発光素子
【課題】製造コストを大幅に増加させずに、発光出力が高く、不要な波長の光の放出が少ない発光素子を提供する。
【解決手段】発光素子１は、反射部２１０が複数のペア層を有し、第１の半導体層２１０ａが、光のピーク波長をλｐ、第１の半導体層２１０ａの屈折率をｎＡ、第２の半導体層２１０ｂの屈折率をｎＢ、第１クラッド層２２０の屈折率をｎＩｎ、光の入射角をθとした場合に、式（１）で定められる厚さＴＡ１を有し、第２の半導体層２１０ｂが式（２）で定められる厚さＴＢ１を有し、ペア層が４４以上６１以下のθの値の範囲で式（１）及び式（２）で規定される厚さの第１の半導体層２１０ａ及び第２の半導体層２１０ｂを含み、４４以上６１以下のθの値の範囲で式（１）で規定される厚さの第１の半導体層２１０ａと式（２）で規定される厚さの第２の半導体層２１０ｂとからなるペア層を含む。
【解決手段】発光素子１は、反射部２１０が複数のペア層を有し、第１の半導体層２１０ａが、光のピーク波長をλｐ、第１の半導体層２１０ａの屈折率をｎＡ、第２の半導体層２１０ｂの屈折率をｎＢ、第１クラッド層２２０の屈折率をｎＩｎ、光の入射角をθとした場合に、式（１）で定められる厚さＴＡ１を有し、第２の半導体層２１０ｂが式（２）で定められる厚さＴＢ１を有し、ペア層が４４以上６１以下のθの値の範囲で式（１）及び式（２）で規定される厚さの第１の半導体層２１０ａ及び第２の半導体層２１０ｂを含み、４４以上６１以下のθの値の範囲で式（１）で規定される厚さの第１の半導体層２１０ａと式（２）で規定される厚さの第２の半導体層２１０ｂとからなるペア層を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子に関する。特に、本発明は、発光部で発光した光に対して不透明な半導体基板を用い、半導体基板と発光部との間に反射部を備える発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ｎ型ＧａＡｓ基板と、ｎ型ＧａＡｓ基板上に設けられる光反射層と、光反射層上に設けられるｎ型Ａｌ０．４５Ｇａ０．５５Ａｓクラッド層と、ｎ型Ａｌ０．４５Ｇａ０．５５Ａｓクラッド層上に設けられるｐ型ＧａＡｓ活性層と、ｐ型ＧａＡｓ層上に設けられるｐ型Ａｌ０．４５Ｇａ０．５５Ａｓクラッド層と、ｐ型Ａｌ０．４５Ｇａ０．５５Ａｓクラッド層上に設けられるｐ型ＧａＡｓキャップ層とを備え、光反射層は、ｎ型ＡｌＡｓ／ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓの積層構造からなり、当該積層構造は膜厚を連続的に変化させたチャープ状に形成されると共に、所定の反射波長幅及び反射率が得られる変厚割合、積層数、及び混晶比の関係が規定されている発光素子が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
特許文献１に記載の発光素子は、基板側へ進行した光を光反射層が光波干渉によって反射するので、光出力を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−３７０１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の発光素子は、光反射層単体での反射波長領域を広げることができるものの、光反射層の膜厚を増加させずに発光素子の発光出力を向上させることは困難である。また、特許文献１に記載の発光素子からは、活性層のバンドギャップに相当する波長域の光（以下、「第一放射光」と称する）に加え、ＧａＡｓのバンドギャップに相当する波長域の光、すなわち、赤外光（以下、「第二放射光」と称する）が放射されることがある。これは、活性層から放射された第一放射光の一部がＧａＡｓ基板又はＧａＡｓからなるバッファ層に入射し、第一放射光によりＧａＡｓ基板若しくはバッファ層が光励起されることに起因する。すなわち、ＧａＡｓ基板若しくはＧａＡｓからなるバッファ層を用いた発光素子においては、第一放射光により光励起されたＧａＡｓ基板若しくはバッファ層から第二放射光が放射されることがある。第二放射光を放射する発光素子を用いた場合、一般的な半導体フォトダイオードは当該発光素子から放射される第二放射光により誤作動する場合があり、また、例えば、スキャナー用途には適していない。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、製造コストを大幅に増加させずに、発光出力が高く、不要な波長の光の放出が少ない発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決することを目的として、半導体基板と、第１導電型の第１クラッド層と、第１導電型とは異なる第２導電型の第２クラッド層とに挟まれる活性層を有する発光部と、半導体基板と発光部との間に設けられ、活性層が発する光を反射する反射部と、発光部の反射部の反対側に設けられる電流分散層とを備え、反射部が、第１の半導体層と、第１の半導体層とは異なる第２の半導体層とからなるペア層を複数有して形成され、第１の半導体層が、活性層が発する光のピーク波長をλｐ、第１の半導体層の屈折率をｎＡ、第２の半導体層の屈折率をｎＢ、第１クラッド層の屈折率をｎＩｎ、第１クラッド層から第２の半導体層への光の入射角をθとした場合に、式（１）で定められる厚さＴＡ１を有し、第２の半導体層が、式（２）で定められる厚さＴＢ１を有し、ペア層が、４４以上６１以下のθの値の範囲で式（１）及び式（２）で規定される厚さの第１の半導体層及び第２の半導体層を含むと共に、４４以上６１以下のθの値の範囲で式（１）で規定される厚さの第１の半導体層と４４以上６１以下のθの値の範囲で式（２）で規定される厚さの第２の半導体層とからなるペア層を含む発光素子が提供される。
【数１】
【数２】
【０００８】
また、上記発光素子において、第２クラッド層と電流分散層との間に設けられる介在層を更に備え、介在層は、第２クラッド層を構成する半導体のバンドギャップエネルギーと、電流分散層を構成する半導体のバンドギャップエネルギーとの間のバンドギャップエネルギーを有する半導体から形成されてもよい。
【０００９】
また、上記発光素子において、ペア層が、λｐ／４ｎＡの１．５倍以上の厚さＴＡ１を有する第１の半導体層と、λｐ／４ｎＢの１．５倍以上の厚さＴＢ１を有する第２の半導体層とを含んでもよい。
【００１０】
また、上記発光素子において、反射部と半導体基板との間に設けられる第２反射部を更に備え、第２反射部が、第３の半導体層と、第３の半導体層とは異なる第４の半導体層とからなるペア層を複数有して形成され、第３の半導体層が、λｐ２を８７０±３０ｎｍとし、第３の半導体層の屈折率をｎＣとした場合に、式（３）で定められる厚さＴＣを有し、第４の半導体層が、第４の半導体層の屈折率をｎＤとした場合に、式（４）で定められる厚さＴＤを有してもよい。
【数３】
【数４】
【００１１】
また、上記発光素子において、反射部及び第２反射部が、活性層を構成する半導体のバンドギャップより大きなバンドギャップを有し、活性層から発せられる光に対して透明であるＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ただし、０≦ｘ≦１）から形成されてもよい。
【００１２】
また、上記発光素子において、第１の半導体層及び第２の半導体層が、互いに屈折率の異なるＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ただし、０≦ｘ≦１）又は互いに屈折率の異なる（ＡｌｙＧａ１−ｙ）ｚＩｎ１−ｚＰ（ただし、０≦ｙ≦１、０．４≦ｚ≦０．６）から形成され、第３の半導体層及び第４の半導体層が、互いに屈折率の異なるＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ただし、０≦ｘ≦１））又は互いに屈折率の異なる（ＡｌｙＧａ１−ｙ）ｚＩｎ１−ｚＰ（ただし、０≦ｙ≦１、０．４≦ｚ≦０．６）から形成されてもよい。
【００１３】
また、上記発光素子において、電流分散層が、複数の電流分散層を有し、複数の電流分散層のうち、半導体基板とは反対側に位置する電流分散層が、複数の電流分散層の中でキャリア濃度及び導電型を決定する不純物濃度が最も高くすることもできる。
【００１４】
また、上記発光素子において、電流分散層の発光部の反対側の表面に設けられる表面電極と、電流分散層の表面電極が設けられる領域とは異なる表面の領域に設けられる凹凸部と、凹凸部の表面に設けられ、活性層が発する光に対して透明であり、電流分散層を構成する半導体の屈折率と空気の屈折率との間の屈折率を有する材料からなる光取り出し層とを更に備えてもよい。
【００１５】
また、上記発光素子において、光取り出し層が、活性層が発する光の波長をλｐ、光取り出し層を構成する材料の屈折率をｎ、定数Ａ（ただし、Ａは奇数）とした場合に、Ａ×λｐ／（４×ｎ）で規定される値の±３０％の範囲内の厚さｄを有することもできる。
【００１６】
また、上記発光素子において、光取り出し層が、絶縁体、第１導電型若しくは第２導電型の酸化物、又は、第１導電型若しくは第２導電型の窒化物を含んで形成されてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る発光素子によれば、製造コストを大幅に増加させずに、発光出力が高く、不要な波長の光の放出が少ない発光素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１Ａ】本発明の第１の実施の形態に係る発光素子の模式的な断面図である。
【図１Ｂ】本発明の第１の実施の形態に係る発光素子が備える反射部の模式的な断面図である。
【図１Ｃ】本発明の第１の実施の形態に係る発光素子の模式的な平面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る発光素子の模式的な断面図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る発光素子の模式的な断面図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態に係る発光素子の模式的な断面図である。
【図５】エッチング時間と平均粗さ及び二乗平均粗さとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［第１の実施の形態］
図１Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る発光素子の模式的な断面を示し、図１Ｂは、本発明の第１の実施の形態に係る発光素子が備える反射部の模式的な断面を示す。
【００２０】
（発光素子１の構造の概要）
第１の実施の形態に係る発光素子１は、一例として、橙色光を放射する半導体発光素子としての発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）である。具体的に、発光素子１は、第１導電型としてのｎ型の半導体基板１０と、半導体基板１０の上に設けられるｎ型のバッファ層２００と、バッファ層２００の上に設けられるｎ型の化合物半導体の多層構造を有する反射部２１０と、反射部２１０の上に設けられるｎ型の第１クラッド層２２０と、第１クラッド層２２０の上に設けられる活性層２２２と、活性層２２２の上に設けられる第１導電型とは異なる第２導電型としてのｐ型の第２クラッド層２２４と、第２クラッド層２２４の上に設けられるｐ型の介在層２３０と、介在層２３０の上に設けられるｐ型の電流分散層２４０とを備える。
【００２１】
また、電流分散層２４０は、電流分散層２４０の介在層２３０側の反対側の表面（すなわち、光取り出し面）に光取り出し面における光の反射を低減する凹凸部２５０を有する。また、活性層２２２は第１クラッド層２２０と第２クラッド層２２４とに挟まれており、以下の説明において、第１クラッド層２２０と、活性層２２２と、第２クラッド層２２４とをまとめて発光部２０という場合がある。
【００２２】
また、発光素子１は、電流分散層２４０の表面の一部、すなわち、凹凸部２５０が設けられている領域とは異なる領域に設けられる表面電極３０と、半導体基板１０の反射部２１０の反対側に設けられる裏面電極３５とを更に備える。なお、表面電極３０は、複数の表面電極層を含む積層構造を有して構成することもできる。例えば、表面電極３０は、電流分散層２４０に接して設けられる第１表面電極層と、第１表面電極層の上に設けられる第２表面電極層と、第２表面電極層の上に設けられる第３表面電極層とを含んで構成することもできる。
【００２３】
（半導体基板１０）
半導体基板１０としては、例えば、予め定められた導電型のキャリアを含み、予め定められた範囲のキャリア濃度を有するＧａＡｓ基板を用いることができる。また、半導体基板１０としては、予め設定されたオフ角度を有するオフ基板、又は、オフ角度を有さないジャスト基板を用いることができる。なお、半導体基板１０上に形成する複数の化合物半導体層の種類に応じて、半導体基板１０を構成する化合物半導体材料を適宜、代えることもできる。
【００２４】
（反射部２１０）
反射部２１０は、半導体基板１０と発光部２０との間に設けられ、活性層２２２が発する光を反射する。具体的に、反射部２１０は、図１Ｂに示すように、複数の化合物半導体層の積層構造を含んで形成される。そして、反射部２１０は、第１の半導体層２１０ａと、第１の半導体層２１０ａとは異なる屈折率を有する第２の半導体層２１０ｂとからなるペア層を複数有して形成される。なお、本実施の形態において反射部２１０は、１５ペア以上のペア層を有して形成される。なお、反射部２１０は、光を反射する機能の低下を抑制すると共に発光素子１の製造コストの増加を抑制することを目的とする場合、８μｍ程度以下の厚さを有することが好ましい。
【００２５】
第１の半導体層２１０ａ及び第２の半導体層２１０ｂは、活性層２２２から発せられる光に対して透明であり、活性層２２２を構成する半導体のバンドギャップより大きなバンドギャップを有するＡｌＧａＡｓ系半導体から形成される。すなわち、第１の半導体層２１０ａ、及び第２の半導体層２１０ｂは、互いに屈折率の異なるＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ただし、０≦ｘ≦１）から形成される。そして、第１の半導体層２１０ａを構成する半導体のＡｌ組成と、第２の半導体層２１０ｂを構成する半導体のＡｌ組成とが異なるように第１の半導体層２１０ａ及び第２の半導体層２１０ｂは形成される。
【００２６】
なお、第１の半導体層２１０ａ、及び第２の半導体層２１０ｂは、互いに屈折率の異なる（ＡｌｙＧａ１−ｙ）ｚＩｎ１−ｚＰ（ただし、０≦ｙ≦１、０．４≦ｚ≦０．６）から形成することもできる。例えば、第１の半導体層２１０ａを第１の屈折率を有する（ＡｌｙＧａ１−ｙ）ｚＩｎ１−ｚＰ（ただし、０≦ｙ≦１、０．４≦ｚ≦０．６）から形成し、第２の半導体層２１０ｂを第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有する（ＡｌｙＧａ１−ｙ）ｚＩｎ１−ｚＰ（ただし、０≦ｙ≦１、０．４≦ｚ≦０．６）から形成することができる。
【００２７】
また、第１の半導体層２１０ａを第１の屈折率を有する（ＡｌｙＧａ１−ｙ）ｚＩｎ１−ｚＰ（ただし、０≦ｙ≦１、０．４≦ｚ≦０．６）から形成し、第２の半導体層２１０ｂを第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有するＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ただし、０≦ｘ≦１）から形成することもできる。更に、第１の半導体層２１０ａを第１の屈折率を有するＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ただし、０≦ｘ≦１）から形成し、第２の半導体層２１０ｂを第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有する（ＡｌｙＧａ１−ｙ）ｚＩｎ１−ｚＰ（ただし、０≦ｙ≦１、０．４≦ｚ≦０．６）から形成することもできる。
【００２８】
なお、第１の半導体層２１０ａの厚さ、及び第２の半導体層２１０ｂの厚さは、後述するように光の入射角に応じた厚さを有して形成することができるが、図１Ｂにおいては説明の便宜上、略同一の厚さで示す。
【００２９】
ここで、反射部２１０が有する複数のペア層はそれぞれ、活性層２２２が発する光の発光ピーク波長以上の波長の光を反射すると共に、それぞれ異なる入射角の光を反射する。具体的に、第１の半導体層２１０ａは、活性層２２２が発する光のピーク波長をλｐ、第１の半導体層２１０ａの屈折率をｎＡ、第２の半導体層２１０ｂの屈折率をｎＢ、第１クラッド層２２０の屈折率をｎＩｎ、第１クラッド層２２０から第２の半導体層２１０ｂへの光の入射角をθとした場合（ただし、θは、第２の半導体層２１０ｂの主面を光の入射面とした場合、入射面の法線に対する角度である）とした場合に、以下の式（１）で定められる厚さＴＡ１を有して形成される。また、第２の半導体層２１０ｂは、以下の式（２）で定められる厚さＴＢ１を有して形成される。
【００３０】
【数５】
【００３１】
【数６】
【００３２】
複数のペア層のうち、一のペア層に含まれる第１の半導体層２１０ａの厚さは、当該一のペア層に入射する光の入射角θに応じて式（１）から算出される厚さを有して形成される。同様に当該一のペア層に含まれる第２の半導体層２１０ｂの厚さも、入射角θに応じて式（２）から算出される厚さを有して形成される。同様にして、複数のペア層に含まれる他のペア層についても、当該他のペア層に入射する光の入射角θに応じた厚さを有する第１の半導体層２１０ａ及び第２の半導体層２１０ｂを含んで形成される。
【００３３】
更に、本実施の形態において反射部２１０は、４４以上６１以下のθの値の範囲で式（１）及び式（２）で規定される厚さの第１の半導体層２１０ａ、及び第２の半導体層２１０ｂを含む。すなわち、反射部２１０は、４４以上６１以下のθの値の範囲で式（１）及び式（２）で規定される厚さの第１の半導体層２１０ａ、及び第２の半導体層２１０ｂからなるペア層を少なくとも１つ含む。また、反射部２１０は、４４以上６１以下のθの値の範囲で式（１）で規定される厚さの第１の半導体層２１０ａと４４以上６１以下のθの値の範囲で式（２）で規定される厚さの第２の半導体層２１０ｂとからなるペア層を少なくとも一つ含む。
【００３４】
そして、複数のペア層はそれぞれ、式（１）及び式（２）のθの値がペア層ごとに異なることにより、互いに異なる厚さを有して形成される。例えば、一のペア層の厚さと他のペア層の厚さとは、互いに異なるように形成される。そして、一のペア層におけるθの値をθａ、他のペア層におけるθの値をθｂにした場合に、一のペア層に含まれる第１の半導体層２１０ａの厚さ及び第２の半導体層２１０ｂの厚さは、θａの値を用いて式（１）及び式（２）から算出され、他のペア層に含まれる第１の半導体層２１０ａの厚さ及び第２の半導体層２１０ｂの厚さは、θａとは異なるθｂの値を用いて式（１）及び式（２）から算出される。なお、ペア層は、λｐ／４ｎＡの１．５倍以上２．０倍以下の厚さＴＡ１を有する第１の半導体層２１０ａと、λｐ／４ｎＢの１．５倍以上２．０倍以下の厚さＴＢ１を有する第２の半導体層２１０ｂとを含むことができる。
【００３５】
本実施の形態に係る反射部２１０は、上記のとおり、４４以上６１以下のθの値を用いて式（１）及び式（２）で規定される厚さを有する第１の半導体層２１０ａと第２の半導体層２１０ｂとを有する。これにより、発光ピーク波長が５７０ｎｍから６５０ｎｍの光（すなわち、第一放射光）を発する発光素子１を製造した場合に、発光素子１を構成するＧａＡｓ系の材料に第一放射光が入射して光励起によって生じる第二放射光は、反射部２１０においてＧａＡｓ系の材料からなる半導体層及び／又は基板側に反射される。
【００３６】
本実施の形態に係る発光素子１はこのような反射部２１０を備えているので、活性層２２２から放射された光が反射部２１０に様々な入射角で入射しても、当該光が反射部２１０において光取り出し面の方向に反射される。
【００３７】
（バッファ層２００、発光部２０）
発光部２０は、第１クラッド層２２０、活性層２２２、及び第２クラッド層２２４を有する。まず、バッファ層２００は、半導体基板１０に接して設けられる。バッファ層２００は、半導体基板１０上に設けられ、例えば、予め定められた導電型のキャリアを含み、予め定められた範囲内のキャリア濃度を有する化合物半導体を用いて形成することができる。例えば、バッファ層２００は、半導体基板１０がｎ型のＧａＡｓ基板から形成される場合、ｎ型のＧａＡｓから形成される。また、第１クラッド層２２０と、活性層２２２と、第２クラッド層２２４とはそれぞれ、例えば、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される三元系、又は四元系のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料から形成される。なお、第１の実施の形態に係る活性層２２２は、例えば、ノンドープのＧａｘＩｎ１−ｘＰ単層（ただし、０≦ｘ≦１）から形成することもできる。
【００３８】
（介在層２３０）
介在層２３０は、第２クラッド層２２４を構成する半導体材料と電流分散層２４０を構成する半導体材料とが互いに異なる場合に、第２クラッド層２２４と電流分散層２４０とのヘテロ界面の電位障壁を低減する半導体材料から形成される。具体的に、介在層２３０は、第２クラッド層２２４と電流分散層２４０との間に設けられる。より具体的に、介在層２３０は、第２クラッド層２２４の活性層２２２の反対側に設けられると共に、第２クラッド層２２４を構成する半導体のバンドギャップエネルギーと電流分散層２４０を構成する半導体のバンドギャップエネルギーとの間のバンドギャップエネルギーを有する半導体材料から形成される。例えば、介在層２３０は、ｐ型のＧａｚＩｎ１−ｚＰ（ただし、ｚは、一例として、０．６≦ｚ≦０．９）から形成される。発光素子１が介在層２３０を備えることにより、発光素子１から製造される発光素子の順方向電圧を低減できる。
【００３９】
（電流分散層２４０）
電流分散層２４０は、発光部２０の反射部２１０の反対側に設けられ、発光素子１に電流が供給された場合に、活性層２２２の平面方向に略均一に電流が供給されるように当該電流を分散させる。また、電流分散層２４０は、活性層２２２が発する光を透過する半導体材料から形成される。例えば、電流分散層２４０は、ｐ型のＧａＰ、ｐ型のＧａＡｓＰ、又はｐ型のＡｌＧａＡｓから形成することができる。更に、電流分散層２４０は、表面に凹凸部２５０を有する。なお、電流分散層２４０は、２．０μｍ以上１０．０μｍ以下の厚さを有する。
【００４０】
（凹凸部２５０）
凹凸部２５０は、電流分散層２４０の表面電極３０が設けられる領域とは異なる表面の領域に設けられる。そして、凹凸部２５０は、電流分散層２４０の発光部２０の反対側の表面を粗面化して形成される。凹凸部２５０は、当該表面を所定のエッチャントでエッチングすることによりランダムな形状を有して形成される。また、凹凸部２５０は、当該表面に予め定められたパターンを有して形成することもできる。更に、凹凸部２５０は、発光素子１から製造される発光素子の光取り出し効率を向上させることを目的として、算術平均粗さＲａが０．０４μｍ以上０．２５μｍ以下であること、二乗平均粗さＲＭＳが０．０５μｍ以上０．３５μｍ以下であること、及び／又は最大高さＲｙが１．０μｍ以上３．０μｍ以下であることが好ましい。
【００４１】
図１Ｃは、本発明の第１の実施の形態に係る発光素子の模式的な平面図である。
【００４２】
（表面電極３０、裏面電極３５）
表面電極３０は、電流分散層２４０の発光部２０の反対側の表面に設けられる。そして、表面電極３０は、電流分散層２４０にオーミック接触する材料から形成される。具体的に、表面電極３０は、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｌ、Ａｕ等の金属材料から選択される少なくとも１つのｐ型電極用の金属材料を含んで形成される。例えば、表面電極３０は、電流分散層２４０の側から第１の表面電極層としてのＡｕＢｅ層（又はＡｕＺｎ層）、第２の表面電極層としてのＮｉ層、第３の表面電極層としてのＡｕ層の順に積層された積層構造を有して形成することができる。なお、表面電極３０は、電流分散層２４０の介在層２３０の反対側の面、つまり、発光素子１の光取り出し面の一部に設けられる。
【００４３】
ここで、第１の表面電極層は、１００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の厚さを有することが好ましい。また、第１の表面電極層をＡｕＢｅ合金から構成する場合、Ｂｅ濃度は１％以下であることが好ましい。一方、第１の表面電極層をＡｕＺｎ合金から構成する場合、Ｚｎ濃度は５％以上１５％以下であることが好ましい。
【００４４】
また、表面電極３０は、図１Ｃに示すように、発光素子１の平面視にて略円形状の円部分３０ａと、円部分３０ａから発光素子１の四隅に向かって延びる４本の足部分３０ｂとを有して形成される。なお、表面電極３０の形状は、例えば、四角形状、菱形形状、多角形状等の形状を有して形成することができる。
【００４５】
裏面電極３５は、半導体基板１０にオーミック接触する材料から形成される。具体的に、裏面電極３５は、Ｇｅ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｌ、Ａｕ等の金属材料から選択される少なくとも１つのｎ型電極用の金属材料を含んで形成される。例えば、裏面電極３５は、半導体基板１０側からＡｕＧｅ、Ｎｉ、Ａｕの順に積層された積層構造を有して形成することができる。なお、裏面電極３５は、半導体基板１０の裏面の全面若しくは略全面に形成される。
【００４６】
（発光素子１の製造方法）
第１の実施の形態に係る発光素子１は、例えば、以下のようにして製造することができる。まず、半導体基板１０を準備する。また、半導体基板１０は、ＬＥＣ法により製造した半導体のインゴットから切り出して作製できる。更に、一例としてＴｅを当該半導体に添加することで、半導体基板１０の導電型をｎ型にすることができる。
【００４７】
そして、半導体基板１０の上に、例えば、有機金属気相成長法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＯＶＰＥ法）によって複数の化合物半導体層（すなわち、バッファ層２００、反射部２１０、第１クラッド層２２０、活性層２２２、第２クラッド層２２４、介在層２３０、電流分散層２４０）を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の半導体積層構造を形成する（成長工程）。
【００４８】
ここで、ＭＯＶＰＥ法を用いた半導体積層構造の形成は、成長温度、成長圧力、半導体積層構造が有する複数の化合物半導体層のそれぞれの成長速度、及びＶ／ＩＩＩ比をそれぞれ予め定められた範囲内の値に制御して実施する。なお、Ｖ／ＩＩＩ比とは、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）等のＩＩＩ族原料のモル数を基準にした場合における、アルシン（ＡｓＨ３）、ホスフィン（ＰＨ３）等のＶ族原料のモル数の比である。
【００４９】
また、ＭＯＶＰＥ法において用いる原料は、Ｇａ原料として、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、又はトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）を用いることができ、Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を用いることができ、Ｉｎ原料としてトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）等の有機金属化合物を用いることができる。また、Ａｓ源としてアルシン（ＡｓＨ３）を用いることができ、Ｐ源としてホスフィン（ＰＨ３）等の水素化物ガスを用いることができる。更に、ｎ型のドーパントの原料は、セレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を用いることができる。そして、ｐ型のドーパントの原料は、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いることができる。
【００５０】
また、ｎ型のドーパントの原料として、モノシラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、ジエチルテルル（ＤＥＴｅ）、又はジメチルテルル（ＤＭＴｅ）を用いることもできる。そして、ｐ型のドーパントの原料として、Ｃｐ２Ｍｇの代わりに、ジメチルジンク（ＤＭＺｎ）又はジエチルジンク（ＤＥＺｎ）を用いることもできる。
【００５１】
なお、半導体基板１０上にバッファ層２００を形成することにより、ＭＯＶＰＥ装置内に残留している、前回の結晶成長時に用いたドーパントの影響（すなわち、炉内メモリーの影響）をキャンセルできる。これにより、エピタキシャルウエハを安定的に製造することができる。また、バッファ層２００を半導体基板１０上にエピタキシャル成長させることで、バッファ層２００上にエピタキシャル成長させる化合物半導体層の結晶性を向上させることができる。
【００５２】
以上の各工程を経ることにより、第１の実施の形態に係る発光素子１用の凹凸部２５０を備えていないエピタキシャルウエハが製造される。
【００５３】
次に、当該エピタキシャルウエハをＭＯＶＰＥ装置から搬出する。そして、フォトリソグラフィー法、成膜法（例えば、真空蒸着法、スパッタ法等）を用いて、エピタキシャルウエハの表面、すなわち、電流分散層２４０の表面に、マトリックス状に配置する複数の表面電極３０を形成する（表面電極形成工程）。なお、表面電極３０の形成にはリフトオフ法を用いることができる。
【００５４】
続いて、半導体基板１０の裏面の略全面に裏面電極３５を形成する。更に、表面電極３０と第２の電流分散層２４４との間、及び裏面電極３５と半導体基板１０裏面との間のそれぞれをオーミック接触させるべく、所定の雰囲気下（例えば、窒素雰囲気等の不活性雰囲気下）、所定の温度、所定の時間、アロイ処理を実施する（アロイ工程）。これにより、ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハが得られる。
【００５５】
続いて、ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハの電流分散層２４０の表面に凹凸化処理（すなわち、粗面化処理）を施すことにより、凹凸部２５０を形成する（凹凸部形成工程）。粗面化処理は、表面電極３０が設けられている領域を除く電流分散層２４０の表面に施す。粗面化処理は、浸食法を用いることができる。例えば、電流分散層２４０がＧａＰから形成されている場合、酢酸系のエッチャントによるエッチングにより実施できる。なお、電流分散層２４０の表面にフォトリソグラフィー法を用いて予め定められたマスクパターンを形成した後、形成したマスクパターンをマスクとして、電流分散層２４０の表面にエッチング処理を施すこともできる。
【００５６】
次に、凹凸部２５０を備えるエピタキシャルウエハを、製造する発光素子１のサイズに合わせて切断することにより、複数の発光素子１が製造される（切断工程）。具体的には、複数の表面電極３０それぞれの間を、製造すべき発光素子１のサイズに合わせてダイシング装置によりダイシングする。なお、ダイシング処理後に、複数の発光素子１の端面にエッチング処理を施すことにより、ダイシングによる機械的ダメージを除去することもできる。
【００５７】
このようにして製造される発光素子１は、例えば、発光ピーク波長が６２０ｎｍ付近の赤色領域の光を発する発光ダイオードである。そして、発光素子１の平面視における形状は略矩形であり、平面視における寸法は、一例として、２７５μｍ角である。なお、発光素子１は、表面電極３０の上にワイヤーボンディング用パッドとしてのパッド電極を更に備えることもできる。
【００５８】
（変形例）
【００５９】
第１の実施の形態に係る発光素子１が備える半導体基板１０、バッファ層２００、反射部２１０、第１クラッド層２２０、第２クラッド層２２４、介在層２３０、及び電流分散層２４０の化合物半導体層は、これらの化合物半導体層を構成する化合物半導体の導電型を、本実施の形態の反対にすることもできる。例えば、半導体基板１０、バッファ層２００、反射部２１０、及び第１クラッド層２２０の導電型をｐ型にすると共に、第２クラッド層２２４、介在層２３０、及び電流分散層２４０の導電型をｎ型にすることもできる。
【００６０】
また、活性層２２２は単層構造ではなく、量子井戸構造を有して形成することもできる。量子井戸構造は、単一量子井戸構造、多重量子井戸構造、又は歪み多重量子井戸構造のいずれの構造からも形成することができる。なお、発光部２０は、第１クラッド層２２０、活性層２２２、及び第２クラッド層２２４以外の半導体層を含んで形成することもできる。
【００６１】
また、第１の実施の形態に係る発光素子１は、赤色を含む光（例えば、発光波長が６２０ｎｍ付近の光）を発する発光素子であるが、反射部２１０がＧａＡｓ系材料からの第二放射光を反射する構成を有する限り、発光素子が発する光の波長はこの波長に限定されない。よって、活性層２２２の構造を制御して、所定の波長範囲の光を発する発光素子を形成することもできる。活性層２２２が発する光としては、例えば、橙色光、黄色光、又は緑色光等が挙げられる。
【００６２】
そして、活性層２２２が発する光の波長に応じて反射部２１０が有する第１の半導体層２１０ａの厚さ及び第２の半導体層２１０ｂの厚さ、及び材質を変えることができる。例えば、発光波長が５７０ｎｍ（すなわち、黄緑色光）の場合、反射部２１０が有する第１の半導体層２１０ａについては、式（１）のθを５６°〜６１°の範囲に設定し、第２の半導体層２１０ｂについては、式（２）のθを５６°〜６１°の範囲に設定してそれぞれの厚さを設計する。
【００６３】
また、発光波長が５８０ｎｍの場合はθを５４°〜５９°の範囲に設定し、発光波長が５９０ｎｍ帯（すなわち、黄色光）の場合はθを５２°〜５７°の範囲に設定することにより反射部２１０が有する第１の半導体層２１０ａの厚さ及び第２の半導体層２１０ｂの厚さを設計する。
【００６４】
また、発光波長が５７０ｎｍ〜５９０ｎｍの範囲においては、反射部２１０は、Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓを用いて第１の半導体層２１０ａ及び第２の半導体層２１０ｂを構成する。これは、仮に第１の半導体層２１０ａ及び第２の半導体層２１０ｂをＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓから構成すると、５７０ｎｍ〜５９０ｎｍの波長の光が反射部２１０に吸収されるからである。
【００６５】
また、発光波長が６００ｎｍ以上である場合、第２の半導体層２１０ｂはＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓから構成できる。そして、発光波長が６００ｎｍ以上である場合、反射部２１０が有する第１の半導体層２１０ａについては、式（１）のθを５２°〜５７°の範囲に設定し、第２の半導体層２１０ｂについては、式（２）のθを５２°〜５７°の範囲に設定してそれぞれの厚さを設計する。
【００６６】
また、発光波長が６１０ｎｍの場合はθを５０°〜５５°の範囲に設定し、発光波長が６３０ｎｍの場合はθを４７°〜５２°の範囲に設定し、６４０ｎｍの場合はθを４６°〜５１°の範囲に設定し、６５０ｎｍの場合はθを４４°〜４９°の範囲に設定することにより反射部２１０が有する第１の半導体層２１０ａの厚さ及び第２の半導体層２１０ｂの厚さを設計する。
【００６７】
（第１の実施の形態の効果）
第１の実施の形態に係る発光素子１は、反射部２１０が第二放射光（例えば、活性層２２２が発する光により半導体基板１０を構成する化合物半導体が光励起され、半導体基板１０から発せられる光）を反射する第１の半導体層２１０ａ及び第２の半導体層２１０ｂからなるペア層を有するので、発光素子１の外部に放射される第二放射光の量を低減できる。
【００６８】
また、第１の実施の形態に係る発光素子１は、複数の入射角に対応して厚さが制御された第１の半導体層２１０ａと第２の半導体層２１０ｂとからなる複数のペア層を有する反射部２１０を備えるので、反射部２１０に様々な入射角から光が入射したとしても、反射部２１０は、当該光を光取り出し面側に反射することができる。更に、発光素子１は、光取り出し面に凹凸部２５０を備えるので、反射部２１０により反射された光を効率的に発光素子１の外部に取り出すことができる。これにより、光取り出し効率が向上された本実施の形態に係る発光素子１を提供することができる。
【００６９】
以上より、第１の実施の形態に係る発光素子１は、活性層２２２が発する光を反射する機能と、活性層２２２が発する光によって励起される第二放射光を反射する機能とを反射部２１０が併せ持つので、不要な波長の光の発光素子１の外部への放射を抑制することができる。更に、発光素子１は、第二放射光を反射する機能を有する半導体層を別途設けることを要さないので、製造コストを大幅に増加させずに発光出力を向上させることができる。
【００７０】
［第２の実施の形態］
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る発光素子の模式的な断面の概要を示す。
【００７１】
第２の実施の形態に係る発光素子１ａは、第１の実施の形態に係る発光素子１と異なり、活性層２２２が第１アンドープ層２２１と第２アンドープ層２２３により挟まれている点を除き、第１の実施の形態に係る発光素子１と略同一の構成を備える。したがって、相違点を除き詳細な説明は省略する。
【００７２】
具体的に、第２の実施の形態に係る発光素子１ａは、半導体基板１０と、半導体基板１０上に形成されるバッファ層２００と、バッファ層２００上に形成される反射部２１０と、反射部２１０上に形成される第１クラッド層２２０と、第１クラッド層２２０上に形成される第１アンドープ層２２１と、第１アンドープ層２２１上に形成される活性層２２２と、活性層２２２上に形成される第２アンドープ層２２３と、第２アンドープ層２２３上に形成される第２クラッド層２２４と、第２クラッド層２２４上に形成される介在層２３０と、介在層２３０上に形成される電流分散層２４０と、電流分散層２４０の表面に形成される凹凸部２５０と、電流分散層２４０の表面の一部に設けられる表面電極３０と、半導体基板１０の裏面の全面若しくは略全面に設けられる裏面電極３５とを備える。
【００７３】
第１アンドープ層２２１は、第１クラッド層２２０中のｎ型ドーパントが活性層２２２中に拡散することを抑制する。また、第２アンドープ層２２３は、第２クラッド層２２４中のｐ型ドーパントが活性層２２２中に拡散することを抑制する。第１アンドープ層２２１及び第２アンドープ層２２３は、例えば、ドーパントを含まない（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰから形成される。活性層２２２を第１アンドープ層２２１と第２アンドープ層２２３とで挟むことにより、第１クラッド層２２０及び第２クラッド層２２４から活性層２２２中へのドーパントの拡散が抑制されるので、発光部２０ａにおける発光効率の向上を図ることができると共に、発光素子１ａの信頼性を向上させることができる。
【００７４】
なお、第２の実施の形態に係る発光素子１ａにおいては、活性層２２２を第１アンドープ層２２１と第２アンドープ層２２３とによって挟んだ構造としたが、第２の実施の形態の変形例においては、第１アンドープ層２２１又は第２アンドープ層２２３のいずれか一方を設けない発光素子を形成することもできる。
【００７５】
［第３の実施の形態］
図３は、本発明の第３の実施の形態に係る発光素子の模式的な断面の概要を示す。
【００７６】
第３の実施の形態に係る発光素子１ｂは、第１の実施の形態に係る発光素子１と異なり、凹凸部２５０上に光取り出し層４０を更に備える点を除き、第１の実施の形態に係る発光素子１と略同一の構成を備える。したがって、相違点を除き詳細な説明は省略する。
【００７７】
発光素子１ｂは、表面電極３０が設けられている領域を除く電流分散層２４０の表面に、活性層２２２が発する光に対して透明であり、電流分散層２４０を構成する半導体の屈折率と空気の屈折率との間の屈折率を有する材料から形成される光取り出し層４０を備える。光取り出し層４０は、活性層２２２が発する光の波長をλｐ、光取り出し層４０を構成する材料の屈折率をｎ、定数Ａ（ただし、Ａは奇数）とした場合に、Ａ×λｐ／（４×ｎ）で規定される値の±３０％の範囲内の厚さｄを有して形成される。
【００７８】
光取り出し層４０は、絶縁体、第１導電型若しくは第２導電型の酸化物、又は第１導電型若しくは第２導電型の窒化物から形成することができる。光取り出し層４０は、例えば、ＳｉＯ２、Ｓｎ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＩＴＯ等の酸化物若しくはＳｉＮ等の窒化物から形成することができる。また、光取り出し層４０を構成する材料は、導電性を有することは要さない。更に、光取り出し層４０を構成する材料の導電型は、ｐ型、ｎ型のいずれであってもよい。
【００７９】
発光素子１ｂは、電流分散層２４０と外部の空気との間に、電流分散層２４０を構成する材料の屈折率と空気の屈折率との間の屈折率を有する光取り出し層４０を備えるので、光取り出し効率を更に向上させることができる。
【００８０】
［第４の実施の形態］
図４は、本発明の第４の実施の形態に係る発光素子の模式的な断面の概要を示す。
【００８１】
第４の実施の形態に係る発光素子１ｃは、第１の実施の形態に係る発光素子１と異なり、電流分散層２４０が複数の電流分散層を有する点を除き、第１の実施の形態に係る発光素子１と略同一の構成を備える。したがって、相違点を除き詳細な説明は省略する。
【００８２】
第４の実施の形態に係る発光素子１ｃが備える電流分散層２４０は、キャリア濃度及び／又は不純物濃度が互いに異なる第１の電流分散層２４２と第２の電流分散層２４４とを有する。第２の電流分散層２４４は、第１の電流分散層２４２よりも半導体基板１０から遠い側に形成され、表面（すなわち、光取り出し面）に凹凸部２５０を有する。すなわち、第２の電流分散層２４４は、電流分散層２４０の最上層を形成する。
【００８３】
第４の実施の形態において、第２の電流分散層２４４は、第１の電流分散層２４２より半導体基板１０から離れた位置に設けられ、第１の電流分散層２４２のキャリア濃度又は不純物濃度より高いキャリア濃度又は不純物濃度を有して形成される。具体的に、第２の電流分散層２４４は、電流分散層２４０中においてキャリア濃度、及び／又は導電型を決定する不純物濃度が最も高い領域であり、発光素子１の主面（すなわち、表面）側に形成される。
【００８４】
また、第２の電流分散層２４４（以下、電流分散最上層という場合がある）は、電流分散層２４０の厚さを超えない範囲内で、１．０μｍ以上３．０μｍ以下の厚さを有することが好ましい。そして、電流分散最上層の不純物濃度は、電流分散層２４０が有する他の電流分散層の中で最も高く設定されることが好ましい。
【実施例１】
【００８５】
実施例１に係る発光素子として、第１の実施の形態に係る発光素子１に対応する発光素子であって、発光ピーク波長が６２０ｎｍ付近の橙色の発光素子を製造した。また、比較例に係る発光素子として、実施例１とは反射部２１０の構成のみが異なる発光素子も製造した。
【００８６】
具体的に、まず、１５°オフのオフ角を有する半導体基板１０としてのｎ型ＧａＡｓ基板上に、ＭＯＶＰＥ法を用いてｎ型ＧａＡｓからなるバッファ層（ただし、Ｓｅドープ、キャリア濃度：１×１０１８／ｃｍ３、膜厚２００ｎｍ）と、第１の半導体層２１０ａとしてのＡｌＡｓ層と、第２の半導体層２１０ｂとしてのＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層とからなるペア層を５０ペア含む反射部２１０とをエピタキシャル成長させた。なお、反射部２１０を構成する各半導体層のキャリア濃度は、約１×１０１８／ｃｍ３に制御した。
【００８７】
更に、反射部２１０の上に第１クラッド層２２０としてのｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層（ただし、Ｓｅドープ、キャリア濃度：４×１０１７／ｃｍ３、膜厚４００ｎｍ）と、活性層２２２としてのアンドープの多重量子井戸層（ただし、膜厚は約４００ｎｍ）と、第２クラッド層２２４としてのｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層（ただし、Ｍｇドープ、キャリア濃度：２×１０１７／ｃｍ３、膜厚５００ｎｍ）と、介在層２３０としてのｐ型Ｇａ０．７Ｉｎ０．３Ｐ介在層（ただし、Ｍｇドープ、キャリア濃度：６×１０１８／ｃｍ３、膜厚２０ｎｍ）と、電流分散層２４０としてのｐ型ＧａＰ電流分散層（ただし、Ｍｇドープ、キャリア濃度：２×１０１８／ｃｍ３、膜厚８０００ｎｍ）とを順次エピタキシャル成長させた。
【００８８】
なお、ＭＯＶＰＥ成長での成長温度は、ｎ型ＧａＡｓからなるバッファ層からｐ型Ｇａ０．７Ｉｎ０．３Ｐ介在層までの成長温度を６５０℃に設定すると共に、ｐ型ＧａＰ電流分散層の成長温度を６７５℃に設定した。また、その他の成長条件は、成長圧力を６６６６．１Ｐａ（５０Ｔｏｒｒ）に設定すると共に、複数の化合物半導体層のそれぞれの成長速度を０．３ｎｍ／ｓｅｃから１．５ｎｍ／ｓｅｃに設定した。また、Ｖ／ＩＩＩ比は、約１５０に設定した。ただし、ｐ型ＧａＰ電流分散層の成長におけるＶ／ＩＩＩ比は、２５に設定した。ＭＯＶＰＥ成長において用いた原料等は、第１の実施の形態において説明したので詳細な説明は省略する。
【００８９】
また、活性層２２としては、発光波長λｐが６２０ｎｍの場合、井戸層としてのＧａＩｎＰ層（例えば、４ｎｍの厚さ）と、バリア層としてのＡｌ０．５Ｇａ０．５ＩｎＰ層（例えば、７．５ｎｍの厚さ）とからなるペアを２０〜４０ペア有するアンドープの多重量子井戸層を用いることができる。なお、井戸層の厚さを３．５ｎｍに、バリア層の厚さを７．５ｎｍに固定し、井戸層のＡｌ組成を変更して発光波長を、例えば、５７０ｎｍ又は５９０ｎｍに調整することができる（なお、ペアの数は２０〜８０ペアで調整する。）。
【００９０】
ここで、反射部２１０について詳細に説明する。反射部２１０が有する複数のペア層の第１の半導体層２１０ａであるＡｌＡｓ層の厚さ、及び第２の半導体層２１０ｂであるＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層の厚さはそれぞれ、式（１）及び式（２）から算出される厚さに制御した。すなわち、λｐとしては活性層２２２から放出される光の発光ピーク波長「６２０ｎｍ」を、ｎＡとしてはＡｌＡｓ層の屈折率「３．１２５」を、ｎＢとしてはＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層の屈折率「３．５３６」を、ｎＩｎとしてはｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層の屈折率「３．１２７」を用いた。更に、式（１）及び式（２）中の角度θは、０°〜７０°を用いた。なお、この場合において、１つのペア層になるＡｌＡｓ層と、Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層のθの値は同一である。
【００９１】
また、反射部２１０が有する１つのペア層の厚さは式（１）及び式（２）から設定されるので、θの値により異なる。実施例１においては、θを７０°に設定した第１の半導体層２１０ａ及び第２の半導体層２１０ｂを、反射部２１０は少なくとも１ペア含む。また、反射部２１０は、θが７０°とは異なる少なくとも２種類のθの値に設定した第１の半導体層２１０ａ及び第２の半導体層２１０ｂを含む。具体的には、θの値が１０°及び４０°に設定した第１の半導体層２１０ａ及び第２の半導体層２１０ｂを含む。
【００９２】
したがって、実施例１においては、式（１）及び式（２）のθとして、１０°に設定した第１の半導体層２１０ａ及び第２の半導体層２１０ｂからなる第１のペア層と、４０°に設定した第１の半導体層２１０ａ及び第２の半導体層２１０ｂからなる第２のペア層と、７０°に設定した第１の半導体層２１０ａ及び第２の半導体層２１０ｂからなる第３のペア層とを反射部２１０は有する。
【００９３】
また、反射部２１０は、全体の厚さが約６．０μｍになるように形成した。具体的には、式（１）及び式（２）のθの値を変化させ、反射部２１０が有する複数の第１の半導体層２１０ａの厚さ、第２の半導体層２１０ｂの厚さ、及びペア層の数を、反射部２１０の全体の厚さが約６．０μｍになるように決定した。
【００９４】
更に、実施例１においては、反射部２１０に、発光ピーク波長が６２０ｎｍの第一放射光を電流分散層２４０の側に反射すると共に、第一放射光によって半導体基板１０とバッファ層２００とで生じる第二放射光（約８７０ｎｍの光）を半導体基板１０側に反射する機能を併せ持たせた。
【００９５】
なお、発光素子１に、反射部２１０と半導体基板１０との間に設けられる第２反射部を更に備えさせることもできる。つまり、第３の半導体層と、第３の半導体層とは異なる第４の半導体層とからなるペア層を複数有する第２反射部を、反射部２１０と半導体基板１０との間に設けることもできる。第２反射部を設けることにより、第二放射光を更に低減することができる。
【００９６】
この場合、第３の半導体層は、λｐ２を８７０±３０ｎｍとし、第３の半導体層の屈折率をｎＣとした場合に、式（３）で定められる厚さＴＣを有して形成される。また、第４の半導体層は、第４の半導体層の屈折率をｎＤとした場合に、式（４）で定められる厚さＴＤを有して形成される。なお、第３の半導体層及び第４の半導体層は、互いに屈折率の異なるＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ただし、０≦ｘ≦１））又は互いに屈折率の異なる（ＡｌｙＧａ１−ｙ）ｚＩｎ１−ｚＰ（ただし、０≦ｙ≦１、０．４≦ｚ≦０．６）から形成することができる。例えば、第３の半導体層はＡｌＡｓから、第４の半導体層はＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓから形成することができる。
【００９７】
【数７】
【００９８】
【数８】
【００９９】
ここで、第３の半導体層の膜厚は、第二放射光のピーク波長が８７０ｎｍの場合、８７０／４ｎｃ（ただし、ｎｃ＝２．９８０６）から７３．０ｎｍになる。また、第４の半導体層の膜厚は、８７０／４ｎＤ（ただし、ｎＤ＝３．２５５３）から６６．８ｎｍになる。よって、ピーク波長が８７０ｎｍの第二放射光を反射部２１０において反射させる事を目的として、反射部２１０は、７３．０ｎｍ厚の第３の半導体層と、６６．８ｎｍ厚の第４の半導体層とを有することが要求される（第３の半導体層の厚さと第４の半導体層の厚さとの合計の厚さは１３９．８ｎｍである。）。
【０１００】
そして、活性層２２２で発生した光のうち、所定の角度で反射部２１０に入射した光は光取り出し面側に反射されることにより、電流分散層２４０の表面から発光素子１の外部に放射される。また、反射部２１０により反射されずに透過した光によって半導体基板１０及びバッファ層２００を光励起することにより発生する第二放射光は、反射部２１０によって半導体基板１０側に反射され、時間の経過と共に熱へと変化する。
【０１０１】
第一放射光によって半導体基板１０とバッファ層２００とで生じる第二放射光の半値幅は広いので、８４０ｎｍから９００ｎｍの範囲の波長の光が第二放射光には含まれる。したがって、反射部２１０は、この波長範囲の光を反射する機能を有することが好ましい。よって、実施例１においては、波長が８４０ｎｍ〜９００ｎｍの光を反射部２１０において反射させるべく、θの値を４９、５０、５１、５２、５３、５４に設定して式（１）及び式（２）から求めた膜厚の第１の半導体層２１０ａと第２の半導体層２１０ｂとを有する反射部２１０を形成した。
【０１０２】
具体的な反射部２１０の構成を表１に示す。なお、表１には、比較例の反射部の構成も示す。
【０１０３】
【表１】
【０１０４】
表１に示すように、実施例１に係る発光素子の反射部２１０の構造は以下のとおりである。すなわち、まず、ｎ型ＧａＡｓバッファ層上に、θを７０°に設定して式（１）及び式（２）から算出される厚さを有するＡｌＡｓ層とＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層とからなるペア層（以下、「７０°ＤＢＲ層」という）を２ペア形成した。次に、７０°ＤＢＲ層の上にθを６０°に設定して式（１）及び式（２）から算出される厚さを有するＡｌＡｓ層とＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層とからなるペア層（以下、「６０°ＤＢＲ層」という）を４ペア形成した。そして、６０°ＤＢＲ層の上にθを５４°に設定して式（１）及び式（２）から算出される厚さを有するＡｌＡｓ層とＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層とからなるペア層（以下、「５４°ＤＢＲ層」という）を１ペア形成した。
【０１０５】
更に、５４°ＤＢＲ層の上にθを５３°に設定して式（１）及び式（２）から算出される厚さを有するＡｌＡｓ層とＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層とからなるペア層（以下、「５３°ＤＢＲ層」という）を１ペア形成した。そして、５３°ＤＢＲ層の上にθを５２°に設定して式（１）及び式（２）から算出される厚さを有するＡｌＡｓ層とＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層とからなるペア層（以下、「５２°ＤＢＲ層」という）を２ペア形成した。
【０１０６】
更に、５２°ＤＢＲ層の上にθを５１°に設定して式（１）及び式（２）から算出される厚さを有するＡｌＡｓ層とＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層とからなるペア層（以下、「５１°ＤＢＲ層」という）を２ペア形成した。そして、５１°ＤＢＲ層の上に、θを５０°に設定して式（１）及び式（２）から算出される厚さを有するＡｌＡｓ層とＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層とからなるペア層（以下、「５０°ＤＢＲ層」という）を１ペア形成した。
【０１０７】
更に、５０°ＤＢＲ層の上にθを４９°に設定して式（１）及び式（２）から算出される厚さを有するＡｌＡｓ層とＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層とからなるペア層（以下、「４９°ＤＢＲ層」という）を１ペア形成した。そして、４９°ＤＢＲ層の上に、θを４０°に設定して式（１）及び式（２）から算出される厚さを有するＡｌＡｓ層とＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層とからなるペア層（以下、「４０°ＤＢＲ層」という）を８ペア形成した。
【０１０８】
更に、４０°ＤＢＲ層の上にθを３０°に設定して式（１）及び式（２）から算出される厚さを有するＡｌＡｓ層とＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層とからなるペア層（以下、「３０°ＤＢＲ層」という）を８ペア形成した。そして、３０°ＤＢＲ層の上に、θを２０°に設定して式（１）及び式（２）から算出される厚さを有するＡｌＡｓ層とＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層とからなるペア層（以下、「２０°ＤＢＲ層」という）を９ペア形成した。
【０１０９】
更に、２０°ＤＢＲ層の上にθを１０°に設定して式（１）及び式（２）から算出される厚さを有するＡｌＡｓ層とＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層とからなるペア層（以下、「１０°ＤＢＲ層」という）を９ペア形成した。そして、１０°ＤＢＲ層の上に、θを０°に設定して式（１）及び式（２）から算出される厚さを有するＡｌＡｓ層とＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層とからなるペア層（以下、「０°ＤＢＲ層」という）を２ペア形成した。このような５０ペアのペア層を有する反射部２１０をｎ型ＧａＡｓバッファ層上に形成した。
【０１１０】
このようにして、実施例１に係るエピタキシャルウエハを複数枚、製造した。なお、表１に示す反射部を備える比較例に係るエピタキシャルウエハも同様にして製造した。
【０１１１】
以上のようにして製造した実施例１に係る複数のエピタキシャルウエハ及び比較例に係るエピタキシャルウエハの表面に、直径が１００μｍの円部分と、円部分の外縁から延びる４本の足部分とを有する表面電極３０をマトリックス状に配列するように形成した。表面電極３０の形成には、フォトリソグラフィー法を用いた。
【０１１２】
すなわち、エピタキシャルウエハの表面にフォトレジストを塗布した後、マスクアライナーを用いたフォトリソグラフィー法により、複数の表面電極３０が形成される領域のそれぞれに開口を有するマスクパターンをエピタキシャルウエハの表面に形成した。その後、真空蒸着法を用いて開口にＡｕＢｅ合金（厚さ４０ｎｍ）と、Ｎｉ（厚さ１０ｎｍ）と、Ａｕ（厚さ１０００ｎｍ）とをこの順に蒸着した。各金属を蒸着後、エピタキシャルウエハに形成されたマスクパターンをリフトオフ法により除去することにより、エピタキシャルウエハの表面に表面電極３０を形成した。
【０１１３】
次に、エピタキシャルウエハの裏面、すなわち、表面電極３０が形成された面の反対側の面の全面に、真空蒸着法を用いて裏面電極３５を形成した。裏面電極３５は、６０ｎｍ厚のＡｕＧｅと、１０ｎｍ厚のＮｉと、５００ｎｍ厚のＡｕとをこの順に蒸着することにより形成した。表面電極３０及び裏面電極３５を形成した後、電極を合金化するアロイ工程を実施した。具体的には、表面電極３０及び裏面電極３５が形成されたエピタキシャルウエハを、窒素ガス雰囲気中、４００℃にて５分間加熱することにより実施した。
【０１１４】
これにより、実施例１に係る複数のＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ、及び比較例に係るＬＥＤ用のエピタキシャルウエハを製造した。
【０１１５】
次に、実施例１及び比較例に係るＬＥＤ用のエピタキシャルウエハの表面電極３０が形成されている領域を除く電流分散層２４０の表面のそれぞれに粗面化処理を施した。具体的には、酢酸系のエッチャントを用い、３０秒間の粗面化処理を電流分散層２４０の表面に施した。
【０１１６】
なお、実施例１に係る複数のＬＥＤ用のエピタキシャルウエハの一部を用い、エッチング時間と電流分散層２４０の表面の凹凸との関係も調査した。
【０１１７】
図５は、エッチング時間と平均粗さ及び二乗平均粗さとの関係を示す。
【０１１８】
具体的にはエッチング時間を、１５秒、３０秒、６０秒、９０秒のそれぞれに設定し、エッチング時間と凹凸との関係を調査した。その結果、Ｒａ（平均粗さ）は０．０４〜０．２５μｍ、ＲＭＳ（二乗平均粗さ）は０．０５〜０．３５、Ｒｙ（最大高さ）は１．４〜２．６μｍであった。
【０１１９】
続いて、３０秒間の粗面化処理を電流分散層２４０の表面に施した実施例１に係るＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ、及び比較例に係るＬＥＤ用のエピタキシャルウエハのそれぞれについて、表面電極３０が中心になるようにダイシング装置を用いて切断した。
【０１２０】
これにより、実施例１に係るＬＥＤベアチップと比較例に係るＬＥＤベアチップとを作製した。なお、チップサイズはいずれも２７５μｍ角である。
【０１２１】
次に、作製したＬＥＤベアチップ（ただし、ウエハの中心付近から採取したＬＥＤベアチップ）のそれぞれをＴＯ−１８ステムにＡｇペーストを用いてダイボンディングした。そして、ＴＯ−１８ステムにマウントされたＬＥＤベアチップの表面電極３０にＡｕからなるワイヤーを用いてワイヤーボンディングして、実施例１に係る発光素子、及び比較例に係る発光素子をそれぞれ作製した。
【０１２２】
上述のように作製した実施例１及び比較例に係る発光素子の初期特性を評価した。その結果、実施例１に係る発光素子の発光出力は３．６７ｍＷであり、比較例に係る発光素子の発光出力は３．６３ｍＷであった。また、実施例１に係る発光素子の発光ピーク波長は６２０ｎｍであり、比較例に係る発光素子の発光ピーク波長は６２１ｎｍであった。更に、実施例１に係る発光素子の順方向電圧（Ｖｆ）及び比較例に係る発光素子の順方向電圧はいずれも１．９２Ｖであった。なお、評価時の通電電流は２０ｍＡである。
【０１２３】
一方、比較例に係る発光素子の第一放射光に対する第二放射光の強度の割合（すなわち、「第二放射光／第一放射光×１００」で算出）は、０．３０％であったが、実施例１に係る発光素子においては０．０１％であった。
【０１２４】
また、室温、５０ｍＡの通電条件で１６８時間の通電試験を実施した。その結果、実施例１に係る発光素子の相対出力は９６から１０５％であり、比較例に係る発光素子と同等の特性であった。なお、相対出力は、「１６８時間通電後の発光出力／初期の発光出力×１００」で算出した。なお、５０ｍＡの通電前後ともに、評価時の通電電流は２０ｍＡに設定した。
【０１２５】
なお、電流分散層２４０の表面に施したエッチング時間が、３０秒を除く、１５秒、６０秒、９０秒であるＬＥＤ用のエピタキシャルウエハからも発光素子を作製した。そして、各発光素子の特性も確認したところ、３０秒のエッチングを施して作製した実施例１に係る発光素子と同等の特性（すなわち、±３％の際の範囲内に各特性の値が含まれた）であることが確認された。
【０１２６】
以上、本発明の実施の形態及び実施例を説明したが、上記に記載した実施の形態及び実施例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態及び実施例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
【符号の説明】
【０１２７】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ 発光素子
１０ 半導体基板
２０、２０ａ 発光部
３０ 表面電極
３０ａ 円部分
３０ｂ 足部分
３５ 裏面電極
４０ 光取り出し層
２００ バッファ層
２１０ 反射部
２１０ａ 第１の半導体層
２１０ｂ 第２の半導体層
２２０ 第１クラッド層
２２１ 第１アンドープ層
２２２ 活性層
２２３ 第２アンドープ層
２２４ 第２クラッド層
２３０ 介在層
２４０ 電流分散層
２４２ 第１の電流分散層
２４４ 第２の電流分散層
２５０ 凹凸部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子に関する。特に、本発明は、発光部で発光した光に対して不透明な半導体基板を用い、半導体基板と発光部との間に反射部を備える発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ｎ型ＧａＡｓ基板と、ｎ型ＧａＡｓ基板上に設けられる光反射層と、光反射層上に設けられるｎ型Ａｌ０．４５Ｇａ０．５５Ａｓクラッド層と、ｎ型Ａｌ０．４５Ｇａ０．５５Ａｓクラッド層上に設けられるｐ型ＧａＡｓ活性層と、ｐ型ＧａＡｓ層上に設けられるｐ型Ａｌ０．４５Ｇａ０．５５Ａｓクラッド層と、ｐ型Ａｌ０．４５Ｇａ０．５５Ａｓクラッド層上に設けられるｐ型ＧａＡｓキャップ層とを備え、光反射層は、ｎ型ＡｌＡｓ／ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓの積層構造からなり、当該積層構造は膜厚を連続的に変化させたチャープ状に形成されると共に、所定の反射波長幅及び反射率が得られる変厚割合、積層数、及び混晶比の関係が規定されている発光素子が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
特許文献１に記載の発光素子は、基板側へ進行した光を光反射層が光波干渉によって反射するので、光出力を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−３７０１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の発光素子は、光反射層単体での反射波長領域を広げることができるものの、光反射層の膜厚を増加させずに発光素子の発光出力を向上させることは困難である。また、特許文献１に記載の発光素子からは、活性層のバンドギャップに相当する波長域の光（以下、「第一放射光」と称する）に加え、ＧａＡｓのバンドギャップに相当する波長域の光、すなわち、赤外光（以下、「第二放射光」と称する）が放射されることがある。これは、活性層から放射された第一放射光の一部がＧａＡｓ基板又はＧａＡｓからなるバッファ層に入射し、第一放射光によりＧａＡｓ基板若しくはバッファ層が光励起されることに起因する。すなわち、ＧａＡｓ基板若しくはＧａＡｓからなるバッファ層を用いた発光素子においては、第一放射光により光励起されたＧａＡｓ基板若しくはバッファ層から第二放射光が放射されることがある。第二放射光を放射する発光素子を用いた場合、一般的な半導体フォトダイオードは当該発光素子から放射される第二放射光により誤作動する場合があり、また、例えば、スキャナー用途には適していない。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、製造コストを大幅に増加させずに、発光出力が高く、不要な波長の光の放出が少ない発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決することを目的として、半導体基板と、第１導電型の第１クラッド層と、第１導電型とは異なる第２導電型の第２クラッド層とに挟まれる活性層を有する発光部と、半導体基板と発光部との間に設けられ、活性層が発する光を反射する反射部と、発光部の反射部の反対側に設けられる電流分散層とを備え、反射部が、第１の半導体層と、第１の半導体層とは異なる第２の半導体層とからなるペア層を複数有して形成され、第１の半導体層が、活性層が発する光のピーク波長をλｐ、第１の半導体層の屈折率をｎＡ、第２の半導体層の屈折率をｎＢ、第１クラッド層の屈折率をｎＩｎ、第１クラッド層から第２の半導体層への光の入射角をθとした場合に、式（１）で定められる厚さＴＡ１を有し、第２の半導体層が、式（２）で定められる厚さＴＢ１を有し、ペア層が、４４以上６１以下のθの値の範囲で式（１）及び式（２）で規定される厚さの第１の半導体層及び第２の半導体層を含むと共に、４４以上６１以下のθの値の範囲で式（１）で規定される厚さの第１の半導体層と４４以上６１以下のθの値の範囲で式（２）で規定される厚さの第２の半導体層とからなるペア層を含む発光素子が提供される。
【数１】
【数２】
【０００８】
また、上記発光素子において、第２クラッド層と電流分散層との間に設けられる介在層を更に備え、介在層は、第２クラッド層を構成する半導体のバンドギャップエネルギーと、電流分散層を構成する半導体のバンドギャップエネルギーとの間のバンドギャップエネルギーを有する半導体から形成されてもよい。
【０００９】
また、上記発光素子において、ペア層が、λｐ／４ｎＡの１．５倍以上の厚さＴＡ１を有する第１の半導体層と、λｐ／４ｎＢの１．５倍以上の厚さＴＢ１を有する第２の半導体層とを含んでもよい。
【００１０】
また、上記発光素子において、反射部と半導体基板との間に設けられる第２反射部を更に備え、第２反射部が、第３の半導体層と、第３の半導体層とは異なる第４の半導体層とからなるペア層を複数有して形成され、第３の半導体層が、λｐ２を８７０±３０ｎｍとし、第３の半導体層の屈折率をｎＣとした場合に、式（３）で定められる厚さＴＣを有し、第４の半導体層が、第４の半導体層の屈折率をｎＤとした場合に、式（４）で定められる厚さＴＤを有してもよい。
【数３】
【数４】
【００１１】
また、上記発光素子において、反射部及び第２反射部が、活性層を構成する半導体のバンドギャップより大きなバンドギャップを有し、活性層から発せられる光に対して透明であるＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ただし、０≦ｘ≦１）から形成されてもよい。
【００１２】
また、上記発光素子において、第１の半導体層及び第２の半導体層が、互いに屈折率の異なるＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ただし、０≦ｘ≦１）又は互いに屈折率の異なる（ＡｌｙＧａ１−ｙ）ｚＩｎ１−ｚＰ（ただし、０≦ｙ≦１、０．４≦ｚ≦０．６）から形成され、第３の半導体層及び第４の半導体層が、互いに屈折率の異なるＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ただし、０≦ｘ≦１））又は互いに屈折率の異なる（ＡｌｙＧａ１−ｙ）ｚＩｎ１−ｚＰ（ただし、０≦ｙ≦１、０．４≦ｚ≦０．６）から形成されてもよい。
【００１３】
また、上記発光素子において、電流分散層が、複数の電流分散層を有し、複数の電流分散層のうち、半導体基板とは反対側に位置する電流分散層が、複数の電流分散層の中でキャリア濃度及び導電型を決定する不純物濃度が最も高くすることもできる。
【００１４】
また、上記発光素子において、電流分散層の発光部の反対側の表面に設けられる表面電極と、電流分散層の表面電極が設けられる領域とは異なる表面の領域に設けられる凹凸部と、凹凸部の表面に設けられ、活性層が発する光に対して透明であり、電流分散層を構成する半導体の屈折率と空気の屈折率との間の屈折率を有する材料からなる光取り出し層とを更に備えてもよい。
【００１５】
また、上記発光素子において、光取り出し層が、活性層が発する光の波長をλｐ、光取り出し層を構成する材料の屈折率をｎ、定数Ａ（ただし、Ａは奇数）とした場合に、Ａ×λｐ／（４×ｎ）で規定される値の±３０％の範囲内の厚さｄを有することもできる。
【００１６】
また、上記発光素子において、光取り出し層が、絶縁体、第１導電型若しくは第２導電型の酸化物、又は、第１導電型若しくは第２導電型の窒化物を含んで形成されてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る発光素子によれば、製造コストを大幅に増加させずに、発光出力が高く、不要な波長の光の放出が少ない発光素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１Ａ】本発明の第１の実施の形態に係る発光素子の模式的な断面図である。
【図１Ｂ】本発明の第１の実施の形態に係る発光素子が備える反射部の模式的な断面図である。
【図１Ｃ】本発明の第１の実施の形態に係る発光素子の模式的な平面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る発光素子の模式的な断面図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る発光素子の模式的な断面図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態に係る発光素子の模式的な断面図である。
【図５】エッチング時間と平均粗さ及び二乗平均粗さとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［第１の実施の形態］
図１Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る発光素子の模式的な断面を示し、図１Ｂは、本発明の第１の実施の形態に係る発光素子が備える反射部の模式的な断面を示す。
【００２０】
（発光素子１の構造の概要）
第１の実施の形態に係る発光素子１は、一例として、橙色光を放射する半導体発光素子としての発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）である。具体的に、発光素子１は、第１導電型としてのｎ型の半導体基板１０と、半導体基板１０の上に設けられるｎ型のバッファ層２００と、バッファ層２００の上に設けられるｎ型の化合物半導体の多層構造を有する反射部２１０と、反射部２１０の上に設けられるｎ型の第１クラッド層２２０と、第１クラッド層２２０の上に設けられる活性層２２２と、活性層２２２の上に設けられる第１導電型とは異なる第２導電型としてのｐ型の第２クラッド層２２４と、第２クラッド層２２４の上に設けられるｐ型の介在層２３０と、介在層２３０の上に設けられるｐ型の電流分散層２４０とを備える。
【００２１】
また、電流分散層２４０は、電流分散層２４０の介在層２３０側の反対側の表面（すなわち、光取り出し面）に光取り出し面における光の反射を低減する凹凸部２５０を有する。また、活性層２２２は第１クラッド層２２０と第２クラッド層２２４とに挟まれており、以下の説明において、第１クラッド層２２０と、活性層２２２と、第２クラッド層２２４とをまとめて発光部２０という場合がある。
【００２２】
また、発光素子１は、電流分散層２４０の表面の一部、すなわち、凹凸部２５０が設けられている領域とは異なる領域に設けられる表面電極３０と、半導体基板１０の反射部２１０の反対側に設けられる裏面電極３５とを更に備える。なお、表面電極３０は、複数の表面電極層を含む積層構造を有して構成することもできる。例えば、表面電極３０は、電流分散層２４０に接して設けられる第１表面電極層と、第１表面電極層の上に設けられる第２表面電極層と、第２表面電極層の上に設けられる第３表面電極層とを含んで構成することもできる。
【００２３】
（半導体基板１０）
半導体基板１０としては、例えば、予め定められた導電型のキャリアを含み、予め定められた範囲のキャリア濃度を有するＧａＡｓ基板を用いることができる。また、半導体基板１０としては、予め設定されたオフ角度を有するオフ基板、又は、オフ角度を有さないジャスト基板を用いることができる。なお、半導体基板１０上に形成する複数の化合物半導体層の種類に応じて、半導体基板１０を構成する化合物半導体材料を適宜、代えることもできる。
【００２４】
（反射部２１０）
反射部２１０は、半導体基板１０と発光部２０との間に設けられ、活性層２２２が発する光を反射する。具体的に、反射部２１０は、図１Ｂに示すように、複数の化合物半導体層の積層構造を含んで形成される。そして、反射部２１０は、第１の半導体層２１０ａと、第１の半導体層２１０ａとは異なる屈折率を有する第２の半導体層２１０ｂとからなるペア層を複数有して形成される。なお、本実施の形態において反射部２１０は、１５ペア以上のペア層を有して形成される。なお、反射部２１０は、光を反射する機能の低下を抑制すると共に発光素子１の製造コストの増加を抑制することを目的とする場合、８μｍ程度以下の厚さを有することが好ましい。
【００２５】
第１の半導体層２１０ａ及び第２の半導体層２１０ｂは、活性層２２２から発せられる光に対して透明であり、活性層２２２を構成する半導体のバンドギャップより大きなバンドギャップを有するＡｌＧａＡｓ系半導体から形成される。すなわち、第１の半導体層２１０ａ、及び第２の半導体層２１０ｂは、互いに屈折率の異なるＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ただし、０≦ｘ≦１）から形成される。そして、第１の半導体層２１０ａを構成する半導体のＡｌ組成と、第２の半導体層２１０ｂを構成する半導体のＡｌ組成とが異なるように第１の半導体層２１０ａ及び第２の半導体層２１０ｂは形成される。
【００２６】
なお、第１の半導体層２１０ａ、及び第２の半導体層２１０ｂは、互いに屈折率の異なる（ＡｌｙＧａ１−ｙ）ｚＩｎ１−ｚＰ（ただし、０≦ｙ≦１、０．４≦ｚ≦０．６）から形成することもできる。例えば、第１の半導体層２１０ａを第１の屈折率を有する（ＡｌｙＧａ１−ｙ）ｚＩｎ１−ｚＰ（ただし、０≦ｙ≦１、０．４≦ｚ≦０．６）から形成し、第２の半導体層２１０ｂを第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有する（ＡｌｙＧａ１−ｙ）ｚＩｎ１−ｚＰ（ただし、０≦ｙ≦１、０．４≦ｚ≦０．６）から形成することができる。
【００２７】
また、第１の半導体層２１０ａを第１の屈折率を有する（ＡｌｙＧａ１−ｙ）ｚＩｎ１−ｚＰ（ただし、０≦ｙ≦１、０．４≦ｚ≦０．６）から形成し、第２の半導体層２１０ｂを第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有するＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ただし、０≦ｘ≦１）から形成することもできる。更に、第１の半導体層２１０ａを第１の屈折率を有するＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ただし、０≦ｘ≦１）から形成し、第２の半導体層２１０ｂを第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有する（ＡｌｙＧａ１−ｙ）ｚＩｎ１−ｚＰ（ただし、０≦ｙ≦１、０．４≦ｚ≦０．６）から形成することもできる。
【００２８】
なお、第１の半導体層２１０ａの厚さ、及び第２の半導体層２１０ｂの厚さは、後述するように光の入射角に応じた厚さを有して形成することができるが、図１Ｂにおいては説明の便宜上、略同一の厚さで示す。
【００２９】
ここで、反射部２１０が有する複数のペア層はそれぞれ、活性層２２２が発する光の発光ピーク波長以上の波長の光を反射すると共に、それぞれ異なる入射角の光を反射する。具体的に、第１の半導体層２１０ａは、活性層２２２が発する光のピーク波長をλｐ、第１の半導体層２１０ａの屈折率をｎＡ、第２の半導体層２１０ｂの屈折率をｎＢ、第１クラッド層２２０の屈折率をｎＩｎ、第１クラッド層２２０から第２の半導体層２１０ｂへの光の入射角をθとした場合（ただし、θは、第２の半導体層２１０ｂの主面を光の入射面とした場合、入射面の法線に対する角度である）とした場合に、以下の式（１）で定められる厚さＴＡ１を有して形成される。また、第２の半導体層２１０ｂは、以下の式（２）で定められる厚さＴＢ１を有して形成される。
【００３０】
【数５】
【００３１】
【数６】
【００３２】
複数のペア層のうち、一のペア層に含まれる第１の半導体層２１０ａの厚さは、当該一のペア層に入射する光の入射角θに応じて式（１）から算出される厚さを有して形成される。同様に当該一のペア層に含まれる第２の半導体層２１０ｂの厚さも、入射角θに応じて式（２）から算出される厚さを有して形成される。同様にして、複数のペア層に含まれる他のペア層についても、当該他のペア層に入射する光の入射角θに応じた厚さを有する第１の半導体層２１０ａ及び第２の半導体層２１０ｂを含んで形成される。
【００３３】
更に、本実施の形態において反射部２１０は、４４以上６１以下のθの値の範囲で式（１）及び式（２）で規定される厚さの第１の半導体層２１０ａ、及び第２の半導体層２１０ｂを含む。すなわち、反射部２１０は、４４以上６１以下のθの値の範囲で式（１）及び式（２）で規定される厚さの第１の半導体層２１０ａ、及び第２の半導体層２１０ｂからなるペア層を少なくとも１つ含む。また、反射部２１０は、４４以上６１以下のθの値の範囲で式（１）で規定される厚さの第１の半導体層２１０ａと４４以上６１以下のθの値の範囲で式（２）で規定される厚さの第２の半導体層２１０ｂとからなるペア層を少なくとも一つ含む。
【００３４】
そして、複数のペア層はそれぞれ、式（１）及び式（２）のθの値がペア層ごとに異なることにより、互いに異なる厚さを有して形成される。例えば、一のペア層の厚さと他のペア層の厚さとは、互いに異なるように形成される。そして、一のペア層におけるθの値をθａ、他のペア層におけるθの値をθｂにした場合に、一のペア層に含まれる第１の半導体層２１０ａの厚さ及び第２の半導体層２１０ｂの厚さは、θａの値を用いて式（１）及び式（２）から算出され、他のペア層に含まれる第１の半導体層２１０ａの厚さ及び第２の半導体層２１０ｂの厚さは、θａとは異なるθｂの値を用いて式（１）及び式（２）から算出される。なお、ペア層は、λｐ／４ｎＡの１．５倍以上２．０倍以下の厚さＴＡ１を有する第１の半導体層２１０ａと、λｐ／４ｎＢの１．５倍以上２．０倍以下の厚さＴＢ１を有する第２の半導体層２１０ｂとを含むことができる。
【００３５】
本実施の形態に係る反射部２１０は、上記のとおり、４４以上６１以下のθの値を用いて式（１）及び式（２）で規定される厚さを有する第１の半導体層２１０ａと第２の半導体層２１０ｂとを有する。これにより、発光ピーク波長が５７０ｎｍから６５０ｎｍの光（すなわち、第一放射光）を発する発光素子１を製造した場合に、発光素子１を構成するＧａＡｓ系の材料に第一放射光が入射して光励起によって生じる第二放射光は、反射部２１０においてＧａＡｓ系の材料からなる半導体層及び／又は基板側に反射される。
【００３６】
本実施の形態に係る発光素子１はこのような反射部２１０を備えているので、活性層２２２から放射された光が反射部２１０に様々な入射角で入射しても、当該光が反射部２１０において光取り出し面の方向に反射される。
【００３７】
（バッファ層２００、発光部２０）
発光部２０は、第１クラッド層２２０、活性層２２２、及び第２クラッド層２２４を有する。まず、バッファ層２００は、半導体基板１０に接して設けられる。バッファ層２００は、半導体基板１０上に設けられ、例えば、予め定められた導電型のキャリアを含み、予め定められた範囲内のキャリア濃度を有する化合物半導体を用いて形成することができる。例えば、バッファ層２００は、半導体基板１０がｎ型のＧａＡｓ基板から形成される場合、ｎ型のＧａＡｓから形成される。また、第１クラッド層２２０と、活性層２２２と、第２クラッド層２２４とはそれぞれ、例えば、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される三元系、又は四元系のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料から形成される。なお、第１の実施の形態に係る活性層２２２は、例えば、ノンドープのＧａｘＩｎ１−ｘＰ単層（ただし、０≦ｘ≦１）から形成することもできる。
【００３８】
（介在層２３０）
介在層２３０は、第２クラッド層２２４を構成する半導体材料と電流分散層２４０を構成する半導体材料とが互いに異なる場合に、第２クラッド層２２４と電流分散層２４０とのヘテロ界面の電位障壁を低減する半導体材料から形成される。具体的に、介在層２３０は、第２クラッド層２２４と電流分散層２４０との間に設けられる。より具体的に、介在層２３０は、第２クラッド層２２４の活性層２２２の反対側に設けられると共に、第２クラッド層２２４を構成する半導体のバンドギャップエネルギーと電流分散層２４０を構成する半導体のバンドギャップエネルギーとの間のバンドギャップエネルギーを有する半導体材料から形成される。例えば、介在層２３０は、ｐ型のＧａｚＩｎ１−ｚＰ（ただし、ｚは、一例として、０．６≦ｚ≦０．９）から形成される。発光素子１が介在層２３０を備えることにより、発光素子１から製造される発光素子の順方向電圧を低減できる。
【００３９】
（電流分散層２４０）
電流分散層２４０は、発光部２０の反射部２１０の反対側に設けられ、発光素子１に電流が供給された場合に、活性層２２２の平面方向に略均一に電流が供給されるように当該電流を分散させる。また、電流分散層２４０は、活性層２２２が発する光を透過する半導体材料から形成される。例えば、電流分散層２４０は、ｐ型のＧａＰ、ｐ型のＧａＡｓＰ、又はｐ型のＡｌＧａＡｓから形成することができる。更に、電流分散層２４０は、表面に凹凸部２５０を有する。なお、電流分散層２４０は、２．０μｍ以上１０．０μｍ以下の厚さを有する。
【００４０】
（凹凸部２５０）
凹凸部２５０は、電流分散層２４０の表面電極３０が設けられる領域とは異なる表面の領域に設けられる。そして、凹凸部２５０は、電流分散層２４０の発光部２０の反対側の表面を粗面化して形成される。凹凸部２５０は、当該表面を所定のエッチャントでエッチングすることによりランダムな形状を有して形成される。また、凹凸部２５０は、当該表面に予め定められたパターンを有して形成することもできる。更に、凹凸部２５０は、発光素子１から製造される発光素子の光取り出し効率を向上させることを目的として、算術平均粗さＲａが０．０４μｍ以上０．２５μｍ以下であること、二乗平均粗さＲＭＳが０．０５μｍ以上０．３５μｍ以下であること、及び／又は最大高さＲｙが１．０μｍ以上３．０μｍ以下であることが好ましい。
【００４１】
図１Ｃは、本発明の第１の実施の形態に係る発光素子の模式的な平面図である。
【００４２】
（表面電極３０、裏面電極３５）
表面電極３０は、電流分散層２４０の発光部２０の反対側の表面に設けられる。そして、表面電極３０は、電流分散層２４０にオーミック接触する材料から形成される。具体的に、表面電極３０は、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｌ、Ａｕ等の金属材料から選択される少なくとも１つのｐ型電極用の金属材料を含んで形成される。例えば、表面電極３０は、電流分散層２４０の側から第１の表面電極層としてのＡｕＢｅ層（又はＡｕＺｎ層）、第２の表面電極層としてのＮｉ層、第３の表面電極層としてのＡｕ層の順に積層された積層構造を有して形成することができる。なお、表面電極３０は、電流分散層２４０の介在層２３０の反対側の面、つまり、発光素子１の光取り出し面の一部に設けられる。
【００４３】
ここで、第１の表面電極層は、１００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の厚さを有することが好ましい。また、第１の表面電極層をＡｕＢｅ合金から構成する場合、Ｂｅ濃度は１％以下であることが好ましい。一方、第１の表面電極層をＡｕＺｎ合金から構成する場合、Ｚｎ濃度は５％以上１５％以下であることが好ましい。
【００４４】
また、表面電極３０は、図１Ｃに示すように、発光素子１の平面視にて略円形状の円部分３０ａと、円部分３０ａから発光素子１の四隅に向かって延びる４本の足部分３０ｂとを有して形成される。なお、表面電極３０の形状は、例えば、四角形状、菱形形状、多角形状等の形状を有して形成することができる。
【００４５】
裏面電極３５は、半導体基板１０にオーミック接触する材料から形成される。具体的に、裏面電極３５は、Ｇｅ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｌ、Ａｕ等の金属材料から選択される少なくとも１つのｎ型電極用の金属材料を含んで形成される。例えば、裏面電極３５は、半導体基板１０側からＡｕＧｅ、Ｎｉ、Ａｕの順に積層された積層構造を有して形成することができる。なお、裏面電極３５は、半導体基板１０の裏面の全面若しくは略全面に形成される。
【００４６】
（発光素子１の製造方法）
第１の実施の形態に係る発光素子１は、例えば、以下のようにして製造することができる。まず、半導体基板１０を準備する。また、半導体基板１０は、ＬＥＣ法により製造した半導体のインゴットから切り出して作製できる。更に、一例としてＴｅを当該半導体に添加することで、半導体基板１０の導電型をｎ型にすることができる。
【００４７】
そして、半導体基板１０の上に、例えば、有機金属気相成長法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＯＶＰＥ法）によって複数の化合物半導体層（すなわち、バッファ層２００、反射部２１０、第１クラッド層２２０、活性層２２２、第２クラッド層２２４、介在層２３０、電流分散層２４０）を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の半導体積層構造を形成する（成長工程）。
【００４８】
ここで、ＭＯＶＰＥ法を用いた半導体積層構造の形成は、成長温度、成長圧力、半導体積層構造が有する複数の化合物半導体層のそれぞれの成長速度、及びＶ／ＩＩＩ比をそれぞれ予め定められた範囲内の値に制御して実施する。なお、Ｖ／ＩＩＩ比とは、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）等のＩＩＩ族原料のモル数を基準にした場合における、アルシン（ＡｓＨ３）、ホスフィン（ＰＨ３）等のＶ族原料のモル数の比である。
【００４９】
また、ＭＯＶＰＥ法において用いる原料は、Ｇａ原料として、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、又はトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）を用いることができ、Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を用いることができ、Ｉｎ原料としてトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）等の有機金属化合物を用いることができる。また、Ａｓ源としてアルシン（ＡｓＨ３）を用いることができ、Ｐ源としてホスフィン（ＰＨ３）等の水素化物ガスを用いることができる。更に、ｎ型のドーパントの原料は、セレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を用いることができる。そして、ｐ型のドーパントの原料は、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いることができる。
【００５０】
また、ｎ型のドーパントの原料として、モノシラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、ジエチルテルル（ＤＥＴｅ）、又はジメチルテルル（ＤＭＴｅ）を用いることもできる。そして、ｐ型のドーパントの原料として、Ｃｐ２Ｍｇの代わりに、ジメチルジンク（ＤＭＺｎ）又はジエチルジンク（ＤＥＺｎ）を用いることもできる。
【００５１】
なお、半導体基板１０上にバッファ層２００を形成することにより、ＭＯＶＰＥ装置内に残留している、前回の結晶成長時に用いたドーパントの影響（すなわち、炉内メモリーの影響）をキャンセルできる。これにより、エピタキシャルウエハを安定的に製造することができる。また、バッファ層２００を半導体基板１０上にエピタキシャル成長させることで、バッファ層２００上にエピタキシャル成長させる化合物半導体層の結晶性を向上させることができる。
【００５２】
以上の各工程を経ることにより、第１の実施の形態に係る発光素子１用の凹凸部２５０を備えていないエピタキシャルウエハが製造される。
【００５３】
次に、当該エピタキシャルウエハをＭＯＶＰＥ装置から搬出する。そして、フォトリソグラフィー法、成膜法（例えば、真空蒸着法、スパッタ法等）を用いて、エピタキシャルウエハの表面、すなわち、電流分散層２４０の表面に、マトリックス状に配置する複数の表面電極３０を形成する（表面電極形成工程）。なお、表面電極３０の形成にはリフトオフ法を用いることができる。
【００５４】
続いて、半導体基板１０の裏面の略全面に裏面電極３５を形成する。更に、表面電極３０と第２の電流分散層２４４との間、及び裏面電極３５と半導体基板１０裏面との間のそれぞれをオーミック接触させるべく、所定の雰囲気下（例えば、窒素雰囲気等の不活性雰囲気下）、所定の温度、所定の時間、アロイ処理を実施する（アロイ工程）。これにより、ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハが得られる。
【００５５】
続いて、ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハの電流分散層２４０の表面に凹凸化処理（すなわち、粗面化処理）を施すことにより、凹凸部２５０を形成する（凹凸部形成工程）。粗面化処理は、表面電極３０が設けられている領域を除く電流分散層２４０の表面に施す。粗面化処理は、浸食法を用いることができる。例えば、電流分散層２４０がＧａＰから形成されている場合、酢酸系のエッチャントによるエッチングにより実施できる。なお、電流分散層２４０の表面にフォトリソグラフィー法を用いて予め定められたマスクパターンを形成した後、形成したマスクパターンをマスクとして、電流分散層２４０の表面にエッチング処理を施すこともできる。
【００５６】
次に、凹凸部２５０を備えるエピタキシャルウエハを、製造する発光素子１のサイズに合わせて切断することにより、複数の発光素子１が製造される（切断工程）。具体的には、複数の表面電極３０それぞれの間を、製造すべき発光素子１のサイズに合わせてダイシング装置によりダイシングする。なお、ダイシング処理後に、複数の発光素子１の端面にエッチング処理を施すことにより、ダイシングによる機械的ダメージを除去することもできる。
【００５７】
このようにして製造される発光素子１は、例えば、発光ピーク波長が６２０ｎｍ付近の赤色領域の光を発する発光ダイオードである。そして、発光素子１の平面視における形状は略矩形であり、平面視における寸法は、一例として、２７５μｍ角である。なお、発光素子１は、表面電極３０の上にワイヤーボンディング用パッドとしてのパッド電極を更に備えることもできる。
【００５８】
（変形例）
【００５９】
第１の実施の形態に係る発光素子１が備える半導体基板１０、バッファ層２００、反射部２１０、第１クラッド層２２０、第２クラッド層２２４、介在層２３０、及び電流分散層２４０の化合物半導体層は、これらの化合物半導体層を構成する化合物半導体の導電型を、本実施の形態の反対にすることもできる。例えば、半導体基板１０、バッファ層２００、反射部２１０、及び第１クラッド層２２０の導電型をｐ型にすると共に、第２クラッド層２２４、介在層２３０、及び電流分散層２４０の導電型をｎ型にすることもできる。
【００６０】
また、活性層２２２は単層構造ではなく、量子井戸構造を有して形成することもできる。量子井戸構造は、単一量子井戸構造、多重量子井戸構造、又は歪み多重量子井戸構造のいずれの構造からも形成することができる。なお、発光部２０は、第１クラッド層２２０、活性層２２２、及び第２クラッド層２２４以外の半導体層を含んで形成することもできる。
【００６１】
また、第１の実施の形態に係る発光素子１は、赤色を含む光（例えば、発光波長が６２０ｎｍ付近の光）を発する発光素子であるが、反射部２１０がＧａＡｓ系材料からの第二放射光を反射する構成を有する限り、発光素子が発する光の波長はこの波長に限定されない。よって、活性層２２２の構造を制御して、所定の波長範囲の光を発する発光素子を形成することもできる。活性層２２２が発する光としては、例えば、橙色光、黄色光、又は緑色光等が挙げられる。
【００６２】
そして、活性層２２２が発する光の波長に応じて反射部２１０が有する第１の半導体層２１０ａの厚さ及び第２の半導体層２１０ｂの厚さ、及び材質を変えることができる。例えば、発光波長が５７０ｎｍ（すなわち、黄緑色光）の場合、反射部２１０が有する第１の半導体層２１０ａについては、式（１）のθを５６°〜６１°の範囲に設定し、第２の半導体層２１０ｂについては、式（２）のθを５６°〜６１°の範囲に設定してそれぞれの厚さを設計する。
【００６３】
また、発光波長が５８０ｎｍの場合はθを５４°〜５９°の範囲に設定し、発光波長が５９０ｎｍ帯（すなわち、黄色光）の場合はθを５２°〜５７°の範囲に設定することにより反射部２１０が有する第１の半導体層２１０ａの厚さ及び第２の半導体層２１０ｂの厚さを設計する。
【００６４】
また、発光波長が５７０ｎｍ〜５９０ｎｍの範囲においては、反射部２１０は、Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓを用いて第１の半導体層２１０ａ及び第２の半導体層２１０ｂを構成する。これは、仮に第１の半導体層２１０ａ及び第２の半導体層２１０ｂをＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓから構成すると、５７０ｎｍ〜５９０ｎｍの波長の光が反射部２１０に吸収されるからである。
【００６５】
また、発光波長が６００ｎｍ以上である場合、第２の半導体層２１０ｂはＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓから構成できる。そして、発光波長が６００ｎｍ以上である場合、反射部２１０が有する第１の半導体層２１０ａについては、式（１）のθを５２°〜５７°の範囲に設定し、第２の半導体層２１０ｂについては、式（２）のθを５２°〜５７°の範囲に設定してそれぞれの厚さを設計する。
【００６６】
また、発光波長が６１０ｎｍの場合はθを５０°〜５５°の範囲に設定し、発光波長が６３０ｎｍの場合はθを４７°〜５２°の範囲に設定し、６４０ｎｍの場合はθを４６°〜５１°の範囲に設定し、６５０ｎｍの場合はθを４４°〜４９°の範囲に設定することにより反射部２１０が有する第１の半導体層２１０ａの厚さ及び第２の半導体層２１０ｂの厚さを設計する。
【００６７】
（第１の実施の形態の効果）
第１の実施の形態に係る発光素子１は、反射部２１０が第二放射光（例えば、活性層２２２が発する光により半導体基板１０を構成する化合物半導体が光励起され、半導体基板１０から発せられる光）を反射する第１の半導体層２１０ａ及び第２の半導体層２１０ｂからなるペア層を有するので、発光素子１の外部に放射される第二放射光の量を低減できる。
【００６８】
また、第１の実施の形態に係る発光素子１は、複数の入射角に対応して厚さが制御された第１の半導体層２１０ａと第２の半導体層２１０ｂとからなる複数のペア層を有する反射部２１０を備えるので、反射部２１０に様々な入射角から光が入射したとしても、反射部２１０は、当該光を光取り出し面側に反射することができる。更に、発光素子１は、光取り出し面に凹凸部２５０を備えるので、反射部２１０により反射された光を効率的に発光素子１の外部に取り出すことができる。これにより、光取り出し効率が向上された本実施の形態に係る発光素子１を提供することができる。
【００６９】
以上より、第１の実施の形態に係る発光素子１は、活性層２２２が発する光を反射する機能と、活性層２２２が発する光によって励起される第二放射光を反射する機能とを反射部２１０が併せ持つので、不要な波長の光の発光素子１の外部への放射を抑制することができる。更に、発光素子１は、第二放射光を反射する機能を有する半導体層を別途設けることを要さないので、製造コストを大幅に増加させずに発光出力を向上させることができる。
【００７０】
［第２の実施の形態］
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る発光素子の模式的な断面の概要を示す。
【００７１】
第２の実施の形態に係る発光素子１ａは、第１の実施の形態に係る発光素子１と異なり、活性層２２２が第１アンドープ層２２１と第２アンドープ層２２３により挟まれている点を除き、第１の実施の形態に係る発光素子１と略同一の構成を備える。したがって、相違点を除き詳細な説明は省略する。
【００７２】
具体的に、第２の実施の形態に係る発光素子１ａは、半導体基板１０と、半導体基板１０上に形成されるバッファ層２００と、バッファ層２００上に形成される反射部２１０と、反射部２１０上に形成される第１クラッド層２２０と、第１クラッド層２２０上に形成される第１アンドープ層２２１と、第１アンドープ層２２１上に形成される活性層２２２と、活性層２２２上に形成される第２アンドープ層２２３と、第２アンドープ層２２３上に形成される第２クラッド層２２４と、第２クラッド層２２４上に形成される介在層２３０と、介在層２３０上に形成される電流分散層２４０と、電流分散層２４０の表面に形成される凹凸部２５０と、電流分散層２４０の表面の一部に設けられる表面電極３０と、半導体基板１０の裏面の全面若しくは略全面に設けられる裏面電極３５とを備える。
【００７３】
第１アンドープ層２２１は、第１クラッド層２２０中のｎ型ドーパントが活性層２２２中に拡散することを抑制する。また、第２アンドープ層２２３は、第２クラッド層２２４中のｐ型ドーパントが活性層２２２中に拡散することを抑制する。第１アンドープ層２２１及び第２アンドープ層２２３は、例えば、ドーパントを含まない（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰから形成される。活性層２２２を第１アンドープ層２２１と第２アンドープ層２２３とで挟むことにより、第１クラッド層２２０及び第２クラッド層２２４から活性層２２２中へのドーパントの拡散が抑制されるので、発光部２０ａにおける発光効率の向上を図ることができると共に、発光素子１ａの信頼性を向上させることができる。
【００７４】
なお、第２の実施の形態に係る発光素子１ａにおいては、活性層２２２を第１アンドープ層２２１と第２アンドープ層２２３とによって挟んだ構造としたが、第２の実施の形態の変形例においては、第１アンドープ層２２１又は第２アンドープ層２２３のいずれか一方を設けない発光素子を形成することもできる。
【００７５】
［第３の実施の形態］
図３は、本発明の第３の実施の形態に係る発光素子の模式的な断面の概要を示す。
【００７６】
第３の実施の形態に係る発光素子１ｂは、第１の実施の形態に係る発光素子１と異なり、凹凸部２５０上に光取り出し層４０を更に備える点を除き、第１の実施の形態に係る発光素子１と略同一の構成を備える。したがって、相違点を除き詳細な説明は省略する。
【００７７】
発光素子１ｂは、表面電極３０が設けられている領域を除く電流分散層２４０の表面に、活性層２２２が発する光に対して透明であり、電流分散層２４０を構成する半導体の屈折率と空気の屈折率との間の屈折率を有する材料から形成される光取り出し層４０を備える。光取り出し層４０は、活性層２２２が発する光の波長をλｐ、光取り出し層４０を構成する材料の屈折率をｎ、定数Ａ（ただし、Ａは奇数）とした場合に、Ａ×λｐ／（４×ｎ）で規定される値の±３０％の範囲内の厚さｄを有して形成される。
【００７８】
光取り出し層４０は、絶縁体、第１導電型若しくは第２導電型の酸化物、又は第１導電型若しくは第２導電型の窒化物から形成することができる。光取り出し層４０は、例えば、ＳｉＯ２、Ｓｎ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＩＴＯ等の酸化物若しくはＳｉＮ等の窒化物から形成することができる。また、光取り出し層４０を構成する材料は、導電性を有することは要さない。更に、光取り出し層４０を構成する材料の導電型は、ｐ型、ｎ型のいずれであってもよい。
【００７９】
発光素子１ｂは、電流分散層２４０と外部の空気との間に、電流分散層２４０を構成する材料の屈折率と空気の屈折率との間の屈折率を有する光取り出し層４０を備えるので、光取り出し効率を更に向上させることができる。
【００８０】
［第４の実施の形態］
図４は、本発明の第４の実施の形態に係る発光素子の模式的な断面の概要を示す。
【００８１】
第４の実施の形態に係る発光素子１ｃは、第１の実施の形態に係る発光素子１と異なり、電流分散層２４０が複数の電流分散層を有する点を除き、第１の実施の形態に係る発光素子１と略同一の構成を備える。したがって、相違点を除き詳細な説明は省略する。
【００８２】
第４の実施の形態に係る発光素子１ｃが備える電流分散層２４０は、キャリア濃度及び／又は不純物濃度が互いに異なる第１の電流分散層２４２と第２の電流分散層２４４とを有する。第２の電流分散層２４４は、第１の電流分散層２４２よりも半導体基板１０から遠い側に形成され、表面（すなわち、光取り出し面）に凹凸部２５０を有する。すなわち、第２の電流分散層２４４は、電流分散層２４０の最上層を形成する。
【００８３】
第４の実施の形態において、第２の電流分散層２４４は、第１の電流分散層２４２より半導体基板１０から離れた位置に設けられ、第１の電流分散層２４２のキャリア濃度又は不純物濃度より高いキャリア濃度又は不純物濃度を有して形成される。具体的に、第２の電流分散層２４４は、電流分散層２４０中においてキャリア濃度、及び／又は導電型を決定する不純物濃度が最も高い領域であり、発光素子１の主面（すなわち、表面）側に形成される。
【００８４】
また、第２の電流分散層２４４（以下、電流分散最上層という場合がある）は、電流分散層２４０の厚さを超えない範囲内で、１．０μｍ以上３．０μｍ以下の厚さを有することが好ましい。そして、電流分散最上層の不純物濃度は、電流分散層２４０が有する他の電流分散層の中で最も高く設定されることが好ましい。
【実施例１】
【００８５】
実施例１に係る発光素子として、第１の実施の形態に係る発光素子１に対応する発光素子であって、発光ピーク波長が６２０ｎｍ付近の橙色の発光素子を製造した。また、比較例に係る発光素子として、実施例１とは反射部２１０の構成のみが異なる発光素子も製造した。
【００８６】
具体的に、まず、１５°オフのオフ角を有する半導体基板１０としてのｎ型ＧａＡｓ基板上に、ＭＯＶＰＥ法を用いてｎ型ＧａＡｓからなるバッファ層（ただし、Ｓｅドープ、キャリア濃度：１×１０１８／ｃｍ３、膜厚２００ｎｍ）と、第１の半導体層２１０ａとしてのＡｌＡｓ層と、第２の半導体層２１０ｂとしてのＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層とからなるペア層を５０ペア含む反射部２１０とをエピタキシャル成長させた。なお、反射部２１０を構成する各半導体層のキャリア濃度は、約１×１０１８／ｃｍ３に制御した。
【００８７】
更に、反射部２１０の上に第１クラッド層２２０としてのｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層（ただし、Ｓｅドープ、キャリア濃度：４×１０１７／ｃｍ３、膜厚４００ｎｍ）と、活性層２２２としてのアンドープの多重量子井戸層（ただし、膜厚は約４００ｎｍ）と、第２クラッド層２２４としてのｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層（ただし、Ｍｇドープ、キャリア濃度：２×１０１７／ｃｍ３、膜厚５００ｎｍ）と、介在層２３０としてのｐ型Ｇａ０．７Ｉｎ０．３Ｐ介在層（ただし、Ｍｇドープ、キャリア濃度：６×１０１８／ｃｍ３、膜厚２０ｎｍ）と、電流分散層２４０としてのｐ型ＧａＰ電流分散層（ただし、Ｍｇドープ、キャリア濃度：２×１０１８／ｃｍ３、膜厚８０００ｎｍ）とを順次エピタキシャル成長させた。
【００８８】
なお、ＭＯＶＰＥ成長での成長温度は、ｎ型ＧａＡｓからなるバッファ層からｐ型Ｇａ０．７Ｉｎ０．３Ｐ介在層までの成長温度を６５０℃に設定すると共に、ｐ型ＧａＰ電流分散層の成長温度を６７５℃に設定した。また、その他の成長条件は、成長圧力を６６６６．１Ｐａ（５０Ｔｏｒｒ）に設定すると共に、複数の化合物半導体層のそれぞれの成長速度を０．３ｎｍ／ｓｅｃから１．５ｎｍ／ｓｅｃに設定した。また、Ｖ／ＩＩＩ比は、約１５０に設定した。ただし、ｐ型ＧａＰ電流分散層の成長におけるＶ／ＩＩＩ比は、２５に設定した。ＭＯＶＰＥ成長において用いた原料等は、第１の実施の形態において説明したので詳細な説明は省略する。
【００８９】
また、活性層２２としては、発光波長λｐが６２０ｎｍの場合、井戸層としてのＧａＩｎＰ層（例えば、４ｎｍの厚さ）と、バリア層としてのＡｌ０．５Ｇａ０．５ＩｎＰ層（例えば、７．５ｎｍの厚さ）とからなるペアを２０〜４０ペア有するアンドープの多重量子井戸層を用いることができる。なお、井戸層の厚さを３．５ｎｍに、バリア層の厚さを７．５ｎｍに固定し、井戸層のＡｌ組成を変更して発光波長を、例えば、５７０ｎｍ又は５９０ｎｍに調整することができる（なお、ペアの数は２０〜８０ペアで調整する。）。
【００９０】
ここで、反射部２１０について詳細に説明する。反射部２１０が有する複数のペア層の第１の半導体層２１０ａであるＡｌＡｓ層の厚さ、及び第２の半導体層２１０ｂであるＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層の厚さはそれぞれ、式（１）及び式（２）から算出される厚さに制御した。すなわち、λｐとしては活性層２２２から放出される光の発光ピーク波長「６２０ｎｍ」を、ｎＡとしてはＡｌＡｓ層の屈折率「３．１２５」を、ｎＢとしてはＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層の屈折率「３．５３６」を、ｎＩｎとしてはｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層の屈折率「３．１２７」を用いた。更に、式（１）及び式（２）中の角度θは、０°〜７０°を用いた。なお、この場合において、１つのペア層になるＡｌＡｓ層と、Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層のθの値は同一である。
【００９１】
また、反射部２１０が有する１つのペア層の厚さは式（１）及び式（２）から設定されるので、θの値により異なる。実施例１においては、θを７０°に設定した第１の半導体層２１０ａ及び第２の半導体層２１０ｂを、反射部２１０は少なくとも１ペア含む。また、反射部２１０は、θが７０°とは異なる少なくとも２種類のθの値に設定した第１の半導体層２１０ａ及び第２の半導体層２１０ｂを含む。具体的には、θの値が１０°及び４０°に設定した第１の半導体層２１０ａ及び第２の半導体層２１０ｂを含む。
【００９２】
したがって、実施例１においては、式（１）及び式（２）のθとして、１０°に設定した第１の半導体層２１０ａ及び第２の半導体層２１０ｂからなる第１のペア層と、４０°に設定した第１の半導体層２１０ａ及び第２の半導体層２１０ｂからなる第２のペア層と、７０°に設定した第１の半導体層２１０ａ及び第２の半導体層２１０ｂからなる第３のペア層とを反射部２１０は有する。
【００９３】
また、反射部２１０は、全体の厚さが約６．０μｍになるように形成した。具体的には、式（１）及び式（２）のθの値を変化させ、反射部２１０が有する複数の第１の半導体層２１０ａの厚さ、第２の半導体層２１０ｂの厚さ、及びペア層の数を、反射部２１０の全体の厚さが約６．０μｍになるように決定した。
【００９４】
更に、実施例１においては、反射部２１０に、発光ピーク波長が６２０ｎｍの第一放射光を電流分散層２４０の側に反射すると共に、第一放射光によって半導体基板１０とバッファ層２００とで生じる第二放射光（約８７０ｎｍの光）を半導体基板１０側に反射する機能を併せ持たせた。
【００９５】
なお、発光素子１に、反射部２１０と半導体基板１０との間に設けられる第２反射部を更に備えさせることもできる。つまり、第３の半導体層と、第３の半導体層とは異なる第４の半導体層とからなるペア層を複数有する第２反射部を、反射部２１０と半導体基板１０との間に設けることもできる。第２反射部を設けることにより、第二放射光を更に低減することができる。
【００９６】
この場合、第３の半導体層は、λｐ２を８７０±３０ｎｍとし、第３の半導体層の屈折率をｎＣとした場合に、式（３）で定められる厚さＴＣを有して形成される。また、第４の半導体層は、第４の半導体層の屈折率をｎＤとした場合に、式（４）で定められる厚さＴＤを有して形成される。なお、第３の半導体層及び第４の半導体層は、互いに屈折率の異なるＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ただし、０≦ｘ≦１））又は互いに屈折率の異なる（ＡｌｙＧａ１−ｙ）ｚＩｎ１−ｚＰ（ただし、０≦ｙ≦１、０．４≦ｚ≦０．６）から形成することができる。例えば、第３の半導体層はＡｌＡｓから、第４の半導体層はＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓから形成することができる。
【００９７】
【数７】
【００９８】
【数８】
【００９９】
ここで、第３の半導体層の膜厚は、第二放射光のピーク波長が８７０ｎｍの場合、８７０／４ｎｃ（ただし、ｎｃ＝２．９８０６）から７３．０ｎｍになる。また、第４の半導体層の膜厚は、８７０／４ｎＤ（ただし、ｎＤ＝３．２５５３）から６６．８ｎｍになる。よって、ピーク波長が８７０ｎｍの第二放射光を反射部２１０において反射させる事を目的として、反射部２１０は、７３．０ｎｍ厚の第３の半導体層と、６６．８ｎｍ厚の第４の半導体層とを有することが要求される（第３の半導体層の厚さと第４の半導体層の厚さとの合計の厚さは１３９．８ｎｍである。）。
【０１００】
そして、活性層２２２で発生した光のうち、所定の角度で反射部２１０に入射した光は光取り出し面側に反射されることにより、電流分散層２４０の表面から発光素子１の外部に放射される。また、反射部２１０により反射されずに透過した光によって半導体基板１０及びバッファ層２００を光励起することにより発生する第二放射光は、反射部２１０によって半導体基板１０側に反射され、時間の経過と共に熱へと変化する。
【０１０１】
第一放射光によって半導体基板１０とバッファ層２００とで生じる第二放射光の半値幅は広いので、８４０ｎｍから９００ｎｍの範囲の波長の光が第二放射光には含まれる。したがって、反射部２１０は、この波長範囲の光を反射する機能を有することが好ましい。よって、実施例１においては、波長が８４０ｎｍ〜９００ｎｍの光を反射部２１０において反射させるべく、θの値を４９、５０、５１、５２、５３、５４に設定して式（１）及び式（２）から求めた膜厚の第１の半導体層２１０ａと第２の半導体層２１０ｂとを有する反射部２１０を形成した。
【０１０２】
具体的な反射部２１０の構成を表１に示す。なお、表１には、比較例の反射部の構成も示す。
【０１０３】
【表１】
【０１０４】
表１に示すように、実施例１に係る発光素子の反射部２１０の構造は以下のとおりである。すなわち、まず、ｎ型ＧａＡｓバッファ層上に、θを７０°に設定して式（１）及び式（２）から算出される厚さを有するＡｌＡｓ層とＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層とからなるペア層（以下、「７０°ＤＢＲ層」という）を２ペア形成した。次に、７０°ＤＢＲ層の上にθを６０°に設定して式（１）及び式（２）から算出される厚さを有するＡｌＡｓ層とＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層とからなるペア層（以下、「６０°ＤＢＲ層」という）を４ペア形成した。そして、６０°ＤＢＲ層の上にθを５４°に設定して式（１）及び式（２）から算出される厚さを有するＡｌＡｓ層とＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層とからなるペア層（以下、「５４°ＤＢＲ層」という）を１ペア形成した。
【０１０５】
更に、５４°ＤＢＲ層の上にθを５３°に設定して式（１）及び式（２）から算出される厚さを有するＡｌＡｓ層とＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層とからなるペア層（以下、「５３°ＤＢＲ層」という）を１ペア形成した。そして、５３°ＤＢＲ層の上にθを５２°に設定して式（１）及び式（２）から算出される厚さを有するＡｌＡｓ層とＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層とからなるペア層（以下、「５２°ＤＢＲ層」という）を２ペア形成した。
【０１０６】
更に、５２°ＤＢＲ層の上にθを５１°に設定して式（１）及び式（２）から算出される厚さを有するＡｌＡｓ層とＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層とからなるペア層（以下、「５１°ＤＢＲ層」という）を２ペア形成した。そして、５１°ＤＢＲ層の上に、θを５０°に設定して式（１）及び式（２）から算出される厚さを有するＡｌＡｓ層とＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層とからなるペア層（以下、「５０°ＤＢＲ層」という）を１ペア形成した。
【０１０７】
更に、５０°ＤＢＲ層の上にθを４９°に設定して式（１）及び式（２）から算出される厚さを有するＡｌＡｓ層とＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層とからなるペア層（以下、「４９°ＤＢＲ層」という）を１ペア形成した。そして、４９°ＤＢＲ層の上に、θを４０°に設定して式（１）及び式（２）から算出される厚さを有するＡｌＡｓ層とＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層とからなるペア層（以下、「４０°ＤＢＲ層」という）を８ペア形成した。
【０１０８】
更に、４０°ＤＢＲ層の上にθを３０°に設定して式（１）及び式（２）から算出される厚さを有するＡｌＡｓ層とＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層とからなるペア層（以下、「３０°ＤＢＲ層」という）を８ペア形成した。そして、３０°ＤＢＲ層の上に、θを２０°に設定して式（１）及び式（２）から算出される厚さを有するＡｌＡｓ層とＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層とからなるペア層（以下、「２０°ＤＢＲ層」という）を９ペア形成した。
【０１０９】
更に、２０°ＤＢＲ層の上にθを１０°に設定して式（１）及び式（２）から算出される厚さを有するＡｌＡｓ層とＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層とからなるペア層（以下、「１０°ＤＢＲ層」という）を９ペア形成した。そして、１０°ＤＢＲ層の上に、θを０°に設定して式（１）及び式（２）から算出される厚さを有するＡｌＡｓ層とＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層とからなるペア層（以下、「０°ＤＢＲ層」という）を２ペア形成した。このような５０ペアのペア層を有する反射部２１０をｎ型ＧａＡｓバッファ層上に形成した。
【０１１０】
このようにして、実施例１に係るエピタキシャルウエハを複数枚、製造した。なお、表１に示す反射部を備える比較例に係るエピタキシャルウエハも同様にして製造した。
【０１１１】
以上のようにして製造した実施例１に係る複数のエピタキシャルウエハ及び比較例に係るエピタキシャルウエハの表面に、直径が１００μｍの円部分と、円部分の外縁から延びる４本の足部分とを有する表面電極３０をマトリックス状に配列するように形成した。表面電極３０の形成には、フォトリソグラフィー法を用いた。
【０１１２】
すなわち、エピタキシャルウエハの表面にフォトレジストを塗布した後、マスクアライナーを用いたフォトリソグラフィー法により、複数の表面電極３０が形成される領域のそれぞれに開口を有するマスクパターンをエピタキシャルウエハの表面に形成した。その後、真空蒸着法を用いて開口にＡｕＢｅ合金（厚さ４０ｎｍ）と、Ｎｉ（厚さ１０ｎｍ）と、Ａｕ（厚さ１０００ｎｍ）とをこの順に蒸着した。各金属を蒸着後、エピタキシャルウエハに形成されたマスクパターンをリフトオフ法により除去することにより、エピタキシャルウエハの表面に表面電極３０を形成した。
【０１１３】
次に、エピタキシャルウエハの裏面、すなわち、表面電極３０が形成された面の反対側の面の全面に、真空蒸着法を用いて裏面電極３５を形成した。裏面電極３５は、６０ｎｍ厚のＡｕＧｅと、１０ｎｍ厚のＮｉと、５００ｎｍ厚のＡｕとをこの順に蒸着することにより形成した。表面電極３０及び裏面電極３５を形成した後、電極を合金化するアロイ工程を実施した。具体的には、表面電極３０及び裏面電極３５が形成されたエピタキシャルウエハを、窒素ガス雰囲気中、４００℃にて５分間加熱することにより実施した。
【０１１４】
これにより、実施例１に係る複数のＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ、及び比較例に係るＬＥＤ用のエピタキシャルウエハを製造した。
【０１１５】
次に、実施例１及び比較例に係るＬＥＤ用のエピタキシャルウエハの表面電極３０が形成されている領域を除く電流分散層２４０の表面のそれぞれに粗面化処理を施した。具体的には、酢酸系のエッチャントを用い、３０秒間の粗面化処理を電流分散層２４０の表面に施した。
【０１１６】
なお、実施例１に係る複数のＬＥＤ用のエピタキシャルウエハの一部を用い、エッチング時間と電流分散層２４０の表面の凹凸との関係も調査した。
【０１１７】
図５は、エッチング時間と平均粗さ及び二乗平均粗さとの関係を示す。
【０１１８】
具体的にはエッチング時間を、１５秒、３０秒、６０秒、９０秒のそれぞれに設定し、エッチング時間と凹凸との関係を調査した。その結果、Ｒａ（平均粗さ）は０．０４〜０．２５μｍ、ＲＭＳ（二乗平均粗さ）は０．０５〜０．３５、Ｒｙ（最大高さ）は１．４〜２．６μｍであった。
【０１１９】
続いて、３０秒間の粗面化処理を電流分散層２４０の表面に施した実施例１に係るＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ、及び比較例に係るＬＥＤ用のエピタキシャルウエハのそれぞれについて、表面電極３０が中心になるようにダイシング装置を用いて切断した。
【０１２０】
これにより、実施例１に係るＬＥＤベアチップと比較例に係るＬＥＤベアチップとを作製した。なお、チップサイズはいずれも２７５μｍ角である。
【０１２１】
次に、作製したＬＥＤベアチップ（ただし、ウエハの中心付近から採取したＬＥＤベアチップ）のそれぞれをＴＯ−１８ステムにＡｇペーストを用いてダイボンディングした。そして、ＴＯ−１８ステムにマウントされたＬＥＤベアチップの表面電極３０にＡｕからなるワイヤーを用いてワイヤーボンディングして、実施例１に係る発光素子、及び比較例に係る発光素子をそれぞれ作製した。
【０１２２】
上述のように作製した実施例１及び比較例に係る発光素子の初期特性を評価した。その結果、実施例１に係る発光素子の発光出力は３．６７ｍＷであり、比較例に係る発光素子の発光出力は３．６３ｍＷであった。また、実施例１に係る発光素子の発光ピーク波長は６２０ｎｍであり、比較例に係る発光素子の発光ピーク波長は６２１ｎｍであった。更に、実施例１に係る発光素子の順方向電圧（Ｖｆ）及び比較例に係る発光素子の順方向電圧はいずれも１．９２Ｖであった。なお、評価時の通電電流は２０ｍＡである。
【０１２３】
一方、比較例に係る発光素子の第一放射光に対する第二放射光の強度の割合（すなわち、「第二放射光／第一放射光×１００」で算出）は、０．３０％であったが、実施例１に係る発光素子においては０．０１％であった。
【０１２４】
また、室温、５０ｍＡの通電条件で１６８時間の通電試験を実施した。その結果、実施例１に係る発光素子の相対出力は９６から１０５％であり、比較例に係る発光素子と同等の特性であった。なお、相対出力は、「１６８時間通電後の発光出力／初期の発光出力×１００」で算出した。なお、５０ｍＡの通電前後ともに、評価時の通電電流は２０ｍＡに設定した。
【０１２５】
なお、電流分散層２４０の表面に施したエッチング時間が、３０秒を除く、１５秒、６０秒、９０秒であるＬＥＤ用のエピタキシャルウエハからも発光素子を作製した。そして、各発光素子の特性も確認したところ、３０秒のエッチングを施して作製した実施例１に係る発光素子と同等の特性（すなわち、±３％の際の範囲内に各特性の値が含まれた）であることが確認された。
【０１２６】
以上、本発明の実施の形態及び実施例を説明したが、上記に記載した実施の形態及び実施例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態及び実施例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
【符号の説明】
【０１２７】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ 発光素子
１０ 半導体基板
２０、２０ａ 発光部
３０ 表面電極
３０ａ 円部分
３０ｂ 足部分
３５ 裏面電極
４０ 光取り出し層
２００ バッファ層
２１０ 反射部
２１０ａ 第１の半導体層
２１０ｂ 第２の半導体層
２２０ 第１クラッド層
２２１ 第１アンドープ層
２２２ 活性層
２２３ 第２アンドープ層
２２４ 第２クラッド層
２３０ 介在層
２４０ 電流分散層
２４２ 第１の電流分散層
２４４ 第２の電流分散層
２５０ 凹凸部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
第１導電型の第１クラッド層と、前記第１導電型とは異なる第２導電型の第２クラッド層とに挟まれる活性層を有する発光部と、
前記半導体基板と前記発光部との間に設けられ、前記活性層が発する光を反射する反射部と、
前記発光部の前記反射部の反対側に設けられる電流分散層と
を備え、
前記反射部が、第１の半導体層と、前記第１の半導体層とは異なる第２の半導体層とからなるペア層を複数有して形成され、
前記第１の半導体層が、前記活性層が発する光のピーク波長をλｐ、前記第１の半導体層の屈折率をｎＡ、前記第２の半導体層の屈折率をｎＢ、前記第１クラッド層の屈折率をｎＩｎ、前記第１クラッド層から前記第２の半導体層への光の入射角をθとした場合に、式（１）で定められる厚さＴＡ１を有し、
前記第２の半導体層が、式（２）で定められる厚さＴＢ１を有し、
前記ペア層が、４４以上６１以下のθの値の範囲で前記式（１）及び前記式（２）で規定される厚さの前記第１の半導体層及び前記第２の半導体層を含むと共に、４４以上６１以下のθの値の範囲で前記式（１）で規定される厚さの前記第１の半導体層と４４以上６１以下のθの値の範囲で前記式（２）で規定される厚さの前記第２の半導体層とからなるペア層を含む発光素子。
【数９】
【数１０】
【請求項２】
前記第２クラッド層と前記電流分散層との間に設けられる介在層
を更に備え、
前記介在層は、前記第２クラッド層を構成する半導体のバンドギャップエネルギーと、前記電流分散層を構成する半導体のバンドギャップエネルギーとの間のバンドギャップエネルギーを有する半導体から形成される請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記ペア層が、λｐ／４ｎＡの１．５倍以上の厚さＴＡ１を有する前記第１の半導体層と、λｐ／４ｎＢの１．５倍以上の厚さＴＢ１を有する前記第２の半導体層とを含む請求項２に記載の発光素子。
【請求項４】
前記反射部と前記半導体基板との間に設けられる第２反射部
を更に備え、
前記第２反射部が、第３の半導体層と、前記第３の半導体層とは異なる第４の半導体層とからなるペア層を複数有して形成され、
前記第３の半導体層が、λｐ２を８７０±３０ｎｍとし、前記第３の半導体層の屈折率をｎＣとした場合に、式（３）で定められる厚さＴＣを有し、
前記第４の半導体層が、前記第４の半導体層の屈折率をｎＤとした場合に、式（４）で定められる厚さＴＤを有する請求項３に記載の発光素子。
【数１１】
【数１２】
【請求項５】
前記反射部及び前記第２反射部が、前記活性層を構成する半導体のバンドギャップより大きなバンドギャップを有し、前記活性層から発せられる光に対して透明であるＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ただし、０≦ｘ≦１）から形成される請求項４に記載の発光素子。
【請求項６】
前記第１の半導体層及び前記第２の半導体層が、互いに屈折率の異なるＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ただし、０≦ｘ≦１）又は互いに屈折率の異なる（ＡｌｙＧａ１−ｙ）ｚＩｎ１−ｚＰ（ただし、０≦ｙ≦１、０．４≦ｚ≦０．６）から形成され、
前記第３の半導体層及び前記第４の半導体層が、互いに屈折率の異なるＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ただし、０≦ｘ≦１））又は互いに屈折率の異なる（ＡｌｙＧａ１−ｙ）ｚＩｎ１−ｚＰ（ただし、０≦ｙ≦１、０．４≦ｚ≦０．６）から形成される請求項５に記載の発光素子。
【請求項７】
前記電流分散層が、複数の電流分散層を有し、
前記複数の電流分散層のうち、前記半導体基板とは反対側に位置する電流分散層が、前記複数の電流分散層の中でキャリア濃度及び導電型を決定する不純物濃度が最も高い請求項６に記載の発光素子。
【請求項８】
前記電流分散層の前記発光部の反対側の表面に設けられる表面電極と、
前記電流分散層の前記表面電極が設けられる領域とは異なる前記表面の領域に設けられる凹凸部と、
前記凹凸部の表面に設けられ、前記活性層が発する光に対して透明であり、前記電流分散層を構成する半導体の屈折率と空気の屈折率との間の屈折率を有する材料からなる光取り出し層とを更に備える請求項７に記載の発光素子。
【請求項９】
前記光取り出し層が、前記活性層が発する光の波長をλｐ、前記光取り出し層を構成する材料の屈折率をｎ、定数Ａ（ただし、Ａは奇数）とした場合に、Ａ×λｐ／（４×ｎ）で規定される値の±３０％の範囲内の厚さｄを有する請求項８に記載の発光素子。
【請求項１０】
前記光取り出し層が、絶縁体、第１導電型若しくは第２導電型の酸化物、又は、第１導電型若しくは第２導電型の窒化物を含んで形成される請求項９に記載の発光素子。
【請求項１】
半導体基板と、
第１導電型の第１クラッド層と、前記第１導電型とは異なる第２導電型の第２クラッド層とに挟まれる活性層を有する発光部と、
前記半導体基板と前記発光部との間に設けられ、前記活性層が発する光を反射する反射部と、
前記発光部の前記反射部の反対側に設けられる電流分散層と
を備え、
前記反射部が、第１の半導体層と、前記第１の半導体層とは異なる第２の半導体層とからなるペア層を複数有して形成され、
前記第１の半導体層が、前記活性層が発する光のピーク波長をλｐ、前記第１の半導体層の屈折率をｎＡ、前記第２の半導体層の屈折率をｎＢ、前記第１クラッド層の屈折率をｎＩｎ、前記第１クラッド層から前記第２の半導体層への光の入射角をθとした場合に、式（１）で定められる厚さＴＡ１を有し、
前記第２の半導体層が、式（２）で定められる厚さＴＢ１を有し、
前記ペア層が、４４以上６１以下のθの値の範囲で前記式（１）及び前記式（２）で規定される厚さの前記第１の半導体層及び前記第２の半導体層を含むと共に、４４以上６１以下のθの値の範囲で前記式（１）で規定される厚さの前記第１の半導体層と４４以上６１以下のθの値の範囲で前記式（２）で規定される厚さの前記第２の半導体層とからなるペア層を含む発光素子。
【数９】
【数１０】
【請求項２】
前記第２クラッド層と前記電流分散層との間に設けられる介在層
を更に備え、
前記介在層は、前記第２クラッド層を構成する半導体のバンドギャップエネルギーと、前記電流分散層を構成する半導体のバンドギャップエネルギーとの間のバンドギャップエネルギーを有する半導体から形成される請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記ペア層が、λｐ／４ｎＡの１．５倍以上の厚さＴＡ１を有する前記第１の半導体層と、λｐ／４ｎＢの１．５倍以上の厚さＴＢ１を有する前記第２の半導体層とを含む請求項２に記載の発光素子。
【請求項４】
前記反射部と前記半導体基板との間に設けられる第２反射部
を更に備え、
前記第２反射部が、第３の半導体層と、前記第３の半導体層とは異なる第４の半導体層とからなるペア層を複数有して形成され、
前記第３の半導体層が、λｐ２を８７０±３０ｎｍとし、前記第３の半導体層の屈折率をｎＣとした場合に、式（３）で定められる厚さＴＣを有し、
前記第４の半導体層が、前記第４の半導体層の屈折率をｎＤとした場合に、式（４）で定められる厚さＴＤを有する請求項３に記載の発光素子。
【数１１】
【数１２】
【請求項５】
前記反射部及び前記第２反射部が、前記活性層を構成する半導体のバンドギャップより大きなバンドギャップを有し、前記活性層から発せられる光に対して透明であるＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ただし、０≦ｘ≦１）から形成される請求項４に記載の発光素子。
【請求項６】
前記第１の半導体層及び前記第２の半導体層が、互いに屈折率の異なるＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ただし、０≦ｘ≦１）又は互いに屈折率の異なる（ＡｌｙＧａ１−ｙ）ｚＩｎ１−ｚＰ（ただし、０≦ｙ≦１、０．４≦ｚ≦０．６）から形成され、
前記第３の半導体層及び前記第４の半導体層が、互いに屈折率の異なるＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ただし、０≦ｘ≦１））又は互いに屈折率の異なる（ＡｌｙＧａ１−ｙ）ｚＩｎ１−ｚＰ（ただし、０≦ｙ≦１、０．４≦ｚ≦０．６）から形成される請求項５に記載の発光素子。
【請求項７】
前記電流分散層が、複数の電流分散層を有し、
前記複数の電流分散層のうち、前記半導体基板とは反対側に位置する電流分散層が、前記複数の電流分散層の中でキャリア濃度及び導電型を決定する不純物濃度が最も高い請求項６に記載の発光素子。
【請求項８】
前記電流分散層の前記発光部の反対側の表面に設けられる表面電極と、
前記電流分散層の前記表面電極が設けられる領域とは異なる前記表面の領域に設けられる凹凸部と、
前記凹凸部の表面に設けられ、前記活性層が発する光に対して透明であり、前記電流分散層を構成する半導体の屈折率と空気の屈折率との間の屈折率を有する材料からなる光取り出し層とを更に備える請求項７に記載の発光素子。
【請求項９】
前記光取り出し層が、前記活性層が発する光の波長をλｐ、前記光取り出し層を構成する材料の屈折率をｎ、定数Ａ（ただし、Ａは奇数）とした場合に、Ａ×λｐ／（４×ｎ）で規定される値の±３０％の範囲内の厚さｄを有する請求項８に記載の発光素子。
【請求項１０】
前記光取り出し層が、絶縁体、第１導電型若しくは第２導電型の酸化物、又は、第１導電型若しくは第２導電型の窒化物を含んで形成される請求項９に記載の発光素子。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−８４６９２（Ｐ２０１２−８４６９２Ａ）
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２９７０４（Ｐ２０１０−２２９７０４）
【出願日】平成２２年１０月１２日（２０１０．１０．１２）
【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２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１２日（２０１０．１０．１２）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
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