半導体発光素子
【課題】半導体発光素子の光取り出し効率を向上させる。
【解決手段】接合層１８０，２２０を介して支持構造体２０と接合される発光構造体１０は、接合層１８０，２２０の上に配置され、金属材料からなる反射層を備える第１反射部と、第１反射部の上に配置される発光層１４２を備える半導体積層部１０ｓと、第１導電型クラッド層の光取り出し面となる面側の一部に配置される電極と、を有し、半導体積層部１０ｓは、電極と第１導電型クラッド層との間に、屈折率の異なる２以上の半導体層を積層した第２反射部を備え、第２反射部の側面には、金属材料からなる第３反射部が設けられている。
【解決手段】接合層１８０，２２０を介して支持構造体２０と接合される発光構造体１０は、接合層１８０，２２０の上に配置され、金属材料からなる反射層を備える第１反射部と、第１反射部の上に配置される発光層１４２を備える半導体積層部１０ｓと、第１導電型クラッド層の光取り出し面となる面側の一部に配置される電極と、を有し、半導体積層部１０ｓは、電極と第１導電型クラッド層との間に、屈折率の異なる２以上の半導体層を積層した第２反射部を備え、第２反射部の側面には、金属材料からなる第３反射部が設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子に関し、特に、支持基板を有する支持構造体と発光層を有する発光構造体とが接合層を介して接合される半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の半導体発光素子の製造工程においては、ＡｌＧａＩｎＰ系やＡｌＧａＡｓ系等の高品質結晶を有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy）法で成長させる技術の発達によって、青色、緑色、橙色、黄
色、赤色等の高輝度ＬＥＤが製作できるようになってきた。このような高品質の結晶が成長可能となってから、半導体発光素子の内部効率は理論限界値に近づきつつある。しかし半導体発光素子からの光取り出し効率はまだ低く、光取り出し効率を向上させることが重要となっている。
【０００３】
そこで、例えば発光層を含む複数のエピタキシャル層をＧａＡｓ基板等の成長基板上に積層する際、発光層の下層のＧａＡｓ基板側に、屈折率が互いに異なる２以上の半導体層を積層したＤＢＲ層（分布ブラッグ反射層：Distributed Bragg Reflector）を設ける技
術が知られている。これにより、ＧａＡｓ基板側へ向かう光を光取り出し面側へと反射させ、ＧａＡｓ基板での光の吸収を抑えて光取り出し効率の向上を図ることができる。
【０００４】
一方で、例えば特許文献１には、上記ＤＢＲ層よりも反射効率の高い金属材料からなる反射層を導入した半導体発光素子が開示されている。係る半導体発光素子は、ＧａＡｓ基板上で成長させた複数のエピタキシャル層を、金属層を介した貼り合せによりＳｉ等の支持基板に移し替えることで得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１７５４６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の特許文献１等のように、基板側に反射層を設ける構造では、発光層が発した光や反射層により反射された光の一部は表面電極により吸収されてしまう。このため、充分な光取り出し効率が得られない場合があった。
【０００７】
本発明の目的は、光取り出し効率を向上させることが可能な半導体発光素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、支持基板を有する支持構造体と発光層を有する発光構造体とが接合層を介して接合され、前記発光構造体は、前記接合層の上に配置され、金属材料からなる反射層と前記発光層が発する光の波長に対して光学的に透明な材料からなる透明層とを備える第１反射部と、前記第１反射部の上に配置され、一部が光取り出し面となる面を有する第１導電型クラッド層と前記第１導電型とは異なる導電型の第２導電型クラッド層との間に挟まれる前記発光層を備える半導体積層部と、前記第１導電型クラッド層の光取り出し面となる面側の一部に配置される電極と、を有し、前記半導体積層部は、前記電極と前記第１導電型クラッド層との間に、屈折率の異なる２以上の半導体層を積層した第２反射部を備え、前記第２反射部の側面には、金属材料からなる第３反射部が設けら
れている半導体発光素子が提供される。
【０００９】
本発明の第２の態様によれば、前記第３反射部は、前記電極の上面と前記第２反射部の側面とを覆うパッド電極の一部である第１の態様に記載の半導体発光素子が提供される。
【００１０】
本発明の第３の態様によれば、前記電極は、前記半導体積層部の上面の一部に形成される表面電極であり、前記支持構造体は、前記支持基板の下面に形成される裏面電極を有し、前記発光構造体は、前記透明層の一部に形成され、前記表面電極と前記裏面電極とを電気的に接続する界面電極を有する第１又は２の態様に記載の半導体発光素子が提供される。
【００１１】
本発明の第４の態様によれば、前記半導体積層部の積層方向に投じた前記表面電極の射影が、前記界面電極とは重なり合わない第３の態様に記載の半導体発光素子が提供される。
【００１２】
本発明の第５の態様によれば、前記電極は、前記半導体積層部の上面の一部に形成される第１電極であり、前記発光構造体は、前記第１電極と同一面側に、前記半導体積層部とは非接触に形成された第２電極と、前記透明層の一部に形成され、前記第１電極と前記第２電極とを電気的に接続する界面電極と、を有する第１又は２の態様に記載の半導体発光素子が提供される。
【００１３】
本発明の第６の態様によれば、前記第２反射部は、前記発光層側から前記第２反射部へと０°より大きい所定入射角で斜めに入射する前記発光層が発する波長の光を反射するよう設計されている第１〜第５の態様のいずれかに記載の半導体発光素子が提供される。
【００１４】
本発明の第７の態様によれば、前記第２反射部は、次式（１）より求められる厚さＴＡの第１半導体層と、前記第１半導体層とは異なる屈折率を有し、次式（２）より求められる厚さＴＢの第２半導体層と、を１つのペアとして積層される複数のペア層を有し、前記第１導電型クラッド層側の最下層の前記ペア層のうち、前記第２半導体層が前記第１導電型クラッド層と接する側に配置される第１〜第６の態様のいずれかに記載の半導体発光素子が提供される。
【００１５】
【数１】
（ここで、式（１）及び式（２）中、λＰは前記発光層が発する光のピーク波長であり、θは前記第１導電型クラッド層から、前記第１導電型クラッド層に接する前記第２半導
体層へと入射する前記光の入射角（但し、０＜θ）であり、ｎｉｎは前記第１クラッド層の屈折率であり、ｎＡは前記第１半導体層の屈折率であり、ｎＢは前記第２半導体層の屈折率である。）
【００１６】
本発明の第８の態様によれば、前記第２反射部は、複数の入射角θのそれぞれについて、前記式（１）よりそれぞれ求められる厚さＴＡの前記第１半導体層と、前記式（２）よりそれぞれ求められる厚さＴＢの前記第２半導体層と、を各ペアとして積層される前記ペア層を前記各入射角θにつき１ペア以上有する第７の態様に記載の半導体発光素子が提供される。
【００１７】
本発明の第９の態様によれば、前記半導体積層部は、前記第１導電型クラッド層の光取り出し面となる面側の一部に配置される前記電極と前記電極側の最上層の前記ペア層との間に第１導電型コンタクト層を備え、最上層の前記ペア層のうち、前記第１導電型コンタクト層と接する側に配置される前記第１半導体層は、ＡｌＡｓからなり、前記第１導電型コンタクト層と、最上層の前記ペア層の前記第２半導体層とは、ＧａＡｓからなる第７又は８の態様に記載の半導体発光素子が提供される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、光取り出し効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体発光素子を示す図であって、（ａ）は半導体発光素子の断面図であり、（ｂ）は半導体発光素子が有するｎ型ＤＢＲ層の積層構造を示す断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る半導体発光素子における光の反射について説明する図であって、（ａ）は表面電極から導入される電流の経路を例示する模式図であり、（ｂ）は垂直に入射する光を反射するよう設計されたｎ型ＤＢＲ層が光を反射する様子を示す模式図であり、（ｃ）は斜めに入射する光を反射するよう設計されたｎ型ＤＢＲ層が光を反射する様子を示す模式図であり、（ｄ）は電極側部が光を反射する様子を示す模式図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る半導体発光素子を示す断面図であって、（ａ）と（ｂ）とに、それぞれ異なる構成を例示する。
【図６】図５（ａ）の半導体発光素子における光の反射について説明する図であって、（ａ）は第１電極から導入される電流の経路を例示する模式図であり、（ｂ）はｎ型ＤＢＲ層及び電極側部が光を反射する様子を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
＜本発明の第１実施形態＞
以下に、本発明の第１実施形態に係る半導体発光素子及びその製造方法について説明する。
【００２１】
（１）半導体発光素子の構造
本発明の第１実施形態に係る半導体発光素子の構造について、図１を用いて以下に説明する。図１は、本実施形態に係る半導体発光素子１を示す図であって、（ａ）は半導体発光素子１の断面図であり、（ｂ）は半導体発光素子１が有するｎ型ＤＢＲ層１３０の積層構造を示す断面図である。
【００２２】
図１に示すように、半導体発光素子１は、例えば支持基板２００を有する支持構造体２０と、発光層１４２を有する発光構造体１０と、が支持構造体２０側の接合層２２０及び発光構造体１０側の接合層１８０を介して接合され、金属材料からなる反射層としての金属層１６３を有するＭＲ（Metal Reflector）型の半導体発光素子として構成されている
。
【００２３】
すなわち、半導体発光素子１は、表面電極３１０ｃ側から、支持構造体２０が支持基板２００の下面に有する裏面電極３２０ｃ側へと電流を導入すると、発光層１４２が所定波長の光を発するよう構成されている。金属層１６３は、例えば発光層１４２が支持基板２００側へと発した光の一部を半導体発光素子１の光取り出し面１４１ｓ側へと反射させて、半導体発光素子１の光取り出し効率を向上させる。
【００２４】
しかしながら、上述したように、このようなＭＲ型の半導体発光素子においては、支持基板側での光の吸収は抑えられるものの、依然、表面電極側での吸収がみられ、半導体発光素子の光取り出し効率の向上の妨げとなっていた。
【００２５】
そこで、本実施形態では、以下に述べる構成により、表面電極側での光の吸収を抑制し、光取り出し効率の更なる向上を可能にする。
【００２６】
［支持構造体］
支持構造体２０は、例えばｐ型Ｓｉ等の導電性を有する半導体材料からなる支持基板２００を有する。支持基板２００の接合層２２０側とは反対側の面、つまり、支持基板２００の下面には、例えばＴｉ及びＡｕ等の金属材料からなる裏面電極３２０ｃが形成されている。裏面電極３２０ｃは、例えばダイボンディング用電極として構成され、支持基板２００とオーミック接合している。
【００２７】
支持構造体２０は、裏面電極３２０ｃ側とは反対側の支持基板２００上に、支持基板２００側から順に、例えばＴｉ等の導電性材料からなるコンタクト電極２１０と、例えばＡｕ等の導電性材料からなる接合層２２０と、を有している。
【００２８】
支持構造体２０側の接合層２２０は、例えば熱圧着法等により、発光構造体１０側の接合層１８０と電気的・機械的に接合されている。発光構造体１０側の接合層１８０は、例えばＡｕ等の支持構造体２０側の接合層２２０と同一の材料から構成される。接合層２２０，１８０はそれぞれ、例えば５００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の厚さを有している。
【００２９】
［発光構造体］
（第１反射部）
発光構造体１０は、接合層１８０上に、例えばＰｔ等の導電性材料からなるバリア層１７０を有している。また、発光構造体１０は、バリア層１７０を介して接合層１８０の上に配置され、金属材料からなる反射層としての金属層１６３と、発光層１４２が発する光の波長に対して光学的に透明な材料からなる透明層１６１とを備える第１反射部を有する。
【００３０】
金属層１６３は、例えば発光層１４２が発する所定波長の光に対して所定以上の反射率を有するＡｕ等の導電性材料からなり、発光層１４２から支持基板２００側へと発した光や、後述のｎ型ＤＢＲ層１３０により反射された光を、半導体発光素子１の光取り出し面１４１ｓ側へと反射させる。反射率の高い金属層１６３により光を反射させることで、半導体発光素子１の光取り出し効率を向上させることができる。
【００３１】
透明層１６１は、例えばＳｉＯ２等の電気絶縁性を有する材料からなり、発光層１４２が発する所定波長の光に対して高い透過性を有する。これにより、透明層１６１における上記光の吸収損失を抑えることができる。透明層１６１の厚さは、透明層１６１での光の吸収が少なくなるよう設定されている。
【００３２】
また、透明層１６１の一部には、表面電極３１０ｃと裏面電極３２０ｃとを電気的に接続する界面電極１６２が形成されている。界面電極１６２は、例えばＡｕＺｎ合金等の金属材料からなり、後述するｐ型コンタクト層１５０とオーミック接合している。また、界面電極１６２は、下方（後述の半導体積層部１０ｓの積層方向）に投じた表面電極３１０ｃの射影とは重なり合わないよう配置される。すなわち、界面電極１６２は、例えば表面電極３１０ｃの直下の位置を避け、ドット状に分散して配置される。
【００３３】
（半導体積層部）
発光構造体１０が有する半導体積層部１０ｓは、後述するように、例えばＧａＡｓ基板等の成長基板上で成長させた複数のエピタキシャル層から構成され、半導体積層部１０ｓが備える各層は、例えば後述の成長基板を構成するＧａＡｓに格子整合する材料からなる。以下に、半導体積層部１０ｓの詳細構造について説明する。
【００３４】
（ダブルヘテロ構造）
半導体積層部１０ｓは、透明層１６１上に、例えばｐ型ＧａＰ等の化合物半導体からなる第２導電型コンタクト層としてのｐ型コンタクト層１５０を備える。ｐ型コンタクト層１５０は、所定のｐ型不純物を所定濃度含む。ｐ型不純物としては、例えばＭｇ，Ｚｎ，Ｃ等を用いることができる。
【００３５】
また、半導体積層部１０ｓは、ｐ型コンタクト層１５０を介して第１反射部の上に配置され、一部が光取り出し面１４１ｓとなる面を有する第１導電型クラッド層としてのｎ型クラッド層１４１と、第１導電型とは異なる導電型の第２導電型クラッド層としてのｐ型クラッド層１４３と、の間に挟まれる発光層１４２を備える。すなわち、上記３層構造は、例えばＡｌＧａＩｎＰ系等のIII−Ｖ族化合物半導体のダブルヘテロ構造となっており
、発光層１４２は、外部から電流が供給されると、所定波長の光、例えばピーク波長が６３０ｎｍの赤色光を発するよう構成されている。
【００３６】
より具体的には、光取り出し面１４１ｓを有する上層のｎ型クラッド層１４１は、例えばｎ型ＡｌＧａＩｎＰ等からなり、所定のｎ型不純物を所定濃度含む。ｎ型不純物としては、例えばＳｉ，Ｓｅ，Ｔｅ等を用いることができる。
【００３７】
また、ｐ型コンタクト層１５０上に設けられる下層のｐ型クラッド層１４３は、例えばｐ型ＡｌＧａＩｎＰ等からなり、所定のｐ型不純物を所定濃度含む。ｐ型不純物としては、例えばＭｇ，Ｚｎ，Ｃ等を用いることができる。
【００３８】
また、両クラッド層１４１，１４３の間に挟まれる発光層１４２は、例えばアンドープのＡｌＧａＩｎＰ系等からなる。すなわち、発光層１４２には不純物の添加は行われず、アンドープの化合物半導体から構成される。但し、半導体積層部１０ｓが有する各層を製造する工程において、不純物が不可避的に混入する場合が有り得る。混入による発光層１４２中の不純物濃度は、例えば１０１３ｃｍ−３〜１０１６ｃｍ−３程度である。
【００３９】
また、表面電極３１０ｃが形成される領域を除くｎ型クラッド層１４１の上面は、光取り出し面１４１ｓとなっている。光取り出し面１４１ｓは、例えば発光層１４２が発した光の一部を乱反射させるような凹凸部１４１ｒを有する。凹凸部１４１ｒは、例えばｎ型クラッド層１４１の表面を粗面化して得られた規則的、或いは不規則な凹凸形状を有する
。凹凸部１４１ｒにより、発光層１４２側から光取り出し面１４１ｓに到達した光が光取り出し面１４１ｓで全反射されることを低減でき、半導体発光素子１の光量が増加する。
【００４０】
（第２反射部）
半導体積層部１０ｓは、半導体積層部１０ｓの上面の一部に形成される表面電極３１０ｃとｎ型クラッド層１４１との間に、屈折率の異なる２以上の半導体層を積層した第２反射部としてのｎ型ＤＢＲ層（分布ブラッグ反射層：Distributed Bragg Reflector）１３
０を備える。また、後述するように、ｎ型ＤＢＲ層１３０の側面には第３反射部としての電極側部３１０ｓが設けられている。
【００４１】
ｎ型ＤＢＲ層１３０により、例えば発光層１４２が発した光の一部を金属層１６３側へと反射させることで、表面電極３１０ｃ側、特に下面側での光の吸収を抑制し、半導体発光素子１の光取り出し効率を一層向上させることができる。ｎ型ＤＢＲ層１３０の詳細構造及び作用については後述する。
【００４２】
また、半導体積層部１０ｓは、表面電極３１０ｃとｎ型ＤＢＲ層１３０との間に、例えばｎ型ＧａＡｓ等の化合物半導体からなる第１導電型コンタクト層としてのｎ型コンタクト層１２０を更に備える。ｎ型コンタクト層１２０は、例えばＳｉ，Ｓｅ，Ｔｅ等の所定のｎ型不純物を所定濃度含む。
【００４３】
（表面電極）
発光構造体１０は、ｎ型クラッド層１４１の光取り出し面１４１ｓとなる面側の一部、例えばｎ型クラッド層１４１の光取り出し面１４１ｓ側の略中央部に配置される表面電極３１０ｃを有する。
【００４４】
表面電極３１０ｃは、例えば矩形に形成された半導体発光素子１の略中央部に、例えば直径が１００μｍ程度の円形形状に形成されている。また、例えば矩形の半導体発光素子１の対角線上に延びる十字の枝部等を有していてもよい。表面電極３１０ｃは、ｎ型コンタクト層１２０側から順に、例えばＡｕＧｅ層、Ｎｉ層、Ａｕ層が積層されてなり、後述のアロイ工程により合金化され、ｎ型コンタクト層１２０とオーミック接合している。
【００４５】
表面電極３１０ｃ上には、表面電極３１０ｃの上面と、表面電極３１０ｃ、ｎ型コンタクト層１２０、及びｎ型ＤＢＲ層１３０の各側面とを覆うパッド電極３１０ｐが設けられている。パッド電極３１０ｐは、例えばワイヤボンディング用パッド電極として構成され、表面電極３１０ｃ側から順に、例えばＴｉ層、Ａｕ層が積層されてなる。後述するように、表面電極３１０ｃはアロイ工程等を経ずに形成され、表面電極３１０ｃを構成する金属は、高い反射率を保っているほか、ワイヤボンディングが容易となる軟性を維持している。
【００４６】
（第３反射部）
上記パッド電極３１０ｐの一部をなし、表面電極３１０ｃ、ｎ型コンタクト層１２０、及びｎ型ＤＢＲ層１３０の各側面を覆う電極側部３１０ｓは、第３反射部として構成されている。第３反射部としての電極側部３１０ｓにより、例えば発光層１４２が発した光の一部を半導体発光素子１の外へと反射させることで、表面電極３１０ｃ側、特に側面での光の吸収を抑制し、半導体発光素子１の光取り出し効率を一層向上させることができる。電極側部３１０ｓの詳細の作用については後述する。
【００４７】
（２）反射部の詳細構造と作用
上述したように、本発明の第１実施形態に係る半導体発光素子１は、第１反射部としての金属層１６３及び透明層１６１、第２反射部としてのｎ型ＤＢＲ層１３０、並びに第３
反射部としての電極側部３１０ｓを備える。以下に、ｎ型ＤＢＲ層１３０の詳細構造および上記各反射部の作用について説明する。
【００４８】
（第２反射部の詳細構造）
ｎ型ＤＢＲ層１３０は、図１（ｂ）に示すように、例えばｎ型ＡｌＡｓからなる所定厚さの第１半導体層１３１ｘと、第１半導体層１３１ｘとは異なる屈折率を有するｎ型ＡｌＮＧａ１−ＮＡｓからなる所定厚さの第２半導体層１３２ｘと、を１つのペアとして積層される複数のペア層１３３ｘを有する。但し、第１半導体層１３１ｘは、図中、１３１ａ，１３１ｂ・・・，１３１ｊで示される任意の第１半導体層である。第２半導体層１３２ｘ及びペア層１３３ｘについても同様である。
【００４９】
また、ｎ型コンタクト層１２０側の最上層のペア層１３３ａのうち、第１半導体層１３１ａがｎ型コンタクト層１２０と接する層であり、ｎ型クラッド層１４１側の最下層のペア層１３３ｊのうち、第２半導体層１３２ｊがｎ型クラッド層１４１と接する層である。第１半導体層１３１ｘ、第２半導体層１３２ｘ及びペア層１３３ｘをａ〜ｊまでとしたのは一例であって、各層の積層数は様々に選択可能である。主に、各層の積層数、屈折率、厚さ等を適宜選択することで、上記２以上の半導体層間の光干渉により、特定波長及び入射角の光を高い反射率で反射させることができる。
【００５０】
具体的には、第２半導体層１３２ｘを構成するｎ型ＡｌＮＧａ１−ＮＡｓのＡｌ組成比Ｎは、例えば０＜Ｎ＜１の範囲で選択することができる。第２半導体層１３２ｘのＡｌ組成比Ｎを小さくしていくことで、第１半導体層１３１ｘとの屈折率差を大きくして反射率を高めることができる。
【００５１】
また、所定角度で入射する発光層１４２が発する波長の光を反射させる第１半導体層１３１ｘの厚さＴＡ及び第２半導体層１３２ｘの厚さＴＢは、次式（１），（２）によりそれぞれ算出することができる。
【００５２】
【数２】
【００５３】
ここで、式（１），（２）中、λＰは、発光層１４２が発する光のピーク波長である。また、θは、ｎ型クラッド層１４１から、ｎ型クラッド層１４１に接する第２半導体層１３２ｊへと入射する上記光の入射角である。ここで、入射角θは入射面の法線に対する角度である。また、ｎｉｎは、ｎ型クラッド層１４１の屈折率である。また、ｎＡは第１半導体層１３１ｘの屈折率であり、ｎＢは第２半導体層１３２ｘの屈折率である。
【００５４】
従来の半導体発光素子が備えるＤＢＲ層をはじめとする半導体多層反射層は、垂直方向（入射角θ＝０°）から入射する光に対して高い反射率が得られるよう設計されていた。しかしながら、例えば斜め方向から入射する光に対しては設計上の考慮がほとんどなされていないため、０°より大きい入射角で入射する光の光量が大きい場合などには反射量が少なく、半導体発光素子の光取り出し効率が低下してしまっていた。
【００５５】
本実施形態では、入射角θを含む上記の式（１），（２）に基づき、第１半導体層１３１ｘの厚さＴＡ及び第２半導体層１３２ｘの厚さＴＢを定めることとしたので、０°より大きい（垂直入射以外の）所定入射角で入射する光の光量が大きい場合であっても、所定の入射角θに対応するペア層１３３ｘを積層することができ、半導体発光素子１の光取り出し効率を向上させることができる。
【００５６】
（第２反射部の作用）
次に、各反射部の作用、特に、異なる入射角θの光に対応してそれぞれ設計されたｎ型ＤＢＲ層１３０の作用について、図２を用いて説明する。図２は、本実施形態に係る半導体発光素子１における光の反射について説明する図であって、（ａ）は表面電極３１０ｃから導入される電流の経路を例示する模式図であり、（ｂ）は垂直に入射する光を反射するよう設計されたｎ型ＤＢＲ層１３０が光を反射する様子を示す模式図であり、（ｃ）は斜めに入射する光を反射するよう設計されたｎ型ＤＢＲ層１３０が光を反射する様子を示す模式図であり、（ｄ）は電極側部３１０ｓが光を反射する様子を示す模式図である。
【００５７】
図２（ａ）に示すように、表面電極３１０ｃから裏面電極３２０ｃに向けて電流を導入すると、図中に例示する電流Ｅ１，Ｅ２のように、電流は透明層１６１の一部に形成された界面電極１６２を介して流れ、その際、電流の通過位置で発光層１４２から放射状に光を発する。図２（ｂ），（ｃ）に示すように、上記光の一部は光取り出し面１４１ｓから半導体発光素子１の外部へと放射されるほか（Ｌ１）、表面電極３１０ｃの下面側（Ｌ２）や、金属層１６３側へ（図示せず）と向かう光も存在する。
【００５８】
上述の特許文献１（特開２００５−１７５４６２号公報）のように、表面電極側にＤＢＲ層等の反射層を有さない半導体発光素子では、表面電極の下面側へと向かった光は、ｎ型コンタクト層、及びｎ型コンタクト層とオーミックコンタクトする表面電極で吸収されてしまい、半導体発光素子の光取り出し効率を低下させていた。
【００５９】
しかしながら、本実施形態においては、ｎ型コンタクト層１２０とｎ型クラッド層１４１との間に第２反射部としてのｎ型ＤＢＲ層１３０を設けている。これにより、表面電極３１０ｃの下面側へと進行してきた光Ｌ２の少なくとも一部を第１反射部側へと反射させる。第１反射部へと到達した光は、第１反射部が備える金属層１６３により反射されて、光取り出し面１４１ｓから半導体発光素子１の外部へと放射される。これにより、表面電極３１０ｃ等による光の吸収を抑制することができ、光取り出し効率を向上させることができる。
【００６０】
また、上述のように、界面電極１６２は、例えば表面電極３１０ｃの直下を除く位置に形成されているため、発光層１４２では、主に表面電極３１０ｃの直下から外れた位置を電流が通過して発光が起きる。したがって、発光層１４２から表面電極３１０ｃ側へと向かう光の多くは、ｎ型ＤＢＲ層１３０に斜めから入射することとなる。
【００６１】
そこで、本実施形態では、図２（ｃ）のように、上述の式（１），（２）を用いて斜めに入射する光を反射するようｎ型ＤＢＲ層１３０を設計し、例えば従来のＤＢＲ層や、図２（ｂ）の垂直に入射する光を反射するよう設計されたｎ型ＤＢＲ層１３０よりも光Ｌ２
の反射量を高め、光取り出し効率をいっそう向上させることができる。ここで、図中、光の進路を示す矢印において、破線で描かれた部分は光量の低下を表す。
【００６２】
このように、本実施形態では、上述の式（１），（２）により、所定の入射角θの光を反射するようｎ型ＤＢＲ層１３０を設計することができるので、表面電極３１０ｃのサイズ、形状、位置、表面電極３１０ｃと界面電極１６２との位置関係、発光層１４２における発光強度分布等に応じて、種々の構成を有する半導体発光素子１それぞれにおいて入射量の大きい入射角θの光をより多く反射できるようにｎ型ＤＢＲ層１３０を設けることができる。
【００６３】
例えば、入射角θが０°の光を反射するｎ型ＤＢＲ層１３０は、設計や取扱いが容易である点で優れている。また、例えば本実施形態に係る半導体発光素子１のように、表面電極３１０ｃの位置と、発光層１４２での発光強度が高い位置との水平方向における空間配置が異なる場合には、ｎ型ＤＢＲ層１３０は、０°より大きい所定入射角θで入射する光を反射するよう設計されていることが好ましい。
【００６４】
（第３反射部の作用）
上述したように、本実施形態においては、表面電極３１０ｃの下方にｎ型ＤＢＲ層１３０を設け、表面電極３１０ｃやｎ型コンタクト層１２０の下面での光Ｌ２の吸収を抑制している。
【００６５】
しかしながら、表面電極３１０ｃ側へと入射する光はこれだけではない。すなわち、例えば図２（ｄ）に示すように、発光層１４２から放射状に発した光の一部は、ｎ型コンタクト層１２０の側面、及びｎ型コンタクト層１２０とオーミックコンタクトする表面電極３１０ｃの側面、更にはこれらの下方に設けたｎ型ＤＢＲ層１３０の側面にも入射する（Ｌ３）。
【００６６】
本実施形態においては、上述のように、Ａｕ等の金属材料からなる第３反射部としての電極側部３１０ｓを、表面電極３１０ｃ、ｎ型コンタクト層１２０、ｎ型ＤＢＲ層１３０の各側面に設けている。これにより、ｎ型ＤＢＲ層１３０等の上記各層の側面での光の吸収を抑制することができる。
【００６７】
このように、ｎ型ＤＢＲ層１３０を設けたことによって嵩高となった表面電極３１０ｃ近傍の構造において、電極側部３１０ｓを設けて側面での光の吸収を抑制することは非常に有効である。よって、表面電極３１０ｃ側での光の吸収を更に抑制し、半導体発光素子１の光取り出し効率を一層向上させることができる。
【００６８】
また、電極側部３１０ｓを設けることで、ｎ型ＤＢＲ層１３０の露出した側面を保護することとなり、例えばＡｌ等の酸化され易い材料を多く含むｎ型ＤＢＲ層１３０の場合であっても、ｎ型ＤＢＲ層１３０の酸化による変質、及び反射率の低下を抑制する効果も期待できる。
【００６９】
（３）半導体発光素子の変形例
上述のようなｎ型ＤＢＲ層１３０においては、第１半導体層１３１ｘと第２半導体層１３２ｘとを屈折率差の大きい材料の組み合わせ（ペア）として反射率を高めたり、各半導体層に光吸収係数の小さい材料を用いて光吸収を抑えたりすることで、光の反射量を高めることができる。
【００７０】
例えば、屈折率差が比較的大きく、赤色光の光吸収が少ない上述のｎ型のＡｌＡｓ／ＡｌＮＧａ１−ＮＡｓ（０＜Ｎ＜１）のペアより更に屈折率差を大きくするには、例えばＡ
ｌＡｓ／ＧａＡｓの組み合わせが考えられる。しかし、ＧａＡｓのようにエネルギーギャップの小さな材料は、大きい光吸収係数を有する。よって、ｎ型ＤＢＲ層中にＧａＡｓを用いると、高屈折率差で得られる高反射率の効果は、光吸収による光量低下で相殺されてしまう。
【００７１】
そこで、本発明者等は、ｎ型ＤＢＲ層１３０中、発光層１４２に近い下層側では入射する光の光量が大きく、表面電極３１０ｃに近い上層側では下層側での反射により到達する光の光量が落ちていることに着目した。そして、下層側では、入射光の光量をできるだけ落とさず上層に到達させるべく、吸収係数が小さい半導体材料を用い、上層側では、光量の弱まった光をできるだけ反射させるべく、屈折率差の大きい半導体材料を用いることに想到した。
【００７２】
上記の点に鑑みて構成される本発明の第１実施形態の変形例に係る半導体発光素子について、図１（ｂ）を参照しながら以下に説明する。
【００７３】
本変形例に係るｎ型ＤＢＲ層１３０においては、表面電極３１０ｃ側のｎ型コンタクト層１２０と接する最上層のペア層１３３ａの第１半導体層１３１ａには、上述の実施形態と同様、ｎ型ＡｌＡｓを用いる。また、第２半導体層１３２ａには、ｎ型ＡｌＡｓとの屈折率差が大きくなるよう、Ａｌ組成比ＮがＮ＝０のｎ型ＡｌＮＧａ１−ＮＡｓ、すなわち、ｎ型ＧａＡｓを用いる。また、最上層のペア層１３３ａよりも下層側のペア層１３３ｂ〜１３３ｊには、上述の実施形態と同様、第１半導体層１３１ｂ〜１３１ｊにｎ型ＡｌＡｓを用い、第２半導体層１３２ｂ〜１３２ｊにｎ型ＡｌＮＧａ１−ＮＡｓを用いて、光吸収係数が小さいｎ型のＡｌＡｓ／ＡｌＮＧａ１−ＮＡｓ（０＜Ｎ＜１）の組み合わせとする。このとき、Ａｌ組成比Ｎは、比較的大きい値とすることが好ましい。
【００７４】
また、このとき、ｎ型ＤＢＲ層１３０の反射率をさらに向上させるため、上述の式（１），（２）を用いて、各ペア層１３３ｘを複数の入射角θに対応する設計とすることができる。具体的には、最上層のペア層１３３ａと、下層のペア層１３３ｂ〜１３３ｊとを、任意に選定した互いに異なる入射角θにそれぞれ対応するよう設計することができる。さらに、下層のペア層１３３ｂ〜１３３ｊを更に複数種類の入射角θにそれぞれ対応させてもよい。このとき、ｎ型コンタクト層１２０側からｎ型クラッド層１４１側へと入射角θが大きくなるように設定することが好ましい。
【００７５】
すなわち、反射率向上の観点からは、例えば複数の入射角θのそれぞれについて、上述の式（１）よりそれぞれ求められる厚さＴＡの第１半導体層１３１ｘと、上述の式（２）よりそれぞれ求められる厚さＴＢの第２半導体層１３２ｘと、を各ペアとして積層されるペア層１３３ｘを各入射角θにつき１ペア以上有するようｎ型ＤＢＲ層１３０を構成することが好ましい。
【００７６】
このように、第１半導体層１３１ｘおよび第２半導体層１３２ｘの厚さや材料を様々に変更して組み合わせ、複数種類のペア層１３３ｘを積層することで、ｎ型ＤＢＲ層１３０の反射率を一層高め、半導体発光素子１の光取り出し効率を向上させることができる。
【００７７】
（４）半導体発光素子の製造方法
本発明の第１実施形態に係る半導体発光素子１は、ＧａＡｓ基板等の成長基板上で成長させた複数のエピタキシャル層を、貼り合せによりＳｉ等の支持基板２００に移し替えることで形成される。以下に、本実施形態に係る半導体発光素子１の製造方法について、図３及び図４を用いて説明する。図３及び図４は、本実施形態に係る半導体発光素子１の製造工程を示す断面図である。
【００７８】
（エピタキシャルウエハの製造）
まずは、図３（ａ）に示すように、例えばＭＯＶＰＥ法により、成長基板１００上に複数のエピタキシャル層が形成されたエピタキシャルウエハ１ｅを製造する。すなわち、例えばｎ型ＧａＡｓ基板等の成長基板１００上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ等からなるエッチングストップ層１１０、ｎ型ＧａＡｓ等からなるｎ型コンタクト層１２０、ｎ型のＡｌＡｓ／ＡｌＮＧａ１−ＮＡｓ等からなるｎ型ＤＢＲ層１３０、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ等からなるｎ型クラッド層１４１、アンドープＡｌＧａＩｎＰ等からなる発光層１４２、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ等からなるｐ型クラッド層１４３、ｐ型ＧａＰ等からなるｐ型コンタクト層１５０を、この順に成長させる。
【００７９】
上記各層のＭＯＶＰＥ法による形成は、ＭＯＶＰＥ装置内に成長基板１００を搬入して設置し、成長圧力、成長温度を所定値に保った状態で、所定の原料ガスを所定流量供給して行う。原料ガスには、例えばＧａ源としてトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）やトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）等の有機金属ガスを使用する。また、例えばＡｌ源にはトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）等の、Ｉｎ源にはトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）等の有機金属ガスをそれぞれ使用する。また、Ａｓ源としてアルシン（ＡｓＨ３）等の、Ｐ源としてホスフィン（ＰＨ３）等の水素化物ガスをそれぞれ使用する。このとき、ＴＭＧａやＴＭＡｌ等のIII族原料ガスのモル数を分母とし、ＡｓＨ３やＰＨ３等のＶ族原料ガスの
モル数を分子とする比率（商）、すなわち、Ｖ／III比を、所定値とする。
【００８０】
また、各層の導電型の決定に用いる導電型決定不純物の添加は、例えば所定の添加ガスを原料ガスに添加することにより行う。ｐ型不純物のＭｇ，Ｚｎ等を添加するには、例えばビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）、ジメチルジンク（ＤＭＺｎ）、ジエチルジンク（ＤＥＺｎ）等を用いる。ｎ型不純物のＳｉ，Ｓｅ，Ｔｅ等を添加するには、例えばモノシラン（ＳｉＨ４）、セレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）、ジエチルテルル（ＤＥＴｅ）、ジメチルテルル（ＤＭＴｅ）等を用いる。
【００８１】
以上により、例えばピーク波長が６３０ｎｍの赤色光を発するダブルヘテロ構造と、第２反射部としてのｎ型ＤＢＲ層１３０とを有する半導体積層部１０ｓをその積層構造に含むエピタキシャルウエハ１ｅが得られる。
【００８２】
本実施形態においては、半導体積層部１０ｓの構造を含む上記複数のエピタキシャル層は、後に貼り合わせにより、Ｓｉ等の支持基板２００に移し替えられて、本実施形態に係る半導体発光素子１が製造される。したがって、上記のように、各エピタキシャル層を形成する際には、発光層１４２を含むダブルヘテロ構造よりも先にｎ型ＤＢＲ層１３０を形成することとなる。したがって、ｎ型ＡｌＡｓやｎ型ＡｌＮＧａ１−ＮＡｓ等からなるｎ型ＤＢＲ層１３０をはじめ、半導体積層部１０ｓの主要構造には成長基板１００を構成するＧａＡｓに格子整合する格子整合系材料を一貫して用いることができる。
【００８３】
また、上記のように、半導体発光素子１を、ｎ型クラッド層１４１側を光取り出し面１４１ｓとする、所謂、ｎサイドアップの半導体発光素子とすることで、ＤＢＲ層をｎ型とすることができる。よって、比較的早い段階で形成されるｎ型ＤＢＲ層１３０の成長時における残留ドーパントによるメモリ効果や、ｎ型ＤＢＲ層１３０の成長後におけるドーパント拡散が、ｐ型のＤＢＲ層の場合よりも抑えられる。
【００８４】
（第１反射部の形成）
以上のように各層が形成されたエピタキシャルウエハ１ｅを、ＭＯＶＰＥ装置から搬出した後、プラズマを用いた化学気相蒸着（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）法等に
より、ｐ型コンタクト層１５０上の全面に、例えばＳｉＯ２等からなる透明層１６１を形成する。続いて、図３（ｂ）に示すように、例えばフォトリソグラフィ法等を用いて所定
のレジストパターン１６１ｐを透明層１６１上に形成し、透明層１６１の一部を貫通させて開口部１６２ｈを設ける。
【００８５】
次に、真空蒸着法やスパッタ法等を用いて、レジストパターン上及び透明層１６１の開口部１６２ｈ内に、例えばＡｕＺｎ合金等を蒸着する。更に、リフトオフ法によりレジストパターン１６１ｐを除去することで、図３（ｃ）に示すように、開口部１６２ｈ内にＡｕＺｎ合金等からなる界面電極１６２を形成する。
【００８６】
次に、真空蒸着法やスパッタ法等を用いて、図３（ｄ）に示すように、例えばＡｕ等からなる金属層１６３を蒸着する。
【００８７】
以上により、反射層としての金属層１６３と一部に界面電極１６２が形成された透明層１６１とを備える第１反射部が形成される。
【００８８】
続いて、図３（ｅ）に示すように、真空蒸着法やスパッタ法等を用いて、例えばＰｔ等からなるバリア層１７０と、Ａｕ等からなる接合層１８０とを、この順に蒸着する。以上により、発光構造体１０の主要部が形成される。
【００８９】
（貼り合わせウエハの製造）
一方、図３（ｆ）に示すように、例えばｐ型Ｓｉ等からなる支持基板２００上に、真空蒸着法やスパッタ法等を用いて、Ｔｉ等からなるコンタクト電極２１０と、Ａｕ等からなる接合層２２０とを、この順に蒸着する。以上により、支持構造体２０の主要部が形成される。
【００９０】
次に、例えば熱圧着法等により、上記支持基板２００と先の成長基板１００とを貼り合わせる。すなわち、図３（ｆ）に示すように、支持基板２００上に形成された支持構造体２０側の接合層２２０と、上述の成長基板１００上に形成された発光構造体１０側の接合層１８０とを向かい合わせて重ね、所定圧力を加えつつ、所定温度で所定時間保持して貼り合わせる。以上により、図３（ｇ）に示すように、接合層２２０，１８０が電気的・機械的に接合された貼り合せウエハ１ｂが製造される。
【００９１】
この後、図４（ｈ），（ｉ）に示すように、貼り合わせウエハ１ｂから成長基板１００とエッチングストップ層１１０とを、例えば機械的研磨やエッチング液等、又はその組み合わせにより除去する。
【００９２】
（表面電極の形成）
次に、図４（ｊ）に示すように、ｎ型コンタクト層１２０の上面の一部に、表面電極３１０ｃを形成する。すなわち、エッチングストップ層１１０が除去され、露出したｎ型コンタクト層１２０上に、例えばフォトリソグラフィ法を用いてレジストパターン（図示せず）を形成する。続いて、真空蒸着法やスパッタ法等により、例えばＡｕＧｅ合金、Ｎｉ、Ａｕをこの順に蒸着し、リフトオフ法によりレジストパターンを除去する。これにより、例えば円形の表面電極３１０ｃが素子ごとに形成される。更に、表面電極３１０ｃをマスクとして、ｎ型コンタクト層１２０及びｎ型ＤＢＲ層１３０をエッチングし、ｎ型クラッド層１４１の上面の一部を露出させる。
【００９３】
ｎ型クラッド層１４１の一部が露出した面には、フォトリソグラフィ法等により周期的なドット状のレジストパターン（図示せず）を形成してエッチング液に浸漬し、その後レジストパターンを除去して、図４（ｋ）に示す凹凸部１４１ｒを形成する。これにより、発光層１４２等からの光を乱反射させる凹凸部１４１ｒを有する光取り出し面１４１ｓが、ｎ型クラッド層１４１の上面の一部に形成される。
【００９４】
（裏面電極の形成）
次に、図４（ｌ）に示すように、支持基板２００の下面（裏面）に裏面電極３２０ｃを形成する。すなわち、真空蒸着法やスパッタ法等により、支持基板２００の裏面の全面に、例えばＴｉとＡｕとをこの順に蒸着する。その後、表面電極３１０ｃ及び裏面電極３２０ｃが形成された貼り合せウエハ１ｂをアロイ工程にて加熱し、表面電極３１０ｃ、裏面電極３２０ｃ、界面電極１６２を合金化させ、各電極が接する半導体層にオーミックコンタクトさせる。これにより、各電極と半導体層との接触抵抗が低減される。
【００９５】
（第３反射部の形成）
続いて、例えばフォトリソグラフィ法及び真空蒸着法やスパッタ法等を用いたリフトオフ法により、表面電極３１０ｃの上面と、表面電極３１０ｃ、ｎ型コンタクト層１２０、及びｎ型ＤＢＲ層１３０の各側面とを覆うように、例えばＴｉとＡｕとをこの順に蒸着して、第３反射部としての電極側部３１０ｓをｎ型ＤＢＲ層１３０等の側面に備えるパッド電極３１０ｐを形成する。
【００９６】
このように、本実施形態では、パッド電極３１０ｐの形成時に電極側部３１０ｓを形成する。別途、電極側部３１０ｓを形成する工程が必要とならないので、製造工程が煩雑化することがなく、製造コスト等の削減を図ることができる。
【００９７】
また、本実施形態では、表面電極３１０ｃ等を合金化するアロイ工程の後に、パッド電極３１０ｐを形成する。つまり、例えば３００℃以上の、パッド電極３１０ｐを合金化させるような熱処理がパッド電極３１０ｐに加わることがない。よって、パッド電極３１０ｐが備える電極側部３１０ｓを構成する金属材料が高反射率のまま保たれ、ｎ型ＤＢＲ層１３０等の側面に入射する光をより確実に反射させる電極側部３１０ｓを形成することができる。また、パッド電極３１０ｐの軟性も維持されるので、ワイヤボンディングが容易となる。
【００９８】
その後、複数形成した表面電極３１０ｃのそれぞれが中央部に位置するよう、例えば貼り合せウエハ１ｂをダイシングしてチップに切り出し、半導体発光素子１を複数個得る。以上により、本実施形態に係る半導体発光素子１が製造される。
【００９９】
＜本発明の第２実施形態＞
図５（ａ）に示すように、本発明の第２実施形態に係る半導体発光素子２ａは、半導体積層部１０ｓの上面に形成される電極を第１電極３１０ａとし、第１電極３１０ａと同一面側に、半導体積層部１０ｓとは非接触に形成された第２電極３２０ａを有する。すなわち、半導体発光素子２ａでは透明層１６１の一部が露出され、透明層１６１の露出部分に第２パッド電極３２０ｐが形成されている。第２パッド電極３２０ｐの近傍の金属層１６３が電極の役割を果たし、第２電極３２０ａを構成している。
【０１００】
また、図５（ｂ）には、本発明の第２実施形態の他の例に係る半導体発光素子２ｂを示す。図５（ｂ）に示すように、半導体発光素子２ｂにおいては、第１電極３１０ｂと同一面側に形成される第２電極３２０ｂは、露出したｐ型クラッド層１４３の一部に形成される。
【０１０１】
また、半導体発光素子２ｂでは、第１電極３１０ｂから半導体積層部１０ｓを介して第２電極３２０ｂへと電流が流れるため、界面電極は省略された構成となっている。また、金属層１６３よりも下層のバリア層以下の構造も省略し、例えば発光構造体１０と支持構造体２０との双方に設けられた接合層２３０を互いに接合させて、半導体発光素子２ｂを得ることができる。
【０１０２】
半導体発光素子２ａ，２ｂにおいては、第１電極３１０ａ，３１０ｂ及び第２電極３２０ａ，３２０ｂを素子の同一面に有するので、実装が容易である等の利点を有する。
【０１０３】
ここで、半導体発光素子２ａを例にとって、係る構造におけるｎ型ＤＢＲ層１３０、金属層１６３及び電極側部３１０ｓの光の反射について、図６を用いて説明する。
【０１０４】
半導体発光素子２ａにおいても、半導体積層部１０ｓの積層方向に投じた第１電極３１０ａの射影が、界面電極１６２とは重なり合わないよう構成されている。また、第１電極３１０ａに対して、第２電極３２０ａは斜め下方に配置されている。したがって、図６（ａ）に示すように、発光層１４２の水平方向における電流の通過位置は、上述の実施形態に係る半導体発光素子１よりも偏っており、第１電極３１０ａに斜めに入射する光の光量がさらに増す構造となっている。
【０１０５】
上記の場合であっても、本実施形態の構造での入射量が大きくなる入射角、すなわち、図６（ｂ）に示すように、入射角θが０°ではない斜め入射の光Ｌ２を反射するｎ型ＤＢＲ層１３０を設けることで、第１電極３１０ａの下面での光の吸収を抑えることができる。
【０１０６】
また、第１電極３１０ａ等の側面に入射する光Ｌ３を反射する電極側部３１０ｓを備えることで、第１電極３１０ａ等の側面での光の吸収を抑えることができる。
【０１０７】
以上により、第１電極３１０ａ側での光の吸収を抑制し、光取り出し効率を向上させることができる。
【０１０８】
＜本発明の他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【０１０９】
例えば、成長基板１００を構成するＧａＡｓと整合する半導体材料としては、ＡｌＡｓ〜ＧａＡｓまでのＡｌＮＧａ１−ＮＡｓ（０≦Ｎ≦１）や、ＡｌＩｎＰ〜ＧａＩｎＰまでの（ＡｌＮＧａ１−Ｎ）ＸＩｎ１−ＸＰ（０≦Ｎ≦１）、或いはＡｌＧａＩｎＡｓＰ等がある。
【０１１０】
したがって、上述の実施形態においては、ｎ型ＤＢＲ層１３０やｐ型ＤＢＲ層１３０ｄをＡｌＡｓ／ＡｌＮＧａ１−ＮＡｓ（０≦Ｎ＜１）で構成することとしたが、他にも上記ＧａＡｓ格子整合系材料の中から選択される材料を用いることができる。例えば、ＡｌＩｎＰ／ＡｌＮＧａ１−ＮＡｓ（０≦Ｎ＜１）の組み合わせ（ペア）においても、屈折率差が比較的大きく、赤色光の吸収の少ないＤＢＲ層が得られる。
【０１１１】
また、発光層についても、上述のＡｌＧａＩｎＰの他に、上記ＧａＡｓ格子整合系材料の中から、例えばＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓＰ等を用いることができる。
【０１１２】
また、上述の実施形態においては、ＧａＡｓ基板を成長基板１００とし、半導体積層構造１０ｓを含む複数の半導体層をＧａＡｓ格子整合系材料により構成したが、ＩｎＰ基板を成長基板として、各半導体層をＩｎＰ格子整合系材料により構成することも可能である。
【０１１３】
また、上述の実施形態においては、パッド電極３１０ｐの一部に第３反射部としての電
極側部３１０ｓを設けることとしたが、表面電極３１０ｃや第１電極３１０ａ，３１０ｂの電極材等にアロイ工程を要さないものを選択するなどして、これらの電極の一部に第３反射部を設けることとしてもよい。係る構成によっても、別途、第３反射部を形成する工程は必要なく、また、電極形成時のアロイ工程を省くことができるので、製造工程を簡略化し、コストの低減を図ることが可能である。
【０１１４】
また、上述の実施形態においては、金属層１６３はＡｕからなるとしたが、Ａｌ，Ｃｕ，Ａｇ等や、Ａｕ，Ａｌ，Ｃｕ，Ａｇ等の少なくとも１つを含む合金材料など、高い反射率を有する金属材料であれば用いることができる。
【０１１５】
また、上述の実施形態においては、半導体発光素子１等は金属層１６３を有するＭＲ型であるとしたが、金属層１６３の替わりにＤＢＲ層を反射層として有する半導体発光素子、或いは基板側に反射層を有さない半導体発光素子等の表面電極側に第２反射部や第３反射部を設ける構成としてもよい。この場合、半導体発光素子は主にエピタキシャル層のみから構成することができ、支持基板への移し替え等の煩雑な工程を省くことができる。
【０１１６】
但し、支持基板への移し替えを伴わない上記構造では、発光層を含むダブルヘテロ構造や、係る構造で多用されるｐ型ＧａＰ電流拡散層等の上層に、表面電極側のＤＢＲ層を成長させることとなる。ＧａＰは、ＧａＡｓ基板を構成するＧａＡｓとは格子定数が異なっており、ｐ型ＧａＰ電流拡散層上にＤＢＲ層を成長させる場合、使用可能な半導体材料が制限されるので注意が必要である。なお、ＧａＡｓと格子整合するｐ型ＡｌＧａＡｓ系等の半導体材料からなるＤＢＲ層を成長させた場合には、ＤＢＲ層での電気抵抗が高くなってしまい、望ましくない。
【０１１７】
また、基板側の反射層がＤＢＲ層等であることにより、基板側からの反射率が低下してしまう。したがって、表面電極側や基板側のＤＢＲ層が垂直入射の光のみにしか対応していない場合、充分な光取り出し効率が得られない懸念がある。
【実施例】
【０１１８】
次に、本発明に係る実施例について比較例とともに説明する。
【０１１９】
上述の第１実施形態と同様の手法で、第１反射部、第２反射部、及び第３反射部を有する実施例１，２に係る半導体発光素子を製作した。成長基板および支持基板には、それぞれ直径３インチのｎ型ＧａＡｓ基板およびｐ型Ｓｉ基板を用いた。各素子は、３００μｍ×３００μｍの略正方形の形状とした。実施例１に係る半導体発光素子は、第１実施形態に基づき、第２反射部としてｎ型のＡｌＡｓ／Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓにより構成されるｎ型ＤＢＲ層を有する。実施例２に係る半導体発光素子は、第１実施形態の変形例に基づき、第２反射部として最上層のペア層のみがｎ型のＡｌＡｓ／ＧａＡｓにより構成されるｎ型ＤＢＲ層を有する。また、複数の入射角θに対応する各ペア層を有する。
【０１２０】
また、本実施例においては、特に第３反射部の効果をみるため、表面電極の上面にのみ設けられ、第３反射部としての電極側部を有さないパッド電極を備える比較例１，２に係る半導体発光素子を製作した。比較例１が備えるｎ型ＤＢＲ層は、上記実施例１のｎ型ＤＢＲ層と同様の構成とした。比較例２が備えるｎ型ＤＢＲ層は、上記実施例２のｎ型ＤＢＲ層と同様の構成とした。
【０１２１】
実施例１，２及び比較例１，２に係る半導体発光素子の詳細構造を、表１〜表２に示す。各実施例および比較例におけるｎ型ＤＢＲ層の構成を示す表２において、ａ〜ｊまでの１０ペアのペア層のうち、ペア層ａがｎ型コンタクト層側のペア層であり、ペア層ｊがｎ型クラッド層側のペア層である。入射角が０°〜４０°に対応する各ペア層の第１，第２
半導体層の層厚は、上述の式（１），（２）より求めた。このとき、発光層１４２のピーク波長λＰ、ｎ型クラッド層の屈折率ｎｉｎ、第１半導体層の屈折率ｎＡ、第２半導体層の屈折率ｎＢには、それぞれ以下の数値を用いた。
λＰ＝６３０ｎｍ
ｎｉｎ＝３．１２７（（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ）
ｎＡ＝３．１１１（ＡｌＡｓ）
ｎＢ＝３．５００（Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ）
【０１２２】
【表１】
【表２】
【０１２３】
次に、実施例１，２及び比較例１，２に係る半導体発光素子を、ＴＯ−１８ステム上にダイボンディング及びワイヤボンディングして実装し、ベアチップの状態で２０ｍＡの電流を通電して発光出力及び動作電圧の測定値を得た。係る測定値を、表３に示す。
【０１２４】
【表３】
【０１２５】
第３反射部としての電極側部を有する実施例１，２に係るいずれの半導体発光素子においても、それぞれに対応する比較例１，２に係る半導体発光素子よりも発光出力が大きくなっており、電極側部を設けることで、半導体発光素子の光取り出し効率が向上したことがわかる。
【０１２６】
また、実施例２の発光出力は実施例１よりも大きく、表面電極と発光層の発光強度が高い位置との水平方向における空間配置が異なる素子構造では、複数の入射角θの光を反射するよう設計されたｎ型ＤＢＲ層を用いることが有効であることが確認された。また、最上層のペア層を屈折率差の大きな組み合わせ（ペア）とすることも有効であることが確認された。
【符号の説明】
【０１２７】
１，２ａ，２ｂ 半導体発光素子
１０ 発光構造体
２０ 支持構造体
１２０ ｎ型コンタクト層（第１導電型コンタクト層）
１３０ ｎ型ＤＢＲ層（第２反射部）
１３１ｘ（１３１ａ〜１３１ｊ） 第１半導体層
１３２ｘ（１３２ａ〜１３２ｊ） 第２半導体層
１３３ｘ（１３３ａ〜１３３ｊ） ペア層
１４１ ｎ型クラッド層（第１導電型クラッド層）
１４１ｓ 光取り出し面
１４２ 発光層
１４３ ｐ型クラッド層（第２導電型クラッド層）
１５０ ｐ型コンタクト層
１６１ 透明層
１６２ 界面電極
１６３ 金属層（反射層）
１８０，２２０ 接合層
２００ 支持基板
３１０ａ，３１０ｂ 第１電極（電極）
３１０ｃ 表面電極（電極）
３１０ｓ 電極側部（第３反射部）
３２０ａ，３２０ｂ 第２電極
３２０ｃ 裏面電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子に関し、特に、支持基板を有する支持構造体と発光層を有する発光構造体とが接合層を介して接合される半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の半導体発光素子の製造工程においては、ＡｌＧａＩｎＰ系やＡｌＧａＡｓ系等の高品質結晶を有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy）法で成長させる技術の発達によって、青色、緑色、橙色、黄
色、赤色等の高輝度ＬＥＤが製作できるようになってきた。このような高品質の結晶が成長可能となってから、半導体発光素子の内部効率は理論限界値に近づきつつある。しかし半導体発光素子からの光取り出し効率はまだ低く、光取り出し効率を向上させることが重要となっている。
【０００３】
そこで、例えば発光層を含む複数のエピタキシャル層をＧａＡｓ基板等の成長基板上に積層する際、発光層の下層のＧａＡｓ基板側に、屈折率が互いに異なる２以上の半導体層を積層したＤＢＲ層（分布ブラッグ反射層：Distributed Bragg Reflector）を設ける技
術が知られている。これにより、ＧａＡｓ基板側へ向かう光を光取り出し面側へと反射させ、ＧａＡｓ基板での光の吸収を抑えて光取り出し効率の向上を図ることができる。
【０００４】
一方で、例えば特許文献１には、上記ＤＢＲ層よりも反射効率の高い金属材料からなる反射層を導入した半導体発光素子が開示されている。係る半導体発光素子は、ＧａＡｓ基板上で成長させた複数のエピタキシャル層を、金属層を介した貼り合せによりＳｉ等の支持基板に移し替えることで得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１７５４６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の特許文献１等のように、基板側に反射層を設ける構造では、発光層が発した光や反射層により反射された光の一部は表面電極により吸収されてしまう。このため、充分な光取り出し効率が得られない場合があった。
【０００７】
本発明の目的は、光取り出し効率を向上させることが可能な半導体発光素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、支持基板を有する支持構造体と発光層を有する発光構造体とが接合層を介して接合され、前記発光構造体は、前記接合層の上に配置され、金属材料からなる反射層と前記発光層が発する光の波長に対して光学的に透明な材料からなる透明層とを備える第１反射部と、前記第１反射部の上に配置され、一部が光取り出し面となる面を有する第１導電型クラッド層と前記第１導電型とは異なる導電型の第２導電型クラッド層との間に挟まれる前記発光層を備える半導体積層部と、前記第１導電型クラッド層の光取り出し面となる面側の一部に配置される電極と、を有し、前記半導体積層部は、前記電極と前記第１導電型クラッド層との間に、屈折率の異なる２以上の半導体層を積層した第２反射部を備え、前記第２反射部の側面には、金属材料からなる第３反射部が設けら
れている半導体発光素子が提供される。
【０００９】
本発明の第２の態様によれば、前記第３反射部は、前記電極の上面と前記第２反射部の側面とを覆うパッド電極の一部である第１の態様に記載の半導体発光素子が提供される。
【００１０】
本発明の第３の態様によれば、前記電極は、前記半導体積層部の上面の一部に形成される表面電極であり、前記支持構造体は、前記支持基板の下面に形成される裏面電極を有し、前記発光構造体は、前記透明層の一部に形成され、前記表面電極と前記裏面電極とを電気的に接続する界面電極を有する第１又は２の態様に記載の半導体発光素子が提供される。
【００１１】
本発明の第４の態様によれば、前記半導体積層部の積層方向に投じた前記表面電極の射影が、前記界面電極とは重なり合わない第３の態様に記載の半導体発光素子が提供される。
【００１２】
本発明の第５の態様によれば、前記電極は、前記半導体積層部の上面の一部に形成される第１電極であり、前記発光構造体は、前記第１電極と同一面側に、前記半導体積層部とは非接触に形成された第２電極と、前記透明層の一部に形成され、前記第１電極と前記第２電極とを電気的に接続する界面電極と、を有する第１又は２の態様に記載の半導体発光素子が提供される。
【００１３】
本発明の第６の態様によれば、前記第２反射部は、前記発光層側から前記第２反射部へと０°より大きい所定入射角で斜めに入射する前記発光層が発する波長の光を反射するよう設計されている第１〜第５の態様のいずれかに記載の半導体発光素子が提供される。
【００１４】
本発明の第７の態様によれば、前記第２反射部は、次式（１）より求められる厚さＴＡの第１半導体層と、前記第１半導体層とは異なる屈折率を有し、次式（２）より求められる厚さＴＢの第２半導体層と、を１つのペアとして積層される複数のペア層を有し、前記第１導電型クラッド層側の最下層の前記ペア層のうち、前記第２半導体層が前記第１導電型クラッド層と接する側に配置される第１〜第６の態様のいずれかに記載の半導体発光素子が提供される。
【００１５】
【数１】
（ここで、式（１）及び式（２）中、λＰは前記発光層が発する光のピーク波長であり、θは前記第１導電型クラッド層から、前記第１導電型クラッド層に接する前記第２半導
体層へと入射する前記光の入射角（但し、０＜θ）であり、ｎｉｎは前記第１クラッド層の屈折率であり、ｎＡは前記第１半導体層の屈折率であり、ｎＢは前記第２半導体層の屈折率である。）
【００１６】
本発明の第８の態様によれば、前記第２反射部は、複数の入射角θのそれぞれについて、前記式（１）よりそれぞれ求められる厚さＴＡの前記第１半導体層と、前記式（２）よりそれぞれ求められる厚さＴＢの前記第２半導体層と、を各ペアとして積層される前記ペア層を前記各入射角θにつき１ペア以上有する第７の態様に記載の半導体発光素子が提供される。
【００１７】
本発明の第９の態様によれば、前記半導体積層部は、前記第１導電型クラッド層の光取り出し面となる面側の一部に配置される前記電極と前記電極側の最上層の前記ペア層との間に第１導電型コンタクト層を備え、最上層の前記ペア層のうち、前記第１導電型コンタクト層と接する側に配置される前記第１半導体層は、ＡｌＡｓからなり、前記第１導電型コンタクト層と、最上層の前記ペア層の前記第２半導体層とは、ＧａＡｓからなる第７又は８の態様に記載の半導体発光素子が提供される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、光取り出し効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体発光素子を示す図であって、（ａ）は半導体発光素子の断面図であり、（ｂ）は半導体発光素子が有するｎ型ＤＢＲ層の積層構造を示す断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る半導体発光素子における光の反射について説明する図であって、（ａ）は表面電極から導入される電流の経路を例示する模式図であり、（ｂ）は垂直に入射する光を反射するよう設計されたｎ型ＤＢＲ層が光を反射する様子を示す模式図であり、（ｃ）は斜めに入射する光を反射するよう設計されたｎ型ＤＢＲ層が光を反射する様子を示す模式図であり、（ｄ）は電極側部が光を反射する様子を示す模式図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る半導体発光素子を示す断面図であって、（ａ）と（ｂ）とに、それぞれ異なる構成を例示する。
【図６】図５（ａ）の半導体発光素子における光の反射について説明する図であって、（ａ）は第１電極から導入される電流の経路を例示する模式図であり、（ｂ）はｎ型ＤＢＲ層及び電極側部が光を反射する様子を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
＜本発明の第１実施形態＞
以下に、本発明の第１実施形態に係る半導体発光素子及びその製造方法について説明する。
【００２１】
（１）半導体発光素子の構造
本発明の第１実施形態に係る半導体発光素子の構造について、図１を用いて以下に説明する。図１は、本実施形態に係る半導体発光素子１を示す図であって、（ａ）は半導体発光素子１の断面図であり、（ｂ）は半導体発光素子１が有するｎ型ＤＢＲ層１３０の積層構造を示す断面図である。
【００２２】
図１に示すように、半導体発光素子１は、例えば支持基板２００を有する支持構造体２０と、発光層１４２を有する発光構造体１０と、が支持構造体２０側の接合層２２０及び発光構造体１０側の接合層１８０を介して接合され、金属材料からなる反射層としての金属層１６３を有するＭＲ（Metal Reflector）型の半導体発光素子として構成されている
。
【００２３】
すなわち、半導体発光素子１は、表面電極３１０ｃ側から、支持構造体２０が支持基板２００の下面に有する裏面電極３２０ｃ側へと電流を導入すると、発光層１４２が所定波長の光を発するよう構成されている。金属層１６３は、例えば発光層１４２が支持基板２００側へと発した光の一部を半導体発光素子１の光取り出し面１４１ｓ側へと反射させて、半導体発光素子１の光取り出し効率を向上させる。
【００２４】
しかしながら、上述したように、このようなＭＲ型の半導体発光素子においては、支持基板側での光の吸収は抑えられるものの、依然、表面電極側での吸収がみられ、半導体発光素子の光取り出し効率の向上の妨げとなっていた。
【００２５】
そこで、本実施形態では、以下に述べる構成により、表面電極側での光の吸収を抑制し、光取り出し効率の更なる向上を可能にする。
【００２６】
［支持構造体］
支持構造体２０は、例えばｐ型Ｓｉ等の導電性を有する半導体材料からなる支持基板２００を有する。支持基板２００の接合層２２０側とは反対側の面、つまり、支持基板２００の下面には、例えばＴｉ及びＡｕ等の金属材料からなる裏面電極３２０ｃが形成されている。裏面電極３２０ｃは、例えばダイボンディング用電極として構成され、支持基板２００とオーミック接合している。
【００２７】
支持構造体２０は、裏面電極３２０ｃ側とは反対側の支持基板２００上に、支持基板２００側から順に、例えばＴｉ等の導電性材料からなるコンタクト電極２１０と、例えばＡｕ等の導電性材料からなる接合層２２０と、を有している。
【００２８】
支持構造体２０側の接合層２２０は、例えば熱圧着法等により、発光構造体１０側の接合層１８０と電気的・機械的に接合されている。発光構造体１０側の接合層１８０は、例えばＡｕ等の支持構造体２０側の接合層２２０と同一の材料から構成される。接合層２２０，１８０はそれぞれ、例えば５００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の厚さを有している。
【００２９】
［発光構造体］
（第１反射部）
発光構造体１０は、接合層１８０上に、例えばＰｔ等の導電性材料からなるバリア層１７０を有している。また、発光構造体１０は、バリア層１７０を介して接合層１８０の上に配置され、金属材料からなる反射層としての金属層１６３と、発光層１４２が発する光の波長に対して光学的に透明な材料からなる透明層１６１とを備える第１反射部を有する。
【００３０】
金属層１６３は、例えば発光層１４２が発する所定波長の光に対して所定以上の反射率を有するＡｕ等の導電性材料からなり、発光層１４２から支持基板２００側へと発した光や、後述のｎ型ＤＢＲ層１３０により反射された光を、半導体発光素子１の光取り出し面１４１ｓ側へと反射させる。反射率の高い金属層１６３により光を反射させることで、半導体発光素子１の光取り出し効率を向上させることができる。
【００３１】
透明層１６１は、例えばＳｉＯ２等の電気絶縁性を有する材料からなり、発光層１４２が発する所定波長の光に対して高い透過性を有する。これにより、透明層１６１における上記光の吸収損失を抑えることができる。透明層１６１の厚さは、透明層１６１での光の吸収が少なくなるよう設定されている。
【００３２】
また、透明層１６１の一部には、表面電極３１０ｃと裏面電極３２０ｃとを電気的に接続する界面電極１６２が形成されている。界面電極１６２は、例えばＡｕＺｎ合金等の金属材料からなり、後述するｐ型コンタクト層１５０とオーミック接合している。また、界面電極１６２は、下方（後述の半導体積層部１０ｓの積層方向）に投じた表面電極３１０ｃの射影とは重なり合わないよう配置される。すなわち、界面電極１６２は、例えば表面電極３１０ｃの直下の位置を避け、ドット状に分散して配置される。
【００３３】
（半導体積層部）
発光構造体１０が有する半導体積層部１０ｓは、後述するように、例えばＧａＡｓ基板等の成長基板上で成長させた複数のエピタキシャル層から構成され、半導体積層部１０ｓが備える各層は、例えば後述の成長基板を構成するＧａＡｓに格子整合する材料からなる。以下に、半導体積層部１０ｓの詳細構造について説明する。
【００３４】
（ダブルヘテロ構造）
半導体積層部１０ｓは、透明層１６１上に、例えばｐ型ＧａＰ等の化合物半導体からなる第２導電型コンタクト層としてのｐ型コンタクト層１５０を備える。ｐ型コンタクト層１５０は、所定のｐ型不純物を所定濃度含む。ｐ型不純物としては、例えばＭｇ，Ｚｎ，Ｃ等を用いることができる。
【００３５】
また、半導体積層部１０ｓは、ｐ型コンタクト層１５０を介して第１反射部の上に配置され、一部が光取り出し面１４１ｓとなる面を有する第１導電型クラッド層としてのｎ型クラッド層１４１と、第１導電型とは異なる導電型の第２導電型クラッド層としてのｐ型クラッド層１４３と、の間に挟まれる発光層１４２を備える。すなわち、上記３層構造は、例えばＡｌＧａＩｎＰ系等のIII−Ｖ族化合物半導体のダブルヘテロ構造となっており
、発光層１４２は、外部から電流が供給されると、所定波長の光、例えばピーク波長が６３０ｎｍの赤色光を発するよう構成されている。
【００３６】
より具体的には、光取り出し面１４１ｓを有する上層のｎ型クラッド層１４１は、例えばｎ型ＡｌＧａＩｎＰ等からなり、所定のｎ型不純物を所定濃度含む。ｎ型不純物としては、例えばＳｉ，Ｓｅ，Ｔｅ等を用いることができる。
【００３７】
また、ｐ型コンタクト層１５０上に設けられる下層のｐ型クラッド層１４３は、例えばｐ型ＡｌＧａＩｎＰ等からなり、所定のｐ型不純物を所定濃度含む。ｐ型不純物としては、例えばＭｇ，Ｚｎ，Ｃ等を用いることができる。
【００３８】
また、両クラッド層１４１，１４３の間に挟まれる発光層１４２は、例えばアンドープのＡｌＧａＩｎＰ系等からなる。すなわち、発光層１４２には不純物の添加は行われず、アンドープの化合物半導体から構成される。但し、半導体積層部１０ｓが有する各層を製造する工程において、不純物が不可避的に混入する場合が有り得る。混入による発光層１４２中の不純物濃度は、例えば１０１３ｃｍ−３〜１０１６ｃｍ−３程度である。
【００３９】
また、表面電極３１０ｃが形成される領域を除くｎ型クラッド層１４１の上面は、光取り出し面１４１ｓとなっている。光取り出し面１４１ｓは、例えば発光層１４２が発した光の一部を乱反射させるような凹凸部１４１ｒを有する。凹凸部１４１ｒは、例えばｎ型クラッド層１４１の表面を粗面化して得られた規則的、或いは不規則な凹凸形状を有する
。凹凸部１４１ｒにより、発光層１４２側から光取り出し面１４１ｓに到達した光が光取り出し面１４１ｓで全反射されることを低減でき、半導体発光素子１の光量が増加する。
【００４０】
（第２反射部）
半導体積層部１０ｓは、半導体積層部１０ｓの上面の一部に形成される表面電極３１０ｃとｎ型クラッド層１４１との間に、屈折率の異なる２以上の半導体層を積層した第２反射部としてのｎ型ＤＢＲ層（分布ブラッグ反射層：Distributed Bragg Reflector）１３
０を備える。また、後述するように、ｎ型ＤＢＲ層１３０の側面には第３反射部としての電極側部３１０ｓが設けられている。
【００４１】
ｎ型ＤＢＲ層１３０により、例えば発光層１４２が発した光の一部を金属層１６３側へと反射させることで、表面電極３１０ｃ側、特に下面側での光の吸収を抑制し、半導体発光素子１の光取り出し効率を一層向上させることができる。ｎ型ＤＢＲ層１３０の詳細構造及び作用については後述する。
【００４２】
また、半導体積層部１０ｓは、表面電極３１０ｃとｎ型ＤＢＲ層１３０との間に、例えばｎ型ＧａＡｓ等の化合物半導体からなる第１導電型コンタクト層としてのｎ型コンタクト層１２０を更に備える。ｎ型コンタクト層１２０は、例えばＳｉ，Ｓｅ，Ｔｅ等の所定のｎ型不純物を所定濃度含む。
【００４３】
（表面電極）
発光構造体１０は、ｎ型クラッド層１４１の光取り出し面１４１ｓとなる面側の一部、例えばｎ型クラッド層１４１の光取り出し面１４１ｓ側の略中央部に配置される表面電極３１０ｃを有する。
【００４４】
表面電極３１０ｃは、例えば矩形に形成された半導体発光素子１の略中央部に、例えば直径が１００μｍ程度の円形形状に形成されている。また、例えば矩形の半導体発光素子１の対角線上に延びる十字の枝部等を有していてもよい。表面電極３１０ｃは、ｎ型コンタクト層１２０側から順に、例えばＡｕＧｅ層、Ｎｉ層、Ａｕ層が積層されてなり、後述のアロイ工程により合金化され、ｎ型コンタクト層１２０とオーミック接合している。
【００４５】
表面電極３１０ｃ上には、表面電極３１０ｃの上面と、表面電極３１０ｃ、ｎ型コンタクト層１２０、及びｎ型ＤＢＲ層１３０の各側面とを覆うパッド電極３１０ｐが設けられている。パッド電極３１０ｐは、例えばワイヤボンディング用パッド電極として構成され、表面電極３１０ｃ側から順に、例えばＴｉ層、Ａｕ層が積層されてなる。後述するように、表面電極３１０ｃはアロイ工程等を経ずに形成され、表面電極３１０ｃを構成する金属は、高い反射率を保っているほか、ワイヤボンディングが容易となる軟性を維持している。
【００４６】
（第３反射部）
上記パッド電極３１０ｐの一部をなし、表面電極３１０ｃ、ｎ型コンタクト層１２０、及びｎ型ＤＢＲ層１３０の各側面を覆う電極側部３１０ｓは、第３反射部として構成されている。第３反射部としての電極側部３１０ｓにより、例えば発光層１４２が発した光の一部を半導体発光素子１の外へと反射させることで、表面電極３１０ｃ側、特に側面での光の吸収を抑制し、半導体発光素子１の光取り出し効率を一層向上させることができる。電極側部３１０ｓの詳細の作用については後述する。
【００４７】
（２）反射部の詳細構造と作用
上述したように、本発明の第１実施形態に係る半導体発光素子１は、第１反射部としての金属層１６３及び透明層１６１、第２反射部としてのｎ型ＤＢＲ層１３０、並びに第３
反射部としての電極側部３１０ｓを備える。以下に、ｎ型ＤＢＲ層１３０の詳細構造および上記各反射部の作用について説明する。
【００４８】
（第２反射部の詳細構造）
ｎ型ＤＢＲ層１３０は、図１（ｂ）に示すように、例えばｎ型ＡｌＡｓからなる所定厚さの第１半導体層１３１ｘと、第１半導体層１３１ｘとは異なる屈折率を有するｎ型ＡｌＮＧａ１−ＮＡｓからなる所定厚さの第２半導体層１３２ｘと、を１つのペアとして積層される複数のペア層１３３ｘを有する。但し、第１半導体層１３１ｘは、図中、１３１ａ，１３１ｂ・・・，１３１ｊで示される任意の第１半導体層である。第２半導体層１３２ｘ及びペア層１３３ｘについても同様である。
【００４９】
また、ｎ型コンタクト層１２０側の最上層のペア層１３３ａのうち、第１半導体層１３１ａがｎ型コンタクト層１２０と接する層であり、ｎ型クラッド層１４１側の最下層のペア層１３３ｊのうち、第２半導体層１３２ｊがｎ型クラッド層１４１と接する層である。第１半導体層１３１ｘ、第２半導体層１３２ｘ及びペア層１３３ｘをａ〜ｊまでとしたのは一例であって、各層の積層数は様々に選択可能である。主に、各層の積層数、屈折率、厚さ等を適宜選択することで、上記２以上の半導体層間の光干渉により、特定波長及び入射角の光を高い反射率で反射させることができる。
【００５０】
具体的には、第２半導体層１３２ｘを構成するｎ型ＡｌＮＧａ１−ＮＡｓのＡｌ組成比Ｎは、例えば０＜Ｎ＜１の範囲で選択することができる。第２半導体層１３２ｘのＡｌ組成比Ｎを小さくしていくことで、第１半導体層１３１ｘとの屈折率差を大きくして反射率を高めることができる。
【００５１】
また、所定角度で入射する発光層１４２が発する波長の光を反射させる第１半導体層１３１ｘの厚さＴＡ及び第２半導体層１３２ｘの厚さＴＢは、次式（１），（２）によりそれぞれ算出することができる。
【００５２】
【数２】
【００５３】
ここで、式（１），（２）中、λＰは、発光層１４２が発する光のピーク波長である。また、θは、ｎ型クラッド層１４１から、ｎ型クラッド層１４１に接する第２半導体層１３２ｊへと入射する上記光の入射角である。ここで、入射角θは入射面の法線に対する角度である。また、ｎｉｎは、ｎ型クラッド層１４１の屈折率である。また、ｎＡは第１半導体層１３１ｘの屈折率であり、ｎＢは第２半導体層１３２ｘの屈折率である。
【００５４】
従来の半導体発光素子が備えるＤＢＲ層をはじめとする半導体多層反射層は、垂直方向（入射角θ＝０°）から入射する光に対して高い反射率が得られるよう設計されていた。しかしながら、例えば斜め方向から入射する光に対しては設計上の考慮がほとんどなされていないため、０°より大きい入射角で入射する光の光量が大きい場合などには反射量が少なく、半導体発光素子の光取り出し効率が低下してしまっていた。
【００５５】
本実施形態では、入射角θを含む上記の式（１），（２）に基づき、第１半導体層１３１ｘの厚さＴＡ及び第２半導体層１３２ｘの厚さＴＢを定めることとしたので、０°より大きい（垂直入射以外の）所定入射角で入射する光の光量が大きい場合であっても、所定の入射角θに対応するペア層１３３ｘを積層することができ、半導体発光素子１の光取り出し効率を向上させることができる。
【００５６】
（第２反射部の作用）
次に、各反射部の作用、特に、異なる入射角θの光に対応してそれぞれ設計されたｎ型ＤＢＲ層１３０の作用について、図２を用いて説明する。図２は、本実施形態に係る半導体発光素子１における光の反射について説明する図であって、（ａ）は表面電極３１０ｃから導入される電流の経路を例示する模式図であり、（ｂ）は垂直に入射する光を反射するよう設計されたｎ型ＤＢＲ層１３０が光を反射する様子を示す模式図であり、（ｃ）は斜めに入射する光を反射するよう設計されたｎ型ＤＢＲ層１３０が光を反射する様子を示す模式図であり、（ｄ）は電極側部３１０ｓが光を反射する様子を示す模式図である。
【００５７】
図２（ａ）に示すように、表面電極３１０ｃから裏面電極３２０ｃに向けて電流を導入すると、図中に例示する電流Ｅ１，Ｅ２のように、電流は透明層１６１の一部に形成された界面電極１６２を介して流れ、その際、電流の通過位置で発光層１４２から放射状に光を発する。図２（ｂ），（ｃ）に示すように、上記光の一部は光取り出し面１４１ｓから半導体発光素子１の外部へと放射されるほか（Ｌ１）、表面電極３１０ｃの下面側（Ｌ２）や、金属層１６３側へ（図示せず）と向かう光も存在する。
【００５８】
上述の特許文献１（特開２００５−１７５４６２号公報）のように、表面電極側にＤＢＲ層等の反射層を有さない半導体発光素子では、表面電極の下面側へと向かった光は、ｎ型コンタクト層、及びｎ型コンタクト層とオーミックコンタクトする表面電極で吸収されてしまい、半導体発光素子の光取り出し効率を低下させていた。
【００５９】
しかしながら、本実施形態においては、ｎ型コンタクト層１２０とｎ型クラッド層１４１との間に第２反射部としてのｎ型ＤＢＲ層１３０を設けている。これにより、表面電極３１０ｃの下面側へと進行してきた光Ｌ２の少なくとも一部を第１反射部側へと反射させる。第１反射部へと到達した光は、第１反射部が備える金属層１６３により反射されて、光取り出し面１４１ｓから半導体発光素子１の外部へと放射される。これにより、表面電極３１０ｃ等による光の吸収を抑制することができ、光取り出し効率を向上させることができる。
【００６０】
また、上述のように、界面電極１６２は、例えば表面電極３１０ｃの直下を除く位置に形成されているため、発光層１４２では、主に表面電極３１０ｃの直下から外れた位置を電流が通過して発光が起きる。したがって、発光層１４２から表面電極３１０ｃ側へと向かう光の多くは、ｎ型ＤＢＲ層１３０に斜めから入射することとなる。
【００６１】
そこで、本実施形態では、図２（ｃ）のように、上述の式（１），（２）を用いて斜めに入射する光を反射するようｎ型ＤＢＲ層１３０を設計し、例えば従来のＤＢＲ層や、図２（ｂ）の垂直に入射する光を反射するよう設計されたｎ型ＤＢＲ層１３０よりも光Ｌ２
の反射量を高め、光取り出し効率をいっそう向上させることができる。ここで、図中、光の進路を示す矢印において、破線で描かれた部分は光量の低下を表す。
【００６２】
このように、本実施形態では、上述の式（１），（２）により、所定の入射角θの光を反射するようｎ型ＤＢＲ層１３０を設計することができるので、表面電極３１０ｃのサイズ、形状、位置、表面電極３１０ｃと界面電極１６２との位置関係、発光層１４２における発光強度分布等に応じて、種々の構成を有する半導体発光素子１それぞれにおいて入射量の大きい入射角θの光をより多く反射できるようにｎ型ＤＢＲ層１３０を設けることができる。
【００６３】
例えば、入射角θが０°の光を反射するｎ型ＤＢＲ層１３０は、設計や取扱いが容易である点で優れている。また、例えば本実施形態に係る半導体発光素子１のように、表面電極３１０ｃの位置と、発光層１４２での発光強度が高い位置との水平方向における空間配置が異なる場合には、ｎ型ＤＢＲ層１３０は、０°より大きい所定入射角θで入射する光を反射するよう設計されていることが好ましい。
【００６４】
（第３反射部の作用）
上述したように、本実施形態においては、表面電極３１０ｃの下方にｎ型ＤＢＲ層１３０を設け、表面電極３１０ｃやｎ型コンタクト層１２０の下面での光Ｌ２の吸収を抑制している。
【００６５】
しかしながら、表面電極３１０ｃ側へと入射する光はこれだけではない。すなわち、例えば図２（ｄ）に示すように、発光層１４２から放射状に発した光の一部は、ｎ型コンタクト層１２０の側面、及びｎ型コンタクト層１２０とオーミックコンタクトする表面電極３１０ｃの側面、更にはこれらの下方に設けたｎ型ＤＢＲ層１３０の側面にも入射する（Ｌ３）。
【００６６】
本実施形態においては、上述のように、Ａｕ等の金属材料からなる第３反射部としての電極側部３１０ｓを、表面電極３１０ｃ、ｎ型コンタクト層１２０、ｎ型ＤＢＲ層１３０の各側面に設けている。これにより、ｎ型ＤＢＲ層１３０等の上記各層の側面での光の吸収を抑制することができる。
【００６７】
このように、ｎ型ＤＢＲ層１３０を設けたことによって嵩高となった表面電極３１０ｃ近傍の構造において、電極側部３１０ｓを設けて側面での光の吸収を抑制することは非常に有効である。よって、表面電極３１０ｃ側での光の吸収を更に抑制し、半導体発光素子１の光取り出し効率を一層向上させることができる。
【００６８】
また、電極側部３１０ｓを設けることで、ｎ型ＤＢＲ層１３０の露出した側面を保護することとなり、例えばＡｌ等の酸化され易い材料を多く含むｎ型ＤＢＲ層１３０の場合であっても、ｎ型ＤＢＲ層１３０の酸化による変質、及び反射率の低下を抑制する効果も期待できる。
【００６９】
（３）半導体発光素子の変形例
上述のようなｎ型ＤＢＲ層１３０においては、第１半導体層１３１ｘと第２半導体層１３２ｘとを屈折率差の大きい材料の組み合わせ（ペア）として反射率を高めたり、各半導体層に光吸収係数の小さい材料を用いて光吸収を抑えたりすることで、光の反射量を高めることができる。
【００７０】
例えば、屈折率差が比較的大きく、赤色光の光吸収が少ない上述のｎ型のＡｌＡｓ／ＡｌＮＧａ１−ＮＡｓ（０＜Ｎ＜１）のペアより更に屈折率差を大きくするには、例えばＡ
ｌＡｓ／ＧａＡｓの組み合わせが考えられる。しかし、ＧａＡｓのようにエネルギーギャップの小さな材料は、大きい光吸収係数を有する。よって、ｎ型ＤＢＲ層中にＧａＡｓを用いると、高屈折率差で得られる高反射率の効果は、光吸収による光量低下で相殺されてしまう。
【００７１】
そこで、本発明者等は、ｎ型ＤＢＲ層１３０中、発光層１４２に近い下層側では入射する光の光量が大きく、表面電極３１０ｃに近い上層側では下層側での反射により到達する光の光量が落ちていることに着目した。そして、下層側では、入射光の光量をできるだけ落とさず上層に到達させるべく、吸収係数が小さい半導体材料を用い、上層側では、光量の弱まった光をできるだけ反射させるべく、屈折率差の大きい半導体材料を用いることに想到した。
【００７２】
上記の点に鑑みて構成される本発明の第１実施形態の変形例に係る半導体発光素子について、図１（ｂ）を参照しながら以下に説明する。
【００７３】
本変形例に係るｎ型ＤＢＲ層１３０においては、表面電極３１０ｃ側のｎ型コンタクト層１２０と接する最上層のペア層１３３ａの第１半導体層１３１ａには、上述の実施形態と同様、ｎ型ＡｌＡｓを用いる。また、第２半導体層１３２ａには、ｎ型ＡｌＡｓとの屈折率差が大きくなるよう、Ａｌ組成比ＮがＮ＝０のｎ型ＡｌＮＧａ１−ＮＡｓ、すなわち、ｎ型ＧａＡｓを用いる。また、最上層のペア層１３３ａよりも下層側のペア層１３３ｂ〜１３３ｊには、上述の実施形態と同様、第１半導体層１３１ｂ〜１３１ｊにｎ型ＡｌＡｓを用い、第２半導体層１３２ｂ〜１３２ｊにｎ型ＡｌＮＧａ１−ＮＡｓを用いて、光吸収係数が小さいｎ型のＡｌＡｓ／ＡｌＮＧａ１−ＮＡｓ（０＜Ｎ＜１）の組み合わせとする。このとき、Ａｌ組成比Ｎは、比較的大きい値とすることが好ましい。
【００７４】
また、このとき、ｎ型ＤＢＲ層１３０の反射率をさらに向上させるため、上述の式（１），（２）を用いて、各ペア層１３３ｘを複数の入射角θに対応する設計とすることができる。具体的には、最上層のペア層１３３ａと、下層のペア層１３３ｂ〜１３３ｊとを、任意に選定した互いに異なる入射角θにそれぞれ対応するよう設計することができる。さらに、下層のペア層１３３ｂ〜１３３ｊを更に複数種類の入射角θにそれぞれ対応させてもよい。このとき、ｎ型コンタクト層１２０側からｎ型クラッド層１４１側へと入射角θが大きくなるように設定することが好ましい。
【００７５】
すなわち、反射率向上の観点からは、例えば複数の入射角θのそれぞれについて、上述の式（１）よりそれぞれ求められる厚さＴＡの第１半導体層１３１ｘと、上述の式（２）よりそれぞれ求められる厚さＴＢの第２半導体層１３２ｘと、を各ペアとして積層されるペア層１３３ｘを各入射角θにつき１ペア以上有するようｎ型ＤＢＲ層１３０を構成することが好ましい。
【００７６】
このように、第１半導体層１３１ｘおよび第２半導体層１３２ｘの厚さや材料を様々に変更して組み合わせ、複数種類のペア層１３３ｘを積層することで、ｎ型ＤＢＲ層１３０の反射率を一層高め、半導体発光素子１の光取り出し効率を向上させることができる。
【００７７】
（４）半導体発光素子の製造方法
本発明の第１実施形態に係る半導体発光素子１は、ＧａＡｓ基板等の成長基板上で成長させた複数のエピタキシャル層を、貼り合せによりＳｉ等の支持基板２００に移し替えることで形成される。以下に、本実施形態に係る半導体発光素子１の製造方法について、図３及び図４を用いて説明する。図３及び図４は、本実施形態に係る半導体発光素子１の製造工程を示す断面図である。
【００７８】
（エピタキシャルウエハの製造）
まずは、図３（ａ）に示すように、例えばＭＯＶＰＥ法により、成長基板１００上に複数のエピタキシャル層が形成されたエピタキシャルウエハ１ｅを製造する。すなわち、例えばｎ型ＧａＡｓ基板等の成長基板１００上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ等からなるエッチングストップ層１１０、ｎ型ＧａＡｓ等からなるｎ型コンタクト層１２０、ｎ型のＡｌＡｓ／ＡｌＮＧａ１−ＮＡｓ等からなるｎ型ＤＢＲ層１３０、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ等からなるｎ型クラッド層１４１、アンドープＡｌＧａＩｎＰ等からなる発光層１４２、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ等からなるｐ型クラッド層１４３、ｐ型ＧａＰ等からなるｐ型コンタクト層１５０を、この順に成長させる。
【００７９】
上記各層のＭＯＶＰＥ法による形成は、ＭＯＶＰＥ装置内に成長基板１００を搬入して設置し、成長圧力、成長温度を所定値に保った状態で、所定の原料ガスを所定流量供給して行う。原料ガスには、例えばＧａ源としてトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）やトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）等の有機金属ガスを使用する。また、例えばＡｌ源にはトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）等の、Ｉｎ源にはトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）等の有機金属ガスをそれぞれ使用する。また、Ａｓ源としてアルシン（ＡｓＨ３）等の、Ｐ源としてホスフィン（ＰＨ３）等の水素化物ガスをそれぞれ使用する。このとき、ＴＭＧａやＴＭＡｌ等のIII族原料ガスのモル数を分母とし、ＡｓＨ３やＰＨ３等のＶ族原料ガスの
モル数を分子とする比率（商）、すなわち、Ｖ／III比を、所定値とする。
【００８０】
また、各層の導電型の決定に用いる導電型決定不純物の添加は、例えば所定の添加ガスを原料ガスに添加することにより行う。ｐ型不純物のＭｇ，Ｚｎ等を添加するには、例えばビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）、ジメチルジンク（ＤＭＺｎ）、ジエチルジンク（ＤＥＺｎ）等を用いる。ｎ型不純物のＳｉ，Ｓｅ，Ｔｅ等を添加するには、例えばモノシラン（ＳｉＨ４）、セレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）、ジエチルテルル（ＤＥＴｅ）、ジメチルテルル（ＤＭＴｅ）等を用いる。
【００８１】
以上により、例えばピーク波長が６３０ｎｍの赤色光を発するダブルヘテロ構造と、第２反射部としてのｎ型ＤＢＲ層１３０とを有する半導体積層部１０ｓをその積層構造に含むエピタキシャルウエハ１ｅが得られる。
【００８２】
本実施形態においては、半導体積層部１０ｓの構造を含む上記複数のエピタキシャル層は、後に貼り合わせにより、Ｓｉ等の支持基板２００に移し替えられて、本実施形態に係る半導体発光素子１が製造される。したがって、上記のように、各エピタキシャル層を形成する際には、発光層１４２を含むダブルヘテロ構造よりも先にｎ型ＤＢＲ層１３０を形成することとなる。したがって、ｎ型ＡｌＡｓやｎ型ＡｌＮＧａ１−ＮＡｓ等からなるｎ型ＤＢＲ層１３０をはじめ、半導体積層部１０ｓの主要構造には成長基板１００を構成するＧａＡｓに格子整合する格子整合系材料を一貫して用いることができる。
【００８３】
また、上記のように、半導体発光素子１を、ｎ型クラッド層１４１側を光取り出し面１４１ｓとする、所謂、ｎサイドアップの半導体発光素子とすることで、ＤＢＲ層をｎ型とすることができる。よって、比較的早い段階で形成されるｎ型ＤＢＲ層１３０の成長時における残留ドーパントによるメモリ効果や、ｎ型ＤＢＲ層１３０の成長後におけるドーパント拡散が、ｐ型のＤＢＲ層の場合よりも抑えられる。
【００８４】
（第１反射部の形成）
以上のように各層が形成されたエピタキシャルウエハ１ｅを、ＭＯＶＰＥ装置から搬出した後、プラズマを用いた化学気相蒸着（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）法等に
より、ｐ型コンタクト層１５０上の全面に、例えばＳｉＯ２等からなる透明層１６１を形成する。続いて、図３（ｂ）に示すように、例えばフォトリソグラフィ法等を用いて所定
のレジストパターン１６１ｐを透明層１６１上に形成し、透明層１６１の一部を貫通させて開口部１６２ｈを設ける。
【００８５】
次に、真空蒸着法やスパッタ法等を用いて、レジストパターン上及び透明層１６１の開口部１６２ｈ内に、例えばＡｕＺｎ合金等を蒸着する。更に、リフトオフ法によりレジストパターン１６１ｐを除去することで、図３（ｃ）に示すように、開口部１６２ｈ内にＡｕＺｎ合金等からなる界面電極１６２を形成する。
【００８６】
次に、真空蒸着法やスパッタ法等を用いて、図３（ｄ）に示すように、例えばＡｕ等からなる金属層１６３を蒸着する。
【００８７】
以上により、反射層としての金属層１６３と一部に界面電極１６２が形成された透明層１６１とを備える第１反射部が形成される。
【００８８】
続いて、図３（ｅ）に示すように、真空蒸着法やスパッタ法等を用いて、例えばＰｔ等からなるバリア層１７０と、Ａｕ等からなる接合層１８０とを、この順に蒸着する。以上により、発光構造体１０の主要部が形成される。
【００８９】
（貼り合わせウエハの製造）
一方、図３（ｆ）に示すように、例えばｐ型Ｓｉ等からなる支持基板２００上に、真空蒸着法やスパッタ法等を用いて、Ｔｉ等からなるコンタクト電極２１０と、Ａｕ等からなる接合層２２０とを、この順に蒸着する。以上により、支持構造体２０の主要部が形成される。
【００９０】
次に、例えば熱圧着法等により、上記支持基板２００と先の成長基板１００とを貼り合わせる。すなわち、図３（ｆ）に示すように、支持基板２００上に形成された支持構造体２０側の接合層２２０と、上述の成長基板１００上に形成された発光構造体１０側の接合層１８０とを向かい合わせて重ね、所定圧力を加えつつ、所定温度で所定時間保持して貼り合わせる。以上により、図３（ｇ）に示すように、接合層２２０，１８０が電気的・機械的に接合された貼り合せウエハ１ｂが製造される。
【００９１】
この後、図４（ｈ），（ｉ）に示すように、貼り合わせウエハ１ｂから成長基板１００とエッチングストップ層１１０とを、例えば機械的研磨やエッチング液等、又はその組み合わせにより除去する。
【００９２】
（表面電極の形成）
次に、図４（ｊ）に示すように、ｎ型コンタクト層１２０の上面の一部に、表面電極３１０ｃを形成する。すなわち、エッチングストップ層１１０が除去され、露出したｎ型コンタクト層１２０上に、例えばフォトリソグラフィ法を用いてレジストパターン（図示せず）を形成する。続いて、真空蒸着法やスパッタ法等により、例えばＡｕＧｅ合金、Ｎｉ、Ａｕをこの順に蒸着し、リフトオフ法によりレジストパターンを除去する。これにより、例えば円形の表面電極３１０ｃが素子ごとに形成される。更に、表面電極３１０ｃをマスクとして、ｎ型コンタクト層１２０及びｎ型ＤＢＲ層１３０をエッチングし、ｎ型クラッド層１４１の上面の一部を露出させる。
【００９３】
ｎ型クラッド層１４１の一部が露出した面には、フォトリソグラフィ法等により周期的なドット状のレジストパターン（図示せず）を形成してエッチング液に浸漬し、その後レジストパターンを除去して、図４（ｋ）に示す凹凸部１４１ｒを形成する。これにより、発光層１４２等からの光を乱反射させる凹凸部１４１ｒを有する光取り出し面１４１ｓが、ｎ型クラッド層１４１の上面の一部に形成される。
【００９４】
（裏面電極の形成）
次に、図４（ｌ）に示すように、支持基板２００の下面（裏面）に裏面電極３２０ｃを形成する。すなわち、真空蒸着法やスパッタ法等により、支持基板２００の裏面の全面に、例えばＴｉとＡｕとをこの順に蒸着する。その後、表面電極３１０ｃ及び裏面電極３２０ｃが形成された貼り合せウエハ１ｂをアロイ工程にて加熱し、表面電極３１０ｃ、裏面電極３２０ｃ、界面電極１６２を合金化させ、各電極が接する半導体層にオーミックコンタクトさせる。これにより、各電極と半導体層との接触抵抗が低減される。
【００９５】
（第３反射部の形成）
続いて、例えばフォトリソグラフィ法及び真空蒸着法やスパッタ法等を用いたリフトオフ法により、表面電極３１０ｃの上面と、表面電極３１０ｃ、ｎ型コンタクト層１２０、及びｎ型ＤＢＲ層１３０の各側面とを覆うように、例えばＴｉとＡｕとをこの順に蒸着して、第３反射部としての電極側部３１０ｓをｎ型ＤＢＲ層１３０等の側面に備えるパッド電極３１０ｐを形成する。
【００９６】
このように、本実施形態では、パッド電極３１０ｐの形成時に電極側部３１０ｓを形成する。別途、電極側部３１０ｓを形成する工程が必要とならないので、製造工程が煩雑化することがなく、製造コスト等の削減を図ることができる。
【００９７】
また、本実施形態では、表面電極３１０ｃ等を合金化するアロイ工程の後に、パッド電極３１０ｐを形成する。つまり、例えば３００℃以上の、パッド電極３１０ｐを合金化させるような熱処理がパッド電極３１０ｐに加わることがない。よって、パッド電極３１０ｐが備える電極側部３１０ｓを構成する金属材料が高反射率のまま保たれ、ｎ型ＤＢＲ層１３０等の側面に入射する光をより確実に反射させる電極側部３１０ｓを形成することができる。また、パッド電極３１０ｐの軟性も維持されるので、ワイヤボンディングが容易となる。
【００９８】
その後、複数形成した表面電極３１０ｃのそれぞれが中央部に位置するよう、例えば貼り合せウエハ１ｂをダイシングしてチップに切り出し、半導体発光素子１を複数個得る。以上により、本実施形態に係る半導体発光素子１が製造される。
【００９９】
＜本発明の第２実施形態＞
図５（ａ）に示すように、本発明の第２実施形態に係る半導体発光素子２ａは、半導体積層部１０ｓの上面に形成される電極を第１電極３１０ａとし、第１電極３１０ａと同一面側に、半導体積層部１０ｓとは非接触に形成された第２電極３２０ａを有する。すなわち、半導体発光素子２ａでは透明層１６１の一部が露出され、透明層１６１の露出部分に第２パッド電極３２０ｐが形成されている。第２パッド電極３２０ｐの近傍の金属層１６３が電極の役割を果たし、第２電極３２０ａを構成している。
【０１００】
また、図５（ｂ）には、本発明の第２実施形態の他の例に係る半導体発光素子２ｂを示す。図５（ｂ）に示すように、半導体発光素子２ｂにおいては、第１電極３１０ｂと同一面側に形成される第２電極３２０ｂは、露出したｐ型クラッド層１４３の一部に形成される。
【０１０１】
また、半導体発光素子２ｂでは、第１電極３１０ｂから半導体積層部１０ｓを介して第２電極３２０ｂへと電流が流れるため、界面電極は省略された構成となっている。また、金属層１６３よりも下層のバリア層以下の構造も省略し、例えば発光構造体１０と支持構造体２０との双方に設けられた接合層２３０を互いに接合させて、半導体発光素子２ｂを得ることができる。
【０１０２】
半導体発光素子２ａ，２ｂにおいては、第１電極３１０ａ，３１０ｂ及び第２電極３２０ａ，３２０ｂを素子の同一面に有するので、実装が容易である等の利点を有する。
【０１０３】
ここで、半導体発光素子２ａを例にとって、係る構造におけるｎ型ＤＢＲ層１３０、金属層１６３及び電極側部３１０ｓの光の反射について、図６を用いて説明する。
【０１０４】
半導体発光素子２ａにおいても、半導体積層部１０ｓの積層方向に投じた第１電極３１０ａの射影が、界面電極１６２とは重なり合わないよう構成されている。また、第１電極３１０ａに対して、第２電極３２０ａは斜め下方に配置されている。したがって、図６（ａ）に示すように、発光層１４２の水平方向における電流の通過位置は、上述の実施形態に係る半導体発光素子１よりも偏っており、第１電極３１０ａに斜めに入射する光の光量がさらに増す構造となっている。
【０１０５】
上記の場合であっても、本実施形態の構造での入射量が大きくなる入射角、すなわち、図６（ｂ）に示すように、入射角θが０°ではない斜め入射の光Ｌ２を反射するｎ型ＤＢＲ層１３０を設けることで、第１電極３１０ａの下面での光の吸収を抑えることができる。
【０１０６】
また、第１電極３１０ａ等の側面に入射する光Ｌ３を反射する電極側部３１０ｓを備えることで、第１電極３１０ａ等の側面での光の吸収を抑えることができる。
【０１０７】
以上により、第１電極３１０ａ側での光の吸収を抑制し、光取り出し効率を向上させることができる。
【０１０８】
＜本発明の他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【０１０９】
例えば、成長基板１００を構成するＧａＡｓと整合する半導体材料としては、ＡｌＡｓ〜ＧａＡｓまでのＡｌＮＧａ１−ＮＡｓ（０≦Ｎ≦１）や、ＡｌＩｎＰ〜ＧａＩｎＰまでの（ＡｌＮＧａ１−Ｎ）ＸＩｎ１−ＸＰ（０≦Ｎ≦１）、或いはＡｌＧａＩｎＡｓＰ等がある。
【０１１０】
したがって、上述の実施形態においては、ｎ型ＤＢＲ層１３０やｐ型ＤＢＲ層１３０ｄをＡｌＡｓ／ＡｌＮＧａ１−ＮＡｓ（０≦Ｎ＜１）で構成することとしたが、他にも上記ＧａＡｓ格子整合系材料の中から選択される材料を用いることができる。例えば、ＡｌＩｎＰ／ＡｌＮＧａ１−ＮＡｓ（０≦Ｎ＜１）の組み合わせ（ペア）においても、屈折率差が比較的大きく、赤色光の吸収の少ないＤＢＲ層が得られる。
【０１１１】
また、発光層についても、上述のＡｌＧａＩｎＰの他に、上記ＧａＡｓ格子整合系材料の中から、例えばＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓＰ等を用いることができる。
【０１１２】
また、上述の実施形態においては、ＧａＡｓ基板を成長基板１００とし、半導体積層構造１０ｓを含む複数の半導体層をＧａＡｓ格子整合系材料により構成したが、ＩｎＰ基板を成長基板として、各半導体層をＩｎＰ格子整合系材料により構成することも可能である。
【０１１３】
また、上述の実施形態においては、パッド電極３１０ｐの一部に第３反射部としての電
極側部３１０ｓを設けることとしたが、表面電極３１０ｃや第１電極３１０ａ，３１０ｂの電極材等にアロイ工程を要さないものを選択するなどして、これらの電極の一部に第３反射部を設けることとしてもよい。係る構成によっても、別途、第３反射部を形成する工程は必要なく、また、電極形成時のアロイ工程を省くことができるので、製造工程を簡略化し、コストの低減を図ることが可能である。
【０１１４】
また、上述の実施形態においては、金属層１６３はＡｕからなるとしたが、Ａｌ，Ｃｕ，Ａｇ等や、Ａｕ，Ａｌ，Ｃｕ，Ａｇ等の少なくとも１つを含む合金材料など、高い反射率を有する金属材料であれば用いることができる。
【０１１５】
また、上述の実施形態においては、半導体発光素子１等は金属層１６３を有するＭＲ型であるとしたが、金属層１６３の替わりにＤＢＲ層を反射層として有する半導体発光素子、或いは基板側に反射層を有さない半導体発光素子等の表面電極側に第２反射部や第３反射部を設ける構成としてもよい。この場合、半導体発光素子は主にエピタキシャル層のみから構成することができ、支持基板への移し替え等の煩雑な工程を省くことができる。
【０１１６】
但し、支持基板への移し替えを伴わない上記構造では、発光層を含むダブルヘテロ構造や、係る構造で多用されるｐ型ＧａＰ電流拡散層等の上層に、表面電極側のＤＢＲ層を成長させることとなる。ＧａＰは、ＧａＡｓ基板を構成するＧａＡｓとは格子定数が異なっており、ｐ型ＧａＰ電流拡散層上にＤＢＲ層を成長させる場合、使用可能な半導体材料が制限されるので注意が必要である。なお、ＧａＡｓと格子整合するｐ型ＡｌＧａＡｓ系等の半導体材料からなるＤＢＲ層を成長させた場合には、ＤＢＲ層での電気抵抗が高くなってしまい、望ましくない。
【０１１７】
また、基板側の反射層がＤＢＲ層等であることにより、基板側からの反射率が低下してしまう。したがって、表面電極側や基板側のＤＢＲ層が垂直入射の光のみにしか対応していない場合、充分な光取り出し効率が得られない懸念がある。
【実施例】
【０１１８】
次に、本発明に係る実施例について比較例とともに説明する。
【０１１９】
上述の第１実施形態と同様の手法で、第１反射部、第２反射部、及び第３反射部を有する実施例１，２に係る半導体発光素子を製作した。成長基板および支持基板には、それぞれ直径３インチのｎ型ＧａＡｓ基板およびｐ型Ｓｉ基板を用いた。各素子は、３００μｍ×３００μｍの略正方形の形状とした。実施例１に係る半導体発光素子は、第１実施形態に基づき、第２反射部としてｎ型のＡｌＡｓ／Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓにより構成されるｎ型ＤＢＲ層を有する。実施例２に係る半導体発光素子は、第１実施形態の変形例に基づき、第２反射部として最上層のペア層のみがｎ型のＡｌＡｓ／ＧａＡｓにより構成されるｎ型ＤＢＲ層を有する。また、複数の入射角θに対応する各ペア層を有する。
【０１２０】
また、本実施例においては、特に第３反射部の効果をみるため、表面電極の上面にのみ設けられ、第３反射部としての電極側部を有さないパッド電極を備える比較例１，２に係る半導体発光素子を製作した。比較例１が備えるｎ型ＤＢＲ層は、上記実施例１のｎ型ＤＢＲ層と同様の構成とした。比較例２が備えるｎ型ＤＢＲ層は、上記実施例２のｎ型ＤＢＲ層と同様の構成とした。
【０１２１】
実施例１，２及び比較例１，２に係る半導体発光素子の詳細構造を、表１〜表２に示す。各実施例および比較例におけるｎ型ＤＢＲ層の構成を示す表２において、ａ〜ｊまでの１０ペアのペア層のうち、ペア層ａがｎ型コンタクト層側のペア層であり、ペア層ｊがｎ型クラッド層側のペア層である。入射角が０°〜４０°に対応する各ペア層の第１，第２
半導体層の層厚は、上述の式（１），（２）より求めた。このとき、発光層１４２のピーク波長λＰ、ｎ型クラッド層の屈折率ｎｉｎ、第１半導体層の屈折率ｎＡ、第２半導体層の屈折率ｎＢには、それぞれ以下の数値を用いた。
λＰ＝６３０ｎｍ
ｎｉｎ＝３．１２７（（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ）
ｎＡ＝３．１１１（ＡｌＡｓ）
ｎＢ＝３．５００（Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ）
【０１２２】
【表１】
【表２】
【０１２３】
次に、実施例１，２及び比較例１，２に係る半導体発光素子を、ＴＯ−１８ステム上にダイボンディング及びワイヤボンディングして実装し、ベアチップの状態で２０ｍＡの電流を通電して発光出力及び動作電圧の測定値を得た。係る測定値を、表３に示す。
【０１２４】
【表３】
【０１２５】
第３反射部としての電極側部を有する実施例１，２に係るいずれの半導体発光素子においても、それぞれに対応する比較例１，２に係る半導体発光素子よりも発光出力が大きくなっており、電極側部を設けることで、半導体発光素子の光取り出し効率が向上したことがわかる。
【０１２６】
また、実施例２の発光出力は実施例１よりも大きく、表面電極と発光層の発光強度が高い位置との水平方向における空間配置が異なる素子構造では、複数の入射角θの光を反射するよう設計されたｎ型ＤＢＲ層を用いることが有効であることが確認された。また、最上層のペア層を屈折率差の大きな組み合わせ（ペア）とすることも有効であることが確認された。
【符号の説明】
【０１２７】
１，２ａ，２ｂ 半導体発光素子
１０ 発光構造体
２０ 支持構造体
１２０ ｎ型コンタクト層（第１導電型コンタクト層）
１３０ ｎ型ＤＢＲ層（第２反射部）
１３１ｘ（１３１ａ〜１３１ｊ） 第１半導体層
１３２ｘ（１３２ａ〜１３２ｊ） 第２半導体層
１３３ｘ（１３３ａ〜１３３ｊ） ペア層
１４１ ｎ型クラッド層（第１導電型クラッド層）
１４１ｓ 光取り出し面
１４２ 発光層
１４３ ｐ型クラッド層（第２導電型クラッド層）
１５０ ｐ型コンタクト層
１６１ 透明層
１６２ 界面電極
１６３ 金属層（反射層）
１８０，２２０ 接合層
２００ 支持基板
３１０ａ，３１０ｂ 第１電極（電極）
３１０ｃ 表面電極（電極）
３１０ｓ 電極側部（第３反射部）
３２０ａ，３２０ｂ 第２電極
３２０ｃ 裏面電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板を有する支持構造体と発光層を有する発光構造体とが接合層を介して接合され、
前記発光構造体は、
前記接合層の上に配置され、金属材料からなる反射層と前記発光層が発する光の波長に対して光学的に透明な材料からなる透明層とを備える第１反射部と、
前記第１反射部の上に配置され、一部が光取り出し面となる面を有する第１導電型クラッド層と前記第１導電型とは異なる導電型の第２導電型クラッド層との間に挟まれる前記発光層を備える半導体積層部と、
前記第１導電型クラッド層の光取り出し面となる面側の一部に配置される電極と、を有し、
前記半導体積層部は、
前記電極と前記第１導電型クラッド層との間に、屈折率の異なる２以上の半導体層を積層した第２反射部を備え、
前記第２反射部の側面には、金属材料からなる第３反射部が設けられている
ことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記第３反射部は、
前記電極の上面と前記第２反射部の側面とを覆うパッド電極の一部である
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記電極は、
前記半導体積層部の上面の一部に形成される表面電極であり、
前記支持構造体は、
前記支持基板の下面に形成される裏面電極を有し、
前記発光構造体は、
前記透明層の一部に形成され、前記表面電極と前記裏面電極とを電気的に接続する界面電極を有する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記半導体積層部の積層方向に投じた前記表面電極の射影が、前記界面電極とは重なり合わない
ことを特徴とする請求項３に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記電極は、
前記半導体積層部の上面の一部に形成される第１電極であり、
前記発光構造体は、
前記第１電極と同一面側に、前記半導体積層部とは非接触に形成された第２電極と、
前記透明層の一部に形成され、前記第１電極と前記第２電極とを電気的に接続する界面電極と、を有する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記第２反射部は、
前記発光層側から前記第２反射部へと０°より大きい所定入射角で斜めに入射する前記発光層が発する波長の光を反射するよう設計されている
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記第２反射部は、
次式（１）より求められる厚さＴＡの第１半導体層と、前記第１半導体層とは異なる屈
折率を有し、次式（２）より求められる厚さＴＢの第２半導体層と、を１つのペアとして積層される複数のペア層を有し、
前記第１導電型クラッド層側の最下層の前記ペア層のうち、前記第２半導体層が前記第１導電型クラッド層と接する側に配置される
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の半導体発光素子。
【数１】
（ここで、式（１）及び式（２）中、λＰは前記発光層が発する光のピーク波長であり、θは前記第１導電型クラッド層から、前記第１導電型クラッド層に接する前記第２半導体層へと入射する前記光の入射角（但し、０＜θ）であり、ｎｉｎは前記第１クラッド層の屈折率であり、ｎＡは前記第１半導体層の屈折率であり、ｎＢは前記第２半導体層の屈折率である。）
【請求項８】
前記第２反射部は、
複数の入射角θのそれぞれについて、前記式（１）よりそれぞれ求められる厚さＴＡの前記第１半導体層と、前記式（２）よりそれぞれ求められる厚さＴＢの前記第２半導体層と、を各ペアとして積層される前記ペア層を前記各入射角θにつき１ペア以上有する
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記半導体積層部は、
前記第１導電型クラッド層の光取り出し面となる面側の一部に配置される前記電極と前記電極側の最上層の前記ペア層との間に第１導電型コンタクト層を備え、
最上層の前記ペア層のうち、前記第１導電型コンタクト層と接する側に配置される前記第１半導体層は、ＡｌＡｓからなり、
前記第１導電型コンタクト層と、最上層の前記ペア層の前記第２半導体層とは、ＧａＡｓからなる
ことを特徴とする請求項７又は８に記載の半導体発光素子。
【請求項１】
支持基板を有する支持構造体と発光層を有する発光構造体とが接合層を介して接合され、
前記発光構造体は、
前記接合層の上に配置され、金属材料からなる反射層と前記発光層が発する光の波長に対して光学的に透明な材料からなる透明層とを備える第１反射部と、
前記第１反射部の上に配置され、一部が光取り出し面となる面を有する第１導電型クラッド層と前記第１導電型とは異なる導電型の第２導電型クラッド層との間に挟まれる前記発光層を備える半導体積層部と、
前記第１導電型クラッド層の光取り出し面となる面側の一部に配置される電極と、を有し、
前記半導体積層部は、
前記電極と前記第１導電型クラッド層との間に、屈折率の異なる２以上の半導体層を積層した第２反射部を備え、
前記第２反射部の側面には、金属材料からなる第３反射部が設けられている
ことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記第３反射部は、
前記電極の上面と前記第２反射部の側面とを覆うパッド電極の一部である
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記電極は、
前記半導体積層部の上面の一部に形成される表面電極であり、
前記支持構造体は、
前記支持基板の下面に形成される裏面電極を有し、
前記発光構造体は、
前記透明層の一部に形成され、前記表面電極と前記裏面電極とを電気的に接続する界面電極を有する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記半導体積層部の積層方向に投じた前記表面電極の射影が、前記界面電極とは重なり合わない
ことを特徴とする請求項３に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記電極は、
前記半導体積層部の上面の一部に形成される第１電極であり、
前記発光構造体は、
前記第１電極と同一面側に、前記半導体積層部とは非接触に形成された第２電極と、
前記透明層の一部に形成され、前記第１電極と前記第２電極とを電気的に接続する界面電極と、を有する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記第２反射部は、
前記発光層側から前記第２反射部へと０°より大きい所定入射角で斜めに入射する前記発光層が発する波長の光を反射するよう設計されている
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記第２反射部は、
次式（１）より求められる厚さＴＡの第１半導体層と、前記第１半導体層とは異なる屈
折率を有し、次式（２）より求められる厚さＴＢの第２半導体層と、を１つのペアとして積層される複数のペア層を有し、
前記第１導電型クラッド層側の最下層の前記ペア層のうち、前記第２半導体層が前記第１導電型クラッド層と接する側に配置される
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の半導体発光素子。
【数１】
（ここで、式（１）及び式（２）中、λＰは前記発光層が発する光のピーク波長であり、θは前記第１導電型クラッド層から、前記第１導電型クラッド層に接する前記第２半導体層へと入射する前記光の入射角（但し、０＜θ）であり、ｎｉｎは前記第１クラッド層の屈折率であり、ｎＡは前記第１半導体層の屈折率であり、ｎＢは前記第２半導体層の屈折率である。）
【請求項８】
前記第２反射部は、
複数の入射角θのそれぞれについて、前記式（１）よりそれぞれ求められる厚さＴＡの前記第１半導体層と、前記式（２）よりそれぞれ求められる厚さＴＢの前記第２半導体層と、を各ペアとして積層される前記ペア層を前記各入射角θにつき１ペア以上有する
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記半導体積層部は、
前記第１導電型クラッド層の光取り出し面となる面側の一部に配置される前記電極と前記電極側の最上層の前記ペア層との間に第１導電型コンタクト層を備え、
最上層の前記ペア層のうち、前記第１導電型コンタクト層と接する側に配置される前記第１半導体層は、ＡｌＡｓからなり、
前記第１導電型コンタクト層と、最上層の前記ペア層の前記第２半導体層とは、ＧａＡｓからなる
ことを特徴とする請求項７又は８に記載の半導体発光素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−４２０４３（Ｐ２０１３−４２０４３Ａ）
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７９１５９（Ｐ２０１１−１７９１５９）
【出願日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
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