JP2010141225A - 半導体発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体発光素子の光取出効率を向上する。
【解決手段】発光層５を有するIII−Ｖ族化合物半導体層２１の第一の主表面上に表面電極１３が形成され、第二の主表面側には反射金属膜１０が形成され、反射金属膜１０を介して半導体層２１と支持基板１１とが接合され、反射金属膜１０の半導体層２１側の面の一部にオーミックコンタクト接合部９が表面電極１３の直下以外の領域に配置された半導体発光素子２０において、半導体発光素子２０は１辺が３２０μｍ以下であり、表面電極１３は多角または丸形状で外周の長さが２３５μｍ以上７００μｍ以下であり、オーミックコンタクト接合部９が半導体発光素子２０の外周側又は外周近傍に配置され、表面電極１３側からみたときに、オーミックコンタクト接合部９が表面電極１３を包囲し、且つ表面電極１３の外縁部の各位置から最も近いオーミックコンタクト接合部９までの距離Ｌが等しくなるように配置される。
【選択図】図７

Description

本発明は、発光層を有するIII−Ｖ族化合物半導体層と支持基板との間にオーミックコ
ンタクト接合部および金属反射膜を挟んだ構造の半導体発光素子に関し、特に光の取出効率の向上を図った半導体発光素子に関する。

従来、半導体発光素子である発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）は、近年、ＧａＮ系やＡｌＧａＩｎＰ系の高品質結晶をＭＯＶＰＥ法（有機金属気相成長法）で成長可能になったことから、青色、緑色、橙色、黄色、赤色の高輝度ＬＥＤが製作できるようになった。そして、ＬＥＤの高輝度化に伴い、その用途は自動車のブレーキランプや液晶ディスプレイのバックライト等へ広がりその需要は年々増加している。

現在、ＭＯＶＰＥ法によって高品質の結晶が成長可能となってから、発光素子の内部効率は理論値限界値に近づきつつある。しかし、発光素子からの光取出効率はまだまだ低く、光取出効率を向上することが重要となっている。例えば、高輝度赤色ＬＥＤは、ＡｌＧａＩｎＰ系の材料で形成され、その発光部は、導電性のＧａＡｓ基板上に格子整合する組成のＡｌＧａＩｎＰ系の材料から成るｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層とｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層とそれらに挟まれたＡｌＧａＩｎＰ又はＧａＩｎＰから成る発光層（活性層）とを有するダブルヘテロ構造になっている。しかしながら、ＧａＡｓ基板のバンドギャップは発光層のバンドギャップよりも狭い為に、発光層からの光の多くがＧａＡｓ基板に吸収され、光の取出効率が著しく低下してしまう。

そこで、ＧａＡｓ基板による光の吸収を低減するために、従来、次のような方法が採用されていた。
発光層とＧａＡｓ基板の間に、屈折率の異なる半導体層から成る多層反射膜構造を形成することによって、ＧａＡｓ基板での光の吸収を低減し、光の取出効率を向上させる方法が知られている。しかし、この方法では、多層反射膜構造への限定された入射角を持つ光しか反射することが出来ない。

また、ＡｌＧａＩｎＰ系の材料から成るダブルヘテロ構造を反射率の高い金属反射膜を介して、ＧａＡｓ基板よりも熱伝導率の良いＳｉ支持基板に貼り付け、その後、半導体成長用に用いたＧａＡｓ基板を除去する方法が考案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法で用いた金属反射膜では、金属反射膜への光の入射角を選ばずに高い反射が可能となるため、ＬＥＤの高輝度化が実現されている。

発光層とＳｉ支持基板との間に金属反射膜を挟んだ上記ＬＥＤ構造においては、金属反射膜として反射率の高い金属、具体的には、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇを用いると、化合物半導体と電気的にオーミック接続が取れないため、金属反射膜の一部をオーミックコンタクト接合部としている。そのため、ＬＥＤ素子に注入された電子または正孔は、発光部上部に形成された表面電極からオーミックコンタクト接合部を通ってＳｉ支持基板へと流れる。その際、表面電極とオーミックコンタクト接合部との間にある活性層で発光する。発光した光は発光部上部の半導体層表面（光取出面）から発光素子外部へ取り出される。

特開２００５−１７５４６２号公報

ところで、発光層とＳｉ支持基板との間にオーミックコンタクト接合部および金属反射膜を挟んだ上記従来のＬＥＤ構造にあっては、発光した光の一部は光取出面と金属反射膜との間で多重反射されるが、光がオーミックコンタクト接合部および表面電極に到達した場合、オーミックコンタクト接合部も表面電極も共に発光した光に対しての吸収が高いため、光を発光素子外部に取り出せなくなる。特に、表面電極は、オーミックコンタクト部と比較して面積が大きいため、発光素子全体での大きな吸収要因となる。このため、表面電極の面積を小さくする必要がある。しかし、単純な円形状などの表面電極では、面積を小さくすると電流分散性が悪くなる。

そこで、発光素子内に電流を均一に分散させるように、表面電極を円形の中心部から線状に電極を延ばした形状の表面電極（例えば、図１０参照）など、種々の表面電極形状を工夫して、光の取出効率の向上のみならず、順方向電圧の低減などの特性向上を図っている。

しかしながら、表面電極での光吸収を減少させるために、表面電極の直下以外の領域にオーミックコンタクト接合部が配置された電流狭窄構造の発光素子にあっては、発光素子のチップサイズが小さな場合、線状に電極を延ばしたような複雑な形状の表面電極は、結果的に表面電極面積の増加となり、光の取出効率が低下してしまう。

本発明は、上記課題を解決し、光の取出効率の向上が図れる半導体発光素子を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は次のように構成されている。

本発明の第１の態様は、発光層を有するIII−Ｖ族化合物半導体層を備え、前記III−Ｖ族化合物半導体層の第一の主表面側には光取出面が形成され、第二の主表面側には前記発光層からの光を前記光取出面側に反射する反射金属膜が形成され、前記反射金属膜を介して前記III−Ｖ族化合物半導体層と支持基板とが接合されており、前記III−Ｖ族化合物半導体層の第一の主表面上に表面電極が形成され、前記反射金属膜の前記III−Ｖ族化合物
半導体層側の面の一部にオーミックコンタクト接合部が前記表面電極の直下以外の領域に配置された半導体発光素子おいて、前記半導体発光素子は１辺が３２０μｍ以下の四角形状であり、前記表面電極は多角形状または丸形状からなり、前記表面電極の外周の長さが２３５μｍ以上７００μｍ以下であり、前記オーミックコンタクト接合部が前記半導体発光素子の外周部側に配置され、前記表面電極側から前記オーミックコンタクト接合部をみたときに、前記オーミックコンタクト接合部が前記表面電極を包囲するように形成され、且つ前記表面電極の外縁部の各位置から最も近い前記オーミックコンタクト接合部までの距離が等しくなるように配置されていることを特徴とする半導体発光素子である。

本発明の第２の態様は、第１の態様の半導体発光素子において、前記III−Ｖ族化合物
半導体層と前記反射金属膜との間に透明誘電体膜が設けられ、前記透明誘電体膜の一部に前記透明誘電体膜を貫通して前記オーミックコンタクト接合部が形成されている。

本発明の第３の態様は、第１の態様又は第２の態様の半導体発光素子において、前記光取出面となる前記III−Ｖ族化合物半導体層の表面が、高さ１００ｎｍ以上の凹凸形状で
ある。

本発明の第４の態様は、第１〜第３の態様のいずれかの半導体発光素子において、前記オーミックコンタクト接合部は、前記表面電極の多角形状または丸形状と相似形の多角形状または丸形状の線状に形成され、且つ前記表面電極側からオーミックコンタクト接合部
を見たときに、前記表面電極と同心配置に設けられている。

本発明の第５の態様は、第３の態様又は第４の態様の半導体発光素子において、前記凹凸形状である光取出面が、透明膜で覆われている。

本発明によれば、チップサイズが小さな半導体発光素子に対して、効果的に、光の取出効率を高めることができる。

以下に、本発明に係る半導体発光素子の一実施形態を説明する。

本実施形態の半導体発光素子は、発光層を有するIII−Ｖ族化合物半導体層を備え、前
記III−Ｖ族化合物半導体層の第一の主表面側には光取出面が形成され、第二の主表面側
には前記発光層からの光を前記光取出面側に反射する反射金属膜が形成され、前記反射金属膜を介して前記III−Ｖ族化合物半導体層と支持基板とが接合されている。支持基板に
は裏面電極が形成される。
金属反射膜（少なくとも第二の主表面側の部分の金属反射膜）は、発光波長に対して８０％以上の反射率を有する金属、具体的には、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌの何れか、またはその合金からなることが好ましい。
光取出面は、光取出効率を高めるために、表面の高さ（表面粗さである最大高さ）が１００ｎｍ以上の凹凸形状とするのが好ましい。

前記III−Ｖ族化合物半導体層の第一の主表面上に表面電極が形成され、前記反射金属
膜の前記III−Ｖ族化合物半導体層側の面の一部に接触抵抗を低減するためのオーミック
コンタクト接合部が前記表面電極の直下以外の領域に配置されている。すなわち、オーミックコンタクト接合部と表面電極とは、光取出面側から見て互いに重ならないように配置された電流狭窄構造となっている。
本実施形態では、前記III−Ｖ族化合物半導体層と前記反射金属膜との間には、発光層
で発光した光に対して透明な材料からなる透明誘電体膜が設けられ、前記透明誘電体膜の一部に透明誘電体膜を貫通して前記オーミックコンタクト接合部が形成されている。
透明誘電体膜の膜厚は、発光波長λ、透明誘電体膜の屈折率をｎとした場合に、（２×λ）／（４×ｎ）以上の厚さであることが好ましい。また、透明誘電体膜の材料には、例えば、ＳｉＯ_２、ＳｉＮを用いるのが好ましい。

前記半導体発光素子のチップサイズは、１辺が３２０μｍ以下の四角形状であり、前記表面電極は、四角形状、五角形状等の多角形状、または円形状、楕円形状等の丸形状からなる。すなわち、本実施形態の表面電極は、円形等の中心部（電極パッド形成部分となる）から線状に延びたり突き出したりしたような複雑な形状の表面電極（例えば、図１０の表面電極１１１，１２１）ではなく、単純な多角形状（例えば、図７の四角形状の表面電極１３）または丸形状（例えば、図８の円形状の表面電極３１）である。言い換えると、表面電極形状は、線状に延びた部分などがなく、小さくまとまった形状をしている。前記表面電極の外周の長さは、２３５μｍ以上７００μｍ以下である。なお、表面電極の形状は、例えば、図９の表面電極４１のように、四角形状の角部を、曲面や直線で滑らかに面取りしたような形状でも同様な効果が得られる。また、前記表面電極上には、通常、表面電極と同形・同寸法の電極パッドが設けられる。

前記オーミックコンタクト接合部は前記半導体発光素子の外周部側に配置され、前記表面電極側から前記オーミックコンタクト接合部をみたときに、前記オーミックコンタクト接合部が前記表面電極を包囲するように線状等に形成され、且つ前記表面電極の外縁部の
各位置から最も近い前記オーミックコンタクト接合部までの距離（例えば、図７の距離（最短距離）Ｌ参照）が等しくなるように配置されている。

具体的には、表面電極は、前記III−Ｖ族化合物半導体層の第一の主表面の中央部に、
多角形状（例えば、正方形状）または丸形状（例えば、円形状）に形成され、オーミックコンタクト接合部は、表面電極側からオーミックコンタクト接合部を見たときに、前記表面電極を包囲するように表面電極と相似の多角形状または丸形状の線状等で同心配置に設けられる。

なお、オーミックコンタクト接合部は、表面電極側から見て表面電極を包囲するように設けられていればよく、オーミックコンタクト接合部は多角形状または丸形状の線状等の単一な閉じた形状のものに限らず、複数に分割された線状等のものが表面電極を包囲するように、全体として多角形状または丸形状に配置されていてもよい。或いは、オーミックコンタクト接合部が表面電極外周の全てを包囲せずに、例えば、四角形状の表面電極を、発光素子チップの中央部ではなく発光素子チップの一辺に近く配置し、四角形状の表面電極の三方をオーミックコンタクト接合部がコ字状に包囲するようにしてもよい。
また、表面電極の外縁部の各位置から最も近いオーミックコンタクト接合部までの距離が等しくなるように配置するとしているが、前記距離が等しくない箇所が部分的に少しあるような配置でもよい。

半導体発光素子に順方向電圧を加えると、表面電極からオーミックコンタクト接合部を通って支持基板へと電流が流れる。その際、表面電極とオーミックコンタクト接合部との間にある発光層で発光する。発光した光は、光取出面やIII−Ｖ族化合物半導体層の側面
などから発光素子の外部に取り出される。

発光素子のチップサイズが大きい場合には、円形等の中心部から線状に延びたような複雑な形状の表面電極は、電流分散性がよく、しかも光の吸収量・遮光量もあまり多くなく、優れた表面電極形状である。しかしながら、最近は、小さなチップサイズの発光素子が作製されており、１辺が３２０μｍよりもチップサイズが小さくなると、線状に伸びた部分などを有する複雑な形状の表面電極は、発光素子チップ上面の面積に占める表面電極面積の割合が大きくなって、電流分散性の向上よりも、光の吸収量の増加が問題となり、光の取出効率が低下してしまう。

そこで、本実施形態では、表面電極は単純な多角形状または丸形状の小さくまとまった形状とし、表面電極側からオーミックコンタクト接合部をみたときに、オーミックコンタクト接合部を、表面電極を包囲するように、しかも表面電極からなるべく距離を置くように半導体発光素子の外周側に配置している。
これは、オーミックコンタクト接合部と表面電極との間の距離（特に、表面電極側からオーミックコンタクト接合部をみたときの、オーミックコンタクト接合部と表面電極との間の水平距離）によって光取り出し効率が大きく変化し、距離が大きい方が、発光出力が高くなる。表面電極が大きくなると、必然的に上記距離も小さくなる為、発光出力も低下する。

表面電極（或いは電極パッド）は、歩留まり良くワイヤーボンディング可能とする為には、表面電極の中心を通る直線が表面電極を横切る長さ・寸法が最小で７５μｍ以上必要である。この最小の長さ７５μｍを確保でき、外周長さを最も短くできる表面電極（或いは電極パッド）の形状は、直径７５μｍの円形の場合であり、直径７５μｍの円形の外周長さは２３５μｍとなる。従って、表面電極の外周長さは２３５μｍ以上とするのがよい。
一方、発光素子のチップサイズの一辺が３２０μｍよりも小さい場合に、単純な丸形状
または多角形状の表面電極の外周長さが７００μｍよりも長くなると、表面電極の光吸収によって光の取出効率が低下し、発光出力が著しく低下してしまう（図１１、図１２参照）。従って、表面電極の外周長さは７００μｍ以下とするのがよい。
チップの一辺が３２０μｍよりも大きい場合には、単純な丸形状や四角形状の表面電極（電極パット）から線状に延びた部分を有する表面電極とし、チップ内に電流を分散させて広げた方が発光出力が向上する。逆に、チップの１辺が３２０μｍ以下の比較的に小さいチップに対しては、単純な丸形状または多角形状の表面電極（電極パット）から線状電極を延ばすと、電流をチップ全体に広げる効果以上に光吸収要因が大きく作用して、発光出力が大きく出来ないものと考えられる（図１３参照）。

次に、本発明の実施例を説明する。

（実施例１）
図７に、実施例１の半導体発光素子を示す。図１〜図６には、この実施例１の半導体発光素子の製造方法の各工程を示す。なお、図１〜図６には、図面の簡略化のために、二個の発光素子２０が横並びに作製される状況を示している。

まず、図１に示した構造の発光波長６３０ｎｍ付近の赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウェハを作製した。エピタキシャル成長方法、エピタキシャル構造、電極形成方法、及びＬＥＤ素子製作方法は、以下の通りである。

エピタキシャル成長では、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ＭＯＶＰＥ法を用いて、アンドープ（Ａｌ_０.７Ｇａ_０.３）_０.５Ｉｎ_０.５Ｐエッチングストップ層２、ｎ型（Ｓｉドープ）ＧａＡｓコンタクト層３、ｎ型（Ｓｉドープ）（Ａｌ_０.７Ｇａ_０.３）_０.５Ｉｎ_０.５Ｐクラッド層４、アンドープ（Ａｌ_０.１Ｇａ_０.９）_０.５Ｉｎ_０.５Ｐ活性層（発光層）５、ｐ型（Ｍｇドープ）（Ａｌ_０.７Ｇａ_０.３）_０.５Ｉｎ_０.５Ｐクラッド層６、およびｐ型（Ｍｇドープ）ＧａＰコンタクト層７を、ＭＯＶＰＥ法で順次積層成長させた。
ＭＯＶＰＥ成長での成長温度は６５０℃とし、成長圧力は５０Ｔｏｒｒ（約６６６６Ｐａ）、各層の成長速度は０.３〜１.０ｎｍ／ｓｅｃ、Ｖ／III比は約２００前後で行った
。因みに、ここで言うＶ／III比とは、分母をＴＭＧａやＴＭＡｌなどのIII族原料のモル数とし、分子をＡｓＨ_３、ＰＨ_３などのＶ族原料のモル数とした場合の比率（商）を指す。
ＭＯＶＰＥ成長において用いる原料としては、例えばトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、又はトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）等の有機金属や、アルシン（ＡｓＨ_３）、ホスフィン（ＰＨ_３）等の水素化物ガスを用いた。ｎ型半導体層の導電型決定不純物の添加物原料としては、ジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６）を用いた。また、ｐ型半導体層の導電型決定不純物の添加物原料としては、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ_２Ｍｇ）を用いた。
その他に、ｎ型層の導電型決定不純物の添加物原料として、セレン化水素（Ｈ_２Ｓｅ）、モノシラン（ＳｉＨ_４）、ジエチルテルル（ＤＥＴｅ）、ジメチルテルル（ＤＭＴｅ）を用いることもできる。その他に、ｐ型層のｐ型添加物原料として、ジメチルジンク（ＤＭＺｎ）、ジエチルジンク（ＤＥＺｎ）を用いる事も出来る。

更に、このＬＥＤ用エピタキシャルウェハをＭＯＣＶＤ装置から搬出した後、ｐ型ＧａＰコンタクト層７表面に、プラズマーＣＶＤ装置で、透明誘電体膜としてのＳｉＯ_２膜８を成膜し、レジストやマスクアライナなどの一般的なフォトリソグラフィー技術を使用し、フッ酸系エッチング液でＳｉＯ_２膜８に開口部（正方形の線状の開口部）を形成し、その開口部に真空蒸着法によって、線状の正方形のオーミックコンタクト接合部９を形成した（図２）。図２（ａ）は上面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の２Ｂ−２Ｂ断面図である。
オーミックコンタクト接合部９には、ＡｕＺｎ（金・亜鉛）合金を用いた。また、オーミックコンタクト接合部９は、後で形成する表面電極１３直下以外の領域になるように配置した。

次に、上記オーミックコンタクト接合部付きＬＥＤ用エピタキシャルウェハ上に、反射金属膜１０として、Ａｌ（アルミニウム）層、Ｔｉ（チタン）層、Ａｕ（金）層を、それぞれ順に蒸着した（図３）。Ａｌ層が反射層（反射膜）、Ｔｉが拡散防止バリア層、Ａｕが接合層となる。
一方、支持基板として用意した導電性Ｓｉ基板１１の表面に、Ｔｉ（チタン）層、Ｐｔ（プラチナ）層、Ａｕ（金）層を、それぞれ順に蒸着し、金属密着層１２を形成した（図３）。Ｔｉ層がオーミックコンタクト金属層、Ｐｔが拡散防止バリア層、Ａｕが接合層となる。
上記の様にして作製したＬＥＤエピタキシャルウエハ表面のＡｕ接合層と、Ｓｉ基板１１表面のＡｕ接合層とを貼り合わせる（図３）。貼り合わせは、圧力０.０１Ｔｏｒｒ（
約１.３３Ｐａ）雰囲気で荷重を３０Ｋｇｆ／ｃｍ^２負荷した状態で、温度３５０℃で３
０分間保持することによって行った。

次に、Ｓｉ基板１１に貼り合わせたＬＥＤエピタキシャルウェハのＧａＡｓ基板１をアンモニア水と過酸化水素水の混合液によってエッチング除去し、アンドープ（Ａｌ_０.７
Ｇａ_０.３）_０.５Ｉｎ_０.５Ｐエッチングストップ層２を露出させた。更に、塩酸でエッ
チングストップ層２を除去し、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層３を露出させた（図４）。

次に、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層３の表面にレジストやマスクアライナなどの一般的なフォトリソグラフィー技術を用い、真空蒸着法によって独立した１辺がｌ００μｍの正方形からなるｎ側表面電極１３を形成した。表面電極１３は、ＡｕＧｅ（金−ゲルマニウム合金）層、Ｔｉ（チタン）層、Ａｕ（金）層を、それぞれ順に蒸着して形成した。表面電極１３の形成後、硫酸と過酸化水素水と水の混合液からなるエッチング液を用いて、形成した表面電極１３をマスクとして、表面電極１３直下以外のＧａＡｓコンタクト層３をエッチング除去し、選択性エッチングによってｎ型（Ａｌ_０.７Ｇａ_０.３）_０.５Ｉｎ_０.５Ｐクラッド層４を露出させた（図５）。

次に、光取出面４ａとなるｎ型（Ａｌ_０.７Ｇａ_０.３）_０.５Ｉｎ_０.５Ｐクラッド層４上にフォトリソグラフィー技術を用いて１.０μｍ〜３.０μｍ周期のパターニングを行い、ウエットエッチング法でｎ型（Ａｌ_０.７Ｇａ_０.３）_０.５Ｉｎ_０.５Ｐクラッド層４表面に凹凸形状を形成した（図６）。
更に、フォトリソグラフィー技術を用いて素子間分離のためのパターニングを行い、ｎ型クラッド層４表面からｐ型ＧａＰコンタクト層７までをウエットエッチング法で除去することによって素子間分離を行った（図６）。

次に、Ｓｉ基板１１裏面に、Ｔｉ（チタン）層、Ａｕ（金）層からなる裏面電極１４を真空蒸着法によって形成した後、電極の合金化であるアロイエ程を、窒素ガス雰囲気中にて４００℃に加熱し、５分間熱処理する事で行った。
更に、ワイヤーのボンディング用にＴｉ（チタン）層、Ａｕ（金）層からなる表面電極パット１５を、表面電極１３上にフォトリソグラフィー技術および真空蒸着法によって形成した。
その後、上記の様にして構成された電極形成したＬＥＤ用基板を、ダイシング装置を用いて切断し、チップサイズ３００μｍ角のＬＥＤベアチップを作製した（図７）。
更に前記ＬＥＤベアチップをＴＯ−１８ステム上にマウント（ダイボンディング）し、その後、更にマウントされた前記ＬＥＤベアチップに、ワイヤボンディングを行い、ＬＥＤ素子を作製した。

（実施例２、実施例３）
実施例２として、図８の上面図に示した構造の発光波長６３０ｎｍ付近の貼り換え型赤色発光素子３０を作製した。また、実施例３として、図９の上面図に示した構造の発光波長６３０ｎｍ付近の貼り換え型赤色発光素子４０を作製した。実施例２、実施例３において、エピタキシャル成長の方法、エピタキシャル層膜厚、エピタキシャル層構造、反射金属膜、支持基板への貼り替え方法、エッチング方法等のプロセス工程やＬＥＤ素子製作方法は、基本的に上記実施例１と同じにした。
上記実施例１と異なる点は、実施例２では、図８に示すように、表面電極３１は円形状であり、表面電極３１側から見て、円形状の表面電極３１を取り囲んで円形の線状のオーミックコンタクト接合部３２が同心配置で設けられている点である。また、実施例３では、図９に示すように、表面電極４１は正方形の角部を滑らかにＲ面取りしたような形状であり、表面電極４１側から見て、表面電極３１を取り囲んで表面電極４１と相似形状の線状のオーミックコンタクト接合部４２が同心配置で設けられている点である。

（比較例１、比較例２）
比較例１として、図１０（ａ）の上面図に示した構造の発光波長６３０ｎｍ付近の貼り換え型赤色発光素子１１０を作製した。また、比較例２として、図１０（ｂ）の上面図に示した構造の発光波長６３０ｎｍ付近の貼り換え型赤色発光素子１２０を作製した。比較例１、比較例２において、エピタキシャル成長の方法、エピタキシャル層膜厚、エピタキシャル層構造、反射金属膜、支持基板への貼り替え方法、エッチング方法等のプロセス工程やＬＥＤ素子製作方法は、基本的に上記実施例１と同じにした。
上記実施例１と異なる点は、比較例１では、図１０（ａ）に示すように、表面電極１１１は中央部（電極パッドが形成される部分）が円形（直径１００μｍ）であって、この円形の中央部から放射状に線状電極が延びた形状であり、表面電極１１１側から見て、表面電極１１１の線状電極を取り囲むように線状のオーミックコンタクト接合部１１２が設けられている点である。また、比較例２では、図１０（ｂ）に示すように、表面電極１２１は中央部（電極パッドが形成される部分）が円形（直径１００μｍ）であって、この円形の中央部から放射状に線状電極が延び且つ線状電極の一部が更にその先端部で左右に枝分かれしたような形状であり、表面電極１２１側から見て、表面電極１２１の線状電極を取り囲むように線状のオーミックコンタクト接合部１２２が設けられている点である。

上記の通りに作製された実施例のＬＥＤ素子をエポキシ樹脂でモールドした後に、２０ｍＡ通電を行ってＬＥＤ特性を調べた。
図１１には、図７に示す実施例１の構造における、正方形の表面電極（電極パット）の外周長さと発光出力との関係を示す。また、図１２には、図８に示す実施例２の構造における、円形の表面電極（電極パット）の外周長さと発光出力との関係を示す。
図１１及び図１２より、表面電極の外周の長さが７００μｍよりも長くなると、発光出力の低下が顕著となる。これは、表面電極の面積が大きくなり、発光素子内の吸収要因が大きくなるからである。また、図９に示す実施例３の表面電極形状においても実施例１と同様の効果が確認された。

また、図１０（ａ）、（ｂ）に示す比較例１、比較例２についても、実施例と同様に樹脂モールドして２０ｍＡ通電して発光出力を評価した。その結果、比較例１、比較例２では、発光出力は、それぞれ８.７ｍＷ、９.５ｍＷであり、実施例と比較して低い値となった。これは、チップの１辺が３２０μｍ以下の比較的に小さいチップにあっては、表面電極（電極パット）から線状電極を延ばすと、電流をチップ全体に広げる効果以上に光吸収要因が大きく作用して、発光出力が大きくならないものと考えられる。

次に、上記図９に示す実施例３の発光素子４０を、チップサイズを２００μｍ〜５００
μｍまで変えて作製（図９に示す表面電極４１及びオーミックコンタクト接合部４２に相似するパターン形状を保って作製）し、作製された実施例３の発光素子４０をエポキシ樹脂でモールドした後に、２０ｍＡ通電を行って発光出力を測定した。同様に、図１０（ｂ）に示す比較例２の発光素子１２０を、チップサイズを２００μｍ〜５００μｍまで変えて作製（図１０（ｂ）に示す表面電極１２１及びオーミックコンタクト接合部１２２に相似するパターン形状を保って作製）し、作製された比較例２の発光素子１２０をエポキシ樹脂でモールドした後に、２０ｍＡ通電を行って発光出力を測定した。
図１３に測定結果を示す。図１３に示すように、発光素子チップの一辺の長さ（チップサイズ）が３２０μｍ以下となると、本発明にかかる実施例３の発光素子の構造が、比較例２の発光素子よりも発光出力が大きくなり、有効であることが確認された。

（実施例４）
この実施例４では、上記実施例の発光素子において、凹凸形状に形成された光取出面４ａを、透明膜１７、１８で覆った構造とした。
まず、凹凸形状の光取出面４ａに、繰り返し塗布を行うことで、光取出面４ａの凹部が埋まり、光取出面４ａの凹凸形状に対応した波形形状の表面を有する透明膜１７を形成した。更に、スパッタリングにより、透明膜１７上に平坦な表面を有する透明膜１８を形成した。スパッタリングで透明膜１８を形成することで、透明膜１８を結晶性良く形成でき、外部からの水分等の侵入を防止できる。また、本発明では表面電極が単純な多角形状または丸形状なので、透明膜１７、１８を形成するための塗布、スパッタリングは、容易に実施できる。
凹凸形状の光取出面４ａを透明膜１７、１８で覆うことにより、光取出面４ａの凹凸部を保護することができる。また、透明膜１７の屈折率を、光取出面４ａを有する半導体層４の屈折率（３.５〜３.６程度）よりも小さな屈折率とすることにより、光取出面４ａでの反射を抑えることができる。更に、透明膜１８の屈折率を透明膜１７の屈折率よりも小さな屈折率とするのが好ましく、これにより、透明膜１７と透明膜１８との界面での反射を抑えることができる。また、透明膜１７の表面が波形の曲面となることから、レンズ効果による光取り出しの向上が期待できる。
透明膜１７、１８は、導電性の材料、絶縁性の材料のいずれを用いてもよい。具体的には、ＩＴＯ、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４などが挙げられる。また、例えば、半導体層４側の透明膜１７を導電性の材料とし、表面側の透明膜１８を絶縁性の材料としてもよい。また、透明膜１８を省略し、透明膜１７のみとしてもよい。なお、透明膜１７、１８に用いる材料や製法、発光素子の製造プロセスにおける透明膜１７、１８の形成順序などは、発光素子の特性、生産性、コストなどを考慮して適宜決定される。

（その他の実施例）
上記実施例では、支持基板としては、Ｓｉ基板１１を用いていたが、発光素子の製造プロセスに耐え得る支持基板であれば、Ｓｉ基板以外にも用いることが可能である。具体的には、Ｇｅ基板、ＧａＡｓ基板、ＧａＰ基板、その他メタル基板等が挙げられる。
また、上記実施例では、活性層（発光層）５をバルク層としているが多重量子井戸等でもその効果は同様であり、更に、上記実施例では、発光波長６３０ｎｍ付近の赤色発光素子について述べたが、本発明はＬＥＤの発光波長に依存せずに、発光出力を向上させる効果が得られる。
また、上記実施例では、光取出面４ａ側をｎ型ドーピング層としているが、ｎ型層とｐ型層を逆にしても、勿論、同様の効果が得られる。

実施例１の半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。 実施例１の半導体発光素子の製造工程を示すもので、図２（ａ）は上面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の２Ｂ−２Ｂ断面図である。 実施例１の半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。 実施例１の半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。 実施例１の半導体発光素子の製造工程を示すもので、図５（ａ）は上面図、図５（ｂ）は図５（ａ）の５Ｂ−５Ｂ断面図である。 実施例１の半導体発光素子の製造工程を示すもので、図６（ａ）は上面図、図６（ｂ）は図６（ａ）の６Ｂ−６Ｂ断面図である。 実施例１の半導体発光素子を示すもので、図７（ａ）は上面図、図７（ｂ）は図７（ａ）の７Ｂ−７Ｂ断面図である。 実施例２の半導体発光素子の上面図である。 実施例３の半導体発光素子の上面図である。 比較例の半導体発光素子の上面図である。 実施例１の構造において、表面電極の外周長さと発光出力との関係を示すグラフである。 実施例２の構造において、表面電極の外周長さと発光出力との関係を示すグラフである。 実施例および比較例の半導体発光素子において、半導体発光素子のチップ一辺の長さと発光出力との関係を示すグラフである。 実施例４の半導体発光素子における光取出面の部分拡大断面図である。

符号の説明

１ 成長用ＧａＡｓ基板
２ ＡｌＧａＩｎＰエッチングストップ層
３ ｎ型ＧａＡｓコンタクト層
４ ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
４ａ 光取出面
５ ＡｌＧａＩｎＰ活性層
６ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
７ ｐ型ＧａＰコンタクト層
８ ＳｉＯ_２膜
９ オーミックコンタクト接合部
１０ 反射金属層
１１ Ｓｉ基板
１２ 金属密着層
１３ 表面電極
１４ 裏面電極
１５ 電極パット
１７ 透明膜
１８ 透明膜
２０ 発光素子
３０ 発光素子
３１ 表面電極
３２ オーミックコンタクト接合部
４０ 発光素子
４１ 表面電極
４２ オーミックコンタクト接合部

Claims (5)

1. 発光層を有するIII−Ｖ族化合物半導体層を備え、前記III−Ｖ族化合物半導体層の第一の主表面側には光取出面が形成され、第二の主表面側には前記発光層からの光を前記光取出面側に反射する反射金属膜が形成され、前記反射金属膜を介して前記III−Ｖ族化合物
   半導体層と支持基板とが接合されており、前記III−Ｖ族化合物半導体層の第一の主表面
   上に表面電極が形成され、前記反射金属膜の前記III−Ｖ族化合物半導体層側の面の一部
   にオーミックコンタクト接合部が前記表面電極の直下以外の領域に配置された半導体発光素子おいて、
   前記半導体発光素子は１辺が３２０μｍ以下の四角形状であり、
   前記表面電極は多角形状または丸形状からなり、前記表面電極の外周の長さが２３５μｍ以上７００μｍ以下であり、
   前記オーミックコンタクト接合部が前記半導体発光素子の外周部側に配置され、前記表面電極側から前記オーミックコンタクト接合部をみたときに、前記オーミックコンタクト接合部が前記表面電極を包囲するように形成され、且つ前記表面電極の外縁部の各位置から最も近い前記オーミックコンタクト接合部までの距離が等しくなるように配置されていることを特徴とする半導体発光素子。
2. 請求項１記載の半導体発光素子において、前記III−Ｖ族化合物半導体層と前記反射金
   属膜との間に透明誘電体膜が設けられ、前記透明誘電体膜の一部に前記透明誘電体膜を貫通して前記オーミックコンタクト接合部が形成されていることを特徴とする半導体発光素子。
3. 請求項１または２記載の半導体発光素子において、前記光取出面となる前記III−Ｖ族
   化合物半導体層の表面が、高さ１００ｎｍ以上の凹凸形状であることを特徴とする半導体発光素子。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の半導体発光素子において、前記オーミックコンタクト接合部は、前記表面電極の多角形状または丸形状と相似形の多角形状または丸形状の線状に形成され、且つ前記表面電極側からオーミックコンタクト接合部を見たときに、前記表面電極と同心配置に設けられていることを特徴とする半導体発光素子。
5. 請求項３または４に記載の半導体発光素子において、前記凹凸形状である光取出面が、透明膜で覆われていることを特徴とする半導体発光素子。