特許 6841708 発光素子および発光素子の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6841708

(24)【登録日】2021年2月22日

(45)【発行日】2021年3月10日

(54)【発明の名称】発光素子および発光素子の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/44 20100101AFI20210301BHJP

   H01L 33/38 20100101ALI20210301BHJP

   H01L 33/14 20100101ALI20210301BHJP

【ＦＩ】

   H01L33/44

   H01L33/38

   H01L33/14

【請求項の数】17

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2017-70173(P2017-70173)

(22)【出願日】2017年3月31日

(65)【公開番号】特開2018-174185(P2018-174185A)

(43)【公開日】2018年11月8日

【審査請求日】2019年11月5日

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 徳島大学 平成２８年度 卒業論文 内容梗概；発行日 平成２９年２月８日

(73)【特許権者】

【識別番号】506029004

【氏名又は名称】ソウル バイオシス カンパニー リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＳＥＯＵＬ ＶＩＯＳＹＳ ＣＯ．，ＬＴＤ．

(74)【代理人】

【識別番号】110000408

【氏名又は名称】特許業務法人高橋・林アンドパートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】酒井 士郎

【審査官】 右田 昌士

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０７１３４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１０１０６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３４７７２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−３１４８２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２１７３０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０１７６４０８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 韓国公開特許第１０−２００８−００１７９４７（ＫＲ，Ａ）

【文献】 韓国公開特許第１０−２０１３−０１０５７７２（ＫＲ，Ａ）

【文献】 特開昭５１−１２０６８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３１７９３１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３３／００ − ３３／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１導電型の第１半導体、前記第１半導体の上方に設けられ前記第１導電型とは異なる第２導電型の第２半導体、および前記第１半導体と前記第２半導体との間の活性層を含む半導体構造体と、
前記第１半導体に接続された第１電極と、
前記第２半導体の上方で、前記第２半導体に接続された第２電極と、
前記第２半導体上に設けられた第１酸化膜と、
前記第２半導体と前記第２電極との間に設けられ、平面視において前記第１酸化膜によって囲まれ、前記第２半導体と前記第２電極とを電気的に接続する導電経路が設けられ、透光性を有し、前記第１酸化膜よりも膜厚が大きい第２酸化膜と、
を有する発光素子。

【請求項2】

前記第２酸化膜は、前記第２半導体の成分を有する膜である請求項１に記載の発光素子。

【請求項3】

前記第２酸化膜は前記第２半導体よりも高抵抗であり、
前記導電経路は、前記第２酸化膜の内部に設けられている請求項１に記載の発光素子。

【請求項4】

平面視において、前記第２電極は前記第１酸化膜に囲まれている請求項３に記載の発光素子。

【請求項5】

前記第１酸化膜と前記第２酸化膜との間に酸化膜の溝が設けられている請求項１に記載の発光素子。

【請求項6】

前記溝は、前記第２酸化膜の周縁に沿って連続して前記第２酸化膜を囲んでいる請求項５に記載の発光素子。

【請求項7】

前記第２酸化膜の屈折率は、前記第２半導体の屈折率と空気の屈折率との間の値である請求項３に記載の発光素子。

【請求項8】

第１導電型の第１半導体、前記第１導電型とは異なる第２導電型かつ前記第１半導体の上方の第２半導体、および前記第１半導体と前記第２半導体との間の活性層を含む半導体構造体において、前記第２半導体の第１領域を露出するマスクを形成し、
前記第１領域の前記第２半導体を酸化して第１酸化膜を形成し、
前記マスクに覆われた第２領域の前記第２半導体の上に透光性を有する第１膜を形成し、
前記マスクを除去し、
前記第２領域の前記第１膜の上方に、前記第２半導体に電気的に接続される第２電極を形成し、
前記第１半導体に電気的に接続される第１電極を形成する発光素子の製造方法。

【請求項9】

前記第１膜は、前記第２半導体の一部が化学反応することで形成される請求項８に記載の発光素子の製造方法。

【請求項10】

前記第１膜は、前記第２半導体の一部が酸化することで形成される請求項８に記載の発光素子の製造方法。

【請求項11】

前記第１酸化膜および前記第１膜は、それぞれ同一工程で形成される請求項１０に記載の発光素子の製造方法。

【請求項12】

前記マスクの膜厚方向の電気抵抗は、前記第１酸化膜の膜厚方向の電気抵抗よりも小さい請求項１１に記載の発光素子の製造方法。

【請求項13】

前記第１膜は、前記マスクが前記第２半導体を覆った状態で形成される請求項１２に記載の発光素子の製造方法。

【請求項14】

前記第１膜は導電経路を含み、
前記導電経路を介して前記第２電極と前記第２半導体とが接続される請求項１３に記載の発光素子の製造方法。

【請求項15】

前記マスクには、前記マスクのパターンの周縁に沿って突出部が設けられている請求項１０に記載の発光素子の製造方法。

【請求項16】

前記突出部は、前記マスクの熱処理によって形成される請求項１５に記載の発光素子の製造方法。

【請求項17】

前記マスクはレジストであり、
前記熱処理は、１６０℃以上の熱処理である請求項１６に記載の発光素子の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、発光素子および発光素子の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、省エネルギー化のために、照明器具の光源としてＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）の開発が進められている。これまで光源として主に用いられていた蛍光灯や白熱球に比べ、ＬＥＤは消費電力が低いだけでなく、寿命も長い。したがって、照明器具にＬＥＤが用いられることで、照明器具の省電力化を図ることができ、さらにＬＥＤ光源の交換頻度を大幅に低減することができる。

【0003】

例えば、特許文献１では、ｎ型半導体層４３とｐ型半導体層４６との間に活性層４４が配置されたＬＥＤが記載されている。このＬＥＤでは、ｎ型半導体層４３に接続されたｎ側電極４７と、ｐ型半導体層４６に接続されたｐ側電極４８との間に電位差を与えることで、活性層４４で光が生成される。生成された光は上方に出射される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１５−１５３２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載されたＬＥＤでは、活性層４４で生成された光は、ＬＥＤの最表面のｐ型半導体層４６を通過して空気中に取り出される。ｐ型半導体層４６の屈折率と空気の屈折率との差が大きいため、両者の界面における反射によって外部に取り出されない光が生じてしまい、発光効率の低下を招いてしまう。近年、特許文献１において発生するこの問題を解消するために、ｐ型半導体層と空気との間に酸化膜が配置された構造が提唱されている。しかしながら、ｐ側電極とｐ型半導体層とのコンタクトを取るために、ｐ型半導体層の表面に形成した酸化膜を加工する必要があり、製造工程数が増加してしまうという問題があった。

【0006】

本発明は、上記実情に鑑み、簡易的な製造工程で、高い発光効率が得られる発光素子および発光素子の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一実施形態による発光素子は、第１導電型の第１半導体、前記第１半導体の上方に設けられ前記第１導電型とは異なる第２導電型の第２半導体、および前記第１半導体と前記第２半導体との間の活性層を含む半導体構造体と、前記第１半導体に接続された第１電極と、前記第２半導体の上方で、前記第２半導体に接続された第２電極と、前記第２半導体と前記第２電極との間に設けられ、前記第２半導体と前記第２電極とを電気的に接続する導電経路が設けられた透光性を有する第１膜と、を有する。

【0008】

前記第１膜は、前記第２半導体の成分を有する膜であってもよい。

【0009】

前記第１膜は、酸化膜であってもよい。

【0010】

前記酸化膜は前記第２半導体よりも高抵抗であり、前記導電経路は、前記酸化膜の内部に設けられていてもよい。

【0011】

平面視において、前記第２電極は前記酸化膜に囲まれていてもよい。

【0012】

前記酸化膜は、第１酸化膜および第２酸化膜を含み、前記第２酸化膜の膜厚は、前記第１酸化膜の膜厚より大きく、前記導電経路は、少なくとも前記第２酸化膜に設けられていてもよい。

【0013】

平面視において、前記第２酸化膜は前記第１酸化膜に囲まれていてもよい。

【0014】

前記酸化膜には、前記第１酸化膜と前記第２酸化膜との間に溝が設けられていてもよい。

【0015】

前記溝は、前記第２酸化膜の周縁に沿って連続して前記第２酸化膜を囲んでいてもよい。

【0016】

前記酸化膜の屈折率は、前記第２半導体の屈折率と空気の屈折率との間の値であってもよい。

【0017】

本発明の一実施形態による発光素子の製造方法は、第１導電型の第１半導体、前記第１導電型とは異なる第２導電型かつ前記第１半導体の上方の第２半導体、および前記第１半導体と前記第２半導体との間の活性層を含む半導体構造体において、前記第２半導体の第１領域を露出するマスクを形成し、前記第１領域の前記第２半導体の上に透光性を有する第１膜を形成し、前記マスクに覆われた第２領域の前記第２半導体を酸化して第２酸化膜を形成し、前記マスクを除去し、前記第２領域の前記第２半導体の上方に、前記第２半導体に電気的に接続される第２電極を形成し、前記第１半導体に電気的に接続される第１電極を形成する。

【0018】

前記第１膜は、前記第２半導体の一部が化学反応することで形成されてもよい。

【0019】

前記第１膜は、前記第２半導体の一部が酸化することで形成されてもよい。

【0020】

前記第１酸化膜および前記第２酸化膜は、それぞれ同一工程で形成されてもよい。

【0021】

前記マスクの膜厚方向の電気抵抗は、前記第１酸化膜の膜厚方向の電気抵抗よりも小さくてもよい。

【0022】

前記第２酸化膜は、前記マスクが前記第２半導体を覆った状態で形成されてもよい。

【0023】

前記第２酸化膜は導電経路を含み、前記導電経路を介して前記第２電極と前記第２半導体とが接続されてもよい。

【0024】

前記マスクには、前記マスクのパターンの周縁に沿って突出部が設けられていてもよい。

【0025】

前記突出部は、前記マスクの熱処理によって形成されてもよい。

【0026】

前記マスクはレジストであり、前記熱処理は、１６０℃以上の熱処理であってもよい。

【発明の効果】

【0027】

本発明によれば、簡易的な製造工程で、高い発光効率が得られる発光素子および発光素子の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本発明の一実施形態に係る発光素子の全体構成を示す平面図である。

【図2】図１のＡ−Ａ’線の断面図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る発光素子のｐ型半導体層とｐ型電極とのコンタクト部の構造を示す断面図である。

【図4】本発明の一実施形態に係る発光素子の詳細な層構造を示す断面図である。

【図5】本発明の一実施形態に係る発光素子の製造方法において、半導体構造体にマスクを設ける工程を示す平面図である。

【図6】本発明の一実施形態に係る発光素子の製造方法において、半導体構造体にマスクを設ける工程を示す断面図である。

【図7】本発明の一実施形態に係る発光素子の製造方法において、陽極酸化用電極を形成し熱処理を行う工程を示す平面図である。

【図8】本発明の一実施形態に係る発光素子の製造方法において、陽極酸化用電極を形成し熱処理を行う工程を示す断面図である。

【図9】本発明の一実施形態に係る発光素子の製造方法において、マスクの熱処理前後の断面形状を測定した結果を示す図である。

【図10】本発明の一実施形態に係る発光素子の製造方法において、ｐ型半導体層上に酸化膜を形成する工程を示す平面図である。

【図11】本発明の一実施形態に係る発光素子の製造方法において、ｐ型半導体層上に酸化膜を形成する工程を示す断面図である。

【図12】本発明の一実施形態に係る発光素子の製造方法において、ｐ型半導体層上に酸化膜を形成する方法の一例を示す図である。

【図13】本発明の一実施形態に係る発光素子の製造方法において、マスクから露出されたｐ型半導体層上に酸化膜が形成された状態を示す拡大断面図である。

【図14】本発明の一実施形態に係る発光素子の製造方法において、ｐ型半導体層上に酸化膜が形成された状態を示す拡大断面図である。

【図15】本発明の一実施形態に係る発光素子の製造方法において、ｐ型半導体層上に酸化膜が形成された状態を示す断面図である。

【図16】本発明の一実施形態に係る発光素子の製造方法において、マスクを除去する工程を示す平面図である。

【図17】本発明の一実施形態に係る発光素子の製造方法において、マスクを除去する工程を示す断面図である。

【図18】本発明の一実施形態に係る発光素子の製造方法において、ｎ型半導体層を露出する工程を示す断面図である。

【図19】本発明の一実施形態に係る発光素子の製造方法において、ｎ型半導体層を露出する工程を示す断面図である。

【図20】本発明の一実施形態に係る発光素子の製造方法において、ｐ型半導体層上に形成された酸化膜の表面形状を測定した領域を示す平面図である。

【図21】本発明の一実施形態に係る発光素子の製造方法において、ｐ型半導体層上に形成された酸化膜の表面形状を測定した結果を示す図である。

【図22】本発明の一実施形態に係る発光素子の陽極酸化後の表面状態を示す光学顕微鏡写真である。

【図23】本発明の一実施形態に係る発光素子の酸化膜の光学特性を示す図である。

【図24】本発明の一実施形態およびその比較例の発光素子の電気特性および発光特性を示す図である。

【図25】本発明の一実施形態およびその比較例の発光素子の発光状態を示す光学顕微鏡写真である。

【図26】本発明の一実施形態の変形例に係る発光素子の詳細な層構造を示す断面図である。

【図27】本発明の一実施形態の変形例に係る発光素子の詳細な層構造を示す断面図である。

【図28】本発明の一実施形態に係る発光素子の全体構成を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下、図面を参照して本発明に係る発光素子および発光素子の製造方法について説明する。但し、本発明の発光素子および発光素子の製造方法は多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、本実施の形態で参照する図面において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

【0030】

本発明の各実施の形態において、発光素子に含まれる基板から半導体構造体に向かう方向を上または上方という。逆に、半導体構造体から基板に向かう方向を下または下方という。このように、説明の便宜上、上方または下方という語句を用いて説明するが、例えば、基板と半導体構造体との上下関係が図示と逆になるように配置されてもよい。また、以下の説明で、例えば基板の上の半導体構造体という表現は、上記のように基板と半導体構造体との上下関係を説明しているに過ぎず、基板と半導体構造体との間に他の部材が配置されていてもよい。

【0031】

〈第１実施形態〉
図１〜図４を用いて、本発明の一実施形態に係る発光素子の概要について説明する。第１実施形態では、基板１００上にｎ型半導体層１１０、活性層１２０、およびｐ型半導体層１３０の順で積層された発光素子１０について説明する。本発明に係る実施形態では、ｐ型半導体層１３０とｐ型電極１６０との間に、導電経路が設けられた透光性を有する第１膜が設けられており、当該第１膜によってｐ型半導体層１３０とｐ型電極１６０とが電気的に接続されている。以下の説明では、上記の第１膜が酸化膜である構成を例示するが、この構成に限定されない。第１膜は透光性を有し、ｐ型半導体層１３０とｐ型電極１６０とを電気的に接続する導電経路を有していればよく、酸化膜以外の膜であってもよい。

【0032】

本実施形態では、陽極酸化によってｐ型半導体層１３０の上に酸化膜１５０を形成するため、ｐ型半導体層１３０がｎ型半導体層１１０の上に設けられた半導体構造体１４０を用いている。ただし、以下で説明する陽極酸化以外の方法で酸化膜１５０を形成する場合、ｎ型半導体層１１０とｐ型半導体層１３０との上下関係は図１に示すものと逆であってもよい。

【0033】

［発光素子１０の構造］
図１は、本発明の一実施形態に係る発光素子の全体構成を示す平面図である。図１に示すように、発光素子１０は、基板１００、半導体構造体１４０、ｐ型電極１６０、およびｎ型電極１７０を有する。ｐ型電極１６０およびｎ型電極１７０はそれぞれ複数設けられている。図１の例では、半導体構造体１４０およびｐ型電極１６０は平面視において類似した形状を有している。半導体構造体１４０およびｐ型電極１６０は略Ｕ字型のパターン（または、長方形の長辺の一部が切り欠きされたパターン）で形成されている。ｎ型電極１７０はＵ字型のパターンの凹部（または、長方形の長辺の一部が切り欠きされた領域）に設けられている。ｐ型電極１６０およびｎ型電極１７０は一対で設けられている。ただし、ｐ型電極１６０およびｎ型電極１７０は必ずしも一対である必要はなく、複数のｐ型電極１６０に対して１つのｎ型電極１７０が設けられていてもよい。

【0034】

図２は、図１のＡ−Ａ’線の断面図である。図２に示すように、基板１００の上に半導体構造体１４０が設けられている。半導体構造体１４０はｎ型半導体層１１０、活性層１２０、およびｐ型半導体層１３０を有する。ｐ型半導体層１３０はｎ型半導体層１１０の上に設けられている。活性層１２０はｎ型半導体層１１０とｐ型半導体層１３０との間に設けられている。ｐ型半導体層１３０の上に酸化膜１５０が設けられている。なお、図２では、説明を簡略化しているが、半導体構造体１４０は上記の３層以外にも複数の層を含む。半導体構造体１４０の詳細な層構造は後述する。

【0035】

半導体構造体１４０は、一部の領域においてｐ型半導体層１３０および活性層１２０が除去され、ｎ型半導体層１１０が露出している。ｐ型半導体層１３０および活性層１２０から露出されている領域のｎ型半導体層１１０の膜厚は、露出されていない領域のｎ型半導体層１１０の膜厚に比べて小さい。なお、上記の半導体構造体１４０の構造をメサということもできる。

【0036】

酸化膜１５０は場所によって膜厚が異なる。以下の説明において、酸化膜１５０の膜厚が異なる領域に応じて、第１酸化膜１５２、第２酸化膜１５４、または溝１５６と表現する。第１酸化膜１５２は第２酸化膜１５４の周囲に設けられている。つまり、平面視において第１酸化膜１５２は第２酸化膜１５４の周縁に沿って連続しており、第２酸化膜１５４を囲んでいる。換言すると、第２酸化膜１５４のパターンは第１酸化膜１５２のパターンの内側に存在する。さらに換言すると、第２酸化膜１５４のパターンの周縁は第１酸化膜１５２のパターンの周縁に囲まれている。第１酸化膜１５２と第２酸化膜１５４との間に溝１５６が設けられている。詳細は後述するが、平面視において溝１５６は第２酸化膜１５４の周縁に沿って連続しており、第２酸化膜１５４を囲んでいる。本実施形態では、第１酸化膜１５２および第２酸化膜１５４は同じ工程で形成されるため、同一材料である。以下の説明において、第１酸化膜１５２および第２酸化膜１５４を特に区別しないときは、単に酸化膜１５０という。

【0037】

第２酸化膜１５４の膜厚は第１酸化膜１５２の膜厚よりも大きい。詳細は後述するが、第２酸化膜１５４には、例えば複数のピンホールのような、複数の導電経路が形成されている。溝１５６における酸化膜の膜厚は、第１酸化膜１５２の膜厚および第２酸化膜１５４の膜厚よりも小さい。なお、上記の酸化膜１５０の詳細な形状は後述する。

【0038】

ｐ型電極１６０は、酸化膜１５０の上に設けられている。換言すると、酸化膜１５０はｐ型半導体層１３０とｐ型電極１６０との間に設けられている。さらに換言すると、ｐ型半導体層１３０とｐ型電極１６０とは、酸化膜１５０によって離隔されている。ｐ型電極１６０は第２酸化膜１５４に形成された導電経路を介してｐ型半導体層１３０に接続されている。換言すると、ｐ型電極１６０は平面視においてｐ型電極１６０と重畳する領域でｐ型半導体層１３０に接続されている。

【0039】

第２酸化膜１５４および溝１５６はｐ型電極１６０に覆われている。つまり、平面視において第２酸化膜１５４および溝１５６はｐ型電極１６０によって囲まれている。第１酸化膜１５２の上にもｐ型電極１６０が設けられているが、第１酸化膜１５２の一部はｐ型電極１６０から露出されている。ただし、第１酸化膜１５２がｐ型電極１６０から露出されていなくてもよい。つまり、平面視において酸化膜１５０およびｐ型電極１６０の各々のパターンが同じパターンであってもよい。

【0040】

ｎ型電極１７０はｎ型半導体層１１０がｐ型半導体層１３０および活性層１２０から露出された領域に設けられており、ｎ型半導体層１１０に接続されている。ｎ型電極１７０は活性層１２０およびｐ型半導体層１３０から離隔されている。

【0041】

図３は、本発明の一実施形態に係る発光素子のｐ型半導体層とｐ型電極とのコンタクト部の構造を示す断面図である。図３に示す断面図は、図２の点線枠で囲んだ領域の拡大断面図である。第２酸化膜１５４には導電経路１５８が設けられている。図３に示すように、第２酸化膜１５４の内部に設けられた導電経路１５８は、局所的に存在している。図３に示す例では、導電経路１５８は第２酸化膜１５４に形成されたピンホールの内部に相当する。導電経路１５８には、その下側からｐ型半導体層１３０が入り込んでおり、その上側からｐ型電極１６０が入り込んでいる。導電経路１５８の内部でｐ型半導体層１３０とｐ型電極１６０とが接続されている。図３の点線１３２は、酸化膜１５０を形成する前のｐ型半導体層１３０の表面に相当する。図３に示すように、導電経路１５８は第２酸化膜１５４の第１面１５４２および第２面１５４４の各々から点線１３２に向かって径が小さくなる形状である。

【0042】

詳細は後述するが、本実施形態において、酸化膜１５０はｐ型半導体層１３０の表面を酸化することで形成される。酸化はｐ型半導体層１３０の表面（点線１３２）から下に向かって進行する。この酸化の際に、酸素がｐ型半導体層１３０内部に入り込むことで体積が膨張するため、酸化膜１５０の上面は点線１３２から上方に移動する。その結果、図３に示すように酸化膜１５０は点線１３２に対して上下方向にそれぞれ形成される。

【0043】

なお、酸化膜１５０に設けられた導電経路１５８の平面視における形状はドット形状であってもよく、ライン形状であってもよい。また、導電経路１５８の平面視における形状は、例えば結晶粒界のように、網目状であってもよい。上記の説明では、酸化膜１５０に導電経路１５８が設けられ、その導電経路１５８の内部でｐ型半導体層１３０とｐ型電極１６０とが接続された構成を例示したが、この構成に限定されない。ｐ型電極１６０の下に設けられた酸化膜１５０に、ｐ型電極１６０とｐ型半導体層１３０とを接続する導電経路が設けられていればよく、図３に示す形態の他にも多様な形態をとり得る。

【0044】

［各部材の材質］
本実施形態では、基板１００としてサファイア基板が用いられる。基板１００として、シリコン基板、炭化シリコン基板、窒化ガリウム基板、窒化アルミニウム基板などの基板を用いることができる。

【0045】

本実施形態では、ｎ型半導体層１１０としてｎ型の窒化ガリウム（ｎ−ＧａＮ）が用いられる。活性層１２０として窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）が用いられる。ｐ型半導体層１３０としてｐ型の窒化ガリウム（ｐ−ＧａＮ）が用いられる。ただし、ｎ型半導体層１１０として、ｎ−ＧａＮの他にＡｌＧａＮ／ＧａＮの歪超格子を用いることができる。活性層１２０として、ＩｎＧａＮの他にＡｌＧａＩｎＮを用いることができる。ｐ型半導体層１３０として、ｐ−ＧａＮの他にｐ−ＡｌＧａＮ／Ｐ−ＧａＮ／Ｐ⁺−ＧａＮを用いることができる。なお、Ｐ⁺−ＧａＮとは、ｐ型のドーパントが過剰にドーピングされた半導体である。

【0046】

ｎ型半導体層１１０としてｎ−ＧａＮが用いられる場合、ｎ型の不純物（ドーパント）としてシリコン、ゲルマニウム、錫、テルル、およびセレンを用いることができる。ｐ型半導体層１３０としてｐ−ＧａＮが用いられる場合、ｐ型のドーパントとしてマグネシウム、ベリリウム、亜鉛、および炭素を用いることができる。

【0047】

なお、図２では、簡易的に半導体構造体１４０がｎ型半導体層１１０、活性層１２０、およびｐ型半導体層１３０によって構成された構造を例示したが、実際には図４に示すように、半導体構造体１４０は上記の３層以外の層を含む。以下、図４を用いて、本実施形態の半導体構造体１４０の詳細な層構造について説明する。

【0048】

図４は、本発明の一実施形態に係る発光素子の詳細な層構造を示す断面図である。図４に示すように、基板１００と半導体構造体１４０との間にバッファ層３００が設けられている。半導体構造体１４０は、ｕ−ＧａＮ３１０、ｎ−ＧａＮ３２０、ＩｎＧａＮ３３０、ｐ型の窒化アルミニウムガリウム（ｐ−ＡｌＧａＮ３４０）、およびｐ−ＧａＮ３５０を有する。ｕ−ＧａＮ３１０は、不純物がドーピングされていない、または意図的なドーピングがされていない窒化ガリウムである。

【0049】

なお、図４に示す半導体構造体１４０の層構造は一例であり、本発明の半導体構造体１４０は図４に示す構造に限定されない。半導体構造体１４０はｎ型半導体層、活性層、およびｐ型半導体層を含んでいればよく、半導体構造体１４０の層構造は適宜変更することができる。図２および図４では、ｐ型半導体層１３０がｎ型半導体層１１０の上方に設けられた構造を例示したが、ｐ型半導体層１３０がｎ型半導体層１１０の下方に設けられてもよい。

【0050】

本実施形態の酸化膜１５０は、ｐ型半導体層１３０が酸化された膜である。換言すると、ｐ型半導体層１３０とｐ型電極１６０との間の膜は、ｐ型半導体層１３０の成分を有する膜である。なお、第１酸化膜１５２、第２酸化膜１５４、および溝１５６に相当する領域の酸化膜はいずれもｐ型半導体層１３０が酸化された膜である。酸化膜１５０の屈折率はｐ型半導体層１３０の屈折率より小さく、空気の屈折率より大きい。酸化膜１５０の屈折率は１．２以上２．３以下であるとよい。本実施形態では、酸化膜１５０の屈折率は約１．５５である。なお、本実施形態のｐ型半導体層１３０の屈折率は約２．４である。本実施形態では、ｐ型半導体層１３０とｐ型電極１６０との間の膜が酸化膜１５０である構成を例示したが、この構成に限定されない。例えば、酸化膜１５０の代わりに炭化膜、または窒化膜などの化合物が設けられてもよい。炭化膜は、ｐ型半導体層１３０が炭化された膜であってもよい。窒化膜は、ｐ型半導体層１３０が窒化された膜であってもよい。ｐ型半導体層１３０とｐ型電極１６０との間の膜がｐ型半導体層１３０の成分を有しない膜であってもよい。

【0051】

本実施形態のｐ型電極１６０としてニッケル（Ｎｉ）および金（Ａｕ）の積層構造が用いられる。より詳細に説明すると、ｐ型電極１６０の構造は、約１０ｎｍのＮｉの上方に約１０ｎｍのＡｕが設けられた構造である。ｐ型電極１６０は非常に薄いため透光性を有している。したがって、活性層１２０で生成された光は、ｐ型電極１６０を透過して上方に出射される。なお、図２には図視されていないが、ｐ型電極１６０の上に、ｐ型電極１６０よりも厚いＡｕなどのパッドが設けられていてもよい。ｐ型電極１６０として、上記の材料の他にＮｉ／Ａｇ／Ｒｕ（ルテニウム）／Ｎｉ／ＡｕまたはＰｔを用いることができる。

【0052】

本実施形態のｎ型電極１７０としてアルミニウム（Ａｌ）およびチタン（Ｔｉ）の第１積層電極、ならびにＮｉおよびＡｕの第２積層電極が用いられる。第１積層電極では、Ａｌの上にＴｉが設けられている。第２積層電極では、Ｎｉの上にＡｕが設けられている。ｎ型電極１７０として、上記の材料の他にインジウム（Ｉｎ）、Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ、またはＴｉ／Ａｌ／Ｍｏ（モリブデン）／Ａｕを用いることができる。例えば、発光素子１０を試験的に評価する場合、簡易的にｎ型電極１７０としてＩｎを用いることができる。これらの材料は単層で用いられてもよく、積層で用いられてもよい。

【0053】

［発光素子１０の製造方法］
図５〜図２２を用いて、本発明に係る発光素子の製造方法について説明する。まず、半導体構造体１４０を活性化するために熱処理を行う。当該熱処理は窒素雰囲気、７５０℃、１０分間の条件で行われる。

【0054】

図５および図６は、本発明の一実施形態に係る発光素子の製造方法において、半導体構造体にマスクを設ける工程を示す平面図および断面図である。

【0055】

まず、半導体構造体１４０の表面を洗浄し、半導体構造体１４０の上にマスク４００を形成する。上記の洗浄は、例えばアセトン、メタノールなどの薬液を用いた超音波洗浄によって行うことができる。ここで形成するマスク４００のパターンは、後の工程で形成するｐ型電極１６０のパターンに対応する。マスク４００として一般的なレジストを用いることができる。例えば、当該レジストとしてＭｅｒｃｋ社製ＡＺＰ４２１０を用いることができる。基板１００を回転させながらレジストを含む溶媒を塗布し、露光のプレベークとして１２０℃で３分間の熱処理を行い、フォトリソグラフィによってレジストを露光し、現像液によって現像することでパターニングされたマスク４００を得ることができる。以下の説明において、マスク４００から露出された領域を第１領域４０４といい、マスク４００が設けられた領域を第２領域４０６という。つまり、第２領域４０６のｐ型半導体層１３０はマスク４００によって覆われている。

【0056】

図７および図８は、本発明の一実施形態に係る発光素子の製造方法において、陽極酸化用電極を形成し熱処理を行う工程を示す平面図および断面図である。図７および図８に示すように、陽極酸化に用いられる電極４４０をｐ型半導体層１３０の上に形成する。そして、電極４４０とｐ型半導体層１３０との間の接触抵抗を下げるための熱処理を行う。この熱処理によって、パターニングされたマスク４００の形状が変化する。ここでは、電極４４０としてＩｎを用いる。電極４４０形成後の熱処理として２００℃で１０分間の熱処理を行う。この熱処理によって、マスク４００が変形し、マスク４００のパターン端部が上方に突出した形状が得られる。つまり、上記の熱処理によってマスク４００の周縁４０２に沿った突出部４１０が形成される。また、この熱処理によってマスク４００のパターン端部の側壁が傾斜し、傾斜面４１２が形成される。なお、上記の熱処理は２００℃に限定されない。例えば、マスク４００の形状が上記の形状に変形すれば、２００℃未満の熱処理であってもよく、２００℃以上であってもよい。例えば、電極４４０としてＩｎを用いた場合、Ｉｎの融点より高い１６０℃以上で熱処理が行われてもよい。

【0057】

ここで、上記の２００℃の熱処理によって変形したマスク４００の断面形状について図９を用いて説明する。図９は、本発明の一実施形態に係る発光素子の製造方法において、マスクの熱処理前後の断面形状を測定した結果を示す図である。図９の（Ａ）および（Ｂ）に示す測定結果は表面形状測定装置（Ｄｅｋｔａｋ）を用いて図７のＢ−Ｂ’線に沿って測定された形状である。図９の（Ａ）は熱処理前のマスク４００の測定結果であり、（Ｂ）は熱処理後のマスク４００の測定結果である。

【0058】

図９の（Ａ）に示すように、熱処理前のマスク４００の測定結果４２０は、上面の形状が比較的平坦な形状であり、マスク４００のパターン端部の側壁の形状はほぼ垂直形状である。測定結果４２０から、熱処理前のマスク４００の膜厚は場所によらず約２．３μｍである。一方、図９の（Ｂ）に示すように、熱処理後のマスク４００の測定結果４３０は、上面の端部付近に突出部４１０が形成されており、マスク４００のパターン端部の側壁（傾斜面４１２）は傾斜している。突出部４１０の膜厚は約２．３μｍであり、それ以外の膜厚は約１．９μｍである。つまり、上記２００℃の熱処理によってマスク４００のパターン端部付近以外の領域が薄膜化する。マスク４００としてレジストを用いた場合、所定の温度以上の熱処理を行うとレジストが変質し、レジストが剥離されにくくなる。例えば、マスク４００としてＭｅｒｃｋ社製ＡＺＰ４２１０が用いられた場合は、上記所定の温度は約１６０℃である。したがって、通常はレジストの熱処理を所定の温度未満で行うが、本実施形態では、マスク４００の形状を変化させるために２００℃の熱処理を行っている。

【0059】

図１０および図１１は、本発明の一実施形態に係る発光素子の製造方法において、ｐ型半導体層上に酸化膜を形成する工程を示す平面図および断面図である。図９の（Ｂ）のようにマスク４００を変形させた後に、電極４４０にリード線４４２を接続し、基板１００の端部付近にエレクトロンワックス２００を形成する。リード線４４２はＡｇペーストなどを用いて電極４４０に固定される。エレクトロンワックス２００は、電極４４０およびリード線４４２を覆うように設けられる。なお、図１１には示されていないが、後述するガラス板５３０の上に基板１００が配置される。エレクトロンワックス２００は、基板１００および半導体構造体１４０の側面を覆ってガラス板５３０に接し、基板１００をガラス板５３０に固定する。本実施形態のエレクトロンワックス２００として絶縁性の樹脂材料を用いることができる。例えば、エレクトロンワックス２００として、マルトー社製シフトワックスを用いることができる。

【0060】

なお、後述する陽極酸化の際に、リード線４４２を介して電極４４０に電位が供給される。ここで、ｎ型半導体層１１０の抵抗率はｐ型半導体層１３０の抵抗率に比べて低く、ｎ型半導体層１１０の厚さはｐ型半導体層１３０の厚さに比べて大きい。つまり、基板１００の表面または裏面の方向において、ｎ型半導体層１１０の電気抵抗はｐ型半導体層１３０の電気抵抗に比べて十分に低い。したがって、電極４４０に供給された電位に基づく電流はｎ型半導体層１１０を優先的に流れ、基板１００の全域に広がる。なお、電極４４０にＩｎが用いられ、ｐ型半導体層１３０にｐ−ＧａＮが用いられる場合、Ｉｎとｐ−ＧａＮとの接触はショットキー接触であるので、ショットキー障壁を超える電圧（例えば、３．４Ｖ以上の電圧）を供給すればよい。

【0061】

図１２は、本発明の一実施形態に係る発光素子の製造方法において、ｐ型半導体層上に酸化膜を形成する方法の一例を示す図である。本実施形態では、陽極酸化によってｐ型半導体層１３０の表面を酸化する方法について説明する。図１２に示すように、容器５００にＡＧＷ溶液５１０を供給し、ＡＧＷ溶液５１０にガラス板５３０、５５０、および参照電極５６０を浸漬させる。ガラス板５３０には、図１１に示す試料５２０（基板１００および半導体構造体１４０）が取り付けられている。電源５７０の陽極からの配線はリード線４４２を介して試料５２０の電極４４０に接続される。ガラス板５５０には、陰極５４０が取り付けられている。陰極５４０として白金（Ｐｔ）が用いられる。参照電極５６０は電源５７０の陽極に接続されている。

【0062】

ＡＧＷ溶液５１０は、３％酒石酸水溶液：プロピレングリコールを１：３の割合で混合したものを、アンモニア水を用いてｐＨ７程度に調節したものである。

【0063】

試料５２０をＡＧＷ溶液５１０に浸漬させた状態で通電すると、試料５２０のｐ型半導体層１３０表面では以下の反応が起きる。
２ＧａＮ＋６ｈ⁺ → ２Ｇａ³⁺＋Ｎ₂
２Ｇａ³⁺＋６ＯＨ^- → Ｇａ₂Ｏ₃＋３Ｈ₂Ｏ
※ｈ⁺：ホール
上記の反応によって、ｐ型半導体層１３０のＧａＮがＧａ₂Ｏ₃に置換され、ｐ型半導体層１３０の酸化が進む。上記の陽極酸化では、電流値が一定になるように電圧が制御される。

【0064】

なお、ｎ型半導体層１１０がｐ型半導体層１３０の上方に設けられた半導体構造体１４０を陽極酸化する場合は、光を照射しながら陽極酸化をする必要がある。照射する光の波長λは、陽極酸化する対象の物質のバンドギャップエネルギーＥｇに対して、以下の式を満たす波長であることが好ましい。
λ（μｍ）＜１．２３９８／Ｅｇ（ｅＶ）

【0065】

図１３は、本発明の一実施形態に係る発光素子の製造方法において、マスクから露出されたｐ型半導体層上に酸化膜が形成された状態を示す拡大断面図である。図１４は、本発明の一実施形態に係る発光素子の製造方法において、ｐ型半導体層上に酸化膜が形成された状態を示す拡大断面図である。まず、図１１に示す状態で陽極酸化をすると、電流はマスク４００から露出された領域のｐ型半導体層１３０を流れるため、その領域のｐ型半導体層１３０に酸化膜が形成される。図１３がその状態である。図１３のように、ｐ型半導体層１３０の表面に第１酸化膜１５２が形成されると、第１酸化膜１５２が抵抗体として作用するため、第１領域４０４のｐ型半導体層１３０に電流が流れにくくなる。本実施形態では、ｐ−ＧａＮの表面に形成されたＧａ₂Ｏ₃の抵抗率が熱処理を行ったマスク４００の抵抗率よりも高いため、陽極酸化中の電流経路はマスク４００の内部が支配的になる。つまり、第１領域４０４のｐ型半導体層１３０に流れる電流に比べて、第２領域４０６のｐ型半導体層１３０に流れる電流の方が多い。その結果、図１４に示すように、マスク４００の下に他の領域よりも厚い酸化膜が形成される。

【0066】

ただし、位置によってマスク４００の抵抗率に違いがあるため、その抵抗率の違いによって形成される酸化膜の膜厚が異なる。例えば、マスク４００の上面が平坦な領域におけるマスク４００の抵抗率は、その他の領域におけるマスク４００の抵抗率よりも低い。したがって、当該領域のｐ型半導体層１３０は酸化されやすく、図１４に示すように第１酸化膜１５２よりも厚い第２酸化膜１５４が形成される。なお、当該領域のマスク４００には、局所的にｐ型半導体層１３０の酸化を阻害する要因が含まれており、その影響で第２酸化膜１５４の内部に酸化されない領域または電流が流れやすい酸化膜の領域（導電経路１５８に相当する領域）が形成されると考えられる。なお、第２酸化膜１５４には導電経路１５８が存在するため、第２酸化膜１５４の膜厚が第１酸化膜１５２の膜厚よりも大きくなっても第２酸化膜１５４の酸化はさらに進み、第２酸化膜１５４の膜厚が第１酸化膜１５２の膜厚よりも大きくなると考えられる。

【0067】

突出部４１０が形成された領域におけるマスク４００の抵抗率は、その他の領域におけるマスク４００の抵抗率よりも高い。したがって、突出部４１０の下のｐ型半導体層１３０は酸化されにくく、当該領域の酸化膜の膜厚は非常に薄くなる。その結果、溝１５６が形成される。

【0068】

傾斜面４１２が形成された領域におけるマスク４００の抵抗率は、突出部４１０が形成された領域におけるマスク４００の抵抗率より低く、マスク４００の上面が平坦な領域におけるマスク４００の抵抗率より高い。したがって、当該領域の酸化膜の膜厚は溝１５６の酸化膜より厚く、第２酸化膜１５４より薄い。

【0069】

第２領域４０６において、マスク４００のパターン端部の酸化膜の膜厚がそのパターン内部の酸化膜の膜厚よりも薄い。したがって、マスク４００の下の酸化膜は、ＡＧＷ溶液５１０がマスク４００の端部からマスク４００とｐ型半導体層１３０との間に侵入することで形成されたのではなく、マスク４００の膜厚方向に電流が流れることで形成されたと考えられる。

【0070】

上記のように、２００℃で熱処理したマスク４００の抵抗率は、マスク４００から露出されたｐ型半導体層１３０に形成された酸化膜１５０の抵抗率よりも低い。ここで、これらの抵抗率の差は、マスク４００の抵抗を無視すると、「面積／厚さ」の比である。本実施形態の製造方法で作成したサンプルにおいて、
「（酸化膜１５０の抵抗率）／（マスク４００の抵抗率）」
＝「（酸化膜１５０の面積／酸化膜１５０の膜厚）／（マスク４００の面積／マスク４００の膜厚）」
＝（１３７，０００μｍ²／０．２３μｍ）／（８８，０００μｍ²／１．９μｍ）
＝１３
である。ただし、実際の構造では、マスク４００に抵抗があるので、実際の「（酸化膜１５０の抵抗率）／（マスク４００の抵抗率）」の値は１３よりも小さな値になると考えられる。

【0071】

図１５は、本発明の一実施形態に係る発光素子の製造方法において、ｐ型半導体層上に酸化膜が形成された状態を示す断面図である。上記の陽極酸化の結果、図１５に示すように、第１領域４０４のｐ型半導体層１３０に第１酸化膜１５２が形成され、第２領域４０６のｐ型半導体層１３０に第２酸化膜１５４および溝１５６における酸化膜が形成される。なお、図１５では、導電経路１５８は省略されている。上記の製造方法を換言すると、互いに膜厚が異なる第１酸化膜１５２、第２酸化膜１５４、および溝１５６における酸化膜は同一工程で形成される。ただし、これらの酸化膜がそれぞれ別の工程で形成されてもよい。

【0072】

図１６および図１７は、本発明の一実施形態に係る発光素子の製造方法において、マスクを除去する工程を示す平面図および断面図である。マスク４００はリムーバ（例えば、剥離液）によって除去され、エレクトロンワックス２００はアセトンによって除去される。図１６に示すように、マスク４００から露出されていた第１領域４０４に第１酸化膜１５２が形成され、マスク４００によって覆われていた第２領域４０６に第２酸化膜１５４が形成される。つまり、平面視において、第２酸化膜１５４は第１酸化膜１５２に囲まれている。第１領域４０４と第２領域４０６との間、つまり、マスク４００のパターンの周縁に沿って形成された突出部４１０の領域に溝１５６が形成される。換言すると、溝１５６は第２酸化膜１５４の周縁に沿って連続して第２酸化膜１５４を囲んでいる。

【0073】

図１８および図１９は、本発明の一実施形態に係る発光素子の製造方法において、ｎ型半導体層を露出する工程を示す平面図および断面図である。図１７の電極４４０を除去し、酸化膜１５０、ｐ型半導体層１３０、活性層１２０、およびｎ型半導体層１１０の一部をエッチングすることで、図１８に示すように複数のメサＭを形成する。図１８に示すように、平面視において、メサＭは溝１５６を囲んでいる。メサＭのパターンが、例えば図７に示すマスク４００のパターンと同じ場合、マスク４００を用いて酸化膜１５０、ｐ型半導体層１３０、活性層１２０、およびｎ型半導体層１１０の一部をエッチングすることでメサＭを形成してもよい。また、メサＭのパターンは図１８に示す形状に限定されず、多様な形状を採用することができる。

【0074】

図１８および図１９の酸化膜１５０の上にｐ型電極１６０を形成し、露出されたｎ型半導体層１１０の上にｎ型電極１７０を形成することで、図１および図２に示す発光素子１０を得ることができる。なお、ｐ型電極１６０を形成した後、およびｎ型電極１７０を形成した後に熱処理を行うことが好ましい。例えば、ｐ型電極１６０を形成した後に５００℃の熱処理を行い、ｎ型電極１７０を形成した後に４００℃の熱処理を行う。これらの熱処理によって、ｐ型電極１６０とｐ型半導体層１３０との間の接触抵抗、およびｎ型電極１７０とｎ型半導体層１１０との間の接触抵抗を低くすることができる。

【0075】

図２０は、本発明の一実施形態に係る発光素子の製造方法において、ｐ型半導体層上に形成された酸化膜の表面形状を測定した領域を示す平面図である。図２１は、本発明の一実施形態に係る発光素子の製造方法において、ｐ型半導体層上に形成された酸化膜の表面形状を測定した結果を示す図である。

【0076】

図２０のＣ−Ｃ’線に沿ってＤｅｋｔａｋを用いて測定した結果が図２１である。図２１において、横軸の単位は［μｍ］であり、縦軸の単位は［Å（オングストローム）］である。図２１に示すように、第１酸化膜１５２の膜厚は第２酸化膜１５４の膜厚より小さく、第１酸化膜１５２と第２酸化膜１５４との間に溝１５６が形成されていることが確認されている。なお、図２１の測定結果において、溝１５６よりも左側の領域で第２酸化膜１５４を測定した測定結果が傾斜して、膜厚が大きくなっているように見えるが、これは測定に起因するもので、第２酸化膜１５４の膜厚を示すものではない。

【0077】

図２２は、本発明の一実施形態に係る発光素子の陽極酸化後の表面状態を示す光学顕微鏡写真である。図２２の光学顕微鏡写真は、図２０の点線で囲まれた領域を観察したものであり、マスク４００が除去されて酸化膜１５０が表面に露出した状態の光学顕微鏡写真である。図２２の点線４０８は、マスク４００のパターン端部が存在していた領域に相当する。図２２に示すように、第１酸化膜１５２、第２酸化膜１５４、および溝１５６に相当する領域の酸化膜のそれぞれの光学顕微鏡写真における色が異なっている。具体的には、第１酸化膜１５２および溝１５６に相当する領域の酸化膜の色は青色であり、第２酸化膜１５４に相当する領域の酸化膜の色は若干赤みがかかった白色である。

【0078】

図２３は、本発明の一実施形態に係る発光素子の酸化膜の光学特性を示す図である。図２３は、ＧａＮ＼薄膜＼空気の構造において、波長が４５０ｎｍ（青色）の光に対する反射率（Ｒ）および透過率（Ｔ）の酸化膜の膜厚依存を計算した結果である。なお、図２３の計算は以下の計算式に基づいて行われた。曲線Ｒは反射率の計算結果を示し、曲線Ｔは透過率の計算結果を示す。なお、ここでは薄膜は酸化膜（Ｇａ₂Ｏ₃）に該当する。

【0079】

ここで、φ、ｒ₁、ｒ₂、ｔ₁、ｔ₂はそれぞれ以下の通りである。

【0080】

上記の計算式において、ｎ₁＝２．４（ＧａＮの屈折率）、ｎ₂＝１．５５（薄膜の屈折率）、ｎ₃＝１（空気の屈折率）である。

【0081】

図２３から、酸化膜の膜厚が約７４ｎｍ、約２２０ｎｍの場合に、４５０ｎｍ（青色）の光に対する反射率が低く、透過率が高い。つまり、図２２の光学顕微鏡写真で青色に見えた第１酸化膜１５２の膜厚は約２２０ｎｍと推測され、溝１５６に相当する領域の酸化膜１５０の膜厚は約７４ｎｍと推測される。

【0082】

上記のように、本実施形態では、ｐ型半導体層１３０の表面を陽極酸化することによって酸化膜１５０が得られる。ただし、酸化膜１５０は陽極酸化以外の方法で形成することもできる。例えば、ｐ型半導体層１３０表面の熱酸化やｐ型半導体層１３０への酸素を打ち込み（イオンドーピング法やイオンインプランテーション法）によって酸化膜１５０を形成してもよい。ただし、陽極酸化以外の方法でｐ型半導体層１３０を酸化する場合にも、酸化膜１５０に導電経路１５８を形成する。

【0083】

［発光素子１０の電気特性および発光特性］
図２４および図２５を用いて、発光素子１０の電気特性および発光特性について説明する。図２４および図２５では、上記で説明した実施形態の発光素子１０とその比較例の発光素子９０との結果を示す。なお、比較例は、発光素子１０から酸化膜１５０が省略された発光素子である。つまり、発光素子９０では、図２における酸化膜１５０が形成されておらず、ｐ型電極１６０がｐ型半導体層１３０に直接接触している。

【0084】

図２４は、本発明の一実施形態およびその比較例の発光素子の電気特性および発光特性を示す図である。図２４のグラフ６００には、発光素子１０、９０の電気特性および発光特性の両方が示されている。図２４において、電気特性６０２および発光特性６０４は本実施形態の発光素子１０の特性であり、電気特性６１２および発光特性６１４は比較例の発光素子９０の特性である。電気特性６０２、６０４は、発光素子１０、９０に流された電流値に対する電圧値をプロットしたグラフである。発光特性６０４、６１４は、発光素子１０、９０に流された電流値に対する光の出力値（発光強度）をプロットしたグラフである。

【0085】

図２４に示すように、本実施形態の電気特性６０２と比較例の電気特性６１２との間には大きな差はなく、同じ電流値において電気特性６０２の電圧値は電気特性６１２の電圧値より小さい。つまり、発光素子１０では、ｐ型半導体層１３０とｐ型電極１６０との間に酸化膜１５０が設けられているが、酸化膜１５０の存在が電気特性に与える影響は小さいことが分かる。また、本実施形態の発光特性６０４は比較例の発光特性６１４より良好である。同じ電流値で発光特性６０４と発光特性６１４とを比較すると、発光特性６０４は発光特性６１４の約１．７倍の発光強度であることが分かる。つまり、ほぼ同じ消費電力の条件下で、本実施形態の発光素子１０の発光強度は比較例の発光素子９０の発光強度よりも約１．７倍高い。

【0086】

図２５は、本発明の一実施形態およびその比較例の発光素子の発光状態を示す光学顕微鏡写真である。図２５の（Ａ）は本実施形態の発光素子１０の発光状態を示す光学顕微鏡写真であり、図２５の（Ｂ）は比較例の発光素子９０の発光状態を示す光学顕微鏡写真である。図２５に示す光学顕微鏡写真は、試験的に発光素子を発光させた状態のものであり、それぞれの発光素子のｐ型電極１６０に直接プローブ６２０を接触させることで、ｐ型電極１６０に電位が供給されている。図２５の発光素子１０、９０の一部はプローブ６２０によって隠れているが、プローブ６２０によって隠された領域の発光素子１０、９０の外周は点線で示されている。

【0087】

図２５の（Ａ）に示すように、本実施形態の発光素子１０では発光領域の明るさに濃淡が確認される。一方で、図２５の（Ｂ）に示すように、比較例の発光素子９０では発光領域の明るさは一定（均一）である。なお、図２５の（Ａ）および（Ｂ）の各々の光学顕微鏡写真は、写真撮影時の露光条件が異なるため、両写真から発光強度の比較はできないが、図２４に示すように、同じ消費電力下において発光素子１０（Ａ）は発光素子９０（Ｂ）よりも発光強度が高い。発光素子９０では、ｐ型電極１６０とｐ型半導体層１３０との間に酸化膜が存在しないため、ｐ型電極１６０が配置された領域のｐ型半導体層１３０に均一に電力が供給されていると考えられる。一方で、発光素子１０では、ｐ型電極１６０とｐ型半導体層１３０との間の酸化膜１５０が存在しており、酸化膜１５０の中の導電経路１５８がまばらに（または不均一に）存在している（図３参照）。平面視において、導電経路１５８の付近では強く発光し、導電経路１５８から離れたところでは発光強度が弱くなると考えられる。つまり、発光領域の明るさの濃淡は、酸化膜１５０の中の導電経路１５８がまばらに存在することを示していると考えられる。

【0088】

以上のように、本発明の一実施形態に係る発光素子１０によると、ｐ型半導体層１３０とｐ型電極１６０との間に導電経路１５８を有する酸化膜１５０が設けられていることで、ｐ型半導体層１３０とｐ型電極１６０とが直接接している従来構造に比べて高い発光効率が得られる。このような発光素子１０を製造する方法として、レジストの形状が変化するような熱処理を行い、形状が変化したレジストを用いて陽極酸化する方法を用いることができる。この製造方法を用いることで、簡易的なプロセスで従来構造に比べて発光効率が高い発光素子を製造することができる。なお、上記でも述べたが、導電経路１５８を有する酸化膜１５０を形成する方法として陽極酸化を用いるのは一例に過ぎず、その他の方法で導電経路１５８を有する酸化膜１５０を形成してもよい。

【0089】

[第１実施形態の変形例１]
図２６を用いて酸化膜１５０に形成された導電経路１５８の変形例について説明する。図２６は、本発明の一実施形態の変形例に係る発光素子の詳細な層構造を示す断面図である。図３では、導電経路１５８は、第２酸化膜１５４が形成されていない領域（つまり、第２酸化膜１５４に形成されたピンホール）においてｐ型電極１６０とｐ型半導体層１３０とが接続された部分である例を示したが、導電経路１５８はｐ型電極１６０とｐ型半導体層１３０とを電気的に接続すればよく、多様な形態で実現可能である。例えば、図２６に示すように、第２酸化膜１５４の中に電流が通過可能な欠陥１５９が存在し、その欠陥１５９が導電経路として機能してもよい。この場合、第２酸化膜１５４の膜厚はおおよそ一定であり、局所的に導電経路として機能する欠陥１５９が存在している。なお、欠陥１５９の形状は、欠陥１５９−１のように直線状であってもよく、欠陥１５９−２のように屈曲していてもよく、欠陥１５９−３のように離散的であってもよい。

【0090】

[第１実施形態の変形例２]
図２７を用いて酸化膜１５０に形成された導電経路１５８の変形例について説明する。図２７は、本発明の一実施形態の変形例に係る発光素子の詳細な層構造を示す断面図である。図３および図２６では、第２酸化膜１５４の内部に局所的に導電経路１５８が存在する構成を例示したが、図２７に示すように、第２酸化膜１５４の抵抗率が第１酸化膜１５２の抵抗率よりも低くてもよい。つまり、第２酸化膜１５４の全域が導電経路１５８として機能してもよい。この場合、溝１５６に相当する領域の酸化膜の抵抗率が第１酸化膜１５２の抵抗率よりも高くてもよい。

【0091】

〈第２実施形態〉
図２８を用いて、本発明の一実施形態に係る発光素子の概要について説明する。図２８は、本発明の一実施形態の変形例に係る発光素子の詳細な層構造を示す断面図である。図２８に示す発光素子１０Ａは図２に示す発光素子１０と類似しているが、発光素子１０Ａは、ｐ型電極１６０Ａの上にｐ型パッド１９０Ａが設けられている点、および酸化膜１５０Ａの全域に導電経路１５８Ａが設けられている点において、発光素子１０と相違する。以下の発光素子１０Ａの説明において、図２に示す発光素子１０と同じ構成については説明を省略する場合がある。

【0092】

図２８に示すように、酸化膜１５０Ａの中の導電経路１５８Ａはｐ型半導体層１３０Ａの表面のほぼ全ての領域に設けられている。酸化膜１５０Ａの上にはｐ型電極１６０Ａが設けられている。ｐ型電極１６０Ａは、導電経路１５８Ａを介してｐ型半導体層１３０Ａに接続されている。ｐ型電極１６０Ａは導電経路１５８Ａと同様に、ｐ型半導体層１３０Ａの表面のほぼ全ての領域に設けられている。ｐ型パッド１９０Ａは、ｐ型電極１６０Ａの上に設けられている。ｐ型パッド１９０Ａが設けられる領域は、ｐ型電極１６０Ａの一部の領域に設けられる。換言すると、ｐ型電極１６０Ａのほとんどの領域がｐ型パッド１９０Ａから露出されている。なお、導電経路１５８Ａおよびｐ型電極１６０Ａは発光させたい領域に応じて適宜設定することができる。

【0093】

ｐ型電極１６０Ａとして、透光性を有する導電材料が用いられる。例えば、それぞれの膜厚が５０ｎｍ以下のＡｕ／Ｎｉが用いられる。ＡｕおよびＮｉの膜厚は同じでもよく、異なっていてもよい。良好な透光性を得るために、ＡｕおよびＮｉの膜厚はそれぞれ２０ｎｍ以下にすることが望ましい。ｐ型電極１６０Ａとして、上記の他に、ＩＴＯ（酸化インジウム・スズ）、ＩＧＯ（酸化インジウム・ガリウム）、ＩＺＯ（酸化インジウム・亜鉛）、ＧＺＯ（ガリウムがドーパントとして添加された酸化亜鉛）等の導電性酸化物半導体を用いてもよい。

【0094】

以上のように、本発明の一実施形態に係る発光素子１０Ａによると、ｐ型パッド１９０Ａからの電流は、ｐ型電極１６０Ａを介してｐ型パッド１９０Ａの領域よりも広い領域に分散される。つまり、ｐ型電極１６０Ａは、ｐ型パッド１９０Ａからの電流がｐ型パッド１９０Ａ直下に集中することを抑制する。上記の構成によって、発光素子１０Ａのパターン内（例えば、発光領域の中央部と端部）における発光ムラを抑制することができる。

【0095】

なお、本発明は上記の実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

【符号の説明】

【0096】

１０：発光素子、 ９０：発光素子、 １００：基板、 １１０：ｎ型半導体層、 １２０：活性層、 １３０：ｐ型半導体層、 １３２：点線、 １４０：半導体構造体、 １５０：酸化膜、 １５２：第１酸化膜、 １５４：第２酸化膜、 １５６：溝、 １５８：導電経路、 １５９：欠陥、 １６０：ｐ型電極、 １７０：ｎ型電極、 １８０：開口部、 １９０Ａ：ｐ型パッド、 ２００：エレクトロンワックス、 ３００：バッファ層、 ３１０：ｕ−ＧａＮ、 ３２０：ｎ−ＧａＮ、 ３３０：ＩｎＧａＮ、 ３４０：ｐ−ＡｌＧａＮ、 ３５０：ｐ−ＧａＮ、 ４００：マスク、 ４０２：周縁、 ４０４：第１領域、 ４０６：第２領域、 ４０８：点線、 ４１０：突出部、 ４２０：測定結果、 ４３０：測定結果、 ５００：容器、 ５１０：溶液、 ５２０：試料、 ５３０：ガラス板、 ５４０：陰極、 ５５０：ガラス板、 ５６０：参照電極、 ５７０：電源、 ６００：グラフ、 ６０２：電気特性、 ６０４：発光特性、 ６１２：電気特性、 ６１４：発光特性、 ６２０：プローブ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】