WO2016072326A1 - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子 Download PDFInfo
- Publication number
- WO2016072326A1 WO2016072326A1 PCT/JP2015/080347 JP2015080347W WO2016072326A1 WO 2016072326 A1 WO2016072326 A1 WO 2016072326A1 JP 2015080347 W JP2015080347 W JP 2015080347W WO 2016072326 A1 WO2016072326 A1 WO 2016072326A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- semiconductor layer
- region
- electrode
- light
- type semiconductor
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 228
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 40
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 claims abstract description 9
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 4
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 2
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 abstract description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 239
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 50
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 45
- 238000000034 method Methods 0.000 description 21
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 15
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 9
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 9
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 9
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 7
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 6
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 5
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 4
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 4
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 4
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 3
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910015363 Au—Sn Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910017755 Cu-Sn Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910017927 Cu—Sn Inorganic materials 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001994 activation Methods 0.000 description 2
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 2
- VCZQFJFZMMALHB-UHFFFAOYSA-N tetraethylsilane Chemical compound CC[Si](CC)(CC)CC VCZQFJFZMMALHB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N trimethylindium Chemical compound C[In](C)C IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001316 Ag alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- HECLRDQVFMWTQS-UHFFFAOYSA-N Dicyclopentadiene Chemical compound C1C2C3CC=CC3C1C=C2 HECLRDQVFMWTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002677 Pd–Sn Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/20—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/20—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
- H01L33/22—Roughened surfaces, e.g. at the interface between epitaxial layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
- H01L33/40—Materials therefor
Definitions
- a low-temperature buffer layer made of GaN is formed on the surface of the growth substrate, and an underlayer made of GaN is further formed thereon.
- An example of a specific procedure is as follows.
- the furnace pressure of the MOCVD apparatus is set to 100 kPa, and the furnace temperature is set to 830 ° C. Then, while flowing nitrogen gas having a flow rate of 15 slm and hydrogen gas having a flow rate of 1 slm as a carrier gas in the processing furnace, TMG having a flow rate of 10 ⁇ mol / min, trimethylindium (TMI) having a flow rate of 12 ⁇ mol / min, and A step of supplying ammonia at a flow rate of 300,000 ⁇ mol / min into the processing furnace for 48 seconds is performed.
- the supply of TMA is stopped, the flow rate of Cp 2 Mg is changed to 0.2 ⁇ mol / min, and the source gas is supplied for 20 seconds, whereby the thickness is about 5 nm and the p-type impurity concentration is 1 ⁇ .
- a p-type contact layer of about 10 20 / cm 3 may be formed.
- the p-type semiconductor layer 31 includes this p-type contact layer.
- FIG. 6A is a graph comparing the light extraction efficiency of the element of Reference Example 1 (see FIG. 4A) and the element of Reference Example 2 (see FIG. 4B), and FIG. 6B shows the element of Example 1 (see FIG. 1).
- 4 is a graph comparing the light extraction efficiency of the device of Example 2 (see FIG. 2).
- the element of Reference Example 2 in which the uneven shape 38 is provided on the upper surface of the n-type semiconductor layer 35 in the first region 41 has Reference Example 1 in which the upper surface of the n-type semiconductor layer 35 does not have unevenness. It is confirmed that the light extraction efficiency is improved as compared with the above element.
- the graph of FIG. 6A the element of Reference Example 2 in which the uneven shape 38 is provided on the upper surface of the n-type semiconductor layer 35 in the first region 41 has Reference Example 1 in which the upper surface of the n-type semiconductor layer 35 does not have unevenness. It is confirmed that the light extraction efficiency is improved as compared with the above element.
- FIG. 6C is a graph comparing the light extraction efficiency of the element of Reference Example 2 (see FIG. 4B) and the element of Reference Example 3 (see FIG. 4C), and FIG. 6D is the element of Example 2 (see FIG. 2). It is the graph which contrasted the light extraction efficiency of the element (refer FIG. 3) of Example 3.
- FIG. According to the graph of FIG. 6C, the element of Reference Example 3 in which the uneven shape 39 is provided on the upper surface of the n-type semiconductor layer 35 in the second region 42 in addition to the uneven shape 38 is the n-type semiconductor in the first region 41.
- the light extraction efficiency is lower than that of the element of Reference Example 2 in which the uneven shape 38 is provided on the upper surface of the layer 35 and the uneven shape 39 is not provided on the upper surface of the n-type semiconductor layer 35 in the second region 42.
- the third embodiment is more than the second embodiment.
- the light extraction efficiency is greatly improved.
- the insulating layer 22 can also function as an etching stopper layer at the time of element isolation according to step S7.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
従来の半導体発光素子よりも更に光出力を向上した半導体発光素子を実現する。 半導体発光素子は、ｎ型半導体層、ｐ型半導体層、及びｎ型半導体層とｐ型半導体層との間に配置された活性層を含む半導体層と、半導体層の面のうち、第一面に接触して形成された第一電極と、半導体層の面のうち、第一面とは反対側の第二面に接触して形成された第二電極とを有し、半導体層は、第一面側において、第一領域と当該第一領域よりも高さ位置の高い第二領域とを有しており、第一電極は、半導体層の前記第二領域内に形成されており、活性層から放出される光に対して高反射率を示す材料で構成されている。
Description
本発明は、ｎ型半導体層、ｐ型半導体層、及びこれらｎ型半導体層とｐ型半導体層との間に配置された活性層を有して構成される半導体発光素子に関する。
図８は、従来の半導体発光素子の構造を模式的に示す断面図である（例えば以下の特許文献１、２参照）。従来の半導体発光素子９０は、基板９１の上面に導電層９２、反射電極９３、半導体層９４及びｎ側電極９８を備える。半導体層９４は、基板９１の側から順に、ｐ型半導体層９５、活性層９６、及びｎ型半導体層９７が積層して構成されている。図８に示す半導体発光素子９０では、ｎ型半導体層９７の側の面が光取り出し面に対応している。
反射電極９３は、金属材料からなり、ｐ型半導体層９５の間でオーミック接触が実現されることで電極（ｐ側電極）として機能している。反射電極９３は、活性層９６で発光した光のうち、基板９１に向かう方向（図面下向き）に放射された光を反射させてｎ側半導体層９７側（図面上向き）に取り出すことで、光の取り出し効率を高める目的を兼ねている。
近年、半導体発光素子においても、更なる小型化や高輝度化が要求されている。本発明は、従来の半導体発光素子よりも更に光出力を向上した半導体発光素子を実現することを目的とする。
本発明の半導体発光素子は、ｎ型半導体層、ｐ型半導体層、及び前記ｎ型半導体層と前記ｐ型半導体層との間に配置された活性層を含む半導体層と、
前記半導体層の面のうち、第一面に接触して形成された第一電極と、
前記半導体層の面のうち、前記第一面とは反対側の第二面に接触して形成された第二電極とを有し、
前記半導体層は、前記第一面側において、第一領域と当該第一領域よりも高さ位置の高い第二領域とを有しており、
前記第一電極は、前記半導体層の前記第二領域内に形成されており、前記活性層から放出される光に対して高反射率を示す材料で構成されていることを特徴とする。
前記半導体層の面のうち、第一面に接触して形成された第一電極と、
前記半導体層の面のうち、前記第一面とは反対側の第二面に接触して形成された第二電極とを有し、
前記半導体層は、前記第一面側において、第一領域と当該第一領域よりも高さ位置の高い第二領域とを有しており、
前記第一電極は、前記半導体層の前記第二領域内に形成されており、前記活性層から放出される光に対して高反射率を示す材料で構成されていることを特徴とする。
上記構成によれば、第一電極が活性層から放出される光に対して高反射率を示す材料で構成されている。これにより、活性層から第一電極に向けて放射された光の多くを第一電極で反射することができるので、第一電極で吸収される光の割合が大幅に低減する。そして、この第一電極は、半導体層の第一面側のうち、高さ位置の高い第二領域内に形成されているため、第一電極で反射した光の一部が、半導体層の第一領域と第二領域の境界部分に位置する側面（例えば斜面）を通じて外部に取り出される。これにより、従来の構成に比べて光取り出し量が大幅に向上する。
従来、光取り出し面の側に形成される電極の材料としては専らＡｕ又はＡｕを含む合金が用いられていた。これは、この電極に対してワイヤボンディングを行うに際し、ボンディングワイヤとして用いられる材料がＡｕであることに鑑み、作業のしやすさの観点から上記の材料が選択されていたものと考えられる。
この電極は、半導体発光素子の光取り出し面上に占める面積がそれほど大きくはないため、従来は、電極をＡｕで構成したとしても、当該電極で吸収される光の量については問題視していなかった。しかし、高輝度を示す小型の発光素子が要求されてきている近年において、いかにして高い光取り出し効率を実現させるかが課題になってきている。
本発明者は、鋭意研究により、単に光取り出し面の側に形成される電極を高反射材料で構成するだけでなく、半導体層に対して段差を設けることで光取り出し面の高さ位置を異ならせ、高さ位置が高い領域内（すなわち第二領域内）にこの電極（第一電極）を配置することで、従来よりも光取り出し効率を大きく向上させることを見出したものである。
ここで、高反射率を示す材料とは、入射光量に対する反射光量の割合が５０％以上を示す材料であることが好ましく、６０％以上を示す材料であることがより好ましく、７０％以上を示す材料であることがより好ましい。波長３６５ｎｍの光に対する反射率は、従来、第一電極の材料として用いられているＡｕが３５％である。これに対し、同波長の光に対する反射率は、Ａｌが９０％であり、Ｒｈが７５％であり、Ａｇが７５％である。なお、半導体発光素子が、波長３５０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の光を発光する構成である場合には、第一電極をＡｌ、Ｒｈ、Ａｇ又はこれらを含む材料で構成することができる。
更に、上記構成に加えて、前記半導体層は、前記第一面側において、前記第一領域と前記第二領域のうちの少なくともいずれか一方の領域内において、表面に凹凸形状を有しているものとしても構わない。
このように、半導体層の第一面側において凹凸形状を構成することで、第一電極を高反射材料で構成したことと相まって、光取り出し量を大幅に向上させることができる。
上記構成において、前記半導体層は、前記第一面側において、前記第一領域及び前記第二領域の双方の領域内において、表面に凹凸形状を有しているものとしても構わない。
本発明者の鋭意研究によれば、このような構成とすると、光取り出し量を向上させる効果を更に高められることを見出した。
第二領域内の半導体層の表面に凹凸を形成することで、活性層から第一電極に向けて放射された光のうち、半導体層の第一面側の表面で反射せずに外部に取り出すことのできる光の割合を高めることができる。これは、半導体層の表面に凹凸を形成したことにより、半導体層の表面に対して臨界角以上の角度で入射される光の量が大幅に低減されたためと考えられる。
これに加えて、第一領域内にも凹凸を形成することで、更に光の取り出し量を高めることができる。この理由は定かではないが、第一領域内の半導体層の表面にも凹凸を形成することで、第一電極で反射された光の一部が、半導体層の第一領域と第二領域の境界部分で構成されている側面（斜面）を通じて第一領域に向けて進行した後、第一領域に形成された凹凸で散乱された結果、外部に取り出すことができる光の量が向上したものと推察される。
なお、「発明を実施するための形態」の項で後述するように、第一電極を従来のＡｕで構成すると、半導体層の第一領域及び第二領域の双方の表面に凹凸を形成した場合、第一領域内の表面にのみ凹凸を形成した場合よりも光取り出し量が低下し得ることが分かった。これは、第一電極の底部に位置する半導体層の表面（すなわち第二領域内の半導体層の表面）に凹凸を形成することで、第一電極に対して臨界角以内で入射される光の量が増えた結果、Ａｕで構成される第一電極に吸収される光量が増えたことが原因と考えられる。つまり、本発明のように、半導体層の第一領域と第二領域の双方に凹凸を形成したことによる光取り出し量の向上効果は、第一電極を高反射材料で構成したことに伴って実現されるものである。
上記構成において、
前記半導体層は窒化物半導体層で構成され、
前記第一電極は、Ａｌ、Ｒｈ、Ａｇ又はこれらの合金を含む材料で構成されているものとして構わない。
前記半導体層は窒化物半導体層で構成され、
前記第一電極は、Ａｌ、Ｒｈ、Ａｇ又はこれらの合金を含む材料で構成されているものとして構わない。
また、前記第二電極は、前記活性層から放出される光に対して高反射率を示す材料で構成されているものとしても構わない。
本発明によれば、従来の素子よりも光取り出し量を大幅に向上した半導体発光素子が実現される。
本発明の半導体発光素子につき、図面を参照して説明する。なお、各図において図面の寸法比と実際の寸法比は必ずしも一致しない。また、以下において、ＡｌＧａＮという表記は、ＡｌとＧａの組成比を省略して記載したものであって、組成比が１：１であることを示すものではない。ＩｎＧａＮ等についても同様である。
［第一実施形態］
図１は、本発明の第一実施形態の半導体発光素子の構造を模式的に示す断面図である。
図１は、本発明の第一実施形態の半導体発光素子の構造を模式的に示す断面図である。
〈構造〉
半導体発光素子１は、基板１１、導電層２０、反射電極２１、半導体層３０、及び電極３６を含んで構成される。半導体層３０は、基板１１の側から順に、ｐ型半導体層３１、活性層３３、及びｎ型半導体層３５が積層して構成されている。
半導体発光素子１は、基板１１、導電層２０、反射電極２１、半導体層３０、及び電極３６を含んで構成される。半導体層３０は、基板１１の側から順に、ｐ型半導体層３１、活性層３３、及びｎ型半導体層３５が積層して構成されている。
（基板１１）
基板１１は、例えばＣｕＷ、Ｗ、Ｍｏなどの導電性基板、又はＳｉなどの半導体基板で構成される。
基板１１は、例えばＣｕＷ、Ｗ、Ｍｏなどの導電性基板、又はＳｉなどの半導体基板で構成される。
（導電層２０）
基板１１の上層には導電層２０が形成されている。一例として、導電層２０は、Ａｕ－Ｓｎ、Ａｕ－Ｉｎ、Ａｕ－Ｃｕ－Ｓｎ、Ｃｕ－Ｓｎ、Ｐｄ－Ｓｎ、又はＳｎ等で構成されたハンダ層と、Ｐｔ系の金属（ＴｉとＰｔの合金）、Ｗ、Ｍｏ等で構成されたハンダ拡散防止層を含む。
基板１１の上層には導電層２０が形成されている。一例として、導電層２０は、Ａｕ－Ｓｎ、Ａｕ－Ｉｎ、Ａｕ－Ｃｕ－Ｓｎ、Ｃｕ－Ｓｎ、Ｐｄ－Ｓｎ、又はＳｎ等で構成されたハンダ層と、Ｐｔ系の金属（ＴｉとＰｔの合金）、Ｗ、Ｍｏ等で構成されたハンダ拡散防止層を含む。
（反射電極２１）
反射電極２１は、例えばＡｇ（Ａｇ合金を含む）、Ａｌ、Ｒｈ等で構成される。半導体発光素子１は、活性層３３から放射された光を、図１の紙面上方向に取り出すことを想定しており、反射電極２１は、活性層３３から紙面下向きに放射された光を上向きに反射させる機能を有し、光取り出し効率を高める機能を果たしている。反射電極２１は「第二電極」に対応する。
反射電極２１は、例えばＡｇ（Ａｇ合金を含む）、Ａｌ、Ｒｈ等で構成される。半導体発光素子１は、活性層３３から放射された光を、図１の紙面上方向に取り出すことを想定しており、反射電極２１は、活性層３３から紙面下向きに放射された光を上向きに反射させる機能を有し、光取り出し効率を高める機能を果たしている。反射電極２１は「第二電極」に対応する。
反射電極２１は、半導体層３０の一方の面（基板１１側の面であり「第二面」に対応する。）と接触しており、基板１１と電極３６の間に電圧が印加されると、基板１１、導電層２０、反射電極２１、半導体層３０を介して電極３６へと流れる電流経路が形成される。
（半導体層３０）
上述したように、半導体層３０は、基板１１の側から順に、ｐ型半導体層３１、活性層３３、及びｎ型半導体層３５が積層して構成されている。
上述したように、半導体層３０は、基板１１の側から順に、ｐ型半導体層３１、活性層３３、及びｎ型半導体層３５が積層して構成されている。
ｐ型半導体層３１は、例えばＧａＮ又はＡｌＧａＮで構成され、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｃなどのｐ型不純物がドープされている。なお、ｐ型半導体層３１は、反射電極２１に近い側にｐ型不純物が高濃度にドープされたｐ型コンタクト層を備えるものとしても構わない。
活性層３３は、例えばＩｎＧａＮからなる発光層とＡｌＧａＮからなる障壁層が繰り返されてなる構造を有する半導体層で形成される。これらの層はアンドープでもｐ型又はｎ型にドープされていても構わない。
ｎ型半導体層３５は、例えばＡｌＧａＮで構成され、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓ、Ｓｅ、Ｓｎ、Ｔｅなどのｎ型不純物がドープされている。
図１に示すように、半導体層３０は、基板１１とは反対側の面（「第一面」に対応する。）において、高さの異なる領域を有している。すなわち、半導体層３０は、第一面側において、高さの低い第一領域４１と、第一領域４１よりも高さの高い第二領域４２とを有している。
より詳細には、ｎ型半導体層３５は、第一領域４１内よりも第二領域４２内の方が厚く構成されている。これにより、半導体層３０の高さ位置は、第一領域４１内よりも第二領域４２の方が高くなっている。
（電極３６）
電極３６は、ｎ型半導体層３５の上面であって、高さ位置の高い第二領域４２内に形成されている。電極３６は、活性層３３で発光する光に対する反射率が５０％以上を示す材料で構成されている。ここで、電極３６は、活性層３３で発光する光に対する反射率が６０％以上を示す材料で構成されているのがより好ましく、前記反射率が７０％以上を示す材料で構成されているのがより好ましい。
電極３６は、ｎ型半導体層３５の上面であって、高さ位置の高い第二領域４２内に形成されている。電極３６は、活性層３３で発光する光に対する反射率が５０％以上を示す材料で構成されている。ここで、電極３６は、活性層３３で発光する光に対する反射率が６０％以上を示す材料で構成されているのがより好ましく、前記反射率が７０％以上を示す材料で構成されているのがより好ましい。
本実施形態では、活性層３３で発光する光の波長が３５０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下である場合について説明する。このとき、電極３６は、Ａｌ、Ｒｈ、Ａｇ又はこれらを含む材料で構成することができる。この電極３６は「第一電極」に対応する。
上記構成によれば、図８に示す従来の半導体発光素子９０よりも光出力を向上させることができる点については、実施例を参照して後述される。
〈製造方法〉
以下、図１に示す半導体発光素子１の製造方法の一例につき説明する。なお、この製造方法はあくまで一例であり、ガスの流量、炉内温度、炉内圧力等は適宜調整して構わない。
以下、図１に示す半導体発光素子１の製造方法の一例につき説明する。なお、この製造方法はあくまで一例であり、ガスの流量、炉内温度、炉内圧力等は適宜調整して構わない。
（ステップＳ１）
まず、サファイア基板等で構成される成長基板上に半導体層３０をエピタキシャル成長させる。このステップＳ１は、例えば以下の手順により行われる。
まず、サファイア基板等で構成される成長基板上に半導体層３０をエピタキシャル成長させる。このステップＳ１は、例えば以下の手順により行われる。
まず、成長基板のクリーニングを行う。このクリーニングは、より具体的には、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属化学気相蒸着）装置の処理炉内に成長基板としてのｃ面サファイア基板を配置し、処理炉内に流量が１０ｓｌｍの水素ガスを流しながら、炉内温度を１１５０℃に昇温することにより行われる。
次に、成長基板の表面に、ＧａＮよりなる低温バッファ層を形成し、更にその上層にＧａＮよりなる下地層を形成する。具体的な手順の一例は以下の通りである。
まずМОＣＶＤ装置の炉内圧力を１００ｋＰａ、炉内温度を４８０℃とする。そして、処理炉内にキャリアガスとして流量がそれぞれ５ｓｌｍの窒素ガス及び水素ガスを流しながら、原料ガスとして、流量が５０μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）及び流量が２５００００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニアを処理炉内に６８秒間供給する。これにより、成長基板の表面に、厚みが２０ｎｍのＧａＮよりなる低温バッファ層が形成される。
次に、ＭＯＣＶＤ装置の炉内温度を１１５０℃に昇温する。そして、処理炉内にキャリアガスとして流量が２０ｓｌｍの窒素ガス及び流量が１５ｓｌｍの水素ガスを流しながら、原料ガスとして、流量が１００μｍｏｌ／ｍｉｎのＴＭＧ及び流量が２５００００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニアを処理炉内に３０分間供給する。これにより、低温バッファ層の表面に、厚みが１．７μｍのＧａＮよりなる下地層を形成する。
次に、前記下地層の上層にｎ型半導体層３５を形成する。具体的な手順の一例は以下の通りである。
まず、引き続き炉内温度を１１５０℃とした状態で、ＭＯＣＶＤ装置の炉内圧力を３０ｋＰａとする。そして、処理炉内にキャリアガスとして流量が２０ｓｌｍの窒素ガス及び流量が１５ｓｌｍの水素ガスを流しながら、原料ガスとして、流量が９４μｍｏｌ／ｍｉｎのＴＭＧ、流量が６μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、流量が２５００００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニア及び流量が０．０２５μｍｏｌ／ｍｉｎのテトラエチルシランを処理炉内に６０分間供給する。これにより、Ｓｉ濃度が３×１０１９／ｃｍ３で、厚みが２μｍのＡｌ０．０６Ｇａ０．９４Ｎが形成される。
なお、この後、ＴＭＡの供給を停止すると共に、それ以外の原料ガスを６秒間供給することにより、ＡｌＧａＮ層の上層に厚みが５ｎｍのｎ型ＧａＮよりなる保護層を形成するものとしてもよい。この場合、ＡｌＧａＮ層とＧａＮ層でｎ型半導体層３５が構成される。
上記の方法では、ｎ型半導体層３５に含まれるｎ型不純物をＳｉとする場合について説明したが、ｎ型不純物は、Ｓｉ以外にＧｅ、Ｓ、Ｓｅ、Ｓｎ又はＴｅを用いることもできる。ドーパントの種類に応じて原料ガスを適宜選択すればよい。
次に、ｎ型半導体層３５の上層に活性層３３を形成する。具体的な手順の一例は以下の通りである。
まずＭＯＣＶＤ装置の炉内圧力を１００ｋＰａ、炉内温度を８３０℃とする。そして、処理炉内にキャリアガスとして流量が１５ｓｌｍの窒素ガス及び流量が１ｓｌｍの水素ガスを流しながら、原料ガスとして、流量が１０μｍｏｌ／ｍｉｎのＴＭＧ、流量が１２μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルインジウム（ＴＭＩ）及び流量が３０００００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニアを処理炉内に４８秒間供給するステップを行う。その後、流量が１０μｍｏｌ／ｍｉｎのＴＭＧ、流量が１．６μｍｏｌ／ｍｉｎのＴＭＡ、０．００２μｍｏｌ／ｍｉｎのテトラエチルシラン及び流量が３０００００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニアを処理炉内に１２０秒間供給するステップを行う。以下、これらの２つのステップを繰り返すことにより、厚みが２ｎｍのＩｎＧａＮよりなる発光層及び厚みが７ｎｍのｎ型ＡｌＧａＮよりなる障壁層による１５周期の多重量子井戸構造を有する活性層３３が、ｎ型半導体層３５の上層に形成される。
次に、活性層３３の上層にｐ型半導体層３１を形成する。具体的な手順の一例は以下の通りである。
引き続きＭＯＣＶＤ装置の炉内圧力を１００ｋＰａに維持し、処理炉内にキャリアガスとして流量が１５ｓｌｍの窒素ガス及び流量が２５ｓｌｍの水素ガスを流しながら、炉内温度を１０２５℃に昇温する。その後、原料ガスとして、流量が３５μｍｏｌ／ｍｉｎのＴＭＧ、流量が２０μｍｏｌ／ｍｉｎのＴＭＡ、流量が２５００００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニア及びｐ型不純物をドープするための流量が０．１μｍｏｌ／ｍｉｎのビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を処理炉内に６０秒間供給する。これにより、活性層３３の表面に、厚みが２０ｎｍのＡｌ０．３Ｇａ０．７Ｎの組成を有する正孔供給層を形成する。その後、ＴＭＡの流量を４μｍｏｌ／ｍｉｎに変更して原料ガスを３６０秒間供給することにより、厚みが１２０ｎｍのＡｌ０．１３Ｇａ０．８７Ｎの組成を有する正孔供給層を形成する。これらの正孔供給層により、Ｍｇ濃度が例えば３×１０１９／ｃｍ３程度のｐ型半導体層３１が形成される。
なお、その後、ＴＭＡの供給を停止すると共に、Ｃｐ２Ｍｇの流量を０．２μｍｏｌ／ｍｉｎに変更して原料ガスを２０秒間供給することにより、厚みが５ｎｍ程度で、ｐ型不純物濃度が１×１０２０／ｃｍ３程度のｐ型コンタクト層を形成してもよい。この場合、ｐ型半導体層３１にはこのｐ型コンタクト層も含まれる。
上記の方法では、ｐ型半導体層３１に含まれるｐ型不純物をＭｇとする場合について説明したが、ｐ型不純物は、Ｍｇ以外にＢｅ、Ｚｎ、又はＣ等を用いることもできる。ドーパントの種類に応じて原料ガスを適宜選択すればよい。
（ステップＳ２）
ステップＳ１を経て形成されたウェハに対して活性化処理を行う。より具体的には、ＲＴＡ（Rapid Thermal Anneal：急速加熱）装置を用いて、窒素雰囲気下中６５０℃で１５分間の活性化処理を行う。
ステップＳ１を経て形成されたウェハに対して活性化処理を行う。より具体的には、ＲＴＡ（Rapid Thermal Anneal：急速加熱）装置を用いて、窒素雰囲気下中６５０℃で１５分間の活性化処理を行う。
（ステップＳ３）
ｐ型半導体層３１の上面を覆うように反射電極２１を形成する。更に、反射電極２１の上面に導電層２０を形成する。具体的な手順の一例は以下の通りである。
ｐ型半導体層３１の上面を覆うように反射電極２１を形成する。更に、反射電極２１の上面に導電層２０を形成する。具体的な手順の一例は以下の通りである。
まず、スパッタ装置にてｐ型半導体層３１の上面を覆うように、膜厚０．７ｎｍのＮｉ及び膜厚１２０ｎｍのＡｇを全面に成膜して反射電極２１を形成する。次に、ＲＴＡ装置を用いてドライエア又は不活性ガス雰囲気中で４００℃、２分間のコンタクトアニールを行う。
次に、電子線蒸着装置（ＥＢ装置）にて反射電極２１の上面に、膜厚１００ｎｍのＴｉと膜厚２００ｎｍのＰｔを３周期成膜することで、ハンダ拡散防止層を形成する。更にその後、ハンダ拡散防止層の上面に、膜厚１０ｎｍのＴｉを蒸着させた後、Ａｕ８０％Ｓｎ２０％で構成されるＡｕ－Ｓｎハンダを膜厚３μｍ蒸着させることで、ハンダ層を形成する。これらハンダ拡散防止層及びハンダ層によって導電層２０が構成される。
（ステップＳ４）
成長基板とは別に準備された基板１１に、上記ステップＳ３で説明したのと同様の方法でハンダ拡散防止層を形成する。基板１１としては、上述したようにＣｕＷ、Ｗ、Ｍｏ等の導電性基板、又はＳｉ等の半導体基板を利用することができる。
成長基板とは別に準備された基板１１に、上記ステップＳ３で説明したのと同様の方法でハンダ拡散防止層を形成する。基板１１としては、上述したようにＣｕＷ、Ｗ、Ｍｏ等の導電性基板、又はＳｉ等の半導体基板を利用することができる。
（ステップＳ５）
成長基板と基板１１とを貼り合わせる。一例としては、２８０℃の温度、０．２ＭＰａの圧力下で、成長基板上に形成された導電層の上面（ハンダ層）と、基板１１の上層に形成されたハンダ拡散防止層とを貼り合わせる。
成長基板と基板１１とを貼り合わせる。一例としては、２８０℃の温度、０．２ＭＰａの圧力下で、成長基板上に形成された導電層の上面（ハンダ層）と、基板１１の上層に形成されたハンダ拡散防止層とを貼り合わせる。
なお、基板１１において、ハンダ拡散防止層の上層にもハンダ層を形成しておき、基板１１上のハンダ層と成長基板上のハンダ層を貼り合わせるものとしても構わない。
（ステップＳ６）
ウェハから成長基板を剥離する。具体的な手順の一例は以下の通りである。
ウェハから成長基板を剥離する。具体的な手順の一例は以下の通りである。
成長基板を上に、基板１１を下に向けた状態で、成長基板側からＫｒＦエキシマレーザを照射して、成長基板と半導体層３０の界面を分解させる。成長基板を構成するサファイアはレーザが通過する一方、その下層のＧａＮはレーザを吸収するため、この界面が高温化してＧａＮが分解される。これによって成長基板が剥離される。
その後、ウェハ上に残存しているＧａＮを、塩酸などを用いたウェットエッチング、ＩＣＰ装置を用いたドライエッチングによって除去し、ｎ型半導体層３５を露出させる。
（ステップＳ７）
必要に応じて隣接する素子同士を分離する。具体的には、隣接素子との境界領域に対し、ＩＣＰ装置を用いて半導体層３０をエッチングする。
必要に応じて隣接する素子同士を分離する。具体的には、隣接素子との境界領域に対し、ＩＣＰ装置を用いて半導体層３０をエッチングする。
（ステップＳ８）
第二領域４２内のｎ型半導体層３５をマスクした状態で、露出されているｎ型半導体層３５、すなわち第一領域４１内のｎ型半導体層３５に対してＩＣＰ装置を用いて所定の厚みだけエッチングする。これにより、ｎ型半導体層３５は、第一領域４１内では薄く、第二領域４２内では厚い構成となる。一例としては、第一領域４１内のｎ型半導体層３５と、第二領域４２内のｎ型半導体層３５の厚みの差を０．７μｍ程度とすることができる。
第二領域４２内のｎ型半導体層３５をマスクした状態で、露出されているｎ型半導体層３５、すなわち第一領域４１内のｎ型半導体層３５に対してＩＣＰ装置を用いて所定の厚みだけエッチングする。これにより、ｎ型半導体層３５は、第一領域４１内では薄く、第二領域４２内では厚い構成となる。一例としては、第一領域４１内のｎ型半導体層３５と、第二領域４２内のｎ型半導体層３５の厚みの差を０．７μｍ程度とすることができる。
（ステップＳ９）
ｎ型半導体層３５の上面うち、高さ位置の高い第二領域４２内の上面に第一電極３６を形成する。より具体的には、膜厚３ｎｍのＮｉ、膜厚１２ｎｍのＡｌ、膜厚３０ｎｍのＴｉ、膜厚３μｍのＡｕからなる電極を形成する。
ｎ型半導体層３５の上面うち、高さ位置の高い第二領域４２内の上面に第一電極３６を形成する。より具体的には、膜厚３ｎｍのＮｉ、膜厚１２ｎｍのＡｌ、膜厚３０ｎｍのＴｉ、膜厚３μｍのＡｕからなる電極を形成する。
その後の工程としては、必要に応じて露出されている素子の側面を絶縁層で覆う。より具体的には、ＥＢ装置にてＳｉＯ２膜を形成する。なおＳｉＮ膜を形成しても構わない。そして、各素子同士を例えばレーザダイシング装置によって分離し、基板１１の裏面を例えばＡｇペーストにてパッケージと接合し、電極３６に対してワイヤボンディングを行う。
［第二実施形態］
図２は、本発明の第二実施形態の半導体発光素子の構造を模式的に示す断面図である。なお、第一実施形態と共通の構成要素については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図２は、本発明の第二実施形態の半導体発光素子の構造を模式的に示す断面図である。なお、第一実施形態と共通の構成要素については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図２に示す半導体発光素子１は、第一実施形態の構成と比較して、ｎ型半導体層３５の表面のうち、第一領域４１内に位置する表面に微細な凹凸形状３８が形成されている点のみが異なる。この凹凸形状３８の高さは、一例として０．２～０．５μｍとすることができる。この構成によれば、図８に示す従来の半導体発光素子９０よりも光出力を向上させることができる点については、実施例を参照して後述される。
本実施形態の半導体発光素子１は以下の手順で製造することができる。まず、第一実施形態と同様の方法で、ステップＳ１～Ｓ８を実行する。その後、第二領域４２内のｎ型半導体層３５に対してマスクをした状態で、露出している第一領域４１内のｎ型半導体層３５に対してＫＯＨ等のアルカリ溶液を浸す。これにより、第一領域４１内にのみｎ型半導体層３５の上面に凹凸形状３８が形成される。その後、第一実施形態と同様の方法で、ステップＳ９以下の工程を実行する。
［第三実施形態］
図３は、本発明の第三実施形態の半導体発光素子の構造を模式的に示す断面図である。なお、第一実施形態と共通の構成要素については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図３は、本発明の第三実施形態の半導体発光素子の構造を模式的に示す断面図である。なお、第一実施形態と共通の構成要素については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図３に示す半導体発光素子１は、第二実施形態の構成と比較して、更に第二領域４２内にも微細な凹凸形状３９を有している点が異なる。この凹凸形状３９は、第一領域４１内の凹凸形状３８と同様に、一例として０．２～０．５μｍとすることができる。この構成によれば、図８に示す従来の半導体発光素子９０よりも光出力を向上させることができる点については、実施例を参照して後述される。
本実施形態の半導体発光素子１は、第二実施形態の半導体発光素子１と同様の方法で製造することができる。すなわち、ステップＳ１～Ｓ８を実行後、ｎ型半導体層３５の上面全体に対してＫＯＨ等のアルカリ溶液を浸す。これにより、第一領域４１内のｎ型半導体層３５の上面と、第二領域４２内のｎ型半導体層３５の上面の双方に凹凸形状（３８，３９）が形成される。その後、第一実施形態と同様の方法で、ステップＳ９以下の工程を実行する。
第一領域４１内のｎ型半導体層３５の上面にのみ凹凸形状３８を形成する第二実施形態の半導体発光素子１と比べ、第三実施形態の半導体発光素子１は、ｎ型半導体層３５の上面の全面又はほぼ全面に凹凸形状（３８，３９）を形成すればよいため、凹凸形成時のステップを簡素化できる。
［検証］
以下、上述した各実施形態の半導体発光素子１によって、従来の半導体発光素子９０よりも光出力が向上する点について説明する。
以下、上述した各実施形態の半導体発光素子１によって、従来の半導体発光素子９０よりも光出力が向上する点について説明する。
（実施例）
第一実施形態の半導体発光素子１（図１参照）を実施例１とし、第二実施形態の半導体発光素子１（図２参照）を実施例２とし、第三実施形態の半導体発光素子１（図３参照）を実施例３とした。
第一実施形態の半導体発光素子１（図１参照）を実施例１とし、第二実施形態の半導体発光素子１（図２参照）を実施例２とし、第三実施形態の半導体発光素子１（図３参照）を実施例３とした。
（比較例、参考例）
図８に示す半導体発光素子９０を比較例１とした。
図８に示す半導体発光素子９０を比較例１とした。
実施例１の素子に対し、電極３６に代えてＡｕからなる従来の電極９８を備えた半導体発光素子を参考例１とした（図４Ａ参照）。実施例２の素子に対し、電極３６に代えてＡｕからなる従来の電極９８を備えた半導体発光素子を参考例２とした（図４Ｂ参照）。実施例３の素子に対し、電極３６に代えてＡｕからなる従来の電極９８を備えた半導体発光素子を参考例３とした（図４Ｃ参照）。
（検証１）
実施例１、実施例３、比較例１、及び参考例１の各素子を上記の方法に基づいて製造し、注入電流と光出力の関係を対比した。この結果を図５に示す。
実施例１、実施例３、比較例１、及び参考例１の各素子を上記の方法に基づいて製造し、注入電流と光出力の関係を対比した。この結果を図５に示す。
なお、各素子において、ｎ型半導体層（３５，９７）の基板（１１，９１）に平行な面の寸法はいずれも５０μｍであり、電極（３６，９８）の基板（１１，９１）に平行な面の寸法はいずれも２０μｍであり、電極（３６，９８）の高さはいずれも３．２μｍである。また、実施例１、実施例３、及び参考例１の各素子において、第一領域４１内と第二領域４２内のｎ型半導体層３５の厚みの差は０．７μｍであり、実施例３の素子における凹凸形状（３８，３９）の高さは０．２～０．５μｍである。
図５によれば、同一電流注入時の光出力は、比較例１、参考例１、実施例１、実施例３の順に向上した。具体的には、１Ａ注入時において、実施例１の素子の光出力は参考例１の素子の光出力よりも２％向上し、実施例３の素子の光出力は実施例１の素子の光出力よりも更に６％向上した。
（検証２）
各層の物性値、各層の膜厚、電極（３６，９８）の高さ等の素子の条件、及び活性層３３内における複数の光源位置の情報を与え、各光源位置で発光した光のうち、外部に取り出せた光の割合をＦＤＴＤ法によって算定した。なお、実施例１～３、参考例１～３及び比較例１の各素子は、上述した異なる箇所以外の材料や寸法は一致させている。
各層の物性値、各層の膜厚、電極（３６，９８）の高さ等の素子の条件、及び活性層３３内における複数の光源位置の情報を与え、各光源位置で発光した光のうち、外部に取り出せた光の割合をＦＤＴＤ法によって算定した。なお、実施例１～３、参考例１～３及び比較例１の各素子は、上述した異なる箇所以外の材料や寸法は一致させている。
より具体的には、均等な間隔に配置された７箇所の光源（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ２Ｅ、２Ｆ、２Ｇ）を規定した。実施例１～３及び参考例１～３の各素子において、光源２Ａ、２Ｂ、及び２Ｃは第二領域４２内に位置し、光源２Ｅ、２Ｆ、及び２Ｇは第一領域４１内に位置し、光源２Ｄは、第一領域４１と第二領域４２の境界箇所であってｎ型半導体層３５の側面（斜面）が露出している箇所の直下に位置している。また、比較例１の素子の各光源（２Ａ～２Ｇ）は、実施例１の素子の各光源（２Ａ～２Ｇ）に対応する位置とした。
図６Ａは、参考例１の素子（図４Ａ参照）と参考例２の素子（図４Ｂ参照）の光取り出し効率を対比したグラフであり、図６Ｂは、実施例１の素子（図１参照）と実施例２の素子（図２参照）の光取り出し効率を対比したグラフである。図６Ａのグラフによれば、第一領域４１内のｎ型半導体層３５の上面に凹凸形状３８を設けた参考例２の素子は、ｎ型半導体層３５の上面に凹凸を有しない参考例１の素子よりも光取り出し効率が向上していることが確認される。同様に、図６Ｂのグラフによれば、第一領域４１内のｎ型半導体層３５の上面に凹凸形状３８を設けた実施例２の素子は、ｎ型半導体層３５の上面に凹凸を有しない実施例１の素子よりも光取り出し効率が向上していることが確認される。
図６Ｃは、参考例２の素子（図４Ｂ参照）と参考例３の素子（図４Ｃ参照）の光取り出し効率を対比したグラフであり、図６Ｄは、実施例２の素子（図２参照）と実施例３の素子（図３参照）の光取り出し効率を対比したグラフである。図６Ｃのグラフによれば、凹凸形状３８に加えて第二領域４２内のｎ型半導体層３５の上面に凹凸形状３９を設けた参考例３の素子は、第一領域４１内のｎ型半導体層３５の上面に凹凸形状３８を設け、第二領域４２内のｎ型半導体層３５の上面には凹凸形状３９を設けない参考例２の素子よりも光取り出し効率が減少している。
これに対し、図６Ｄのグラフによれば、凹凸形状３８に加えて第二領域４２内のｎ型半導体層３５の上面に凹凸形状３９を設けた実施例３の素子は、第一領域４１内のｎ型半導体層３５の上面に凹凸形状３８を設け、第二領域４２内のｎ型半導体層３５の上面には凹凸形状３９を設けない実施例２の素子よりも光取り出し効率が向上している。特に、ｎ型半導体層３５の高さ位置が異なる箇所（段差箇所）に近い光源２Ｄ及びその近接に位置する光源（２Ｃ，２Ｅ，２Ｆ）からの光に関して、実施例３は実施例２よりも光取り出し効率が大きく向上している。
つまり、図６Ｃ及び図６Ｄの結果から、電極（３６，９８）の材料が異なることで、第二領域４２内のｎ型半導体層３５の上面に凹凸形状３９を設けたことの作用が異なっていることが確認される。
図６Ｅは、参考例２の素子（図４Ｂ参照）と実施例２の素子（図２参照）の光取り出し効率を対比したグラフであり、図６Ｆは、参考例３の素子（図４Ｃ参照）と実施例３の素子（図３参照）の光取り出し効率を対比したグラフである。図６Ｅ及び図６Ｆによれば、他を同一の条件にして電極（３６，９８）の材料を異ならせると、高反射材料で構成される電極３６を有する実施例２、実施例３の各素子の方が、反射率の低い材料（Ａｕ）で構成される電極９８を有する参考例２、参考例３の各素子よりも光取り出し効率が向上していることが確認される。具体的には、実施例２の素子は参考例２の素子よりも０．５～２％程度の光取り出し効率が向上しており、実施例３の素子は参考例３の素子よりも１～４％程度の光取り出し効率が向上していることが確認された。
（検証結果に基づく考察）
図５の結果から、参考例１の素子は比較例１の素子よりも光出力が向上していることが確認された。このことは、ｎ型半導体層３５に段差を設けたことにより、段差を構成する箇所の側面、すなわち、第一領域４１と第二領域４２の界面に位置するｎ型半導体層３５の側面（斜面）から外部に光が取り出されることによって光出力が上昇していることを示唆するものと考えられる。
図５の結果から、参考例１の素子は比較例１の素子よりも光出力が向上していることが確認された。このことは、ｎ型半導体層３５に段差を設けたことにより、段差を構成する箇所の側面、すなわち、第一領域４１と第二領域４２の界面に位置するｎ型半導体層３５の側面（斜面）から外部に光が取り出されることによって光出力が上昇していることを示唆するものと考えられる。
更に、図５の結果から、実施例１の素子は参考例１の素子よりも光出力が向上していることが確認された。このことは、ｎ型半導体層３５に段差を設けた上で高反射材料からなる電極３６をｎ型半導体層３５の上面に設けると、光出力を更に高める効果が得られることを示唆するものと考えられる。
活性層３３から放出される光に対して高反射率を示す材料からなる電極３６を有する実施例１の素子の場合、活性層３３から電極３６に向けて放射された光の多くが当該電極３６で反射され、この反射光の一部をｎ型半導体層３５の段差の側面から外部に取り出すことができる。活性層３３から放出される光に対する反射率が低い材料からなる電極９８を有する参考例１の素子の場合、活性層３３から電極９８に向けて放射された光の多くが当該電極９８で吸収されてしまうため、電極９８で反射された光がｎ型半導体層３５の段差の側面から外部に取り出されるということがほとんどない。このため、実施例１の素子は参考例１の素子よりも光出力が向上したものと考えられる。
なお、比較例１の素子において、電極９８に代えて活性層３３から放出される光に対して高反射率を示す材料からなる電極３６を用いた場合、活性層３３から電極３６に向けて放射された光は電極３６で反射されるものの、その反射光の多くは再び活性層３３の側に向けて進行する。この光は活性層３３よりも基板１１側に形成されている反射電極２１で反射され、再び電極３６に向けて進行する。このように反射が複数回繰り返されながら、少しずつｎ型半導体層９７の面に対する入射角度が変化していき、いずれはｎ型半導体層９７の上面から取り出されることが考えられるが、反射を繰り返している間に光が減衰してしまう。つまり、ｎ型半導体層３５の上面に形成される電極を、活性層３３から放出される光に対して高反射率を示す材料で構成すると共に、ｎ型半導体層３５に段差を設け、高さ位置の高い上面、すなわち第二領域４２内にこの電極３６を形成することで、電極３６で反射した光を高効率で外部に取り出す効果が高められる。
図６Ａの結果から、参考例２の素子は参考例１の素子よりも光取り出し効率が向上していることが確認された。また、図６Ｂの結果から、実施例２の素子は実施例１の素子よりも光取り出し効率が向上していることが確認された。これらの結果から、第一領域４１内におけるｎ型半導体層３５の上面に凹凸形状３８を設けた素子は、ｎ型半導体層３５の上面を平坦にした素子よりも光出力が向上することが分かる。
活性層３３から電極３６の側（上面）に向けて進行した光、又は反射電極２１で反射して電極３６の側（上面）に向けて進行した光がｎ型半導体層３５の上面に入射される。ここで、ｎ型半導体層３５の上面が平坦である場合には、一部の光が当該ｎ型半導体層３５の面に対して臨界角以上の角度で入射され、この光はｎ型半導体層３５の面で反射して再び活性層３３側に進行してしまう。これに対し、第一領域４１内のｎ型半導体層３５の上面に凹凸形状３８が形成されていると、第一領域４１内において臨界角以上の角度でｎ型半導体層３５の面に対して入射される光の量が大きく減少するため、ｎ型半導体層３５で反射されずに外部に取り出すことのできる光量が増加する。
図６Ｃの結果から、参考例３の素子は参考例２の素子よりも光取り出し効率が低下していることが確認された。これに対し、図６Ｄの結果から、実施例３の素子は実施例２の素子よりも光取り出し効率が向上していることが確認された。これらの結果から、第一領域４１内に加えて、第二領域４２内のｎ型半導体層３５の上面に凹凸形状を形成すると、電極（３６，９８）の材料によってはその効果が異なることが分かる。
反射率の低い材料からなる電極９８を有し、第二領域４２内のｎ型半導体層３５の上面に凹凸形状３９を設けた参考例３の素子とした場合、電極９８に対して臨界角以内で入射される光の量が増えた結果、この電極９８に吸収される光量が増えてしまう。このため、参考例３の素子は、参考例２の素子よりも光取り出し効率が低下したものと推察される。
これに対し、反射率の高い材料からなる電極３６を有し、第二領域４２内のｎ型半導体層３５の上面に凹凸形状３９を設けた実施例３の素子とした場合、電極３６に入射される光量が増えても当該電極３６で大半の光が反射する。この光の一部は、当該凹凸形状３９の面やｎ型半導体層３５の段差の側面（斜面）を通じて取り出される。また、電極３６で反射した光のうち、第一領域４１内のｎ型半導体層３５の上面に向けて進行するものも存在する場合があるが、この光の一部が第一領域４１内に形成された凹凸形状３８で散乱し、外部に取り出されることが考えられる。これらの理由により、反射率の高い材料からなる電極３６を有し、第一領域４１内及び第二領域４２内のｎ型半導体層３５の上面に凹凸形状（３８．３９）を形成することで、光取り出し量を大きく向上させる効果が得られると考えられる。
図６Ｅ及び図６Ｆの結果は、上記の考察に合致していると思われる。すなわち、図６Ｅの結果より、第一領域４１内のｎ型半導体層３５の上面に凹凸形状３８を形成した実施例２と参考例２の素子を比較すると、高反射材料で構成される電極３６を有する実施例２の方が、反射率の低い材料（Ａｕ）で構成される電極９８を有する参考例２よりも光取り出し効率が向上している。また、図６Ｆの結果より、第一領域４１内及び第二領域４２内のｎ型半導体層３５の上面に凹凸形状（３８，３９）を形成した実施例３と参考例３の素子を比較すると、高反射材料で構成される電極３６を有する実施例３の方が、反射率の低い材料（Ａｕ）で構成される電極９８を有する参考例３よりも光取り出し効率が向上している。
［別実施形態］
以下、別実施形態の構成について説明する。
以下、別実施形態の構成について説明する。
〈１〉 図１～図３では、いずれもｎ型半導体層３５の上面に一つの電極３６を備える構成が図示されている。しかし、電極３６はｎ型半導体層３５の上面に複数設けられていても構わない。このとき、電流を基板１１の面に平行な方向に拡げる目的で、電極３６に対して基板１１の面に直交する方向に対向する位置に絶縁層２２を備える構成としても構わない（図７参照）。
なお、図７に示す半導体発光素子１を製造する場合には、ステップＳ２の終了後、例えばＳｉＯ２を膜厚２００ｎｍ程度成膜して絶縁層２２を形成した後に、ステップＳ３を実行すればよい。このとき、ステップＳ３では、ｐ型半導体層３１及び絶縁層２２の上面を覆うように導電層２０を形成すればよい。なお、絶縁層２２は、絶縁性材料であればよく、ＳｉＯ２の他、ＳｉＮ、Ａｌ２Ｏ３で構成しても構わない。
この絶縁層２２は、ステップＳ７に係る素子分離時のエッチングストッパー層としても機能させることができる。
なお、図７に示す半導体発光素子は、図１に示す第一実施形態の半導体発光素子において、複数の電極３６及び絶縁層２２を複数備える構成とした。しかし、図２に示す第二実施形態の半導体発光素子や図３に示す半導体発光素子において、同様に複数の電極３６及び絶縁層２２を備える構成としても構わない。
〈２〉 上述した実施形態では、基板１１に近い側をｐ型半導体層３１とし、ｎ型半導体層３５側から光を取り出す構成について説明したが、ｎ型半導体層３５とｐ型半導体層３１の位置が反転した構成であっても構わない。この場合、ｐ型半導体層３１は、第一領域４１内の厚みよりも第二領域４２内の厚みが厚く、第二領域４２内における高さ位置が、第一領域４１内における高さ位置よりも高い。そして、第二領域４２内のｐ型半導体層３１の上面に電極３６が形成されている。
１ ： 本発明の半導体発光素子
２Ａ～２Ｇ ： 光源
１１ ： 基板
２０ ： 導電層
２１ ： 反射電極（第二電極）
２２ ： 絶縁層
３０ ： 半導体層
３１ ： ｐ型半導体層
３３ ： 活性層
３５ ： ｎ型半導体層
３６ ： 電極（第一電極）
３８，３９ ： 凹凸形状
４１ ： 第一領域
４２ ： 第二領域
９０ ： 従来の半導体発光素子
９１ ： 基板
９２ ： 導電層
９３ ： 反射電極
９４ ： 半導体層
９５ ： ｐ型半導体層
９６ ： 活性層
９７ ： ｎ型半導体層
９８ ： ｎ側電極
２Ａ～２Ｇ ： 光源
１１ ： 基板
２０ ： 導電層
２１ ： 反射電極（第二電極）
２２ ： 絶縁層
３０ ： 半導体層
３１ ： ｐ型半導体層
３３ ： 活性層
３５ ： ｎ型半導体層
３６ ： 電極（第一電極）
３８，３９ ： 凹凸形状
４１ ： 第一領域
４２ ： 第二領域
９０ ： 従来の半導体発光素子
９１ ： 基板
９２ ： 導電層
９３ ： 反射電極
９４ ： 半導体層
９５ ： ｐ型半導体層
９６ ： 活性層
９７ ： ｎ型半導体層
９８ ： ｎ側電極
Claims (4)
- ｎ型半導体層、ｐ型半導体層、及び前記ｎ型半導体層と前記ｐ型半導体層との間に配置された活性層を含む半導体層と、
前記半導体層の面のうち、第一面に接触して形成された第一電極と、
前記半導体層の面のうち、前記第一面とは反対側の第二面に接触して形成された第二電極とを有し、
前記半導体層は、前記第一面側において、第一領域と当該第一領域よりも高さ位置の高い第二領域とを有しており、
前記第一電極は、前記半導体層の前記第二領域内に形成されており、前記活性層から放出される光に対して高反射率を示す材料で構成されていることを特徴とする半導体発光素子。 - 前記半導体層は、前記第一面側において、前記第一領域と前記第二領域のうちの少なくともいずれか一方の領域内において、表面に凹凸形状を有し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。
- 前記半導体層は、前記第一面側において、前記第一領域及び前記第二領域の双方の領域内において、表面に凹凸形状を有し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。
- 前記半導体層は窒化物半導体層で構成され、
前記第一電極は、Ａｌ、Ｒｈ、Ａｇ又はこれらの合金を含む材料で構成されていることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014-225367 | 2014-11-05 | ||
| JP2014225367A JP2016092235A (ja) | 2014-11-05 | 2014-11-05 | 半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2016072326A1 true WO2016072326A1 (ja) | 2016-05-12 |
Family
ID=55909052
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2015/080347 WO2016072326A1 (ja) | 2014-11-05 | 2015-10-28 | 半導体発光素子 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2016092235A (ja) |
| TW (1) | TW201631796A (ja) |
| WO (1) | WO2016072326A1 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019194618A1 (ko) | 2018-04-05 | 2019-10-10 | 엘지이노텍 주식회사 | 반도체 소자 패키지 |
| KR102471684B1 (ko) * | 2018-04-05 | 2022-11-28 | 쑤저우 레킨 세미컨덕터 컴퍼니 리미티드 | 반도체 소자 패키지 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007103689A (ja) * | 2005-10-05 | 2007-04-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体発光装置 |
| JP2010153792A (ja) * | 2008-11-20 | 2010-07-08 | Stanley Electric Co Ltd | 光半導体装置の製造方法 |
| JP2010541218A (ja) * | 2007-09-28 | 2010-12-24 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | ミラー層を有する薄膜ｌｅｄおよびその製造方法 |
| JP2011228696A (ja) * | 2010-04-15 | 2011-11-10 | Lg Innotek Co Ltd | 発光素子、発光素子パッケージ |
| JP2012033695A (ja) * | 2010-07-30 | 2012-02-16 | Stanley Electric Co Ltd | 半導体発光装置 |
-
2014
- 2014-11-05 JP JP2014225367A patent/JP2016092235A/ja active Pending
-
2015
- 2015-10-27 TW TW104135233A patent/TW201631796A/zh unknown
- 2015-10-28 WO PCT/JP2015/080347 patent/WO2016072326A1/ja active Application Filing
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007103689A (ja) * | 2005-10-05 | 2007-04-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体発光装置 |
| JP2010541218A (ja) * | 2007-09-28 | 2010-12-24 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | ミラー層を有する薄膜ｌｅｄおよびその製造方法 |
| JP2010153792A (ja) * | 2008-11-20 | 2010-07-08 | Stanley Electric Co Ltd | 光半導体装置の製造方法 |
| JP2011228696A (ja) * | 2010-04-15 | 2011-11-10 | Lg Innotek Co Ltd | 発光素子、発光素子パッケージ |
| JP2012033695A (ja) * | 2010-07-30 | 2012-02-16 | Stanley Electric Co Ltd | 半導体発光装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2016092235A (ja) | 2016-05-23 |
| TW201631796A (zh) | 2016-09-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2006135311A (ja) | 窒化物半導体を用いた発光ダイオード | |
| US9437778B2 (en) | Semiconductor light-emitting element and method for producing the same | |
| WO2015141517A1 (ja) | 半導体発光素子及びその製造方法 | |
| US11114588B2 (en) | Semiconductor light emitting element | |
| WO2016072326A1 (ja) | 半導体発光素子 | |
| JP2015191976A (ja) | 半導体発光素子及びその製造方法 | |
| JP5880633B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
| JP5818031B2 (ja) | Ｌｅｄ素子 | |
| JP5974980B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
| JP2017069282A (ja) | 半導体発光素子及びその製造方法 | |
| JP6153351B2 (ja) | 半導体発光装置 | |
| WO2016158093A1 (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
| KR20160117178A (ko) | 반도체 발광 소자 | |
| JP6690139B2 (ja) | 半導体発光素子及びその製造方法 | |
| JP6025058B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
| WO2015029727A1 (ja) | 半導体発光素子 | |
| JP2017005156A (ja) | 半導体発光素子及びその製造方法 | |
| WO2015151542A1 (ja) | 半導体発光素子、発光デバイス | |
| JP2016195168A (ja) | 半導体発光素子及びその製造方法 | |
| JP6468459B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
| JP2017139298A (ja) | 半導体発光素子及びその製造方法 | |
| JP5725069B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
| JP2015050381A (ja) | 半導体発光素子及びその製造方法 | |
| JP5880880B2 (ja) | 窒化物発光素子 | |
| JP2016192527A (ja) | 半導体発光素子及びその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 15856389 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 15856389 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |