JP5245529B2 - 半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法に関する。特に、本発明は、光取り出し効率を向上させた半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法に関する。

従来のＡｌＧａＩｎＰ系の発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）として、ＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体材料から形成され、活性層を有する半導体積層構造がＧａＡｓ基板上にエピタキシャル成長されたエピタキシャルウエハを、ＧａＡｓ基板を外側にした状態で反射率の良好な金属層を介してＳｉ基板に貼り付け、その後、ＧａＡｓ基板を除去して形成される半導体発光素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載された半導体発光素子によると、特定の波長領域の光に対する吸収率の大きいＧａＡｓ基板が除去されているので、活性層から放射された当該波長の光は効率よく半導体発光素子の外部に出射される。また、Ｓｉ基板上に金属層が形成されているので、活性層から放射された当該波長の光が金属層において半導体発光素子の外部に向けて反射され、半導体発光素子の光取り出し効率が向上する。加えて、ＧａＡｓ基板を除去した半導体層の表面に粗面化処理を施すと、粗面による光拡散現象によって光の取り出し効率を更に改善することができる。

特開２００５−１７５４６２号公報

しかし、特許文献１に係る半導体発光素子によると、光取り出し効率を改善することを目的として半導体層上に粗面化処理を施しても、形成された粗面から活性層と活性層と接する半導体層との界面に水平な微小な面を皆無にすることはできず、臨界角以上でこの水平な面に入射した光は全反射するので、光取り出し効率の向上には限界がある。

したがって、本発明の目的は、光取り出し面に所定の周期で配列する構造体を設けることにより、光取り出し効率を向上させることができる半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、光を発する活性層を含み、光を外部に放出する光取り出し面を有して形成される半導体積層構造を備え、光取り出し面は、活性層に水平な面に対して傾斜した複数の面から形成され、所定の周期で規則的に配列される複数の構造体を有し、構造体は、四角錐状の形状を有し、複数の構造体は、活性層に水平な面に対する活性層のオフアングル方向における配列の第１の周期と、オフアングル方向の垂直方向における配列の第２の周期とが異なっており、前記第１の周期をＡとし、前記第２の周期をＢとした場合に、Ａ：Ｂ＝１：２ｓｉｎ（Ｘ） （Ｘ：オフアングル角度）の関係を満たすことを特徴とする半導体発光素子が提供される。

また、上記半導体発光素子は、半導体積層構造は、前記活性層をｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層とｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層で挟んでなり、前記光取出し面は、前記ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層の表面であることを特徴とする。また、上記半導体発光素子は、半導体積層構造を支持する支持基板と、支持基板の一方の表面の上方に設けられる支持基板側接合層と、支持基板側接合層と接合する半導体積層構造側接合層と、半導体積層構造側接合層と活性層との間に設けられる反射層とを更に備えることもできる。更に、上記半導体発光素子は、反射層と活性層との間に、光に対して透明な誘電体層と、誘電体層の所定の領域を貫通して設けられる貫通孔に形成されるオーミックコンタクト接合部と有することもできる。

また、本発明は、上記目的を達成するため、光を発する活性層を含む半導体積層構造を有するエピタキシャルウエハを準備するエピタキシャルウエハ準備工程と、エピタキシャルウエハの表面に、活性層に水平な面に対して傾斜した複数の面から形成され、四角錐状の形状を有し、所定の周期で規則的に配列される複数の構造体を形成する構造体形成工程とを備え、構造体形成工程は、複数の構造体を、前記活性層に水平な面に対する前記活性層のオフアングル方向における配列の第１の周期と、オフアングル方向に対して垂直方向における配列の第２の周期とを相違させて形成され、前記第１の周期をＡとし、前記第２の周期をＢとした場合に、Ａ：Ｂ＝１：２ｓｉｎ（Ｘ） （Ｘ：オフアングル角度）の関係を満たすことを特徴とする半導体発光素子の製造方法が提供される。

また、前記半導体積層構造は、前記活性層をｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層とｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層で挟んでなり、構造体形成工程は、前記活性層に水平な面に対する活性層のオフアングル方向における配列の第１の周期と、オフアングル方向に対して垂直方向における配列の第２の周期とが相違する所定形状のマスクパターンを介して、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層の表面に粗面化処理を施すこともできる。

更に、上記半導体発光素子の製造方法は、構造体形成工程は、粗面化処理として異方性エッチングをｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層の表面に施して複数の構造体を形成することもできる。

本発明に係る半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法によれば、光取り出し面に所定の周期で配列する構造体を設けることにより、光取り出し効率を向上させる半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法を提供することができる。

［実施の形態］
（半導体発光素子１の構成）
図１Ａは、本発明の実施の形態に係る半導体発光素子の概念的な縦断面図の一例を示す。

図１Ａに示すように、本実施の形態に係る半導体発光素子１は、所定の波長の光を発する活性層１３５を含む半導体積層構造１３０と、半導体積層構造１３０の一方の表面の一部と電気的に接続する表面電極１００と、半導体積層構造１３０の一方の表面の反対側における表面の一部と電気的に接続するオーミックコンタクト接合部１２０と、オーミックコンタクト接合部１２０が設けられている領域を除く半導体積層構造１３０の表面を覆う誘電体層１４０と、オーミックコンタクト接合部１２０及び誘電体層１４０が半導体積層構造１３０と接している面の反対側の面に設けられる反射層１５０とを備える。更に、半導体発光素子１は、反射層１５０のオーミックコンタクト接合部１２０及び誘電体層１４０と接する面の反対側の面に設けられるバリア層１６０と、バリア層１６０の反射層１５０と接する面の反対側の面に設けられる半導体積層構造側接合層１７０とを備える。

そして、半導体発光素子１は、半導体積層構造側接合層１７０と電気的・機械的に接合する支持基板側接合層２００と、支持基板側接合層２００の半導体積層構造側接合層１７０と接合している面の反対側に設けられる支持基板側のバリア層２０５と、バリア層２０５の支持基板側接合層２００と接している面の反対側に設けられるコンタクト層２１０と、コンタクト層２１０のバリア層２０５と接する面の反対側に設けられる電気導電性を有する支持基板２０と、支持基板２０のコンタクト層２１０が設けられている面の反対側の面に設けられる裏面電極２２０とを備える。

更に、本実施の形態に係る半導体発光素子１は、ｎ型クラッド層１３３の活性層１３５と接している面の反対側に、活性層１３５が発した光を外部に放射する光取り出し面１８０を有する。光取り出し面１８０は、複数の凹凸構造としての複数の構造体１８５を含んで形成される。複数の構造体１８５は、光取り出し面１８０上に所定の周期で配列する。

本実施の形態に係る半導体発光素子１は、上面視にて略正方形に形成される。一例として、半導体発光素子１の平面寸法は、縦寸法及び横寸法がそれぞれ略３００μｍである。また、半導体発光素子１の厚さは、一例として、略３００μｍに形成される。そして、半導体発光素子１は、例えば、良好な電気導電性、良好な伝熱特性、及び所定の機械的特性を発揮するＣｕ、Ａｌ、Ｆｅ等の金属材料を含む材料から形成されるステム（例えば、ＴＯ−１８ステム、ＴＯ−４６ステム等）、又は所定のリードフレームに搭載される。

半導体発光素子１は、Ａｇペースト等の導電性材料、又はＡｕＳｎ等のハンダ材料等を介してステムに搭載される。機械的強度を向上させる観点からは、Ａｇペースト等の導電性接着剤の硬化温度より高い共晶温度を有するＡｕＳｎ等の材料を用いることができる。そして、表面電極１００とステムとをＡｕワイヤ等でワイヤボンディングすることにより、ステムのリードを介して半導体発光素子１に電力を供給することができる。これにより、半導体発光素子１は、表面電極１００を介して所定の電力の供給を受けて発光する。

（半導体積層構造１３０の詳細）
本実施形態に係る半導体積層構造１３０は、誘電体層１４０に接する位置に設けられるｐ型コンタクト層１３９と、ｐ型コンタクト層１３９の誘電体層１４０と接している面の反対側の面に設けられるｐ型クラッド層１３７と、ｐ型クラッド層１３７のｐ型コンタクト層１３９と接している面の反対側の面に設けられる活性層１３５と、活性層１３５のｐ型クラッド層１３７と接している面の反対側の面に設けられるｎ型クラッド層１３３と、ｎ型クラッド層１３３の活性層１３５と接している面の反対側の面の略中央部分に設けられるｎ型コンタクト層１３１とを有する。

半導体積層構造１３０は、一例として、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体としてのＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体のダブルへテロ構造を有する。具体的に、半導体積層構造１３０は、ＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体を含んで形成されるアンドープのバルク層としての活性層１３５を、第１導電型の化合物半導体としてのｎ型ＡｌＧａＩｎＰを含んで形成されるｎ型クラッド層１３３と、第１導電型とは異なる第２導電型の化合物半導体としてのｐ型ＡｌＧａＩｎＰを含んで形成されるｐ型クラッド層１３７とで挟んだ積層構造を含む。活性層１３５は、外部から電流が供給されると所定の波長の光を発する。一例として、活性層１３５は、発光波長が６３０ｎｍ付近の赤色光を発する組成を有して形成される。

ここで、本実施形態において、アンドープ（ｕｎ−ｄｏｐｅ）とは、活性層１３５等を含む化合物半導体層１３０への不純物の添加を積極的には実施しないことを意味する。したがって、半導体積層構造１３０を製造する工程において、例えば、半導体積層構造１３０を製造する製造装置及び製造原料等に起因して半導体積層構造１３０に不可避的に混入する不純物成分の含有は排除されない。

更に、半導体積層構造１３０は、ｎ型クラッド層１３３の活性層１３５の反対側に、ｎ型ＧａＡｓを含んで形成されるｎ型コンタクト層１３１と、ｐ型クラッド層１３７の活性層１３５の反対側にｐ型ＧａＰを含んで形成されるｐ型コンタクト層１３９とを含む。ここで、ｎ型コンタクト層１３１及びｎ型クラッド層１３３はそれぞれ、所定のｎ型不純物を所定の濃度含む。同様に、ｐ型クラッド層１３７及びｐ型コンタクト層１３９はそれぞれ、所定のｐ型不純物を所定の濃度含む。ｎ型不純物としては、一例としてＳｉ、Ｓｅ、Ｔｅ等を用いることができ、ｐ型不純物としては、例えば、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃ等を用いることができる。

また、本実施形態においては、表面電極１００の直下の活性層１３５に流入する電流量を低減させることを目的として、ｎ型クラッド層１３３に添加する不純物量とｐ型クラッド層１３７に添加する不純物量とをそれぞれ制御して、ｎ型クラッド層１３３の電気抵抗をｐ型クラッド層１３７の電気抵抗より小さくすることができる。

なお、半導体積層構造１３０は、例えば、有機金属気相成長（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＯＶＰＥ）法、有機金属化学気相成長（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）法等を用いて形成する。この場合、ＭＯＶＰＥ法又はＭＯＣＶＤ法に用いる半導体積層構造１３０の原料としては、例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、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）等の有機金属化合物、アルシン（ＡｓＨ_３）、ホスフィン（ＰＨ_３）等の水素化物ガスを用いる。

また、ｎ型用の不純物の添加物の原料としては、モノシラン（ＳｉＨ_４）、ジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６）、セレン化水素（Ｈ_２Ｓｅ）、ジエチルテルル（ＤＥＴｅ）、ジメチルテルル（ＤＭＴｅ）等を用いる。また、ｐ型用の不純物の添加物の原料としては、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ_２Ｍｇ）、ジメチルジンク（ＤＭＺｎ）、ジエチルジンク（ＤＥＺｎ）等を用いる。

（光取り出し面１８０の詳細）
図１Ｂ（ａ）は、本発明の実施の形態に係る半導体発光素子の光取り出し面の部分的な上面図の一例を示しており、図１Ｂ（ｂ）及び（ｃ）は、本発明の実施の形態に係る半導体発光素子の光取り出し面の概念的な縦断面図の一例を示す。

ｎ型クラッド層１３３は、活性層１３５と接している面の反対側に活性層１３５が発した光が半導体発光素子１の外部に放出される面としての光取り出し面１８０を含む。光取り出し面１８０は、半導体積層構造１３０の水平方向の面、例えば、活性層１３５に水平な面に対して所定の傾斜角を有する複数の傾斜面からなる複数の構造体１８５を有して形成される。そして、複数の構造体１８５は、所定の周期で規則的に配列する。複数の構造体１８５はそれぞれ、一例として、図１Ｂの（ｂ）に示すような光取り出し面１８０ｂと、図１Ｂの（ｃ）に示すような光取り出し面１８０ｃ及び光取り出し面１８０ｄとの各面によって略三角錐状に形成される。

具体的に、光取り出し面１８０は、半導体積層構造１３０に含まれる各半導体層、例えば、活性層１３５のオフアングル方向における配列の第１の周期構造と、オフアングル方向の垂直方向における配列の第２の周期構造とが異なる周期で配列する複数の構造体１８５を有する。複数の構造体１８５はそれぞれ、半導体積層構造１３０に含まれる半導体層（例えば、活性層１３５）の面を基準面とした場合に、基準面の法線方向に対して垂直な面を有さずに形成される（換言すれば、複数の構造体１８５はそれぞれ、基準面に対して水平な面を有さずに形成される）。すなわち、複数の構造体１８５はそれぞれ、基準面に対して所定の角度で傾斜する複数の平坦面から形成される。ここで、複数の構造体１８５のそれぞれが有する平坦面は、基準面に対する傾斜角度がオフアングル角度に応じて決定される面を含む。

より具体的に、光取り出し面１８０は、図１Ｂ（ａ）に示す光取り出し面１８０上に複数の構造体１８５を有する。そして、図１Ｂ（ｂ）に示すように、オフアングル方向に沿った方向の断面（図１Ｂ（ａ）のＡ−Ａ断面）においては、複数の構造体１８５はそれぞれ、基準面に対して所定の角度θ_A1で傾斜する光取出し面１８０ａと、基準面に対して所定の角度θ_A2で傾斜する光取り出し面１８０ｂとから形成されることが示される。光取り出し面１８０ｂは、例えば、略三角状（一例として、略正三角形）に形成される面である。複数の構造体１８５の基準面からの高さはそれぞれＨとなる。

ここで、半導体積層構造１３０は、後述するように、所定の成長基板上にエピタキシャル成長されて形成される。そして、半導体積層構造１３０を構成する各半導体層はエピタキシャル成長により形成されるので、一の半導体層の上に形成される他の半導体層は一の半導体層と格子整合して成長することとなる。その結果、半導体積層構造１３０に含まれる各半導体層は、所定の面方位に対して所定の角度傾斜したオフ基板としての成長基板のオフアングル角度を引き継ぐ。したがって、オフアングル方向に沿った方向の断面においては、角度θ_A1が、オフアングル角度を有することとなる。すなわち、光取出し面１８０ａは、オフアングル角度を有して形成される。

更に、複数の構造体１８５はそれぞれ、オフアングル方向に沿って第１の周期（Ｐ_Ａ）で配列する。なお、第１の周期は、一の構造体１８５の一端から当該一の構造体１８５の他端までの距離に対応する。一の構造体１８５の一端は、オフアングル方向に沿って当該一の構造体１８５に隣接する他の構造体１８５と接しており、一の構造体１８５の他端においても、一の構造体１８５の一端に隣接する他の構造体１８５とは別の構造体１８５と接している。

また、図１Ｂ（ｃ）に示すように、オフアングル方向に対して垂直な方向に沿った方向の断面（図１Ｂ（ａ）のＢ−Ｂ断面）においては、複数の構造体１８５はそれぞれ、基準面に対して所定の角度θ_Ｂで傾斜する光取り出し面１８０ｃ及び光取り出し面１８０ｄとから形成されることが示される。光取り出し面１８０ｃ及び光取り出し面１８０ｄはそれぞれ、例えば、略三角状に形成される面である。また、一の構造体１８５の光取り出し面１８０ｃは、この一の構造体１８５の光取り出し面１８０ｄの側に倒れる傾斜を有して形成される。すなわち、一の構造体１８５の光取り出し面１８０ｃは、鋭角の角度θ_Ｂを有して形成される。一の構造体１８５の光取り出し面１８０ｄも、この一の構造体１８５の光取り出し面１８０ｃと同様に形成される。複数の構造体１８５の基準面からの高さは、図１Ｂ（ｂ）と同様に、それぞれＨとなる。本実施の形態において、半導体積層構造１３０に含まれる各半導体層は、例えば、｛１００｝面±Ｘ（Ｘはオフアングル角度であり、１０°から１５°程度）の結晶面方位を有しており、この場合における角度θ_Ｂは、４５°程度である。なお、｛１００｝面は、（１００）面に等価な対称性を持つ面の全てを表す。すなわち、例えば｛１００｝面と表現した場合、（１００）面、（０１０）面、（００１）面等の全ての面を含む。

更に、複数の構造体１８５はそれぞれ、オフアングル方向に対して垂直な方向に沿って第２の周期（Ｐ_Ｂ）で配列する。なお、第２の周期は、一の構造体１８５の一端から当該一の構造体１８５の他端までの距離に対応する。一の構造体１８５の一端は、オフアングル方向に対して垂直な方向に沿って当該一の構造体１８５に隣接する他の構造体１８５と接しており、一の構造体１８５の他端においても、一の構造体１８５の一端に隣接する他の構造体１８５とは別の構造体１８５と接している。

ここで、オフアングル方向における配列の第１の周期構造の第１の周期と、オフアングル方向の垂直方向における配列の第２の周期構造の第２の周期とが、（第１の周期）：（第２の周期）＝１：２ｓｉｎ（Ｘ）の関係を満たすように、複数の構造体１８５は周期的に配列する。ここで、Ｘは、オフアングル角度である。また、複数の構造体１８５は、（第１の周期）：（第２の周期）＝１：（２ｓｉｎ（Ｘ）±０．４×２ｓｉｎ（Ｘ））の関係を満たすように周期的に配列することもできる。

（表面電極１００の詳細）
図１Ｃの（ａ）は、本発明の実施の形態に係る半導体発光素子の上面図の一例を示しており、図１Ｃの（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る半導体発光素子を誘電体層において切断した場合の切断上面図の一例を示す。

表面電極１００は、半導体積層構造１３０の上に所定の形状を有して形成される。例えば、表面電極１００は、ｎ型コンタクト層１３１上において、複数の細線付きの円形状に形成される。一例として、表面電極１００は、図１Ｃ（ａ）に示すように、所定の直径を有する円形部分１００ａと、所定の長さ、所定の幅を有する複数の細線部分１００ｂとを有して形成される。例えば、表面電極１００は、長手方向の方向が互いに４５度ずれた方向に向いている８本の細線部分１００ｂが、円形部分１００ａに付加された形に形成される。円形部分１００ａの直径は、一例として１００μｍ程度であり、細線部分１００ｂの長さは１００μｍ程度、幅は１０μｍ程度である。

表面電極１００は、ｎ型コンタクト層１３１とオーミック接合する導電性材料から形成され、例えば、ｎ型用電極材料としてのＡｕ、Ｇｅ、Ｔｉ、及び／又はＮｉ等の金属材料を含んで形成される。一例として、表面電極１００は、ｎ型コンタクト層１３１の側からＡｕＧｅ／Ｔｉ／Ａｕの順に積層されて形成される。表面電極１００の円形部分１００ａの中心は、ｎ型クラッド層１３３の略中央に対応しており、表面電極１００の円形部分１００ａ、及び表面電極１００の細線部分１００ｂの直下を除く領域に、オーミックコンタクト接合部１２０が形成されることとなる。

（誘電体層１４０の詳細）
電流阻止層としての機能、及び半導体積層構造１３０と反射層１５０とが直接接触することを防止する機能を有する誘電体層１４０は、活性層１３５を含む半導体積層構造１３０と反射層１５０との間に設けられる。具体的に、誘電体層１４０は、ｐ型コンタクト層１３９の活性層１３５が形成されている側の面の反対側の略全面に形成される。そして、誘電体層１４０の一部の領域には、誘電体層１４０を貫通する所定形状の複数の開口部が設けられる。誘電体層１４０に設けられる開口部は、例えば、略円形状、又は略多角形状に形成される。誘電体層１４０には、一例として、図１Ｃ（ｂ）に示すように、ランダムに複数の開口部が配置される。ここで、開口部は、図１Ｃ（ｂ）に表面電極の位置１０１と示した領域の外側、すなわち、表面電極１００の直下を除く領域に形成される。

また、誘電体層１４０は活性層１３５が発する光に対して略透明である材料及び／又は電気絶縁性を有する材料から形成される。すなわち、誘電体層１４０は、活性層１３５が発する光の波長に対して光学的に透明な材料から形成される。誘電体層１４０は、例えば、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、五酸化タンタル、フッ化マグネシウム、酸化ハフニウム、酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム錫、又はこれらの酸化物材料を所定の濃度含む金属酸化物から形成される。

（オーミックコンタクト接合部１２０の詳細）
オーミックコンタクト接合部１２０は、半導体積層構造１３０と反射層１５０とを電気的に接続する。具体的に、オーミックコンタクト接合部１２０は、誘電体層１４０に形成された開口部に所定の金属材料を充填して形成される。オーミックコンタクト接合部１２０は、例えば、略円形状、又は略多角形状に形成された開口部を金属材料で充填することにより形成される。図１Ｃ（ｂ）に示すように、オーミックコンタクト接合部１２０は、一例として、所定の直径（例えば、１５μｍ）の略円形状のドット状に形成される。

オーミックコンタクト接合部１２０は、ｐ型コンタクト層１３９とオーミック接合する導電性材料から形成される。例えば、オーミックコンタクト接合部１２０は、ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体とオーミック接合するｐ型用電極材料としてのＡｕ、Ｚｎ、又はＢｅ等の金属材料を含んで形成される。一例として、オーミックコンタクト接合部１２０は、ＡｕＺｎ合金からなる金属材料から形成される。

ここで、オーミックコンタクト接合部１２０は、活性層１３５が発する光に対する反射率が反射層１５０よりも低い金属材料から形成される。したがって、オーミックコンタクト接合部１２０による光の吸収を実用上、半導体発光素子１の特性に影響を与えない程度に低減させることを目的として、複数のオーミックコンタクト接合部１２０の断面積の総和を、誘電体層１４０の面積に対して１０％以下に設定する。

（反射層１５０の詳細）
反射層１５０は、活性層１３５が発した光を、主として光取り出し面１８０の側に反射する。反射層１５０は、活性層１３５が発した光に対して所定値以上の反射率を有する導電性材料から形成される。一例として、反射層１５０は、オーミックコンタクト接合部１２０を形成する材料とは異なる材料であるＡｌから主として形成される金属層である。また、反射層１５０は、オーミックコンタクト接合部１２０と電気的に接続する。反射層１５０は、半導体発光素子１の光取り出し効率を向上させることを目的として、活性層１３５が発した光に対する反射率が所定値以上であれば、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ、又はＡｇ等の金属材料、若しくはこれらの金属材料の合金材料から形成することもできる。

（バリア層１６０及びバリア層２０５の詳細）
半導体積層構造１３０側のバリア層１６０は、反射層１５０と電気的に接続する導電性材料から形成される。一例として、バリア層１６０は、Ｔｉから主として形成される金属層である。バリア層１６０は、半導体積層構造側接合層１７０及び支持基板側接合層２００を構成する材料が反射層１５０に拡散することを抑制して、反射層１５０の反射特性が低下することを抑制する。バリア層１６０は、半導体積層構造側接合層１７０及び支持基板側接合層２００を構成する材料が反射層１５０に向かって固相拡散することを抑制できる機能を有する限り、Ｐｔ等の金属材料から形成することもできる。

支持基板側のバリア層２０５は、バリア層１６０と同様の目的から、同様の材料を用いて形成される。すなわち、バリア層２０５は、一例として、Ｐｔから主として形成される金属層である。バリア層２０５は、半導体積層構造側接合層１７０及び支持基板側接合層２００を構成する材料が支持基板側に向かって固相拡散することを抑制する。

（半導体積層構造側接合層１７０及び支持基板側接合層２００の詳細）
半導体積層構造側接合層１７０は、所定の厚さを有した導電性材料から形成される。半導体積層構造側接合層１７０は、バリア層１６０と電気的に接続する。半導体積層構造側接合層１７０は、半導体積層構造側接合層１７０と支持基板側接合層２００との界面の酸化を抑制することができ、半導体積層構造側接合層１７０と支持基板側接合層２００とを機械的に強固に接合することを目的として、一例として、Ａｕから主として形成される。

また、支持基板側接合層２００は、半導体積層構造側接合層１７０と同様の目的から、同様の材料を用いて形成される。そして、支持基板側接合層２００は、半導体積層構造側接合層１７０と電気的・機械的に接合する。具体的に、半導体積層構造側接合層１７０と支持基板側接合層２００とは、例えば、熱圧着法によって貼り合わせることによって電気的・機械的に接続される。なお、半導体積層構造側接合層１７０及び支持基板側接合層２００はそれぞれ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ等の金属材料、又はこれらの金属材料のうち少なくとも１種類の金属材料を含む合金材料から形成することもできる。

（コンタクト層２１０の詳細）
コンタクト層２１０は、支持基板２０とオーミック接合する導電性材料から形成される。導電性材料としては、半導体発光素子１の動作電圧に大きな影響を与えない程度の電気抵抗を有する金属材料を用いることができる。一例として、コンタクト層２１０はＴｉから主として形成され、バリア層２０５及び支持基板２０と電気的に接続する。本実施形態において、支持基板側接合層２００と、バリア層２０５と、コンタクト層２１０とで、半導体積層構造側接合層１７０と接合する金属密着層としての機能を奏する。

（支持基板２０の詳細）
支持基板２０は、所定の熱伝導率及び機械的強度を有すると共に、電気導電性を有する材料から形成される。支持基板２０は、一例として、厚さが３００μｍ程度のＳｉ、Ｇｅ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮ、ＳｉＣ等の半導体材料から形成される。なお、支持基板２０は電気導電性を有している限り、ｎ型又はｐ型のいずれの導電型を有する半導体材料からも形成することができる。また、支持基板２０は、電気導電材料であるＣｕ、Ｆｅ、Ａｌ等の金属材料から形成される金属板、又はＣｕ−Ｗ、Ｃｕ−Ｍｏ等の合金材料からなる合金板から形成することもできる。

（裏面電極２２０の詳細）
裏面電極２２０は、コンタクト層２１０が接触している支持基板２０の面の反対側の面（裏面）において、支持基板２０と電気的に接続する。具体的に、裏面電極２２０は、支持基板２０とオーミック接合する金属電極である。一例として、裏面電極２２０は、ＴｉとＡｕとから形成される。なお、支持基板２０が金属板から形成される場合、裏面電極２２０を支持基板２０の裏面に設けなくてもよい。

以上の構成を備える本実施形態の半導体発光素子１は、例えば、赤色領域の波長の光を発するＬＥＤである。半導体発光素子１は、一例として、順方向電圧が２Ｖ程度であり、順方向電流が２０ｍＡの場合におけるピーク波長が６３０ｎｍ付近の光を発する赤色ＬＥＤである。

（半導体発光素子１の変形例）
本実施形態に係る半導体発光素子１は、発光波長が６３０ｎｍの赤色領域の光を発するが、半導体発光素子１の発光波長はこの波長に限定されない。半導体積層構造１３０の活性層１３５の構造を制御して、所定の波長範囲（例えば、発光波長が５６０ｎｍから６６０ｎｍ）の光を発する半導体発光素子１を形成することもできる。また、本実施形態に係る活性層１３５の構造を、バルク層の構造ではなく、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とすることもできる。

また、本実施形態に係る半導体積層構造１３０は、上述した化合物半導体層に他の層（中間層）、分布型ブラック反射層（ＤＢＲ層）等を更に加えて構成することもできる。更に、本実施形態に係る半導体積層構造１３０を構成する各半導体層は、ＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体から形成することに限られず、ＧａＡｓ系、ＧａＰ系、ＩｎＰ系、ＡｌＧａＡｓ系、ＩｎＧａＰ系等の他の化合物半導体から形成することもできる。

また、本実施形態に係る半導体積層構造１３０は、ｎ型の化合物半導体層が表面電極１００側に位置しているが、ｎ型とｐ型との導電型を逆にすることもできる。すなわち、変形例においては、表面電極１００側から反射層１５０側に向かって、ｐ型コンタクト層１３９、ｐ型クラッド層１３７、活性層１３５、ｎ型クラッド層１３３、ｎ型コンタクト層１３１の順に形成できる。この場合、表面電極１００は、ｎ型の半導体とオーミック接合する材料から形成され、オーミックコンタクト接合部１２０は、ｐ型の半導体とオーミック接合する材料から形成される。

また、半導体発光素子１の平面寸法は上記の実施形態に限られない。例えば、半導体発光素子１の平面寸法は、縦寸法及び横寸法がそれぞれ略３５０μｍとなるように設計することもでき、また、半導体発光素子１の使用用途に応じて、縦寸法及び横寸法を適宜変更して半導体発光素子１を形成することもできる。

更に、半導体発光素子１は、少なくとも活性層１３５と本実施の形態に係る構造体１８５を含む光取り出し面１８０を有する半導体層とを備える限り、誘電体層１４０、反射層１５０等を備えずに形成することもできる。例えば、所定の半導体基板に、ｎ型クラッド層１３３と、活性層１３５と、ｐ型クラッド層１３７とをこの順に積層して、ｐ型クラッド層１３７の表面に本実施の形態に係る構造体１８５を形成することにより、本実施の形態と同様の効果を奏する半導体発光素子を形成できる。同様に、所定の半導体基板に、ｐ型クラッド層１３７と、活性層１３５と、ｎ型クラッド層１３３とをこの順に積層して、ｎ型クラッド層１３３の表面に本実施の形態に係る構造体１８５を形成することにより、本実施の形態と同様の効果を奏する半導体発光素子を形成できる。

また、実施の形態に係る半導体発光素子１は、表面電極１００側から裏面電極２２０に向かって電力が供給される上下面電極構造を有して形成されているが、実施の形態の変形例に係る半導体発光素子は、化合物半導体層１３０のｐ型クラッド層１３７の一部を露出させ、露出した部分にｐ型用電極を設けることにより、いわゆる、上面２電極構造とすることもできる。なお、この場合、支持基板２０は必ずしも導電性を有する材料から形成することを要さない。例えば、上面２電極構造を有する半導体発光素子の支持基板２０は、一例として、ガラス基板、サファイア基板、ＳｉＣ基板等の絶縁基板から形成することができる。

（半導体発光素子１の製造方法）
図２Ａから図２Ｅは、本発明の実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程の流れの一例を示す。また、図２Ｆは、本発明の実施の形態に係る構造体を形成する際のレジストパターンの一例を示す。

まず、図２Ａ（ａ）に示すように、所定のオフアングル角度を有する成長基板１０（一例として、ｎ型ＧａＡｓ基板）の上に、例えば、ＭＯＶＰＥ法によって複数の半導体層を含むエピタキシャル成長層としての半導体積層構造１３０ａを形成する。ここで、本実施の形態に係る半導体積層構造１３０ａのＭＯＶＰＥ法によるエピタキシャル成長は、一例として、成長基板１０を加熱する成長温度を６５０℃、成長圧力を５０Ｔｏｒｒ、複数の半導体層それぞれのエピタキシャル成長速度を０．３ｎｍから１．０ｎｍ／ｓｅｃ、Ｖ／ＩＩＩ比を約２００前後にして実施できる。なお、Ｖ／ＩＩＩ比とは、ＴＭＧａ、ＴＭＡｌ等のＩＩＩ族原料のモル数を分母として、ＡｓＨ_３、ＰＨ_３等のＶ族原料のモル数を分子とした場合の比率（商）である。

具体的には、成長基板１０の上に、エッチングストップ層１９０と、ｎ型コンタクト層１３１と、ｎ型クラッド層１３３と、活性層１３５と、ｐ型クラッド層１３７と、ｐ型コンタクト層１３９とをこの順にエピタキシャル成長する。成長基板１０上に半導体積層構造１３０ａはエピタキシャル成長されるので、半導体積層構造１３０ａを構成する半導体層はそれぞれ、下地基板としての成長基板１０の結晶面方位を反映して形成される。これにより、成長基板１０の上に複数のエピタキシャル成長層を含む半導体積層構造１３０ａが形成されたエピタキシャルウエハ３が得られる。なお、成長基板１０の上の半導体積層構造１３０ａは、分子線エピタキシー法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＢＥ）等を用いて形成することもできる。

ＭＯＶＰＥ法による半導体積層構造１３０ａの形成をした後、ＭＯＶＰＥ装置からエピタキシャルウエハ３を取り出す。そして、エピタキシャルウエハ３のｐ型コンタクト層１３９のｐ型クラッド層１３７と接している面の反対側の面の略全面に、化学気相蒸着法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ法）、プラズマＣＶＤ法、真空蒸着法、又はスパッタ法等を用いて、所定の厚さの誘電体層１４０を形成する。誘電体層１４０は、一例として、プラズマＣＶＤ装置を用いて形成される所定厚のＳｉＯ_２膜である。

次に、フォトリソグラフィー法及びエッチング法を用いて所定のレジストパターンを誘電体層１４０上に形成して、図２Ａ（ｂ）に示すように、誘電体層１４０に複数の開口部１２０ａを形成する。ここで、複数の開口部１２０ａは、後の工程で形成される表面電極１００の直下を除く領域に配置される。また、複数の開口部１２０ａは、誘電体層１４０にランダムな配置で形成される。複数の開口部１２０ａは、一例として、直径が１５μｍの略円形状に形成され、誘電体層１４０の略３００μｍ角の領域に４０個含んで形成される。

なお、開口部１２０ａを形成する場合であって、誘電体層１４０がＳｉＯ_２から形成されている場合、フッ化水素酸を純水で所定の濃度に希釈したエッチャントを用いてエッチングする。これにより、複数の開口部１２０ａのそれぞれから、ｐ型コンタクト層１３９の表面が露出する。

次に、真空蒸着法又はスパッタ法等を用いて、レジストパターンの上及び誘電体層１４０の開口部１２０ａに、ＡｕＺｎを含む金属合金材料（一例として、９５ｗｔ％のＡｕと５ｗｔ％のＺｎとからなるＡｕＺｎ合金）を蒸着する。続いて、リフトオフ法を用いて、開口部１２０ａ内に蒸着された金属合金材料だけ残存させる。これにより、図２Ａ（ｃ）に示すように、誘電体層１４０に形成された開口部１２０ａに金属合金材料が充填されて、所定厚のオーミックコンタクト接合部１２０が形成される。

続いて、図２Ｂ（ｄ）に示すように、オーミックコンタクト接合部１２０及び誘電体層１４０の上に、真空蒸着法又はスパッタ法を用いて、Ａｌから主として形成される反射層１５０と、Ｔｉから主として形成されるバリア層１６０と、Ａｕから主として形成される半導体積層構造側接合層１７０とをこの順に形成する。反射層１５０と、バリア層１６０と、半導体積層構造側接合層１７０とは真空蒸着装置又はスパッタ装置中において１回で連続して形成することができる。また、反射層１５０と、バリア層１６０と、半導体積層構造側接合層１７０とはそれぞれ、真空蒸着装置又はスパッタ装置により別々に形成することもできる。これにより、主として化合物半導体の積層構造から形成される発光構造体５が得られる。

次に、支持基板２０（一例として、Ｓｉ基板）の表面に、電気導電性を有するＴｉから主として形成されるコンタクト層２１０と、Ｐｔから主として形成されるバリア層２０５と、Ａｕから主として形成される支持基板側接合層２００とをこの順に真空蒸着法又はスパッタ法により形成する。これにより、主として支持基板２０から形成される支持構造体６が得られる。なお、支持基板２０としてのＳｉ基板としては、例えば、直径が３インチであり、ｐ型の導電性を有するＳｉ基板を用いることができる。本実施の形態においては、一例として、（１００）面を有する、いわゆるｊｕｓｔ基板のＳｉ基板を支持基板２０として用いることができる。

続いて、図２Ｂ（ｅ）に示すように、発光構造体５の半導体積層構造側接合層１７０の接合表面１７０ａと、支持基板側接合層２００の接合表面２００ａとを向かい合わせて重ね、この状態をＣ等の材料から形成された所定の冶具で保持する（図示しない）。そして、発光構造体５と支持構造体６とが重なり合った状態を保持している冶具をウエハ貼り合せ装置内に導入する。そして、ウエハ貼り合せ装置内を所定圧力（一例として、０．０１Ｔｏｒｒ）まで減圧する。続いて、冶具を介して互いに重なり合っている発光構造体５と支持構造体６とに所定の圧力（一例として、３０ｋｇｆ／ｃｍ^２）を均一に加える。次に、所定温度（一例として、３５０℃）まで所定の昇温速度で冶具を加熱する。

冶具の温度が所定の温度に達した後、冶具を当該温度で所定時間（一例として、３０分間）保持する。その後、冶具を徐冷する。冶具の温度を、例えば室温まで十分に低下させる。冶具の温度が低下した後、冶具に加わっている圧力を開放する。そして、ウエハ貼り合せ装置内の圧力を大気圧にして冶具を取り出す。これにより、発光構造体５と支持構造体６とが熱圧着により貼り合わされる。

これにより、図２Ｃ（ｆ）に示すように、発光構造体５と支持構造体６とが半導体積層構造側接合層１７０と支持基板側接合層２００との間において機械的・電気的に接合された、貼り合せウエハ７が形成される。なお、本実施形態において、発光構造体５は、バリア層１６０を有している。したがって、発光構造体５と支持構造体６とを接合させた場合であっても、反射層１５０が貼り合わせ時の圧力等により変形することを抑制できる。また、バリア層１６０は、貼り合わせ時の圧力・熱により半導体積層構造側接合層１７０及び支持基板側接合層２００を形成する材料が反射層１５０に拡散することを抑制して、反射層１５０の反射特性が劣化することを抑制する。

次に、所定の貼り付け用ワックスで貼り合せウエハ７を所定の機械的強度を有するセラミックス等から形成された研磨用の支持板に貼りつける。そして、成長基板１０の厚さが所定の厚さになるまで成長基板１０を研磨する。続いて、研磨後の貼り合せウエハ７を研磨用の支持板から取り外して、貼り合せウエハ７の支持基板２０の表面に付着しているワックスを洗浄除去する。

そして、図２Ｃ（ｇ）に示すように、研磨後の貼り合せウエハ７を、所定のエッチャントを用いてエッチングする。成長基板１０がＧａＡｓ基板である場合、この所定のエッチャントは、一例として、アンモニア水と過酸化水素水とを所定の比率で混合した混合エッチャントを用いることができる。そして、貼り合せウエハ７から成長基板１０を選択的に完全に除去して、エッチングストップ層１９０が露出した貼り合せウエハ７ａを形成する。なお、成長基板１０は、研磨工程を経ずに、エッチングのみによって除去することもできる。

次に、エッチングストップ層１９０をウエットエッチングにより除去することにより、図２Ｄ（ｈ）に示すように、ｎ型コンタクト層１３１を露出させる。エッチングストップ層１９０が、例えばｎ型（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐから形成されている場合、エッチングストップ層１９０を除去するエッチャントとしては、塩酸を用いることができる。

次に、露出したｎ型コンタクト層１３１の表面に、フォトリソグラフィー法を用いて、表面電極１００を形成する。表面電極１００は、一例として、ｎ型コンタクト層１３１の側から、金ゲルマニウム合金（ＡｕＧｅ）、Ｔｉ、Ａｕをこの順で順次蒸着することにより形成する。そして、形成した表面電極１００をマスクとして用い、表面電極１００の直下を除くｎ型コンタクト層１３１を選択的にエッチングする。これにより、図２Ｄ（ｉ）に示すように、ｎ型コンタクト層１３１とｎ型クラッド層１３３とが接触している領域を除くｎ型クラッド層１３３の表面が露出する。なお、ｎ型コンタクト層１３１がＧａＡｓ系の半導体層であり、ｎ型クラッド層１３３がＡｌＧａＩｎＰ系の半導体層である場合、ｎ型コンタクト層１３１は、一例として、硫酸と過酸化水素水と水とを所定の比率で混合した混合エッチャントにより選択的にエッチングできる。

続いて、図２Ｅ（ｊ）に示すように、露出したｎ型クラッド層１３３の表面に、フォトリソグラフィー法を用いて、所定のパターンを有するレジストパターン３０を形成する。具体的には、図２Ｆに示すようなレジストパターン３０を形成する。すなわち、ｎ型クラッド層１３３のオフアングル方向におけるパターンの周期Ｐ_Ａと、オフアングル方向の垂直方向におけるパターンの周期Ｐ_Ｂとが相違するレジストパターン３０を形成する。

具体的に、周期Ｐ_Ａと周期Ｐ_Ｂとの関係は、周期Ｐ_Ａを１とした場合に周期Ｐ_Ｂが２ｓｉｎ（Ｘ）となる周期とする。Ｘはオフアングル角度であり、一例として、１０°から１５°程度に設定する。なお、周期Ｐ_Ｂは、２ｓｉｎ（Ｘ）±０．４×２ｓｉｎ（Ｘ）となる範囲で設定することができる。また、オフアングル角度は成長基板１０のオフアングル角度であるが、ｎ型コンタクト層１３１は成長基板１０上にエピタキシャル成長して形成されるので、ｎ型コンタクト層１３１は、成長基板１０のオフアングル角度を引き継いでいる。

レジストパターン３０を形成した後、所定のエッチャントを用いてレジストパターン３０をマスクとしてｎ型クラッド層１３３の表面に異方性エッチング処理を施す。ｎ型クラッド層１３３がＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体から形成されている場合、エッチャントとしては塩酸系のエッチャントを用いることができる。エッチング処理後、アセトン、イソプロピルアルコール等を用いた有機溶媒による洗浄処理を施すことにより、レジストパターン３０を除去する。これにより、図１Ｂの（ｂ）及び（ｃ）に示したような本実施の形態に係る複数の構造体１８５がｎ型クラッド層１３３の表面に形成される。ここで、複数の構造体１８５の基準面からの高さＨは、エッチング処理によってｎ型クラッド層１３３がエッチングされた深さ（エッチング深さ）に対応する。

更に、支持基板２０の裏面に裏面電極２２０を形成する。裏面電極２２０は、一例として、所定厚のＴｉと所定厚のＡｕとをこの順に支持基板２０の裏面の略全面に蒸着することにより形成する。裏面電極２２０は、例えば、真空蒸着法、スパッタ法等により形成することができる。そして、表面電極１００及び裏面電極２２０を形成した後、表面電極１００及び裏面電極２２０が形成された貼り合せウエハを、アロイ装置に搬入する。アロイ装置は、電極の合金化を実施する装置であり、所定の雰囲気下、所定の温度下において、所定の時間、合金化処理を実施する装置である。

本実施の形態においては、表面電極１００及び裏面電極２２０が形成された貼り合せウエハを、一例として、不活性雰囲気としての窒素ガス雰囲気中において、所定の温度で加熱すると共に当該温度で所定時間、熱処理を実施する。この場合に、表面電極１００とｎ型コンタクト層１３１との間、オーミックコンタクト接合部１２０とｐ型コンタクト層１３９との間、コンタクト層２１０と支持基板２０との間、及び裏面電極２２０と支持基板２０との間をそれぞれオーミック接合させることを目的として、熱処理の温度及び時間を設定する。

合金化処理は、一例として、窒素雰囲気中において４００℃まで昇温して、４００℃下で表面電極１００及び裏面電極２２０が形成された貼り合せウエハを５分間保持することにより実施する。これにより、合金化処理が施された貼り合せウエハが得られる。なお、半導体積層構造１３０と反射層１５０との間には誘電体層１４０が設けられているので、半導体積層構造１３０の反射層１５０側の半導体層、例えば、ｐ型コンタクト層１３９と反射層１５０とが熱圧着工程時、及び合金化処理時に反応することは抑制されている。

次に、表面電極１００の円形部分１００ａが上面視にて略中央に配置される位置を規定すると共に、所定の平面寸法を規定して表面電極１００を備える合金化処理済みの貼り合せウエハをダイシング装置で切断することにより、複数の半導体発光素子１を形成する。これにより、図２Ｅ（ｋ）に示すように、本実施の形態に係る半導体発光素子１が得られる。

なお、ダイシング後に所定のエッチャントを用いて半導体発光素子１の端面をエッチングすることにより、半導体発光素子１の端面に対して表面処理を施すこともできる。この場合、まず、合金化処理済みの貼り合せウエハの表面に、フォトレジスト等により保護膜を形成する。その後、ダイシング装置による切断と半導体発光素子１の端面に対する表面処理とを実施する。これにより、切断により端面に生じた機械的ダメージを除去した半導体発光素子１が得られる。

（実施の形態の効果）
本実施の形態に係る半導体発光素子１においては、成長基板１０のオフアングル角度に応じた傾斜角度を有する面を有して形成され、所定の周期で規則的に配列する複数の構造体１８５を、光取り出し面１８０が有するので、光取り出し面１８０に到達した光が光取り出し面１８０において活性層１３５側に全反射することを抑制できる。例えば、構造体１８５は、活性層１３５等の半導体層の面に対して傾斜した面から形成されるので、光取り出し面１８０に到達した光は構造体１８５の表面を形成する傾斜した面から外部に放射されやすくなる。これにより、複数の構造体１８５を有さない光取り出し面を備える半導体発光素子に比べて本実施の形態に係る半導体発光素子１は、光取り出し効率を向上させることができ、素子の高輝度化を図ることができる。

また、本実施の形態に係る半導体発光素子１は、反射層１５０から伝搬してきた光を光取り出し面１８０において全反射させずに外部に放射する。これにより、例えば、屈折率が３程度のＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体からなる半導体積層構造１３０を備える半導体発光素子１であっても、活性層１３５から発する光、及び反射層１５０において反射された光が半導体積層構造１３０中において多重反射することを防止でき、多重反射した光が活性層１３５において熱エネルギーに変化することを抑制できる。したがって、本実施の形態に係る半導体発光素子１によれば、光取り出し効率の向上と発光効率の向上とを実現できる。

本発明の実施例１に係る半導体発光素子は、本発明の実施の形態で説明した半導体発光素子１の製造方法により製造した。具体的に、以下の構成を備える半導体発光素子を、実施例１に係る半導体発光素子として製造した。ここで、実施例１に係る成長基板１０としてはｎ型ＧａＡｓ基板を用い、このｎ型ＧａＡｓ基板の表面に対する（１００）面のオフアングル角度が、１５°の角度の基板を用いた。

具体的に、実施例１に係る半導体発光素子の半導体積層構造は、成長基板１０としてのｎ型ＧａＡｓ基板側から、アンドープの（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐエッチングストップ層、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層（Ｓｉドープ）、ｎ型（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐクラッド層（Ｓｉドープ）、アンドープ（Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ活性層、ｐ型（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐクラッド層（Ｍｇドープ）、ｐ型ＧａＰコンタクト層（Ｍｇドープ）の順に形成した。これにより、実施例１に係るエピタキシャルウエハ３を製造した。

エピタキシャルウエハ３に形成する誘電体層１４０としてはＳｉＯ_２層を形成した。そして、オーミックコンタクト接合部１２０は、ＡｕＺｎ合金（Ａｕ：９５ｗｔ％、Ｚｎ：５ｗｔ％）を用いて形成した。オーミックコンタクト接合部１２０の形状は、実施の形態と同様に略円形（直径１５μｍ）とすると共に、誘電体層１４０の３００μｍ四方におけるオーミックコンタクト接合部１２０の形成数を４０個とした。

更に、反射層１５０としてのＡｌ、バリア層１６０としてのＴｉ、半導体積層構造側接合層１７０としてのＡｕを形成して発光構造体５を得た。一方、支持基板２０としては、導電性のＳｉ基板を用い、Ｓｉ基板上にＴｉとＰｔとＡｕとをこの順に形成して支持構造体６を得た。そして、発光構造体５と支持構造体６とを実施の形態で説明したように熱圧着法によって貼り合せ、実施の形態で説明した製造方法を経ることにより実施例１に係る半導体発光素子を製造した。なお、裏面電極２２０としては、ＴｉとＡｕとを形成した。

ここで、実施例１においてオフアングル角度は１５°であるので、図２Ｅ（ｊ）の製造工程におけるレジストパターン３０の形状は、図２Ｆに示したレジストパターン３０において、周期Ｐ_Ａ：周期Ｐ_Ｂ＝１：２ｓｉｎ（１５°）となる形状とした。これにより、図１Ｂの（ｂ）及び（ｃ）に示すような構造体１８５がｎ型クラッド層１３３の表面に形成された。具体的には、図１Ｂ（ｂ）及び（ｃ）において、Ｐ_Ａが３μｍ、θ_Ａ１が１５°、Ｐ_Ｂが１μｍ、θ_Ｂが４５°である複数の構造体１８５が形成された。なお、構造体１８５の形状は、ＳＥＭ観察により確認できる。

このようにして得られた実施例１に係る半導体発光素子のベアチップ（チップサイズ：３００μｍ角）を、ＴＯ−１８ステムにダイボンディングした。次に、ダイボンディングした後の半導体発光素子の表面電極１００にＡｕワイヤによるワイヤボンディングを施して、ステムのリード線を介して半導体発光素子に電力を供給できる状態にした。これにより、実施例１に係るＬＥＤ素子を作成した。

作成した実施例１に係るＬＥＤ素子の初期特性を評価した。その結果、２０ｍＡ通電時の発光出力は１０．８ｍＷであり、順方向電圧は２．０６Ｖであった。

本発明の実施例２に係る半導体発光素子は、実施例１に係る半導体発光素子とは製造工程においてｎ型クラッド層１３３の表面を異方性エッチングする際のレジストパターン３０の形状が異なる点を除き、実施例１に係る半導体発光素子と略同一の製造工程で製造した。したがって、相違点を除き、詳細な説明は省略する。

実施例２においては、図２Ｅ（ｊ）の製造工程におけるレジストパターン３０の形状を、図２Ｆに示したレジストパターン３０において、周期Ｐ_Ａ：周期Ｐ_Ｂ＝１：（２ｓｉｎ（１５°）＋０．４×２ｓｉｎ（１５°）となる形状とした。これにより、図１Ｂの（ｂ）及び（ｃ）に示すような構造体１８５がｎ型クラッド層１３３の表面に形成された。

このようにして得られた実施例２に係る半導体発光素子のベアチップをＴＯ−１８ステムにダイボンディングした後、ワイヤボンディングを施して実施例２に係るＬＥＤ素子を作成した。作成した実施例２に係るＬＥＤ素子の初期特性を評価した。その結果、２０ｍＡ通電時の発光出力は９．９ｍＷであり、順方向電圧は２．０６Ｖであった。
（比較例１）

比較例１に係る半導体発光素子は、実施例１に係る半導体発光素子とは、ｎ型コンタクト層１３１をエッチングにより除去した後、レジストパターン３０の形成とレジストパターン３０を用いた異方性エッチング処理とを実施しなかった点を除き、実施例１に係る半導体発光素子と略同一の製造工程で製造した。したがって、相違点を除き、詳細な説明は省略する。

比較例１に係る半導体発光素子の製造工程においては、レジストパターン３０を用いたｎ型クラッド層１３３表面の粗面化処理を実施しなかったので、比較例１に係る半導体発光素子のｎ型クラッド層１３３の表面は、活性層１３５等の他の半導体層と水平な面を有していた。すなわち、ｎ型クラッド層１３３の表面は、平滑な表面形状を有していた。

このようにして得られた比較例１に係る半導体発光素子のベアチップをＴＯ−１８ステムにダイボンディングした後、ワイヤボンディングを施して比較例１に係るＬＥＤ素子を作成した。そして、作成した比較例１に係るＬＥＤ素子の初期特性を評価した。その結果、２０ｍＡ通電時の発光出力は４．５ｍＷであり、順方向電圧は２．００Ｖであった。
（比較例２）

比較例２に係る半導体発光素子は、実施例１に係る半導体発光素子とは製造工程においてｎ型クラッド層１３３の表面を異方性エッチングする際のレジストパターン３０の形状が異なる点を除き、実施例１に係る半導体発光素子と略同一の製造工程で製造した。したがって、相違点を除き、詳細な説明は省略する。

図３は、比較例２に係る構造体を形成する際のレジストパターンの一例を示す。

具体的に比較例２においては、図３（ａ）に示すようなレジストパターン３０ａを形成した。すなわち、ｎ型クラッド層１３３のオフアングル方向におけるパターンの周期Ｐ_Ｃと、オフアングル方向の垂直方向におけるパターンの周期Ｐ_Ｃとを一致させたレジストパターン３０ａをｎ型クラッド層１３３の表面に形成した。そして、実施例１と同様にｎ型クラッド層１３３の表面に異方性エッチング処理を施した。

この結果、図３（ｂ）及び（ｃ）に示すような構造体１８５ａがｎ型クラッド層１３３の表面に形成された。具体的には、図３Ｂ（ｂ）において、Ｐ_Ｃが３μｍ、θ_Ａが１５°であり、図３Ｂ（ｃ）において、Ｐ_Ｃが３μｍ、θ_Ｂが４５°である複数の構造体１８５ａが形成された。なお、図３Ｂ（ｂ）は、オフアングル方向に平行な方向における断面を示しており、図３Ｂ（ｃ）は、オフアングル方向に垂直な方向の断面を示している。ここで、比較例２においては、図３（ｃ）に示すように、オフアングル方向に垂直な方向の断面において、基準面に対して４５°の角度で傾斜する光取り出し面１８０ｅが形成されたものの、基準面と水平な光取り出し面１８０ｆも形成された。

このようにして得られた比較例２に係る半導体発光素子のベアチップをＴＯ−１８ステムにダイボンディングした後、ワイヤボンディングを施して比較例２に係るＬＥＤ素子を作成した。そして、作成した比較例２に係るＬＥＤ素子の初期特性を評価した。その結果、２０ｍＡ通電時の発光出力は７．４ｍＷであり、順方向電圧は２．０６Ｖであった。

本発明の実施例１及び実施例２に係るＬＥＤ素子に対して比較例２に係るＬＥＤ素子の発光出力が低い理由としては、ｎ型クラッド層１３３の表面に対して異方性エッチング処理を施す時に用いるレジストパターンのオフアングル方向に平行な方向の周期とオフアングル方向に垂直な方向の周期とが等しい場合、例えば、オフアングル方向に垂な方向において基準面に対して４５°で傾斜する傾斜面が十分に形成されないためと考えられた。すなわち、比較例２に係るＬＥＤ素子は、活性層１３５等の各半導体層に水平な面を光取り出し面に有するので、光取り出し効率を大幅に向上することは困難であると考えられた。

以上の実施例１及び２並びに比較例１及び２の結果から、オフアングル方向に平行な方向の周期とオフアングル方向に垂直な方向の周期とが相違する配列で光取り出し面に複数の構造物を規則的に配列すると共に、基準面に対して傾斜させた傾斜面から構造物を構成することにより、光取り出し効率が向上することが示された。

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。

実施の形態に係る半導体発光素子の概念的な縦断面図である。 （ａ）は、実施の形態に係る半導体発光素子の光取り出し面の部分的な上面図であり、（ｂ）及び（ｃ）は、実施の形態に係る半導体発光素子の光取り出し面の概念的な縦断面図である。 （ａ）は、実施の形態に係る半導体発光素子の上面図であり、（ｂ）は、実施の形態に係る半導体発光素子を誘電体層において切断した場合の切断上面図である。 実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程の流れを示す図である。 実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程の流れを示す図である。 実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程の流れを示す図である。 実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程の流れを示す図である。 実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程の流れを示す図である。 実施の形態に係る構造体を形成する際のレジストパターンの図である。 比較例２に係る構造体を形成する際のレジストパターンの図である。

符号の説明

１ 半導体発光素子
３ エピタキシャルウエハ
５ 発光構造体
６ 支持構造体
７、７ａ、７ｂ、７ｃ 貼り合せウエハ
１０ 成長基板
２０ 支持基板
３０、３０ａ レジストパターン
１００ 表面電極
１００ａ 円形部分
１００ｂ 細線部分
１０１ 表面電極の位置
１２０ オーミックコンタクト接合部
１２０ａ 開口部
１３０、１３０ａ 半導体積層構造
１３１ ｎ型コンタクト層
１３３ ｎ型クラッド層
１３５ 活性層
１３７ ｐ型クラッド層
１３９ ｐ型コンタクト層
１４０ 誘電体層
１５０ 反射層
１６０、２０５ バリア層
１７０ 半導体積層構造側接合層
１７０ａ、２００ａ 接合表面
１８０、１８０ｂ、１８０ｃ、１８０ｄ 光取り出し面
１８０ａ 光取出し面
１８０ｅ、１８０ｆ 光取り出し面
１８５、１８５ａ 構造体
１９０ エッチングストップ層
２００ 支持基板側接合層
２１０ コンタクト層
２２０ 裏面電極

Claims (7)

1. 光を発する活性層を含み、前記光を外部に放出する光取り出し面を有して形成される半導体積層構造を備え、
   前記光取り出し面は、前記活性層に水平な面に対して傾斜した複数の面から形成され、所定の周期で規則的に配列される複数の構造体を有し、
   前記構造体は、四角錐状の形状を有し、
   前記複数の構造体は、前記活性層に水平な面に対する前記活性層のオフアングル方向における配列の第１の周期と、前記オフアングル方向の垂直方向における配列の第２の周期とが異なっており、
   前記第１の周期をＡとし、前記第２の周期をＢとした場合に、
   Ａ：Ｂ＝１：２ｓｉｎ（Ｘ） （Ｘ：オフアングル角度）
   の関係を満たすことを特徴とする半導体発光素子。
2. 前記半導体積層構造は、前記活性層をｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層とｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層で挟んでなり、
   前記光取出し面は、前記ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層の表面であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
3. 前記半導体積層構造を支持する支持基板と、
   前記支持基板の一方の表面の上方に設けられる支持基板側接合層と、
   前記支持基板側接合層と接合する半導体積層構造側接合層と、
   前記半導体積層構造側接合層と前記活性層との間に設けられる反射層と
   を更に備える請求項１又は２に記載の半導体発光素子。
4. 前記反射層と前記活性層との間に、前記光に対して透明な誘電体層と、
   前記誘電体層の所定の領域を貫通して設けられる貫通孔に形成されるオーミックコンタクト接合部と
   を更に有する請求項３に記載の半導体発光素子。
5. 光を発する活性層を含む半導体積層構造を有するエピタキシャルウエハを準備するエピタキシャルウエハ準備工程と、
   前記エピタキシャルウエハの表面に、前記活性層に水平な面に対して傾斜した複数の面から形成され、四角錐状の形状を有し、所定の周期で規則的に配列される複数の構造体を形成する構造体形成工程とを備え、
   前記構造体形成工程は、前記複数の構造体を、前記活性層に水平な面に対する前記活性層のオフアングル方向における配列の第１の周期と、前記オフアングル方向に対して垂直方向における配列の第２の周期とを相違させて形成され、
   前記第１の周期をＡとし、前記第２の周期をＢとした場合に、
   Ａ：Ｂ＝１：２ｓｉｎ（Ｘ） （Ｘ：オフアングル角度）
   の関係を満たすことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
6. 前記半導体積層構造は、前記活性層をｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層とｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層で挟んでなり、
   前記構造体形成工程は、前記活性層に水平な面に対する前記活性層のオフアングル方向における配列の第１の周期と、前記オフアングル方向に対して垂直方向における配列の第２の周期とが相違する所定形状のマスクパターンを介して、前記ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層の表面に粗面化処理を施す請求項５に記載の半導体発光素子の製造方法。
7. 前記構造体形成工程は、前記粗面化処理として異方性エッチングを前記ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層の表面に施して前記複数の構造体を形成する請求項６に記載の半導体発光素子の製造方法。

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