発光素子１では、無極性面であるｍ面を主面３ａとする窒化物半導体積層構造３を備えているので、活性層１２において偏光した光が発光する。また、発光した光のうち、光取出方向Ａと逆方向に進行した光は、一般に基板の底面から放出された後、外部の筐体などにより散乱されて偏光比が低下するが、第１実施形態による半導体発光素子１では、基板２の底面２ａに反射層７を設けることにより、光取出方向Ａとは反対方向に進行した光を光取出方向Ａへと反射することができるので、光が基板２の底面２ａから放出されて、外部で散乱されることに起因する偏光比の低下を抑制することができる。

これにより、光取出面４ａから取り出される光量を向上させることができるとともに、偏光比の高い光を光取出面４ａから取り出すことができる。更に、基板２の底面２ａを鏡面加工することにより、基板２から反射層７に光が入射する際に、底面２ａにおける光の散乱を抑制することができるので、より偏光比の高い光を取り出すことができる。

このように半導体発光素子１は、偏光比が高い光を取り出せるので、液晶ディスプレイの光源として半導体発光素子１を適用した場合、光を偏光させるための偏光フィルターを一つ省略することができる。または、偏光フィルターを透過する光の割合を大きくすることができる。

また、反射層をＳｉＯ_２及びＳｉ_XＮ_Yにより構成することによって、容易に形成することができる。

また、ＳｉＯ_２層とＳｉ_ＸＮ_Ｙ層の１周期の厚みｄが式（１）を満たすように反射層７を形成することにより、ＳｉＯ_２層及びＳｉ_ＸＮ_Ｙ層の界面で反射された光が強め合うので、取り出される光量をより多くすることができる。

次に、第１実施形態の一部を変更した第２実施形態について説明する。図２は、第２実施形態による半導体発光素子の断面図である。尚、第１実施形態と同様の構成には同じ符号を付けて説明を省略する。

図２に示すように、半導体発光素子１Ａは、活性層１２から視て基板２側が光取出方向Ａとなっている。即ち、活性層１２で発光された光は、基板２の底面（光取出面）２ａから取り出される。このように構成する場合は、反射層７Ａが、基板２の底面２ａの反対側の面であるアノード電極４の上面に形成される。この反射層７Ａは、第１実施形態の反射層７と同様に、ＳｉＯ_２層とＳｉ_ＸＮ_Ｙ層が積層された積層構造を有する。

上述したように反射層７Ａをアノード電極４の上面に設けることにより、基板２側から光を取り出す半導体発光素子１Ａにも対応することができる。

次に、第１実施形態の一部を変更した第３実施形態について説明する。図３は、第３実施形態による半導体発光素子の断面図である。尚、第１実施形態と同様の構成には同じ符号を付けて説明を省略する。

図３に示すように、半導体発光素子１Ｂは、基板２と、基板２上に積層された窒化物半導体積層構造３と、アノード電極（請求項の透明電極に相当）４Ｂと、カソード電極６と、絶縁膜２１と、外部電極２２とを備えている。尚、アノード電極４Ｂ、絶縁膜２１及び外部電極２２が請求項の反射部に相当する。

アノード電極４Ｂは、ｐ型コンタクト層１５の上面１５ａの略全面に形成されている。アノード電極４Ｂは、約２００ｎｍ〜約３００ｎｍの厚みを有し、透明電極であるＺｎＯからなる。尚、ここでいう透明電極とは、一般的な金属のように薄く（例えば、数十ｎｍ）にすることによって光を透過可能にするものではなく、ある程度の厚み（例えば、数百ｎｍ）以上にしても光が透過する材料からなる電極のことである。

絶縁膜２１は、アノード電極４Ｂの上面４Ｂａの全面に形成されている。絶縁膜２１は、光を反射させるために外部電極２２の下面２２ｂを絶縁するためのものである。絶縁膜２１は、光を透過可能なＳｉＯ_２からなる。絶縁膜２１の厚みは、活性層１２から発光する光の波長以下、好ましくは、「波長／絶縁膜２１の屈折率」以下に構成される。一例として、絶縁膜２１の厚みを約５０ｎｍにすることが考えられる。絶縁膜２１の中心を含む中央部には、アノード電極４Ｂの上面４Ｂａの一部を露出させて、アノード電極４Ｂと外部電極２２とを接続するための開口部２１ａが形成されている。

外部電極２２は、アノード電極４Ｂと外部とを電気的に接続するとともに、アノード電極４Ｂの方向へと進行する光を光取出方向Ａへと反射するためのものである。外部電極２２は、絶縁膜２１の上面に形成されている。外部電極２２は、導電性を有し、光を反射可能な材料からなる。具体的には、外部電極２２には、絶縁膜２１側からＡｌ層（厚み約１００ｎｍ）、Ｔｉ層（厚み約１０ｎｍ）及びＡｕ層（厚み約２００ｎｍ）が順に積層されている。尚、外部電極２２のＡｌ層をＡｇ層により構成してもよい。また、外部電極２２は、絶縁膜２１の開口部２１ａに形成された凸部２２ａを有する。ここで凸部２２ａの厚みは、活性層１２の波長以下である絶縁膜２１の厚みと略同じである。従って、活性層１２からの光は、鏡面加工された面と同様に、凸部２２ａによる偏光比の低下が抑制される。外部電極２２の凸部２２ａは、絶縁膜２１の開口部２１ａにより露出されたアノード電極４Ｂとオーミック接続されている。一方、凸部２２ａ以外の外部電極２２の下面２２ｂは、絶縁膜２１によって絶縁されているので、光を吸収することなく反射することができる。

次に、上述した半導体発光素子１Ｂの動作説明を行う。尚、第１実施形態の半導体発光素子１と同じ動作については、簡略化して説明する。

まず、半導体発光素子１Ｂでは、順方向の電圧が印加されると、活性層１２において偏光した光が発光する。発光した光のうち、光取出方向Ａへと進行する光は、基板２の裏面２ａから外部へ照射される。一方、発光した光のうち、アノード電極４Ｂの方向へと進行する光は、アノード電極４Ｂ及び絶縁膜２１を透過した後、外部電極２２に達する。そして、光は、外部電極２２の下面２２ｂにより光取出方向へと反射される。反射された光は、基板２の裏面２ａから外部へ照射される。

次に、上述した半導体発光素子１Ｂの製造方法について、図面を参照して説明する。図４及び図５は、第３実施形態による半導体発光素子の各製造工程における断面図である。

まず、図４に示すように、第１実施形態の半導体発光素子１と同様に、ｍ面を主面２ｂとする基板２上に、ｍ面を主面３ａとする窒化物半導体積層構造３をエピタキシャル成長させる。

次に、スパッタリング法や真空蒸着法により、ＺｎＯからなるアノード電極４Ｂをｐ型コンタクト層１５の上面１５ａの全面に形成する。

次に、プラズマＣＶＤ法により、アノード電極４Ｂの上面４Ｂａの全面に絶縁膜２１を形成する。その後、所望のパターンのレジスト膜３１を形成した後、エッチングにより開口部２１ａを形成する。そして、レジスト膜３１を除去する。

次に、図５に示すように、抵抗加熱法及び電子ビーム法の真空蒸着法により、絶縁膜２１の上面及び開口部２１ａに金属多層膜からなる外部電極２２を形成する。その後、レジスト膜３２を形成する。

次に、図３に示すように、ｎ型コンタクト層１１が露出するように、各層１１〜１５、４Ｂ、２１、２２をエッチングする。そして、ｎ型コンタクト層１１上にカソード電極６を形成する。最後に、素子単位に分割して半導体発光素子１Ｂが完成する。

上述したように半導体発光素子１Ｂは、光を反射可能な外部電極２２を備えているので、光取出方向Ａとは反対側の方向に進行する光を反射して光取出方向Ａへ進行させることができる。これにより、光の取り出し効率を向上させることができる。また、外部電極２２の下面２２ｂを絶縁膜２１により絶縁することによって、外部電極２２により吸収される光を低減できる。

また、アノード電極４Ｂを透明なＺｎＯにより構成することによって、アノード電極４Ｂを厚く（約２００ｎｍ〜約３００ｎｍの厚み）構成することができる。これにより、アノード電極４Ｂの一部にワイヤがボンディングされても、アノード電極４Ｂの内部で水平方向の全面に電流を広げることができる。この結果、活性層１２の略全域により光を発光させることができるので、外部に照射される光量を増大させることができる。更に、アノード電極４Ｂを透明なＺｎＯにより構成することにより、アノード電極４Ｂによる光の吸収を抑制できる。

以上、実施形態を用いて本発明を詳細に説明したが、本発明は本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載及び特許請求の範囲の記載と均等の範囲により決定されるものである。以下、上記実施形態を一部変更した変更形態について説明する。

例えば、各層を構成する材料や厚み、ドーパントの濃度などは適宜変更可能である。

また、上述の実施形態では、本発明を発光ダイオードに適用した例を示したが、レーザなど他の装置に本発明を適用してもよい。

また、上述の実施形態では、基板２の主面２ｂをｍ面としたが、基板の主面はｍ面に限定されるものではなく、活性層で発光された光を偏光させることが可能な略無極性面又は略半極性面によって構成してもよい。尚、略無極性面又は略非極性面とは、無極性面及び半極性面のみならず、無極性面から±１°以内のオフ角を有する面及び半極性面から±１°以内のオフ角を有する面を含む概念である。ここで、基板を構成するＧａＮの結晶構造及び結晶面について簡単に説明する。ＧａＮの結晶構造は、六角柱型の六方晶系で近似することができる。そして、六角柱の軸方向に沿うＣ軸を法線とする面がＣ面（０００１）となる。既知の通り、ＧａＮの結晶構造では、分極方向がＣ軸方向に沿っているため、Ｃ面が＋Ｃ軸側の面と−Ｃ軸側の面とで異なる性質を示すので、Ｃ面は極性面（Ｐｏｌａｒ Ｐｌａｎｅ）となる。一方、六角柱の側面がそれぞれｍ面（１０−１０）であり、隣り合わない一対の稜線を通る面がａ面（１１−２０）である。これらは、Ｃ面に対して垂直な結晶面であり、分極方向に対して直交しているので、極性のない無極性面（Ｎｏｎｐｏｌａｒ Ｐｌａｎｅ）である。また、Ｃ面に対して平行でもなく直角でもなく傾斜している結晶面は、分極方向に対して斜めに交差しているので、若干の極性を有する半極性面（Ｓｅｍｉｐｏｌａｒ Ｐｌａｎｅ）である。半極性面の具体例としては、（１０−１−１）面、（１０−１−３）面、（１１−２２）面、（１１−２４）面、（１０−１２）面などがある。

また、基板を構成する材料はＧａＮ単結晶に限定されるものではなく、主面がｍ面又はａ面のサファイア基板、主面が（１００）面又は（１１０）面のスピネル基板、主面がｍ面のＳｉＣ基板、ＬｉＡｌＯ_２基板、などを適用することもできる。

また、上述した第３実施形態では、アノード電極４ＢをＺｎＯにより構成したが、ＩＴＯ、ＩＺＯ等の他の透明電極により構成してもよい。

第１実施形態による半導体発光素子の断面図である。 第２実施形態による半導体発光素子の断面図である。 第３実施形態による半導体発光素子の断面図である。 第３実施形態による半導体発光素子の各製造工程における断面図である。 第３実施形態による半導体発光素子の各製造工程における断面図である。

符号の説明

１、１Ａ、１Ｂ 半導体発光素子
２ 基板
２ａ 底面
３ 窒化物半導体積層構造
４、４Ｂ アノード電極
４ａ 光取出面
５ 接続部
６ カソード電極
７、７Ａ 反射層
１１ ｎ型コンタクト層
１２ 活性層
１３ ファイナルバリア層
１４ ｐ型電子阻止層
１５ ｐ型コンタクト層
１５ａ 光取出側面
２１ 絶縁膜
２２ 外部電極

Claims (6)

1. 光を発光可能な活性層を含む窒化物半導体積層構造を備えた半導体発光素子において、
   前記窒化物半導体積層構造の主面が、略無極性面又は略半極性面であり、
   前記活性層により発光された光が取り出される光取出面とは反対側の面には、光を光取出面へと反射するための反射部を備えたことを特徴とする半導体発光素子。
2. 前記反射部は、複数の絶縁膜が積層されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
3. 前記反射部は、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｎｂ_２Ｏ_３及びＴｉＯ_２のうちから選択された少なくとも２つの絶縁膜が積層されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体発光素子。
4. 前記反射部は、第１絶縁膜及び第２絶縁膜が周期的に積層され、
   前記活性層に発光された光の波長をλとし、前記第１絶縁膜の屈折率をｎ_１とし、前記第２絶縁膜の屈折率をｎ_２とした場合、
   前記反射部を構成する前記第１絶縁膜及び前記第２絶縁膜の１周期の厚みが、
   （λ／４ｎ_１）＋（λ／４ｎ_２）
   となるように形成されていることを特徴とする請求項２又は３のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
5. 前記反射部は、前記光取出面とは反対側の面に順に積層された透明電極と、絶縁膜と、外部電極とを備え、
   前記透明電極は、前記窒化物半導体積層構造と電気的に接続され、
   前記絶縁膜には、前記透明電極の一部を露出させるための開口部が形成され、
   前記外部電極は、光を反射可能な金属からなり、前記絶縁膜の開口部により露出された前記透明電極と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
6. 前記反射部が形成される面は、鏡面加工されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の半導体発光素子。

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