半導体発光素子及びその製造方法
【課題】高輝度化を図ることができる半導体発光素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】実施形態に係る半導体発光素子は、構造体と、第１電極層と、第２電極層と、を備える。構造体は、第１導電形の第１半導体層と、第２導電形の第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられた発光層と、を有する。第２電極層は、構造体の第２半導体層の側に設けられる。第２電極層は、金属部と、複数の開口部と、を有する。金属部は、第１半導体層から第２半導体層に向かう方向に沿った厚さが１０ｎｍ以上、５０ｎｍ以下である。開口部は、前記方向に沿って前記金属部を貫通し、円相当直径が１０ｎｍ以上、５μｍ以下である。第１電極層は、構造体の第１半導体層の側に設けられる。第１電極層は、金属製であって、第１半導体層と接する部分を有する。
【解決手段】実施形態に係る半導体発光素子は、構造体と、第１電極層と、第２電極層と、を備える。構造体は、第１導電形の第１半導体層と、第２導電形の第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられた発光層と、を有する。第２電極層は、構造体の第２半導体層の側に設けられる。第２電極層は、金属部と、複数の開口部と、を有する。金属部は、第１半導体層から第２半導体層に向かう方向に沿った厚さが１０ｎｍ以上、５０ｎｍ以下である。開口部は、前記方向に沿って前記金属部を貫通し、円相当直径が１０ｎｍ以上、５μｍ以下である。第１電極層は、構造体の第１半導体層の側に設けられる。第１電極層は、金属製であって、第１半導体層と接する部分を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体発光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子は、半導体層の表面に接触した電極を具備している。半導体発光素子は、この電極に電流を流すことによって発光する。ここで、照明装置などでは比較的大きな発光素子が望まれる。そこで、パッド電極から半導体層表面に沿って伸びた細線電極を追加した半導体発光素子が考えられる。また、発光表面全面に金属電極を施し、その金属電極にナノメートル（ｎｍ）スケールの超微細な開口を形成した半導体発光素子も考えられる。半導体発光素子においては、さらなる高輝度化が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２３１６８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、高輝度化を図ることができる半導体発光素子及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態に係る半導体発光素子は、構造体と、第１電極層と、第２電極層と、を備える。
構造体は、第１導電形の第１半導体層と、第２導電形の第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられた発光層と、を有する。
第２電極層は、構造体の第２半導体層の側に設けられる。
第２電極層は、金属部と、複数の開口部と、を有する。
金属部は、第１半導体層から第２半導体層に向かう方向に沿った厚さが１０ナノメートル（ｎｍ）以上、５０ｎｍ以下である。
開口部は、前記方向に沿って前記金属部を貫通し、円相当直径が１０ｎｍ以上、５マイクロメートル（μｍ）以下である。
第１電極層は、構造体の第１半導体層の側に設けられる。
第１電極層は、金属製であって、第１半導体層と接する部分を有する。
【０００６】
また、実施形態に係る半導体発光素子の製造方法は、成長用基板の上に、第１導電形の第１半導体層と、第２導電形の第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられた発光層と、を有する構造体を結晶成長によって形成する工程と、前記第２半導体層の上に、前記第１半導体層から前記第２半導体層に向かう方向に沿った厚さが１０ｎｍ以上、５０ｎｍ以下であって、前記第２半導体層と接合された金属層を形成する工程と、前記金属層の上にマスクパターンを形成する工程と、前記マスクパターンをマスクにして前記金属層をエッチングし、前記方向にみたときの形状の円相当直径が１０ｎｍ以上、５μｍ以下である複数の開口部を有する電極層を形成する工程と、前記構造体から前記成長用基板を剥離した後、前記構造体の前記第１半導体層の側に、前記第１半導体層と接する部分を有する金属製の第１電極層を形成する工程と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】半導体発光素子を示す模式的斜視図である。
【図２】半導体発光素子を示す模式的断面図である。
【図３】半導体発光素子の特性を示す図である。
【図４】半導体発光素子の製造方法を示す模式的断面図である。
【図５】半導体発光素子の製造方法を示す模式的断面図である。
【図６】半導体発光素子の製造方法を示す模式的断面図である。
【図７】半導体発光素子の製造方法を示す模式的断面図である。
【図８】半導体発光素子の特性例を示すグラフ図である。
【図９】半導体発光素子の変形例を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態を図に基づき説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比係数などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比係数が異なって表される場合もある。
また、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
また、以下の説明では、一例として、第１導電形をｎ形、第２導電形をｐ形とした具体例を挙げる。
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式的斜視図である。
第１の実施形態に係る半導体発光素子１１０は、構造体１００、第１電極層３０、第２電極層２０、を備える。
【００１０】
構造体１００は、第１導電形の第１半導体層５１と、第２導電形の第２半導体層５２と、第１半導体層５１と第２半導体層５２との間に設けられた活性層５３と、を有する。構造体１００は、例えば窒化物半導体によって形成される。
【００１１】
ここで、本明細書において「窒化物半導体」とは、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）またはＢｘＩｎｙＡｌｚＧａ１−ｘ−ｙ−ｚＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）なる化学式において組成比ｘ、ｙ及びｚをそれぞれの範囲内で変化させた全ての組成の半導体を含むものとする。またさらに、上記化学式において、Ｎ（窒素）以外のＶ族元素もさらに含むもの、導電型などの各種の物性を制御するために添加される各種の元素をさらに含むもの、及び、意図せずに含まれる各種の元素をさらに含むものも、「窒化物半導体」に含まれるものとする。
【００１２】
第１半導体層５１は、例えばＧａＮの電流拡散層５１１を含む。
【００１３】
第２半導体層５２は、電流拡散層５２２を含む。すなわち、例えばｐ形ＧａＮによるクラッド層５２１上に、例えばｐ形ＧａＮによる電流拡散層５２２が設けられている。実施形態では、便宜上、電流拡散層５２２は第２半導体層５２に含まれるものとする。
【００１４】
活性層５３は、第１半導体層５１と、第２半導体層５２と、の間に設けられる。半導体発光素子１１０では、例えば、ｎ形ＧａＮによるクラッド層５１２、発光層５３０、及び、クラッド層５２１によってヘテロ構造の活性層５３が構成される。
構造体１００に含まれる第１半導体層５１、活性層５３及び第２半導体層５２は、図示しない成長用基板（例えば、サファイア基板）の上で結晶成長した層である。
【００１５】
第２電極層２０は、構造体１００の第２半導体層５２の側に設けられる。具体的には、第２電極層２０は、第２半導体層５２の第１半導体層５１とは反対側に設けられる。第２電極層２０には、例えば後述するようにＡｕ及びＡｇ、並びに若干の不純物が添加されたＡｕ及びＡｇが用いられる。
なお、実施形態では、説明の便宜上、構造体１００の第２半導体層５２の側を表面側または上側、構造体１００の第１半導体層５１の側を裏面側または下側とする。また、第１半導体層５１から第２半導体層５２に向かう方向に沿った積層方法をＺ方向とする。
【００１６】
第２電極層２０は、金属部２３と、複数の開口部２１と、を有する。開口部２１は、Ｚ方向に沿って金属部２３を貫通する。開口部２１をＺ方向にみたときの外形の円相当直径は、１０ｎｍ以上、５μｍ以下である。
【００１７】
ここで、円相当直径は、次の式で定義される。
円相当直径＝２×（面積／π）１／２
ここで、面積は、開口部２１のＺ方向からみたときの面積である。
【００１８】
開口部２１は、必ずしも円形とは限らない。したがって、実施形態では、上記の円相当直径の定義を用いて開口部２１を特定する。
【００１９】
第１電極層３０は、構造体１００の第１半導体層５１の側に設けられる。具体的には、第１電極層３０は、第２半導体層５１とは反対側に設けられる。第１電極層３０は、金属製である。第１電極層３０は、第１半導体層５１の裏面側と接する部分を有し、この接する部分によって第１半導体層５１と導通している。第１電極層３０には、例えばＡｇが用いられる。第１電極層３０は、例えば金属のめっきにより形成される。
【００２０】
このような半導体発光素子１１０では、第２電極層２０の形成された面が、主たる発光面として利用される。すなわち、第２電極層２０と第１電極層３０との間に所定の電圧を印加することで、発光層５３０から所定の中心波長を有する光が放出される。この光は、主として第２電極層２０の主面２０ａから外部に放出される。
【００２１】
第１の実施形態に係る半導体発光素子１１０では、第２電極層２０に開口部２１が設けられているため、例えば１０ｎｍ以上５μｍ以下の程度の大きさの超微細な開口部２１を含む第２電極層２０による発光層５３０への電流の拡がりを保ったまま効率良く光を外部に放出できるようになる。
【００２２】
また、半導体発光素子１１０では、第２電極層２０と第１電極層３０とが対向して配置され、第１電極層３０として金属を用いていることから、第２電極層２０で拡がり、発光層５３０から第１電極層３０へ向かう電流の集中を抑制することができる。
また、半導体発光素子１１０では、第１半導体層５１の裏面側に金属製の第１電極層３０が設けられていることから、半導体発光素子１１０で発生した熱を、第１電極層３０を介して効率良く放出できる。
すなわち、半導体発光素子１１０によれば、発光層５３０での発光効率の向上、第２電極層２０からの放出光の輝度の向上を図ることが可能となる。
【００２３】
半導体発光素子１１０の具体的な一例を説明する。
半導体発光素子１１０は、例えばＧａＮの電流拡散層５１１を備え、この電流拡散層５１１の上に、例えばＳｉがドープされたｎ形ＧａＮによるクラッド層５１２と、ＩｎＧａＮによる発光層５３０と、ｐ形ＡｌＧａＮによるクラッド層５２１と、を含むヘテロ構造が形成される。
【００２４】
発光層５３０は、例えば障壁層（ＧａＮ）および井戸層（ＩｎＧａＮ）が交互に繰り返し設けられたＭＱＷ（Multiple Quantum Well）構成であってもよい。また、発光層５３０は、井戸層を挟む障壁層の組みが１組み設けられたＳＱＷ（Single Quantum Well）構成を含むものであってもよい。
【００２５】
そして、この発光層５３０の上に、例えばｐ形ＧａＮによる電流拡散層５２２が形成されている。さらに電流拡散層５２２には、炭素等のドーピングがされていてもよい。これにより、電流拡散層５２２の抵抗値が下がり、第２電極層２０とのオーミック接続をとりやすくなる。なお、これらの半導体の層構成は一例であり、実施形態はこれに限定されない。
【００２６】
電流拡散層５２２の上には、例えばコンタクト層が形成され、コンタクト層を介して第２電極層２０が形成されていてもよい。
コンタクト層に用いられる材料は、例えば、コンタクト層に隣接する電流拡散層５２２の材料、及び、第２電極層２０に用いられる材料に基づいて適切に選択すればよい。
【００２７】
第２電極層２０には、ｐ側の電極として、例えばＮｉ／Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕの積層膜が用いられる。第２電極層２０には、この金属部２３をＺ方向に沿って貫通する複数の開口部２１が設けられている。開口部２１のそれぞれの大きさ及び配置は、規則的であっても、不規則的であってもよい。
【００２８】
電流拡散層５１１の裏面側には、例えばＡｇからなるｎ側の第１電極層３０が形成されている。第１電極層３０は、第１半導体層５１と接する部分を有し、この部分で第１半導体層５１と導通している。第１電極層３０のＺ軸方向に沿った厚さは、１μｍ以上であることが望ましい。すなわち、構造体１００は成長用基板の上に結晶成長によって形成されており、Ｚ軸方向に沿った厚さは非常に薄い。このため、構造体１００から成長用基板を剥離した後、構造体１００の裏面側に形成される第１電極層３０は、構造体１００を補強する役目も果たす。したがって、第１電極層３０の厚さを１μｍ以上にすることで、構造体１００を十分に補強することができる。
ここで、構造体１００のＺ軸方向に沿った厚さは、数μｍ以上、２０μｍ以下である。第１電極層３０のＺ方向に沿った厚さを１μｍ以上、５００μｍ以下にすることが好ましく、より好ましくは、１０μｍ以上、１００μｍ以下である。
【００２９】
実施形態では、構造体１００を挟むようにして、第２電極層２０と、第１電極層３０と、が対向している。
そして、実施形態に係る半導体発光素子１１０において、発光層５３０から放出された光は、第２半導体層５２の第２電極層２０が設けられた全面から外部に放出される。半導体発光素子１１０は、例えば、中心波長４００ｎｍ以上、６５０ｎｍ以下の光を放出する。
【００３０】
次に、実施形態に係る半導体発光素子１１０の電流の流れについて説明する。
図２は、シミュレーション計算に用いた半導体発光素子を例示する模式的断面図である。
図２（ａ）は、実施形態に係る半導体発光素子１１０を例示する模式的断面図である。
半導体発光素子１１０では、第１電極層３０が第１半導体層５１の裏面側に設けられている。
図２（ｂ）は、参考例に係る半導体発光素子１９０を例示する模式的断面図である。
半導体発光素子１９０では、第１電極層３９が第１半導体層５１の表面側の一部に設けられている。
なお、いずれの図においても、パッド電極２０２はチップの中央にあったり、端にあってもよい。
図３は、半導体発光素子の特性を例示する図である。
図３（ａ）は、半導体発光素子の電流−出力特性を例示している。
図３（ｂ）は、半導体発光素子の電圧−電流特性を例示している。
【００３１】
実施形態に係る半導体発光素子１１０では、第２電極層２０に、金属部２３を貫通する複数のｎｍスケールの開口部２１を備えている。このような開口部２１を有する第２電極層２０は、金属で構成されるため、一般の電流拡散層を構成する半導体やＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの酸化物透明電極と比較して、導電率が１桁から２桁以上高く、また熱伝導性も高い。このため半導体発光素子１１０として組み上げた際に、ＩＴＯを用いた場合に比べて順方向電圧（Ｖｆ）が低くなる。この結果、発光層５３０において一部だけに電流が集中する、電流集中が緩和される。よって、発光層５３０の全体がより均一に発光するとともに、輝度が向上する。
【００３２】
実施形態に係る半導体発光素子１１０では、第２電極層２０における開口部２１の円相当直径は、１０ｎｍ以上、５μｍ以下である。また、第２電極層２０の厚さは、１０ｎｍ以上、２００ｎｍ以下である。
【００３３】
すなわち、半導体発光素子１１０では、比較的大きな第２電極層２０を設けることで高い放熱性を得て、半導体発光素子１１０の温度上昇を抑制している。また、第２電極層２０に設けられた開口部２１の大きさ（例えば、円相当直径）を調整することによっても、半導体発光素子１１０の温度上昇を抑制している。すなわち半導体発光素子１１０の順方向の電圧を低下させることによって直列抵抗を低下させ、発熱自体を減少させることができる。
【００３４】
このような効果を実現するためには、開口部２１を有する第２電極層２０から第２半導体層５２に対して全面に均一に電流を流すとことができるとよい。第２半導体層５２に均一に電流を流すためには開口部２１の大きさ、並びに、開口部２１の中心間隔はある程度限定される。
【００３５】
電流を流す半導体層のドーピング濃度等にも依存するが、シミュレーション等の計算で得られる電流の流れる範囲は、第２電極層２０の端から約５μｍまでの範囲であり、十分な導電性を有し、順方向電流の上昇が起こらないのは１μｍ以下である。すなわち、開口部の直径がそれ以上であると電流が流れない範囲が生じて、直列抵抗を下げることができず、順方向電圧を下げることができない。そのため、開口部２１の平均開口部直径の上限は５μｍ以下である。
【００３６】
図２（ｂ）に表した半導体発光素子１９０のように、第２電極３９が第１半導体層５１の一部に設けられている場合、第２電極層２０で拡がった電流は、第１電極層３９に近い部分に集中する。すなわち、開口部２１を有する第２電極層２０によってパッド電極２０２から供給された電流は第２電極層２０に沿って拡がる。この電流は、第２半導体層５１、発光層５３０及び第１半導体層５１を介して第１電極層３９へ向かう。半導体発光素子１９０では、第１電極層３９が第１半導体層５１の表面側の一部に設けられているため、第１電極層３９に近い部分に電流の集中が発生する（ｉ２０）。
【００３７】
半導体発光素子１９０の第１電極層３９の抵抗値は、半導体発光素子１１０の第１電極層３０の抵抗値よりも大きい。この抵抗値の相違は、図３（ｂ）に表したように、電圧−電流の相違として現れる。
図３（ａ）に表したように、半導体発光素子１９０の電流−出力特性では、電流が所定の値（Ｉｐｋ）を超えると出力の飽和が発生している。半導体発光素子１９０では、第１電極層３９の抵抗値が第１電極層３０の抵抗値よりも大きいため、電流の増加に伴い第１電極層３９の周辺の発熱が増加する。この発熱の増加によって、電流Ｉｐｋを超えると出力の低下が発生すると考えられる。
【００３８】
一方、図２（ａ）に表したように、実施形態に係る半導体発光素子１１０では、第１電極層３０が第１半導体層５１の裏面側に形成されている。すなわち、構造体１００をあいだにして、第２電極層２０と第１電極層３０とが対向して配置される。しかも、第１電極層３０は、第１電極層３９に比べて広い面積で第１半導体層５１と接している。このため、第１電極層３０の抵抗値は第１電極層３９の抵抗値に比べて小さくなる。このようなことから、半導体発光素子１１０では、第２電極層２０で拡がった電流が、第１電極層３０に向かって均一に流れる（ｉ１０）。したがって、半導体の電流拡散層に比べ、金属であるため、電極部分の抵抗値が桁違いに低いことから、図３（ｂ）に表したように、閾値電圧を超えると電流は直線的に上昇することが分かる。これより半導体発光素子１１０では、電圧−電流特性に優れている。
【００３９】
図３（ａ）に表したように、半導体発光素子１１０の電流−出力特性では、電流の増加とともに出力が増加している。また、電流Ｉｐｋを超えても出力の飽和は発生しない。先に説明したように、半導体発光素子１１０では、第１電極層３０の抵抗値が第１電極層３９の抵抗値よりも小さいため、電流の増加に伴う第１電極層３０の周辺の発熱が非常に少ない。しかも、発熱しても、その熱を第１電極層３０から効率良く外部に放出できる。したがって、半導体発光素子１１０は、電流の増加に伴う熱を影響を受けにくく、電流−出力特性に優れた結果を得られると考えられる。
【００４０】
発光層５３０から発生する光の波長より十分小さい開口部を第２電極層２０に設けることによって、第２電極層２０は、金属でありながら光透過型電極として機能することがある。これは、開口部に阻害されない連続した金属部位の直線距離が、この光の波長よりも十分短いことにより、第２電極層２０に光が照射した際に光の電場により誘起される自由電子の運動が阻害され、該当波長の光と反応できなくなり、金属が透明となる点である。
【００４１】
金属反射を記述するドルーデの理論において、対象となる物質は照射される光の波長に対して十分に大きく、均一な構造であることが仮定されている。物質にプラズマ周波数よりも低い周波数の光が照射された際、物質内の自由電子の運動について述べると、光のもつ電場により物質内の電子の分極が生じる。この分極は光の電場を打ち消す方向に誘起される。この誘起された電子の分極により、光の電場が遮蔽されることで、光は物質を透過することができず、いわゆるプラズマ反射が生じる。ここで、もし電子の分極を誘起される物質が、光の波長よりも十分に小さいとすると、電子の運動は幾何学的な構造により制限され、光の電場を遮蔽することができなくなるものと考えられる。これは、構造的には開口部の直径を、該当する光の波長よりも十分小さくすることにより実現できる。
【００４２】
このため、第２電極層２０における光透過率（発光層５３０で発生した光の外部への透過率）が、開口率（第２電極層２０の面積に対する開口部の面積）を上回る効果を得るためには、円相当直径を、発光層５３０で発生する光の中心波長の１／２以下程度が望ましい。例えば、可視光の場合には、開口部２１の円相当直径は、３００ｎｍ以下がよい。
【００４３】
一方、開口部２１の円相当直径の下限に関しては、抵抗値の観点からは制約は無いものの、製造の容易性から１０ｎｍ以上、好ましくは３０ｎｍ以上あるとよい。
また、第２電極層２０の金属部２３の材料となる金属には、例えば、Ａｇ、Ａｕをベース金属とすることが好ましい。これにより、吸収損失が抑制できる。さらに、金属部２３の材料となる金属には、Ａｌ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｃ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｔｉから選択された少なくとも１つの材料または合金であることが好ましい。これにより、オーミック性、密着性、耐熱性が向上する。金属部２３の材料となる金属には、十分な導電性および熱伝導性を有しているものを用いることが望ましい。ただし、実施形態はこれに限定されず、任意の金属を用いることができる。
【００４４】
なお、例えば、第２電極層２０の金属部２３（開口部２１が設けられていない部分）の任意の２点間は、少なくともパッド電極などの電流供給源から切れ目無く連続している。これは、通電性を確保し抵抗値を低く保つためである。
なお、複数の電流供給源が設けられている場合には、各電流供給源のそれぞれに対応して第２電極層２０の金属部２３が連続していればよい。
【００４５】
また、金属部２３は、連続していることが望ましい。これにより、半導体発光素子１１０において、光の放出の均一性が高まる。また、第２電極層２０のシート抵抗は、１０Ω／□以下であることが好ましく、５Ω／□以下であることがより好ましい。シート抵抗が小さいほど、均一な発光、輝度の向上が顕著になる。また、半導体発光素子１１０の発熱は少なくなる。
【００４６】
また、半導体層上に金属電極を形成させるためには、半導体層上に金属層を形成させる。
【００４７】
例えば、青色発光素子の場合の電極形性方法は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ等の化合物半導体層へＮｉ／Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕの積層膜を形成した後、熱処理を行うことにより、オーミック接触をさせてもよい。
【００４８】
実施形態に係る半導体発光素子１１０においても、同様にして金属層を形成させ、さらに後述する方法によって開口部２１を形成させることによって第２電極層２０を形成している。ここで、第２電極層２０の厚さが薄すぎるとドーパントの量が少なくなり、ドーピングが不十分となる。その結果、十分なオーミック接触が得られず、抵抗値の上昇を招く可能性がある。
【００４９】
実験により調べた結果、第２電極層２０の厚さは１０ｎｍ以上であると、十分なオーミック接触が実現できることが分かった。さらに、第２電極層２０の厚さが３０ｎｍ以上であると、オーミック性がさらに向上する。一方、第２電極層２０の厚さが厚いほど抵抗値は下がる。発光層５３０で発生した光の透過率を確保する点から、第２電極層２０の厚さは、好ましくは２００ｎｍ以下であり、より好ましくは５０ｎｍ以下である。
【００５０】
ここで、第２電極層２０においては、発光層５３０から放出される波長の光に対する金属材料のバルク状態での反射率（バルク反射率）が７０％以上である。これは、金属反射の際に反射率が低いと光が熱に変わり損失が生じるためである。第２電極層２０で、素子から出られなかった光も本電極では光として反射されるため、発光層３２の下部に反射層（図示せず）などを施すことで再利用可能となり、再び取り出すことができる。これにより、発光層５３０から放出された光が、第２電極層２０を透過することになる。
【００５１】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態を説明する。第２の実施形態は、半導体発光素子の製造方法である。
【００５２】
第２の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法には、例えば以下の（Ａ）〜（Ｄ）の方法が挙げられる。
【００５３】
（Ａ）電子線描画を利用する方法
開口部を有する第２電極層を形成させる方法のひとつは、電子線描画による方法である。この方法を利用した第２の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法は、次の工程を備える。
すなわち、当該製造方法は、成長用基板の上に、第１導電形の第１半導体層と、第２導電形の第２半導体層と、当該第１半導体層と当該第２半導体層との間に設けられた発光層と、を有する構造体を結晶成長によって形成し、当該第２半導体層の上に、金属層を形成する工程（ａ１）と、当該金属層の上にレジスト膜を形成する工程（ａ２）と、当該レジスト膜に電子線を照射し、現像し、複数の第１レジスト開口部及び第２レジスト開口部を有するレジスト層を形成する工程（ａ３）と、当該レジスト層をマスクとして当該金属層をエッチングし、複数の開口部を有する第２電極層を形成する工程（ａ４）と、構造体から成長用基板を剥離した後、構造体の第１半導体層側に第１半導体層と接する部分を有する金属製の第２電極層を形成する工程（ａ５）と、を備える。
【００５４】
そして、実施形態では、当該第２電極層を形成する工程（ａ４）において、当該複数の開口部のそれぞれの円相当直径を、１０ｎｍ以上、５μｍ以下に形成する。
【００５５】
具体的には、例えば以下のようにして半導体発光素子を製造する。
図４は、電子線描画を利用する方法の工程例を示す模式的断面図である。
先ず、図４（ａ）に表したように、サファイア基板等の成長用基板１０上に第１半導体層５１を形成し、第１半導体層５１上に活性層５３を形成し、その上に第２半導体層５２を形成する。
次いで、第２半導体層５２の上に金属層２０Ａを形成する。その後、金属層２０Ａと第２半導体層５２とを十分にオーミック接触させるため、所定時間のアニールを行う。次に転写層としてシリコン酸化膜２０１Ａを例えば真空蒸着する。そして、シリコン酸化膜２０１Ａの上に電子線用のレジスト膜２００Ａの層を形成する。
【００５６】
次いで、図４（ｂ）に表したように、パターンジェネレータを装備した電子線露光装置で、レジスト膜２００Ａに、開口部２１に対応したレジスト開口部２１１を形成する。
【００５７】
次いで、レジスト開口部２１１が形成された電子線用のレジスト層２００をマスクに、転写層のシリコン酸化膜２０１ＡをＲＩＥ（Reactive Ion Etching）処理し、レジスト層２００のパターンを転写する。次に、開口部が開いたシリコン酸化層２０１をマスクにしてイオンミリングを行い、金属層２０Ａをエッチングする。これにより、レジスト開口部２１１に対応した金属層２０Ａに開口部２１が形成される（図４（ｃ））。金属層２０Ａは、開口部２１が形成され、第２電極層２０になる。金属層２０Ａのエッチング後、シリコン酸化層２０１は除去される。
【００５８】
その後、図４（ｄ）に表したように、金属層２０Ａの上にパッド電極２０２を形成する。
次に、表面である第２電極２０側に、電極保護用の樹脂をコーティングし、さらに補助基板（図示せず）を貼り付ける。
【００５９】
その後、サファイア基板等の成長用基板１０側から、波長２４８ｎｍのフッ化クリプトン（ＫｒＦ）エキシマレーザ光を照射し、成長用基板１０とＧａＮの界面にレーザ光を吸収させて、レーザリフトオフ（ＬＬＯ）法により、成長用基板１０からエピ基板を剥離する。裏面に残ったＧａについては、塩酸処理により取り除く。
次に、剥がした裏面に銀をスパッタし、さらにメッキで銀を約５０μｍ積層させ、第１電極層３０を形成する。
そして、表面の樹脂を有機溶媒により溶解することで補助基板（図示せず）を剥離する。最後にダイシングにより素子を分離し、半導体発光素子１１０を完成させる。
【００６０】
（Ｂ）型を利用する方法
第２の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の別のひとつは、型を利用するものである。その方法は、次の工程を備える。
すなわち、当該製造方法は、成長用基板の上に、第１導電形の第１半導体層と、第２導電形の第２半導体層と、当該第１半導体層と当該第２半導体層との間に設けられた発光層と、を有する構造体を結晶成長によって形成し、当該第２半導体層の上に、金属層を形成する工程（ｂ１）と、当該金属層の上にレジスト膜を形成する工程（ｂ２）と、レジスト膜に、凸部を有する型の凸部を押し付けて、当該レジスト膜に複数のレジスト凹部を有するレジスト層を形成する工程（ｂ３）と、当該レジスト層をマスクとして当該金属層をエッチングし、レジスト凹部に対応した複数の開口部を有する第２電極層を形成する工程（ｂ４）と、構造体から成長用基板を剥離した後、構造体の第１半導体層側に第１半導体層と接する部分を有する金属製の第１電極層を形成する工程（ｂ５）と、を備える。
【００６１】
そして、実施形態では、当該第２電極層を形成する工程（ｂ４）において、当該複数の開口部のそれぞれの円相当直径を、１０ｎｍ以上、５μｍ以下に形成する。
【００６２】
具体的には、例えば以下のようにして半導体発光素子を得ることができる。
図５は、型を利用する方法の工程例を示す模式的断面図である。
先ず、図５（ａ）に表したように、サファイア基板等の成長用基板１０上に第１半導体層５１を形成し、第１半導体層５１上に活性層５３を形成し、その上に第２半導体層５２を形成する。
次いで、第２半導体層５２の上に金属層２０Ａを形成する。その後、金属層２０Ａと第２半導体層５２とを十分にオーミック接触させるため、所定時間のアニールを行う。そして、金属層２０Ａの上に転写層としてシリコン酸化膜２０１Ａを例えば真空蒸着する。さらにレジスト膜８０１Ａの層を形成する。
【００６３】
次いで、図５（ｂ）に表したように、凸部８０２ａを有する型８０２を用意する。
例えば、型８０２の凸部８０２ａが設けられた転写面において、複数の凸部８０２ａが設けられている。
型８０２は、例えば石英上に電子線リソグラフィにて所望の構造を形成させることにより製造することができる。なお、型８０２の材料及び型８０２の微細凹凸構造の形成手法はこれに限定されない。例えば、型８０２を後述するブロックコポリマー（ブロック共重合体）の自己組織化や、微粒子マスクを用いた方法により形成することも可能である。
【００６４】
次に、必要に応じてレジスト膜８０１Ａを所定温度に加熱した状態で、図５（ｂ）に表したように、型８０２の凸形状がある側をレジスト膜８０１Ａに押し付けるインプリントを行う。インプリント後、レジスト膜８０１Ａを室温まで冷却して硬化させ、型８０２をリリースする。これにより、凸部８０２ａに対応した凹部を有するレジストパターン８０１Ｂが形成される（図５（ｃ））。以上、熱インプリントの例を示したが、ＵＶインプリントを用いることも可能である。
【００６５】
次いで、図５（ｄ）に表したように、レジストパターン８０１Ｂを、エッチングする。これにより、レジスト層の凹部の底が除去され、金属層２０Ａが露出する（図５（ｄ））。金属層２０Ａが露出した部分は、レジスト開口部８１１となる。次に、転写層のシリコン酸化膜８００ＡをＲＩＥでレジスト層８０１のパターンを転写する。
【００６６】
次いで、レジスト開口部８１１と同じ形状の開口部が形成されたシリコン酸化層８０１をマスクにしてイオンミリングを行い、金属層２０Ａをエッチングする。これにより、レジスト開口部８１１に対応した金属層２０Ａに開口部２１が形成される（図５（ｅ））。金属層２０Ａは、開口部２１が形成され、第２電極層２０になる。金属層２０Ａのエッチング後、シリコン酸化層２０１は除去される。
【００６７】
その後、図５（ｆ）に表したように、金属層２０Ａの上にパッド電極２０２を形成する。
次に、表面である第１電極２０側に、電極保護用の樹脂をコーティングし、さらに補助基板（図示せず）を貼り付ける。
【００６８】
その後、サファイア基板等の成長用基板１０側から、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光を照射し、成長用基板１０とＧａＮの界面にレーザ光を吸収させて、レーザリフトオフ（ＬＬＯ）法により、成長用基板１０からエピ基板を剥離する。裏面に残ったＧａについては、塩酸処理により取り除く。
次に、剥がした裏面に銀をスパッタし、さらにメッキで銀を約５０μｍ積層させ、第１電極層３０を形成する。
そして、表面の樹脂を有機溶媒により溶解することで補助基板（図示せず）を剥離する。最後にダイシングにより素子を分離し、半導体発光素子１１０を完成させる。
【００６９】
なお、型を利用する方法は、上記のような熱による成形に限定されるものではなく、光の照射によってレジストを硬化させる成形や、ＰＤＭＡ（ポリジメチルアクリルアミド）やＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）等の柔軟性を備えた型を用いる成形など、種々の技術を用いることができる。
【００７０】
（Ｃ）ブロックコポリマーの自己組織化を利用する方法
第２の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の別のひとつは、ブロックコポリマーの自己組織化による相分離を利用するものである。その方法は、次の工程を備える。
すなわち、当該製造方法は、成長用基板の上に、第１導電形の第１半導体層と、第２導電形の第２半導体層と、当該第１半導体層と当該第２半導体層との間に設けられた発光層と、を有する構造体を結晶成長によって形成し、当該第２半導体層の上に、金属層を形成する工程（ｃ１）と、当該金属層の少なくとも一部の表面にブロックコポリマーを含む組成物を塗布し、当該ブロックコポリマーを相分離させてミクロドメインパターンを生成する工程（ｃ２）と、当該ミクロドメインパターンをマスクとして当該金属層をエッチングして、複数の開口部を有する第２電極層を形成する工程（ｃ３）と、構造体から成長用基板を剥離した後、構造体の第１半導体層側に第１半導体層と接する部分を有する金属製の第１電極層を形成する工程（ｃ４）と、を備える。
【００７１】
そして、実施形態では、当該第２電極層を形成する工程（ｃ３）において、複数の開口部のそれぞれの円相当直径を、１０ｎｍ以上、５μｍ以下に形成する。
【００７２】
具体的には、例えば以下のようにして半導体発光素子を得ることができる。
図６は、ブロックコポリマーの自己組織化を利用する方法の工程例を示す模式的断面図である。
先ず、図６（ａ）に表したように、サファイア基板等の成長用基板１０上に第１半導体層５１を形成し、第１半導体層５１上に活性層５３を形成し、その上に第２半導体層５２を形成する。
次いで、第２半導体層５２の上にコンタクト層１４を形成し、その上に金属層２０Ａを形成する。その後、金属層２０Ａと第２半導体層５２とを十分にオーミック接触させるため、所定時間のアニールを行う。そして、金属層２０Ａの上に、例えばシリコン酸化膜７０１Ａを形成する。
【００７３】
次に、図６（ｂ）に表したように、シリコン酸化膜７０１Ａ上に、２種類のポリマーのブロックを有するブロックコポリマーを溶剤に溶かした液をスピンコート法で塗布する。その後、プリベークして溶剤を除去し、ブロックコポリマー膜７０３Ａを形成する。そして、その膜をアニールし、２種類のポリマーのミクロ相分離を行い、ブロックコポリマーによるミクロドメインパターン７０３を形成する（図６（ｃ））。
【００７４】
次いで、ミクロドメインパターン７０３を例えばＲＩＥ装置によってエッチングする。このとき、２種類のポリマーのエッチング速度差により、エッチング速度の速いポリマーによるホールパターンが形成される。
【００７５】
次いで、ポリマーによるホールパターンをマスクにして、例えばＲＩＥ装置によりシリコン酸化膜７０１Ａをエッチングし、酸化膜ホールパターン７０１Ｂを形成する（図６（ｄ））。これにより、酸化膜ホールパターン７０１Ｂには、開口部２１に対応した開口パターン７１１が形成される。
【００７６】
次いで、酸化膜ホールパターン７０１Ｂをマスクにしてイオンミリングを行い、金属層２０Ａをエッチングする。これにより、開口パターン７１１に対応した金属層２０Ａに開口部２１が形成される（図６（ｅ））。金属層２０Ａは、開口部２１が形成され、第２電極層２０になる。金属層２０Ａのエッチング後、酸化膜ホールパターン７０１Ｂは除去される。
【００７７】
その後、図６（ｆ）に表したように、金属層２０Ａの上にパッド電極２０２を形成する。
次に、表面である第１電極２０側に、電極保護用の樹脂をコーティングし、さらに補助基板（図示せず）を貼り付ける。
【００７８】
その後、サファイア基板等の成長用基板１０側から、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光を照射し、成長用基板１０とＧａＮの界面にレーザ光を吸収させて、レーザリフトオフ（ＬＬＯ）法により、成長用基板１０からエピ基板を剥離する。裏面に残ったＧａについては、塩酸処理により取り除く。
次に、剥がした裏面に銀をスパッタし、さらにメッキで銀を約５０μｍ積層させ、第１電極層３０を形成する。
そして、表面の樹脂を有機溶媒により溶解することで補助基板（図示せず）を剥離する。最後にダイシングにより素子を分離し、半導体発光素子１１０を完成させる。
【００７９】
（Ｄ）微粒子のマスクを利用する方法
第２の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の別のひとつは、シリカ等の微粒子の単分子層をマスクとして利用するものである。その方法は、次の工程を備える。
すなわち、当該製造方法は、成長用基板の上に、第１導電形の第１半導体層と、第２導電形の第２半導体層と、当該第１半導体層と当該第２半導体層との間に設けられた発光層と、を有する構造体を結晶成長によって形成し、当該第２半導体層の上に、金属層を形成する工程（ｄ１）と、当該金属層の上にレジスト膜を形成する工程（ｄ２）と、当該レジスト膜の表面に微粒子の単粒子層を形成させる工程（ｄ３）と、当該単粒子層をマスクとして当該レジスト膜をエッチングし、開口部を有するレジスト層を形成する工程（ｄ４）と、当該レジスト層の開口部に無機物質を充填して逆パターンマスクを形成する工程（ｄ５）と、当該逆パターンマスクをマスクとして当該金属層をエッチングし、複数の開口部を有する第２電極層を形成する工程（ｄ６）と、構造体から成長用基板を剥離した後、構造体の第１半導体層側に第１半導体層と接する部分を有する金属製の第１電極層を形成する工程（ｄ７）と、を備える。
【００８０】
そして、実施形態では、当該第２電極層を形成する工程（ｄ６）において、複数の開口部のそれぞれの円相当直径を、１０ｎｍ以上、５μｍ以下に形成する。
【００８１】
具体的には、例えば以下のようにして半導体発光素子を得ることができる。
図７は、微粒子のマスクを利用する方法の工程例を示す模式的断面図である。
先ず、図７（ａ）に表したように、成長用基板１０上に第１半導体層５１を形成し、第１半導体層５１上に活性層５３を形成し、その上に第２半導体層５２を形成する。
次いで、第２半導体層５２の上にコンタクト層１４を形成し、その上に金属層２０Ａを形成する。その後、金属層２０Ａと第２半導体層５２とを十分にオーミック接触させるため、所定時間のアニールを行う。そして、金属層２０Ａの上にレジスト膜６０１Ａの層を形成する。
【００８２】
次いで、例えば乳酸エチル中にシリカ微粒子を分散させた液に、モノマーを加えて分散液を作成する。その分散液を上記のレジスト膜６０１Ａ上へ滴下し、スピンコートする。スピンコート後、溶媒を除去する。これにより、規則配列した微粒子６０２Ａの単分子層を形成する。
【００８３】
次いで、図７（ｂ）に表したように、配列された微粒子６０２Ａの層をＲＩＥ装置によってエッチングし、微粒子の粒径を縮小化させる。縮小化された微粒子６０２Ｂの間には隙間が生じる。
【００８４】
次いで、図７（ｃ）に表したように微粒子６０２Ｂの層をマスクとして、レジスト膜６０１Ａをエッチングし、レジストピラーパターン６０１を形成する。
【００８５】
次に、図７（ｄ）に表したように、例えば有機ＳＯＧ組成物をレジストピラーパターン６０１上へ滴下し、スピンコートする。スピンコート後、溶媒を完全に除去し、アニールを行う。有機ＳＯＧ組成物の硬化後、レジストピラーパターン６０１はＳＯＧ層６０３Ａによって埋め込まれる状態になる。ＳＯＧ層６０３Ａの表面は、平坦化されている。
【００８６】
次いで、図７（ｅ）に表したように、ＳＯＧ層６０３Ａをエッチバックして、レジストピラーパターン６０１を露出させる。次いで、エッチングによってレジストピラーパターン６０１を完全に除去する。レジストピラーパターン６０１を除去した後は、図７（ｆ）に表したように、ＳＯＧのホールパターン６０３Ｂが形成される。このホールパターン６０３Ｂの開口は、開口部２１に対応した開口パターン６１１である。
【００８７】
次いで、ＳＯＧのホールパターン６０３Ｂをマスクにしてイオンミリングを用いて、金属層２０Ａをエッチングする。これにより、開口パターン６１１に対応した金属層２０Ａに開口部２１が形成される（図７（ｇ））。金属層２０Ａは、開口部２１が形成され、第２電極層２０になる。金属層２０Ａのエッチング後、ＳＯＧのホールパターン６０３Ｂは除去する。
【００８８】
その後、図７（ｈ）に表したように、金属層２０Ａの上にパッド電極２０２を形成する。
次に、表面である第１電極２０側に、電極保護用の樹脂をコーティングし、さらに補助基板（図示せず）を貼り付ける。
【００８９】
その後、サファイア基板等の成長用基板１０側から、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光を照射し、成長用基板１０とＧａＮの界面にレーザ光を吸収させて、レーザリフトオフ（ＬＬＯ）法により、成長用基板１０からエピ基板を剥離する。裏面に残ったＧａについては、塩酸処理により取り除く。
次に、剥がした裏面に銀をスパッタし、さらにメッキで銀を約５０μｍ積層させ、第１電極層３０を形成する。
そして、表面の樹脂を有機溶媒により溶解することで補助基板（図示せず）を剥離する。最後にダイシングにより素子を分離し、半導体発光素子１１０を完成させる。
【００９０】
なお、上記（Ａ）〜（Ｄ）の各製造方法は一例であり、これらに限定されるものではない。
【００９１】
次に、実施例の説明を行う。なお、以下の実施例で示される材料、数値、製造条件等は一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。
【００９２】
（実施例１）
実施例１では、上記（Ａ）の電子線描画を利用した方法に準じて半導体発光素子１１１を製造する。
【００９３】
先ず、成長用基板１０上に、ＧａＮの電流拡散層５１１を形成する。次に、電流拡散層５１１の上に、ｎ形ＧａＮのクラッド層５１２、ＩｎＧａＮの発光層５３０、ｐ形ＡｌＧａＮのクラッド層５２１などを含むヘテロ構造を形成する。その上に、ｐ形ＧａＮを含む電流拡散層５２２をエピタキシャル成長させる。
【００９４】
次いで、Ｎｉ（１ｎｍ）／Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ（３０ｎｍ）の積層膜による金属層２０Ａを蒸着法により形成する。その後、窒素雰囲気下で６００℃、３０分間アニールを行い、金属層２０Ａのオーミック接触を得る。
【００９５】
次いで、Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ層の上に電子線用レジスト（フジフィルム株式会社製：商品名ＦＥＰ−３０１）の層を３００ｎｍの厚さで形成する。そして、パターンジェネレータを装備した５０ｋＶの加速電圧を持つ電子線露光装置で開口径１００ｎｍ、１５０ｎｍの間隔を有するホールパターン（レジスト開口部２０２ａ）を電子線用レジストに形成する。
【００９６】
次いで、イオンミリング装置を用いて、加速電圧５００ボルト（Ｖ）、イオン電流４０ミリアンペア（ｍＡ）の条件で９０秒間、Ｎｉ／Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ層のエッチングを行って開口部を形成する。これにより、開口部２１を有する第２電極層２０が形成される。
【００９７】
その後、Ｎｉ／Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ層の上にパッド電極２０２を形成する。そして、電流拡散層５１１の下面から成長用基板１０を剥離し、電流拡散層５１１の下面に第１電極層３０を形成して半導体発光素子１１１を完成させる。
【００９８】
（実施例２）
実施例２では、上記（Ｃ）のブロックコポリマーの自己組織化を利用した方法に準じて半導体発光素子１１２を製造する。
【００９９】
先ず、実施例１と同様に、成長用基板１０上に、ＧａＮの電流拡散層５１１を形成する。次に、電流拡散層５１１の上に、ｎ形ＧａＮのクラッド層５１２、ＩｎＧａＮの発光層５３０、ｐ形ＡｌＧａＮのクラッド層５２１などを含むヘテロ構造を形成する。その上に、ｐ形ＧａＮを含む電流拡散層５２２をエピタキシャル成長させる。
【０１００】
次いで、Ｎｉ（１ｎｍ）／Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ（３０ｎｍ）からなる金属層２０Ａを蒸着法により形成する。その後、窒素雰囲気下で４５０℃、３０分間アニールを行い、金属層２０Ａのオーミック接触を得る。次に、シリコン酸化膜をＣＶＤにより５０ｎｍの厚さで形成する。
【０１０１】
ブロックコポリマーには、ポリスチレン（ＰＳ）−ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）のブロックコポリマー（ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡ）が用いられる。ブロックコポリマーの分子量（Ｍｎ）は、９２０ｋｇ／ｍｏｌであり、ＰＳとＰＭＭＡとの組成比は、８０ｍｏｌ：２０ｍｏｌである。なお、ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡ以外でも、例えば特許３９４０５４６号明細書に示したブロックコポリマーを使ってミクロドメインパターンを作成してもよい。そして、ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡは、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）に溶解され、ブロックコポリマーレジストになる。
【０１０２】
次に、ブロックコポリマーレジストを、シリコン酸化膜上にスピンコートし、無酸化オーブン中で２３０℃でアニールを行う。これにより、ピッチが直径が１２０ｎｍのＰＭＭＡ球状ドメインがブロックコポリマー中に形成される。ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡブロックコポリマーの膜厚はＰＭＭＡ球状ドメインが１層になるように調整する。
【０１０３】
ＰＭＭＡはＲＩＥに対して耐性がない。したがって、酸素ＲＩＥによって、ブロックコポリマーレジストは選択的に削られる。これにより、ＰＭＭＡドメインの部分を除去する。そして、メッシュ状に残ったＰＳをマスクにしてＣＦ４とＡｒとの混合ガスを用いてＲＩＥしたのち、酸素でアッシングする。これによって、開口部２１に対応した開口パターン７１１を有する酸化膜マスク（酸化膜ホールパターン７０１Ｂ）が形成される。
【０１０４】
次いで、酸化膜マスクを介して、Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ層をアルゴンでミリングを行う。これにより、複数の開口部２１を備えた金属製の光透過性薄膜電極（第２電極層２０）が形成される。
【０１０５】
Ｎｉ／Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ層のエッチング後、酸化膜マスクを除去する。その後、Ｎｉ／Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ層の上にパッド電極２０２を形成する。そして、電流拡散層５１１の下面から成長用基板１０を剥離し、電流拡散層５１１の下面に第１電極層３０を形成して半導体発光素子１１２を完成させる。
【０１０６】
（参考例）
比較のため、第２半導体層５２上に円形のパッド電極のみを形成した半導体発光素子１９１を形成する（参考例１）。
また、図２（ｂ）に例示した半導体発光素子１９０のように、開口部２１を有する第２電極層２０を形成し、第１電極を構造体１００の第１半導体層の一部に設けた図２（ｂ）のような半導体発光素子１９２も作成する（参考例２）。
【０１０７】
半導体発光素子１１１、１１２、１９１及び１９２は、ダイシングによってそれぞれ３００μｍ角になっている。半導体発光素子１１１、１１２、１９１及び１９２の特性の比較は、ベアチップ状態で行う。
【０１０８】
図８は、実施例及び比較例の特性の一例を示すグラフ図である。
同図において、横軸は電流、縦軸は出力である。
【０１０９】
開口部２１を有していない半導体発光素子１９１に対して、開口部２１を有している半導体発光素子１１１、１１２及び１９２では、低電圧の領域において、同じ電流値に対する電圧値が低下することが分かる。
【０１１０】
しかし、電流が増加して、電流値Ｉ２を超えると、半導体発光素子１９１では出力の低下が発生している。これにより、輝度が大きく低下することになる。
【０１１１】
これに対し、半導体発光素子１１１、１１２及び１９２では、電流値Ｉ２を超えて電流値Ｉ３に至っても、出力の低下は発生していない。
これは、構造体１００の上側に第２電極層２０が設けられていることで、半導体発光素子１１１、１１２及び１９２の電流拡散の均一性と放熱性とが向上したことによるものである。
【０１１２】
ここで、半導体発光素子１１１、１１２及び１９２のなかで、半導体発光素子１９２は、電流値がＩ３よりも大きい高電流領域での出力低下がみられる。これは、電流値の増加にともない、第１電極層３９の近傍に電流の集中が発生し、この電流集中に伴う熱の影響によって出力の低下が発生していると考えられる。
【０１１３】
これに対し、実施例１及び２の半導体発光素子１１１及び１１２では、低電流領域において半導体発光素子１９１の出力と同程度の出力を保っている。
さらに、高電流領域でも出力の低下は発生していない。
【０１１４】
以上のことから、半導体発光素子１１１及び１１２では、低電流領域から高電流領域まで、非常に良好な発光特性を示すことが分かった。なお、このような発光特性は、１ｍｍ角のような大きなチップ構造、すなわち第２電極層２０の外形面積が１ｍｍ２以上の場合であって、大電流を流した場合に有利である。
第２電極層２０の面積にも依存するが、一般に１００ｍＡ以上の電流量において、半導体発光素子１１１及び１１２による効果が顕著となる。
【０１１５】
（変形例）
図９は、変形例に係る半導体発光素子を例示する模式的断面図である。
本変形例に係る半導体発光素子１２０においては、構造体１００の第１半導体層５１の側に支持基板が設けられている。支持基板には、Ｚ軸方向に貫通する貫通孔１０ｈが設けられている。そして、第１電極層３０は、この貫通孔１０ｈを介して第１半導体層５１と接している。ここで、支持基板１０Ｓは、成長用基板１０であってもよい。
本変形例に係る半導体発光素子１２０においては、構造体１００の材料として窒化物半導体が用いられている。
【０１１６】
すなわち、半導体発光素子１２０は、支持基板１０Ｓとして成長用基板１０（例えば、サファイア基板）を用いる。半導体発光素子１２０は、成長用基板１０の上に、例えばＧａＮの電流拡散層５１１、Ｓｉがドープされたｎ形ＧａＮのクラッド層５１２、ＩｎＧａＮ／ＧａＮのＭＱＷ（Multi Quantum Well）構造を有する発光層５３０、Ｍｇがドープされたｐ形Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎのクラッド層５２１、Ｍｇがドープされたｐ形ＧａＮの電流拡散層５２２が、例えばエピタキシャル成長によって形成されている。
【０１１７】
電流拡散層５２２の上には、開口部２１を有する第２電極層２０が設けられている。また、支持基板１０Ｓの貫通孔１０ｈは支持基板１０Ｓの下面側から電流拡散層５１１まで達している。第１電極層３０は、支持基板１０Ｓの下面側からこの貫通孔１０ｈにかけて形成され、貫通孔１０ｈの部分で電流拡散層５１１と接している。
【０１１８】
本変形例に係る半導体発光素子１２０においても、半導体発光素子１１０と同様に、第２電極層２０による発光層５３０への電流の拡がりを保ったまま、効率良く光を外部に放出することができるようになる。
【０１１９】
なお、上記に実施形態では、構造体１００として窒化物半導体を用いた例を示したが、窒化物半導体以外の半導体を用いてもよい。例えば、電流拡散層５１１としてｎ形ＧａＡｓ、クラッド層５１２としてｎ形ＩｎＡｌＰを用い、発光層３としてＩｎＧａＰを用い、クラッド層５２１としてｐ形ＩｎＡｌＰ、電流拡散層５２２としてｐ形ＩｎＧａＡｌＰを用いてもよい。
また、第１の導電形をｎ形、第２の導電形をｐ形として説明したが、第１の導電形をｐ形、第２の導電形をｎ形としても実施可能である。
【０１２０】
以上説明したように、実施形態に係る半導体発光素子およびその製造方法によれば、半導体層への均一な電流の拡がりを保ったまま、光の放出効率（光取り出し効率）を向上することができ、高輝度化を図ることが可能となる。
【０１２１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１２２】
１０…成長用基板、２０…第２電極層、２１…開口部、２３…金属部、３０…第１電極層、５１…第１半導体層、５２…第２半導体層、５３…発光層、１００…構造体、１１０…半導体発光素子
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体発光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子は、半導体層の表面に接触した電極を具備している。半導体発光素子は、この電極に電流を流すことによって発光する。ここで、照明装置などでは比較的大きな発光素子が望まれる。そこで、パッド電極から半導体層表面に沿って伸びた細線電極を追加した半導体発光素子が考えられる。また、発光表面全面に金属電極を施し、その金属電極にナノメートル（ｎｍ）スケールの超微細な開口を形成した半導体発光素子も考えられる。半導体発光素子においては、さらなる高輝度化が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２３１６８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、高輝度化を図ることができる半導体発光素子及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態に係る半導体発光素子は、構造体と、第１電極層と、第２電極層と、を備える。
構造体は、第１導電形の第１半導体層と、第２導電形の第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられた発光層と、を有する。
第２電極層は、構造体の第２半導体層の側に設けられる。
第２電極層は、金属部と、複数の開口部と、を有する。
金属部は、第１半導体層から第２半導体層に向かう方向に沿った厚さが１０ナノメートル（ｎｍ）以上、５０ｎｍ以下である。
開口部は、前記方向に沿って前記金属部を貫通し、円相当直径が１０ｎｍ以上、５マイクロメートル（μｍ）以下である。
第１電極層は、構造体の第１半導体層の側に設けられる。
第１電極層は、金属製であって、第１半導体層と接する部分を有する。
【０００６】
また、実施形態に係る半導体発光素子の製造方法は、成長用基板の上に、第１導電形の第１半導体層と、第２導電形の第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられた発光層と、を有する構造体を結晶成長によって形成する工程と、前記第２半導体層の上に、前記第１半導体層から前記第２半導体層に向かう方向に沿った厚さが１０ｎｍ以上、５０ｎｍ以下であって、前記第２半導体層と接合された金属層を形成する工程と、前記金属層の上にマスクパターンを形成する工程と、前記マスクパターンをマスクにして前記金属層をエッチングし、前記方向にみたときの形状の円相当直径が１０ｎｍ以上、５μｍ以下である複数の開口部を有する電極層を形成する工程と、前記構造体から前記成長用基板を剥離した後、前記構造体の前記第１半導体層の側に、前記第１半導体層と接する部分を有する金属製の第１電極層を形成する工程と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】半導体発光素子を示す模式的斜視図である。
【図２】半導体発光素子を示す模式的断面図である。
【図３】半導体発光素子の特性を示す図である。
【図４】半導体発光素子の製造方法を示す模式的断面図である。
【図５】半導体発光素子の製造方法を示す模式的断面図である。
【図６】半導体発光素子の製造方法を示す模式的断面図である。
【図７】半導体発光素子の製造方法を示す模式的断面図である。
【図８】半導体発光素子の特性例を示すグラフ図である。
【図９】半導体発光素子の変形例を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態を図に基づき説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比係数などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比係数が異なって表される場合もある。
また、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
また、以下の説明では、一例として、第１導電形をｎ形、第２導電形をｐ形とした具体例を挙げる。
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式的斜視図である。
第１の実施形態に係る半導体発光素子１１０は、構造体１００、第１電極層３０、第２電極層２０、を備える。
【００１０】
構造体１００は、第１導電形の第１半導体層５１と、第２導電形の第２半導体層５２と、第１半導体層５１と第２半導体層５２との間に設けられた活性層５３と、を有する。構造体１００は、例えば窒化物半導体によって形成される。
【００１１】
ここで、本明細書において「窒化物半導体」とは、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）またはＢｘＩｎｙＡｌｚＧａ１−ｘ−ｙ−ｚＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）なる化学式において組成比ｘ、ｙ及びｚをそれぞれの範囲内で変化させた全ての組成の半導体を含むものとする。またさらに、上記化学式において、Ｎ（窒素）以外のＶ族元素もさらに含むもの、導電型などの各種の物性を制御するために添加される各種の元素をさらに含むもの、及び、意図せずに含まれる各種の元素をさらに含むものも、「窒化物半導体」に含まれるものとする。
【００１２】
第１半導体層５１は、例えばＧａＮの電流拡散層５１１を含む。
【００１３】
第２半導体層５２は、電流拡散層５２２を含む。すなわち、例えばｐ形ＧａＮによるクラッド層５２１上に、例えばｐ形ＧａＮによる電流拡散層５２２が設けられている。実施形態では、便宜上、電流拡散層５２２は第２半導体層５２に含まれるものとする。
【００１４】
活性層５３は、第１半導体層５１と、第２半導体層５２と、の間に設けられる。半導体発光素子１１０では、例えば、ｎ形ＧａＮによるクラッド層５１２、発光層５３０、及び、クラッド層５２１によってヘテロ構造の活性層５３が構成される。
構造体１００に含まれる第１半導体層５１、活性層５３及び第２半導体層５２は、図示しない成長用基板（例えば、サファイア基板）の上で結晶成長した層である。
【００１５】
第２電極層２０は、構造体１００の第２半導体層５２の側に設けられる。具体的には、第２電極層２０は、第２半導体層５２の第１半導体層５１とは反対側に設けられる。第２電極層２０には、例えば後述するようにＡｕ及びＡｇ、並びに若干の不純物が添加されたＡｕ及びＡｇが用いられる。
なお、実施形態では、説明の便宜上、構造体１００の第２半導体層５２の側を表面側または上側、構造体１００の第１半導体層５１の側を裏面側または下側とする。また、第１半導体層５１から第２半導体層５２に向かう方向に沿った積層方法をＺ方向とする。
【００１６】
第２電極層２０は、金属部２３と、複数の開口部２１と、を有する。開口部２１は、Ｚ方向に沿って金属部２３を貫通する。開口部２１をＺ方向にみたときの外形の円相当直径は、１０ｎｍ以上、５μｍ以下である。
【００１７】
ここで、円相当直径は、次の式で定義される。
円相当直径＝２×（面積／π）１／２
ここで、面積は、開口部２１のＺ方向からみたときの面積である。
【００１８】
開口部２１は、必ずしも円形とは限らない。したがって、実施形態では、上記の円相当直径の定義を用いて開口部２１を特定する。
【００１９】
第１電極層３０は、構造体１００の第１半導体層５１の側に設けられる。具体的には、第１電極層３０は、第２半導体層５１とは反対側に設けられる。第１電極層３０は、金属製である。第１電極層３０は、第１半導体層５１の裏面側と接する部分を有し、この接する部分によって第１半導体層５１と導通している。第１電極層３０には、例えばＡｇが用いられる。第１電極層３０は、例えば金属のめっきにより形成される。
【００２０】
このような半導体発光素子１１０では、第２電極層２０の形成された面が、主たる発光面として利用される。すなわち、第２電極層２０と第１電極層３０との間に所定の電圧を印加することで、発光層５３０から所定の中心波長を有する光が放出される。この光は、主として第２電極層２０の主面２０ａから外部に放出される。
【００２１】
第１の実施形態に係る半導体発光素子１１０では、第２電極層２０に開口部２１が設けられているため、例えば１０ｎｍ以上５μｍ以下の程度の大きさの超微細な開口部２１を含む第２電極層２０による発光層５３０への電流の拡がりを保ったまま効率良く光を外部に放出できるようになる。
【００２２】
また、半導体発光素子１１０では、第２電極層２０と第１電極層３０とが対向して配置され、第１電極層３０として金属を用いていることから、第２電極層２０で拡がり、発光層５３０から第１電極層３０へ向かう電流の集中を抑制することができる。
また、半導体発光素子１１０では、第１半導体層５１の裏面側に金属製の第１電極層３０が設けられていることから、半導体発光素子１１０で発生した熱を、第１電極層３０を介して効率良く放出できる。
すなわち、半導体発光素子１１０によれば、発光層５３０での発光効率の向上、第２電極層２０からの放出光の輝度の向上を図ることが可能となる。
【００２３】
半導体発光素子１１０の具体的な一例を説明する。
半導体発光素子１１０は、例えばＧａＮの電流拡散層５１１を備え、この電流拡散層５１１の上に、例えばＳｉがドープされたｎ形ＧａＮによるクラッド層５１２と、ＩｎＧａＮによる発光層５３０と、ｐ形ＡｌＧａＮによるクラッド層５２１と、を含むヘテロ構造が形成される。
【００２４】
発光層５３０は、例えば障壁層（ＧａＮ）および井戸層（ＩｎＧａＮ）が交互に繰り返し設けられたＭＱＷ（Multiple Quantum Well）構成であってもよい。また、発光層５３０は、井戸層を挟む障壁層の組みが１組み設けられたＳＱＷ（Single Quantum Well）構成を含むものであってもよい。
【００２５】
そして、この発光層５３０の上に、例えばｐ形ＧａＮによる電流拡散層５２２が形成されている。さらに電流拡散層５２２には、炭素等のドーピングがされていてもよい。これにより、電流拡散層５２２の抵抗値が下がり、第２電極層２０とのオーミック接続をとりやすくなる。なお、これらの半導体の層構成は一例であり、実施形態はこれに限定されない。
【００２６】
電流拡散層５２２の上には、例えばコンタクト層が形成され、コンタクト層を介して第２電極層２０が形成されていてもよい。
コンタクト層に用いられる材料は、例えば、コンタクト層に隣接する電流拡散層５２２の材料、及び、第２電極層２０に用いられる材料に基づいて適切に選択すればよい。
【００２７】
第２電極層２０には、ｐ側の電極として、例えばＮｉ／Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕの積層膜が用いられる。第２電極層２０には、この金属部２３をＺ方向に沿って貫通する複数の開口部２１が設けられている。開口部２１のそれぞれの大きさ及び配置は、規則的であっても、不規則的であってもよい。
【００２８】
電流拡散層５１１の裏面側には、例えばＡｇからなるｎ側の第１電極層３０が形成されている。第１電極層３０は、第１半導体層５１と接する部分を有し、この部分で第１半導体層５１と導通している。第１電極層３０のＺ軸方向に沿った厚さは、１μｍ以上であることが望ましい。すなわち、構造体１００は成長用基板の上に結晶成長によって形成されており、Ｚ軸方向に沿った厚さは非常に薄い。このため、構造体１００から成長用基板を剥離した後、構造体１００の裏面側に形成される第１電極層３０は、構造体１００を補強する役目も果たす。したがって、第１電極層３０の厚さを１μｍ以上にすることで、構造体１００を十分に補強することができる。
ここで、構造体１００のＺ軸方向に沿った厚さは、数μｍ以上、２０μｍ以下である。第１電極層３０のＺ方向に沿った厚さを１μｍ以上、５００μｍ以下にすることが好ましく、より好ましくは、１０μｍ以上、１００μｍ以下である。
【００２９】
実施形態では、構造体１００を挟むようにして、第２電極層２０と、第１電極層３０と、が対向している。
そして、実施形態に係る半導体発光素子１１０において、発光層５３０から放出された光は、第２半導体層５２の第２電極層２０が設けられた全面から外部に放出される。半導体発光素子１１０は、例えば、中心波長４００ｎｍ以上、６５０ｎｍ以下の光を放出する。
【００３０】
次に、実施形態に係る半導体発光素子１１０の電流の流れについて説明する。
図２は、シミュレーション計算に用いた半導体発光素子を例示する模式的断面図である。
図２（ａ）は、実施形態に係る半導体発光素子１１０を例示する模式的断面図である。
半導体発光素子１１０では、第１電極層３０が第１半導体層５１の裏面側に設けられている。
図２（ｂ）は、参考例に係る半導体発光素子１９０を例示する模式的断面図である。
半導体発光素子１９０では、第１電極層３９が第１半導体層５１の表面側の一部に設けられている。
なお、いずれの図においても、パッド電極２０２はチップの中央にあったり、端にあってもよい。
図３は、半導体発光素子の特性を例示する図である。
図３（ａ）は、半導体発光素子の電流−出力特性を例示している。
図３（ｂ）は、半導体発光素子の電圧−電流特性を例示している。
【００３１】
実施形態に係る半導体発光素子１１０では、第２電極層２０に、金属部２３を貫通する複数のｎｍスケールの開口部２１を備えている。このような開口部２１を有する第２電極層２０は、金属で構成されるため、一般の電流拡散層を構成する半導体やＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの酸化物透明電極と比較して、導電率が１桁から２桁以上高く、また熱伝導性も高い。このため半導体発光素子１１０として組み上げた際に、ＩＴＯを用いた場合に比べて順方向電圧（Ｖｆ）が低くなる。この結果、発光層５３０において一部だけに電流が集中する、電流集中が緩和される。よって、発光層５３０の全体がより均一に発光するとともに、輝度が向上する。
【００３２】
実施形態に係る半導体発光素子１１０では、第２電極層２０における開口部２１の円相当直径は、１０ｎｍ以上、５μｍ以下である。また、第２電極層２０の厚さは、１０ｎｍ以上、２００ｎｍ以下である。
【００３３】
すなわち、半導体発光素子１１０では、比較的大きな第２電極層２０を設けることで高い放熱性を得て、半導体発光素子１１０の温度上昇を抑制している。また、第２電極層２０に設けられた開口部２１の大きさ（例えば、円相当直径）を調整することによっても、半導体発光素子１１０の温度上昇を抑制している。すなわち半導体発光素子１１０の順方向の電圧を低下させることによって直列抵抗を低下させ、発熱自体を減少させることができる。
【００３４】
このような効果を実現するためには、開口部２１を有する第２電極層２０から第２半導体層５２に対して全面に均一に電流を流すとことができるとよい。第２半導体層５２に均一に電流を流すためには開口部２１の大きさ、並びに、開口部２１の中心間隔はある程度限定される。
【００３５】
電流を流す半導体層のドーピング濃度等にも依存するが、シミュレーション等の計算で得られる電流の流れる範囲は、第２電極層２０の端から約５μｍまでの範囲であり、十分な導電性を有し、順方向電流の上昇が起こらないのは１μｍ以下である。すなわち、開口部の直径がそれ以上であると電流が流れない範囲が生じて、直列抵抗を下げることができず、順方向電圧を下げることができない。そのため、開口部２１の平均開口部直径の上限は５μｍ以下である。
【００３６】
図２（ｂ）に表した半導体発光素子１９０のように、第２電極３９が第１半導体層５１の一部に設けられている場合、第２電極層２０で拡がった電流は、第１電極層３９に近い部分に集中する。すなわち、開口部２１を有する第２電極層２０によってパッド電極２０２から供給された電流は第２電極層２０に沿って拡がる。この電流は、第２半導体層５１、発光層５３０及び第１半導体層５１を介して第１電極層３９へ向かう。半導体発光素子１９０では、第１電極層３９が第１半導体層５１の表面側の一部に設けられているため、第１電極層３９に近い部分に電流の集中が発生する（ｉ２０）。
【００３７】
半導体発光素子１９０の第１電極層３９の抵抗値は、半導体発光素子１１０の第１電極層３０の抵抗値よりも大きい。この抵抗値の相違は、図３（ｂ）に表したように、電圧−電流の相違として現れる。
図３（ａ）に表したように、半導体発光素子１９０の電流−出力特性では、電流が所定の値（Ｉｐｋ）を超えると出力の飽和が発生している。半導体発光素子１９０では、第１電極層３９の抵抗値が第１電極層３０の抵抗値よりも大きいため、電流の増加に伴い第１電極層３９の周辺の発熱が増加する。この発熱の増加によって、電流Ｉｐｋを超えると出力の低下が発生すると考えられる。
【００３８】
一方、図２（ａ）に表したように、実施形態に係る半導体発光素子１１０では、第１電極層３０が第１半導体層５１の裏面側に形成されている。すなわち、構造体１００をあいだにして、第２電極層２０と第１電極層３０とが対向して配置される。しかも、第１電極層３０は、第１電極層３９に比べて広い面積で第１半導体層５１と接している。このため、第１電極層３０の抵抗値は第１電極層３９の抵抗値に比べて小さくなる。このようなことから、半導体発光素子１１０では、第２電極層２０で拡がった電流が、第１電極層３０に向かって均一に流れる（ｉ１０）。したがって、半導体の電流拡散層に比べ、金属であるため、電極部分の抵抗値が桁違いに低いことから、図３（ｂ）に表したように、閾値電圧を超えると電流は直線的に上昇することが分かる。これより半導体発光素子１１０では、電圧−電流特性に優れている。
【００３９】
図３（ａ）に表したように、半導体発光素子１１０の電流−出力特性では、電流の増加とともに出力が増加している。また、電流Ｉｐｋを超えても出力の飽和は発生しない。先に説明したように、半導体発光素子１１０では、第１電極層３０の抵抗値が第１電極層３９の抵抗値よりも小さいため、電流の増加に伴う第１電極層３０の周辺の発熱が非常に少ない。しかも、発熱しても、その熱を第１電極層３０から効率良く外部に放出できる。したがって、半導体発光素子１１０は、電流の増加に伴う熱を影響を受けにくく、電流−出力特性に優れた結果を得られると考えられる。
【００４０】
発光層５３０から発生する光の波長より十分小さい開口部を第２電極層２０に設けることによって、第２電極層２０は、金属でありながら光透過型電極として機能することがある。これは、開口部に阻害されない連続した金属部位の直線距離が、この光の波長よりも十分短いことにより、第２電極層２０に光が照射した際に光の電場により誘起される自由電子の運動が阻害され、該当波長の光と反応できなくなり、金属が透明となる点である。
【００４１】
金属反射を記述するドルーデの理論において、対象となる物質は照射される光の波長に対して十分に大きく、均一な構造であることが仮定されている。物質にプラズマ周波数よりも低い周波数の光が照射された際、物質内の自由電子の運動について述べると、光のもつ電場により物質内の電子の分極が生じる。この分極は光の電場を打ち消す方向に誘起される。この誘起された電子の分極により、光の電場が遮蔽されることで、光は物質を透過することができず、いわゆるプラズマ反射が生じる。ここで、もし電子の分極を誘起される物質が、光の波長よりも十分に小さいとすると、電子の運動は幾何学的な構造により制限され、光の電場を遮蔽することができなくなるものと考えられる。これは、構造的には開口部の直径を、該当する光の波長よりも十分小さくすることにより実現できる。
【００４２】
このため、第２電極層２０における光透過率（発光層５３０で発生した光の外部への透過率）が、開口率（第２電極層２０の面積に対する開口部の面積）を上回る効果を得るためには、円相当直径を、発光層５３０で発生する光の中心波長の１／２以下程度が望ましい。例えば、可視光の場合には、開口部２１の円相当直径は、３００ｎｍ以下がよい。
【００４３】
一方、開口部２１の円相当直径の下限に関しては、抵抗値の観点からは制約は無いものの、製造の容易性から１０ｎｍ以上、好ましくは３０ｎｍ以上あるとよい。
また、第２電極層２０の金属部２３の材料となる金属には、例えば、Ａｇ、Ａｕをベース金属とすることが好ましい。これにより、吸収損失が抑制できる。さらに、金属部２３の材料となる金属には、Ａｌ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｃ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｔｉから選択された少なくとも１つの材料または合金であることが好ましい。これにより、オーミック性、密着性、耐熱性が向上する。金属部２３の材料となる金属には、十分な導電性および熱伝導性を有しているものを用いることが望ましい。ただし、実施形態はこれに限定されず、任意の金属を用いることができる。
【００４４】
なお、例えば、第２電極層２０の金属部２３（開口部２１が設けられていない部分）の任意の２点間は、少なくともパッド電極などの電流供給源から切れ目無く連続している。これは、通電性を確保し抵抗値を低く保つためである。
なお、複数の電流供給源が設けられている場合には、各電流供給源のそれぞれに対応して第２電極層２０の金属部２３が連続していればよい。
【００４５】
また、金属部２３は、連続していることが望ましい。これにより、半導体発光素子１１０において、光の放出の均一性が高まる。また、第２電極層２０のシート抵抗は、１０Ω／□以下であることが好ましく、５Ω／□以下であることがより好ましい。シート抵抗が小さいほど、均一な発光、輝度の向上が顕著になる。また、半導体発光素子１１０の発熱は少なくなる。
【００４６】
また、半導体層上に金属電極を形成させるためには、半導体層上に金属層を形成させる。
【００４７】
例えば、青色発光素子の場合の電極形性方法は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ等の化合物半導体層へＮｉ／Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕの積層膜を形成した後、熱処理を行うことにより、オーミック接触をさせてもよい。
【００４８】
実施形態に係る半導体発光素子１１０においても、同様にして金属層を形成させ、さらに後述する方法によって開口部２１を形成させることによって第２電極層２０を形成している。ここで、第２電極層２０の厚さが薄すぎるとドーパントの量が少なくなり、ドーピングが不十分となる。その結果、十分なオーミック接触が得られず、抵抗値の上昇を招く可能性がある。
【００４９】
実験により調べた結果、第２電極層２０の厚さは１０ｎｍ以上であると、十分なオーミック接触が実現できることが分かった。さらに、第２電極層２０の厚さが３０ｎｍ以上であると、オーミック性がさらに向上する。一方、第２電極層２０の厚さが厚いほど抵抗値は下がる。発光層５３０で発生した光の透過率を確保する点から、第２電極層２０の厚さは、好ましくは２００ｎｍ以下であり、より好ましくは５０ｎｍ以下である。
【００５０】
ここで、第２電極層２０においては、発光層５３０から放出される波長の光に対する金属材料のバルク状態での反射率（バルク反射率）が７０％以上である。これは、金属反射の際に反射率が低いと光が熱に変わり損失が生じるためである。第２電極層２０で、素子から出られなかった光も本電極では光として反射されるため、発光層３２の下部に反射層（図示せず）などを施すことで再利用可能となり、再び取り出すことができる。これにより、発光層５３０から放出された光が、第２電極層２０を透過することになる。
【００５１】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態を説明する。第２の実施形態は、半導体発光素子の製造方法である。
【００５２】
第２の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法には、例えば以下の（Ａ）〜（Ｄ）の方法が挙げられる。
【００５３】
（Ａ）電子線描画を利用する方法
開口部を有する第２電極層を形成させる方法のひとつは、電子線描画による方法である。この方法を利用した第２の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法は、次の工程を備える。
すなわち、当該製造方法は、成長用基板の上に、第１導電形の第１半導体層と、第２導電形の第２半導体層と、当該第１半導体層と当該第２半導体層との間に設けられた発光層と、を有する構造体を結晶成長によって形成し、当該第２半導体層の上に、金属層を形成する工程（ａ１）と、当該金属層の上にレジスト膜を形成する工程（ａ２）と、当該レジスト膜に電子線を照射し、現像し、複数の第１レジスト開口部及び第２レジスト開口部を有するレジスト層を形成する工程（ａ３）と、当該レジスト層をマスクとして当該金属層をエッチングし、複数の開口部を有する第２電極層を形成する工程（ａ４）と、構造体から成長用基板を剥離した後、構造体の第１半導体層側に第１半導体層と接する部分を有する金属製の第２電極層を形成する工程（ａ５）と、を備える。
【００５４】
そして、実施形態では、当該第２電極層を形成する工程（ａ４）において、当該複数の開口部のそれぞれの円相当直径を、１０ｎｍ以上、５μｍ以下に形成する。
【００５５】
具体的には、例えば以下のようにして半導体発光素子を製造する。
図４は、電子線描画を利用する方法の工程例を示す模式的断面図である。
先ず、図４（ａ）に表したように、サファイア基板等の成長用基板１０上に第１半導体層５１を形成し、第１半導体層５１上に活性層５３を形成し、その上に第２半導体層５２を形成する。
次いで、第２半導体層５２の上に金属層２０Ａを形成する。その後、金属層２０Ａと第２半導体層５２とを十分にオーミック接触させるため、所定時間のアニールを行う。次に転写層としてシリコン酸化膜２０１Ａを例えば真空蒸着する。そして、シリコン酸化膜２０１Ａの上に電子線用のレジスト膜２００Ａの層を形成する。
【００５６】
次いで、図４（ｂ）に表したように、パターンジェネレータを装備した電子線露光装置で、レジスト膜２００Ａに、開口部２１に対応したレジスト開口部２１１を形成する。
【００５７】
次いで、レジスト開口部２１１が形成された電子線用のレジスト層２００をマスクに、転写層のシリコン酸化膜２０１ＡをＲＩＥ（Reactive Ion Etching）処理し、レジスト層２００のパターンを転写する。次に、開口部が開いたシリコン酸化層２０１をマスクにしてイオンミリングを行い、金属層２０Ａをエッチングする。これにより、レジスト開口部２１１に対応した金属層２０Ａに開口部２１が形成される（図４（ｃ））。金属層２０Ａは、開口部２１が形成され、第２電極層２０になる。金属層２０Ａのエッチング後、シリコン酸化層２０１は除去される。
【００５８】
その後、図４（ｄ）に表したように、金属層２０Ａの上にパッド電極２０２を形成する。
次に、表面である第２電極２０側に、電極保護用の樹脂をコーティングし、さらに補助基板（図示せず）を貼り付ける。
【００５９】
その後、サファイア基板等の成長用基板１０側から、波長２４８ｎｍのフッ化クリプトン（ＫｒＦ）エキシマレーザ光を照射し、成長用基板１０とＧａＮの界面にレーザ光を吸収させて、レーザリフトオフ（ＬＬＯ）法により、成長用基板１０からエピ基板を剥離する。裏面に残ったＧａについては、塩酸処理により取り除く。
次に、剥がした裏面に銀をスパッタし、さらにメッキで銀を約５０μｍ積層させ、第１電極層３０を形成する。
そして、表面の樹脂を有機溶媒により溶解することで補助基板（図示せず）を剥離する。最後にダイシングにより素子を分離し、半導体発光素子１１０を完成させる。
【００６０】
（Ｂ）型を利用する方法
第２の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の別のひとつは、型を利用するものである。その方法は、次の工程を備える。
すなわち、当該製造方法は、成長用基板の上に、第１導電形の第１半導体層と、第２導電形の第２半導体層と、当該第１半導体層と当該第２半導体層との間に設けられた発光層と、を有する構造体を結晶成長によって形成し、当該第２半導体層の上に、金属層を形成する工程（ｂ１）と、当該金属層の上にレジスト膜を形成する工程（ｂ２）と、レジスト膜に、凸部を有する型の凸部を押し付けて、当該レジスト膜に複数のレジスト凹部を有するレジスト層を形成する工程（ｂ３）と、当該レジスト層をマスクとして当該金属層をエッチングし、レジスト凹部に対応した複数の開口部を有する第２電極層を形成する工程（ｂ４）と、構造体から成長用基板を剥離した後、構造体の第１半導体層側に第１半導体層と接する部分を有する金属製の第１電極層を形成する工程（ｂ５）と、を備える。
【００６１】
そして、実施形態では、当該第２電極層を形成する工程（ｂ４）において、当該複数の開口部のそれぞれの円相当直径を、１０ｎｍ以上、５μｍ以下に形成する。
【００６２】
具体的には、例えば以下のようにして半導体発光素子を得ることができる。
図５は、型を利用する方法の工程例を示す模式的断面図である。
先ず、図５（ａ）に表したように、サファイア基板等の成長用基板１０上に第１半導体層５１を形成し、第１半導体層５１上に活性層５３を形成し、その上に第２半導体層５２を形成する。
次いで、第２半導体層５２の上に金属層２０Ａを形成する。その後、金属層２０Ａと第２半導体層５２とを十分にオーミック接触させるため、所定時間のアニールを行う。そして、金属層２０Ａの上に転写層としてシリコン酸化膜２０１Ａを例えば真空蒸着する。さらにレジスト膜８０１Ａの層を形成する。
【００６３】
次いで、図５（ｂ）に表したように、凸部８０２ａを有する型８０２を用意する。
例えば、型８０２の凸部８０２ａが設けられた転写面において、複数の凸部８０２ａが設けられている。
型８０２は、例えば石英上に電子線リソグラフィにて所望の構造を形成させることにより製造することができる。なお、型８０２の材料及び型８０２の微細凹凸構造の形成手法はこれに限定されない。例えば、型８０２を後述するブロックコポリマー（ブロック共重合体）の自己組織化や、微粒子マスクを用いた方法により形成することも可能である。
【００６４】
次に、必要に応じてレジスト膜８０１Ａを所定温度に加熱した状態で、図５（ｂ）に表したように、型８０２の凸形状がある側をレジスト膜８０１Ａに押し付けるインプリントを行う。インプリント後、レジスト膜８０１Ａを室温まで冷却して硬化させ、型８０２をリリースする。これにより、凸部８０２ａに対応した凹部を有するレジストパターン８０１Ｂが形成される（図５（ｃ））。以上、熱インプリントの例を示したが、ＵＶインプリントを用いることも可能である。
【００６５】
次いで、図５（ｄ）に表したように、レジストパターン８０１Ｂを、エッチングする。これにより、レジスト層の凹部の底が除去され、金属層２０Ａが露出する（図５（ｄ））。金属層２０Ａが露出した部分は、レジスト開口部８１１となる。次に、転写層のシリコン酸化膜８００ＡをＲＩＥでレジスト層８０１のパターンを転写する。
【００６６】
次いで、レジスト開口部８１１と同じ形状の開口部が形成されたシリコン酸化層８０１をマスクにしてイオンミリングを行い、金属層２０Ａをエッチングする。これにより、レジスト開口部８１１に対応した金属層２０Ａに開口部２１が形成される（図５（ｅ））。金属層２０Ａは、開口部２１が形成され、第２電極層２０になる。金属層２０Ａのエッチング後、シリコン酸化層２０１は除去される。
【００６７】
その後、図５（ｆ）に表したように、金属層２０Ａの上にパッド電極２０２を形成する。
次に、表面である第１電極２０側に、電極保護用の樹脂をコーティングし、さらに補助基板（図示せず）を貼り付ける。
【００６８】
その後、サファイア基板等の成長用基板１０側から、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光を照射し、成長用基板１０とＧａＮの界面にレーザ光を吸収させて、レーザリフトオフ（ＬＬＯ）法により、成長用基板１０からエピ基板を剥離する。裏面に残ったＧａについては、塩酸処理により取り除く。
次に、剥がした裏面に銀をスパッタし、さらにメッキで銀を約５０μｍ積層させ、第１電極層３０を形成する。
そして、表面の樹脂を有機溶媒により溶解することで補助基板（図示せず）を剥離する。最後にダイシングにより素子を分離し、半導体発光素子１１０を完成させる。
【００６９】
なお、型を利用する方法は、上記のような熱による成形に限定されるものではなく、光の照射によってレジストを硬化させる成形や、ＰＤＭＡ（ポリジメチルアクリルアミド）やＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）等の柔軟性を備えた型を用いる成形など、種々の技術を用いることができる。
【００７０】
（Ｃ）ブロックコポリマーの自己組織化を利用する方法
第２の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の別のひとつは、ブロックコポリマーの自己組織化による相分離を利用するものである。その方法は、次の工程を備える。
すなわち、当該製造方法は、成長用基板の上に、第１導電形の第１半導体層と、第２導電形の第２半導体層と、当該第１半導体層と当該第２半導体層との間に設けられた発光層と、を有する構造体を結晶成長によって形成し、当該第２半導体層の上に、金属層を形成する工程（ｃ１）と、当該金属層の少なくとも一部の表面にブロックコポリマーを含む組成物を塗布し、当該ブロックコポリマーを相分離させてミクロドメインパターンを生成する工程（ｃ２）と、当該ミクロドメインパターンをマスクとして当該金属層をエッチングして、複数の開口部を有する第２電極層を形成する工程（ｃ３）と、構造体から成長用基板を剥離した後、構造体の第１半導体層側に第１半導体層と接する部分を有する金属製の第１電極層を形成する工程（ｃ４）と、を備える。
【００７１】
そして、実施形態では、当該第２電極層を形成する工程（ｃ３）において、複数の開口部のそれぞれの円相当直径を、１０ｎｍ以上、５μｍ以下に形成する。
【００７２】
具体的には、例えば以下のようにして半導体発光素子を得ることができる。
図６は、ブロックコポリマーの自己組織化を利用する方法の工程例を示す模式的断面図である。
先ず、図６（ａ）に表したように、サファイア基板等の成長用基板１０上に第１半導体層５１を形成し、第１半導体層５１上に活性層５３を形成し、その上に第２半導体層５２を形成する。
次いで、第２半導体層５２の上にコンタクト層１４を形成し、その上に金属層２０Ａを形成する。その後、金属層２０Ａと第２半導体層５２とを十分にオーミック接触させるため、所定時間のアニールを行う。そして、金属層２０Ａの上に、例えばシリコン酸化膜７０１Ａを形成する。
【００７３】
次に、図６（ｂ）に表したように、シリコン酸化膜７０１Ａ上に、２種類のポリマーのブロックを有するブロックコポリマーを溶剤に溶かした液をスピンコート法で塗布する。その後、プリベークして溶剤を除去し、ブロックコポリマー膜７０３Ａを形成する。そして、その膜をアニールし、２種類のポリマーのミクロ相分離を行い、ブロックコポリマーによるミクロドメインパターン７０３を形成する（図６（ｃ））。
【００７４】
次いで、ミクロドメインパターン７０３を例えばＲＩＥ装置によってエッチングする。このとき、２種類のポリマーのエッチング速度差により、エッチング速度の速いポリマーによるホールパターンが形成される。
【００７５】
次いで、ポリマーによるホールパターンをマスクにして、例えばＲＩＥ装置によりシリコン酸化膜７０１Ａをエッチングし、酸化膜ホールパターン７０１Ｂを形成する（図６（ｄ））。これにより、酸化膜ホールパターン７０１Ｂには、開口部２１に対応した開口パターン７１１が形成される。
【００７６】
次いで、酸化膜ホールパターン７０１Ｂをマスクにしてイオンミリングを行い、金属層２０Ａをエッチングする。これにより、開口パターン７１１に対応した金属層２０Ａに開口部２１が形成される（図６（ｅ））。金属層２０Ａは、開口部２１が形成され、第２電極層２０になる。金属層２０Ａのエッチング後、酸化膜ホールパターン７０１Ｂは除去される。
【００７７】
その後、図６（ｆ）に表したように、金属層２０Ａの上にパッド電極２０２を形成する。
次に、表面である第１電極２０側に、電極保護用の樹脂をコーティングし、さらに補助基板（図示せず）を貼り付ける。
【００７８】
その後、サファイア基板等の成長用基板１０側から、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光を照射し、成長用基板１０とＧａＮの界面にレーザ光を吸収させて、レーザリフトオフ（ＬＬＯ）法により、成長用基板１０からエピ基板を剥離する。裏面に残ったＧａについては、塩酸処理により取り除く。
次に、剥がした裏面に銀をスパッタし、さらにメッキで銀を約５０μｍ積層させ、第１電極層３０を形成する。
そして、表面の樹脂を有機溶媒により溶解することで補助基板（図示せず）を剥離する。最後にダイシングにより素子を分離し、半導体発光素子１１０を完成させる。
【００７９】
（Ｄ）微粒子のマスクを利用する方法
第２の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の別のひとつは、シリカ等の微粒子の単分子層をマスクとして利用するものである。その方法は、次の工程を備える。
すなわち、当該製造方法は、成長用基板の上に、第１導電形の第１半導体層と、第２導電形の第２半導体層と、当該第１半導体層と当該第２半導体層との間に設けられた発光層と、を有する構造体を結晶成長によって形成し、当該第２半導体層の上に、金属層を形成する工程（ｄ１）と、当該金属層の上にレジスト膜を形成する工程（ｄ２）と、当該レジスト膜の表面に微粒子の単粒子層を形成させる工程（ｄ３）と、当該単粒子層をマスクとして当該レジスト膜をエッチングし、開口部を有するレジスト層を形成する工程（ｄ４）と、当該レジスト層の開口部に無機物質を充填して逆パターンマスクを形成する工程（ｄ５）と、当該逆パターンマスクをマスクとして当該金属層をエッチングし、複数の開口部を有する第２電極層を形成する工程（ｄ６）と、構造体から成長用基板を剥離した後、構造体の第１半導体層側に第１半導体層と接する部分を有する金属製の第１電極層を形成する工程（ｄ７）と、を備える。
【００８０】
そして、実施形態では、当該第２電極層を形成する工程（ｄ６）において、複数の開口部のそれぞれの円相当直径を、１０ｎｍ以上、５μｍ以下に形成する。
【００８１】
具体的には、例えば以下のようにして半導体発光素子を得ることができる。
図７は、微粒子のマスクを利用する方法の工程例を示す模式的断面図である。
先ず、図７（ａ）に表したように、成長用基板１０上に第１半導体層５１を形成し、第１半導体層５１上に活性層５３を形成し、その上に第２半導体層５２を形成する。
次いで、第２半導体層５２の上にコンタクト層１４を形成し、その上に金属層２０Ａを形成する。その後、金属層２０Ａと第２半導体層５２とを十分にオーミック接触させるため、所定時間のアニールを行う。そして、金属層２０Ａの上にレジスト膜６０１Ａの層を形成する。
【００８２】
次いで、例えば乳酸エチル中にシリカ微粒子を分散させた液に、モノマーを加えて分散液を作成する。その分散液を上記のレジスト膜６０１Ａ上へ滴下し、スピンコートする。スピンコート後、溶媒を除去する。これにより、規則配列した微粒子６０２Ａの単分子層を形成する。
【００８３】
次いで、図７（ｂ）に表したように、配列された微粒子６０２Ａの層をＲＩＥ装置によってエッチングし、微粒子の粒径を縮小化させる。縮小化された微粒子６０２Ｂの間には隙間が生じる。
【００８４】
次いで、図７（ｃ）に表したように微粒子６０２Ｂの層をマスクとして、レジスト膜６０１Ａをエッチングし、レジストピラーパターン６０１を形成する。
【００８５】
次に、図７（ｄ）に表したように、例えば有機ＳＯＧ組成物をレジストピラーパターン６０１上へ滴下し、スピンコートする。スピンコート後、溶媒を完全に除去し、アニールを行う。有機ＳＯＧ組成物の硬化後、レジストピラーパターン６０１はＳＯＧ層６０３Ａによって埋め込まれる状態になる。ＳＯＧ層６０３Ａの表面は、平坦化されている。
【００８６】
次いで、図７（ｅ）に表したように、ＳＯＧ層６０３Ａをエッチバックして、レジストピラーパターン６０１を露出させる。次いで、エッチングによってレジストピラーパターン６０１を完全に除去する。レジストピラーパターン６０１を除去した後は、図７（ｆ）に表したように、ＳＯＧのホールパターン６０３Ｂが形成される。このホールパターン６０３Ｂの開口は、開口部２１に対応した開口パターン６１１である。
【００８７】
次いで、ＳＯＧのホールパターン６０３Ｂをマスクにしてイオンミリングを用いて、金属層２０Ａをエッチングする。これにより、開口パターン６１１に対応した金属層２０Ａに開口部２１が形成される（図７（ｇ））。金属層２０Ａは、開口部２１が形成され、第２電極層２０になる。金属層２０Ａのエッチング後、ＳＯＧのホールパターン６０３Ｂは除去する。
【００８８】
その後、図７（ｈ）に表したように、金属層２０Ａの上にパッド電極２０２を形成する。
次に、表面である第１電極２０側に、電極保護用の樹脂をコーティングし、さらに補助基板（図示せず）を貼り付ける。
【００８９】
その後、サファイア基板等の成長用基板１０側から、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光を照射し、成長用基板１０とＧａＮの界面にレーザ光を吸収させて、レーザリフトオフ（ＬＬＯ）法により、成長用基板１０からエピ基板を剥離する。裏面に残ったＧａについては、塩酸処理により取り除く。
次に、剥がした裏面に銀をスパッタし、さらにメッキで銀を約５０μｍ積層させ、第１電極層３０を形成する。
そして、表面の樹脂を有機溶媒により溶解することで補助基板（図示せず）を剥離する。最後にダイシングにより素子を分離し、半導体発光素子１１０を完成させる。
【００９０】
なお、上記（Ａ）〜（Ｄ）の各製造方法は一例であり、これらに限定されるものではない。
【００９１】
次に、実施例の説明を行う。なお、以下の実施例で示される材料、数値、製造条件等は一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。
【００９２】
（実施例１）
実施例１では、上記（Ａ）の電子線描画を利用した方法に準じて半導体発光素子１１１を製造する。
【００９３】
先ず、成長用基板１０上に、ＧａＮの電流拡散層５１１を形成する。次に、電流拡散層５１１の上に、ｎ形ＧａＮのクラッド層５１２、ＩｎＧａＮの発光層５３０、ｐ形ＡｌＧａＮのクラッド層５２１などを含むヘテロ構造を形成する。その上に、ｐ形ＧａＮを含む電流拡散層５２２をエピタキシャル成長させる。
【００９４】
次いで、Ｎｉ（１ｎｍ）／Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ（３０ｎｍ）の積層膜による金属層２０Ａを蒸着法により形成する。その後、窒素雰囲気下で６００℃、３０分間アニールを行い、金属層２０Ａのオーミック接触を得る。
【００９５】
次いで、Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ層の上に電子線用レジスト（フジフィルム株式会社製：商品名ＦＥＰ−３０１）の層を３００ｎｍの厚さで形成する。そして、パターンジェネレータを装備した５０ｋＶの加速電圧を持つ電子線露光装置で開口径１００ｎｍ、１５０ｎｍの間隔を有するホールパターン（レジスト開口部２０２ａ）を電子線用レジストに形成する。
【００９６】
次いで、イオンミリング装置を用いて、加速電圧５００ボルト（Ｖ）、イオン電流４０ミリアンペア（ｍＡ）の条件で９０秒間、Ｎｉ／Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ層のエッチングを行って開口部を形成する。これにより、開口部２１を有する第２電極層２０が形成される。
【００９７】
その後、Ｎｉ／Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ層の上にパッド電極２０２を形成する。そして、電流拡散層５１１の下面から成長用基板１０を剥離し、電流拡散層５１１の下面に第１電極層３０を形成して半導体発光素子１１１を完成させる。
【００９８】
（実施例２）
実施例２では、上記（Ｃ）のブロックコポリマーの自己組織化を利用した方法に準じて半導体発光素子１１２を製造する。
【００９９】
先ず、実施例１と同様に、成長用基板１０上に、ＧａＮの電流拡散層５１１を形成する。次に、電流拡散層５１１の上に、ｎ形ＧａＮのクラッド層５１２、ＩｎＧａＮの発光層５３０、ｐ形ＡｌＧａＮのクラッド層５２１などを含むヘテロ構造を形成する。その上に、ｐ形ＧａＮを含む電流拡散層５２２をエピタキシャル成長させる。
【０１００】
次いで、Ｎｉ（１ｎｍ）／Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ（３０ｎｍ）からなる金属層２０Ａを蒸着法により形成する。その後、窒素雰囲気下で４５０℃、３０分間アニールを行い、金属層２０Ａのオーミック接触を得る。次に、シリコン酸化膜をＣＶＤにより５０ｎｍの厚さで形成する。
【０１０１】
ブロックコポリマーには、ポリスチレン（ＰＳ）−ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）のブロックコポリマー（ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡ）が用いられる。ブロックコポリマーの分子量（Ｍｎ）は、９２０ｋｇ／ｍｏｌであり、ＰＳとＰＭＭＡとの組成比は、８０ｍｏｌ：２０ｍｏｌである。なお、ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡ以外でも、例えば特許３９４０５４６号明細書に示したブロックコポリマーを使ってミクロドメインパターンを作成してもよい。そして、ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡは、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）に溶解され、ブロックコポリマーレジストになる。
【０１０２】
次に、ブロックコポリマーレジストを、シリコン酸化膜上にスピンコートし、無酸化オーブン中で２３０℃でアニールを行う。これにより、ピッチが直径が１２０ｎｍのＰＭＭＡ球状ドメインがブロックコポリマー中に形成される。ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡブロックコポリマーの膜厚はＰＭＭＡ球状ドメインが１層になるように調整する。
【０１０３】
ＰＭＭＡはＲＩＥに対して耐性がない。したがって、酸素ＲＩＥによって、ブロックコポリマーレジストは選択的に削られる。これにより、ＰＭＭＡドメインの部分を除去する。そして、メッシュ状に残ったＰＳをマスクにしてＣＦ４とＡｒとの混合ガスを用いてＲＩＥしたのち、酸素でアッシングする。これによって、開口部２１に対応した開口パターン７１１を有する酸化膜マスク（酸化膜ホールパターン７０１Ｂ）が形成される。
【０１０４】
次いで、酸化膜マスクを介して、Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ層をアルゴンでミリングを行う。これにより、複数の開口部２１を備えた金属製の光透過性薄膜電極（第２電極層２０）が形成される。
【０１０５】
Ｎｉ／Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ層のエッチング後、酸化膜マスクを除去する。その後、Ｎｉ／Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ層の上にパッド電極２０２を形成する。そして、電流拡散層５１１の下面から成長用基板１０を剥離し、電流拡散層５１１の下面に第１電極層３０を形成して半導体発光素子１１２を完成させる。
【０１０６】
（参考例）
比較のため、第２半導体層５２上に円形のパッド電極のみを形成した半導体発光素子１９１を形成する（参考例１）。
また、図２（ｂ）に例示した半導体発光素子１９０のように、開口部２１を有する第２電極層２０を形成し、第１電極を構造体１００の第１半導体層の一部に設けた図２（ｂ）のような半導体発光素子１９２も作成する（参考例２）。
【０１０７】
半導体発光素子１１１、１１２、１９１及び１９２は、ダイシングによってそれぞれ３００μｍ角になっている。半導体発光素子１１１、１１２、１９１及び１９２の特性の比較は、ベアチップ状態で行う。
【０１０８】
図８は、実施例及び比較例の特性の一例を示すグラフ図である。
同図において、横軸は電流、縦軸は出力である。
【０１０９】
開口部２１を有していない半導体発光素子１９１に対して、開口部２１を有している半導体発光素子１１１、１１２及び１９２では、低電圧の領域において、同じ電流値に対する電圧値が低下することが分かる。
【０１１０】
しかし、電流が増加して、電流値Ｉ２を超えると、半導体発光素子１９１では出力の低下が発生している。これにより、輝度が大きく低下することになる。
【０１１１】
これに対し、半導体発光素子１１１、１１２及び１９２では、電流値Ｉ２を超えて電流値Ｉ３に至っても、出力の低下は発生していない。
これは、構造体１００の上側に第２電極層２０が設けられていることで、半導体発光素子１１１、１１２及び１９２の電流拡散の均一性と放熱性とが向上したことによるものである。
【０１１２】
ここで、半導体発光素子１１１、１１２及び１９２のなかで、半導体発光素子１９２は、電流値がＩ３よりも大きい高電流領域での出力低下がみられる。これは、電流値の増加にともない、第１電極層３９の近傍に電流の集中が発生し、この電流集中に伴う熱の影響によって出力の低下が発生していると考えられる。
【０１１３】
これに対し、実施例１及び２の半導体発光素子１１１及び１１２では、低電流領域において半導体発光素子１９１の出力と同程度の出力を保っている。
さらに、高電流領域でも出力の低下は発生していない。
【０１１４】
以上のことから、半導体発光素子１１１及び１１２では、低電流領域から高電流領域まで、非常に良好な発光特性を示すことが分かった。なお、このような発光特性は、１ｍｍ角のような大きなチップ構造、すなわち第２電極層２０の外形面積が１ｍｍ２以上の場合であって、大電流を流した場合に有利である。
第２電極層２０の面積にも依存するが、一般に１００ｍＡ以上の電流量において、半導体発光素子１１１及び１１２による効果が顕著となる。
【０１１５】
（変形例）
図９は、変形例に係る半導体発光素子を例示する模式的断面図である。
本変形例に係る半導体発光素子１２０においては、構造体１００の第１半導体層５１の側に支持基板が設けられている。支持基板には、Ｚ軸方向に貫通する貫通孔１０ｈが設けられている。そして、第１電極層３０は、この貫通孔１０ｈを介して第１半導体層５１と接している。ここで、支持基板１０Ｓは、成長用基板１０であってもよい。
本変形例に係る半導体発光素子１２０においては、構造体１００の材料として窒化物半導体が用いられている。
【０１１６】
すなわち、半導体発光素子１２０は、支持基板１０Ｓとして成長用基板１０（例えば、サファイア基板）を用いる。半導体発光素子１２０は、成長用基板１０の上に、例えばＧａＮの電流拡散層５１１、Ｓｉがドープされたｎ形ＧａＮのクラッド層５１２、ＩｎＧａＮ／ＧａＮのＭＱＷ（Multi Quantum Well）構造を有する発光層５３０、Ｍｇがドープされたｐ形Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎのクラッド層５２１、Ｍｇがドープされたｐ形ＧａＮの電流拡散層５２２が、例えばエピタキシャル成長によって形成されている。
【０１１７】
電流拡散層５２２の上には、開口部２１を有する第２電極層２０が設けられている。また、支持基板１０Ｓの貫通孔１０ｈは支持基板１０Ｓの下面側から電流拡散層５１１まで達している。第１電極層３０は、支持基板１０Ｓの下面側からこの貫通孔１０ｈにかけて形成され、貫通孔１０ｈの部分で電流拡散層５１１と接している。
【０１１８】
本変形例に係る半導体発光素子１２０においても、半導体発光素子１１０と同様に、第２電極層２０による発光層５３０への電流の拡がりを保ったまま、効率良く光を外部に放出することができるようになる。
【０１１９】
なお、上記に実施形態では、構造体１００として窒化物半導体を用いた例を示したが、窒化物半導体以外の半導体を用いてもよい。例えば、電流拡散層５１１としてｎ形ＧａＡｓ、クラッド層５１２としてｎ形ＩｎＡｌＰを用い、発光層３としてＩｎＧａＰを用い、クラッド層５２１としてｐ形ＩｎＡｌＰ、電流拡散層５２２としてｐ形ＩｎＧａＡｌＰを用いてもよい。
また、第１の導電形をｎ形、第２の導電形をｐ形として説明したが、第１の導電形をｐ形、第２の導電形をｎ形としても実施可能である。
【０１２０】
以上説明したように、実施形態に係る半導体発光素子およびその製造方法によれば、半導体層への均一な電流の拡がりを保ったまま、光の放出効率（光取り出し効率）を向上することができ、高輝度化を図ることが可能となる。
【０１２１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１２２】
１０…成長用基板、２０…第２電極層、２１…開口部、２３…金属部、３０…第１電極層、５１…第１半導体層、５２…第２半導体層、５３…発光層、１００…構造体、１１０…半導体発光素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電形の第１半導体層と、第２導電形の第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられた発光層と、を有する構造体と、
前記構造体の前記第２半導体層の側に設けられた第２電極層であって、前記第１半導体層から前記第２半導体層に向かう方向に沿った厚さが１０ナノメートル以上、５０ナノメートル以下である金属部と、前記方向に沿って前記金属部を貫通し、前記方向にみたときの外形の円相当直径が１０ナノメートル以上、５マイクロメートル以下である複数の開口部と、を有する第２電極層と、
前記構造体の前記第１半導体層の側に設けられ、前記第１半導体層と接する部分を有する金属製の第１電極層と、
を備えたことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記第１半導体層、前記第２半導体層及び前記発光層は、窒化物半導体を含むことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記第１電極層の前記方向に沿った厚さは１マイクロメートル以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記第１電極層は、めっきによって形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記構造体の前記第１半導体層の側に設けられ、前記方向に沿った貫通孔を有する支持基板をさらに備え、
前記第１電極層は、前記貫通孔を介して前記第１半導体層と接することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項６】
成長用基板の上に、第１導電形の第１半導体層と、第２導電形の第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられた発光層と、を有する構造体を結晶成長によって形成する工程と、
前記第２半導体層の上に、前記第１半導体層から前記第２半導体層に向かう方向に沿った厚さが１０ナノメートル以上、５０ナノメートル以下の金属層を形成する工程と、
前記金属層の上にマスクパターンを形成する工程と、
前記マスクパターンをマスクにして前記金属層をエッチングし、前記方向にみたときの形状の円相当直径が１０ナノメートル以上、５マイクロメートル以下である複数の開口部を有する電極層を形成する工程と、
前記構造体から前記成長用基板を剥離した後、前記構造体の前記第１半導体層の側に、前記第１半導体層と接する部分を有する金属製の第１電極層を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項７】
前記マスクパターンを形成する工程では、
前記金属層の上にレジスト膜を形成し、前記レジスト膜に凸部を有する型の前記凸部を押し付けて、前記レジスト膜に複数のレジスト凹部を有するレジストパターンを形成することを特徴とする請求項６記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記マスクパターンを形成する工程では、
前記金属層の上にレジスト膜を形成し、前記レジスト膜に電子線または光を照射したのちに現像し、前記レジスト膜に複数のレジスト開口部が設けられたレジストパターンを形成することを特徴とする請求項６記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記マスクパターンを形成する工程では、
前記金属層の上にブロックコポリマー膜を形成し、前記ブロックコポリマー膜をミクロ相分離させ、ブロックコポリマー膜の１相を除去することにより、複数の開口部を作成し、前記開口部が得られたブロックコポリマー膜をマスクに用いることを特徴とする請求項６記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記マスクパターンを形成する工程では、
前記金属層の上に単層の微粒子を形成し、前記単層の微粒子を樹脂で固定化したのち、微粒子を除去することで樹脂膜に複数の開口部を作成し、前記開口部が樹脂膜をマスクに用いることを特徴とする請求項６記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１】
第１導電形の第１半導体層と、第２導電形の第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられた発光層と、を有する構造体と、
前記構造体の前記第２半導体層の側に設けられた第２電極層であって、前記第１半導体層から前記第２半導体層に向かう方向に沿った厚さが１０ナノメートル以上、５０ナノメートル以下である金属部と、前記方向に沿って前記金属部を貫通し、前記方向にみたときの外形の円相当直径が１０ナノメートル以上、５マイクロメートル以下である複数の開口部と、を有する第２電極層と、
前記構造体の前記第１半導体層の側に設けられ、前記第１半導体層と接する部分を有する金属製の第１電極層と、
を備えたことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記第１半導体層、前記第２半導体層及び前記発光層は、窒化物半導体を含むことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記第１電極層の前記方向に沿った厚さは１マイクロメートル以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記第１電極層は、めっきによって形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記構造体の前記第１半導体層の側に設けられ、前記方向に沿った貫通孔を有する支持基板をさらに備え、
前記第１電極層は、前記貫通孔を介して前記第１半導体層と接することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項６】
成長用基板の上に、第１導電形の第１半導体層と、第２導電形の第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられた発光層と、を有する構造体を結晶成長によって形成する工程と、
前記第２半導体層の上に、前記第１半導体層から前記第２半導体層に向かう方向に沿った厚さが１０ナノメートル以上、５０ナノメートル以下の金属層を形成する工程と、
前記金属層の上にマスクパターンを形成する工程と、
前記マスクパターンをマスクにして前記金属層をエッチングし、前記方向にみたときの形状の円相当直径が１０ナノメートル以上、５マイクロメートル以下である複数の開口部を有する電極層を形成する工程と、
前記構造体から前記成長用基板を剥離した後、前記構造体の前記第１半導体層の側に、前記第１半導体層と接する部分を有する金属製の第１電極層を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項７】
前記マスクパターンを形成する工程では、
前記金属層の上にレジスト膜を形成し、前記レジスト膜に凸部を有する型の前記凸部を押し付けて、前記レジスト膜に複数のレジスト凹部を有するレジストパターンを形成することを特徴とする請求項６記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記マスクパターンを形成する工程では、
前記金属層の上にレジスト膜を形成し、前記レジスト膜に電子線または光を照射したのちに現像し、前記レジスト膜に複数のレジスト開口部が設けられたレジストパターンを形成することを特徴とする請求項６記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記マスクパターンを形成する工程では、
前記金属層の上にブロックコポリマー膜を形成し、前記ブロックコポリマー膜をミクロ相分離させ、ブロックコポリマー膜の１相を除去することにより、複数の開口部を作成し、前記開口部が得られたブロックコポリマー膜をマスクに用いることを特徴とする請求項６記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記マスクパターンを形成する工程では、
前記金属層の上に単層の微粒子を形成し、前記単層の微粒子を樹脂で固定化したのち、微粒子を除去することで樹脂膜に複数の開口部を作成し、前記開口部が樹脂膜をマスクに用いることを特徴とする請求項６記載の半導体発光素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１８６１９５（Ｐ２０１２−１８６１９５Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４６２６６（Ｐ２０１１−４６２６６）
【出願日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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