(57)【要約】 【課題】  素子の光取出面積をより拡大することができ、ひいては光取出効率の更なる向上を図ることができる発光素子を提供する。【解決手段】  発光素子を構成する積層体の、光取出面をなす一方の主表面に有底孔ＬＰを分散形成し、その有底孔ＬＰの内面に異方性エッチング処理による微細な面粗し突起部を分散形成する。光取出面を平坦に形成する場合と比較して、面粗し対象面の総面積が有底孔ＬＰを形成する分だけ増大し、これにさらに面粗し突起部Ｆを重畳形成することによって、面粗し突起の総形成量を増加させることができる。その結果、異方性エッチングによる面粗し処理のみを行なう従来の手法と比較して、素子の光取出面積をより拡大することができ、ひいては光取出効率の更なる向上を図ることができる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の主表面に光取出面が形成される化合物半導体の積層体からなり、該光取出面をなす化合物半導体層である光取出側化合物半導体層の表層部に凹部が分散形成されるとともに、前記凹部の内表面に異方性エッチング処理による面粗し突起部がさらに分散形成されてなることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記凹部は複数の孔として散点状に分散形成されてなる請求項１記載の発光素子。
【請求項３】
前記孔はレーザービームにより穿孔形成されたものである請求項２記載の発光素子。
【請求項４】
前記面粗し突起部が、前記光取出面の前記凹部の開口周縁をなす領域にも分散形成されてなる請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項５】
前記光取出側化合物半導体層の、前記凹部が非形成となる側面部にも、異方性エッチング処理による前記面粗し突起部が分散形成されてなる請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項６】
前記化合物半導体の積層体は発光層部と、該発光層部に積層されるとともに該発光層部よりも厚みの大きい電流拡散層とを含むものであり、該電流拡散層が前記光取出側化合物半導体層を構成するものである請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項７】
前記発光層部が、組成式（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）にて表される化合物のうち、ＧａＡｓと格子整合する組成を有する化合物にて各々構成された第一導電型クラッド層、活性層及び第二導電型クラッド層がこの順序で積層されたダブルへテロ構造を有するものとして形成され、
前記電流拡散層が、厚さ１０μｍ以上のＧａＰ光取出層として形成されてなる請求項６記載の発光素子。
【請求項８】
前記凹部は複数の孔として散点状に分散形成されてなり、
該孔は開口径が１μｍ以上５０μｍ以下、孔深さが０．５μｍ以上２５μｍ以下であり、前記面粗し突起部は該孔の内面に平均的な高さが０．１μｍ以上５μｍ以下となるように形成されてなる請求項７記載の発光素子。
【請求項９】
化合物半導体の積層体の光取出面側となる主表面に凹部を分散形成する凹部形成工程と、該凹部の内表面に異方性エッチング処理を実施することにより面粗し突起部をさらに分散形成する異方性エッチング工程とをこの順で実施することを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記凹部をレーザービーム穿孔により形成する請求項９記載の発光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記凹部を乾式エッチングにより形成する請求項９記載の発光素子の製造方法。
【請求項１２】
前記凹部を形成後、凹部内面に残留する変質層を湿式エッチングにより除去し、その後、当該凹部の内面を異方性エッチング処理する請求項１０又は請求項１１に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１３】
前記積層体として形成された発光素子ウェーハの前記主表面の全面に前記凹部を分散形成し、該凹部を形成後の発光素子ウェーハを素子チップにダイシング後、個々の素子チップを異方性エッチング液に浸漬して前記凹部の内面に前記異方性エッチング処理を行なう請求項９ないし請求項１２のいずれか１項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】
この発明は発光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開２００３−２１８３８３号公報
【特許文献２】特開２００３−２０９２８３号公報
【０００３】
化合物半導体からなる発光素子においては、素子内部から素子の表面（光取出領域）に向かう光のうち、臨界角度よりも大角度で光取出領域に入射する光（入射角は、光束入射方向と領域面法線とのなす角度）が全反射により素子内部に戻るので、その全てを取り出せるわけではない。そこで、特許文献１あるいは特許文献２には、光取出層の第一主表面を適当なエッチング液により面粗し処理（フロスト処理とも称される）して微細な凹凸を形成し、発光光束が大角度入射する確率を減じて光取出し効率を高める技術が開示されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１，２に開示された異方性エッチングによる面粗し処理では、面粗し突起の形成密度の増大ひいてはそれによる光取出面積の拡大に限界があり、発光素子の光取出効率をさらに向上させる方法が求められている。
【０００５】
本発明の課題は、素子の光取出面積をより拡大することができ、ひいては光取出効率の更なる向上を図ることができる発光素子と、その製造方法とを提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明の発光素子は、
一方の主表面に光取出面が形成される化合物半導体の積層体からなり、該光取出面をなす化合物半導体層である光取出側化合物半導体層の表層部に凹部が分散形成されるとともに、前記凹部の内表面に異方性エッチング処理による面粗し突起部がさらに分散形成されてなることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の発光素子の製造方法は、
化合物半導体の積層体の光取出面側となる主表面に凹部を分散形成する凹部形成工程と、該凹部の内表面に異方性エッチング処理を実施することにより面粗し突起部をさらに分散形成する異方性エッチング工程とをこの順で実施することを特徴とする。
【０００８】
上記本発明によると、発光素子を構成する積層体の、光取出面をなす一方の主表面に凹部を分散形成し、その凹部の内面に異方性エッチング処理による微細な面粗し突起部を分散形成する。つまり、光取出面を平坦に形成する場合と比較して、面粗し対象面の総面積が凹部を形成する分だけ増大し、これにさらに面粗し突起部を重畳形成することによって、面粗し突起の総形成量を増加させることができる。その結果、異方性エッチングによる面粗し処理のみを行なう従来の手法と比較して、素子の光取出面積をより拡大することができ、ひいては光取出効率の更なる向上を図ることができる。
【０００９】
凹部は複数の孔として散点状に分散形成することができる。これにより、凹部を光取出面に一様に形成でき、凹部の形成密度や個々の凹部の寸法の調整も容易である。このような孔は、レーザービームにより穿孔形成することができる。レーザービームの採用により、寸法や深さの揃った多数の孔を迅速に形成でき、また、ビーム出力やビーム径により個々の孔の寸法や深さも容易に調整できる。
【００１０】
一方、上記の凹部を乾式エッチング（例えば、イオンエッチング等）により形成することも可能である。この場合、光取出側化合物半導体層の主表面を適当なエッチングレジストで被覆し、露光・現像により凹部の形成領域に対応する窓部をパターニング形成し、その後、乾式エッチングを施すことにより、凹部を一括して形成することができる。
【００１１】
上記のレーザービーム穿孔ないし乾式エッチングにより凹部を形成したとき、凹部内面に変質層（化合物の組成変質層や酸化層）が残留することがある。このような変質層が形成されると、面粗しのための異方性エッチング処理が阻害される場合があるので、該変質層を湿式エッチングにより除去し、その後、当該凹部の内面を異方性エッチング処理することが望ましい。
【００１２】
面粗し突起部は、光取出面の凹部の開口周縁をなす領域にも分散形成することができる。また、光取出側化合物半導体層の凹部が非形成となる側面部にも、異方性エッチング処理による面粗し突起部を分散形成することができる。これにより、凹部の開口周縁領域ないし光取出側化合物半導体層の側面部における光取出効率をそれぞれ向上でき、素子全体の発光輝度をより高めることができる。
【００１３】
光取出面への凹部の形成は、前述の積層体として形成された発光素子ウェーハ（つまり、素子チップへのダイシング前）の状態で、その主表面全面に分散形成することが効率的である。他方、上記のごとく、面粗し突起部を凹部の内面以外（特に、チップ側面部）にも形成したい場合は、発光素子ウェーハを素子チップにダイシング後、個々の素子チップを異方性エッチング液に浸漬して凹部の内面に異方性エッチング処理を行なうようにすると効果的である。
【００１４】
発光素子を構成する上記の積層体は、発光層部と、該発光層部に積層されるとともに該発光層部よりも厚みの大きい電流拡散層とを含むものとして構成できる。電流拡散層の形成により、素子面内の電流拡散効果向上と層側面からの光取出効率向上とを図ることができる。この場合、この電流拡散層を光取出側化合物半導体層とすることで、十分な深さの凹部を容易に形成でき、さらに面粗し突起部を形成することで素子全体の発光輝度向上に大きく貢献する。
【００１５】
上記の発光層部は、例えは、組成式（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）にて表される化合物のうち、ＧａＡｓと格子整合する組成を有する化合物にて各々構成された第一導電型クラッド層、活性層及び第二導電型クラッド層がこの順序で積層されたダブルへテロ構造を有するものとして形成できる。また、電流拡散層は、厚さ１０μｍ以上のＧａＰ光取出層として形成することができる。
【００１６】
（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ混晶（ただし、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１；以下、ＡｌＧａＩｎＰ混晶、あるいは単にＡｌＧａＩｎＰとも記載する）により発光層部が形成された発光素子は、薄いＡｌＧａＩｎＰ活性層を、それよりもバンドギャップの大きいｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層とｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層とによりサンドイッチ状に挟んだダブルへテロ構造を採用することにより、例えば緑色から赤色までの広い波長域にて高輝度の素子を実現できる。そして、電流拡散層を、ＧａＰにより一定以上（すなわち、１０μｍ以上）に厚みを増加した光取出層として形成すれば、素子面内の電流拡散効果が向上するばかりでなく、層側面からの光取出量も増加するので、光取出効率をより高めることができるようになる。光取出層は、発光光束を効率よく透過させ、光取出し効率を高めることができるよう、発光光束の光量子エネルギーよりもバンドギャップエネルギーの大きい化合物半導体で形成する必要がある。特にＧａＰはバンドギャップエネルギーが大きく発光光束の吸収が小さいので、ＡｌＧａＩｎＰ系発光素子の光取出層として好適である。
【００１７】
なお、本発明の適用対象となる発光素子はＡｌＧａＩｎＰ系に限定されず、例えば、ＧａＡｓ系、ＡｌＧａＡｓ系、ＧａＰ系、ＩｎＡｌＧａＮ系あるいはＭｇＺｎＯ系等、他の種々の発光素子についても同様に本発明を適用可能である。
【００１８】
本発明においては、面粗し突起部を凹部内に分散形成するので、当然、凹部の凹部内空間体積を面粗し突起部の体積よりも大きく設定する必要がある。ＧａＰ光取出層に凹部を複数の孔として散点状に分散形成する場合、該孔の開口径（円形以外の開口を有する場合は、同面積の円の直径に換算した値とする）を１μｍ以上５０μｍ以下、孔深さを０．５μｍ以上２５μｍ以下に形成するとよい。また、異方性エッチングにより形成する面粗し突起部は、該孔の内面に平均的な高さが０．１μｍ以上５μｍ以下となるように形成するとよい。
【００１９】
この場合、ＧａＰ光取出層の主表面（光取出面となる）を（１００）面とし、該（１００）面からなるＧａＰ光取出層の主表面に前述の凹部を分散形成した後、さらに、酢酸と弗酸と硝酸とヨウ素と水とを、その合計が９０質量％以上となるように含有し、酢酸と弗酸と硝酸とヨウ素との合計質量含有率が水の質量含有率よりも高い異方性エッチング液にてエッチングすることにより面粗し突起部を形成するとよい。このような異方性エッチング液を用いることで、異方性エッチング的な原理による凹凸形成が顕著に進行し、ひいてはＧａＰ光取出層に面粗し突起部を効率よく安価に形成することができる。酢酸と弗酸と硝酸とヨウ素と水の合計は９０質量％以上であり、これ以下の含有率では面粗し突起部を効率良く形成できない。また、酢酸と弗酸と硝酸とヨウ素との合計質量含有率が水の質量含有率より低くなっても、同様に面粗し突起部を効率良く形成できない。なお、酢酸と弗酸と硝酸とヨウ素と水との合計を１００質量％から差し引いた残部は、（１００）面上でのＧａＰに対する異方性エッチング効果が損なわれない範囲内で、他の成分（例えば酢酸以外のカルボン酸等）で占められていてもよい。
【００２０】
異方性エッチング液は、
酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ換算）：３７．４質量％以上９４．８質量％以下、
弗酸（ＨＦ換算）：０．４質量％以上１４．８質量％以下、
硝酸（ＨＮＯ３換算）：１．３質量％以上１４．７質量％以下、
ヨウ素（Ｉ２換算）：０．１２質量％以上０．８４質量％以下
の範囲で含有し、かつ、水の含有量が２．４質量％以上４５質量％以下のものを採用するのがよい。いずれの成分も上記組成の範囲外になると、ＧａＰ単結晶の（１００）面に対する異方性エッチング効果が十分でなくなり、ＧａＰ光取出層の第一主表面へ面粗らし突起部を十分に形成できなくなる。異方性エッチング液は、より望ましくは、
酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ換算）：４５．８質量％以上９４．８質量％以下、
弗酸（ＨＦ換算）：０．５質量％以上１４．８質量％以下、
硝酸（ＨＮＯ３換算）：１．６質量％以上１４．７質量％以下、
ヨウ素（Ｉ２換算）：０．１５質量％以上０．８４質量％以下
の範囲で含有し、かつ、水の含有量が２．４質量％以上３２．７質量％以下のものを採用するのがよい。すなわち、ＧａＰ単結晶の（１００）面に対する異方性エッチング効果を高めるには、特に水の含有量を上記のように少なく留め、かつ、酸主溶媒の機能を水ではなく酢酸に担わせることが重要であるともいえる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を添付の図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態である発光素子１００を示す概念図である。発光素子１００は、発光層部２４と、該発光層部２４の第一主表面側に形成されたＧａＰ光取出層（ここではｐ型）２０とを有する。また、発光層部２４の第二主表面側にはＧａＰ透明基板９０が配置されている。発光層部２４は、ノンドープ（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦０．５５，０．４５≦ｙ≦０．５５）混晶からなる活性層５を、ｐ型（ＡｌｚＧａ１−ｚ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただしｘ＜ｚ≦１）からなるｐ型クラッド層（第一導電型クラッド層）６とｎ型（ＡｌｚＧａ１−ｚ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただしｘ＜ｚ≦１）からなるｎ型クラッド層（第二導電型クラッド層）４とにより挟んだ構造を有する。図１の発光素子１００では、第一主表面側（図面上側）にｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６が配置されており、第二主表面側（図面下側）にｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４が配置されている。なお、ここでいう「ノンドープ」とは、「ドーパントの積極添加を行なわない」との意味であり、通常の製造工程上、不可避的に混入するドーパント成分の含有（例えば１×１０１３〜１×１０１６／ｃｍ３程度を上限とする）をも排除するものではない。この発光層部２４はＭＯＶＰＥ法により成長されたものである。ｎ型クラッド層４及びｐクラッド層６の厚さは、例えばそれぞれ０．８μｍ以上４μｍ以下（望ましくは０．８μｍ以上２μｍ以下）であり、活性層５の厚さは例えば０．４μｍ以上２μｍ以下（望ましくは０．４μｍ以上１μｍ以下）である。発光層部２４全体の厚さは、例えば２μｍ以上１０μｍ以下（望ましくは２μｍ以上５μｍ以下）である。
【００２２】
次に、ＧａＰ光取出層２０（光取出側化合物半導体層）は、１０μｍ以上２００μｍ以下（望ましくは４０μｍ以上２００μｍ以下：本実施形態では例えば１００μｍ）の厚膜に形成され、図１に示すように、その第一主表面の一部（ここでは中央部）を覆う形で光取出側金属電極９が形成され、その周囲の主表面領域が光取出面２０ｐとされている。そして、その光取出面２０ｐには、光取出面２０ｐに開口する凹部として孔ＬＰが散点状に分散形成されている。図１の実施形態では、ＧａＰ光取出層２０の第一主表面の光取出側金属電極９の被覆領域にも孔ＬＰが分散形成され、該孔ＬＰの内面に倣う形状にて光取出側金属電極９が形成されている。
【００２３】
図２、図３及び図４に、図１にて各破線で囲んだＡ部、Ｂ部及びＣ部の拡大模式図を示す。図２及び図３に示すように、光取出面２０ｐに開口する孔ＬＰの内表面には、異方性エッチング処理による面粗し突起部Ｆが一様に分散形成されている。また、該面粗し突起部Ｆは、光取出面２０ｐの孔ＬＰの開口周縁をなす領域ＰＡにも分散形成されている。さらに、図２及び図４に示すように、ＧａＰ光取出層２０及びＧａＰ透明基板９０の孔ＬＰが非形成となる側面部ＳＳにも面粗し突起部Ｆが分散形成されている。
【００２４】
図１に示すように、光取出側金属電極９には、ワイヤーボンド部１６を介して電極ワイヤ１７の一端が接合されている。また、光取出側金属電極９とＧａＰ光取出層２０との間には、ＡｕＢｅ合金等からなる接合合金化層９ａが孔ＬＰの内面に倣う形状に形成されている。ＧａＰ光取出層２０は上記のように厚く形成されることで、光取出側金属電極９を介した通電による発光駆動電流を素子面内に拡散させ、発光層部２４を面内にて均一に発光させる電流拡散層としての機能を果たす。また、層側面部ＳＳからの取出光束も増加させ、発光素子全体の輝度（積分球輝度）を高める役割を担う。ＧａＰは活性層５をなすＡｌＧａＩｎＰよりもバンドギャップエネルギーが大きく、発光光束の吸収が抑制されている。
【００２５】
そして、図２及び図３に示すように、光取出面２０ｐには多数の孔ＬＰが分散形成され、それら孔ＬＰの内面が各開口周縁領域ＰＡとともに異方性エッチング処理されて微細な面粗し突起部Ｆが一様に分散形成されている。つまり、面粗し対象面となる光取出面２０ｐの総表面積が孔ＬＰを形成する分だけ増大し、これにさらに面粗し突起部Ｆを重畳形成することによって、孔ＬＰを形成しない場合と比較して面粗し突起部Ｆの総形成量が増加する。その結果、素子の光取出面積をより拡大することができ、ひいては光取出効率の更なる向上を図ることができる。また、図２及び図４に示すように、側面部ＳＳにも同様の面粗し突起部Ｆが形成され、該側面からの光取出効率も向上している。なお、図３に示すように、光取出側金属電極９に被覆されている領域では、孔ＬＰの内面に面粗し突起部Ｆは形成されていない。
【００２６】
本実施形態にてＧａＰ光取出層２０はＨＶＰＥ法により成長されたものである（ＭＯＶＰＥ法でもよい）。なお、ＧａＰ光取出層２０と発光層部２４との間には、ＧａＰ層からなる接続層２０Ｊが、発光層部２４に続く形でＭＯＶＰＥ法により形成されてなる。なお、接続層２０Ｊは、ＡｌＧａＩｎＰからなる発光層部２４と、ＧａＰ光取出層２０との間で、格子定数差（ひいては混晶比）を漸次変化させるＡｌＧａＩｎＰ層としてもよい。なお、ＧａＰ光取出層２０はＨＶＰＥ法によるエピタキシャル成長層とする代わりに、ＧａＰ単結晶基板の貼り合わせにより形成することも可能である。
【００２７】
また、ＧａＰ透明基板９０はＧａＰ単結晶基板の貼り合わせにより形成されたものであり（ＨＶＰＥ法によるエピタキシャル成長層としてもよい：符号９１は、ＡｌＧａＩｎＰからなる接続層である）、第二主表面の全面がＡｕ電極等からなる裏面電極１５にて覆われている。ＧａＰ透明基板９０の結晶方位は、発光層部２４と一致させてある（つまり、オフアングル角度を合わせてある）。ＧａＰ透明基板９０の厚さは例えば１０μｍ以上２００μｍ以下である。裏面電極１５は、発光層部２４からＧａＰ透明基板９０を透過して到来する発光光束に対する反射層を兼ねており、光取出し効率の向上に寄与している。また、裏面電極１５とＧａＰ透明基板９０との間には、両者の接触抵抗を低減するためのＡｕＧｅＮｉ合金等からなる接合合金化層１５ｃが散点状に分散形成されている。ＧａＰ光取出層２０及びＧａＰ透明基板９０は、いずれも、ドーパント濃度が５×１０１６／ｃｍ３以上２×１０１８／ｃｍ３以下に調整されている（なお、接合合金化層９ａの直下に、接触抵抗を高めるための高濃度ドーピング領域が形成される場合は、これを除いた領域のドーパント濃度を意味する）。
【００２８】
ＧａＰ光取出層２０の主光取出領域（第一主表面）２０ｐは、凹凸をならした基準平面が、ＧａＰ単結晶の（１００）面とほぼ一致しており（ただし、１゜以上２５゜以下（例えば１５°）のオフアングルが付与されていてもよい）、面粗し突起部Ｆは、図５に示すように、平坦な（１００）結晶主表面を後述の異方性エッチング液と接触させることにより異方性エッチングして形成したものである。また、側面部ＳＳ（図１）も同様に｛１００｝面とほぼ一致する面となっている。
【００２９】
図６Ａに示すように、面粗し突起部Ｆの外面は、ＧａＰ単結晶の化学的な異方性エッチング特性により、｛１１１｝面を主体に（突起部表面の５０％以上）形成される。異方性エッチングが理想的に進行すれば、｛１００｝面上の面粗し突起部Ｆは、図６Ｂに示すごとく面方位の異なる４つの｛１１１｝面に囲まれたピラミッド状の外観形態をなすが、実際には種々の要因により、半球状（図６Ｂ）、楕円体状（図６Ｃ）、円錐状（図６Ｄ）、キノコ状（図６Ｅ）、三角錐状（図６Ｆ）など、さまざまな突起形態が生じうる。なお、突起部の平均的な高さは例えば０．１μｍ以上５μｍ以下であり、突起部の平均間隔は０．１μｍ以上１０μｍ以下である。そして、これを形成する孔ＬＰは、例えば開口径が１μｍ以上５０μｍ以下、開口深さが０．５μｍ以上２５μｍ以下であり、配列間隔が０．１μｍ以上２０μｍ以下である。
【００３０】
以下、図１の発光素子１００の製造方法について説明する。
まず、図７の工程１に示すように、成長用基板として、主表面が（１００）面のＧａＡｓ単結晶基板１を用意する。次に、工程２に示すように、その基板１の主表面に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２を例えば０．５μｍエピタキシャル成長し、さらにＡｌＧａＩｎＰ接続層９１（４μｍ）を成長し、次いで、発光層部２４として、各々（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰよりなる、厚さ１μｍのｎ型クラッド層４（ｎ型ドーパントはＳｉ）、厚さ０．６μｍの活性層（ノンドープ）５及び厚さ１μｍのｐ型クラッド層６（ｐ型ドーパントはＭｇ：有機金属分子からのＣもｐ型ドーパントとして寄与しうる）を、この順序にてエピタキシャル成長させる。ｐ型クラッド層６とｎ型クラッド層４との各ドーパント濃度は、例えば１×１０１７／ｃｍ３以上２×１０１８／ｃｍ３以下である。さらに、図８の工程３に示すように、ｐ型クラッド層６上に接続層２０Ｊをエピタキシャル成長する。
【００３１】
上記各層のエピタキシャル成長は、公知のＭＯＶＰＥ法により行なわれる。Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ（インジウム）、Ｐ（リン）の各成分源となる原料ガスとしては以下のようなものを使用できる；
・Ａｌ源ガス；トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡｌ）など；
・Ｇａ源ガス；トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）など；
・Ｉｎ源ガス；トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリエチルインジウム（ＴＥＩｎ）など。
・Ｐ源ガス：トリメチルリン（ＴＭＰ）、トリエチルリン（ＴＥＰ）、ホスフィン（ＰＨ３）など。
【００３２】
工程４に進み、ｐ型ＧａＰよりなるＧａＰ光取出層２０を、ＨＶＰＥ法により成長させる。ＨＶＰＥ法は、具体的には、容器内にてＩＩＩ族元素であるＧａを所定の温度に加熱保持しながら、そのＧａ上に塩化水素を導入することにより、下記（１）式の反応によりＧａＣｌを生成させ、キャリアガスであるＨ２ガスとともに基板上に供給する。
Ｇａ（液体）＋ＨＣｌ（気体）  →  ＧａＣｌ（気体）＋１／２Ｈ２‥‥（１）
成長温度は例えば６４０℃以上８６０℃以下に設定する。また、Ｖ族元素であるＰは、ＰＨ３をキャリアガスであるＨ２とともに基板上に供給する。さらに、ｐ型ドーパントであるＺｎは、ＤＭＺｎ（ジメチルＺｎ）の形で供給する。ＧａＣｌはＰＨ３との反応性に優れ、下記（２）式の反応により、効率よくＧａＰ光取出層２０を成長させることができる：
ＧａＣｌ（気体）＋ＰＨ３（気体）
→ＧａＰ（固体）＋ＨＣｌ（気体）＋Ｈ2（気体）‥‥（２）
【００３３】
ＧａＰ光取出層２０の成長が終了したら、図９の工程５に進み、ＧａＡｓ基板１をアンモニア／過酸化水素混合液などのエッチング液を用いて湿式エッチングすることにより除去する。そして、工程６に進み、ＧａＡｓ基板１が除去された発光層部２４の第二主表面側（接続層９１の第二主表面である）に、別途用意されたｎ型ＧａＰ単結晶基板を貼り合わせてＧａＰ透明基板９０とし、発光素子ウェーハＷを得る。
【００３４】
以上の工程が終了すれば、図１０の工程７に示すように、発光素子ウェーハＷに対し、ＧａＰ光取出層２０の第一主表面にレーザービームＬＢを、位置を変えつつ順次照射することにより複数の孔ＬＰを分散形成する。孔ＬＰの配列形態は特に限定されず、格子状、千鳥状、同心円状あるいは渦巻状など各種採用でき、形成すべき孔ＬＰの配列方向におけるレーザービームＬＢと発光素子ウェーハＷとの相対的な移動・停止を繰り返しつつ、レーザービームＬＢ断続的に照射することにより、所期のパターンに孔ＬＰを配列形成できる。例えば、発光素子ウェーハＷを固定し、レーザービームＬＢを走査移動する形で孔ＬＰを形成する方法を例示できるが、レーザービームＬＢを固定し、発光素子ウェーハＷを移動させてもよい。
【００３５】
なお、図１１に示すように、レーザービームＬＢにより穿孔形成した孔ＬＰの内面には、化合物組成が化学量論比からシフトした組成変質層（例えば、ＧａＰ光取出層２０の場合は、Ｐ組成が学量論比よりも少なくなるＰ欠乏層）や酸化膜が変質層ＤＬとして残留する場合がある。そこで、図１３に示すように、該組成変質層を湿式エッチングにより除去する。エッチング液ＳＥＡとしては硫酸−過酸化水素水溶液を使用できる。具体的には、例えば濃硫酸（硫酸濃度９８％）：過酸化水素水（過酸化水素濃度３０％）：水の体積配合比率が３：１：１のものを使用でき、液温は３０℃以上７０℃以下に調整するのがよい。なお、酸化膜を除去するだけであれば、フッ化水素酸を用いてもよい。
【００３６】
図１０に戻り、ＧａＰ光取出層２０の第一主表面及びＧａＰ透明基板９０の第二主表面に電極パターニング用のフォトレジスト層を形成し、露光・現像により電極用の窓部をパターニングする。そして、その上から接合合金化層形成用の金属層をスパッタリングや真空蒸着法により形成し、フォトレジスト層とともに不要な蒸着金属をリフトオフし、さらに合金化の熱処理（いわゆるシンター処理）を行なうことにより、接合合金化層９ａ，１５ｃ（図１参照；図１０では表示を省略）とする。そして、これら接合合金化層９ａ，１５ｃをそれぞれ覆うように、光取出側金属電極９及び裏面電極１５を形成する（工程８）。ＧａＰ光取出層２０の第一主表面側では、スパッタリングないし蒸着により孔ＬＰの内面にも一様に金属が付着し（特に、スパッタリングを用いた場合は、孔ＬＰの内側面にも比較的均一な厚みにて金属を堆積させることができる）、孔ＬＰの内面に倣う形状に接合合金化層９ａ及び光取出側金属電極９が形成される。
【００３７】
続いて工程９に進み、発光素子ウェーハＷを２つの＜１００＞方向に沿ってダイシングすることにより、個々の素子チップ１００’にダイシングする。本実施形態では、発光素子ウェーハＷの第二主表面（裏面）に柔軟性を有した樹脂製の粘着シートＡＳを貼り付け、第一主表面側からウェーハ厚さの途中位置までハーフダイシングを行い、その後、粘着シートＡＳを展張して素子チップ１００’に分離するエキスパンド処理を行なうようにしているが、フルダイシングを行なうようにしてもよい。なお、該ダイシング時には、各素子チップの側面部に、結晶欠陥密度の比較的高い加工ダメージ層が形成され、これが後述の面粗し処理を阻害する場合がある。そこで、ダイシング後の素子チップを、前述の硫酸−過酸化水素水溶液からなるエッチング液に浸漬して上記加工ダメージ層を除去することが望ましい。
【００３８】
続いて、工程１０に示すように、個々の素子チップ１００’を異方性エッチング液ＥＡに浸漬して異方性エッチング処理を行なう。異方性エッチング液ＥＡは、素子チップ１００’の金属電極９，１５に覆われていない表面領域、具体的には、光取出面１０ｐと側面部ＳＳとの双方に接触する。その結果、各孔ＬＰの内面及びその開口周囲領域と側面部ＳＳの全体とに面粗し突起部Ｆが形成される。
【００３９】
異方性エッチング液は、酢酸と弗酸と硝酸とヨウ素とを含有する水溶液であり、具体的には、
酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ換算）：３７．４質量％以上９４．８質量％以下、
弗酸（ＨＦ換算）：０．４質量％以上１４．８質量％以下、
硝酸（ＨＮＯ３換算）：１．３質量％以上１４．７質量％以下、
ヨウ素（Ｉ２換算）：０．１２質量％以上０．８４質量％以下
の範囲で含有し、かつ、水の含有量が２．４質量％以上４５質量％以下のもの、より望ましくは、
酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ換算）：４５．８質量％以上９４．８質量％以下、
弗酸（ＨＦ換算）：０．５質量％以上１４．８質量％以下、
硝酸（ＨＮＯ３換算）：１．６質量％以上１４．７質量％以下、
ヨウ素（Ｉ２換算）：０．１５質量％以上０．８４質量％以下
の範囲で含有し、かつ、水の含有量が２．４質量％以上３２．７質量％以下のものを採用する。液温は４０℃以上６０℃以下が適当である。
【００４０】
面粗し突起部Ｆの形成が終了すれば素子チップを水洗・乾燥し、さらに、ワイヤボンディングを経て図１の発光素子が完成する。
【００４１】
以下、本発明の発光素子の、種々の変形例について説明する。
孔ＬＰは、図１１に示すように、レーザービームＬＢを用いるとほぼ円状の開口形状を有するものが形成可能である。他方、図１２に示すように、ＧａＰ光取出層２０（光取出側化合物半導体層）をエッチングレジストＥＲで被覆し、露光・現像により孔ＬＰの形成領域に対応する窓部をパターニング形成し、その後、乾式エッチングを施すことにより、孔ＬＰを一括して形成することも可能である。乾式エッチングを用いる場合も、孔ＬＰ内面には変質層ＤＬを生ずることがあり、図１３と同様に、該組成変質層を湿式エッチングにより除去することが望ましい。
【００４２】
この場合、窓部のパターニング形状に応じて所望の開口形態の孔ＬＰを形成できる。図１４は、方形の開口形状を有する孔ＬＰを格子状に配列形成した例である。このとき、孔ＬＰの内壁面が互いに直交する｛１００｝面（すなわち、ウェーハの主表面が（１００）面であれば、（０１０）面と（００１）面）となるように、発光素子ウェーハに対する孔ＬＰの形成方位を定めておくと、孔ＬＰの底面及び側面がいずれも異方性エッチングに有利な｛１００｝面となり、面粗し突起部をより顕著に形成することができる。
【００４３】
また、孔に代え、図１５に示すように、所定間隔で配列する溝ＬＧを凹部として形成することも可能である。図１６ではこのような溝ＬＧの組を互いに交差する２方向に格子状に形成した例を示す。溝ＬＧも乾式エッチングによりパターニング形成できるほか、レーザービームを溝形成方向に移動させながら連続照射することにより形成してもよい。ここでも、内壁面が｛１００｝面となるように溝ＬＧを形成することができる。
【００４４】
図１７は、光取出側電極９の被覆領域を、孔ＬＰを形成しない平坦面として形成した発光素子の例を示す。また、図１８は、不透明基板であるＧａＡｓ基板１を敢えて除去せず、そのまま素子基板として流用した発光素子の例を示す。いずれも、その余の点については、図１の発光素子と全く同一であり、共通部に同一の符号を付与して詳細な説明は略する。
【００４５】
次に、図１９は、発光素子ウェーハの第一主表面をなす、ＨＶＰＥ法により成長したＧａＰ光取出層の主表面に、レーザービーム穿孔（レーザー出力：約１００ｍＷ）により孔を同心円状の形成した例を示す光学顕微鏡撮影画像である（倍率：約１００倍）。ウェーハの直径は５０ｍｍであり、左はウェーハ中心付近を、右は同じく外周付近を示す。図２０は孔の一つを拡大して示すものであり、孔の開口径は約１１μｍ、深さは約４．０μｍである。
【００４６】
図２１は、右下がＧａＰ光取出層への孔形成（レーザー穿孔）と異方性エッチング（フロスト）とをいずれも行なわない発光素子チップ（番号４）、右上がレーザー穿孔のみを行なった発光素子チップ（番号３）、左下が異方性エッチング（フロスト）のみを行なった発光素子チップ（番号２）、左上がレーザー穿孔後、さらに異方性エッチング（フロスト）を行なった発光素子チップ（番号１）をそれぞれ示す光学顕微鏡観察画像である。レーザー穿孔により形成した孔の深さは約６．０μｍであり、それぞれ、ＪＩＳ−Ｂ０６０１（１９９４）に規定された方法により測定した主表面の算術平均粗さＲａの値も合わせて図示している。レーザー穿孔のみを行なった発光素子チップと比較して、さらに異方性エッチング処理を追加することで、算術平均粗さＲａの値が若干低くなっていることがわかる。また、異方性エッチング処理は、酢酸８１．７質量％、弗酸５質量％、硝酸５質量％、ヨウ素０．３質量％、水８質量％の組成からなるエッチング液を用い、液温は例えば２５℃にて１５０秒行なっている。
【００４７】
図２２は、上記の各発光素子チップを、種々の駆動電流値にて発光させたときの、発光出力ＰＯ、積分球輝度ＰＶ及び直上輝度ＩＶの各測定結果を示す（測定値は、それぞれチップ１０個の平均値にて示している）。孔形成（レーザー穿孔）と異方性エッチング（フロスト）とをいずれも行なった発光素子チップ（番号１）は、異方性エッチング（フロスト）のみを行なった発光素子チップ（番号２）と比較して、ＰＯで７．４９％、ＰＶで１０．７％、ＩＶで６．３７％、それぞれ確実に改善されていることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の発光素子の第一例を示す側面断面模式図及び光取出側電極周辺の拡大平面図。
【図２】図１のＡ部拡大図。
【図３】同じくＢ部拡大図。
【図４】同じくＣ部拡大図。
【図５】ＧａＰ｛１００｝面上への異方性エッチングによる面粗し突起部の形成形態を概念的に示す図。
【図６Ａ】ＧａＰ｛１００｝面上の面粗し突起部の外形の第一例を示す斜視図。
【図６Ｂ】同じく第二例を示す斜視図。
【図６Ｃ】同じく第三例を示す斜視図。
【図６Ｄ】同じく第四例を示す斜視図。
【図６Ｅ】同じく第五例を示す斜視図。
【図６Ｆ】同じく第六例を示す斜視図。
【図７】図１の発光素子の製造方法を示す工程説明図。
【図８】図７に続く工程説明図。
【図９】図８に続く工程説明図。
【図１０】図９に続く工程説明図。
【図１１】レーザービームにより凹部を穿孔形成する様子を示す模式図。
【図１２】乾式エッチングにより凹部を穿孔形成する様子を示す模式図。
【図１３】湿式エッチングにより凹部内面の変質層を除去する様子を示す模式図。
【図１４】光取出面への凹部形成形態の第一変形例を示す平面図。
【図１５】同じく第二変形例を示す平面図。
【図１６】同じく第三変形例を示す平面図。
【図１７】本発明の発光素子の第二例を示す側面断面模式図及び光取出側電極周辺の拡大平面図。
【図１８】本発明の発光素子の第三例を示す側面断面模式図。
【図１９】レーザービームによる凹部穿孔パターンの実例を示す画像。
【図２０】図１９の拡大画像。
【図２１】本発明の効果確認評価に用いた試験素子を光取出面側にて撮影した光学顕微鏡画像。
【図２２】図２１の試験素子を用いて行なった効果確認評価の結果を示す図。
【符号の説明】
【００４９】
４  第一導電型クラッド層
５  活性層
６  第二導電型クラッド層
９  光取出側金属電極
１６  ワイヤーボンド部
２０  ＧａＰ光取出層
２０ｐ  光取出面
ＳＳ  側面部
２４  発光層部
Ｗ  発光素子ウェーハ
Ｆ  面粗し突起部
ＬＰ  孔（凹部）
ＬＧ  溝
１００  発光素子
【図１】
2010045288.tif 000003
【図２】
2010045288.tif 000004
【図３】
2010045288.tif 000005
【図４】
2010045288.tif 000006
【図５】
2010045288.tif 000007
【図６Ａ】
2010045288.tif 000008
【図６Ｂ】
2010045288.tif 000009
【図６Ｃ】
2010045288.tif 000010
【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図７】
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【図８】
2010045288.tif 000015
【図９】
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【図１０】
2010045288.tif 000017
【図１１】
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【図１２】
2010045288.tif 000019
【図１３】
2010045288.tif 000020
【図１４】
2010045288.tif 000021
【図１５】
2010045288.tif 000022
【図１６】
2010045288.tif 000023
【図１７】
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【図１８】
2010045288.tif 000025
【図１９】
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【図２０】
2010045288.tif 000027
【図２１】
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【図２２】
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