(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を放射可能な第１半導体層と、
前記第１半導体層に向き合う第１主面と、前記第１主面とは反対側の第２主面と、を有する第２半導体層であって、前記第２の主面において、複数の突起が設けられた第１領域と、前記突起が設けられていない第２領域と、を有する第２の半導体層と、
前記突起の少なくとも先端部に設けられた誘電体膜と、
前記第２領域の上に設けられた電極と、
前記第１半導体層を介して前記第２半導体層に対向し、前記第２半導体層とは導電形が異なる第３半導体層と、
前記第３半導体層の前記第１半導体層とは反対の側に設けられ、前記第１半導体層と、前記第２半導体層と、前記第３半導体層と、を支持する支持体と、
前記第３半導体層と前記支持体との間に設けられ、前記第１半導体層が放射する光を前記第２半導体層の方向に反射する反射層と、
前記電極から前記第２主面に沿って延在する細線電極と、
を備え、
前記第２主面に対して垂直な断面における前記突起の一方の底角は、９０度以上であり、且つ、前記突起の他方の底角は、３５度以上、４５度以下であり、
前記誘電体膜は、前記突起における９０度以下である他方の底角側の側面、または、前記突起の全体に設けられ、二酸化珪素、窒化珪素および酸窒化珪素のいずれかを含み、
前記第１半導体層、前記第２半導体層および前記第３半導体層のそれぞれは、
Ｉｎｘ（ＡｌｙＧａ１−ｙ）１−ｘＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）、
ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）、
および、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓｙＰ１−ｙ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）
で表される組成を有し、
前記第２主面の結晶成長面は、（１００）面から１０度以上、２０度以下の範囲で結晶方位が傾斜し、且つ、（１００）面から（１１１）ＩＩＩ族面または（１１１）Ｖ族面の方向に傾斜し、
前記電極の下において、前記第３半導体層と、前記反射層と、の間に、電流ブロック層が選択的に設けられた半導体発光素子。
【請求項２】
光を放射可能な第１半導体層と、
前記第１半導体層に向き合う第１面と、前記第１面とは反対側であって複数の突起が設けられた第２面と、を有する第２半導体層と、
前記突起の少なくとも先端部に設けられた誘電体膜と、
前記第２半導体層の上に設けられた電極と、
を備え、
前記突起の一方の底角は９０度以上であり、他方の底角は鋭角である半導体発光素子。
【請求項３】
前記突起の他方の底角は、３５度以上、４５度以下である請求項２記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記誘電体膜は、少なくとも、前記突起における９０度以下である他方の底角側の側面に設けられる請求項２または３に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記誘電体膜は、前記突起の全体に設けられた請求項２または３に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記誘電体膜は、二酸化珪素、窒化珪素および酸窒化珪素のいずれかを含む請求項２〜５のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記誘電体膜は、二酸化珪素膜、窒化珪素膜および酸窒化珪素膜から選択された少なくとも２つの膜を含む請求項２〜５のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記突起と前記誘電体膜とを覆う樹脂をさらに備え、
前記第２半導体層の屈折率Ｎ１と、前記誘電体膜の屈折率Ｎ２と、前記樹脂の屈折率Ｎ３と、は、次式を満足する請求項２〜７のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
Ｎ１＞Ｎ２＞Ｎ３
【請求項９】
前記突起と前記誘電体膜とを覆う樹脂をさらに備え、
前記第２半導体層の屈折率Ｎ１と、前記誘電体膜の屈折率Ｎ２と、前記樹脂の屈折率Ｎ３と、は、次式を満足する請求項２〜７のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
Ｎ１＞Ｎ２、且つ、Ｎ２＜Ｎ３
【請求項１０】
前記誘電体膜の膜厚の最大値は、５０〜５００ｎｍである請求項２〜９のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項１１】
前記第１半導体層を介して前記第２半導体層に対向し、前記第２半導体層とは導電形が異なる第３半導体層をさらに備え、
前記第１半導体層、前記第２半導体層および前記第３半導体層のそれぞれは、
Ｉｎｘ（ＡｌｙＧａ１−ｙ）１−ｘＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）、
ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）、
および、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓｙＰ１−ｙ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）
で表される組成を有するいずれかの化合物を含む請求項２〜１０のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項１２】
前記第２主面の結晶成長面は、（１００）面から１０度以上、２０度以下の範囲で結晶方位が傾斜した請求項１１記載の半導体発光素子。
【請求項１３】
前記第２主面の結晶成長面は、（１００）面から（１１１）ＩＩＩ族面または（１１１）Ｖ族面の方向に傾斜した請求項１２記載の半導体発光素子。
【請求項１４】
前記第１半導体層を介して前記第２半導体層に対向し、前記第２半導体層とは導電形が異なる第３半導体層をさらに備え、
前記第１半導体層、前記第２半導体層および前記第３半導体層のそれぞれは、
ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）
で表される組成を有する化合物を含む請求項２〜１０のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項１５】
前記誘電体膜が前記電極の外周を覆った請求項２〜１４のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項１６】
前記第２半導体層は、前記第１主面および前記第２主面に接する側面を有し、
前記誘電体膜は、前記側面の少なくとも一部を覆う請求項２〜１５のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項１７】
前記電極から前記第２主面に沿って延在する細線電極をさらに備え、
前記誘電体膜は、前記細線電極を覆う請求項２〜１６のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項１８】
前記第１半導体層を介して前記第２半導体層に対向し、前記第２半導体層とは導電形が異なる第３半導体層と、
前記第３半導体層の前記第１半導体層とは反対の側に設けられ、前記第１半導体層と、前記第２半導体層と、前記第３半導体層と、を支持する支持体と、
前記第３半導体層と前記支持体との間に設けられ、前記第１半導体層が放射する光を前記第２半導体層の方向に反射する反射層と、
をさらに備えた請求項２〜１７のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項１９】
前記電極の下において、前記第３半導体層と、前記反射層と、の間に、電流ブロック層が選択的に設けられた請求項１８記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
照明装置、表示装置、信号機などに用いる発光素子には、高い光出力と長寿命とが求められる。半導体発光素子は、従来のバルブ光源に比べて長寿命であり、これらの用途に適する。
【０００３】
半導体発光素子の発光面側の半導体層の表面に微細な凹凸を設けると、半導体から外部への光取出し効率を高くし光出力を向上できる。しかしながら、半導体表面に設けられた凹凸は、半導体発光素子と、それを封じる樹脂と、の間の接着力を低下させることがある。樹脂封止した半導体発光素子では、発光素子の発熱により、半導体と樹脂との間の線膨張係数の違いに起因した応力が生じる。この応力は、半導体から樹脂を引き剥がす方向に働く。このため、接着力の低下した半導体素子と樹脂との間に隙間が生じ、光出力を低下させる。そこで、半導体表面と、樹脂と、の間の接着力を高めて剥離を抑制し、信頼度を向上させることが可能な半導体発光素子が必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２１８４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
実施形態は、半導体表面と、樹脂と、の間の接着力を高めて剥離を抑制し、信頼度を向上させることが可能な半導体発光素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態によれば、半導体発光素子は、光を放射可能な第１半導体層と、前記第１半導体層に向き合う第１面と、前記第１面とは反対側の第２面を有する第２半導体層を備える。前記第２半導体層は、前記第２の主面において、複数の突起が設けられた第１領域と、前記突起が設けられていない第２領域と、を有する。さらに、前記突起の少なくとも先端に設けられた誘電体膜と、前記第２半導体層の上に設けられた電極と、を備える。前記突起の一方の底角は９０度以上であり、他方の底角は鋭角である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態に係る半導体発光素子を示す模式断面図である。
【図２】半導体層の表面に設けられた突起を模式的に示す部分断面図である。
【図３】第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造過程を示す模式断面図である。
【図４】（ａ）は、半導体層表面の突起（convex）の形状を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は、突起を形成した半導体層の部分断面図である。
【図５】半導体層表面に設けられた突起のＳＥＭ像（Scanning Electron Microscope image）である。
【図６】厚さの異なる誘電体膜を形成した突起の断面を示すＳＥＭ像である。
【図７】（ａ）は、第１の実施形態に係る半導体発光素子の樹脂封止された断面を示すＳＥＭ像であり、（ｂ）〜（ｄ）は、高温加湿試験（Temperature & Humid Operation）後の部分断面を示すＳＥＭ像である。
【図８】第１の実施形態に係る半導体発光素子の高温加湿試験結果を示すグラフであり、（ａ）は、駆動電流２．５ｍＡにおける光束の変動率を示し、（ｂ）は、駆動電流５０ｍＡにおける光束の変動率を示している。
【図９】比較例に係る半導体発光素子の高温加湿試験後の部分断面を示すＳＥＭ像である。
【図１０】比較例に係る半導体発光素子の高温加湿試験結果を示すグラフであり、（ａ）は、駆動電流２．５ｍＡにおける光束の変動率を示し、（ｂ）は、駆動電流５０ｍＡにおける光束の変動率を示している。
【図１１】第２の実施形態に係る半導体素子のチップ面を示す模式図である。
【図１２】第２の実施形態に係る半導体発光素子の構造を例示する模式部分断面図である。
【図１３】第２の実施形態に係る別の半導体発光素子の構造を例示する模式部分断面図である。
【図１４】第３の実施形態に係る半導体発光素子を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図面中の同一部分には同一番号を付してその詳しい説明は適宜省略し、異なる部分について説明する。
【０００９】
［第１実施形態］  
図１は、第１の実施形態に係る半導体発光素子１００を示す模式断面図である。半導体発光素子１００は、例えば、可視光を放射する発光ダイオード（Light emitting Diode：ＬＥＤ）である。
【００１０】
半導体発光素子１００は、第１半導体層１０と、第２半導体層２０と、第３半導体層３０と、を備える。第１半導体層１０、第２半導体層２０および第３半導体層３０のそれぞれは、例えば、Ｉｎｘ（ＡｌｙＧａ１−ｙ）１−ｘＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）の組成式で表される化合物を含む。
【００１１】
第１半導体層１０は、Ｉｎｘ（ＡｌｙＧａ１−ｙ）１−ｘＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなる多重量子井戸（Multi-Quantum Well）を含む。第１半導体層１０は、第２半導体層から注入される電子と、第３半導体層から注入される正孔と、を再結合させることにより、光を放射する。
【００１２】
第２半導体層２０は、ｎ形クラッド層２１と、ｎ形電流拡散層２２と、を含む。ｎ形クラッド層２１は、第１半導体層１０と、ｎ形電流拡散層２２と、の間に設けられる。例えば、ｎ形クラッド層２１は、厚さ０．６μｍのＩｎ０．５Ａｌ０．５Ｐからなり、ｎ形電流拡散層２２は、厚さ３．５μｍ、キャリア濃度１．６×１０１８ｃｍ−３のＩｎ０．５（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｐからなる。
【００１３】
第２半導体層２０は、第１主面と、第１主面とは反対側の第２主面と、を有する。第１主面は、第１半導体層１０に向き合うｎ形クラッド層２１の主面２１ａである。第２主面は、ｎ形電流拡散層２２の主面２２ａである。第２半導体層２０は、主面２２ａにおいて、複数の突起が設けられた第１領域２２ｂと、突起のない第２領域２２ｃと、を有する。さらに、第２半導体層２０は、第１領域２２ｂにおいて、少なくとも突起の先端に設けられた誘電体膜を含む。
【００１４】
さらに、電極６０が、第２領域２２ｃの上に設けられる。電極６０と、ｎ形電流拡散層２２と、の間には、ｎ形コンタクト層２９を設ける。ｎ形コンタクト層２９のキャリア濃度は、ｎ形電流拡散層２２のキャリア濃度よりも高く、電極６０のコンタクト抵抗を低減する。
【００１５】
第３半導体層３０は、第２半導体層２０とは導電形が異なり、第１半導体層１０を介して第２半導体層２０に対向する。第３半導体層３０は、第１半導体層１０の側からｐ形クラッド層３１と、ｐ形中間層３３と、ｐ形組成傾斜層（compositional graded layer）３４と、ｐ形ＧａＰ層３５と、ｐ形コンタクト層３６と、を含む。
【００１６】
例えば、ｐ形クラッド層３１は、厚さ０．６μｍのＩｎ０．５Ａｌ０．５Ｐからなり、ｐ形中間層３３は、厚さ０．０５μｍのＩｎ０．５（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｐからなる。ｐ形組成傾斜層３４は、厚さ０．０３μｍのＩｎｘ（ＡｌｙＧａ１−ｙ）１−ｘＰを含み、その組成がＩｎ０．５（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５ＰからＧａＰへ徐々に変化する。すなわち、組成Ｘが０．５から０（ゼロ）に、組成Ｙが０．７から０（ゼロ）に変化するよう形成される。ｐ形ＧａＰ層３５は、０．３μｍの厚さを有し、ｐ形コンタクト層３６は、ｐ形ＧａＰ層３５よりもキャリア濃度が高い、厚さ０．１μｍのＧａＰからなる。
【００１７】
以下、第１半導体層１０、第２半導体層２０および第３半導体層３０を含む積層体を発光体７０と、称する。
【００１８】
半導体発光素子１００は、さらに、発光体７０を支持する支持体４０と、反射層５０と、を備える。支持体４０は、発光体７０の電極６０とは反対の側に設けられる。反射層５０は、発光体７０と支持体４０との間に設けられ、第１半導体層１０が放射する光を第２半導体層２０の方向に反射する。反射層５０は、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）５３と、金（Ａｕ）５５と、を積層した構造（stacked layer）である。また、Ａｕの代わりにＡｇを用いても良い。ＩＴＯ５３は、第１半導体層１０から放射された光に対し透明であり、ＩＴＯ５３の中を伝播した光が、Ａｕ５５またはＡｇの表面で反射される。
【００１９】
さらに、第３半導体層３０と、反射層５０と、の間に電流ブロック層５１が設けられる。電流ブロック層５１は、主面２２ａに垂直な平面視において、電極６０に重なる部分を絶縁するように設けられる。ＩＴＯ５３は、電流ブロック層５１が設けられない部分において、ｐ形コンタクト層３６に接し、反射層５０と、第３半導体層３０と、を電気的に接続する。
【００２０】
電流ブロック層５１は、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなり、反射層５０から電極６０へ流れる電流の一部を狭窄する。これにより、電極６０の直下の第１半導体層１０の部分に流れる電流を抑制し、電極６０に遮蔽されて外部に取り出すことができない発光を低減する。
【００２１】
支持体４０は、例えば、ｐ形シリコン基板４５と、その一方の主面４５ａの側に設けられた金属接合層４１と、他方の主面４５ｂの側に設けられた裏面電極４６と、を有する。金属接合層４１は、ｐ形シリコン基板４５の側からチタン（Ｔｉ）４４と、白金（Ｐｔ）４３と、Ａｕ４２と、を積層した構造を有する。また、金属接合層４１は、Ｔｉ／Ｐｔ／Ｔｉ／Ａｕの組み合わせでも良い。一方、裏面電極４６も、ｐ形シリコン基板４５の側からチタン（Ｔｉ）４７と、白金（Ｐｔ）４８と、Ａｕ４９と、を積層した構造を有する。
【００２２】
半導体発光素子１００の製造過程において、反射層５０の表面と、金属接合層４１の表面と、を接触させ、発光体７０と、ｐ形シリコン基板４５と、を接合する。例えば、反射層５０のＡｕ５５と、金属接合層４１のＡｕ４２と、を熱圧着し、支持体４０が、発光体７０を支持する構造を形成する。また、金属接合層４１は、ＡｕＩｎによる液相拡散接合でも良い。
【００２３】
図１に示すように、電流ブロック層５１の端において、反射層５０は段差を有し、接合した後の反射層５０と、金属接合層４１と、の間に空隙５８が形成される。反射層５０を金属接合層４１よりも厚く設けることにより、空隙５８の影響を無くし、支持体４０と、発光体７０と、の間の電気的な接合を確保することができる。例えば、電流ブロック層５１の厚さ０．０５μｍに対し、ＩＴＯ５３の厚さを０．０６μｍとし、さらにＡｕ５５を積層する。
【００２４】
本実施形態に係る半導体発光素子１００は、支持体４０の側に設けられた反射層５０により、第１半導体層が放射する光を発光面（第１領域２２ｂ）の方向に伝播させ、外部に放出する。さらに、複数の突起を発光面２２ｂに設けることにより、光取り出し効率を高くして光出力を向上させる。
【００２５】
図２（ａ）〜図２（ｅ）は、ｎ形電流拡散層２２の表面に設けられた突起を模式的に示す部分断面図である。  
第１領域２２ｂには、例えば、図２（ａ）に示す左右対称な形状の突起１３を設けても良いし、図２（ｂ）および図２（ｃ）に示す非対称な傾斜した形状の突起１４を設けても良い。図２（ｄ）および図２（ｅ）に示すように、さらに傾斜した形状の突起１５であっても良い。
【００２６】
図２（ａ）、図２（ｂ）および図２（ｄ）に示すように、誘電体膜１７ａ、１７ｂおよび１７ｄは、突起１３、１４および１５の先端に形成しても良い。
【００２７】
図２（ｃ）および図２（ｅ）に示すように、誘電体膜１７ｃおよび１７ｅは、突起１４および１５の少なくとも片側の側面を覆うように形成しても良い。
【００２８】
上記の例では、誘電体膜１７ａ〜１７ｅは、突起１３〜１５の表面の一部に設けられるが、突起１３〜１５の表面全体に設けても良い。
【００２９】
誘電体膜１７ａ〜１７ｅは、例えば、二酸化珪素（ＳｉＯ２）、窒化珪素（ＳｉＮ）および酸窒化珪素（ＳｉＯＮ）のいずれかを含む。誘電体膜１７ａ〜１７ｅは、ＳｉＯ２膜、ＳｉＮ膜およびＳｉＯＮ膜から選択された少なくとも２つを含む積層膜であっても良い。これらの誘電体は、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、スパッタ法を用いて形成することができる。
【００３０】
次に、図３〜図５を参照して、突起１５について説明する。図３（ａ）〜図３（ｃ）は、半導体発光素子１００の製造過程の一部を模式的に示す断面図である。図４（ａ）は、突起１５の形状を模式的に示す部分断面図であり、図４（ｂ）は、突起１５を形成したｎ形電流拡散層２２の部分断面図である。図５（ａ）〜図５（ｄ）は、突起１５のＳＥＭ像である。
【００３１】
図３（ａ）に示すように、例えば、ＧａＡｓ基板２５の上に、第２半導体層２０、第１半導体層１０、第３半導体層およびｎ形コンタクト層２９を順にエピタキシャル成長する。各層は、例えば、ＭＯＣＶＤ（Metal-Organic Chemical Vapor Deposition）法を用いて成長する。
【００３２】
ＧａＡｓ基板２５の成長面２５ａは、（１００）面に対して１０度以上、２０度以下の範囲で傾斜させる。すなわち、成長面２５ａは、（１００）面に対して、１０度以上、２０度以下のオフ角を有する。なお、本明細書で言及する面方位は、等価な面を含む。例えば、（１００）面は、（１００）、（０１０）、（００１）、（−１００）、（０−１０）、（００−１）で表される面を含む。
【００３３】
さらに、成長面２５ａは、（１１１）面の方向に傾斜させることが望ましい。半導体材料が、ＩＩＩ−Ｖ族化合物である場合、ＩＩＩ族面である（１１１）Ａ面、および、Ｖ族面である（１１１）Ｂ面のいずれの方向に傾斜させても良い。
【００３４】
次に、図３（ｂ）に示すように、反射層５０と、金属接合層４１と、を接触させ、ＧａＡｓ基板２５と、ｐ形シリコン基板４５と、を接合する。続いて、図３（ｃ）に示すように、ｐ形シリコン基板４５の上に、発光体７０およびｎ形コンタクト層２９を残して、ＧａＡｓ基板２５を除去する。
【００３５】
次に、ｎ形コンタクト層２９を選択的に除去し、第２半導体層２０の表面（第２主面）をエッチングすることにより、第１領域２２ｂを形成する。前述したように、第２半導体層２０の第２主面は、ｎ形電流拡散層２２の主面２２ａである。主面２２ａの結晶成長面は、（１００）面に対して１０度以上、２０度以下の範囲で傾斜している。ここで、結晶成長面とは、例えば、ｎ形電流拡散層２２のマクロな表面であり、結晶成長により生じるミクロな構造（テラス等）をならし、平坦化した表面を言う。
【００３６】
エッチング速度が面方位に依存する異方性エッチング法を用いて、主面２２ａをエッチングすることにより、傾斜した突起１５を形成することができる。Ｉｎ０．５（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｐからなるｎ形電流拡散層２２の場合、例えば、塩酸、酢酸および弗酸を含む水溶液を用いたウェットエッチングにより、突起１５を形成する。
【００３７】
図４（ａ）は、ｎ形電流拡散層２２に形成された突起１５のを示す斜視図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示すＫ−Ｋ線に沿った模式断面図である。
【００３８】
ｎ形電流拡散層２２に設けられた突起１５は、Ｋ−Ｋ線に沿って突出し、側面１５ａと、側面１５ｂと、を有する。図４（ｂ）に示すように、側面１５ａは、成長面２５ａに平行な面に対し、角度αを持って傾斜している。一方、側面１５ｂは、成長面２５ａに平行な面に対し、角度βを持って傾斜している。ここで、角度αと角度βを、「底角」と定義する。
【００３９】
突起１５の形状は、底角αおよびβを用いて特定することができる。図２（ａ）〜図２（ｃ）に表した突起１３および１４では、底角αおよび底角βが９０度以下である。一方、図２（ｄ）および図２（ｅ）に表した突起１５では、底角βが９０度以上である。
【００４０】
図５（ａ）は、図４（ａ）に示すＫ−Ｋ線に沿った断面（方向ＤＣ）のＳＥＭ像である。図５（ｂ）は、真上（方向ＤＵ）からのＳＥＭ像である。図５（ｃ）は、正面側（方向ＤＣ）における斜め４０度上方（方向ＤＦ４０）からのＳＥＭ像である。図５（ｄ）は、側面側における斜め４０度上方（方向ＤＳ４０）からのＳＥＭ像である。図５（ａ）〜図５（ｄ）において、結晶成長面２５ａは（−１００）面から［０１１］方向に１５度傾斜している。
【００４１】
図５（ａ）は、図４（ａ）に示す方向ＤＣから見た突起１５の断面であり、図４（ｂ）に示す断面に対応する。方向ＤＣから見た断面は、（０１１）面である。  
図５（ｂ）は、発光面２２ｂの真上（方向ＤＵ）から見た突起１５の形状を示している。  
図５（ｃ）は、正面側の斜め４０度上方（方向ＤＦ４０）から見た突起１５の形状を示している。  
図５（ｄ）は、側面側の斜め４０度上方となる方向（ＤＳ４０）から見た突起の形状を示している。
【００４２】
上記の通り、突起１５は、主面２２ａに対して垂直な断面における底角が９０度以上となる部分を含む。このように、底角が９０度以上の突起１５を設けた発光面２２ｂからの光取り出し効率は、底角が９０度以下の突起１３および１４（図２参照）を設けた発光面２２ｂの取り出し効率よりも高くなる。
【００４３】
突起１５を設けた発光面２２ｂの光取り出し効率は、突起の無い発光面の光取り出し効率の１．４５倍以上である。さらに、底角βが９０度以上、および、底角αが３５度以上、４５度以下である突起１５を設けた発光面２２ｂでは、突起の無い発光面に比べて光取り出し効率が、１．５倍に向上する。
【００４４】
図６（ａ）〜図６（ｃ）は、厚さの異なる誘電体膜を形成した突起１５の断面を示す模式図およびＳＥＭ像である。各断面図は、厚さの異なる誘電体膜の突起１５を覆う状態を模式的に示している。
【００４５】
図６（ａ）は、厚さ５０ｎｍの誘電体膜１７ｄに覆われた突起１５の断面である。この場合、誘電体膜１７ｄが突起１５の先端のみを覆っている。誘電体膜を厚くするに従い、突起１５の側面１５ａ、１５ｂを覆う面積が拡がってゆく。
【００４６】
図６（ｂ）は、厚さ１００ｎｍの誘電体膜１７ｅに覆われた突起１５の断面である。誘電体膜は、底角が９０度よりも小さい側面１５ａの全体を覆うように形成されている。一方、底角が９０度よりも大きい側面１５ｂでは、表面の一部のみが誘電体膜１７ｅに覆われている。
【００４７】
図６（ｃ）は、厚さ４００ｎｍの誘電体膜１７ｆに覆われた突起１５の断面である。誘電体膜１７ｆが側面１５ａおよび１５ｂの全体を覆っている。
【００４８】
半導体発光素子１００と、それを封じる樹脂と、の間の接着力を高くし、ハガレを抑制するには、例えば、図６（ａ）に示すように、少なくとも突起１５の先端を誘電体膜が覆っていれば良い。より好ましくは、図６（ｂ）のように、底角が９０度以下の側面の全体を、誘電体膜１７ｅが覆うように形成する。
【００４９】
さらに、図６（ｃ）に示すように、突起１５の側面の全体を覆う誘電体膜を形成すると良い。一方、誘電体膜が厚すぎると、誘電体膜の応力により、ｎ形電流拡散層２２と誘電体膜との間で、剥離が生じ易くなる。そこで、誘電体膜の厚さは、５００ｎｍ以下にすることが好ましい。すなわち、突起１５を覆う誘電体膜の好ましい厚さは、５０〜５００ｎｍである。ここで「誘電体膜の厚さ」は、突起１５の側面に垂直な方向における誘電体膜の最大厚である。
【００５０】
次に、図７〜図１０を参照して、半導体発光素子１００を用いた発光装置の高温加湿試験の結果を説明する。発光装置（図示しない）は、リードフレーム６１にボンディングされた半導体発光素子１００を含む。半導体発光素子１００は、樹脂６３により外界から遮蔽される。
【００５１】
図７（ａ）は、半導体発光素子１００の樹脂封止された断面を示すＳＥＭ像である。樹脂６３は、エポキシ樹脂である。エポキシ樹脂の屈折率は、１．５５〜１．６１であり、突起１５（ｎ形電流拡散層２２）の屈折率Ｎ１（＞３．０）と、誘電体膜の屈折率Ｎ２（ＳｉＯ２：１．４２）と、の間で、次式を満足する。  
Ｎ１＞Ｎ２、且つ、Ｎ２＜Ｎ３  ・・・（１）
ここで、Ｎ３は、樹脂の屈折率である。これにより、樹脂封止による光取り出し効率の低下を抑制することができる。例えば、樹脂封止後の光出力の低下は、２〜３％に抑制される。
【００５２】
さらに、樹脂６３として、例えば、シリコーン樹脂を用いることができる。シリコーン樹脂の屈折率は、１．４３である。誘電体膜として屈折率１．８０のＳｉＮ膜を用いると、次式を満足する。
Ｎ１＞Ｎ２＞Ｎ３  ・・・（２）
これにより、樹脂封止後の光出力の低下をさらに抑制することができる。
【００５３】
図７（ｂ）〜図７（ｄ）は、高温加湿試験後の部分断面を示すＳＥＭ像である。図７（ｂ）は、図７（ａ）中に示す部分ＡにおけるＳＥＭ像である。図７（ｃ）は、部分ＢのＳＥＭ像、および、図７（ｄ）は、部分ＣのＳＥＭ像である。
【００５４】
高温加湿試験では、温度８５℃、湿度８５％の環境条件、駆動電流８５ｍＡの条件において、半導体発光素子１００を連続動作させた。図７（ｂ）〜図７（ｄ）は、１５００時間経過後の断面を示している。いずれのＳＥＭ像においても、ｎ形電流拡散層２２と、樹脂６３と、が密着している。
【００５５】
図８は、高温加湿試験における半導体発光素子１００の光出力の変動を示すグラフである。縦軸に、半導体発光素子１００が放出する光束の変動率を示し、横軸に、エージング時間を示している。
【００５６】
図８（ａ）は、駆動電流２．５ｍＡにおける光束変動率を示し、図８（ｂ）は、駆動電流５０ｍＡにおける光束変動率を示している。いずれも、光束の変動は、±１０％以下であり、半導体発光素子１００は安定して動作している。
【００５７】
これに対し、図９および図１０は、比較例に係る半導体発光素子を用いた場合の高温加湿試験の結果を示す。比較例に係る半導体発光素子では、突起を覆う誘電体膜が設けられていない。
【００５８】
図９（ａ）〜図９（ｃ）は、それぞれ、図７（ａ）に示すＡ〜Ｃに対応する部分のＳＥＭ像である。それぞれのＳＥＭ像において、ｎ形電流拡散層２２から樹脂６３が剥離し、空隙６５が形成されたことを確認できる。
【００５９】
図１０は、高温加湿試験結果を示すグラフである。図１０（ａ）は、駆動電流２．５ｍＡにおける光束の変動率を示し、図１０（ｂ）は、駆動電流５０ｍＡにおける光束の変動率を示している。共に、５００時間から１５００時間の間に、光出力が大きく低下している。さらに、駆動電流２．５ｍＡにおける光束の変動と、駆動電流５０ｍＡにおける光束の変動が同じである。これは、光束の低下が半導体発光素子の劣化ではなく、樹脂の剥離による劣化であることを示している。
【００６０】
このように、本実施形態では、半導体発光素子の発光面に形成した突起の表面に誘電体膜を設ける。これにより、半導体発光素子と、それを封じる樹脂と、の間の接着力を高め、半導体発光素子の信頼度を向上させることができる。
【００６１】
［第２実施形態］  
図１１は、第２の実施形態に係る半導体発光素子２００のチップ面を示す模式図である。半導体発光素子２００では、電極６０と、細線電極（narrow wire electrode）７１と、が設けられる。電極６０は、ｎ形電流拡散層２２の上に直接設けられ、細線電極７１は、ｎ形電流拡散層２２の主面２２ａ（第２主面）に沿って延在する。
【００６２】
電極６０は、例えば、パッド電極であり、半導体発光素子２００を外部回路と接続する金属ワイヤ（図示しない）がボンディングされる。細線電極７１は、電極６０を介して流れる駆動電流を、ｎ形電流拡散層２２の発光面（第１領域２２ｂ）に広げるように配置される。図１１に示すチップ面において、第１領域２２ｂは、電極６０および細線電極７１を除く領域であり、前述した複数の突起が設けられる。
【００６３】
図１２および図１３は、半導体発光素子２００、および、その変形例に係る半導体発光素子２１０〜２４０の構造を例示する模式部分断面図である。各図に示す部分以外の構造は、図１に示す半導体発光素子１００と共通する。
【００６４】
図１２（ａ）は、半導体発光素子２００の部分断面を示す模式図である。本実施形態では、電極６０とｎ形電流拡散層２２との間に、ｎ形コンタクト層２９が設けられない。一方、細線電極７１と、ｎ形電流拡散層２２と、の間に、ｎ形コンタクト層２９が設けられる。これにより、細線電極７１のコンタクト抵抗を低減し、電流を発光面に全体に広げることが可能となる。電極６０のコンタクト抵抗は、細線電極７１のコンタクト抵抗よりも高くなる。これにより、電極６０の直下に流れる電流を抑制して無効電流を低減することができる。結果として、半導体発光素子２００の発光効率を向上させることが可能となる。
【００６５】
図１２（ａ）に示す半導体発光素子２００では、誘電体膜１７は、ｎ形電流拡散層２２の第１領域２２ｂと、細線電極７１と、を覆う。
【００６６】
図１２（ｂ）に示す半導体発光素子２１０では、誘電体膜１７は、第１領域２２ｂと細線電極７１とを覆う部分に加えて、チップの側面（少なくとも第２半導体層２０の側面）を覆う部分１７ｈを含む。チップ側面は、第１主面および第２主面に接する面である。
【００６７】
図１２（ｃ）に示す半導体発光素子２２０では、第１領域２２ｂを覆い、細線電極７１の上には設けられない。例えば、誘電体膜１７を形成した後に、細線電極７１を形成する工程順を採用した場合に、このような構造となる。
【００６８】
図１２（ａ）〜図１２（ｃ）に示す構造に共通して、電極６０の外周に沿った部分２２ｄに誘電体膜１７が形成されない。この部分２２ｄに設けられた突起には、誘電体膜が形成されないが、チップ面に占めるこの部分２２ｄの面積の割合は極めて小さく、樹脂の接着力に影響することはない。
【００６９】
上記の通り、誘電体膜１７は、少なくとも第１領域２２ｂを覆うように設けられる。さらに、好ましくは、誘電体膜１７は、細線電極７１およびチップ側面を覆う部分を有する。これにより、半導体発光素子２００および２１０と、樹脂と、の接着力をより高くすることができる。
【００７０】
図１３（ａ）に示す半導体発光素子２３０では、誘電体膜１７は、第１領域２２ｂと、細線電極７１と、に加えて、電極６０の外周を覆う部分１７ｋを含む。誘電体膜１７は、電極６０の外周の段差を覆い、電極６０と、樹脂と、の間の接着力を高くする。これにより、樹脂の剥離が抑制され、電極６０の劣化、および、金属ワイヤの剥がれなどを防ぐことができる。
【００７１】
図１３（ｂ）に示す半導体発光素子２４０では、誘電体膜１７は、第１領域２２ｂと、細線電極７１と、電極６０の外周と、を覆う部分に加えて、チップの側面（少なくとも第２半導体層２０の側面）を覆う部分１７ｈを含む。
【００７２】
図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示す構造では、誘電体膜１７が電極の側面を覆う。このため、例えば、金属の積層構造を含む電極に対し、水分の侵入による金属の腐食（例えば、Ｍｏの融解）を抑制する。
【００７３】
図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示す構造は、例えば、電極６０の面積が大きく、外周を覆う誘電体膜１７を形成しても、金属ワイヤのボンディング領域を中央に確保できる場合に有効である。これに対し、図１２（ａ）〜図１２（ｃ）に示す構造は、電極６０の外周に誘電体膜１７を形成すると、十分な面積を有するボンディング領域が確保できない場合に適している。
【００７４】
［第３実施形態］  
図１４は、第３の実施形態に係る半導体発光素子３００を示す模式断面図である。第１半導体層１０および第２半導体層２０の構成は、図１に示す半導体発光素子１００と同じである。第３半導体層３０は、ｐ形ＧａＰ層３５を含まず、ｐ形組成傾斜層３４がｐ形コンタクト層３６に直接つながっている。第２半導体層２０の第２主面２２ａには、第１領域２２ｂと、第２領域２２ｃと、が設けられる。第１領域２２ｂには、複数の突起が設けられ、第２領域２２ｃには、ｎ形コンタクト層２９を介して電極６０が設けられる。
【００７５】
一方、反射層５０は、ＩＴＯ５３と、銀インジウム合金（ＡｇＩｎ）と、を含む。ＡｇＩｎは、可視光領域における反射率がＡｕよりも高く、半導体発光素子１００よりも光出力を向上させることが可能である。反射層５０と、発光体７０と、の間には、電流ブロック層５１が設けられる。
【００７６】
反射層５０は、さらに、Ｔｉ８３／Ｐｔ８４／Ｔｉ８５の積層構造（multi-layer）と、Ａｕ５５と、を含む。Ｔｉ／Ｐｔ／Ｔｉの積層構造は、ＡｇＩｎ８１と、Ａｕ５５と、の間のバリア層として機能し、相互拡散を抑制する。すなわち、Ｐｔ８４がＡｇ、ＩｎおよびＡｕの相互拡散を抑制する。Ｔｉ８３は、ＡｇＩｎ８１と、Ｐｔ８４と、の間の接着力を高め、Ｔｉ８５は、Ｐｔ８４と、Ａｕ５５と、の間の接着力を高める。Ａｕ５５は、接合層として機能し、支持体４０と、発光体７０と、を接続する。
【００７７】
支持体４０は、ｐ形シリコン基板４５と、金属接合層４１と、裏面電極４６と、を含む。金属接合層４１は、ｐ形シリコン基板４５の発光体７０の側の主面４５ａの上に設けられ、Ｉｎ８８／Ａｕ８９／Ｔｉ４２／Ｐｔ４３／Ｔｉ４４の積層構造（multi-layer）を含む。
【００７８】
Ｉｎ８８は、Ａｕ５５と、Ａｕ８９と、の間を接続する。Ｉｎ８８に含まれるインジウムは、Ａｕ５５およびＡｕ８９の双方に拡散し、液相拡散接合を形成する。Ｉｎの融点は、２００℃以下の低温であり、例えば、Ｉｎ８８を介在させないＡｕ−Ａｕの熱圧着よりも低温で、支持体４０と、発光体７０と、を接合することができる。さらに、ＡｕＩｎが液相となり反射層５０の段差を吸収するため、隙間のない接合界面を形成することができる。
【００７９】
Ｔｉ４２は、Ａｕ８９とＰｔ４３との間の接着力を高める。Ｐｔ４３は、ｐ形シリコン基板４５へのＡｕの拡散を抑制する。
【００８０】
本実施形態においても、第１領域２２ｂに誘電体膜が形成され、半導体発光素子３００と、樹脂と、の間の接着力を高めることができる。誘電体膜は、少なくとも第１領域２２ｂの突起の先端に設けられれば良く、好ましくは、突起の側面全体を覆うように設ける。
【００８１】
第１実施形態〜第３実施形態では、第１半導体層１０、第２半導体層２０および第３半導体層３０のそれぞれが、Ｉｎｘ（ＡｌｙＧａ１−ｙ）１−ｘＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）を含む例について説明したが、これに限られる訳ではない。例えば、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）、および、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓｙＰ１−ｙ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）のいずれかを含んでも良い。さらに、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）で表される組成を有する化合物を含む場合にも適用可能である。
【００８２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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