JP5284300B2 - 半導体発光素子、およびそれを用いた照明装置、ならびに半導体発光素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、開口部を含む金属電極を備えた半導体発光素子に関するものである。

昨今、画像表示装置や照明装置に半導体発光素子を用いることが検討されている。このような半導体発光素子は、基本的に半導体層の両面に電極が設けられ、電極間に電流を流すことによって発光させるものである。一般的な半導体発光素子は、半導体層の表面にオーミック接触したパッド電極を具備している。このパッド電極に電流を流すことによって、そのパッド電極の周辺部から発光が認められる。ここで、照明装置などでは比較的大きな発光素子が望まれるが、パッド電極を大きくしても、それに応じて発光部分の面積を広くするができないのが一般的である。このため、パッド電極から半導体層表面に沿って伸びた細線電極を追加して、発光部分の面積を広くする工夫がなされている。しかしながら、細線電極を多くすれば電極構造が複雑になるという問題点もある。

一方、半導体発光素子を照明装置に用いることを意図した場合、その発光強度を上げるためのもう一つの方法として、素子に流す電流を多くすることも考えられる。しかし、従来のパッド電極を具備した半導体発光素子は、電流を大きくしていくとある電流値でピークを持ち、それ以上電流を大きくしても輝度は低下するという特性を示すのが一般的である。ある電流量を超えたときに輝度が低下する大きな原因は、半導体発光素子内部に多くの電流を流したことにより熱が発生し、その熱を十分に放熱できないことが大きな原因である。そのため、従来の半導体発光素子において、高輝度化を可能にするためには半導体発光素子の冷却を十分に行うことが好ましい。このために半導体発光素子直下に放熱性のよい基板を設けることも考えられているが、現状では発熱部分と基板との距離があるため、十分な効果を得ることができていない。

なお、半導体素子に用いることができる電極として、開口部を具備した金属電極が検討されている（特許文献１）。この電極は、液晶表示装置などに用いることを意図して研究されたものであるが、本発明者らは照明などに用いることのできる半導体発光素子への応用も検討した。すなわち、半導体発光素子の発光表面全面に金属電極層を形成し、その金属電極に微細な開口を形成した。このように発光表面全面に金属電極層を設けることにより、半導体発光素子内部から発生する熱をその金属電極を介して十分に放熱することが可能となり、多くの電流を半導体発光素子に流しても輝度は低下することなく、電流増加とともにより高い輝度を達成することができることがわかった。また、金属電極を発光表面全面に形成することにより、半導体発光素子自体の直列抵抗を下げ、順方向電圧を低下させることが可能となる。そのことから半導体発光素子内部で発生する熱も少なくなり、半導体発光素子の高輝度化に有利であった。

しかしながら、全面に微細な開口を有する金属電極を形成するため、金属部分での反射が大きく、必ずしも発光表面での透過率が高いわけではないので、より高い輝度を得るためには改良の余地があることがわかった。

特開２００９−０７６３６１号公報

Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 41 (2002) pp. L 1431-L 1433

本発明は、照明装置に用いるような大型の半導体発光素子において、より輝度の高い半導体発光素子を提供するものである。

本発明による第一の実施態様による半導体発光素子は、
結晶基板と、
前記結晶基板の一方の面に形成された化合物半導体層と、
前記化合物半導体層の上に形成された、ＡｇまたはＡｕをベースとした金属からなる、膜厚が１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である金属電極層と、
前記金属電極層の上に形成された、誘電体膜からなる光取り出し層と、
前記結晶基板の反対側面に形成された対抗電極と
を具備する半導体発光素子であって、
前記金属電極層が、
任意の２点間が切れ目無く連続した金属部位と
前記金属電極層を貫通し、円相当平均直径が３０ｎｍ以上１μｍ未満である複数の開口部を有しており、
前記光取り出し層が、
前記金属電極層の金属部位を少なくとも部分的に被覆しており、
２０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下の膜厚を有している
ことを特徴とするものである。

また、本発明による第二の実施態様による半導体発光素子は、
結晶基板と、
前記結晶基板の一方の面に形成された化合物半導体層と、
前記化合物半導体層の上に形成された、ＡｇまたはＡｕをベースとした金属からなる、膜厚が１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である金属電極層と、
前記金属電極層の上に形成された、微細な凹凸構造を有する誘電体膜からなる光取り出し層をと、
前記結晶基板の反対側面に形成された対抗電極と
を具備する半導体発光素子であって、
前記金属電極層が、
任意の２点間が切れ目無く連続した金属部位と
前記金属電極層を貫通し、円相当平均直径が３０ｎｍ以上１μｍ未満である複数の開口部を有しており、
前記光取り出し層が、
前記金属電極層の金属部位を少なくとも部分的に被覆しており、
前記光取り出し層の凸部頂点間隔が１００ｎｍ以上６００ｎｍ以下であり、前記金属電極層の表面から凸部頂点までの高さが２００ｎｍ以上７００ｎｍ以下である
ことを特徴とするものである。

また、本発明による照明装置は、前記の半導体発光素子を具備してなることを特徴とするものである。

また、本発明による第一の半導体発光素子の製造方法は、前記のいずれかの半導体発光素子を製造するためのものであり、
結晶基板上に化合物半導体層を形成させる工程と、
前記化合物半導体層の上に金属電極層を形成させる工程と、
前記金属電極層の上に光取り出し層を形成させる工程と、
前記結晶基板の前記化合物半導体層と反対側面に対向電極層を形成させる工程とを含み、前記金属電極層を形成させる工程が、
金属薄膜層を形成させる工程と、
前記金属薄膜層の少なくとも一部の表面にブロックコポリマーを含む組成物を塗布してブロックコポリマー膜を形成させる工程と、
前記ブロックコポリマーの相分離を起こさせることでドット状のミクロドメインを生成させる工程と、
前記ミクロドメインのパターンをエッチングマスクとして前記金属薄膜をエッチングして開口部を有する前記金属電極層を形成させる工程と、
を含むことを特徴とするものである。

また、本発明による第二の半導体発光素子の製造方法は、前記のいずれかの半導体発光素子を製造するためのものであり、
結晶基板上に化合物半導体層を形成させる工程と、
前記化合物半導体層の上に金属電極層を形成させる工程と
前記金属電極層の上に光取り出し層を形成させる工程と、
前記結晶基板の前記化合物半導体層と反対側面に対向電極層を形成させる工程とを含み、前記金属電極層を形成させる工程が、
金属薄膜層を形成させる工程と、
形成させようとする金属電極層の形状に対応した微細凹凸パターンを表面に有するスタンパーを準備する工程と、
前記金属薄膜層の少なくとも一部に前記スタンパーを利用してレジストパターンを転写する工程と、
前記レジストパターンをエッチングマスクとして前記金属薄膜層に開口部を形成させる工程と、
を含むことを特徴とするものである。

本発明による半導体発光素子は、発光表面全面に微細な開口を含む金属電極上へ特定の光取り出し層を形成することにより、金属電極層での反射による光取り出し効率の低下が抑制されたものである。すなわち、本発明によれば、半導体発光素子により多くの電流を流してより輝度が高い半導体発光素子、およびそれを用いた照明装置が提供される。

本発明による第一の実施態様による半導体素子（Ａ）および第二の実施態様による半導体素子（Ｂ）の断面図、および金属電極層の構造を示す上面図（Ｃ）。 実施例１の半導体素子の製造方法を説明するための概念図。 半導体素子の電圧−電流特性を示すグラフ。 半導体素子の電流−電力特性を示すグラフ。 実施例２の半導体素子の製造方法を説明するための概念図。 実施例１０の半導体素子の製造方法を説明するための概念図。 実施例１１の半導体素子の製造方法を説明するための概念図。 実施例１２の半導体素子の製造方法を説明するための概念図。 実施例１３の半導体素子の製造方法を説明するための概念図。 実施例１４の半導体素子の製造方法を説明するための概念図。 実施例１５の半導体素子の製造方法を説明するための概念図。 実施例１６の半導体素子の製造方法を説明するための概念図。 実施例１７の半導体素子の製造方法を説明するための概念図。 実施例１８の半導体素子の製造方法を説明するための概念図。 実施例１９の半導体素子の製造方法を説明するための概念図。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

本発明における金属電極層の材料となる金属は、十分な導電性および熱伝導性を有しているものであれば特に限定されず、一般的に電極として用いられる任意の金属を用いることができる。しかし、吸収損失の観点からＡｇ、またはＡｕがベースとした金属であることが好ましく、例えば、これらの含有率が９０重量％以上であることが好ましい。また、オーミック性、密着性、耐熱性確保の点からＡｌ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｃ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｔｅ、Ｓｅ、およびＴｉから選択される少なくとも一つの金属をさらに含むことが好ましい。

本発明による半導体素子の金属電極層は、その層を貫通する複数の開口部を有している。本発明における金属電極層は、面積を比較的大きくすることができるので高い放熱性を達成することができ、半導体発光素子の温度上昇を抑制することができる。さらに、金属電極層に設けられた開口部のサイズや配置などを調整することによっても温度上昇を抑制することができる。すなわち開口部のサイズや配置などを調整し、半導体発光素子の順方向の電圧を低下させることによって直列抵抗を低下させ、発熱自体を減少させることができるのである。このような効果を実現するためには、開口部を有する金属電極層から化合物半導体層に対して全面に均一に電流を流すことが好ましい。化合物半導体層に均一に電流を流すためには開口部の大きさ、開口部の中心間隔を制御することが必要である。シミュレーション等の計算による検討を行うと、電流が流れる範囲は、電流を流す半導体層のドーピング濃度等にも依存するが、金属電極層端からおおよそ５μｍまでの範囲である。すなわち、円相当平均直径がそれ以上であると電流が流れない範囲が生じて、直列抵抗を下げることが出来ず順方向電圧を下げることが出来ない。実際に、間隔が５μｍ以上であるメッシュ構造を有する金属電極を具備した半導体発光素子においては特に、順方向電圧が低下したという報告は無い（非特許文献１参照）。そのため、円相当平均直径の上限は５μｍ以下、好ましくは１μｍ以下である。一方、下限に関しては抵抗値の観点からは特に制約は無いが、作製の容易性の観点から円相当平均直径は一般に１０ｎｍ以上、好ましくは３０ｎｍ以上である。なお、ここで円相当平均直径は、開口部の面積を基準として
２×（面積／π）^１／２
で表されるものであり、開口部が円形である場合には、その直径に相当するものである。

なお、本発明における金属電極層の金属部位の任意の２点間は切れ目無く連続していることが必要である。これは前記した通り、抵抗値を低く保つという観点から重要である。また、発光素子として化合物半導体層全体から発光を得るためにも、金属部位が連続していることは重要である。このように金属電極層の抵抗値の観点からは、金属電極層のシート抵抗が１０Ω／□以下であることが好ましく、５Ω／□以下であることがより好ましい。面抵抗が小さいほど発熱が小さく、本発明の効果がより顕著となる。

また、一般的に半導体層上に金属電極を形成させるためには、半導体層上に金属層を形成させ、その後、金属層と半導体層との界面に熱処理によりドーパントをドーピングしてオーミック接触を形成させるのが一般的である。例えば、一般的な赤色発光素子の場合の電極形成方法は、ＧａＡｓ、ＧａＰ等の化合物半導体層へＡｕ／Ａｕ−Ｚｎ（ドーパント、ｐ層の場合）の積層構造を形成した後、熱処理を行うことにより金属−半導体層界面へＺｎのドーピングを行い、オーミック接触を実現している。本発明においても、同様にして金属層を形成させ、さらに後述する方法によって金属層に開口部を形成させることによって金属電極層を形成させることができる。ここで金属電極層の厚さが薄すぎるとドーパントの量が少なくなりドーピングが不十分となり、その結果十分なオーミック接触が実現できず、抵抗値が上昇してしまう傾向にある。実験により調べた結果、十分なオーミック接触を実現するためには、金属電極層の厚さは１０ｎｍ以上であることが必要であり、３０ｎｍ以上であることが好ましいことがわかった。一方、金属電極層の厚さの上限は、抵抗値の観点からは特に制限は無いが、透過率を確保する点から、５０ｎｍ以下であることが好ましい。

同じであるが大きいチップ 上記のような微細な開口を有する金属電極層により、本発明による半導体発光素子は優れた電気的特性、および温度特性を有する。しかし、発光層の表面に透過率が比較的低い金属層存在するため、発光層からの光を十分に取り出すことが難しい。このために、半導体発光素子の輝度を高くするためには、金属電極層を透過する光量を増大させることが望まれる。

金属電極層を透過させる光量を増大させるための方法として、金属電極層上に光取り出し層を形成することが挙げられる。この光取り出し層は透過率の高い誘電体膜であることが要求される。ここで、発光層から放射される光の波長における光取り出し層の透過率は５０％以上であることが好ましく、６０％以上であることがより好ましい。発光層の表面に存在する電流拡散層の屈折率よりも高い屈折率を有する光取り出し層を形成することにより反射損失の低減が可能となる。具体的には屈折率は１．８以上であることが好ましい。半導体素子は最終的に屈折率が１．５前後の樹脂によって封止されるのが一般的であるため、光取出し層の屈折率がそれより低いと改善効果が十分表れないことがある。また、屈折率は２．５以下であることが好ましい。屈折率が大きすぎると、屈折率が１．５前後の樹脂によって封止されたときに、光取り出し層と封止樹脂との屈折率差が大きくなり、改善効果が小さくなる傾向にあり、光取り出し層の膜厚を調整することが必要となる場合もある。また、実用的に存在する高誘電体材料の屈折率の上限は２．５程度であるため、屈折率がそれ以上の材料を用いることは困難である。光取り出し層の材料として上記を満たすものとして、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、Ｔａ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、ＺｎＳ、ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、Ｃｅ_２Ｏ_３、ＺｎＯなどが上げられる。

また、光取り出し層の膜厚は、２０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下とされる。膜厚が２０ｎｍ未満であると膜厚が薄いため改善効果が十分表れない傾向にある。また、膜厚が適切でないと発光波長での反射損失を低減する効果が小さくなる傾向にあるので、そのことを考慮に入れると膜厚が１２０ｎｍ以下であることが必要となる。この光取り出し層は、金属電極層の表面を完全に被覆している必要はなく、部分的に、または一部分だけを被覆していてもよい。すなわち、この光取り出し層は金属電極層と光取り出し層との界面における屈折率の差を利用して、金属電極層を透過する光量を増大させるので、金属電極層の金属部位の少なくとも一部が被覆されていることで効果が発現する。したがって、開口部は全く被覆されていなくても効果はほとんど変わらない。なお、本発明において、光取り出し層の厚さとは、特に断らない限り、金属電極層が接している化合物半導体層またはコンタクト層の表面から、光取り出し層の表面までの厚さをさすものとする。すなわち、金属電極層の表面上に存在する層の厚さ、すなわち金属電極層の表面から光取り出し層表面までの厚さではない。したがって、本願発明において、光取り出し層の厚さは、金属電極層の厚さよりも薄いことはない。

金属電極層を透過させる光量を増大させるためのもう一つの方法として、金属電極層上へ微細な凹凸構造を有する光取り出し層を設けることが挙げられる。このような微細な凹凸構造によって、反射防止効果と回折効果とが得られ、それらにより金属電極層と光取り出し層との界面における反射損失を低減させることができる。この結果、金属電極層を透過する光量を向上させることが可能となる。このような効果を得るためには、凹凸構造の凸部頂点間隔が１００ｎｍ以上６００ｎｍ以下であり、凸部の高さが金属電極層の金属部上から２００ｎｍ以上７００ｎｍ以下である必要がある。また、凹凸構造の凸部と凹部との高さの差は特に限定されないが、一般に２００〜７００ｎｍ、好ましくは３００〜７００ｎｍとされる。

本発明の一実施形態にかかる半導体発光素子の構造を表わす断面図は図１に示す通りである。

図１（Ａ）に示された、本発明の第一の実施態様による半導体発光素子１００Ａは、例えばｎ型のＧａＡｓからなる基板１０１を具備するものである。この基板上に、例えばｎ型ＩｎＡｌＰクラッド層、ＩｎＧａＰ活性層、およびｐ型ＩｎＡｌＰクラッド層などを含むヘテロ構造部１０２が形成され、その上に例えばｐ型のＩｎＧａＡｌＰからなる電流拡散層１０３が形成されている。なお、これらの化合物半導体層の構成はこれに限定されるものではなく、必要に応じて任意の構成とすることができる。電流拡散層上面全てに開口部を有するｐ側Ａｕ／Ａｕ−Ｚｎの金属電極層が形成されている。そして、開口部を有する金属電極層と電流拡散層の間にはオーミックコンタクトを取るためのＧａＡｓコンタクト層１０４が薄く形成されている。特に電流拡散層が多元素からなる層である場合、例えばＩｎＧａＡｌＰ、ＡｌＧａＡｓのような３元以上の元素からなる層である場合、このようなコンタクト層が無いと、その上に形成される金属電極層１０５が十分にオーミック接触しにくくなる。ここで、コンタクト層の材料として用いられる材料は、コンタクト層の両側に隣接する半導体層を形成する半導体や金属電極層を形成する金属の種類により異なるが、一般的にはＧａＡｓ、またはＧａＰなどが好ましい。そして、この金属電極層１０５は、この層を貫通する複数の開口部を有している。図１（Ｃ）は、金属電極層１０５の上面図である。図１（Ｃ）に示された金属電極層は、連続した金属部１０５Ｘに開口部１０５Ｙが形成されている。ここで図においては開口部１０５Ｙの大きさおよび配置がランダムになっているが、これに限定されるものではない。必要に応じて開口部の大きさが揃っていてもよいし、また開口部が規則的に配置されていてもよい。

その開口部が形成された金属電極層１０５上に光取り出し層１０６Ａが形成されている。光取り出し層としては、例えばＺｎＳ膜（屈折率２．３）が２０ｎｍ以上７０ｎｍの厚さで形成されている。ＺｎＳは４００ｎｍの波長程度まで実質的に吸収はないため、紫外光を除く半導体素子の発光波長に対して透明である。

基板の裏面側には、例えばＡｕからなるｎ側対向電極１０７が形成されている。そして活性層における発光は、電流拡散層全面から取り出されるようになっている。

また、図１（Ｂ）は、本発明の第二の実施態様による半導体発光素子１００Ｂの断面図である。この半導体素子においては、第一の半導体発光素子とは光取り出し層の形状が異なっている、すなわちその開口部が形成された金属電極層１０５上にＺｎＳ膜（屈折率２．３）を２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の厚さで形成され、さらにその表面の一部を削り取られることによって、形成されている。この結果、その光取り出し層１０６Ｂに微細な凹凸構造を形成したものとなっている。

このような半導体発光素子は任意の方法により製造することができる。ここで、本発明による半導体発光素子は金属電極層と光取り出し層とに大きな特徴を有している。このため、本発明による半導体発光素子の製造方法において、金属電極層および微細凹凸構造を有する光取り出し層の形成には特定の方法を用いることが好ましい。一方で化合物半導体層や対向電極等の形成、光取り出し層の形成方法は従来知られている任意の方法を組み合わせて用いることができる。

本発明による半導体発光素子の金属電極層への微細な開口の製造方法には、以下の（Ａ）〜（Ｄ）の方法が挙げられる。

（Ａ）ブロックコポリマーの自己組織化を利用する方法
本発明による半導体発光素子の製造方法のひとつは、ブロックコポリマーの自己組織化による相分離を利用するものである。その方法は、
結晶基板上に化合物半導体層を形成させる工程と
前記化合物半導体層の光取り出し面側に金属電極層を形成させる工程と
前記結晶基板の光取り出し面と反対側面に対向電極層を形成させる工程とを含み、前記金属電極層を形成させる工程が、
金属薄膜層を形成させる工程と、
前記金属薄膜層の少なくとも一部の表面にブロックコポリマーを含む組成物を塗布してブロックコポリマー膜を形成させる工程と、
前記ブロックコポリマーの相分離を起こさせることでドット状のミクロドメインを生成させる工程と、
前記ミクロドメインのパターンをエッチングマスクとして前記金属薄膜をエッチングして開口部を有する光入射面側電極層を形成させる工程と、
を含むことを特徴とするものである。

この方法をもう少し詳細に説明すると以下の通りである。まず、結晶基板上に化合物半導体層を形成させる。次いで、結晶基板の化合物半導体層が形成された面と反対側の面に、例えばＡｕ／Ｚｎなどの金属を真空蒸着により製膜して対向電極層を形成させる。これらの結晶基板、化合物半導体層および対向電極については、従来知られている任意の材用および形成方法を用いることができる。例えば、図１において説明した材料と同様のものを用いてもよい。
次いで、化合物半導体層上にＡｕ／Ｚｎなどの金属を蒸着させて金属薄膜を形成させる。さらに金属薄膜の上に、レジスト組成物を塗布および加熱してレジスト層を形成させる。

その後、この上に必要に応じて有機ポリマー層を塗布し、熱硬化させる。最終的に、この有機ポリマー層部でのリフトオフにより金属薄膜加工用のマスク形成を行う。そのため、有機ポリマー層の膜厚がマスク高を決定し、有機ポリマー層の膜厚は５０〜４００ｎｍが好ましい。

次に、有機ポリマー膜の上に、ブロックコポリマーを含む組成物を回転塗布してブロックコポリマー層を形成させる。さらに、ホットプレート上でベークし溶媒を蒸発させ、相分離化させるために加熱処理を行う加熱処理は例えば１５０〜２５０℃で行うことが好ましい。使用することのできるブロックコポリマーは、例えばポリスチレン(以下、ＰＳという)ブロックとポリメチルメタクリレート（以下、ＰＭＭＡという）ブロックを有するものであり、ＰＳマトリクス中にドット状のＰＭＭＡが形成される。

ＰＳ及びＰＭＭＡは適当なガス種を用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）に対するエッチング速度が大きく異なる。そのため、ＲＩＥにより相分離したＰＭＭＡドット部分を選択的に除去して空洞部を形成させることにより、ＰＳのメッシュパターンが得られる。

通常、ブロックコポリマーを構成する典型的なポリマーは、硬い基板のエッチングに耐えられうるほどの耐性を持っていなため、本実施態様では無機物質を使ったパターントランスファー法を採用した。まず、塗布法または物理気相成長法により空洞部に無機物質を埋める。その後、ＲＩＥにより一部のＰＳのメッシュパターンを除去することにより、無機物質のドットパターンを得ることが出来る。

次に、ＲＩＥにより、形成した無機物質のドットパターンを下地となる有機ポリマー層に転写することで、円柱状の有機ポリマー層を形成させる。さらに、リフトオフ法により、有機ポリマー層の円柱パターンを反転させてメッシュパターンのマスクを形成させる。この際用いる材料としては、有機ポリマーとエッチング選択性が大きい無機物質が好ましい。
最後に、イオンミリングまたはＲＩＥによって、メッシュパターンの無機物質マスクを下地の金属薄膜に転写することにより、化合物半導体層にオーミック接触した開口部を有する金属電極層が形成される。

（Ｂ）ナノインプリントを利用する方法
本発明による半導体発光素子の製造方法の別のひとつは、ナノインプリントを利用するものである。その方法は、
結晶基板上に化合物半導体層を形成させる工程と
前記化合物半導体層の光取り出し面側に金属電極層を形成させる工程と
前記結晶基板の光取り出し面と反対側面に対向電極層を形成させる工程とを含み、前記金属電極層を形成させる工程が、
金属薄膜層を形成させる工程と、
形成させようとする金属電極の形状に対応した微細凹凸パターンを表面に有するスタンパーを準備する工程と、
前記金属薄膜層の少なくとも一部に前記スタンパーを利用してレジストパターンを転写する工程と、
前記レジストパターンをエッチングマスクとして前記金属薄膜層に開口部を形成させる工程と、
を含むことを特徴とするものである。

この方法をもう少し詳細に説明すると以下の通りである。まず、結晶基板上に化合物半導体層を形成させる。次いで反対側の面に対向電極層を形成させる。これらは前記した方法と同様の方法で形成させることができる。

次いで、化合物半導体層上に、ＡｕまたはＡｕ／Ｚｎ等を真空蒸着により製膜して、金属薄膜を形成させる。

次にレジスト組成物を金属薄膜上に塗布し、加熱により熱硬化反応させ、レジスト層を形成させる。

このレジスト層に、鋳型であるスタンパーを用いて本発明において特定された開口構造に対応した微細凹凸パターンを転写する。

スタンパーは、例えば石英上に電子線リソグラフィーにて所望の構造を形成させることにより製造することができる、そのほか、本発明による半導体発光素子の製造方法では、スタンパーの材料及びスタンパーの微細凹凸構造形成手法は限定されない。例えば、スタンパーを前述したブロックコポリマーの自己組織化や、後述する微粒子マスクを用いた方法により形成することも可能である。

前記レジスト層に前記スタンパーを、必要に応じて加熱しながら押し付け、放冷後、離型することでレジスト層にスタンパーの逆パターンを転写させる。これにより、柱状突起を有する開口レジストパターンが形成される。

なお、本発明は、熱ナノインプリントに限定されるものではなく、光インプリントやソフトインプリントなど、種々のインプリント技術を用いて同様のパターンを形成しても汎発明が提供する半導体発光素子の機能を損なうものではない。

このレジストパターンマスクとして、金属薄膜のエッチングを行って金属薄膜に開口部を形成させ、さらに、レジストパターンマスクを除去することにより、本発明による半導体発光素子を得ることができる。

（Ｃ）微粒子のマスクを利用する方法
本発明による半導体発光素子の製造方法のさらに別のひとつは、シリカ等の微粒子の単分子層をマスクとして利用するものである。その方法は、
結晶基板上に化合物半導体層を形成させる工程と
前記化合物半導体層の光取り出し面側に金属電極層を形成させる工程と
前記結晶基板の光取り出し面と反対側面に対向電極層を形成させる工程とを含み、前記金属電極層を形成させる工程が、
前記金属薄膜層の少なくとも一部にレジスト組成物を塗布してレジスト層を形成させる工程と、
前記レジスト層の表面に微粒子の単粒子層を形成させる工程と、
前記単粒子層をエッチングマスクとして前記レジスト層をエッチングしてレジストパターンを形成させる工程と、
前記レジストパターンの開口部に無機物質を充填して逆パターンマスクを形成させる工程と、
前記逆パターンマスクをエッチングマスクとして前記金属薄膜層に開口部を形成させる工程と、
を含むことを特徴とするものである。

この方法をもう少し詳細に説明すると以下の通りである。まず、結晶基板上に化合物半導体層を形成させる。次いで反対側の面に対向電極層を形成させる。これらは前記した方法と同様の方法で形成させることができる。
次いで、化合物半導体層上に、ＡｕまたはＡｕ／Ｚｎ等を真空蒸着により製膜して、金属薄膜を形成させる。

次に、金属薄膜上にレジスト組成物を塗布し、レジスト層を形成させる。引き続き、このレジスト層の表面を反応性リアクティブエッチング（ＲＩＥ）処理して、レジスト層の表面を親水化させることができる。この処理により、以後の分散液塗布時の濡れ性を改善させることができる。

次に、例えば粒子径が２００ｎｍであるシリカ微粒子を含む分散液を、前記レジスト層が形成された基板上に塗布し、必要に応じてアニール処理および冷却することにより、シリカ粒子の単分子層が形成される。用いられる微粒子の大きさは目的とする開口部のデザインに応じて、任意の粒子径および分布を有するものを用いることができる。

次に、シリカ微粒子単粒子膜に対して、エッチングを行う。このプロセスでシリカ微粒子がエッチングされ半径が小さくなることで、隣接していた粒子間に隙間が生じていく。エッチング条件は下地のレジスト層はほとんどエッチングされることがないものを選択する。そのようにエッチングの速度差があることで、シリカ微粒子のみをエッチングして粒子の間に隙間を形成させることができる。

次に、残ったシリカ微粒子をエッチングマスクに用いて、下地の熱硬化性レジストをエッチングする。この結果、初期にシリカ微粒子があった部位に、アスペクト比の高い柱状のレジストパターンが得られる。

次に、スピンオングラス（以下、ＳＯＧという）の溶液を、前記柱状レジストパターン上に塗布し、加熱する。これによりレジストパターンの間の隙間にＳＯＧが充填される。
次に、柱状レジストパターン上のＳＯＧおよびシリカ微粒子をエッチングにより除去し、柱状レジストパターンとその隙間にＳＯＧ５０９が充填された構造を形成させる。

次に、残った柱状の熱硬化性レジストをエッチングにより除去して、前記柱状レジストパターンを反転した構造のＳＯＧマスクを金属薄膜上に作製する。

次に、金属薄膜を、前記ＳＯＧマスクを介してエッチングして、開口部を有する金属電極層を形成させる。
さらに、ＳＯＧマスクを除去することにより、本発明の一実施態様である半導体発光素子を得ることができる。

（Ｄ）電子線描画を利用する方法
開口部を有する金属電極層を形成させる方法のもうひとつは、電子線描画による方法である。この方法を利用した本発明による半導体素子の製造方法は、
結晶基板上に化合物半導体層を形成させる工程と
前記化合物半導体層の光取り出し面側に金属電極層を形成させる工程と
前記結晶基板の光取り出し面と反対側面に対向電極層を形成させる工程とを含み、前記金属電極層を形成させる工程が、
金属薄膜層を形成させる工程と、
金属薄膜上に電子線用レジストを塗布してレジスト膜を形成させる工程と、
前記レジスト膜に電子線により形成させようとする開口部の形状に対応したパターンを描画し、現像してレジストパターンを形成させる工程と、
前記レジストパターンをエッチングマスクとして前記金属薄膜層に開口部を形成させる工程と、
を含むものである。

なお、本発明による第二の実施態様による半導体発光素子は、光取り出し層に特定の凹凸構造を有している。このような微細な凹凸構造を形成する方法は、金属電極層への微細な開口を形成する方法で説明した（Ａ）〜（Ｄ）の方法を応用することで形成可能である。すなわち微細な凹凸構造形成は、光取り出し層のもととなる、透過率の高い誘電体膜を比較的厚く、例えば２００〜５００ｎｍの厚さで形成させ、その膜を（Ａ）〜（Ｄ）の方法により形成されたパターンマスクを用いてＲＩＥを用いて形成することにより形成することができる。

より具体的には、例えば以下のようにして半導体発光素子を得ることができる。結晶基板上に任意の方法で形成された化合物半導体層上にＡｕ／Ａｕ−Ｚｎ（３％）の金属薄膜を蒸着法により形成する。引き続き、電流拡散層と十分にオーミック接触させるため、窒素雰囲気下で４５０℃、３０分間アニールを行うことが好ましい。アニール後、良好なオーミック性が達成される。そのＡｕ／Ａｕ−Ｚｎ膜上へ電子線用レジストを３００ｎｍの厚さで形成させる。そして、電子線描画装置によりレジストへ描画を行い、現像を行って所望の開口部配置がデザインされたパターンマスクを形成させる。その後、イオンミリング装置によりパターンマスクを介してＡｕ／Ａｕ−Ｚｎ膜をエッチングして、開口部を形成させる。

その後、半導体発光素子の形状に応じた方法で、光取り出し層を形成する。第一の実施態様による半導体発光素子を製造する場合は、開口部が形成されたＡｕ／Ａｕ−Ｚｎ膜上へ蒸着法によりＺｎＳ膜を５０ｎｍ形成する。

第二の実施態様による半導体発光素子を製造する場合は、まず開口部が形成されたＡｕ／Ａｕ−Ｚｎ膜上へ蒸着法によりＺｎＳ膜を４００ｎｍ形成する。そのＺｎＳ膜上へ電子線用レジストを３００ｎｍの厚さで形成させる。そして、電子線描画装置によりレジストへ描画を行い、現像を行って所望の凹凸構造に対応するパターンマスクを形成させる。その後、ＲＩＥ装置によってパターンマスクを介してＺｎＳ膜をエッチングして、微細な凹凸構造を有する光取り出し層を形成する。

最後に、この金属電極層の一部にボンディング用のパッド電極を形成させることにより、本発明による半導体発光素子が得られる。

本発明を、実施例を用いて詳細に説明すると以下の通りである。従来の金属パッド電極が形成された半導体発光素子と、本発明による、開口部を有する金属電極を有する半導体発光素子の特性の評価を行った。

（実施例１および比較例１）
前記した方法に準じて半導体発光素子を作製した。実施例１においては開口を有する金属電極と光取り出し層を含む半導体発光素子の特性を調べるため、従来の一般的な大きさである３００μｍ角の半導体発光素子にて評価した。

図２（Ａ）に示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板１０１上にｎ型ＩｎＡｌＰクラッド層、ＩｎＧａＰ活性層、ｐ型ＩｎＡｌＰクラッド層などを含むヘテロ構造部１０２を形成させた。その上にｐ型のＩｎＧａＡｌＰの４元元素を含む電流拡散層１０３をエピタキシャル成長させた。電流拡散層の上にオーミック接触をとるためにｐ型のＧａＡｓコンタクト層１０４（厚さ０．１μｍ）を形成させた。基板の裏面側にはｎ側対向電極１０７を形成させた。

次いで、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層にＡｕ（１０ｎｍ）／Ａｕ−Ｚｎ（３％）（厚さ３０ｎｍ）からなる金属薄膜１０５Ａを蒸着法により形成した。その後、ｐ型ＧａＡｓ層と十分にオーミック接触させるため、窒素雰囲気下で４５０℃、３０分間アニールを行った。

次いで、金属薄膜層の上に電子線用レジスト（フジフィルム株式会社製：商品名ＦＥＰ−３０１）の層を３００ｎｍの厚さで形成させた。そして、パターンジェネレーターを装備した５０ｋＶの加速電圧を持つ電子線露光装置で開口径１００ｎｍ、２００ｎｍの間隔を有するホールパターン２０１を形成させた（図２（Ｂ））。

次いで、イオンミリング装置を用いて、加速電圧５００Ｖ、イオン電流４０ｍＡの条件で９０秒間、金属薄膜層のエッチングを行って開口部を有する金属電極層１０５を形成させた。エッチング後、レジストを除去するため、酸素アッシングを行った（図２（Ｃ））。

次いで、ＺｎＳ（屈折率２．３）を蒸着法により蒸着して絶縁膜を５０ｎｍの厚さで形成した（図２（Ｄ））。

最後に、ＺｎＳは絶縁膜であるため、パッド電極を形成する部分のＺｎＳ膜を除去し、パッド電極を形成させて半導体発光素子を完成させた（図２（Ｅ））。この半導体発光素子の発光波長は６３５ｎｍであった。

比較のため、コンタクト層の上にパッド電極のみを形成した半導体発光素子（比較例１）を形成した。それぞれを３００μｍ角の半導体発光素子にダイシングを行い、ベアチップにて半導体発光素子の特性を比較した。その結果は図３（Ａ）に示す通りであった。図３（Ａ）は電圧−電流特性を示すグラフである。開口を有する金属電極を形成することにより、同じ電流値に対して電圧値が低下していることが分かる。次に、図３（Ｂ）は電流−輝度特性を示すグラフである。光取り出し層（ＺｎＳ膜）を形成することにより透過率が向上し、開口を有する金属電極の方の輝度が大きかった。また、電流を多く流していくと比較例１の半導体素子の輝度は大きく低下していったが、開口を有する金属電極と光取り出し層を有する、本発明による半導体素子は電流を多く流しても輝度は低下することは無く維持され、１００ｍＡの電流値の場合の輝度は開口を有する金属電極と光取り出し層を有する方が輝度を大きく上回った。

このような効果は金属電極層が発光素子全面にあることで放熱性が向上していることと、光取り出し層により金属電極層の透過率を向上させたにより達成されたものである。

（実施例２）
実施例１と同様のｎ−ＧａＡｓ／ｎ−ＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＰ／ｐ−ＩｎＡｌＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｌＰ／ｐ−ＧａＡｓの半導体発光素子を用意した。

次いで、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層にＡｕ（１０ｎｍ）／Ａｕ−Ｚｎ（３％）（厚さ３０ｎｍ）からなる金属薄膜１０５Ａを蒸着法により形成した（図４（Ａ））。その後、コンタクト層と十分にオーミック接触させるため、窒素雰囲気下で４５０℃、３０分間アニールを行った。

次いで、金属薄膜層の上に実施例１と同様にして電子線用レジスト層を３００ｎｍの厚さで形成させた。そして、パターンジェネレーターを装備した５０ｋＶの加速電圧を持つ電子線露光装置で開口径１００ｎｍ、２００ｎｍの間隔を有するホールパターン２０１を形成させた（図４（Ｂ））。

次いで、イオンミリング装置を用いて、加速電圧５００Ｖ、イオン電流４０ｍＡの条件で９０秒間、金属薄膜層のエッチングを行って開口部を有する金属電極層を形成させた。エッチング後、レジストを除去するため、酸素アッシングを行った（図４（Ｃ））。

次いで、ＺｎＳ（屈折率２．３）を蒸着法により４００ｎｍの厚さで形成させて絶縁膜１０６Ａを形成した（図４（Ｄ））。ＺｎＳ膜上へ上記と同様にして電子線用レジスト層を３００ｎｍの厚さで形成させた。そして、パターンジェネレーターを装備した５０ｋＶの加速電圧を持つ電子線露光装置で大きさ２００ｎｍ、３００ｎｍの間隔を有するドットパターンマスク４０１を形成させた（図４（Ｅ））。

次いで、ＲＩＥ装置を用いて、Ｃｌ_２／Ａｒ＝１０／１０ｓｃｃｍ、５ｍＴｏｒｒ、ＩＣＰ／Ｂｉａｓ＝１００／３００Ｗの条件でドットパターンマスク４０１を介して１分間絶縁層１０６Ａのエッチングを行った。その後、Ｏ_２アッシャーにより残留したレジストを除去した。エッチング後、絶縁層に大きさ２００ｎｍ、間隔３００ｎｍ、高さ３００ｎｍの凹凸構造を有する光取り出し層１０６Ｂが形成できた（図４（Ｆ））。

最後に、ＺｎＳは絶縁膜であるため、パッド電極を形成する部分の凹凸構造を有するＺｎＳ膜を除去し、パッド電極２０２を形成させて半導体発光素子を完成させた（図４（ｇ））。

比較のため、実施例２の金属電極層と光取り出し層に代えてパッド電極のみを形成した半導体発光素子（比較例２）を用いてベアチップにて特性を比較した。開口を有する金属電極と微細な凹凸構造を有する光取り出し層を形成することにより、同じ電流値に対して電圧値が低下していることが分かる。また、図５は電流−輝度特性を示すグラフである。電流が数十ｍＡと大きくない場合は実施例２による発光素子と比較例２による発光素子とでは輝度はほとんど同じであった。しかし、電流を多く流していくと比較例１による発光素子は輝度が大きく低下していったが、実施例２の発光素子は電流を多く流しても輝度は低下することは無く維持され、１００ｍＡの電流値の場合の輝度は実施例２による発光素子の輝度は比較例２を大きく上回った。

この効果は、金属電極層が発光素子全面にあることで放熱性が向上していることと、微細な凹凸構造を有する光取り出し層により金属電極層の透過率が向上していることによるものである。

（実施例３および比較例３）
実施例１と同様の構造を有するが、従来の一般的な半導体素子に比較して大きな、１ｍｍ角の半導体発光素子を用意した。

比較のため、実施例３の金属電極層と光取り出し層に代えて細線付きのパッド電極のみを形成した半導体発光素子（比較例３）を形成した。これらのベアチップについて半導体発光素子の特性を比較した。それぞれの半導体発光素子の電流値が１Ａの場合の順方向電圧値を比較すると、実施例３の半導体素子が比較例３の半導体発光素子よりも順方向電圧が０．２Ｖ低かった。また、それぞれの半導体発光素子の電流値が５００ｍＡの場合の輝度を比較すると、実施例３の半導体発光素子の方が比較例３の半導体発光素子よりも２．５倍輝度が大きかった。

この結果より、大チップの半導体発光素子において、本発明による、開口部を有する金属電極と特定の光取り出し層とを含む半導体発光素子の有効性が示された。

（実施例４および比較例４）
実施例２と同様の構造を有するが、従来の一般的な半導体素子に比較して大きな、１ｍｍ角の半導体発光素子を用意した。

比較のため、実施例４の金属電極層と光取り出し層に代えて細線付きのパッド電極のみを形成した半導体発光素子（比較例４）を形成した。これらのベアチップについて半導体発光素子の特性を比較した。それぞれの半導体発光素子の電流値が１Ａの場合の順方向電圧値を比較すると、実施例４の半導体発光素子の方が比較例４の半導体発光素子よりも順方向電圧が０．２Ｖ低かった。また、それぞれの半導体発光素子の電流値が５００ｍＡの場合の輝度を比較すると、実施例４の半導体発光素子の方が比較例４の半導体発光素子よりも２．５倍輝度が大きかった。

この結果より、大チップの半導体発光素子において、本発明による、開口部を有する金属電極と特定の光取り出し層とを含む半導体発光素子の有効性が示された。

（実施例５および比較例５）
実施例３と同様にして１ｍｍ角の半導体発光素子を用意した。ただし、絶縁膜としてＺｎＳ膜を形成する代わりに、ＳｉＮ（屈折率２．０）膜をＣＶＤ法により６０ｎｍの厚さで形成した。

比較のため、実施例５の金属電極層と光取り出し層に代えて細線付きのパッド電極のみを形成した半導体発光素子を形成した（比較例５）。これらのベアチップについて半導体発光素子の特性を比較した。それぞれの半導体発光素子の電流値が１Ａの場合の順方向電圧値を比較すると、実施例５の半導体発光素子の方が比較例５の半導体発光素子よりも順方向電圧が０．２Ｖ低かった。また、それぞれの半導体発光素子の電流値が５００ｍＡの場合の輝度を比較すると、実施例５の半導体発光素子の方が比較例５の半導体発光素子よりも２．３倍輝度が大きかった。ただし、効果が少し薄れ、輝度の向上率が低下していた。これは光取り出し層の屈折率が実施例３に比較して低くなったためと考えられる。

（参考例６および比較例６）
実施例３と同様にして１ｍｍ角の半導体発光素子を用意した。ただし、絶縁膜であるＺｎＳ膜を形成する代わりに、導電性膜であるＩＴＯ（屈折率２．０）膜をスパッタリング法により６０ｎｍの厚さで形成した。またＩＴＯ膜は導電性膜であるため、パッド電極を形成する際のＩＴＯ膜は除去せずにその上にパッド電極を形成させて半導体発光素子を完成させた。

比較のため、実施例６の金属電極層と光取り出し層に代えて細線付きのパッド電極のみを形成した半導体発光素子を形成した（比較例６）。これらのベアチップについて半導体発光素子の特性を比較した。それぞれの半導体発光素子の電流値が１Ａの場合の順方向電圧値を比較すると、実施例６の半導体発光素子の方が比較例６の半導体発光素子よりも順方向電圧が０．２Ｖ低かった。また、それぞれの半導体発光素子の電流値が５００ｍＡの場合の輝度を比較すると、実施例６の半導体発光素子の方が比較例６の半導体発光素子よりも２．２５倍輝度が大きかった。

（実施例７および比較例７）
実施例３と同様にして１ｍｍ角の半導体発光素子を用意した。ただし、金属電極層に開口部を形成させる際に用いる電子線レジストの代わりに、ｉ線用レジストを用いた。具体的には、パターンマスクを形成するのに、金属薄膜層にｉ線用レジスト（東京応化株式会社製：商品名ＴＨＭＲ−ｉＰ３６５０）の塗膜を１μｍの厚さで形成させ、ｉ線用のステッパー露光装置で開口径５００ｎｍ、１μｍの間隔を有するホールパターンを形成させた。その後は実施例３と同様にして半導体発光素子を完成させた。

比較のため、実施例７の金属電極層と光取り出し層に代えて細線付きのパッド電極のみを形成した半導体発光素子を形成させた（比較例７）。これらのベアチップについて半導体発光素子の特性を比較した。それぞれの半導体発光素子の電流値が１Ａの場合の順方向電圧値を比較すると、実施例７の半導体発光素子の方が比較例７の半導体発光素子よりも順方向電圧が０．１５Ｖ低かった。また、それぞれの半導体発光素子の電流値が５００ｍＡの場合の輝度を比較すると、実施例７の半導体発光素子の方が比較例７の半導体発光素子よりも２．０倍輝度が大きかった。

（実施例８および比較例８）
実施例４と同様にして１ｍｍ角の半導体発光素子を用意した。ただし、金属電極層に開口部を形成させる際に用いる電子線レジストの代わりに、ｉ線用レジストを用いた。具体的には、パターンマスクを形成するのに、金属薄膜層へｉ線用レジスト（東京応化株式会社製：商品名ＴＨＭＲ−ｉＰ３６５０）の塗膜を１μｍの厚さで形成させ、ｉ線用のステッパー露光装置で開口径５００ｎｍ、１μｍの間隔を有するホールパターンを形成させた。その後は実施例４と同様にして半導体発光素子を完成させた。

比較のため、実施例８の金属電極層と光取り出し層に代えて細線付きのパッド電極のみを形成した半導体発光素子を形成させた（比較例８）。これらのベアチップについて半導体発光素子の特性を比較した。それぞれの半導体発光素子の電流値が１Ａの場合の順方向電圧値を比較すると、実施例８の半導体発光素子の方が比較例８の半導体発光素子よりも順方向電圧が０．１５Ｖ低かった。また、それぞれの半導体発光素子の電流値が５００ｍＡの場合の輝度を比較すると、実施例８の半導体発光素子の方が比較例８の半導体発光素子よりも１．９倍輝度が大きかった。

（実施例９および比較例９）
実施例７と同様にして１ｍｍ角の半導体発光素子を用意した。ただし、ホールパターンは、開口径１．５μｍ、間隔２μｍとした。その後は実施例７と同様にして半導体発光素子を完成させた。

比較のため、実施例９の金属電極層と光取り出し層に代えて細線付きのパッド電極のみを形成した半導体発光素子を形成した（比較例９）。これらのベアチップについて半導体発光素子の特性を比較した。それぞれの半導体発光素子の電流値が１Ａの場合の順方向電圧値を比較すると、実施例９の半導体発光素子の方が比較例９の半導体発光素子よりも順方向電圧が０．１Ｖ低かった。また、それぞれの半導体発光素子の電流値が５００ｍＡの場合の輝度を比較すると、実施例９の半導体発光素子の方が比較例９の半導体発光素子よりも１．７倍輝度が大きかった。

このことから、開口部直径の大きさ、および間隔が大きくなると、輝度特性の向上率が低下する傾向にあることがわかった。これは電流の広がりに変化が現れるためと考えられる。

（実施例１０および比較例１０）
実施例１と同様のｎ−ＧａＡｓ／ｎ−ＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＰ／ｐ−ＩｎＡｌＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｌＰ／ｐ−ＧａＡｓの半導体発光素子を用意した。ｐ型ＧａＡｓ層（コンタクト層）１０４にＡｕ（厚さ１０ｎｍ）／Ａｕ−Ｚｎ（３％）膜（厚さ３０ｎｍ）を蒸着して金属薄膜層１０５Ａを形成し、窒素雰囲気下で４５０℃、３０分間アニールを行った。

次に、金属薄膜層１０５Ａへレジスト（東京応化工業株式会社製；商品名ＴＨＭＲ−ｉＰ３２５０）を乳酸エチル（ＥＬ）で１：１に希釈した溶液を２０００ｒｐｍ、３０秒でスピンコートを行ったのち、ホットプレート上において１１０℃で９０秒間加熱して溶媒を蒸発させた。次いでレジストを窒素雰囲気下において２５０℃でアニール行い熱硬化させた。レジスト層６０１Ａの膜厚は３００ｎｍであった。

次いで、乳酸エチル中に、直径２００ｎｍのシリカ粒子を分散させた。シリカ粒子の濃度は８重量％に調整した。その分散液に体積比率でシリカ：アクリルモノマー＝１：３の比率になるようにアクリルモノマーを加えて分散液を作成した。アクリルモノマーはＥｔｈｏｘｙｌａｔｅｄ （６） ｔｒｉｍｅｔｈｙｌｏｌｐｒｏｐａｎｅ ｔｒｉａｃｒｙｌａｔｅ（以下、Ｅ６ＴＰＴＡという）を用いた。その分散液を上記のレジスト付きシリコン基板へ滴下し、２０００ｒｐｍ、６０秒間の条件でスピンコートした。スピンコート後、溶媒を完全に除去するため、１１０℃で６０秒間ベークした。その後、窒素雰囲気下において１５０℃で１時間硬化アニールを行った。アニール後、規則配列したシリカ粒子６０２Ａの単粒子層が形成された（図６（Ａ））。

次いで、配列されたシリカ粒子層をリアクティブエッチング（ＲＩＥ）装置によって、ＣＦ_４流量３０ｓｃｃｍ、圧力１．３３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）、パワー１００Ｗで２分間エッチングし、シリカ粒子の粒径を１５０ｎｍに縮小化した（図６（Ｂ））。縮小化されたシリカ粒子の間には隙間が生じていた。

次いで、そのシリカ粒子層をマスクとして、Ｏ_２流量３０ｓｃｃｍ、圧力１．３３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）、パワー１００Ｗで５分間レジスト層をエッチングし、レジストピラーパターンを形成した（図６（Ｃ））。

次に、有機ＳＯＧ組成物（東京応化工業株式会社製：商品名ＯＣＤ−Ｔ７ Ｔ−１４０００）をレジストピラーパターン付き基板へ滴下し、２０００ｒｐｍ、６０秒間の条件でスピンコートした。スピンコート後、溶媒を完全に除去するため、１１０℃で６０秒間ベークした。その後、窒素雰囲気下において２５０℃で１時間硬化アニールを行った。硬化後、レジストピラーパターンは完全にＳＯＧ層６０３Ａによって埋め込まれ、また表面は平坦化された（図６（Ｄ））。

次いで、ＳＯＧによって平坦化された基板をＣＦ_４流量３０ｓｃｃｍ、圧力１．３３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）、パワー１００Ｗで１０分間エッチバックした。エッチバック後、レジストピラーパターンの頂部が露出された（図６（Ｅ））。

次いで、Ｏ_２流量３０ｓｃｃｍ、圧力１．３３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）、パワー１００Ｗで３分間エッチングし、レジストピラー６０１を完全に除去した。除去後、ＳＯＧのホールパターン６０３が形成された（図６（Ｆ））。

次いで、イオンミリング装置を用いて、加速電圧５００Ｖ、イオン電流４０ｍＡの条件で９０秒間、金属薄膜層１０５Ａのエッチングを行って、開口部を有する金属電極層１０５を形成させた。エッチング後、基板を５％のフッ酸溶液に浸漬してＳＯＧを除去した（図６（Ｇ））。

次いで、金属電極層１０５の上にＺｎＳ膜（屈折率２．３）１０６Ａを蒸着法により６０ｎｍの厚さで形成した。

最後に、パッド電極を形成する部分のＺｎＳ膜を除去し、パッド電極２０２を形成させて半導体発光素子を完成させた（図６（Ｈ））。

比較のため、実施例１０の金属電極層と光取り出し層に代えて細線付きのパッド電極のみを形成した半導体発光素子を形成した（比較例１０）。それぞれを１ｍｍ角の半導体発光素子にダイシングを行い、ベアチップについて半導体発光素子の特性を比較した。それぞれの半導体発光素子の電流値が１Ａの場合の順方向電圧値を比較すると、実施例１０の半導体発光素子の方が比較例１０半導体発光素子よりも順方向電圧が０．２Ｖ低かった。また、それぞれの半導体発光素子の電流値が５００ｍＡの場合の輝度を比較すると、実施例１０の半導体発光素子の方が比較例１０半導体発光素子よりも２．５倍輝度が大きかった。

（実施例１１および比較例１１）
実施例１０と同様にして、化合物半導体層の上に金属電極層１０５を形成させた（図７（Ａ）〜（Ｇ））。

次いで、金属電極層１０５の上にＺｎＳ膜（屈折率２．３）１０６Ａを蒸着法により５００ｎｍの厚さで形成した。形成したＺｎＳ膜の上へ実施例２と同様にして電子線用レジスト層を３００ｎｍの厚さで形成させた。そして、パターンジェネレーターを装備した５０ｋＶの加速電圧を持つ電子線露光装置で大きさ３００ｎｍ、５００ｎｍの間隔を有するドットパターン４０１を形成させた（図７（Ｈ））。ここで、大きさとは上面からみたパターンの断面面積から求められる円換算直径である。

次いで、ＲＩＥ装置を用いて、Ｃｌ_２／Ａｒ＝１０／１０ｓｃｃｍ、５ｍＴｏｒｒ、ＩＣＰ／Ｂｉａｓ＝１００／３００Ｗの条件で１分間エッチングを行った。その後、Ｏ_２アッシャーにより残留したレジストを除去した。エッチング後、ＺｎＳへ大きさ３００ｎｍ、間隔５００ｎｍ、高さ３００ｎｍの凹凸構造を有する光取り出し層１０６Ｂが形成できた（図７（Ｉ））。

最後に、パッド電極を形成する部分のＺｎＳ膜を除去し、パッド電極２０２を形成させて半導体発光素子を完成させた（図７（Ｊ））。

比較のため、実施例１１の金属電極層と光取り出し層に代えて細線付きのパッド電極のみを形成した半導体発光素子を形成した（比較例１１）。それぞれを１ｍｍ角の半導体発光素子にダイシングを行い、ベアチップについて半導体発光素子の特性を比較した。それぞれの半導体発光素子の電流値が１Ａの場合の順方向電圧値を比較すると、実施例１１の半導体発光素子の方が比較例１１の半導体発光素子よりも順方向電圧が０．２Ｖ低かった。また、それぞれの半導体発光素子の電流値が５００ｍＡの場合の輝度を比較すると、実施例１１の半導体発光素子の方が比較例１１の半導体発光素子よりも２．４倍輝度が大きかった。

（実施例１２および比較例１２）
実施例１と同様のｎ−ＧａＡｓ／ｎ−ＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＰ／ｐ−ＩｎＡｌＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｌＰ／ｐ−ＧａＡｓの半導体発光素子を用意した。ｐ型ＧａＡｓ層１０４にＡｕ（厚さ１０ｎｍ）／Ａｕ−Ｚｎ（３％）（厚さ１０ｎｍ）層１０５Ａを蒸着法により形成し、窒素雰囲気下で４５０℃、３０分間アニールを行った。

次に、Ａｕ／Ａｕ−Ｚｎ層１０５Ａへレジスト（東京応化工業株式会社製：商品名ＴＨＭＲ−ｉＰ３２５０）を乳酸エチル（ＥＬ）で１：３に希釈した溶液を２０００ｒｐｍ、３０秒でスピンコートを行ったのち、ホットプレート上において１１０℃で９０秒間加熱して溶媒を蒸発させた。次いでレジストを窒素雰囲気下において２５０℃でアニール行い熱硬化させた。レジスト層８０１Ａの膜厚は１００ｎｍであった。

次に、形成したレジスト上へ有機ＳＯＧ組成物（東京応化工業株式会社製：商品名ＯＣＤ−Ｔ７ Ｔ−５５００）を乳酸エチル（ＥＬ）で１：５に希釈した溶液を２０００ｒｐｍ、６０秒間の条件でスピンコートした。スピンコート後、溶媒を完全に除去するため、１１０℃で６０秒間ベークした。その後、窒素雰囲気下において２５０℃で１時間硬化アニールを行った。ＳＯＧ層８０２Ａの膜厚は３０ｎｍであった（図８（Ａ））。

次に、分子量１６０，０００のポリスチレン（以下、ＰＳという）ブロックと、分子量４５，０００のポリメチルメタクリレート（以下、ＰＭＭＡという）ブロックを有するブロックコポリマーを溶剤に溶かした液をスピンコート法で３０００ｒｐｍで塗布した。さらに、１１０℃、９０秒の条件下でプリベークして溶剤を除去して７０ｎｍの膜厚のブロックコポリマー膜８０３Ａを得た（図８（Ｂ））。その膜を窒素雰囲気中で２１０℃、４時間の条件でアニールを行い、ＰＳとＰＭＭＡの相分離を行い、大きさ４０ｎｍ、６０ｎｍ間隔のＰＭＭＡのドットパターン８０３を形成させた（図８（Ｃ））。

次いで、相分離したブロックコポリマー付き基板を、Ｏ_２流量３０ｓｃｃｍ、圧力１３．３Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ）、パワー１００Ｗの条件で１０秒間ＲＩＥすることにより、相分離したブロックコポリマー膜をエッチングした。このとき、ＰＳとＰＭＭＡのエッチング速度差により、ＰＭＭＡが選択的にエッチングされ、ＰＳのホールパターンが形成された。

次いで、ＰＳホールパターンをマスクにしてＲＩＥ装置によって、ＣＦ_４流量３０ｓｃｃｍ、圧力１．３３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）、パワー１００Ｗで１分間ＳＯＧをエッチングした。

次いで、ＳＯＧホールパターンをマスクにしてＲＩＥ装置によって、Ｏ_２流量３０ｓｃｃｍ、圧力１．３３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）、パワー１００Ｗの条件で６０秒間ＲＩＥすることによりレジストホールマスクを形成した（図８（Ｄ））。

次いで、イオンミリング装置を用いて、加速電圧５００Ｖ、イオン電流４０ｍＡの条件で１００秒間、Ａｕ／Ａｕ−Ｚｎ層のエッチングを行って、開口部を有する金属電極層１０５を形成させた（図８（Ｅ））。

次いで、ＺｎＳ（屈折率２．３）膜１０６Ａを蒸着法により５０ｎｍの厚さで形成した（図８（Ｆ））。

最後に、パッド電極を形成する部分のＺｎＳ膜を除去し、パッド電極２０２を形成させて半導体発光素子を完成させた（図８（Ｇ）））。

比較のため、実施例１２の金属電極層と光取り出し層に代えて細線付きのパッド電極のみを形成した半導体発光素子を形成した（比較例１２）。それぞれを１ｍｍ角の半導体発光素子にダイシングを行い、ベアチップについて半導体発光素子の特性を比較した。それぞれの半導体発光素子の電流値が１Ａの場合の順方向電圧値を比較すると、実施例１２の半導体発光素子の方が比較例１２の半導体発光素子よりも順方向電圧が０．２Ｖ低かった。また、それぞれの半導体発光素子の電流値が５００ｍＡの場合の輝度を比較すると、実施例１２の半導体発光素子の方が比較例１１の半導体発光素子よりも２．４倍輝度が大きかった。

（実施例１３および比較例１３）
実施例１２と同様にして、化合物半導体層の上に金属電極層１０５を形成させた（図９（Ａ）〜（Ｅ））。

次いで、金属電極層１０５の上にＺｎＳ膜（屈折率２．３）１０６Ａを蒸着法により４００ｎｍの厚さ形成した。形成したＺｎＳ膜の上へ実施例２と同様にして電子線用レジスト層を３００ｎｍの厚さで形成させた。そして、パターンジェネレーターを装備した５０ｋＶの加速電圧を持つ電子線露光装置で大きさ１５０ｎｍ、２００ｎｍの間隔を有するドットパターン４０１を形成させた（図９（Ｆ））。

次いで、ＲＩＥ装置を用いて、Ｃｌ_２／Ａｒ＝１０／１０ｓｃｃｍ、５ｍＴｏｒｒ、ＩＣＰ／Ｂｉａｓ＝１００／３００Ｗの条件で９０秒間エッチングを行った。その後、Ｏ_２アッシャーにより残留したレジストを除去した。エッチング後、ＺｎＳへ大きさ１５０ｎｍ、間隔２００ｎｍ、高さ４００ｎｍの凹凸構造を有する光取り出し層１０６Ｂが形成できた（図８（G））。

最後に、パッド電極を形成する部分のＺｎＳ膜を除去し、パッド電極２０２を形成させて半導体発光素子を完成させた（図８（H））。

比較のため、実施例１３の金属電極層と光取り出し層に代えて細線付きのパッド電極のみを形成した半導体発光素子を形成した（比較例１３）。それぞれを１ｍｍ角の半導体発光素子にダイシングを行い、ベアチップについて半導体発光素子の特性を比較した。それぞれの半導体発光素子の電流値が１Ａの場合の順方向電圧値を比較すると、実施例１３の半導体発光素子の方が比較例１３の半導体発光素子よりも順方向電圧が０．２Ｖ低かった。また、それぞれの半導体発光素子の電流値が５００ｍＡの場合の輝度を比較すると、実施例１３の半導体発光素子の方が比較例１３の半導体発光素子よりも２．４５倍輝度が大きかった。

（実施例１４および比較例１４）
実施例１と同様のｎ−ＧａＡｓ／ｎ−ＩｎＡｌＰ／ＩｎＧａＰ／ｐ−ＩｎＡｌＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｌＰ／ｐ−ＧａＡｓの半導体発光素子を用意した。ｐ型ＧａＡｓ層１０４にＡｕ（厚さ１０ｎｍ）／Ａｕ−Ｚｎ（３％）（厚さ４０ｎｍ）１０５Ａを蒸着法により形成し、窒素雰囲気下で４５０℃、３０分間アニールを行った。

次いで、Ａｕ／Ａｕ−Ｚｎ層上へレジスト（東京応化工業株式会社製：商品名ＴＨＭＲ−ｉＰ３２５０）を乳酸エチル（ＥＬ）で１：２に希釈した溶液を２０００ｒｐｍ、３０秒でスピンコートを行ったのち、ホットプレート上において１１０℃で９０秒間加熱して溶媒を蒸発させた。レジスト層８０１Ａの膜厚は１５０ｎｍであった（図１０（Ａ））。次いで、大きさ２００ｎｍ、３００ｎｍの間隔、高さ１５０ｎｍの高さを持つ凸形状が形成された石英のモールド（形状は９ｃｍ^２内に形成されている）１００１を用意し、レジスト付き基板を１２０℃に加熱した状態で石英のモールドの凸形状がある方をレジストに１０ＭＰａの圧力で押し付けてインプリントを行った（図１０（Ｂ））。インプリント後、基板を室温まで冷却し石英モールドをリリースした。インプリント後、レジスト上へ大きさ２００ｎｍ、３００ｎｍの間隔、深さ１００ｎｍの凹形状のパターン８０１Ｂが形成された（図１０（Ｃ））。

次いで、凹パターンが形成されたレジストパターンを、Ｏ_２：３０ｓｃｃｍ、１０ｍＴｏｒｒ、ＲＦパワー１００Ｗの条件で３０秒間エッチングを行った。Ｏ_２ＲＩＥ後、レジストの底だしが行われＡｕ／Ａｕ−Ｚｎ膜１０５Ａが露出した（図１０（Ｄ））。

次いで、イオンミリング装置を用いて、加速電圧５００Ｖ、イオン電流４０ｍＡの条件で９０秒間、Ａｕ／Ａｕ−Ｚｎ層１０５Ａのエッチングを行って、開口部を有する金属電極層１０５を形成させた。エッチング後、レジストを除去するため、酸素アッシングを行った（図１０（Ｅ））。

次いで、ＳｉＮ（屈折率２．０）膜１０６ＡをＣＶＤ法により６０ｎｍの厚さで形成した（図１０（Ｆ））。

最後に、パッド電極を形成する部分のＳｉＮ膜を除去し、パッド電極２０２を形成させて半導体発光素子を完成させた（図１０（Ｇ））。

比較のため、実施例１４の金属電極層と光取り出し層に代えて細線付きのパッド電極のみを形成した半導体発光素子を形成した（比較例１４）。それぞれを１ｍｍ角の半導体発光素子にダイシングを行い、ベアチップについて半導体発光素子の特性を比較した。それぞれの半導体発光素子の電流値が１Ａの場合の順方向電圧値を比較すると、実施例１４の半導体発光素子の方が比較例１４の半導体発光素子よりも順方向電圧が０．２Ｖ低かった。また、それぞれの半導体発光素子の電流値が５００ｍＡの場合の輝度を比較すると、実施例１４の半導体発光素子の方が比較例１４の半導体発光素子よりも２．３倍輝度が大きかった。

（実施例１５および比較例１５）
実施例１４と同様にして、化合物半導体層の上に金属電極層１０５を形成させた（図１１（Ａ）〜（Ｅ））。

次いで、金属電極層１０５の上にＳｉＮ膜（屈折率２．０）１０６ＡをＣＶＤ法により５００ｎｍの厚さで形成した。形成したＳｉＮ膜の上へ実施例２と同様にして電子線用レジスト層を３００ｎｍの厚さで形成させた。そして、パターンジェネレーターを装備した５０ｋＶの加速電圧を持つ電子線露光装置で大きさ２００ｎｍ、３００ｎｍの間隔を有するドットパターン４０１を形成させた（図１１（Ｆ））。

次いで、ＲＩＥ装置を用いて、Ｃｌ_２／Ａｒ＝１０／１０ｓｃｃｍ、５ｍＴｏｒｒ、ＩＣＰ／Ｂｉａｓ＝１００／３００Ｗの条件で９０秒間エッチングを行った。その後、Ｏ_２アッシャーにより残留したレジストを除去した。エッチング後、ＺｎＳへ大きさ２００ｎｍ、間隔３００ｎｍ、高さ４００ｎｍの凹凸構造を有する光取り出し層１０６Ｂが形成できた（図１１（Ｇ））。

最後に、パッド電極を形成する部分のＳｉＮ膜を除去し、パッド電極２０２を形成させて半導体発光素子を完成させた（図１１（Ｈ））。

比較のため、実施例１５の金属電極層と光取り出し層に代えて細線付きのパッド電極のみを形成した半導体発光素子を形成した（比較例１５）。それぞれを１ｍｍ角の半導体発光素子にダイシングを行い、ベアチップについて半導体発光素子の特性を比較した。それぞれの半導体発光素子の電流値が１Ａの場合の順方向電圧値を比較すると、実施例１５の半導体発光素子の方が比較例１５の半導体発光素子よりも順方向電圧が０．２Ｖ低かった。また、それぞれの半導体発光素子の電流値が５００ｍＡの場合の輝度を比較すると、実施例１５の半導体発光素子の方が比較例１５の半導体発光素子よりも２．３倍輝度が大きかった。

（実施例１６および比較例１６）
サファイア基板１２０１上にＧａＮバッファー層１２０２を形成した上にｎ−ＧａＮ：Ｓｉ層１２０３、ＩｎＧａＮ／ＧａＮのＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）層１２０４、ｐ−Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎ：Ｍｇ層１２０５、ｐ−ＧａＮ：Ｍｇ層１２０６をエピタキシャル成長させた。ｐ−ＧａＮ：Ｍｇ層のｌ上にＮｉ（厚さ１０ｎｍ）／Ａｕ（厚さ４０ｎｍ）層１２０７Ａを蒸着法により形成し、急速高温アニールによりオーミックコンタクトを形成した（図１２（Ａ））。

次いで、Ｎｉ／Ａｕ層１２０７Ａの上へ実施例２と同様にして電子線用レジスト層を形成してパターンジェネレーターで開口径１００ｎｍ、２００ｎｍの間隔を有するホールパターン１２０８を形成した（図１２（Ｂ））。

次いで、イオンミリング装置を用いて、加速電圧５００Ｖ、イオン電流４０ｍＡの条件で１２０秒間、Ｎｉ／Ａｕ層のエッチングを行って、開口部を有する金属電極層１２０７を形成させた。エッチング後、レジストを除去するため、酸素アッシングを行った（図１２（Ｃ））。

次いで、金属電極層の上にＺｎＳ（屈折率２．３）膜１０６Ａを蒸着法により６０ｎｍの厚さで形成した（図１２（Ｄ））。

次いで、ｎ−ＧａＮ層１２０３の表面にｎ型電極を形成するため、パターニングを行ってｎ−ＧａＮ層１２０３を露出させた（図１２（Ｅ））。最後に、ｎ型電極１２０９とｐ型電極のためのパッド電極１２１０を形成して半導体発光素子を完成させた（図１２（Ｆ））。この半導体発光素子の発光波長は４５０ｎｍであった。

比較のため、実施例１６の金属電極層と光取り出し層に代えて細線付きのパッド電極のみを形成した半導体発光素子を形成した（比較例１６）。それぞれを１ｍｍ角の半導体発光素子にダイシングを行い、ベアチップについて半導体発光素子の特性を比較した。それぞれの半導体発光素子の電流値が１Ａの場合の順方向電圧値を比較すると、実施例１６の半導体発光素子の方が比較例１６の半導体発光素子よりも順方向電圧が０．２５Ｖ低かった。また、それぞれの半導体発光素子の電流値が５００ｍＡの場合の輝度を比較すると、実施例１６の半導体発光素子の方が比較例１６の半導体発光素子よりも１．８倍輝度が大きかった。この結果から、本発明によって特定された構造を有するＧａＮ系の半導体発光素子も、本発明の効果を奏することが確認された。

（実施例１７および比較例１７）
実施例１６と同様にして、化合物半導体層の上に金属電極層１２０７を形成させた（図１３（Ａ）〜（Ｃ））。

次いで、ＺｎＳ膜（屈折率２．３）１０６Ａを蒸着法により４００ｎｍの厚さで形成した。ＺｎＳ膜上へ実施例２と同様にして電子線用レジスト層を３００ｎｍの厚さで形成させた。そして、パターンジェネレーターを装備した５０ｋＶの加速電圧を持つ電子線露光装置で大きさ２００ｎｍ、３００ｎｍの間隔を有するドットパターン４０１を形成させた（図１３（Ｄ））。

次いで、ＲＩＥ装置を用いて、Ｃｌ_２／Ａｒ＝１０／１０ｓｃｃｍ、５ｍＴｏｒｒ、ＩＣＰ／Ｂｉａｓ＝１００／３００Ｗの条件で１分間エッチングを行った。その後、Ｏ_２アッシャーにより残留したレジストを除去した。エッチング後、ＺｎＳへ大きさ２００ｎｍ、間隔３００ｎｍ、高さ３００ｎｍの凹凸構造を有する光取り出し層１０６Ｂが形成できた（図１３（Ｅ））。

次いで、ｎ−ＧａＮ層１２０３の表面にｎ型電極を形成するため、パターニングを行ってｎ−ＧａＮ層１２０３を露出させた（図１３（Ｇ））。最後に、ｎ型電極１２０９とｐ型電極のためのパッド電極１２１０を形成して半導体発光素子を完成させた（図１３（Ｈ））。この半導体発光素子の発光波長は４５０ｎｍであった。

比較のため、実施例１７の金属電極層と光取り出し層に代えて細線付きのパッド電極のみを形成した半導体発光素子を形成した（比較例１７）。それぞれを１ｍｍ角の半導体発光素子にダイシングを行い、ベアチップにて半導体発光素子の特性を比較した。それぞれの半導体発光素子の電流値が１Ａの場合の順方向電圧値を比較すると、実施例１７半導体発光素子の方が比較例１７の半導体発光素子よりも順方向電圧が０．２５Ｖ低かった。また、それぞれの半導体発光素子の電流値が５００ｍＡの場合の輝度を比較すると、実施例１７の半導体発光素子の方が比較例１７の半導体発光素子よりも１．８倍輝度が大きかった。この結果から、本発明によって特定された構造を有するＧａＮ系の半導体発光素子も、本発明の効果を奏することが確認された。

（実施例１８および比較例１８）
実施例１６と同様のサファイア基板／ＧａＮバッファー層／ｎ−ＧａＮ：Ｓｉ層／ＩｎＧａＮ／ＧａＮのＭＱＷ層／ｐ−Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎ：Ｍｇ層／ｐ−ＧａＮ：Ｍｇ層の半導体発光素子を用意した。ｐ−ＧａＮ：Ｍｇ層の上にＮｉ（厚さ２ｎｍ）／Ａｇ（厚さ３０ｎｍ）を蒸着して金属薄膜層１２０７Ａを形成し、急速高温アニールによりオーミックコンタクトを形成した。

次いで、Ｎｉ／Ａｇ層上へレジスト（東京応化工業株式会社製：商品名ＴＨＭＲ−ｉＰ３２５０）を乳酸エチル（ＥＬ）で１：２に希釈した溶液を２０００ｒｐｍ、３０秒でスピンコートを行ったのち、ホットプレート上において１１０℃で９０秒間加熱して溶媒を蒸発させた。得られたレジスト層１４０１Ａの膜厚は１５０ｎｍであった（図１４（Ａ））。次いで、大きさ２００ｎｍ、３００ｎｍの間隔、高さ１５０ｎｍの高さを持つ凸形状が形成された石英のモールド１４０２（形状は９ｃｍ^２内に形成されている）を用意し、レジスト付き基板を１２０℃に加熱した状態で石英のモールドの凸形状がある方をレジストに１０ＭＰａの圧力で押し付けてインプリントを行った。インプリント後、基板を室温まで冷却し石英モールドをリリースした。インプリント後、レジスト上へ大きさ２００ｎｍ、３００ｎｍの間隔、深さ１００ｎｍの凹形状を有するパターン１４０１Ｂが形成された（図１４（Ｂ））。

次いで、凹パターンが形成されたレジストパターンを、Ｏ_２：３０ｓｃｃｍ、１０ｍＴｏｒｒ、ＲＦパワー１００Ｗの条件で３０秒間エッチングを行った。Ｏ_２ＲＩＥ後、レジストの底だしが行われＮｉ／Ａｇ層１２０７Ａが露出した（図１４（Ｃ））。

次いで、イオンミリング装置を用いて、加速電圧５００Ｖ、イオン電流４０ｍＡの条件で１００秒間、Ｎｉ／Ａｇ層のエッチングを行って、開口部を有する金属電極層１２０７を形成させた。エッチング後、レジストを除去するため、酸素アッシングを行った（図１４（Ｄ））。

次いで、金属電極層の上にＳｉＮ膜（屈折率２．０）１０６ＡをＣＶＤ法により８０ｎｍの厚さで形成した（図１４（Ｅ））。

次いで、ｎ−ＧａＮ層１２０３の表面にｎ型電極を形成するため、パターニングを行ってｎ−ＧａＮ層１２０３を露出させた（図１４（Ｆ））。最後に、ｎ型電極１２０９とｐ型電極のためのパッド電極１２１０を形成して半導体発光素子を完成させた（図１４（Ｇ））。

比較のため、実施例１８の金属電極層と光取り出し層に代えて細線付きのパッド電極のみを形成した半導体発光素子を形成した（比較例１８）。それぞれを１ｍｍ角の半導体発光素子にダイシングを行い、ベアチップについて半導体発光素子の特性を比較した。それぞれの半導体発光素子の電流値が１Ａの場合の順方向電圧値を比較すると、実施例１８の半導体発光素子の方が比較例１８の半導体発光素子よりも順方向電圧が０．２５Ｖ低かった。また、それぞれの半導体発光素子の電流値が５００ｍＡの場合の輝度を比較すると、実施例１８の半導体発光素子の方が比較例１８の半導体発光素子よりも１．８倍輝度が大きかった。

（実施例１９および比較例１９）
実施例１８と同様にして、化合物半導体層の上に金属電極層１２０７を形成させた（図１５（Ａ）〜（Ｄ））。

次いで、ＳｉＮ膜（屈折率２．０）１０６ＡをＣＶＤ法により５００ｎｍの厚さで形成した。ＳｉＮ膜上へ実施例２と同様にして電子線用レジスト層を３００ｎｍの厚さで形成させた。そして、パターンジェネレーターを装備した５０ｋＶの加速電圧を持つ電子線露光装置で大きさ２００ｎｍ、３００ｎｍの間隔を有するドットパターン４０１を形成させた（図１５（Ｅ））。

次いで、ＲＩＥ装置を用いて、Ｃｌ_２／Ａｒ＝１０／１０ｓｃｃｍ、５ｍＴｏｒｒ、ＩＣＰ／Ｂｉａｓ＝１００／３００Ｗの条件で９０秒間エッチングを行った。その後、Ｏ_２アッシャーにより残留したレジストを除去した。エッチング後、ＳｉＮ膜へ大きさ２００ｎｍ、間隔３００ｎｍ、高さ４００ｎｍの凹凸構造を有する光取り出し層１０６Ｂが形成できた（図１５（Ｅ））。

次いで、ｎ−ＧａＮ層１２０３の表面にｎ型電極を形成すため、パターニングを行ってｎ−ＧａＮ層１２０３を露出させた（図１５（Ｇ））。最後に、ｎ型電極１２０９とｐ型電極のためのパッド電極１２１０を形成して半導体発光素子を完成させた（図１５（Ｈ））。

比較のため、実施例１９の金属電極層と光取り出し層に代えて細線付きのパッド電極を形成した半導体発光素子を形成した（比較例１９）。それぞれを１ｍｍ角の半導体発光素子にダイシングを行い、ベアチップについて半導体発光素子の特性を比較した。それぞれの半導体発光素子の電流値が１Ａの場合の順方向電圧値を比較すると、実施例１９の半導体発光素子の方が比較例１９の半導体発光素子よりも順方向電圧が０．２５Ｖ低かった。また、それぞれの半導体発光素子の電流値が５００ｍＡの場合の輝度を比較すると、実施例１９の半導体発光素子の方が比較例１９の半導体発光素子よりも１．８倍輝度が大きかった。

１００Ａ、１００Ｂ 半導体発光素子
１０１ 結晶基板
１０２ ヘテロ構造部
１０３ 電流拡散層
１０４ コンタクト層
１０５ 金属電極層
１０６Ａ、１０６Ｂ 光取り出し層
１０７ 対向電極
１０５Ｘ 開口部
１０５Ｙ 金属部位
２０２ パッド電極
４０１ ドットパターンマスク
６０２Ａ シリカ粒子
６０３Ａ ＳＯＧ膜
８０１Ａ レジスト層
８０３Ａ ブロックコポリマー層
１００１ 石英モールド
１２０１ サファイア基板
１２０２は、ＧａＮバッファー層
１２０３ ｎ−ＧａＮ：Ｓｉ層
１２０４ ＭＱＷ層
１２０５ ｐ−Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎ：Ｍｇ層
１２０６ ｐ−ＧａＮ：Ｍｇ層
１２０７Ａ Ｎｉ／Ａｕ層
１２０８ ホールパターン
１２０９ ｎ型電極
１２１０ パッド電極

Claims (10)

1. 結晶基板と、
   前記結晶基板の一方の面に形成された化合物半導体層と、
   前記化合物半導体層の上に形成された、ＡｇまたはＡｕを主成分とした金属からなる、膜厚が１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である金属電極層と、
   前記金属電極層の上に形成された、誘電体膜からなる屈折率が１．８以上２．５以下である光取り出し層と、
   前記結晶基板の反対側面に形成された対抗電極と、
   を具備する半導体発光素子であって、
   前記金属電極層が、
   任意の２点間が切れ目無く連続した金属部位と、
   前記金属電極層を貫通し、円相当平均直径が３０ｎｍ以上１μｍ未満である複数の開口部を有しており、
   前記光取り出し層が、
   前記金属電極層の金属部位を少なくとも部分的に被覆しており、
   ２０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下の膜厚を有している
   ことを特徴とする半導体発光素子。
2. 結晶基板と、
   前記結晶基板の一方の面に形成された化合物半導体層と、
   前記化合物半導体層の上に形成された、ＡｇまたはＡｕを主成分とした金属からなる、膜厚が１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である金属電極層と、
   前記金属電極層の上に形成された、微細な凹凸構造を有する誘電体膜からなる屈折率が１．８以上２．５以下である光取り出し層と、
   前記結晶基板の反対側面に形成された対抗電極と、
   を具備する半導体発光素子であって、
   前記金属電極層が、
   任意の２点間が切れ目無く連続した金属部位と、
   前記金属電極層を貫通し、円相当平均直径が３０ｎｍ以上１μｍ未満である複数の開口部を有しており、
   前記光取り出し層が、
   前記金属電極層の金属部位を少なくとも部分的に被覆しており、
   前記光取り出し層の凸部頂点間隔が１００ｎｍ以上６００ｎｍ以下であり、前記金属電極層の表面から凸部頂点までの高さが２００ｎｍ以上７００ｎｍ以下である
   ことを特徴とする半導体発光素子。
3. 前記金属電極層が、Ａｌ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｃ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｔｅ、Ｓｅ、およびＴｉからなる群から選択される少なくとも一つの元素をさらに含有するものであることを特徴とする請求項１または２記載の半導体発光素子。
4. 前記金属電極層の面積が１ｍｍ^２以上であることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
5. 前記金属電極層と、前記化合物半導体層とがオーミック接触をしていることを特徴とする請求項１または２記載の半導体発光素子。
6. 前記金属電極層のシート抵抗が１０Ω／□以下であることを特徴とする請求項１または２記載の半導体発光素子。
7. 前記金属電極層の、前記化合物半導体層から放射される光の波長における光透過率が１０％以上であることを特徴する請求項１または２に記載の半導体発光素子。
8. 請求項１または２記載の半導体発光素子を具備してなることを特徴とする照明装置。
9. 結晶基板上に化合物半導体層を形成する工程と、
   前記化合物半導体層の上に金属電極層を形成する工程と、
   前記金属電極層の上に光取り出し層を形成する工程と、
   前記結晶基板の前記化合物半導体層と反対側面に対向電極層を形成する工程と、を有する半導体発光素子の製造方法であって、
   前記金属電極層を形成させる工程が、
   金属薄膜層を形成する工程と、
   前記金属薄膜層の少なくとも一部の表面にブロックコポリマーを含む組成物を塗布してブロックコポリマー膜を形成する工程と、
   前記ブロックコポリマーの相分離を起こさせることでドット状のミクロドメインを生成する工程と、
   前記ミクロドメインのパターンをエッチングマスクとして前記金属薄膜をエッチングして開口部を有する前記金属電極層を形成する工程と、
   を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の半導体発光素子の製造方法。
10. 結晶基板上に化合物半導体層を形成する工程と、
    前記化合物半導体層の上に金属電極層を形成する工程と
    前記金属電極層の上に光取り出し層を形成する工程と、
    前記結晶基板の前記化合物半導体層と反対側面に対向電極層を形成する工程と、を有する半導体発光素子の製造方法であって、
    前記金属電極層を形成する工程が、
    金属薄膜層を形成する工程と、
    形成する金属電極層の形状に対応した微細凹凸パターンを表面に有するスタンパーを準備する工程と、
    前記金属薄膜層の少なくとも一部に前記スタンパーを利用してレジストパターンを転写する工程と、
    前記レジストパターンをエッチングマスクとして前記金属薄膜層に開口部を形成する工程と、
    を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光素子の製造方法。

Images