(57)【要約】【課題】ＬＥＤ素子表面に２回フロスト処理を導入することによって、輝度が向上した半導体発光素子を提供する。【解決手段】基板構造（１０2）と、基板構造上に配置され、発光層を含む半導体層（１６ＣＬ、１４、１２ＣＬ、１２Ｗ、１２Ｃ）と、半導体層の表面に形成された電極（２０）とを備え、半導体層の電極側の表面には、フロスト処理によって、相対的に大きい凹凸と、相対的に小さい凹凸とが形成されている。ここで、相対的に大きい凹凸と、相対的に小さい凹凸とは、２回ウェットエッチングすることによって形成され、第２回目のフロスト処理のエッチング温度は、第１回目のフロスト処理のエッチング温度よりも低い。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板構造と、
前記基板構造上に配置され、発光層を含む半導体層と、
前記半導体層の表面に形成された電極と
を備え、
前記半導体層の前記電極側の表面には、フロスト処理によって、相対的に大きい凹凸と、相対的に小さい凹凸とが形成されていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記相対的に小さい凹凸は、前記相対的に大きい凹凸が形成された領域と重なる領域に形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記相対的に小さい凹凸は、前記相対的に大きい凹凸の表面に形成されることを特徴とする請求項２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記相対的に大きい凹凸は、第１の条件によりフロスト処理を行うことにより形成され、
前記相対的に小さい凹凸は、前記第１の条件と異なる第２の条件によりフロスト処理を行うことにより形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記相対的に大きい凹凸と、前記相対的に小さい凹凸とは、複数回条件を変えてウェットエッチングすることによって形成されることを特徴とする請求項４に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記相対的に大きい凹凸と、前記相対的に小さい凹凸とは、それぞれウェットエッチングすることによって形成され、
前記相対的に大きい凹凸は、相対的に高い温度でエッチングされることにより形成され、前記相対的に小さい凹凸は、相対的に低い温度でエッチングされることにより形成されることを特徴とする請求項５に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記半導体層は、
前記基板構造上に配置された第１導電型の第１クラッド層と、
前記第１クラッド層上に配置された、前記発光層としての多重量子井戸層と、
前記多重量子井戸層上に配置された第２導電型の第２クラッド層と、
前記第２クラッド層上に配置された第２導電型のウィンドウ層と、
前記ウィンドウ層上に配置された第２導電型のコンタクト層と
を備え、
前記コンタクト層若しくは前記ウィンドウ層の表面若しくはエッチング表面に配置されたフロスト処理層を備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記フロスト処理層は、複数回ウェットエッチングすることによって形成されることを特徴とする請求項７に記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記フロスト処理層は、２回ウェットエッチングすることによって形成され、第２回目のフロスト処理のエッチング温度は、第１回目のフロスト処理のエッチング温度よりも低いことを特徴とする請求項７に記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記フロスト処理層は、ＡｌＩｎＧａＰ層で形成されたことを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１１】
前記フロスト処理層は、ＡｌＧａＡｓ層で形成されたことを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１２】
前記フロスト処理層は、ＧａＰ層で形成されたことを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１３】
前記基板構造と前記第１クラッド層間には、分布ブラック反射層を備えることを特徴とする請求項７〜１２のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１４】
前記分布ブラック反射層は、ＧａＰ／ＡｌＩｎＰ、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ／ＡｌＩｎＰの内、いずれかのペアで形成されたことを特徴とする請求項１３に記載の半導体発光素子。
【請求項１５】
前記フロスト処理層上には透明電極層を備えることを特徴とする請求項７〜１４のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１６】
前記基板構造は、基板と、前記基板上に形成された接合層とを備え、前記接合層により、前記基板と前記半導体層とが接合されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項１７】
前記接合層は、前記基板上に配置される金属層であることを特徴とする請求項１６に記載の半導体発光素子。
【請求項１８】
前記金属層上に配置され、パターニングされた金属コンタクト層および絶縁層をさらに備えることを特徴とする請求項１７に記載の半導体発光素子。
【請求項１９】
前記基板は、表面に溝部が形成され、
前記半導体発光素子は、
前記基板の表面，前記溝部の側壁および前記溝部の底面に配置された金属バッファ層と、
前記金属層上に配置され、パターニングされた金属コンタクト層および絶縁層と
をさらに備えることを特徴とする請求項１７に記載の半導体発光素子。
【請求項２０】
前記基板は、表面に溝部が形成され、
前記接合層は、前記基板の前記溝部が形成された表面上に形成された第１金属層と、前記第１金属層上に形成された第２金属層と、前記第２金属層上に形成された第３金属層とを備え、
前記半導体発光素子は、前記半導体層上に配置されたフロスト処理層をさらに備え、
前記フロスト処理層は、複数回ウェットエッチングすることによって形成されることを特徴とする請求項１６に記載の半導体発光素子。
【請求項２１】
前記第１金属層の表面は、前記溝部が形成された前記基板の前記表面の形状を反映した凹凸部が形成されていることを特徴とする請求項２０に記載の半導体発光素子。
【請求項２２】
前記第２金属層の前記第１金属層側の表面は平面状であり、
前記第１金属層の前記凸部と前記第２金属層との接触面において接着されていることを特徴とする請求項２１に記載の半導体発光素子。
【請求項２３】
前記第２金属層および前記第３金属層は、熱圧着されていることを特徴とする請求項２０〜２２のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項２４】
前記溝部が形成された前記基板の裏面上に形成された金属バッファ層と、前記金属バッファ層上に形成された第４金属層とを含むことを特徴とする請求項２０〜２３のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項２５】
前記金属バッファ層は、Ａｕを含む合金層であり、前記第４金属層は、Ａｕからなることを特徴とする請求項２４に記載の半導体発光素子。
【請求項２６】
前記溝部の前記第２金属層と前記第３金属層との間にはエアギャップが存在することを特徴とする請求項２０〜２５のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項２７】
前記溝部の幅は、１０μｍ以上６０μｍ以下であることを特徴とする請求項２０〜２６のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項２８】
前記溝部の深さは、前記溝部の幅以下であることを特徴とする請求項２７に記載の半導体発光素子。
【請求項２９】
前記溝部は、互いに隣り合う部分を有しており、前記隣り合う溝部の間隔は、１００μｍ〜２０００μｍであることを特徴とする請求項２０〜２８のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項３０】
前記溝部のパターン形状は、ストライプ状、格子状、ドット状、渦巻き状、六角形パターン形状を含むことを特徴とする請求項２０〜２９のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項３１】
前記基板は、不透明な材料からなることを特徴とする請求項２０〜３０のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項３２】
前記基板は、ＧａＡｓまたはＳｉからなることを特徴とする請求項３１に記載の半導体発光素子。
【請求項３３】
前記基板は、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、またはＧａＮを含むことを特徴とする請求項２０〜３１のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子に関し、特に、輝度が向上した半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）などの半導体発光素子の表面をフロスト処理することで、光の取り出し効率の向上を図ることができる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
一方、ＬＥＤを高輝度化するために、光の反射層として、基板と、多重量子井戸（ＭＱＷ：Multi-Quantum Well）層からなる活性層との間に金属反射層を形成する構造が提案されている。このような金属反射層を形成する方法として、例えば、発光ダイオード層の基板のボンディング（貼付け）技術が開示されている（例えば、特許文献２および特許文献３参照。）。
【０００４】
また、ＬＥＤを高輝度化するために、光の反射層として、基板と活性層（ＭＱＷ）の間に分布ブラック反射（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）層を入れる方法もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３４７４９７号公報
【特許文献２】特開平６−３０２８５７号公報
【特許文献３】米国特許第５，３７６，５８０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、ＬＥＤ素子表面に複数回フロスト処理を導入することによって、輝度が向上した半導体発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、基板構造と、前記基板構造上に配置され、発光層を含む半導体層と、前記半導体層の表面に形成された電極とを備え、前記半導体層の前記電極側の表面には、フロスト処理によって、相対的に大きい凹凸と、相対的に小さい凹凸とが形成されている半導体発光素子が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ＬＥＤ素子表面に複数回フロスト処理を導入することによって、輝度が向上した半導体発光素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施の形態に係る半導体発光素子の模式的平面パターン構成図。
【図２】図１のＩ−Ｉ線に沿う模式的断面構造図。
【図３】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う模式的断面構造図。
【図４】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う模式的断面構造図。
【図５】第１の実施の形態に係る半導体発光素子のＬＥＤ構造部分の模式的断面構造図。
【図６】第１の実施の形態に係る半導体発光素子のＧａＡｓ基板構造部分の模式的断面構造図。
【図７】第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程において、第１回目のフロスト処理後の模式的断面構造図。
【図８】第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程において、第２回目のフロスト処理後の模式的断面構造図。
【図９】第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程において、第１回目と第２回目のフロスト処理を比較するＴＥＧパターンの模式的平面構成図。
【図１０】第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程において、（ａ）第１回目のフロスト処理後の模式的断面構造図、（ｂ）第２回目のフロスト処理後の模式的断面構造図、（ｃ）第２回目のフロスト処理後の別の模式的断面構造図。
【図１１】第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程において、（ａ）第１回目のフロスト処理におけるエッチング処理モード（ＥＭ）とフロスト処理モード（ＦＭ）を比較した模式的断面構造図、（ｂ）第２回目のフロスト処理におけるエッチング処理モード（ＥＭ）後の模式的断面構造図、（ｃ）第２回目のフロスト処理におけるフロスト処理モードＤＦＭ１およびＤＦＭ２を比較した模式的断面構造図。
【図１２】第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程において、（ａ）ｎ型コンタクト層の表面をフロスト処理した状態の模式的断面構造図、（ｂ）ｎ型コンタクト層の内部まで深くフロスト処理した状態の模式的断面構造図、（ｃ）ｎ型コンタクト層をすべてエッチングした状態の模式的断面構造図。
【図１３】第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程において、（ａ）ｎ型ウィンドウ層の内部までフロスト処理した状態の模式的断面構造図、（ｂ）ｎ型ウィンドウ層をすべてエッチングした状態の模式的断面構造図。
【図１４】第１の実施の形態に係る半導体発光素子の拡大された模式的平面パターンであって、表面電極層２０・２０ａ近傍にはフロスト処理層が形成されない様子を示す模式的平面パターン構成図。
【図１５】第１の実施の形態に係る半導体発光素子において、内部のＯＤＲ金属層と表面電極層２０・２０ａ間を導通する電流の様子を示す模式図。
【図１６】試作された第１の実施の形態に係る半導体発光素子の表面写真、（ｂ）試作された第１の実施の形態に係る半導体発光素子の発光輝度パターンを示す表面写真。
【図１７】第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程において、エッチング液の温度をパラメータとする第１回目のフロスト処理時間ｔF1と輝度上昇率ΔＩＬとの関係。
【図１８】第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程において、第１回目のフロスト処理後の表面ＳＥＭ写真であって、（ａ）エッチング液の温度４０℃、フロスト処理時間３分の例、（ｂ）エッチング液の温度４５℃、フロスト処理時間３分の例、（ｃ）エッチング液の温度５０℃、フロスト処理時間３分の例、（ｄ）エッチング液の温度５５℃、フロスト処理時間３分の例。
【図１９】第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程において、第１回目のフロスト処理条件をエッチング液の温度５５℃、フロスト処理時間３分３０秒とし、エッチング液の温度を４０℃とする第２回目のフロスト処理時間ｔF2と輝度上昇率ΔＩＬとの関係。
【図２０】第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程において、（ａ）第２回目のフロスト処理無しの基準例（第１回目のフロスト処理：エッチング液の温度５５℃、フロスト処理時間３分）の表面ＳＥＭ写真、（ｂ）第２回目のフロスト処理（エッチング液の温度４０℃、フロスト処理時間１分）の表面ＳＥＭ写真、（ｃ）第２回目のフロスト処理（エッチング液の温度４０℃、フロスト処理時間２分）の表面ＳＥＭ写真、（ｄ）第２回目のフロスト処理（エッチング液の温度４０℃、フロスト処理時間３分）の表面ＳＥＭ写真。
【図２１】（ａ）図２０（ｂ）に対応する拡大された表面ＳＥＭ写真、（ｂ）図２０（ｃ）に対応する拡大された表面ＳＥＭ写真、（ｃ）図２０（ｄ）に対応する拡大された表面ＳＥＭ写真。
【図２２】（ａ）第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程において、ｎ型コンタクト層の表面を第１回目のフロスト処理する状態を説明する模式的断面構造図、（ｂ）図２２（ａ）に対応するエッチングの進行状況を説明する模式的断面構造図。
【図２３】（ａ）第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程において、ｎ型コンタクト層の内部まで深く第２回目のフロスト処理する状態を説明する模式的断面構造図、（ｂ）図２３（ａ）に対応するエッチングの進行状況を説明する模式的断面構造図。
【図２４】（ａ）第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程において、ｎ型ウィンドウ層の内部まで深く第２回目のフロスト処理する状態を説明する模式的断面構造図、（ｂ）図２４（ａ）に対応するエッチングの進行状況を説明する模式的断面構造図。
【図２５】（ａ）第１回フロスト処理（エッチング液の温度５０℃、フロスト処理時間３分）後の第１の実施の形態に係る半導体発光素子の素子断面ＳＥＭ写真例、（ｂ）図２５（ａ）の拡大された素子断面ＳＥＭ写真例。
【図２６】（ａ）フロスト処理モードＦＭとエッチング処理モードＥＭにおけるフロスト処理時間ｔF2と輝度上昇率ΔＩＬ（％）との関係の模式図、（ｂ）第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程において、ｎ型ウィンドウ層の表面をウェットエッチングする様子を示す模式的断面構造図、（ｃ）ｎ型ウィンドウ層のウェットエッチングが進行した様子を示す模式的断面構造図、（ｄ）ｎ型ウィンドウ層のウェットエッチングが進行し、添加剤が新たな箇所に付着した様子を示す模式的断面構造図、（ｅ）ｎ型ウィンドウ層のウェットエッチングが更に進行し、クラッド層まで到達した様子を示す模式的断面構造図。
【図２７】第１の実施の形態の変形例１に係る半導体発光素子の模式的断面構造図。
【図２８】第１の実施の形態の変形例２に係る半導体発光素子の模式的断面構造図。
【図２９】第１の実施の形態の変形例３に係る半導体発光素子の模式的断面構造図。
【図３０】第２の実施の形態に係る半導体発光素子の模式的断面構造図。
【図３１】第２の実施の形態の変形例１に係る半導体発光素子の模式的断面構造図。
【図３２】第２の実施の形態の変形例２に係る半導体発光素子の模式的断面構造図。
【図３３】第２の実施の形態の変形例３に係る半導体発光素子の模式的断面構造図。
【図３４】第２の実施の形態の変形例４に係る半導体発光素子の模式的断面構造図。
【図３５】第２の実施の形態の変形例５に係る半導体発光素子の模式的断面構造図。
【図３６】第２の実施の形態の変形例６に係る半導体発光素子の模式的断面構造図。
【図３７】第２の実施の形態の変形例７に係る半導体発光素子の模式的断面構造図。
【図３８】第２の実施の形態の変形例６に係る半導体発光素子の模式的平面パターン構成図（構成例１）。
【図３９】第２の実施の形態の変形例６に係る半導体発光素子の別の模式的平面パターン構成図（構成例２）。
【図４０】第２の実施の形態の変形例６に係る半導体発光素子の更に別の模式的平面パターン構成図（構成例３）。
【図４１】第２の実施の形態の変形例６に係る半導体発光素子の金属コンタクト層１１および絶縁層１７の模式的平面パターン構成図（構成例１）。
【図４２】第２の実施の形態の変形例６に係る半導体発光素子の金属コンタクト層１１および絶縁層１７の別の模式的平面パターン構成図（構成例２）。
【図４３】第３の実施の形態に係る半導体発光素子の原理説明図であって、（ａ）ＧａＡｓ基板の模式的断面構造図、（ｂ）ウェハボンディング後の模式的断面構造図、（ｃ）チップ化後の模式的断面構造図。
【図４４】第３の実施の形態に係る半導体発光素子に適用されるｐ型ＧａＡｓ基板の模式的断面構造図。
【図４５】第３の実施の形態に係る半導体発光素子に適用されるｎ型ＧａＡｓ基板の模式的断面構造図。
【図４６】第３の実施の形態に係る半導体発光素子に適用されるＬＥＤの模式的断面構造図。
【図４７】第３の実施の形態に係る半導体発光素子の模式的断面構造図。
【図４８】第３の実施の形態の変形例１に係る半導体発光素子に適用されるＬＥＤの模式的断面構造図。
【図４９】第３の実施の形態の変形例２に係る半導体発光素子に適用されるＬＥＤの模式的断面構造図。
【図５０】第３の実施の形態の変形例１に係る半導体発光素子の模式的断面構造図。
【図５１】第３の実施の形態の変形例３に係る半導体発光素子に適用されるＧａＡｓ基板の模式的断面構造図。
【図５２】第３の実施の形態の変形例３に係る半導体発光素子に適用されるＬＥＤの模式的断面構造図。
【図５３】第３の実施の形態の変形例３に係る半導体発光素子の模式的断面構造図。
【図５４】第３の実施の形態の変形例４に係る半導体発光素子に適用されるＳｉ基板の模式的断面構造図。
【図５５】第３の実施の形態の変形例４に係る半導体発光素子に適用されるＬＥＤの模式的断面構造図。
【図５６】第３の実施の形態の変形例４に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図。
【図５７】第３の実施の形態の変形例４に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図。
【図５８】第３の実施の形態の変形例４に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図。
【図５９】第３の実施の形態の変形例４に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図。
【図６０】第３の実施の形態の変形例４に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図。
【図６１】第３の実施の形態の変形例４に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図。
【図６２】第３の実施の形態の変形例５に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図。
【図６３】第３の実施の形態の変形例６に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図。
【図６４】第４の実施の形態に係る半導体発光素子に適用されるＳｉ基板の模式的断面構造図。
【図６５】第４の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図。
【図６６】第４の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図。
【図６７】第４の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図。
【図６８】第４の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図。
【図６９】第４の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図。
【図７０】第４の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図。
【図７１】第４の実施の形態の変形例１に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図。
【図７２】第４の実施の形態の変形例２に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、図面を参照して、本発明の第１の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００１１】
又、以下に示す第１〜第４の実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施の形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１２】
なお、以下の説明において、(ＡｌxＧａ1-x)yＩｎ1-yＰ（０＜＝ｘ＜１，０＜ｙ＜＝１）層を、簡単化してＡｌＩｎＧａＰ層と表示し、ｘ＝０に相当するＧａyＩｎ1-yＰ（０＜ｙ＜＝１）層を、簡単化してＩｎＧａＰ層と表示する。
【００１３】
[第１の実施の形態]
（素子構造）
第１の実施の形態に係る半導体発光素子の模式的平面パターン構成は、図１に示すように表され、図１のＩ−Ｉ線に沿う模式的断面構造は、図２に示すように表され、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う模式的断面構造は、図３に示すように表され、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う模式的断面構造は、図４に示すように表される。
【００１４】
第１の実施の形態に係る半導体発光素子は、図１〜図４に示すように、基板構造（基板１０2）と、基板構造（基板１０2）上に配置された第１導電型の第１クラッド層１６ＣＬと、第１クラッド層１６ＣＬ上に配置された多重量子井戸層１４と、多重量子井戸層１４上に配置された第２導電型の第２クラッド層１２ＣＬと、第２クラッド層１２ＣＬ上に配置された第２導電型のウィンドウ層１２Ｗと、ウィンドウ層１２Ｗ上に配置された第２導電型のコンタクト層１２Ｃと、コンタクト層１２Ｃ若しくはウィンドウ層１２Ｗの表面若しくはエッチング表面に配置されたフロスト処理層３０ＤＦとを備える。
【００１５】
また、フロスト処理層３０ＤＦは、コンタクト層１２Ｃ若しくはウィンドウ層１２Ｗの表面若しくはエッチング表面を複数回ウェットエッチングすることによって形成可能である。
【００１６】
また、フロスト処理層３０ＤＦは、コンタクト層１２Ｃ若しくはウィンドウ層１２Ｗの表面若しくはエッチング表面を２回ウェットエッチングすることによって形成され、第２回目のフロスト処理のエッチング温度は、第１回目のフロスト処理のエッチング温度よりも低い条件によって形成可能である。
【００１７】
また、第１の実施の形態に係る半導体発光素子において、基板構造は、基板１０2と、基板１０2上に配置される金属層１５1・１５2と、金属層１５2上に配置され，パターニングされた金属コンタクト層１１および絶縁層１７とを備えていても良い。
【００１８】
（平面パターン構成）
第１の実施の形態に係る半導体発光素子において、ｎ型ウィンドウ層１２Ｗに形成されたダブルフロスト処理層３０ＤＦは、図１に示すように、例えば、矩形の平面パターンを有し、表面電極層（２０・２０ａ）は、矩形の平面パターン上の中心部に配置された中心部の表面電極層２０と、表面電極層２０に接続され、表面電極層２０から矩形の４辺方向に延伸するＴ字形状の表面電極層２０ａとを備える。
【００１９】
中心部の表面電極層２０の直径ＤＷは、例えば、約１００μｍ、Ｔ字形状の表面電極層２０ａのストライプの幅ＭＷは、約７μｍである。また、内部のＯＤＲ（Omni-directional reflector）金属層１１は、破線で示されており、その直径は、例えば、約１２μｍ、その数は、例えば、約４４個である。第１の実施の形態に係る半導体発光素子においては、内部のＯＤＲ金属層１１と表面側の表面電極層２０・２０ａ間を電流が導通することで、効率良く発光が行われる。
【００２０】
また、第１の実施の形態に係る半導体発光素子においては、図１に示すように、周辺部は、メサ構造Ｍを有し、絶縁層１７が露出している。
【００２１】
ＯＤＲ金属層１１のパターン幅が広い場合には、実質的な発光領域が制限されるため、面積効率が低下し発光効率が減少する。一方、ＯＤＲ金属層１１のパターン幅が狭い場合には、ＯＤＲ金属層１１の面積抵抗が増大し、ＬＥＤの順方向電圧Ｖfが上昇する。このため、最適なパターン幅およびパターンピッチが存在する。幾つかのパターン例では、六角形を基本とするハニカムパターン構造、或いは、円形ドット形状を基本構造とする円形ドットパターン構造が存在する。
【００２２】
また、ＯＤＲ金属層１１の模式的平面パターン構造は、六角形ハニカムパターン、円形ドットパターンに限定されるものではなく、三角形パターン、矩形パターン、六角形パターン、八角形パターン、円形ドットパターンなどをランダムに配置するランダムパターンを適用することもできる。
【００２３】
ＯＤＲ金属層１１の模式的平面パターン構造は、導光領域の面積を確保してＬＥＤからの発光輝度を低下させず、かつＬＥＤの順方向電圧Ｖfが上昇しない程度の金属配線パターン幅を確保できればよい。
【００２４】
第１の実施の形態に係る半導体発光素子の模式的断面構造は、図１〜図４に示すように、基板１０2と、基板１０2上に配置されたｐ型コンタクト層１６Ｃと、ｐ型コンタクト層１６Ｃ上に配置されたｐ型クラッド層１６ＣＬと、ｐ型クラッド層１６ＣＬ上に配置されたＭＱＷ層１４と、ＭＱＷ層１４上に配置されたｎ型クラッド層１２ＣＬと、ｎ型クラッド層１２ＣＬ上に配置されたｎ型ウィンドウ層１２Ｗと、ｎ型ウィンドウ層１２Ｗ上に配置されたｎ型コンタクト層１２Ｃとを備える。
【００２５】
ｎ型ウィンドウ層１２Ｗの表面若しくはエッチングされた段差表面にはダブルフロスト処理された凹凸形状のダブルフロスト処理層３０ＤＦが形成されている。
【００２６】
基板１０2はＧａＡｓで形成され、基板１０2の表面には、所定のパターンピッチで段差構造４０Ｄが形成される。段差構造４０Ｄは、基板１０2をエッチングした構造、或いはエアギャップ構造であっても良い。
【００２７】
基板１０2および段差構造４０Ｄ上には、金属層１５2が配置される。更に、金属層１５2は、金属層１５1とボンディング接合される。
【００２８】
金属層１５1上には、絶縁層１７およびＯＤＲ金属層１１が所定のパターンで配置される。
【００２９】
基板１０の裏面には、裏面電極層２２が配置され、ｎ型コンタクト層（（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐ層）１２Ｃの表面には、表面電極層２０・２０ａが配置されている。表面電極層２０・２０ａおよび裏面電極層２２は、いずれも、例えばＡｕ層で形成されている。
【００３０】
ｐ型コンタクト層１６Ｃは、例えば膜厚約９００ｎｍのＧａＰ層で形成されている。
【００３１】
ｐ型クラッド層１６ＣＬは、例えば膜厚約４００ｎｍのＡｌＩｎＰ層および膜厚約４００ｎｍのＡｌＩｎＰ層で形成されている。
【００３２】
ＭＱＷ層１４は、ＩｎＧａＰ／(Ａｌ0.03Ｇａ0.97)0.5Ｉｎ0.5Ｐのペアで形成されている。ペア数は約１００ペア、ウェル／バリアの膜厚は、約３．５ｎｍ／約３ｎｍであり、ＭＱＷ層１４全体の厚さは、約６５０ｎｍである。
【００３３】
ｎ型クラッド層１２ＣＬは、例えば膜厚約８００ｎｍのＡｌＩｎＰ層で形成されている。
【００３４】
ｎ型ウィンドウ層１２Ｗは、例えば膜厚約９００ｎｍの（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ層で形成されている。
【００３５】
ｎ型コンタクト層１２Ｃは、例えば膜厚約９００ｎｍの（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐ層で形成されている。
【００３６】
フロスト処理層３０ＤＦは、ｎ型ウィンドウ層１２Ｗと同様に材料、ＡｌＩｎＧａＰ層（（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ層）で形成されている。
【００３７】
さらに、図示は省略されているが、ｎ型クラッド層１２ＣＬとＭＱＷ層１４との間には、ｎ型ガイド層（（Ａｌ0.85Ｇａ0.15）0.5Ｉｎ0.5Ｐ層：厚さ約９０ｎｍ）、ｐ型クラッド層１６ＣＬとＭＱＷ層１４との間には、ｐ型ガイド層（（Ａｌ0.85Ｇａ0.15）0.5Ｉｎ0.5Ｐ層：厚さ約９０ｎｍ）を備えていても良い、
また、ｐ型コンタクト層１６Ｃからｎ型コンタクト層１２Ｃまでのエピタキシャル構造全体の厚さは、約５，１３０ｎｍである。
【００３８】
第１の実施の形態に係る半導体発光素子のＬＥＤ構造部分の模式的断面構造は、図５に示すように表され、ＧａＡｓ基板構造部分の模式的断面構造は、図６に示すように表される。
【００３９】
第１の実施の形態に係る半導体発光素子は、ボンディング技術を用いて形成することができる。
【００４０】
金属層１５1・１５2を用いて、ＧａＡｓ基板１０2と、エピタキシャル成長層からなるＬＥＤ構造を貼り付けることにより、反射率のよい金属反射層を形成することを可能にしている。金属反射層は、金属層１５1によって形成される。ＬＥＤからの放射光は、絶縁層１７と、金属層１５1との界面によってミラー面が形成されるため、ミラー面において反射される。ＯＤＲ金属層１１は、金属層１５1とｐ型コンタクト層１６Ｃとのオーミックコンタクトを取るための層であり、金属層１５1とｐ型コンタクト層１６Ｃの界面に介在し、絶縁層１７と同程度の厚さを有する。
【００４１】
第１の実施の形態に係る半導体発光素子において、ＬＥＤ構造は、図５に示すように、ＧａＡｓ基板１０1上に、ｎ型コンタクト層１２Ｃ・ｎ型ウィンドウ層１２Ｗ・ｐ型コンタクト層１６Ｃ・ｎ型クラッド層１２ＣＬ・ＭＱＷ層１４・ｐ型クラッド層１６ＣＬ・ｐ型コンタクト層１６Ｃを順次形成した後、ｐ型コンタクト層１６Ｃ上に、絶縁層１７およびＯＤＲ金属層１１をパターン形成し、さらに金属層１５1を形成している。
【００４２】
第１の実施の形態に係る半導体発光素子において、ＧａＡｓ基板構造は、図６に示すように、ＧａＡｓ基板１０2上に、所定のパターンピッチで段差構造４０Ｄを形成後、金属層１５2を形成している。
【００４３】
第１の実施の形態に係る半導体発光素子は、ＧａＡｓ基板１０2上に配置される金属層１５2およびＬＥＤ側に配置される金属層１５1をともにＡｕ層によって形成することで、金属層１５2と金属層１５1を熱圧着によって貼り付けることができる。
【００４４】
貼付けの条件は、例えば、約２５０℃〜７００℃、望ましくは３００℃〜４００℃であり、熱圧着の圧力は、例えば、約１０ＭＰａ〜２０ＭＰａ程度である。
【００４５】
第１の実施の形態に係る半導体発光素子においては、金属層１５2と金属層１５1を貼り付け後、ＧａＡｓ基板１０1をウェットエッチングにより除去し、ｎ型コンタクト層１２Ｃ上に表面電極層（２０・２０ａ）を形成する。
【００４６】
その後、ウェットエッチングによりｎ型コンタクト層１２Ｃを除去し、ｎ型ウィンドウ層１２Ｗの表面若しくはエッチングされた段差表面にダブルフロスト処理された凹凸形状のダブルフロスト処理層３０ＤＦを形成する。
【００４７】
図５および図６の構造において、金属層１５1および１５2は、例えばＡｕ層で形成され、例えば厚さは約２．５〜５μｍである。また、ＯＤＲ金属層１１は、例えばＡｕＢｅ層あるいはＡｕＢｅとＮｉとの合金層などで形成され、例えば厚さは、絶縁層１７と同程度であり、約４５０ｎｍである。絶縁層１７は、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、ＳｉＯＮ膜、ＳｉＯｘＮｙ膜、或いはこれらの多層膜などで形成される。
【００４８】
Ａｕ層からなる金属層１５1は青色光、紫外光を吸収するため、このような短波長側の光を反射するためには、例えばＡｇ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｒ若しくはＷ層などからなる金属バッファ層を金属層１５1とＯＤＲ金属層１１および絶縁層１７との間に備えていても良い。
【００４９】
第１の実施の形態に係る半導体発光素子によれば、金属反射層となる金属層１５1と、ｐ型コンタクト層１６Ｃとの間に透明な絶縁層１７を形成することにより、ｐ型コンタクト層１６Ｃと金属層１５1との接触領域を低減して、光の吸収を防ぎ、反射率の良い金属反射層を形成することができる。
【００５０】
第１の実施の形態によれば、ｎ型ウィンドウ層１２Ｗの表面若しくはエッチングされた段差表面には、ウェットエッチングによるダブルフロスト処理技術を用いて凹凸形状のダブルフロスト処理層３０ＤＦを形成し、光の取り出し効率の改善された半導体発光素子を提供することができる。
【００５１】
第１の実施の形態によれば、さらにボンディング技術を用いてＧａＡｓ基板構造とＬＥＤ構造の密着性を良好に保ちつつ貼り付けることができ、かつＧａＡｓ基板１０2への光の吸収を防ぐために、反射層に金属層１５1を用いて光を全反射させ、ＧａＡｓ基板１０2への吸収を防ぎ、あらゆる角度の光を反射することが可能になるので、光の取り出し効率の改善された半導体発光素子を提供することができる。
【００５２】
第１の実施の形態においては、各層の導電型を反対にしても良い。
【００５３】
第１の実施の形態においては、基板１０2として、ＧａＡｓ基板を適用する例が示されているが、シリコン基板、ＳｉＣ基板、ＧａＰ基板、サファイア基板などを適用することも可能である。
【００５４】
（フロスト処理）
第１の実施の形態において、フロスト処理は、２回行う例をダブルフロスト処理ＤＦとして記載する。ただし、２回に限定されるものではなく、複数回実施しても良い。この場合には、マルチフロスト（ＭＦ）処理モードとなる。
【００５５】
第１回目のフロスト処理（フロスト処理温度ＴF1、フロスト処理時間ｔF1）では、フロスト処理面は、ランダムな粗い凹凸面として形成される。
【００５６】
第１回目のフロスト処理に連続する第２回目のフロスト処理（フロスト処理温度ＴF2、フロスト処理時間ｔF2）では、第１回目のランダムな粗い凹凸面のフロスト処理面に、更に、微細構造の凹凸面を形成する。また、第２回目のフロスト処理条件およびエッチング対象材料によっては、第１回目のランダムな粗い凹凸面の凹凸深さも深く形成される。
【００５７】
また、さらにＭＦ処理モードにおいて、エッチング処理モードＥＭとフロスト処理モードＦＭを複数回繰り返しても良い。エッチング処理モードＥＭでは、エッチング処理時間の経過とともにフロスト処理面が相対的に滑らかな面に移行する。フロスト処理モードＦＭにおいては、上記の第１回目のフロスト処理（フロスト処理温度ＴF1、フロスト処理時間ｔF1）および第２回目のフロスト処理（フロスト処理温度ＴF2、フロスト処理時間ｔF2）が連続して実施される。
【００５８】
第１の実施の形態によれば、ＬＥＤ素子表面に複数回フロスト処理を導入することによって、輝度が向上した半導体発光素子を提供することができる。
【００５９】
第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程において、第１回目のフロスト処理後の模式的断面構造は、図７に示すように表され、第２回目のフロスト処理後の模式的断面構造は、図８に示すように表される。
【００６０】
第１回目のフロスト処理では、フロスト処理層３０Ｆは、図７に示すように、ランダムな粗い凹凸面として形成される。図７の例では、第１回目のフロスト処理におけるウェットエッチングによって、ｎ型コンタクト層１２Ｃがエッチングで除去され、さらにｎ型ウィンドウ層１２Ｗの途中までエッチングされている。一方、表面電極層２０の周辺部分は、非形成領域２０Ｄが存在している。
【００６１】
第２回目のフロスト処理では、図８に示すように、フロスト処理層３０Ｆのランダムな粗い凹凸面に、更に、微細構造の凹凸面が形成されたダブルフロスト処理層３０ＤＦが形成される。微細構造の凹凸面は、図８の領域Ａ部分の拡大図に模式的に示されるように、フロスト処理層３０Ｆのランダムな粗い凹凸面に対して、微細構造の突起構造として形成される。
【００６２】
第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程において、第１回目と第２回目のフロスト処理を比較するＴＥＧパターンの模式的平面構成は、図９に示すように表される。すなわち、ウェハ１００において、第１回目のフロスト処理後のエッチングマスク領域１００Ａと、第１回目のフロスト処理および第２回目のフロスト処理のエッチング領域１００Ｂとを形成し、それぞれの第１回目のフロスト処理・第２回目のフロスト処理の表面状態を比較可能である。
【００６３】
第１回目のフロスト処理後の模式的断面構造は、図１０（ａ）に示すように表される、第１回目のフロスト処理後、さらに第２回目のフロスト処理後の模式的断面構造は、図１０（ｂ）に示すように表される。また、第１回目のフロスト処理後、さらに図１０（ｂ）とは別の条件で第２回目のフロスト処理を行った後の模式的断面構造は、図１０（ｃ）に示すように表される。
【００６４】
第１回目のフロスト処理（フロスト処理温度ＴF1、フロスト処理時間ｔF1）では、フロスト処理層３０Ｆは、図１０（ａ）に示すように、粗い凹凸面のフロスト処理面を有する。これに対して、第１回目のフロスト処理の後に第２回目のフロスト処理（フロスト処理温度ＴF2、フロスト処理時間ｔF2）を行った場合では、図１０（ｂ）に示すように、ダブルフロスト処理層３０ＤＦ１は、第１回目のフロスト処理層３０Ｆの粗い凹凸面に対して、更に、微細構造の凹凸面を有する。
【００６５】
また、第２回目のフロスト処理条件およびエッチング対象材料によっては、図１０（ｃ）に示すように、第１回目の粗い凹凸面の凹凸深さが更に深く形成されたダブルフロスト処理層３０ＤＦ２を有する。ダブルフロスト処理層３０ＤＦ２も、図１０（ｃ）に示すように、微細構造の凹凸面を有する。
【００６６】
第１回目のフロスト処理におけるエッチング処理モード（ＥＭ）とフロスト処理モード（ＦＭ）を比較した模式的断面構造は、図１１（ａ）に示すように表される。すなわち、第１回目のフロスト処理において、ランダムな粗い凹凸面のフロスト処理層３０Ｆが得られる条件が、フロスト処理モード（ＦＭ）であるのに対して、フロスト処理モード（ＦＭ）のエッチング時間に対して相対的に長いエッチング時間に移行し、ランダムな粗い凹凸面が相対的に滑らかな面に移行する条件が、エッチング処理モード（ＥＭ）である。エッチング処理モードになってしまうと、凹凸による光取り出し効果が弱まってしまうので好ましくない。図１１（ａ）、図１１（ｂ）、図１１（ｃ）は全てエッチング処理モードを示しており、図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の微細凹凸がエッチング処理モードによって消滅してしまっている例である。
【００６７】
一方、第２回目のフロスト処理におけるエッチング処理モード（ＥＭ）後の模式的断面構造は、図１１（ｂ）に示すように表される。すなわち、ダブルフロスト処理層３０ＤＦ１が得られたダブルフロスト処理モード（ＤＦＭ１：図１０（ｂ）および図１１（ｃ）参照）のエッチング時間に対して相対的に長いエッチング時間に移行し、ランダムな粗い凹凸面が相対的に滑らかな面に移行する条件が、図１１（ｂ）に示すエッチング処理モード（ＥＭ）である。
【００６８】
第２回目のフロスト処理におけるダブルフロスト処理モードＤＦＭ１およびダブルフロスト処理モードＤＦＭ２を比較した模式的断面構造は、図１１（ｃ）に示すように表される。ダブルフロスト処理モードＤＦＭ２は、ダブルフロスト処理モードＤＦＭ１に比べて、凹凸面の谷の深さが相対的に深く形成される処理モードである。
【００６９】
第２回目のフロスト処理条件およびエッチング対象材料によっては、図１０（ｃ）に示すように、第１回目の粗い凹凸面の凹凸深さが更に深く形成されたダブルフロスト処理層３０ＤＦ２が形成される。ダブルフロスト処理モードＤＦＭ２（図１１（ｃ）参照）では、図１０（ｃ）に示されるダブルフロスト処理層３０ＤＦ２の微細凹凸面は、相対的に長いエッチング時間に移行する条件によって、微細凹凸面が滑らかな面に処理されてエッチング処理モード（ＥＭ）に移行している。
【００７０】
第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程において、ｎ型コンタクト層１２Ｃの表面をフロスト処理した状態の模式的断面構造は、図１２（ａ）に示すように表され、ｎ型コンタクト層１２Ｃの内部まで深くフロスト処理した状態の模式的断面構造は、図１２（ｂ）に示すように表され、ｎ型コンタクト層１２Ｃをすべてエッチングした状態の模式的断面構造は、図１２（ｃ）に示すように表される。
【００７１】
第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程において、図１２（ａ）の例では、ｎ型コンタクト層１２Ｃの表面が、例えば、ピークツーピークでＦ１の凹凸高さにフロスト処理されている。また、図１２（ｂ）の例では、エッチング時間を調整して、図１２（ａ）の例よりも更に長くウェットエッチング処理することによって、ｎ型コンタクト層１２Ｃの内部まで深く、例えば、ピークツーピークでＦ２（＞Ｆ１）の凹凸高さにフロスト処理されている。一方、図１２（ｃ）の例では、フロスト処理モードからエッチング処理モードに移行しており、ｎ型コンタクト層１２Ｃがすべてエッチングされて、ｎ型ウィンドウ層１２Ｗのエッチング表面ＥＳ１が露出されている。
【００７２】
第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程においては、図１２（ａ）および図１２（ｂ）の構造において、ダブルフロスト処理を実施して、微細構造の凹凸面を形成することができる。すなわち、上記の第１回目のフロスト処理（フロスト処理温度ＴF1、フロスト処理時間ｔF1）および第２回目のフロスト処理（フロスト処理温度ＴF2、フロスト処理時間ｔF2）が連続して実施される。
【００７３】
第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程において、ｎ型ウィンドウ層１２Ｗの内部までフロスト処理した状態の模式的断面構造は、図１３（ａ）に示すように表され、ｎ型ウィンドウ層１２Ｗをすべてエッチングした状態の模式的断面構造は、図１３（ｂ）に示すように表される。
【００７４】
第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程において、図１３（ａ）の例では、ｎ型ウィンドウ層１２Ｗの表面ＥＳ１に対して、更に、フロスト処理を実施して、ｎ型ウィンドウ層１２Ｗの内部までフロスト処理することによって、例えば、ピークツーピークでＦ３の凹凸高さにフロスト処理されている。ここで、図１３（ａ）の構造において、ダブルフロスト処理を実施して、微細構造の凹凸面を形成することができる。一方、図１３（ｃ）の例では、フロスト処理モードＦＭからエッチング処理モードＥＭに移行しており、ｎ型ウィンドウ層１２Ｗがすべてエッチングされて、ｎ型クラッド層１２ＣＬのエッチング表面ＥＳ２が露出されている。
【００７５】
第１の実施の形態に係る半導体発光素子の拡大された模式的平面パターンであって表面電極層２０・２０ａ近傍にはフロスト処理層が形成されない様子を示す模式的平面パターン構成は、図１４に示すように表される。すなわち、第１の実施の形態に係る半導体発光素子において、フロスト処理を実施しても表面電極層２０・２０ａ近傍にはフロスト処理層の非形成領域２０Ｄが存在する。これは、表面電極層２０・２０ａ近傍では、フロスト処理のためのエッチング液の回り込みが阻害されて、フロスト処理が十分に実施されないためである。フロスト処理層の非形成領域２０Ｄは、図２〜図４、図７〜図８、および図１２〜図１３においても図示されている通りである。
【００７６】
（電流の様子）
第１の実施の形態に係る半導体発光素子において、内部のＯＤＲ金属層１１と表面側の表面電極層２０・２０ａ間を導通する電流の様子は、例えば、模式的に図１５に示すように表される。
【００７７】
第１の実施の形態に係る半導体発光素子において、表面電極層２０は平面パターン上の中心部に配置され、表面電極層２０に接続されＴ字形状の表面電極層２０ａは、表面電極層２０から矩形の４辺方向に延伸する。このため、内部のＯＤＲ金属層１１を、介して裏面電極層２２と表面電極層２０・２０ａ間に、模式的に図１５に示すように、電流が導通することで、効率良く発光が行われる。
【００７８】
試作された第１の実施の形態に係る半導体発光素子の表面光学顕微鏡写真例は、図１６（ａ）に示すように表され、発光輝度パターン分布は、図１６（ｂ）に示すように表される。図１に対応して、デバイス表面のダブルフロスト処理層３０ＤＦ部分から相対的に多くの光が取り出されている。一方、表面電極層２０・２０ａおよび内部のＯＤＲ金属層１１に対応するデバイス表面は、相対的に輝度が低い。尚、左下部分には、ボンディングワイヤが存在するため、輝度が低いように見られるが、実際上は他の部分と同様に発光している。
【００７９】
（第１回目のフロスト処理時間と輝度上昇率との関係）
第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程において、エッチング液の温度をパラメータとする第１回目のフロスト処理時間ｔF1と輝度上昇率とΔＩＬ（％）の関係は、図１７に示すように表される。図１７に示すように、エッチング液の温度は、４０℃、４５℃、５０℃、５５℃、６０℃と変化させており、フロスト処理時間ｔF1もエッチング液の温度の上昇とともに相対的に短くなる傾向がある。一方、エッチング液の温度を一定にした状態でフロスト処理時間ｔF1を増加すると、エッチング液の温度が４５℃、５０℃、６０℃では、特定のフロスト処理時間ｔF1から輝度上昇率ΔＩＬ（％）のピークレベルの急激な低下が見られる。これは、フロスト処理モードＦＭからエッチング処理モードＥＭに移行するためである。一方、エッチング液の温度が５５℃の例では、輝度上昇率ΔＩＬ（％）のピークレベルは、例えば、３．５分〜４分の特定のフロスト処理時間ｔF1の範囲内で、高い状態が保持されている。
【００８０】
第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程において、第１回目のフロスト処理後の表面ＳＥＭ写真であって、エッチング液の温度４０℃、フロスト処理時間３分の例は、図１８（ａ）に示すように表され、エッチング液の温度４５℃、フロスト処理時間３分の例は、図１８（ｂ）に示すように表され、エッチング液の温度５０℃、フロスト処理時間３分の例は、図１８（ｃ）に示すように表され、エッチング液の温度５５℃、フロスト処理時間３分の例は、図１８（ｄ）に示すように表される。図１８（ａ）〜図１８（ｄ）において、１ミクロン角の範囲内における第１回目のフロスト処理後の表面凹凸数は、それぞれ９８個、２７個、８個、６個である。
【００８１】
図１７に示すように、エッチング液の温度によって、最適なフロスト処理時間ｔF1が異なる傾向があり、エッチング液の温度が高くなるにつれて、フロスト処理時間ｔF1が短い時間で輝度上昇率ΔＩＬ（％）のピークレベルが得られる傾向がある。
【００８２】
また、エッチング液の温度が高くなるにつれて、図１７に示すように、輝度上昇率ΔＩＬ（％）のピークレベルが高くなる傾向が見られる。たとえば、４０℃の場合のピークは約１．２９だが、５０℃の場合は約１．３３であり、６０℃の場合は約１．３５となっている。
【００８３】
また、図１８（ａ）〜図１８（ｄ）に示すように、エッチング液の温度が高くなるにつれて、粗面化されたデバイス表面の凹凸が大きくなる傾向が見られる。
【００８４】
（第２回目のフロスト処理時間と輝度上昇率との関係）
第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程において、第１回目のフロスト処理条件をエッチング液の温度５５℃、フロスト処理時間ｔF1を３分３０秒とし、エッチング液の温度を４０℃とする第２回目のフロスト処理時間ｔF2と輝度上昇率ΔＩＬ（％）との関係は、図１９に示すように表される。
【００８５】
第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程において、第２回目のフロスト処理無しの基準例（第１回目のフロスト処理：エッチング液の温度５５℃、フロスト処理時間３.５分）の表面ＳＥＭ写真は、図２０（ａ）に示すように表される。また、第２回目のフロスト処理（エッチング液の温度４０℃、フロスト処理時間１分）の表面ＳＥＭ写真例は、図２０（ｂ）に示すように表され、第２回目のフロスト処理（エッチング液の温度４０℃、フロスト処理時間２分）の表面ＳＥＭ写真例は、図２０（ｃ）に示すように表され、第２回目のフロスト処理（エッチング液の温度４０℃、フロスト処理時間３分）の表面ＳＥＭ写真例は、図２０（ｄ）に示すように表される。
【００８６】
また、図２０（ｂ）に対応する拡大された表面ＳＥＭ写真は、図２１（ａ）に示すように表され、図２０（ｃ）に対応する拡大された表面ＳＥＭ写真は、図２１（ｂ）に示すように表され、図２０（ｄ）に対応する拡大された表面ＳＥＭ写真は、図２１（ｃ）に示すように表される。
【００８７】
図２０（ａ）に示される相対的に大きな凹凸構造に対して、図２０（ｂ）〜図２０（ｄ）に示すように、ダブルフロスト処理によって、相対的に大きな凹凸構造の中に相対的に小さな凹凸形状が形成されている。尚、相対的に大きい凹凸も相対的に小さい凹凸も、フロスト処理領域に全体的に均一に形成されている。
【００８８】
第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程において、図２０（ａ）に示される第２回目のフロスト処理無しの基準例（第１回目のフロスト処理：エッチング液の温度５５℃、フロスト処理時間３.５分）に対して、図２０（ｃ）に示される第２回目のフロスト処理（エッチング液の温度４０℃、フロスト処理時間２分）条件においては、ダブルフロスト処理の効果によって、輝度上昇率ΔＩＬ（％）は、約１５％上昇している。
【００８９】
第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程において、ｎ型コンタクト層１２Ｃの表面を第１回目のフロスト処理する状態を説明する模式的断面構造は、図２２（ａ）に示すように表され、図２２（ａ）に対応するエッチングの進行状況を説明する模式的断面構造は、図２２（ｂ）に示すように表される。
【００９０】
フロスト処理に適用されるエッチング液は、例えば、酢酸、塩酸、水、および添加剤からなる。添加剤としては、例えば、酢酸ナトリウムなどを用いることができる。ここで、塩酸は、エッチングを促進し、酢酸は、エッチングレートを緩和する働きがある。添加剤は、エッチング核として作用し、エッチング時のマスクとなる。添加剤としては、例えば、酢酸ナトリウムの他、数種類を混合して用いることも可能である。
【００９１】
ｎ型コンタクト層１２Ｃの表面を第１回目のフロスト処理する際には、図２２（ａ）に示すように、添加剤３１がｎ型コンタクト層１２Ｃの表面に所定の間隔で付着される。このため、第１回目のフロスト処理では、添加剤３１がマスクとしての効果を発揮して、図２２（ｂ）中の矢印に示すように、ｎ型コンタクト層１２Ｃの表面からエッチングが進行して、フロスト処理層３０Ｆが形成される。ここで、フロスト処理に適用されるエッチング液内の塩酸によって、エッチングが進行する。
【００９２】
第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程において、ｎ型コンタクト層１２Ｃの内部まで深く第２回目のフロスト処理する状態を説明する模式的断面構造は、図２３（ａ）に示すように表される。ここで、ダブルフロスト処理層３０ＤＦは、図１２（ｂ）と同様に、ピークツーピークでＦ２の凹凸高さを有する。また、図２３（ａ）に対応するエッチングの進行状況を説明する模式的断面構造は、図２３（ｂ）に示すように表される。
【００９３】
ｎ型コンタクト層１２Ｃの内部まで深く第２回目のフロスト処理する際には、図２３（ａ）に示すように、添加剤３１がｎ型コンタクト層１２Ｃの表面に所定の間隔で配置されると共に、添加剤３１がマスクとしての効果を発揮して、図２３（ｂ）に示すように、ｎ型コンタクト層１２Ｃの表面から深くエッチングが進行して、ダブルフロスト処理層３０ＤＦが形成される。
【００９４】
第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程において、ｎ型ウィンドウ層１２Ｗの内部まで深く第２回目のフロスト処理する状態を説明する模式的断面構造は、図２４（ａ）に示すように表される。ここで、ダブルフロスト処理層３０ＤＦは、図１３（ａ）と同様に、ピークツーピークでＦ３の凹凸高さを有する。また、図２４（ａ）に対応するエッチングの進行状況を説明する模式的断面構造は、図２４（ｂ）に示すように表される。
【００９５】
ｎ型ウィンドウ層１２Ｗの内部まで深く第２回目のフロスト処理する際には、図２４（ａ）に示すように、添加剤３１がｎ型コンタクト層１２Ｃの表面に所定の間隔で配置されると共に、添加剤３１がマスクとしての効果を発揮して、図２４（ｂ）に示すように、ｎ型ウィンドウ層１２Ｗの表面から深くエッチングが進行して、ダブルフロスト処理層３０ＤＦが形成される。図２４（ｂ）においては、凹凸の谷の深さも深くなる場合も模式的に示されている。
【００９６】
図２３の構造から更にエッチングが進み、ｎ型コンタクト層１２Ｃが完全に除去され、更にエッチングが進むと、ｎ型ウィンドウ層１２Ｗのエッチングされた面に再度添加剤３１が付着し、凹凸構造が形成される。フロスト処理モードＦＭとエッチング処理モードＥＭが繰り返し実施されることによって、凹凸が大きくなる。
【００９７】
（素子断面ＳＥＭ写真）
第１回フロスト処理（エッチング液の温度５０℃、フロスト処理時間３分）後の第１の実施の形態に係る半導体発光素子の素子断面ＳＥＭ写真例は、図２５（ａ）に示すように表され、図２５（ａ）の拡大された素子断面ＳＥＭ写真例は、図２５（ｂ）に示すように表される。
【００９８】
図２５（ａ）および図２５（ｂ）に示すように、表面電極層２０の周辺部は、フロスト処理においてエッチングされていない。すなわち、表面電極層２０の周辺部には、約数μｍ幅の非形成領域２０Ｄが観測されている。一方、表面電極層２０から非形成領域２０Ｄを離隔した範囲では、ｎ型コンタクト層１２Ｃの表面には第１回目のフロスト処理層３０Ｆが形成されている。
【００９９】
（フロスト処理モードとエッチング処理モード）
第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程において、フロスト処理モードＦＭとエッチング処理モードＥＭにおけるフロスト処理時間ｔF2と輝度上昇率ΔＩＬ（％）との関係は、模式的に図２６（ａ）に示すように表される。また、ｎ型ウィンドウ層１２Ｗをダブルフロスト処理する際のウェットエッチングの進行状況を説明する模式的断面構造は、図２６（ｂ）〜図２６（ｅ）に示すように表される。
【０１００】
第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程において、ｎ型ウィンドウ層１２Ｗの表面エッチングは、図２６（ｂ）に示すように、ウェットエッチングが等方性エッチングのため、下方向のエッチングと横方向のエッチングが均一に実施される。
【０１０１】
ｎ型ウィンドウ層１２Ｗのウェットエッチングが進行した様子は、図２６（ｃ）に示すように表される。
【０１０２】
ｎ型ウィンドウ層１２Ｗのウェットエッチングが進行し、添加剤３１が新たな箇所に付着した様子は、図２６（ｄ）に示すように表される。
【０１０３】
ｎ型ウィンドウ層１２Ｗのウェットエッチングが更に進行し、クラッド層１２ＣＬまで到達した様子は、図２６（ｅ）に示すように表される。
【０１０４】
第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程において、エッチング液の温度を一定にした状態でフロスト処理時間ｔF2を増加すると、特定のフロスト処理時間ｔ2から輝度上昇率ΔＩＬ（％）のピークレベルの急激な低下が見られる。これは、フロスト処理モードＦＭからエッチング処理モードＥＭに移行するためである。特に、図２６（ｂ）〜図２６（ｅ)に例示するように、ダブルフロスト処理におけるエッチング処理モードＥＭが進行し、ｎ型ウィンドウ層１２Ｗの底部までエッチングされて、ｎ型クラッド層１２ＣＬまで到達すると、輝度上昇率ΔＩＬ（％）のピークレベルの急激な低下が見られる。
【０１０５】
一方、フロスト処理モードＦＭの例では、輝度上昇率ΔＩＬ（％）のピークレベルは、例えば、特定のフロスト処理時間ｔ1〜ｔ4の範囲内で、高い状態が保持される。
【０１０６】
第１の実施の形態によれば、ＬＥＤ素子の輝度向上の手法として、一度、素子表面を粗面化した面に、再度、粗面化処理を行うことで、光の取り出し効率を向上することができる。その手法は、１回目の粗面化処理を相対的に高温で処理することにより、相対的に大きな凹凸形状を素子表面に形成し、２回目の粗面化処理では、１回目よりも相対的に低い温度で粗面化処理を行うことで、１回目で形成された相対的に大きな凹凸形状の中に相対的に小さな凹凸形状を形成することである。これにより、１回目の粗面化処理では、フロストによる輝度上昇率ΔＩＬが約３０％〜約４０％であるのに対して、２回目の粗面化処理を行うことで、輝度上昇率ΔＩＬは、約４５％〜約５５％となる。
【０１０７】
すなわち、第１の実施の形態によれば、素子表面の光取り出し効率を上昇するために、新たなフロスト形状の形成方法を確立し、１回目の粗面化処理を相対的に高温で処理することで、素子表面に大きな凹凸形状を形成し、２回目の粗面化処理において、１回目よりも相対的に低い温度で粗面化処理することで、相対的に大きな凹凸形状（ピークツーピークで約０．３μｍ〜約１．０μｍ）の中に、相対的に小さな凹凸形状（ピークツーピークで約０．０５μｍ〜約０．２μｍ）を形成することができる。処理条件としては、例えば、１回目の粗面化処理では、エッチング処理の温度５５℃、時間３．５ｍｉｎであり、２回目の粗面化処理では、エッチング処理の温度４０℃、時間２．０ｍｉｎである場合に、フロスト形状の微細化により、輝度が、約１５％上昇している。
【０１０８】
第１の実施の形態によれば、ＬＥＤ素子表面に複数回フロスト処理を導入することによって、輝度が向上した半導体発光素子およびその製造方法を提供することができる。
【０１０９】
（変形例１）
第１の実施の形態の変形例１に係る半導体発光素子の模式的断面構造は、図２７に示すように表される。第１の実施の形態の変形例１に係る半導体発光素子は、ＧａＰ系の半導体発光素子であり、可視光を発光する。
【０１１０】
第１の実施の形態の変形例１に係る半導体発光素子は、図２７に示すように、基板１０2と、基板１０2上に配置された第１導電型の第１クラッド層１２ＣＬと、第１クラッド層１２ＣＬ上に配置されたＭＱＷ層１４と、ＭＱＷ層１４上に配置された第２導電型の第２クラッド層１６ＣＬと、第２クラッド層１６ＣＬ上に配置された第２導電型のコンタクト層１６Ｃと、コンタクト層１６Ｃの表面に配置されたフロスト処理層３０ＤＦとを備える。
【０１１１】
フロスト処理層３０ＤＦは、コンタクト層１６Ｃの表面若しくは段差表面を複数回フロスト処理することによって形成されていても良い。
【０１１２】
また、複数回フロスト処理は、コンタクト層１６Ｃを複数回ウェットエッチングすることによって実施される。
【０１１３】
また、複数回フロスト処理は、コンタクト層１６Ｃを２回ウェットエッチングすることによって実施され、第２回目のフロスト処理のエッチング温度は、第１回目のフロスト処理のエッチング温度よりも低く設定されていても良い。
【０１１４】
また、フロスト処理層３０ＤＦは、ＧａＰ層で形成されている。
【０１１５】
また、基板１０2はＧａＡｓで形成され、第１クラッド層１２ＣＬおよび第２クラッド層１６ＣＬは、ＡｌＩｎＰ層で形成され、ＭＱＷ層１４は、ＩｎＧａＰ／ＡｌＧａＩｎＰのペアで形成されていても良い。
【０１１６】
また、基板１０2と第１クラッド層１２ＣＬ間には、分布ブラック反射（ＤＢＲ）層１３を備える。ＤＢＲ層１３は、例えば、ＧａＰ／ＡｌＩｎＰ、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ／ＡｌＩｎＰの内、いずれかのペアで形成可能である。
【０１１７】
第１の実施の形態の変形例１に係る半導体発光素子において、フロスト処理は、ダブルフロスト処理若しくはマルチフロスト処理によって実施可能であるが、フロスト処理の条件は、第１の実施の形態と同様である。
【０１１８】
第１の実施の形態の変形例１によれば、第１の実施の形態と同様に、ＬＥＤ素子表面に複数回フロスト処理を導入することによって、輝度が向上した半導体発光素子を提供することができる。
【０１１９】
（変形例２）
第１の実施の形態の変形例２に係る半導体発光素子の模式的断面構造は、図２８に示すように表される。第１の実施の形態の変形例２に係る半導体発光素子は、ＡｌＧａＡｓ系の半導体発光素子であり、赤外光を発光する。
【０１２０】
第１の実施の形態の変形例２に係る半導体発光素子の模式的断面構造は、図２８に示すように、基板１０2と、基板１０2上に配置されたｐ型コンタクト層１６Ｃと、ｐ型コンタクト層１６Ｃ上に配置されたｐ型クラッド層１６ＣＬと、ｐ型クラッド層１６ＣＬ上に配置されたＭＱＷ層１４と、ＭＱＷ層１４上に配置されたｎ型クラッド層１２ＣＬと、ｎ型クラッド層１２ＣＬ上に配置されたｎ型ウィンドウ層１２Ｗと、ｎ型ウィンドウ層１２Ｗ上に配置されたｎ型コンタクト層１２Ｃとを備える。
【０１２１】
ｎ型ウィンドウ層１２Ｗの表面若しくはエッチングされた段差表面にはダブルフロスト処理された凹凸形状のダブルフロスト処理層３０ＤＦが形成されている。
【０１２２】
基板１０2はＧａＡｓで形成され、基板１０2の表面には、所定のパターンピッチで段差構造４０Ｄが形成される。段差構造４０Ｄは、基板１０2をエッチングした構造、或いはエアギャップ構造であっても良い。
【０１２３】
基板１０2および段差構造４０Ｄ上には、金属層１５2が配置される。更に、金属層１５2は、金属層１５1とボンディング接合される。
【０１２４】
金属層１５1上には、絶縁層１７およびＯＤＲ金属層１１が所定のパターンで配置される。
【０１２５】
基板１０の裏面には、裏面電極層２２が配置され、ｎ型コンタクト層（ＧａＡｓ層）１２Ｃの表面には、表面電極層２０が配置されている。表面電極層２０および裏面電極層２２は、いずれも、例えばＡｕ層で形成されている。
【０１２６】
ｐ型コンタクト層１６Ｃは、ＧａＰ層で形成され、ｐ型クラッド層１６ＣＬは、ＡｌＧａＡｓ層で形成され、ＭＱＷ層１４は、ＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓのペアで形成されていても良い。また、ｎ型クラッド層１２ＣＬは、ＡｌＧａＡｓ層で形成され、ｎ型ウィンドウ層１２Ｗは、ＡｌＧａＡｓ層で形成され、ｎ型コンタクト層１２Ｃは、ＧａＡｓ層で形成されている。
【０１２７】
フロスト処理層３０ＤＦは、ＡｌＧａＡｓ層で形成されている。
【０１２８】
第１の実施の形態の変形例２に係る半導体発光素子において、フロスト処理は、ダブルフロスト処理若しくはマルチフロスト処理によって実施可能であるが、フロスト処理の条件は、第１の実施の形態と同様である。
【０１２９】
第１の実施の形態の変形例２によれば、第１の実施の形態と同様に、ＬＥＤ素子表面に複数回フロスト処理を導入することによって、輝度が向上した半導体発光素子を提供することができる。
【０１３０】
（変形例３）
第１の実施の形態の変形例３に係る半導体発光素子の模式的断面構造は、図２９に示すように表される。第１の実施の形態の変形例３に係る半導体発光素子は、ＡｌＩｎＰ系の半導体発光素子であり、可視光を発光する。
【０１３１】
第１の実施の形態の変形例３に係る半導体発光素子の模式的断面構造は、図２９に示すように、基板１０2と、基板１０2上に配置されたｐ型コンタクト層１６Ｃと、ｐ型コンタクト層１６Ｃ上に配置されたｐ型クラッド層１６ＣＬと、ｐ型クラッド層１６ＣＬ上に配置されたＭＱＷ層１４と、ＭＱＷ層１４上に配置されたｎ型クラッド層１２ＣＬと、ｎ型クラッド層１２ＣＬ上に配置されたｎ型ウィンドウ層１２Ｗと、ｎ型ウィンドウ層１２Ｗ上に配置されたｎ型コンタクト層１２Ｃとを備える。
【０１３２】
ｎ型ウィンドウ層１２Ｗの表面若しくはエッチングされた段差表面にはダブルフロスト処理された凹凸形状のダブルフロスト処理層３０ＤＦが形成されている。
【０１３３】
基板１０2はＧａＡｓで形成され、基板１０2の表面には、所定のパターンピッチで段差構造４０Ｄが形成される。段差構造４０Ｄは、基板１０2をエッチングした構造、或いはエアギャップ構造であっても良い。
【０１３４】
基板１０2および段差構造４０Ｄ上には、金属層１５2が配置される。更に、金属層１５2は、金属層１５1とボンディング接合される。
【０１３５】
金属層１５1上には、絶縁層１７およびＯＤＲ金属層１１が所定のパターンで配置される。
【０１３６】
基板１０の裏面には、裏面電極層２２が配置され、ｎ型コンタクト層（ＡｌＩｎＰ層）１２Ｃの表面には、表面電極層２０が配置されている。表面電極層２０および裏面電極層２２は、いずれも、例えばＡｕ層で形成されている。
【０１３７】
ｐ型コンタクト層１６Ｃは、ＧａＰ層で形成され、ｐ型クラッド層１６ＣＬは、ＡｌＩｎＰ層で形成され、ＭＱＷ層１４は、ＩｎＧａＰ／ＡｌＧａＩｎＰのペアで形成されていても良い。また、ｎ型クラッド層１２ＣＬは、ＡｌＩｎＰ層で形成され、ｎ型ウィンドウ層１２Ｗは、ＡｌＩｎＰ層で形成され、ｎ型コンタクト層１２Ｃは、ＡｌＩｎＰ層で形成されている。
【０１３８】
フロスト処理層３０ＤＦは、ＡｌＩｎＰ層で形成されている。
【０１３９】
第１の実施の形態の変形例３に係る半導体発光素子において、フロスト処理は、ダブルフロスト処理若しくはマルチフロスト処理によって実施可能であるが、フロスト処理の条件は、第１の実施の形態と同様である。
【０１４０】
第１の実施の形態の変形例３によれば、第１の実施の形態と同様に、ＬＥＤ素子表面に複数回フロスト処理を導入することによって、輝度が向上した半導体発光素子を提供することができる。
【０１４１】
[第２の実施の形態]
第２の実施の形態に係る半導体発光素子の模式的断面構造は、図３０に示すように、基板１０と、基板１０上に配置されたｎ型コンタクト層１２Ｃと、ｎ型コンタクト層１２Ｃ上に配置されたｎ型クラッド層１２ＣＬと、ｎ型クラッド層１２ＣＬ上に配置されたＭＱＷ層１４と、ＭＱＷ層１４上に配置されたｐ型クラッド層１６ＣＬと、ｐ型クラッド層６ＣＬ上に配置されたｐ型ウィンドウ層／コンタクト層１６とを備える。
【０１４２】
ｐ型ウィンドウ層／コンタクト層１６の表面にはダブルフロスト処理された凹凸形状のダブルフロスト処理層３０ＤＦが形成されている。ここで、ダブルフロスト処理については、第１の実施の形態と同様のウェットエッチング技術による多重フロスト処理技術を適用することができる。
【０１４３】
基板１０はＧａＡｓで形成され、ｎ型コンタクト層１２Ｃおよびｎ型クラッド層１２ＣＬは、ＡｌＩｎＧａＰ層で形成され、ＭＱＷ層１４は、ＩｎＧａＰ／ＡｌＩｎＧａＰのペアで形成されている。ｐ型クラッド層１６ＣＬおよびｐ型ウィンドウ層／コンタクト層１６は、ＡｌＩｎＧａＰ層で形成される。
【０１４４】
基板１０の裏面には、裏面電極層２２が配置され、ｐ型ウィンドウ層／コンタクト層１６の表面には、表面電極層２０が配置されている。表面電極層２０および裏面電極層２２は、いずれも、例えばＡｕ層で形成されている。
【０１４５】
第２の実施の形態によれば、ｐ型ウィンドウ層／コンタクト層１６の表面にウェットエッチングによるダブルフロスト処理技術を用いて凹凸形状を形成し、光の取り出し効率の改善された半導体発光素子を提供することができる。
【０１４６】
なお、ｐ型ウィンドウ層／コンタクト層１６の構成は、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層（第２クラッド層）１６ＣＬと同様の構成を採用しても良い。ｐ型ウィンドウ層／コンタクト層１６は、コンタクト層とウィンドウ層の積層構造であっても良い。例えば、ＭＱＷ層１４が赤色発光の場合、クラッド層を(Ａｌ0.5Ｇａ0.5)0.5Ｉｎ0.5Ｐとし、ウィンドウ層を(ＡｌxＧａ1-x)0.5Ｉｎ0.5Ｐ(ｘ＞０．５)としても良い。
【０１４７】
（変形例１）
第２の実施の形態の変形例１に係る半導体発光素子の模式的断面構造は、図３１に示すように、さらにダブルフロスト処理層３０ＤＦ上に透明電極層２４を備える。透明電極層２４は、ＩＴＯなどで形成される。さらに、透明電極層２４上に、表面電極層２０が配置されている。尚、ダブルフロスト処理層３０ＤＦは、平面的に見て表面電極層２０と重なる領域を避けて形成される。
【０１４８】
（変形例２）
第２の実施の形態の変形例２に係る半導体発光素子の模式的断面構造は、図３２に示すように、基板構造（基板１０）とｎ型クラッド層１２ＣＬ間に、ＤＢＲ層１３を備える。その他の構成は、第２の実施の形態と同様であるため、重複説明は省略する。
【０１４９】
ＤＢＲ層１３は、例えば、ＡｌＩｎＧａＰ／ＡｌＩｎＰ、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ、Ｇ
ａＡｓ／ＡｌＩｎＰの内、いずれかのペアで形成することができる。
【０１５０】
（変形例３）
第２の実施の形態の変形例３に係る半導体発光素子の模式的断面構造は、図３３に示すように、ｐ型ウィンドウ層／コンタクト層１６の表面全面にダブルフロスト処理されて、凹凸形状のダブルフロスト処理層３０ＤＦが形成され、さらにダブルフロスト処理層３０ＤＦ上には透明電極層２４を備える。透明電極層２４は、ＩＴＯなどで形成される。さらに、透明電極層２４上に、表面電極層２０が配置されている。
【０１５１】
ｐ型ウィンドウ層／コンタクト層１６の表面のダブルフロスト処理では、第１の実施の形態と同様のウェットエッチング技術による多重フロスト処理技術を適用することができる。
【０１５２】
第２の実施の形態によれば、ＡｌＩｎＧａＰ層で形成されたｐ型ウィンドウ層／コンタクト層１６の表面にダブルフロスト処理を用いて凹凸形状を形成し、さらに、基板１０とｎ型クラッド層１２ＣＬ間に、ＤＢＲ層１３を備える構造によって、光の取り出し効率の改善された半導体発光素子を提供することができる。
【０１５３】
（変形例４）
第２の実施の形態の変形例４に係る半導体発光素子の模式的断面構造は、図３４に示すように、基板１０と、基板１０上に配置される金属層１５と、金属層１５上に配置され，パターニングされた金属コンタクト層１１および絶縁層１７と、金属コンタクト層１１および絶縁層１７上に配置されるｐ型コンタクト層１６Ｃと、ｐ型コンタクト層１６Ｃ上に配置されるｐ型クラッド層１６ＣＬと、ｐ型クラッド層１６ＣＬ上に配置されるＭＱＷ層１４と、ＭＱＷ層１４上に配置されたｎ型クラッド層１２ＣＬと、ｎ型クラッド層１２ＣＬ上に配置されたｎ型ウィンドウ層／コンタクト層１２とを備える。
【０１５４】
ｎ型ウィンドウ層／コンタクト層１２の表面にはダブルフロスト処理された凹凸形状のダブルフロスト処理層３０ＤＦが形成されている。ここで、ダブルフロスト処理については、第１の実施の形態と同様のウェットエッチング技術による多重フロスト処理技術を適用することができる。
【０１５５】
基板１０はＧａＡｓで形成され、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層１２およびｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層１６は、ＡｌＩｎＧａＰ層で形成され、多重量子井戸層１４は、ＩｎＧａＰ／ＡｌＩｎＧａＰのペアで形成されている。
【０１５６】
基板１０はＧａＡｓで形成され、ｐ型コンタクト層１６Ｃおよびｐ型クラッド層１６ＣＬは、ＡｌＩｎＧａＰ層で形成され、ＭＱＷ層１４は、ＩｎＧａＰ／ＡｌＩｎＧａＰのペアで形成されている。ｎ型クラッド層１２ＣＬおよびｎ型ウィンドウ層／コンタクト層１２は、ＡｌＩｎＧａＰ層で形成される。
【０１５７】
基板１０の裏面には、裏面電極層２２が配置され、ｎ型ウィンドウ層／コンタクト層１２の表面には、表面電極層２０が配置されている。表面電極層２０および裏面電極層２２は、いずれも、例えばＡｕ層で形成されている。
【０１５８】
（変形例５）
第２の実施の形態の変形例５に係る半導体発光素子の模式的断面構造は、図３５に示すように、ｎ型ウィンドウ層／コンタクト層１２の表面全面にダブルフロスト処理されて、凹凸形状のダブルフロスト処理層３０ＤＦが形成され、さらにダブルフロスト処理層３０ＤＦ上には透明電極層２４を備える。透明電極層２４は、ＩＴＯなどで形成される。さらに、透明電極層２４上に、表面電極層２０が配置されている。
【０１５９】
ｎ型ウィンドウ層／コンタクト層１２の表面のフロスト処理では、ウェットエッチング技術によるダブルフロスト処理技術を適用することができる。
【０１６０】
図３４および図３５の構造において、金属層１５は、例えばＡｕ層で形成され、例えば厚さは約２．５〜５μｍである。また、金属コンタクト層１１は、例えばＡｕＢｅ層あるいはＡｕＢｅとＮｉとの合金層などで形成され、例えば厚さは、絶縁層１７と同程度であり、約４５０ｎｍである。絶縁層１７は、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、ＳｉＯＮ膜、ＳｉＯｘＮｙ膜、或いはこれらの多層膜などで形成される。
【０１６１】
Ａｕ層からなる金属層１５は青色光、紫外光を吸収するため、このような短波長側の光を反射するためには、例えばＡｇ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｒ若しくはＷ層などからなる金属バッファ層を金属層１５と金属コンタクト層１１および絶縁層１７との間に備えていても良い。
【０１６２】
第２の実施の形態の変形例４および変形例５に係る半導体発光素子は、ボンディング技術を用いて形成することができる。
【０１６３】
金属層１５を用いて、ＧａＡｓ基板１０と、エピタキシャル成長層からなるＬＥＤ構造を貼り付けることにより、反射率のよい金属反射層を形成することを可能にしている。金属反射層は、金属層１５によって形成される。ＬＥＤからの放射光は、絶縁層１７と、金属層１５との界面によってミラー面が形成されるため、当該ミラー面において反射される。金属コンタクト層１１は、金属層１５とｐ型コンタクト層１６Ｃとのオーミックコンタクトを取るための層であり、金属層１５とｐ型コンタクト層１６Ｃの界面に介在し、絶縁層１７と同程度の厚さを有する。
【０１６４】
金属コンタクト層１１のパターン幅が広い場合には、実質的な発光領域が制限されるため、面積効率が低下し発光効率が減少する。一方、金属コンタクト層１１のパターン幅が狭い場合には、金属コンタクト層１１の面積抵抗が増大し、ＬＥＤの順方向電圧Ｖfが上昇するため、最適なパターン幅およびパターン構造が存在する。幾つかのパターン例では、六角形を基本とするハニカムパターン構造、或いは、円形を基本とするドットパターン構造が存在する。これらのパターン形状については、変形例６に関連して、図４１よび図４２を用いて説明する。
【０１６５】
第２の実施の形態の変形例５に係る半導体発光素子は、ＧａＡｓ基板１０上に配置される金属層（図示省略）、およびＬＥＤ側に配置される金属層１５をともにＡｕ層によって形成することで、ＧａＡｓ基板１０側の金属層（図示省略）とエピタキシャル成長層からなるＬＥＤ構造側の金属層１５を熱圧着によって貼り付けることができる。
【０１６６】
貼付けの条件は、例えば、約２５０℃〜７００℃、望ましくは３００℃〜４００℃であり、熱圧着の圧力は、例えば、約１０ＭＰａ〜２０ＭＰａ程度である。
【０１６７】
第２の実施の形態の変形例５に係る半導体発光素子によれば、金属反射層となる金属層１５と、ｐ型コンタクト層１６Ｃとの間に透明な絶縁層１７を形成することにより、ｐ型コンタクト層１６Ｃと金属層１５との接触を避け、光の吸収を防ぎ、反射率の良い金属反射層を形成することができる。
【０１６８】
第２の実施の形態の変形例５によれば、ｎ型ウィンドウ層／コンタクト層１２の表面にダブルフロスト処理を用いて凹凸形状を形成し、さらに金属層１５を用いて、反射率のよい金属反射層を形成することによって、光の取り出し効率の改善された半導体発光素子を提供することができる。
【０１６９】
なお、ｎ型ウィンドウ層／コンタクト層１２の構成は、ｎ型クラッド層１２ＣＬと同様の構成を採用しても良い。ｎ型ウィンドウ層／コンタクト層１２は、コンタクト層とウィンドウ層の積層構造であっても良い。例えば、ＭＱＷ層１４が赤色発光の場合、クラッド層を(Ａｌ0.5Ｇａ0.5)0.5Ｉｎ0.5Ｐとし、ウィンドウ層を(ＡｌxＧａ1-x)0.5Ｉｎ0.5Ｐ(ｘ＞０．５)としても良い。
【０１７０】
（変形例６・変形例７）
第２の実施の形態の変形例６に係る半導体発光素子の模式的断面構造は、図３６に示すように表される。
【０１７１】
第２の実施の形態の変形例６に係る半導体発光素子において、基板構造は、表面に溝部を形成した基板１０と、基板１０の表面，溝部の側壁および溝部の底面に配置された金属バッファ層４２と、金属バッファ層４２上に配置された金属層４１と、金属層４１上に配置され、パターニングされた金属コンタクト層１１および絶縁層１７とを備えていても良い。
【０１７２】
第２の実施の形態の変形例６に係る半導体発光素子の模式的断面構造は、図３６に示すように、表面に複数の溝部４０を形成した基板１０と、基板１０の表面，溝部４０の側壁および底面に配置された金属バッファ層４２と、金属バッファ層４２上に配置された金属層４１と、金属層４１上に配置された金属層１５と、金属層１５上に配置され、パターニングされた金属コンタクト層１１および絶縁層１７と、金属コンタクト層１１および絶縁層１７上に配置されるｐ型コンタクト層１６Ｃと、ｐ型コンタクト層１６Ｃ上に配置されるｐ型クラッド層１６ＣＬと、ｐ型クラッド層１６ＣＬ上に配置されるＭＱＷ層１４と、ＭＱＷ層１４上に配置されたｎ型クラッド層１２ＣＬと、ｎ型クラッド層１２ＣＬ上に配置されるｎ型ウィンドウ層／コンタクト層１２とを備える。
【０１７３】
ｎ型ウィンドウ層／コンタクト層１２の表面にはダブルフロスト処理された凹凸形状のダブルフロスト処理層３０ＤＦが形成されている。ここで、ダブルフロスト処理については、第１の実施の形態と同様のウェットエッチング技術による多重フロスト処理技術を適用することができる。
【０１７４】
基板はＧａＡｓで形成され、ｐ型コンタクト層１６Ｃとｐ型クラッド層１６ＣＬは、ＡｌＩｎＧａＰ層で形成され、多重量子井戸層は、ＩｎＧａＰ／ＡｌＩｎＧａＰのペアで形成され、ｎ型クラッド層１２ＣＬおよびｎ型ウィンドウ層／コンタクト層１２は、ＡｌＩｎＧａＰ層で形成されている。
【０１７５】
第２の実施の形態の変形例７に係る半導体発光素子の模式的断面構造は、図３７に示すように、ｎ型ウィンドウ層／コンタクト層１２の表面全面にダブルフロスト処理されて、凹凸形状のダブルフロスト処理層３０ＤＦが形成され、さらにダブルフロスト処理層３０ＤＦ上には透明電極層２４を備える。
【０１７６】
ｎ型ウィンドウ層／コンタクト層１２の表面のフロスト処理では、ウェットエッチング技術によるダブルフロスト処理技術を用いて、凹凸形状のダブルフロスト処理層３０ＤＦを形成することができる。
【０１７７】
第２の実施の形態の変形例６および変形例７に係る半導体発光素子の構造において、金属層１５は、例えばＡｕ層で形成され、例えば厚さは約２．５〜５μｍ程度である。また、金属コンタクト層１１は、例えばＡｕＢｅ層あるいはＡｕＢｅとＮｉとの合金層などで形成され、例えば厚さは、絶縁層１７と同程度であり、約４５０ｎｍ程度である。絶縁層１７は、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、ＳｉＯＮ膜、ＳｉＯｘＮｙ膜、或いはこれらの多層膜などで形成される。
【０１７８】
Ａｕ層からなる金属層１５は青色光、紫外光を吸収するため、このような短波長側の光を反射するためには、例えばＡｇ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｒ若しくはＷ層などからなる金属バッファ層を金属層１５と金属コンタクト層１１および絶縁層１７との間に備えていても良い。
【０１７９】
第２の実施の形態の変形例６に係る半導体発光素子に適用されるＧａＡｓ基板１０は、図３６に示すように、表面に複数の溝部４０を形成し、ＧａＡｓ基板１０の表面,溝部４０の側壁および底面上に配置されたチタン（Ｔｉ）層からなる金属バッファ層４２と、金属バッファ層４２の表面に配置されたＡｕ層からなる金属層４１を備える。
【０１８０】
第２の実施の形態の変形例６に係る半導体発光素子は、ＧａＡｓ基板１０と、ＬＥＤをボンディング技術によって互いに貼り付けて形成することができる。
【０１８１】
ＬＥＤ構造側に配置された金属層１５によって金属反射層が形成される。ＬＥＤからの放射光は、ｐ型コンタクト層１６Ｃと、金属層１５との界面によってミラー面が形成されるため、当該ミラー面において反射される。
【０１８２】
第２の実施の形態の変形例６に係る半導体発光素子は、図３６に示すように、金属層４１および金属層１５をともにＡｕ層によって形成することで、ＧａＡｓ基板１０側の金属層４１とエピタキシャル成長層からなるＬＥＤ構造側の金属層１５を熱圧着によって貼り付けると共に、溝部の金属層４１と金属層１５との間には、エアギャップが存在する。
【０１８３】
貼付けの条件は、例えば、約２５０℃〜７００℃、望ましくは３００℃〜４００℃であり、熱圧着の圧力は、例えば、約１０ＭＰａ〜２０ＭＰａ程度である。エアギャップを設けたことにより、金属層４１と金属層１５の接触面積は、全面を密着させる構造に比較して、減少している。上記熱圧着の圧力は、結果として、エアギャップを設けたことにより、相対的に接触面積が低下した金属層４１と金属層１５の接触面積に加圧されることになり、金属層４１と金属層１５の熱圧着時において、貼り付け強度が高くなる。したがって、ＧａＡｓ基板１０と、ＬＥＤ構造を貼り付けるに際して、エアギャップが存在することにより、ＧａＡｓ基板１０の表面に配置された金属層４１と金属層１５との密着性を良好に保つことができる。
【０１８４】
第２の実施の形態の変形例６に係る半導体発光素子によれば、金属層４１と金属層１５との密着性を良好に保ちつつ、ＧａＡｓ基板１０への光の吸収を防ぐために、反射層に金属を用いて光を全反射させ、ＧａＡｓ基板１０への吸収を防ぐようにしている。半導体基板の材料としては、ＧａＡｓ他に、Ｓｉなどの不透明な半導体基板材料を用いることができる。
【０１８５】
（製造方法）
第２の実施の形態の変形例６に係る半導体発光素子の製造方法を以下に説明する。
【０１８６】
（ａ）まず、貼付け用のＧａＡｓ基板構造、および貼付け用のＬＥＤ構造を準備する。
【０１８７】
まず、ＧａＡｓ基板１０の表面に反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）、もしくはウェットエッチング技術により、所定のピッチと幅を有するストライプ状の溝を形成する。ストライプ溝の幅は、例えば約１０μｍ，約３０μｍ，或いは約６０μｍ程度であり、ピッチは、例えば約１００μｍ，２００μｍ，４１０μｍ，１０００μｍ，或いは２０００μｍ程度である。尚、溝部４０は、ストライプ形状に限定されるものではなく、格子状、ドット状、渦巻き状、六角形パターン形状などであってもよい。また、溝部４０の深さは、ストライプの幅と同程度若しくは、浅くてもよい。上記エッチングの代りに、ＹＡＧレーザなどを用いて、レーザ光によるカッティング技術、ダイサーによるカッティング技術などを適用して、所定の深さに溝部をしてもよい。
【０１８８】
（ｂ）さらに、表面に複数の溝部４０を形成したＧａＡｓ基板１０上にチタン合金からなる金属バッファ層４２およびＡｕなどからなる金属層４１をスパッタリング法、真空蒸着法などを用いて順次形成する。
【０１８９】
（ｃ）ＬＥＤ構造においては、ＧａＡｓ基板（図示省略）上に分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法などを用いて、ｐ型コンタクト層１６Ｃ、ｐ型クラッド層１６ＣＬ、ＭＱＷ層１４およびｎ型クラッド層１２ＣＬ、ｎ型ウィンドウ層／コンタクト層１２を順次形成する。次に、ｐ型コンタクト層１６Ｃ上にリフトオフ法を用いて、パターニングされた絶縁層１７に対して、金属コンタクト層１１および金属層１５を形成する。
【０１９０】
（ｄ）次に、貼付け用のＧａＡｓ基板構造、および貼付け用のＬＥＤ構造を貼り付ける。貼り付け工程においては、例えばプレス機を用いて、熱圧着温度として約３４０℃程度、熱圧着の圧力として約１８ＭＰａ程度、熱圧着の時間として約１０分程度の条件で実施する。結果として、図３６に示すように、溝部４０の金属層４１と金属層１５との間には、エアギャップが形成される。
【０１９１】
（ｅ）次に、図３６に示すように、ＧａＡｓ基板１０の裏面に対して、チタン層およびＡｕなどからなる裏面電極層２２をスパッタリング法、真空蒸着法などを用いて形成する。
【０１９２】
（ｆ）次に、裏面電極層２２をレジストなどで保護した後、ＧａＡｓ基板（図示省略）をエッチングにより除去する。例えばアンモニア／過酸化水素水からなるエッチング液を用い、エッチング時間は、約６５〜８５分程度である。
【０１９３】
（ｇ）次に、図３６に示すように、ｎ型ウィンドウ層／コンタクト層１２上に、表面電極層２０をスパッタリング法、真空蒸着法などを用いて形成後、パターニングする。表面電極層２０のパターンは絶縁層１７のパターンに略一致させているが、金属コンタクト層１１のパターンに一致させても良い。表面電極層２０の材料としては、例えばＡｕ／ＡｕＧｅ−Ｎｉ合金／Ａｕからなる積層構造を用いることができる。
【０１９４】
（ｈ）次に、ウェットエッチングによるダブルフロスト処理を実施して、表面電極層２０の直下のｎ型ウィンドウ層／コンタクト層１２以外の、ｎ型ウィンドウ層／コンタクト層１２の表面処理を行う。ウェットエッチングによるダブルフロスト処理の条件としては、第１の実施の形態と同様である。
【０１９５】
尚、金属バッファ層４２の材料としては、チタン合金の代りとして、例えばタングステン（Ｗ）バリアメタル、白金（Ｐｔ）バリアメタルなどを用いることもできる。
【０１９６】
以上の説明により、図３６に示すように、表面に複数の溝部４０を形成したＧａＡｓ基板１０を用いた第２の実施の形態の変形例６に係る半導体発光素子が完成される。
【０１９７】
また、第２の実施の形態の変形例７に係る半導体発光素子の製造方法では、図３７に示すように、ウェットエッチングによるダブルフロスト処理技術を用いて、ｎ型ウィンドウ層／コンタクト層１２の表面全面上にダブルフロスト処理を行った後、ＩＴＯからなる透明電極層２４を形成する。さらに透明電極層２４上に、表面電極層２０を形成することによって、図３７の構造を形成することができる。
【０１９８】
（平面パターン構成）
第２の実施の形態の変形例６に係る半導体発光素子の模式的平面パターン構成例を図３８〜図４０に示す。
【０１９９】
ｎ型ウィンドウ層／コンタクト層１２は、図３８に示すように、例えば、矩形の平面パターンを有し、表面電極層２０は、矩形の平面パターン上の中心部に配置された中心電極２７と、中心電極２７に接続され，中心電極２７から矩形の対角線方向に延伸する結合電極２６と、結合電極２６に接続され，かつ矩形の四隅に配置された周辺電極２５とを備える。
【０２００】
周辺電極２５は、開口部２８を有する。図３８の例では、開口部２８は矩形である。
【０２０１】
図３９は、第２の実施の形態の変形例６に係る半導体発光素子の表面電極層の別の平面パターン構成図を示す。また、図４０は、第２の実施の形態の変形例６に係る半導体発光素子の表面電極層の更に別の平面パターン構成図を示す。
【０２０２】
図３９に示すように、開口部２８は、真円、実質的に円形であっても良く、また楕円、長円などであっても良い。
【０２０３】
また、図４０に示すように、周辺電極３２は、結合電極２６に直交する部分を備えていても良い。また、周辺電極３２は、複数本配置されていても良い。また、複数本配置されている場合、周辺電極３２の長さは互いに異なっていても良い。
【０２０４】
さらに、ここでは図示されていないが、周辺電極３２は、フラクタル図形の構造に配置されていても良い。
【０２０５】
（金属コンタクト層１１の平面パターン構造）
第２の実施の形態の変形例６に係る半導体発光素子の金属コンタクト層１１および絶縁層１７の模式的平面パターン構成例を図４１〜図４２に示す。
【０２０６】
金属コンタクト層１１のパターン幅が広い場合には、実質的な発光領域が制限されるため、面積効率が低下し発光効率が減少する。一方、金属コンタクト層１１のパターン幅が狭い場合には、金属コンタクト層１１の面積抵抗が増大し、ＬＥＤの順方向電圧Ｖfが上昇する。このため、最適なパターン幅ＷおよびパターンピッチＤ１が存在する。幾つかのパターン例では、六角形を基本とするハニカムパターン構造、或いは、円形ドット形状を基本構造とする円形ドットパターン構造が存在する。
【０２０７】
第２の実施の形態の変形例６に係る半導体発光素子に適用される金属コンタクト層１１の模式的平面パターン構造は、例えば、図４１に示すように、六角形を基本構造とするハニカムパターン構造を有する。図４１において、パターン幅Ｗで示される形状部分が図３６における例えばＡｕＢｅ層あるいはＡｕＢｅとＮｉとの合金層などで形成される金属コンタクト層１１のパターンを示し、幅Ｄ１を有する六角形パターンは、絶縁層１７の部分に相当し、ＬＥＤからの放射光が導光する領域を表す。幅Ｄ１は、例えば約１００μｍ程度であり、パターン幅Ｗは、約５μｍ〜約１１μｍ程度である。
【０２０８】
第２の実施の形態の変形例６に係る半導体発光素子に適用される金属コンタクト層１１の別の模式的平面パターン構造は、例えば図４２に示すように、円形を基本とするドットパターン構造を有する。図４２において、幅ｄで示される形状部分が図３６における例えばＡｕＢｅ層あるいはＡｕＢｅとＮｉとの合金層などで形成される金属コンタクト層１１のパターンを示し、幅Ｄ２を有するパターンピッチで配置されている。図４２において、幅ｄ、パターンピッチＤ２を有する円形のパターン部分以外の領域が、絶縁層１７の部分に相当し、ＬＥＤからの放射光が導光する領域を表す。パターンピッチＤ２は、例えば約１００μｍ程度であり、幅ｄは、約５μｍ〜約１１μｍ程度である。
【０２０９】
また、第２の実施の形態の変形例６に係る半導体発光素子に適用される金属コンタクト層１１の模式的平面パターン構造は、六角形ハニカムパターン、円形ドットパターンに限定されるものではなく、三角形パターン、矩形パターン、六角形パターン、八角形パターン、円形ドットパターンなどをランダムに配置するランダムパターンを適用することもできる。
【０２１０】
第２の実施の形態の変形例６に係る半導体発光素子に適用される金属コンタクト層１１の模式的平面パターン構造は、導光領域の面積を確保してＬＥＤからの発光輝度を低下させず、かつＬＥＤの順方向電圧Ｖfが上昇しない程度の金属配線パターン幅を確保できればよい。
【０２１１】
第２の実施の形態の変形例６によれば、ｎ型ウィンドウ層／コンタクト層１２の表面にダブルフロスト処理技術を用いて凹凸形状のダブルフロスト処理層３０ＤＦを形成し、さらにボンディング技術を用いてＧａＡｓ基板構造とＬＥＤ構造の密着性を良好に保ちつつ貼り付けることができ、かつＧａＡｓ基板への光の吸収を防ぐために、反射層に金属を用いて光を全反射させ、ＧａＡｓ基板への吸収を防ぎ、あらゆる角度の光を反射することが可能になるので、光の取り出し効率の改善された半導体発光素子を提供することができる。
【０２１２】
第２の実施の形態および変形例１〜７においては、導電型を反対に構成しても良い。
【０２１３】
第２の実施の形態および変形例１〜７においては、基板１０として、主として、ＧａＡｓ基板を適用する例が開示されているが、シリコン基板、ＳｉＣ基板、ＧａＰ基板、サファイア基板などを適用することも可能である。
【０２１４】
［第３の実施の形態］
（素子構造）
図４３は、第３の実施の形態に係る半導体発光素子の原理説明図である。図４３（ａ）は、ＧａＡｓ基板の模式的断面構造図を示す。
【０２１５】
第３の実施の形態に係る半導体発光素子に適用されるｐ型若しくはｎ型ＧａＡｓ基板は、図４３（ａ）に示すように、ｐ型若しくはｎ型ＧａＡｓ層（３、６）と、ピッチＬ，幅Ｗを有するストライプ状の溝が形成されたｐ型若しくはｎ型ＧａＡｓ層（３、６）の表面に配置された金属層１とを備える。ストライプ溝の幅Ｗは、例えば約１０μｍ，約３０μｍ，或いは約６０μｍ程度であり、ピッチＬは、例えば約１００μｍ，２００μｍ，４１０μｍ，１０００μｍ，或いは２０００μｍ程度である。尚、溝部は、ストライプ形状に限定されるものではなく、格子状、ドット状、渦巻き状、六角形パターン形状などであってもよい。また、溝部の深さは、ストライプの幅Ｗと同程度若しくは、浅く形成される。
【０２１６】
図４３（ｂ）は、図４３（ａ）に示したＧａＡｓ基板と、ＬＥＤをウェハボンディング技術によって互いに貼り付けて形成した半導体発光素子の模式的断面構造を示す。ＬＥＤ側は、例えばエピタキシャル成長によって形成されたｐ型クラッド層１６ＣＬと、ｐ型クラッド層１６ＣＬ上に形成された金属層１５で示されており、その他の活性層などは図示を省略している。ＧａＡｓ層（３，６）の表面に配置された金属層１を用いて、ＧａＡｓ基板と、ＬＥＤを貼り付けるとともに、溝部の金属層１と金属層１５との間にはエアギャップ（空隙）４０が存在する。
【０２１７】
すなわち、このような溝部をＧａＡｓ基板表面に形成することによって、ＬＥＤをウェハボンディング技術によってＧａＡｓ基板に貼り付ける時に、空気の逃げ道を作り、さらに高温加熱時の熱膨張で生じる応力を緩和させることができる。結果として、半導体基板、絶縁膜、金属層の熱膨張係数の違いによる各層間の剥がれを防止することができる。
【０２１８】
図４３（ｃ）は、さらにチップ化後の模式的断面構造図を示す。ｐ型若しくはｎ型ＧａＡｓ基板の表面に形成したストライプ状の溝部に形成されたエアギャップ４０が完成したチップ内に含まれている。ピッチＬが大きい場合には、エアギャップ４０が完成したチップ内に含まれない場合もある。
【０２１９】
第３の実施の形態に係る半導体発光素子に適用されるＧａＡｓ基板の導電型としては、ｐ型、ｎ型のいずれにおいても適用可能である。図４４は、第３の実施の形態に係る半導体発光素子に適用されるｐ型ＧａＡｓ基板構造の模式的断面構造を示し、図４５は、ｎ型ＧａＡｓ基板構造の模式的断面構造を示す。また、図４６は、第３の実施の形態に係る半導体発光素子に適用されるＬＥＤの模式的断面構造を示す。
【０２２０】
図４７は、図４４乃至図４５に示したｐ型乃至ｎ型ＧａＡｓ基板３（６）と、図４６に示したＬＥＤをウェハボンディング技術によって互いに貼り付けて形成した第３の実施の形態に係る半導体発光素子の模式的断面構造を示す。
【０２２１】
第３の実施の形態に係る半導体発光素子に適用されるｐ型ＧａＡｓ基板構造は、図４４に示すように、表面に溝部を形成したｐ型ＧａＡｓ層３と、ｐ型ＧａＡｓ層３の表面、溝部の側壁および溝部の底面に配置された金属バッファ層２と、金属バッファ層２上に配置された金属層１と、ｐ型ＧａＡｓ層３の裏面に配置された金属バッファ層４と、金属バッファ層４のｐ型ＧａＡｓ層３と反対側の表面に配置された金属層５とを備える。
【０２２２】
第３の実施の形態に係る半導体発光素子に適用されるｎ型ＧａＡｓ基板構造は、図４５に示すように、表面に溝部を形成したｎ型ＧａＡｓ層６と、ｎ型ＧａＡｓ層６の表面、溝部の側壁および溝部の底面に配置された金属バッファ層２と、金属バッファ層２上に配置された金属層１と、ｎ型ＧａＡｓ層６の裏面に配置された金属バッファ層４と、金属バッファ層４のｎ型ＧａＡｓ層６と反対側の表面に配置された金属層５とを備える。
【０２２３】
図４４の構造において、金属層１、５はいずれもＡｕ層によって形成され、金属バッファ層２、４は、ｐ型ＧａＡｓ層３とコンタクトを取るために、例えばＡｕＢｅ層によって形成可能である。また、図４５の構造において、金属層１、５はいずれもＡｕ層によって形成され、金属バッファ層２、４は、ｎ型ＧａＡｓ層６とコンタクトを取るために、例えばＡｕＧｅ層によって形成可能である。
【０２２４】
第３の実施の形態に係る半導体発光素子に適用されるＬＥＤの模式的断面構造は、図４６に示すように、金属層１５と、金属層１５上に配置される金属コンタクト層１１と、金属コンタクト層１１上に配置されるｐ型クラッド層１６ＣＬと、ｐ型クラッド層１６ＣＬ上に配置されるＭＱＷ層１４と、ＭＱＷ層１４上に配置されるｎ型クラッド層１２ＣＬと、ｎ型クラッド層１２ＣＬ上に配置されるｎ型ウィンドウ層／コンタクト層１２とを備える。
【０２２５】
図４６の構造において、金属層１５は、例えばＡｕ層で形成される。また、金属コンタクト層は、例えばＡｕＢｅ層あるいはＡｕＢｅとＮｉとの合金層などで形成される。ｐ型クラッド層１６ＣＬは、例えばＡｌＧａＡｓ層若しくは導電型をｐ-型とするＡｌＧａＡｓ層と導電型をｐ+型とするＡｌＧａＡｓ層との多層構造によって形成され、厚さは、例えば約０．１μｍ程度である。ＭＱＷ層１４は、例えばＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ層からなるヘテロ接合ペアを約１００ペア積層した多重量子井戸構造からなり、厚さは、例えば約１．６μｍ程度に形成される。ｎ型クラッド層１２ＣＬは、例えばｎ型ＡｌＧａＡｓ層によって形成され、厚さは、例えば約０．１μｍ程度である。ｎ型ウィンドウ層／コンタクト層１２は、例えばＡｌＧａＡｓ層の多層構造とＡｌＧａＡｓ層の多層構造上に形成されたＧａＡｓ層からなり、全体の厚さは、約０．９５μｍ程度である。
【０２２６】
第３の実施の形態に係る半導体発光素子は、図４７に示すように、図４４乃至図４５に示したｐ型乃至ｎ型ＧａＡｓ基板と、図４６に示したＬＥＤ構造をウェハボンディング技術によって互いに貼り付けて形成する。
【０２２７】
第３の実施の形態に係る半導体発光素子は、図４７に示すように、表面に溝部を形成した基板３（６）と、基板３（６）の溝部が形成された表面上に形成された第１金属層２と、第１金属層２上に形成された第２金属層１と、第２金属層１上に形成された第３金属層１５と、第３金属層１５上に形成され、発光層１４を含む半導体層（１６ＣＬ・１４・１２ＣＬ・１２）と、半導体層（１６ＣＬ・１４・１２ＣＬ・１２）上に配置されたフロスト処理層３０ＤＦとを備える。
【０２２８】
また、フロスト処理層３０ＤＦは、コンタクト層／ウィンドウ層１２の表面若しくはエッチング表面を複数回ウェットエッチングすることによって形成可能である。
【０２２９】
また、フロスト処理層３０ＤＦは、コンタクト層／ウィンドウ層１２の表面若しくはエッチング表面を２回ウェットエッチングすることによって形成され、第２回目のフロスト処理のエッチング温度は、第１回目のフロスト処理のエッチング温度よりも低い条件によって形成可能である。
【０２３０】
また、第１金属層２の表面は、溝部が形成された基板３（６）の表面の形状を反映した凹凸部が形成されていても良い。
【０２３１】
また、第２金属層１の第１金属層２側の表面は平面状であり、第１金属層２の凸部と第２金属層１との接触面において接着されていても良い。
【０２３２】
また、第２金属層１および第３金属層１５は、熱圧着されていても良い。
【０２３３】
また、第１金属層２は、溝部が形成された基板３（６）の裏面上に形成された金属バッファ層４と、金属バッファ層４上に形成された第４金属層５とを含んでいても良い。
【０２３４】
金属バッファ層４は、Ａｕを含む合金層であり、第４金属層５は、Ａｕで形成可能である。
【０２３５】
溝部の第２金属層１と第３金属層と１５の間にはエアギャップ４０が存在する。
【０２３６】
溝部の幅は、例えば、約１０μｍ以上約６０μｍ以下である。
【０２３７】
溝部の深さは、溝部の幅以下である。
【０２３８】
溝部は、互いに隣り合う部分を有しており、隣り合う溝部の間隔は、例えば、約１００μｍ〜約２０００μｍである。
【０２３９】
溝部のパターン形状は、ストライプ状、格子状、ドット状、渦巻き状、六角形パターン形状を含む。
【０２４０】
基板３（６）は、不透明な材料で形成されていても良い。また、基板３（６）は、ＧａＡｓまたはＳｉで形成されていても良い。或いは、基板３（６）は、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、またはＧａＮで形成されていても良い。
【０２４１】
すなわち、第３の実施の形態に係る半導体発光素子は、図４７に示すように、表面に溝部を形成したｐ（ｎ）型ＧａＡｓ層３（６）と、ｐ（ｎ）型ＧａＡｓ層３（６）の表面、溝部の側壁および溝部の底面に配置された金属バッファ層２と、金属バッファ層２上に配置された金属層１と、ｐ（ｎ）型ＧａＡｓ層３（６）の裏面に配置された金属バッファ層４と、金属バッファ層４のｐ（ｎ）型ＧａＡｓ層３（６）と反対側の表面に配置された金属層５とを備えるｐ（ｎ）型ＧａＡｓ基板構造と、当該ｐ（ｎ）型ＧａＡｓ基板構造上に配置され、金属層１５と、金属層１５上に配置される金属コンタクト層１１と、金属コンタクト層１１上に配置されるｐ型クラッド層１６ＣＬと、ｐ型クラッド層１６ＣＬ上に配置されるＭＱＷ層１４と、ＭＱＷ層１４上に配置されるｎ型クラッド層１２ＣＬと、ｎ型クラッド層１２ＣＬ上に配置されるｎ型ウィンドウ層／コンタクト層１２を備えるＬＥＤ構造とから構成される。
【０２４２】
ｎ型ウィンドウ層／コンタクト層１２の表面にはダブルフロスト処理された凹凸形状のダブルフロスト処理層３０ＤＦが形成されている。ここで、ダブルフロスト処理については、第１の実施の形態と同様のウェットエッチング技術による多重フロスト処理技術を適用することができる。
【０２４３】
ｐ（ｎ）型ＧａＡｓ層３（６）の表面に配置された金属層１および金属層１５を用いて、ｐ（ｎ）型ＧａＡｓ基板構造と、エピタキシャル成長層からなるＬＥＤ構造を貼り付けると共に、溝部の金属層１と金属層１５との間にはエアギャップ４０が存在することにより、ｐ（ｎ）型ＧａＡｓ層３（６）の表面に配置された金属層１と金属層１５との密着性を良好に保つことができ、バリアメタルが不要で、反射率のよい金属反射層を形成することを可能にしている。
【０２４４】
金属反射層は、予め、ＬＥＤ構造側に配置された金属層１５によって形成される。ＬＥＤからの放射光は、ｐ型クラッド層１６ＣＬと、金属層１５との界面によってミラー面が形成されるため、当該ミラー面において反射される。金属コンタクト層１１は金属層１５とｐ型クラッド層１６ＣＬとのオーミックコンタクトを取るための層であるが、金属層１５とｐ型クラッド層１６ＣＬとの界面に介在し、ミラー面の一部を形成している。
【０２４５】
第３の実施の形態に係る半導体発光素子は、図４７に示すように、金属層１および金属層１５をともにＡｕ層によって形成することで、ＧａＡｓ基板側の金属層１とエピタキシャル成長層からなるＬＥＤ構造側の金属層１５を熱圧着によって貼り付けることができる。
【０２４６】
貼付けの条件は、例えば、約２５０℃〜７００℃、望ましくは３００℃〜４００℃であり、熱圧着の圧力は、例えば、約１０ＭＰａ〜２０ＭＰａ程度である。エアギャップ４０を設けたことにより、金属層１と金属層１５の接触面積は、全面を密着させる構造に比較して、減少している。上記熱圧着の圧力は、結果として、エアギャップ４０を設けたことにより、相対的に接触面積が低下した金属層１と金属層１５の接触面積に加圧されることになり、金属層１と金属層１５の熱圧着時において、貼り付け強度が高くなる。したがって、ｐ（ｎ）型ＧａＡｓ基板構造と、エピタキシャル成長層からなるＬＥＤ構造を貼り付けるに際して、エアギャップ４０が存在することにより、ｐ（ｎ）型ＧａＡｓ層３（６）の表面に配置された金属層１と金属層１５との密着性を良好に保つことができる。
【０２４７】
第３の実施の形態に係る半導体発光素子によれば、ｎ型ウィンドウ層／コンタクト層１２の表面にダブルフロスト処理技術を用いて凹凸形状のダブルフロスト処理層３０ＤＦを形成し、ＬＥＤの高輝度化を図ることができる。
【０２４８】
また、第３の実施の形態に係る半導体発光素子によれば、ウェハボンディング技術を用いてＧａＡｓ基板構造とＬＥＤ構造を密着性を良好に保ちつつ貼り付けることができ、かつ、Ａｕからなる金属層１５を用いることで光の反射率の良い金属反射層をＬＥＤ側の構造に形成することができるので、ＬＥＤの高輝度化を図ることができる。
【０２４９】
（変形例１・２）
（素子構造）
図４８は、第３の実施の形態の変形例１に係る半導体発光素子に適用されるＬＥＤの模式的断面構造を示す。また、図４９は、第３の実施の形態の変形例２に係る半導体発光素子に適用されるＬＥＤの模式的断面構造を示す。
【０２５０】
図５０は、ｐ型乃至ｎ型ＧａＡｓ基板１０と、図４９に示したＬＥＤをウェハボンディング技術によって互いに貼り付けて形成した第３の実施の形態の変形例２に係る半導体発光素子の模式的断面構造を示す。尚、図５０において、ＧａＡｓ基板１０上に配置される、例えばＡｕ層からなる金属層は、図示を省略している。或いはまた、ＧａＡｓ基板１０上にはＡｕ層などの金属層を配置せず、金属層１５のみでＧａＡｓ基板１０とＬＥＤ構造を貼り付けることも可能である。
【０２５１】
第３の実施の形態の変形例１に係る半導体発光素子に適用されるＬＥＤは、図４８に示すように、金属層１５と、金属層１５上に配置され，パターニングされた金属コンタクト層１１および絶縁層１７と、パターニングされた金属コンタクト層１１および絶縁層１７上に配置されるｐ型クラッド層１６ＣＬと、ｐ型クラッド層１６ＣＬ上に配置されるＭＱＷ層１４と、ＭＱＷ層１４上に配置されるｎ型クラッド層１２ＣＬと、ｎ型クラッド層１２ＣＬ上に配置されるｎ型ウィンドウ層／コンタクト層１２を備える。
【０２５２】
図４８の構造において、金属層１５は、例えばＡｕ層で形成され、例えば厚さは約２．５〜５μｍ程度である。また、金属コンタクト層１１は、例えばＡｕＢｅ層あるいはＡｕＢｅとＮｉとの合金層などで形成され、例えば厚さは、絶縁層１７と同程度であり、約４５０ｎｍ程度である。絶縁層１７は、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、ＳｉＯＮ膜、ＳｉＯｘＮｙ膜、或いはこれらの多層膜などで形成される。ｐ型クラッド層１６ＣＬは、例えばＡｌＧａＡｓ層若しくは導電型をｐ-型とするＡｌＧａＡｓ層と導電型をｐ+型とするＡｌＧａＡｓ層との多層構造によって形成され、厚さは、例えば約０．１μｍ程度である。ＭＱＷ層１４は、例えばＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ層からなるヘテロ接合ペアを約１００ペア積層した多重量子井戸構造からなり、厚さは、例えば約１．６μｍ程度に形成される。ｎ型クラッド層１２ＣＬは、例えばｎ型ＡｌＧａＡｓ層によって形成され、厚さは、例えば約０．１μｍ程度である。ｎ型ウィンドウ層／コンタクト層１２は、例えばＡｌＧａＡｓ層の多層構造とＡｌＧａＡｓ層の多層構造上に形成されたＧａＡｓ層からなり、全体の厚さは、約０．９５μｍ程度である。
【０２５３】
第３の実施の形態の変形例２に係る半導体発光素子に適用されるＬＥＤは、図４９に示すように、金属層１５と、金属層１５上に配置される金属バッファ層１８と、金属バッファ層１８上に配置され，パターニングされた金属コンタクト層１１および絶縁層１７と、パターニングされた金属コンタクト層１１および絶縁層１７上に配置されるｐ型クラッド層１６ＣＬと、ｐ型クラッド層１６ＣＬ上に配置されるＭＱＷ層１４と、ＭＱＷ層１４上に配置されるｎ型クラッド層１２ＣＬと、ｎ型クラッド層１２ＣＬ上に配置されるｎ型ウィンドウ層／コンタクト層１２とを備える。
【０２５４】
図４９の構造において、金属バッファ層１８は、例えばＡｇ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｒ若しくはＷ層で形成される。Ａｕ層からなる金属層１５は青色光、紫外光を吸収するため、このような短波長側の光を反射するためには、Ａｇ、Ａｌなどからなる金属バッファ層１８を備えることが望ましい。図４９の構造において、金属バッファ層１８以外の各層は、図４８の構造と同様に形成されるため、説明を省略する。
【０２５５】
第３の実施の形態の変形例２に係る半導体発光素子は、図５０に示すように、図４８乃至図４９に示したＬＥＤ構造と、ＧａＡｓ基板１０をウェハボンディング技術によって互いに貼り付けて形成する。
【０２５６】
すなわち、第３の実施の形態の変形例２に係る半導体発光素子は、図５０に示すように、ＧａＡｓ基板１０と、ＧａＡｓ基板１０上に配置される金属層１５と、金属層１５上に配置される金属バッファ層１８と、金属バッファ層１８上に配置され，パターニングされた金属コンタクト層１１および絶縁層１７と、パターニングされた金属コンタクト層１１および絶縁層１７上に配置されるｐ型クラッド層１６ＣＬと、ｐ型クラッド層１６ＣＬ上に配置されるＭＱＷ層１４と、ＭＱＷ層１４上に配置されるｎ型クラッド層１２ＣＬと、ｎ型クラッド層１２ＣＬ上に配置されるｎ型ウィンドウ層／コンタクト層１２を備えるＬＥＤ構造とから構成される。
【０２５７】
ｎ型ウィンドウ層／コンタクト層１２の表面にはダブルフロスト処理された凹凸形状のダブルフロスト処理層３０ＤＦが形成されている。ここで、ダブルフロスト処理については、第１の実施の形態と同様のウェットエッチング技術による多重フロスト処理技術を適用することができる。
【０２５８】
金属層１５を用いて、ＧａＡｓ基板１０と、エピタキシャル成長層からなるＬＥＤ構造を貼り付けることにより、反射率のよい金属反射層を形成することを可能にしている。金属反射層は、予め、ＬＥＤ構造側に配置された金属層１５によって形成される。ＬＥＤからの放射光は、絶縁層１７と、金属層１５若しくは金属バッファ層１８との界面によってミラー面が形成されるため、当該ミラー面において反射される。金属コンタクト層１１は、金属層１５若しくは金属バッファ層１８とｐ型クラッド層１６ＣＬとのオーミックコンタクトを取るための層であるが、金属層１５とｐ型クラッド層１６ＣＬとの界面に介在し、絶縁層１７と同程度の厚さを有する。
【０２５９】
金属コンタクト層１１のパターン幅が広い場合には、実質的な発光領域が制限されるため、面積効率が低下し発光効率が減少する。一方、金属コンタクト層１１のパターン幅が狭い場合には、金属コンタクト層１１の面積抵抗が増大し、ＬＥＤの順方向電圧Ｖfが上昇するため、最適なパターン幅およびパターン構造が存在する。幾つかのパターン例では、六角形を基本とするハニカムパターン構造、或いは、円形を基本とするドットパターン構造が存在する。これらのパターン形状については、第２の実施の形態に関連して、図４１および図４２において説明した通りである。
【０２６０】
第３の実施の形態に係る半導体発光素子は、図４７に示すように、ＧａＡｓ基板上に配置される金属層、およびＬＥＤ側に配置される金属層１５をともにＡｕ層によって形成することで、ＧａＡｓ基板側の金属層（図示省略）とエピタキシャル成長層からなるＬＥＤ構造側の金属層１５を熱圧着によって貼り付けることができる。
【０２６１】
貼付けの条件は、例えば、約２５０℃〜７００℃、望ましくは３００℃〜４００℃であり、熱圧着の圧力は、例えば、約１０ＭＰａ〜２０ＭＰａ程度である。
【０２６２】
第３の実施の形態の変形例１・２に係る半導体発光素子によれば、金属反射層となる金属層１５若しくは金属バッファ層１８と、ｐ型クラッド層１６ＣＬなどの半導体層との間に透明な絶縁層１７を形成することにより、ｐ型クラッド層１６ＣＬなどの半導体層と金属層１５との接触を避け、光の吸収を防ぎ、反射率の良い金属反射層を形成することができる。
【０２６３】
透明な絶縁層１７をパターニング形成し、オーミックをとるために、ＡｕＢｅなどからなる金属コンタクト層１１をリフトオフによって蒸着する。
【０２６４】
その後、絶縁層１７の上にＧａＡｓ基板１０と貼付けるために用いるＡｕ層を蒸着し、金属層１５を形成する。
【０２６５】
第３の実施の形態の変形例１・２に係る半導体発光素子によれば、ｎ型ウィンドウ層／コンタクト層１２の表面にダブルフロスト処理技術を用いて凹凸形状のダブルフロスト処理層３０ＤＦを形成し、ＬＥＤの高輝度化を図ることができる。
【０２６６】
第３の実施の形態の変形例１・２に係る半導体発光素子によれば、金属反射層と半導体層との間に透明な絶縁層１７を介在させることにより、ｐ型クラッド層１６ＣＬなどの半導体層と金属層１５との接触を避け、光の吸収を防ぎ、反射率の良い金属反射層を形成することができるので、ＬＥＤの高輝度化を図ることができる。
【０２６７】
また、第３の実施の形態の変形例１・２に係る半導体発光素子によれば、絶縁層１７と金属層１５との間に、ＡｇやＡｌなどからなる金属バッファ層１８を形成することで、Ａｕでは反射率の低い紫外線などの短波長の光を効率よく反射することができ、ＬＥＤの高輝度化を図ることができる。
【０２６８】
また、第３の実施の形態の変形例１・２に係る半導体発光素子によれば、ｐ型クラッド層と金属反射層の界面において光が吸収されないため、ＬＥＤの高輝度化を図ることができる。
【０２６９】
（変形例３）
（素子構造）
図５１は、第３の実施の形態の変形例３に係る半導体発光素子に適用されるＧａＡｓ基板の模式的断面構造を示す。また、図５２は、第３の実施の形態の変形例３に係る半導体発光素子に適用されるＬＥＤの模式的断面構造を示す。
【０２７０】
図５３は、図５１に示した金属層２００を備えるＧａＡｓ基板１０と、図５２に示したＬＥＤをウェハボンディング技術によって互いに貼り付けて形成した本発明の第３の実施の形態に係る半導体発光素子の模式的断面構造を示す。
【０２７１】
第３の実施の形態の変形例３に係る半導体発光素子に適用されるｐ型若しくはｎ型ＧａＡｓ基板構造は、図５１に示すように、表面に溝部を形成したＧａＡｓ基板１０と、ＧａＡｓ基板１０の表面、溝部の側壁および溝部の底面に配置された金属層２００を備える。
【０２７２】
図５１の構造において、金属層２００は、例えばＡｕ層によって形成される。
【０２７３】
第３の実施の形態の変形例３に係る半導体発光素子に適用されるＬＥＤの模式的断面構造は、図５２に示すように、金属層１５と、金属層１５上に配置されるｐ型クラッド層１６ＣＬと、ｐ型クラッド層１６ＣＬ上に配置されるＭＱＷ層１４と、ＭＱＷ層１４上に配置されるｎ型クラッド層１２ＣＬと、ｎ型クラッド層１２ＣＬ上に配置されるｎ型ウィンドウ層／コンタクト層１２を備える。
【０２７４】
図５２の構造において、金属層１５は、例えばＡｕ層で形成され、厚さは例えば、約１μｍ程度である。また、ｐ型クラッド層１６ＣＬは、例えばＡｌＧａＡｓ層若しくは導電型をｐ-型とするＡｌＧａＡｓ層と導電型をｐ+型とするＡｌＧａＡｓ層との多層構造によって形成され、全体の厚さは、例えば約０．１μｍ程度に形成される。ＭＱＷ層１４は、例えばＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ層からなるヘテロ接合ペアを約８０〜１００ペア積層した多重量子井戸構造からなり、全体の厚さは、例えば約１．６μｍ程度に形成される。ｎ型クラッド層１２ＣＬは、例えばｎ型ＡｌＧａＡｓ層によって形成され、厚さは、例えば約０．１μｍ程度である。ｎ型ウィンドウ層／コンタクト層１２は、例えばＡｌＧａＡｓ層の多層構造とＡｌＧａＡｓ層の多層構造上に形成されたＧａＡｓ層からなり、全体の全体の厚さは、約０．９５μｍ程度である。
【０２７５】
第３の実施の形態の変形例３に係る半導体発光素子は、図５３に示すように、図５１に示したｐ型乃至ｎ型ＧａＡｓ基板と、図５２に示したＬＥＤ構造をウェハボンディング技術によって互いに貼り付けて形成する。
【０２７６】
すなわち、第３の実施の形態の変形例３に係る半導体発光素子は、図５３に示すように、表面に溝部を形成したＧａＡｓ基板１０と、ＧａＡｓ基板１０の表面、溝部の側壁および溝部の底面に配置された金属層２００とを備えるＧａＡｓ基板構造と、当該ＧａＡｓ基板構造上に配置され、金属層１５と、金属層１５上に配置されるｐ型クラッド層１６ＣＬと、ｐ型クラッド層１６ＣＬ上に配置されるＭＱＷ層１４と、ＭＱＷ層１４上に配置されるｎ型クラッド層１２ＣＬと、ｎ型クラッド層１２ＣＬ上に配置されるｎ型ウィンドウ層／コンタクト層１２を備えるＬＥＤ構造とから構成される。
【０２７７】
ｎ型ウィンドウ層／コンタクト層１２の表面にはダブルフロスト処理された凹凸形状のダブルフロスト処理層３０ＤＦが形成されている。ここで、ダブルフロスト処理については、第１の実施の形態と同様のウェットエッチング技術による多重フロスト処理技術を適用することができる。
【０２７８】
金属反射層は、予め、ＬＥＤ構造側に配置された金属層１５によって形成される。ＬＥＤからの放射光は、ｐ型クラッド層１６ＣＬと、金属層１５との界面によってミラー面が形成されるため、当該ミラー面において反射される。
【０２７９】
第３の実施の形態の変形例３に係る半導体発光素子は、図５３に示すように、金属層２００および金属層１５をともにＡｕ層によって形成することで、ＧａＡｓ基板側の金属層２００とエピタキシャル成長層からなるＬＥＤ構造側の金属層１５を熱圧着によって貼り付けると共に、溝部の金属層２００と金属層１５との間には、エアギャップ４０が存在する。
【０２８０】
貼付けの条件は、例えば、約２５０℃〜７００℃、望ましくは３００℃〜４００℃であり、熱圧着の圧力は、例えば、約１０ＭＰａ〜２０ＭＰａ程度である。エアギャップ４０を設けたことにより、金属層２００と金属層１５の接触面積は、全面を密着させる構造に比較して、減少している。上記熱圧着の圧力は、結果として、エアギャップ４０を設けたことにより、相対的に接触面積が低下した金属層２００と金属層１５の接触面積に加圧されることになり、金属層２００と金属層１５の熱圧着時において、貼り付け強度が高くなる。したがって、ＧａＡｓ基板と、ＬＥＤ構造を貼り付けるに際して、エアギャップ４０が存在することにより、ＧａＡｓ基板の表面に配置された金属層２００と金属層１５との密着性を良好に保つことができる。
【０２８１】
第３の実施の形態の変形例３に係る半導体発光素子およびその製造方法によれば、金属層２００と金属層１５との密着性を良好に保ちつつ、ＧａＡｓ基板への光の吸収を防ぐために、反射層に金属を用いて光を全反射させ、ＧａＡｓ基板への吸収を防ぐようにした点に特徴を有する。貼付ける半導体基板の材料としては、ＧａＡｓ、Ｓｉなどの不透明な半導体基板材料を用いる。
【０２８２】
ＧａＡｓ基板１０側の金属層２００としてＡｕ層を用い、エピタキシャル成長層を備えるＬＥＤ側の金属層１５としてもＡｕ層を用い、金属層２００と金属層１５を結合させ、結合に用いた金属層１５を金属反射層として光の反射層とする。
【０２８３】
第３の実施の形態の変形例３に係る半導体発光素子によれば、ウェハボンディング技術を用いてＧａＡｓ基板構造とＬＥＤ構造を密着性を良好に保ちつつ貼り付けることができ、かつＧａＡｓ基板への光の吸収を防ぐために、反射層に金属を用いて光を全反射させ、ＧａＡｓ基板への吸収を防ぎ、あらゆる角度の光を反射することが可能になるので、ＬＥＤを高輝度化することができる。
【０２８４】
第３の実施の形態の変形例３に係る半導体発光素子によれば、ｎ型ウィンドウ層／コンタクト層１２の表面にダブルフロスト処理技術を用いて凹凸形状のダブルフロスト処理層３０ＤＦを形成し、ＬＥＤの高輝度化を図ることができる。
【０２８５】
（変形例４）
（素子構造）
図５４は、第３の実施の形態の変形例４に係る半導体発光素子に適用されるシリコン基板構造の模式的断面構造を示す。また、図５５は、第３の実施の形態の変形例４に係る半導体発光素子に適用されるＬＥＤ構造の模式的断面構造を示す。
【０２８６】
第３の実施の形態の変形例４に係る半導体発光素子に適用されるシリコン基板構造は、図５４に示すように、表面に複数の溝部を形成したシリコン基板２１と、シリコン基板２１の表面,溝部の側壁および溝部の底面上に配置されたチタン（Ｔｉ）層２２０と、チタン（Ｔｉ）層２２０をの表面に配置された金属層２００を備える。
【０２８７】
図５４の構造において、シリコン基板２１の厚さは、例えば約１３０μｍ程度であり、金属層２００は、例えばＡｕ層によって形成され、厚さは約２．５μｍ程度である。
【０２８８】
第３の実施の形態の変形例４に係る半導体発光素子に適用されるＬＥＤ構造は、図５５に示すように、ＧａＡｓ基板２３と、ＧａＡｓ基板２３上に配置されるＡｌＩｎＧａＰ層２４０と、ＡｌＩｎＧａＰ層２４０上に配置されるｎ型ＧａＡｓ層２５０と、ｎ型ＧａＡｓ層２５０上に配置されるエピタキシャル成長層２６０と、エピタキシャル成長層２６０上に配置され，パターニングされた金属コンタクト層１１および絶縁層１７と、パターニングされた金属コンタクト層１１および絶縁層１７上に配置される金属層１５とを備える。
【０２８９】
図５５の構造において、ＧａＡｓ基板２３は、厚さは、例えば約３００μｍ程度であり、ＡｌＩｎＧａＰ層２４０は、厚さは、例えば約３５０ｎｍ程度である。また、ｎ型ＧａＡｓ層２５０は、ＡｌＩｎＧａＰ層２４０を介して、ＧａＡｓ基板２３とエピタキシャル成長層２６０との間のコンタクト層として働き、厚さは、例えば約５００ｎｍ程度である。エピタキシャル成長層２６０は、ＡｌＧａＡｓ層からなるｎ型ウィンドウ層およびｎ型クラッド層、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓのヘテロ接合の複数の対からなるＭＱＷ層と、ＡｌＧａＡｓ層からなるｎ型クラッド層およびＡｌＧａＡｓ層／ＧａＰ層からなるｐ型ウィンドウ層とを備える。ＭＱＷ層は、例えばＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ層からなるヘテロ接合ペアを約１００ペア積層した多重量子井戸構造からなり、厚さは、例えば約１．６μｍ程度に形成される。
【０２９０】
また、金属コンタクト層１１は、例えばＡｕＢｅ層あるいはＡｕＢｅとＮｉとの合金層などで形成され、例えば厚さは、絶縁層１７と同程度であり、約４５０ｎｍ程度である。
【０２９１】
金属コンタクト層１１は、例えばＡｕ／ＡｕＢｅ−Ｎｉ合金／Ａｕなどの積層構造として形成してもよい。絶縁層１７は、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、ＳｉＯＮ膜、ＳｉＯｘＮｙ膜、或いはこれらの多層膜などで形成される。
【０２９２】
金属層１５は、例えばＡｕ層で形成され、例えば厚さは約２．５〜５μｍ程度である。エピタキシャル成長層２６０内のｐ型クラッド層は、例えばＡｌＧａＡｓ層若しくは導電型をｐ-型とするＡｌＧａＡｓ層と導電型をｐ+型とするＡｌＧａＡｓ層との多層構造によって形成され、厚さは、例えば約０．１μｍ程度である。エピタキシャル成長層２６０内のｎ型クラッド層は、例えばｎ型ＡｌＧａＡｓ層によって形成され、厚さは、例えば約０．１μｍ程度である。ｎ型ウィンドウ層は、例えばＡｌＧａＡｓ層の多層構造とＡｌＧａＡｓ層の多層構造上に形成されたＧａＡｓ層からなり、全体の厚さは、例えば、約０．９５μｍ程度である。ｐ型ウィンドウ層は、例えばＡｌＧａＡｓ層の多層構造とＡｌＧａＡｓ層の多層構造上に形成されたＧａＰ層からなり、全体の厚さは、例えば、約０．３２μｍ程度である。
【０２９３】
第３の実施の形態の変形例４に係る半導体発光素子は、図６１に示すように、図５４に示したシリコン基板構造と、図５５に示したＬＥＤ構造をウェハボンディング技術によって互いに貼り付けて形成する。
【０２９４】
すなわち、第３の実施の形態の変形例４に係る半導体発光素子は、図６１に示すように、表面に複数の溝部を形成したシリコン基板２１と、シリコン基板２１の表面,溝部の側壁および溝部の底面上に配置されるチタン層２２０と、チタン層２２０上に配置される金属層２００とから構成されるシリコン基板構造と、金属層２００上に配置される金属層１５と、金属層１５上に配置され，パターニングされた金属コンタクト層１１および絶縁層１７と、パターニングされた金属コンタクト層１１および絶縁層１７上に配置され，露出された表面にダブルフロスト処理層３０ＤＦ（露出されたｎ型ＧａＡｓ層２５０をフロスト処理して形成された領域）を有するエピタキシャル成長層２６０と、エピタキシャル成長層２６０上に配置され，パターニングされたｎ型ＧａＡｓ層２５０と、ｎ型ＧａＡｓ層２５０上に配置され，同様にパターニングされた表面電極層２９とから構成されるＬＥＤ構造を備える。尚、シリコン基板構造において、シリコン基板２１の裏面には、チタン層２７０と、裏面電極層２８０が配置される。また、エピタキシャル成長層２６０とｎ型ＧａＡｓ層２５０の間には、後述する図６２、図６３に示すように、電流集中を防止するための阻止層３１０を配置しても良い。この場合の阻止層３１０の材料としては、ＧａＡｓを適用することができ、厚さは、例えば約５００ｎｍ程度である。
【０２９５】
第３の実施の形態の変形例４に係る半導体発光素子においても、図６１に示すように、金属層１５を用いて、シリコン基板構造と、エピタキシャル成長層からなるＬＥＤ構造を貼り付けると共に、溝部の金属層２００と金属層１５との間にはエアギャップ４０が存在することにより、シリコン基板２１の表面に配置された金属層２００と金属層１５との密着性を良好に保つことができ、反射率のよい金属反射層を形成することを可能にしている。
【０２９６】
エアギャップ４０を設けたことにより、金属層２００と金属層１５の接触面積は、全面を密着させる構造に比較して、減少している。熱圧着の圧力は、結果として、エアギャップ４０を設けたことにより、相対的に接触面積が低下した金属層２００と金属層１５の接触面積に加圧されることになり、金属層２００と金属層１５の熱圧着時において、貼り付け強度が高くなる。したがって、シリコン基板構造と、ＬＥＤ構造を貼り付けるに際して、エアギャップ４０が存在することにより、シリコン基板の表面に配置された金属層２００と金属層１５との密着性を良好に保つことができる。
【０２９７】
第３の実施の形態の変形例４に係る半導体発光素子によれば、エピタキシャル成長層２６０の表面にダブルフロスト処理技術を用いて凹凸形状のダブルフロスト処理層３０ＤＦを形成し、ＬＥＤの高輝度化を図ることができる。
【０２９８】
第３の実施の形態の変形例４に係る半導体発光素子によれば、ウェハボンディング技術を用いてシリコン基板構造とＬＥＤ構造を密着性を良好に保ちつつ貼り付けることができ、かつＡｕからなる金属層１５を用いることで光の反射率の良い金属反射層をＬＥＤ側の構造に形成することができるので、ＬＥＤの高輝度化を図ることができる。
【０２９９】
金属反射層は、予め、ＬＥＤ構造側に配置された金属層１５によって形成される。ＬＥＤからの放射光は、絶縁層１７と金属層１５との界面によってミラー面が形成されるため、当該ミラー面において反射される。金属コンタクト層１１は、金属層１５とエピタキシャル成長層２６０とのオーミックコンタクトを取るための層であるが、金属層１５とエピタキシャル成長層２６０との界面に介在し、絶縁層１７と同程度の厚さを有する。
【０３００】
（平面パターン構造）
第３の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるＬＥＤの模式的平面パターン構造も、図４１或いは図４２と同様の構造を適用可能である。
【０３０１】
（製造方法）
第３の実施の形態の変形例４に係る半導体発光素子の製造方法を以下に説明する。
【０３０２】
図５６乃至図６１は、第３の実施の形態の変形例４に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造を示す。
【０３０３】
（ａ）まず、図５４に示すように、貼付け用のシリコン基板構造、および図５５に示すように、貼付け用のＬＥＤ構造を準備する。
【０３０４】
シリコン基板２１の表面にＲＩＥ、もしくはウェットエッチングにより、ピッチＬ，幅Ｗを有するストライプ状の溝部を形成する。ストライプ状の溝部の幅Ｗは、例えば約１０μｍ，約３０μｍ，或いは約６０μｍ程度であり、ピッチＬは、例えば約１００μｍ，２００μｍ，４１０μｍ，１０００μｍ，或いは２０００μｍ程度である。尚、溝部は、ストライプ形状に限定されるものではなく、格子状、ドット状、渦巻き状、六角形パターン形状などであってもよい。また、溝部の深さは、ストライプの幅Ｗと同程度若しくは、浅くてもよい。上記エッチングの代りに、ＹＡＧレーザなどを用いて、レーザ光によるカッティング技術、ダイサーによるカッティング技術などを適用して、所定の深さに溝部をしてもよい。
【０３０５】
シリコン基板構造においては、表面に複数の溝部を形成したシリコン基板２１上にチタン層２２０およびＡｕなどからなる金属層２００をスパッタリング法、真空蒸着法などを用いて順次形成する。
【０３０６】
ＬＥＤ構造においては、ＧａＡｓ基板２３上のＡｌＩｎＧａＰ層２４０、ｎ型ＧａＡｓ層２５０、エピタキシャル成長層２６０は、ＭＢＥ法、ＭＯＣＶＤ法などを用いて順次形成する。次に、エピタキシャル成長層２６０上にリフトオフ法を用いて、パターニングされた絶縁層１７に対して、金属コンタクト層１１および金属層１５を形成する。
【０３０７】
（ｂ）次に、図５６に示すように、図５４に示す貼付け用のシリコン基板構造、および図５５に示す貼付け用のＬＥＤ構造を貼り付ける。貼り付け工程においては、例えばプレス機を用いて、熱圧着温度として約３４０℃程度、熱圧着の圧力として約１８ＭＰａ程度、熱圧着の時間として約１０分程度の条件で実施する。
【０３０８】
結果として、図５６に示すように、溝部の金属層２００と金属層１５との間には、エアギャップ４０が形成される。
【０３０９】
（ｃ）次に、図５７に示すように、シリコン基板２１の裏面に対して、チタン層２７０およびＡｕなどからなる裏面電極層２８０をスパッタリング法、真空蒸着法などを用いて順次形成する。チタン層２７０をＡｕ層とシリコン基板２１との間に介在させない場合、オーミックコンタクトをとるためにシンタリングを実施するとシリコン基板２１とＡｕ層との接合部のＡｕがＡｕＳｉシリサイドとなり反射率が低下する。したがって、チタン層２７０は、シリコン基板２１とＡｕ層との接着用の金属である。ＡｕＳｉシリサイド化を防ぐためには、バリアメタルとしてタングステン（Ｗ）が必要であり、そのときの構造として、基板側から、シリコン基板／Ｔｉ／Ｗ／Ａｕで金属層を形成する必要がある。
【０３１０】
（ｄ）次に、図５８に示すように、裏面電極層２８０をレジストなどで保護した後、ＧａＡｓ基板２３をエッチングにより除去する。例えばアンモニア／過酸化水素水からなるエッチング液を用い、エッチング時間は、約６５〜８５分程度である。ここで、ＡｌｌｎＧａＰ層２４０がエッチングストッパとして重要な働きをする。
【０３１１】
（ｅ）次に、図５９に示すように、塩酸系のエッチング液を用いて、ＡｌｌｎＧａＰ層２４０を除去する。エッチング時間は、例えば約１分半程度である。
【０３１２】
（ｆ）次に、図６０に示すように、表面電極層２９をスパッタリング法、真空蒸着法などを用いて形成後、パターニングする。表面電極層２９のパターンは金属コンタクト層１１のパターンに略一致させている。表面電極層２９の材料としては、例えばＡｕ／ＡｕＧｅ−Ｎｉ合金／Ａｕからなる積層構造を用いることができる。ここで、ｎ型ＧａＡｓ層２５０は表面電極層２９の剥がれ防止機能を有する。
【０３１３】
（ｇ）次に、図６１に示すように、ウェットエッチング技術によりダブルフロスト処理を実施する。その結果、表面電極層２９の直下のｎ型ＧａＡｓ層２５０以外のｎ型ＧａＡｓ層２５０の除去およびエピタキシャル成長層２６０表面に、ダブルフロスト処理層３０ＤＦを形成する。ダブルフロスト処理条件は、第１の実施の形態と同様に実施することができる。
【０３１４】
尚、チタン層２２０およびチタン層２７０の代りとして、例えばタングステン（Ｗ）バリアメタル、白金（Ｐｔ）バリアメタルなどを用いることもできる。
【０３１５】
以上の説明により、図６１に示すように、表面に複数の溝部を形成したシリコン基板２１を用いた第３の実施の形態の変形例４に係る半導体発光素子が完成される。
【０３１６】
（変形例５・６）
図６２は、第３の実施の形態の変形例５に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造を示す。また、図６３は、第３の実施の形態の変形例６に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造を示す。
【０３１７】
第３の実施の形態の変形例５に係る半導体発光素子は、図６２に示すように、図５４に示したシリコン基板構造と同様の構造を有するＧａＡｓ基板構造と、図５５に示したＬＥＤ構造をウェハボンディング技術によって互いに貼り付けて形成する。
【０３１８】
すなわち、第３の実施の形態の変形例５に係る半導体発光素子は、図６２に示すように、表面に複数の溝部を形成したＧａＡｓ基板１０と、ＧａＡｓ基板１０の表面,溝部の側壁および溝部の底面上に配置される金属バッファ層（ＡｕＧｅ−Ｎｉ合金層）３２０と、金属バッファ層３２０上に配置される金属層（Ａｕ層）３３０とから構成されるＧａＡｓ基板構造と、金属層３３０上に配置される金属層１５と、金属層１５上に配置され，パターニングされた金属コンタクト層１１および絶縁層１７と、パターニングされた金属コンタクト層１１および絶縁層１７上に配置され，露出された表面にダブルフロスト処理層３０ＤＦ（露出されたｎ型ＧａＡｓ層２５０をダブルフロスト処理して形成された層）を有するエピタキシャル成長層２６０と、エピタキシャル成長層２６０上に配置され，パターニングされたｎ型ＧａＡｓ層２５０と、ｎ型ＧａＡｓ層２５０上に配置され，同様にパターニングされた表面電極層２９とから構成されるＬＥＤ構造を備える。
【０３１９】
尚、ＧａＡｓ基板構造において、ＧａＡｓ基板１０の裏面には、金属バッファ層（ＡｕＧｅ−Ｎｉ合金層）３４０と、裏面電極層３５０が配置される。また、エピタキシャル成長層２６０とｎ型ＧａＡｓ層２５０の間には、図６３に示すように、電流集中を防止するための阻止層３１０を配置しても良い。この場合の阻止層３１０の材料としては、ＧａＡｓを適用することができ、厚さは、例えば約５００ｎｍ程度である。
【０３２０】
第３の実施の形態の変形例５に係る半導体発光素子においても、図６２に示すように、ＧａＡｓ基板１０の表面上の金属層（Ａｕ層）３３０と金属層１５を用いて、ＧａＡｓ基板構造と、エピタキシャル成長層からなるＬＥＤ構造を貼り付けると共に、溝部の金属層３３０と金属層１５との間にはエアギャップ４０が存在することにより、ＧａＡｓ基板１０の表面に配置された金属層３３０と金属層１５との密着性を良好に保つことができ、反射率のよい金属反射層を形成することを可能にしている。エアギャップ４０を設けたことにより、金属層３３０と金属層１５の接触面積は、全面を密着させる構造に比較して、減少している。熱圧着の圧力は、結果として、エアギャップ４０を設けたことにより、相対的に接触面積が低下した金属層３３０と金属層１５の接触面積に加圧されることになり、金属層３３０と金属層１５の熱圧着時において、貼り付け強度が高くなる。
【０３２１】
したがって、ＧａＡｓ基板構造と、ＬＥＤ構造を貼り付けるに際して、エアギャップ４０が存在することにより、ＧａＡｓ基板の表面に配置された金属層３３０と金属層１５との密着性を良好に保つことができる。
【０３２２】
金属反射層は、予め、ＬＥＤ構造側に配置された金属層１５によって形成される。ＬＥＤからの放射光は、絶縁層１７と金属層１５との界面によってミラー面が形成されるため、当該ミラー面において反射される。金属コンタクト層１１は、金属層１５とエピタキシャル成長層２６０とのオーミックコンタクトを取るための層であるが、金属層１５とエピタキシャル成長層２６０との界面に介在し、絶縁層１７と同程度の厚さを有する。
【０３２３】
図６２および図６３の構造において、ＧａＡｓ基板１０の裏面に形成される金属バッファ層３４０は、例えばＡｕＧｅ−Ｎｉ合金層で形成され、厚さは約１００ｎｍ程度である。また、裏面電極層３５０は、Ａｕ層で形成され、厚さは約５００ｎｍ程度である。ＧａＡｓ基板１０の表面に形成される金属バッファ層３２０は、例えばＡｕＧｅ−Ｎｉ合金層で形成され、厚さは約１００ｎｍ程度である。さらに金属層３３０は、Ａｕ層で形成され、厚さは約１μｍ程度である。
【０３２４】
図５４乃至図６１に示された第３の実施の形態の変形例４に係る半導体発光素子の製造方法の各工程は、第３の実施の形態の変形例５・６に係る半導体発光素子の製造方法においても同様であるため説明を省略する。
【０３２５】
第３の実施の形態の変形例５・６に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるＬＥＤの模式的平面パターン構造も、図４１或いは図４２と同様の構造を適用可能である。
【０３２６】
第３の実施の形態の変形例５・６に係る半導体発光素子によれば、エピタキシャル成長層２６０の表面にダブルフロスト処理技術を用いて凹凸形状のダブルフロスト処理層３０ＤＦを形成し、ＬＥＤの高輝度化を図ることができる。
【０３２７】
第３の実施の形態の変形例５・６に係る半導体発光素子によれば、ウェハボンディング技術を用いてＧａＡｓ基板構造とＬＥＤ構造を密着性を良好に保ちつつ貼り付けることができ、かつＡｕからなる金属層１５を用いることで光の反射率の良い金属反射層をＬＥＤ側の構造に形成することができるので、ＬＥＤの高輝度化を図ることができる。
【０３２８】
また、第３の実施の形態の変形例４および変形例５・６に係る半導体発光素子においても第３の実施の形態の変形例２において説明した、絶縁層１７と金属層１５との間に、ＡｇやＡｌなどからなる金属バッファ層１８（図４９参照）を形成することも有効である。ＡｇやＡｌなどからなる金属バッファ層１８を形成することで、Ａｕでは反射率の低い紫外線などの短波長の光を効率よく反射することができるからである。
【０３２９】
第３の実施の形態の変形例４および変形例５・６に係る半導体発光素子およびその製造方法によれば、金属反射層と半導体層との間に透明な絶縁層１７を介在させることにより、エピタキシャル成長層２６０と金属層１５との接触を避け、光の吸収を防ぎ、反射率の良い金属反射層を形成することができるので、ＬＥＤの高輝度化を図ることができる。
【０３３０】
また、第３の実施の形態の変形例４および変形例５・６に係る半導体発光素子およびその製造方法によれば、絶縁層１７と金属層１５・２００との間に、ＡｇやＡｌなどからなる金属バッファ層を形成することで、Ａｕでは反射率の低い紫外線などの短波長の光を効率よく反射することができ、ＬＥＤの高輝度化を図ることができる。
【０３３１】
また、第３の実施の形態の変形例４および変形例５・６に係る半導体発光素子およびその製造方法によれば、エピタキシャル成長層２６０と金属層１５との接触を避け、エピタキシャル成長層２６０と金属反射層の界面において光が吸収されないため、ＬＥＤの高輝度化を図ることができる。
【０３３２】
第３の実施の形態の変形例４および変形例５・６に係る半導体発光素子およびその製造方法によれば、シリコン基板若しくはＧａＡｓ基板への光の吸収を防ぐために、反射層に金属を用いて光を全反射させ、シリコン基板若しくはＧａＡｓ基板への吸収を防ぎ、あらゆる角度の光を反射することが可能になるので、ＬＥＤを高輝度化することができる。
【０３３３】
[第４の実施の形態]
（素子構造）
図６４は、第４の実施の形態に係る半導体発光素子に適用されるシリコン基板の模式的断面構造を示す。また、第４の実施の形態に係る半導体発光素子に適用されるＬＥＤの模式的断面構造は、図５５と同様であるため、図示を省略する。
【０３３４】
第４の実施の形態に係る半導体発光素子に適用されるシリコン基板２１は、図６４に示すように、シリコン基板２１と、シリコン基板２１の表面に配置されたチタン（Ｔｉ）層２２０と、チタン（Ｔｉ）層２２０をの表面に配置された金属層２００を備える。
【０３３５】
図６４の構造において、シリコン基板２１の厚さは、例えば約１３０μｍ程度であり、金属層２００は、例えばＡｕ層によって形成され、厚さは約２．５μｍ程度である。
【０３３６】
第４の実施の形態に係る半導体発光素子は、図７０に示すように、図６４に示したシリコン基板構造と、図５５に示したＬＥＤ構造をウェハボンディング技術によって互いに貼り付けて形成する。
【０３３７】
すなわち、第４の実施の形態に係る半導体発光素子は、図７０に示すように、シリコン基板２１と、シリコン基板２１上に配置されるチタン層２２０と、チタン層２２０上に配置される金属層２００とから構成されるシリコン基板構造と、金属層２００上に配置される金属層１５と、金属層１５上に配置され，パターニングされた金属コンタクト層１１および絶縁層１７と、パターニングされた金属コンタクト層１１および絶縁層１７上に配置され，露出された表面にダブルフロスト処理層３０ＤＦ（露出されたｎ型ＧａＡｓ層２５０をダブルフロスト処理して形成された層）を有するエピタキシャル成長層２６０と、エピタキシャル成長層２６０上に配置され，パターニングされたｎ型ＧａＡｓ層２５０と、ｎ型ＧａＡｓ層２５０上に配置され，同様にパターニングされた表面電極層２９とから構成されるＬＥＤ構造を備える。尚、シリコン基板構造において、シリコン基板２１の裏面には、チタン層２７０と、裏面電極層２８０が配置される。また、エピタキシャル成長層２６０とｎ型ＧａＡｓ層２５０の間には、後述する図７１、図７２に示すように、電流集中を防止するための阻止層３１０を配置しても良い。この場合の阻止層３１０の材料としては、ＧａＡｓを適用することができ、厚さは、例えば約５００ｎｍ程度である。
【０３３８】
第４の実施の形態に係る半導体発光素子においても、図７０に示すように、金属層１５を用いて、シリコン基板構造と、エピタキシャル成長層からなるＬＥＤ構造を貼り付けることにより、反射率のよい金属反射層を形成することを可能にしている。金属反射層は、予め、ＬＥＤ構造側に配置された金属層１５によって形成される。ＬＥＤからの放射光は、絶縁層１７と金属層１５との界面によってミラー面が形成されるため、当該ミラー面において反射される。金属コンタクト層１１は、金属層１５とエピタキシャル成長層２６０とのオーミックコンタクトを取るための層であるが、金属層１５とエピタキシャル成長層２６０との界面に介在し、絶縁層１７と同程度の厚さを有する。
【０３３９】
（平面パターン構造）
第４の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法に適用されるＬＥＤの模式的平面パターン構造も、図４１或いは図４２と同様の構造を適用可能である。
【０３４０】
（製造方法）
第４の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法を以下に説明する。
【０３４１】
図６５乃至図７０は、第４の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造を示す。
【０３４２】
（ａ）まず、図６４に示すように、貼付け用のシリコン基板構造、および図５５に示すように、貼付け用のＬＥＤ構造を準備する。
【０３４３】
シリコン基板構造においては、シリコン基板２１上にチタン層２２０およびＡｕなどからなる金属層２００をスパッタリング法、真空蒸着法などを用いて順次形成する。
【０３４４】
ＬＥＤ構造においては、ＧａＡｓ基板２３上のＡｌＩｎＧａＰ層２４０、ｎ型ＧａＡｓ層２５０、エピタキシャル成長層２６０は、ＭＢＥ法、ＭＯＣＶＤ法などを用いて順次形成する。次に、エピタキシャル成長層２６０上にリフトオフ法を用いて、パターニングされた絶縁層１７に対して、金属コンタクト層１１および金属層１５を形成する。
【０３４５】
（ｂ）次に、図６５に示すように、図６４に示す貼付け用のシリコン基板構造、および図５５に示す貼付け用のＬＥＤ構造を貼り付ける。貼り付け工程においては、例えばプレス機を用いて、熱圧着温度として約３４０℃程度、熱圧着の圧力として約１８ＭＰａ程度、熱圧着の時間として約１０分程度の条件で実施する。
【０３４６】
（ｃ）次に、図６６に示すように、シリコン基板２１の裏面に対して、チタン層２７０およびＡｕなどからなる裏面電極層２８０をスパッタリング法、真空蒸着法などを用いて順次形成する。チタン層２７０をＡｕ層とシリコン基板２１との間に介在させない場合、オーミックコンタクトをとるためにシンタリングを実施するとシリコン基板２１とＡｕ層との接合部のＡｕがＡｕＳｉシリサイドとなり反射率が低下する。したがって、チタン層２７０は、シリコン基板２１とＡｕ層との接着用の金属である。ＡｕＳｉシリサイド化を防ぐためには、バリアメタルとしてタングステン（Ｗ）が必要であり、そのときの構造として、基板側から、シリコン基板／Ｔｉ／Ｗ／Ａｕで金属層を形成する必要がある。
【０３４７】
（ｄ）次に、図６７に示すように、裏面電極層２８０をレジストなどで保護した後、ＧａＡｓ基板２３をエッチングにより除去する。例えばアンモニア／過酸化水素水からなるエッチング液を用い、エッチング時間は、約６５〜８５分程度である。ここで、ＡｌｌｎＧａＰ層２４０がエッチングストッパとして重要な働きをする。
【０３４８】
（ｅ）次に、図６８に示すように、塩酸系のエッチング液を用いて、ＡｌｌｎＧａＰ層２４０を除去する。エッチング時間は、例えば約１分半程度である。
【０３４９】
（ｆ）次に、図６９に示すように、表面電極層２９をスパッタリング法、真空蒸着法などを用いて形成後、パターニングする。表面電極層２９のパターンは金属コンタクト層１１のパターンに略一致させている。表面電極層２９の材料としては、例えばＡｕ／ＡｕＧｅ−Ｎｉ合金／Ａｕからなる積層構造を用いることができる。ここで、ｎ型ＧａＡｓ層２５０は表面電極層２９の剥がれ防止機能を有する。
【０３５０】
（ｇ）次に、図７０に示すように、フロスト処理を実施して、表面電極層２９の直下のｎ型ＧａＡｓ層２５０以外のｎ型ＧａＡｓ層２５０の除去およびエピタキシャル成長層２６０表面に、ダブルフロスト処理層３０ＤＦを形成する。ダブルフロスト処理条件は、第１の実施の形態と同様に実施することができる。
【０３５１】
尚、チタン層２２０およびチタン層２７０の代りとして、例えばタングステン（Ｗ）バリアメタル、白金（Ｐｔ）バリアメタルなどを用いることもできる。
【０３５２】
以上の説明により、図７０に示すように、シリコン基板２１を用いた本発明の第４の実施の形態に係る半導体発光素子が完成される。
【０３５３】
第４の実施の形態に係る半導体発光素子によれば、エピタキシャル成長層２６０の表面にダブルフロスト処理技術を用いて凹凸形状のダブルフロスト処理層３０ＤＦを形成し、ＬＥＤの高輝度化を図ることができる。
【０３５４】
（変形例１・２）
第４の実施の形態の変形例１に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造は、図７１に示すように表され、変形例２に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造は、図７２に示すように表される。
【０３５５】
第４の実施の形態の変形例１に係る半導体発光素子は、図７２に示すように、図６４に示したシリコン基板構造と、図５５に示したＬＥＤ構造をウェハボンディング技術によって互いに貼り付けて形成する。
【０３５６】
すなわち、第４の実施の形態の変形例１に係る半導体発光素子は、図７０に示すように、ＧａＡｓ基板１０と、ＧａＡｓ基板１０上に配置される金属バッファ層（ＡｕＧｅ−Ｎｉ合金層）３２０と、金属バッファ層３２０上に配置される金属層（Ａｕ層）３３０とから構成されるＧａＡｓ基板構造と、金属層３３０上に配置される金属層１５と、金属層１５上に配置され，パターニングされた金属コンタクト層１１および絶縁層１７と、パターニングされた金属コンタクト層１１および絶縁層１７上に配置され，露出された表面にダブルフロスト処理層３０ＤＦ（露出されたｎ型ＧａＡｓ層２５０をダブルフロスト処理して形成された領域）を有するエピタキシャル成長層２６０と、エピタキシャル成長層２６０上に配置され，パターニングされたｎ型ＧａＡｓ層２５０と、ｎ型ＧａＡｓ層２５０上に配置され，同様にパターニングされた表面電極層２９とから構成されるＬＥＤ構造を備える。尚、ＧａＡｓ基板構造において、ＧａＡｓ基板１０の裏面には、金属バッファ層（ＡｕＧｅ−Ｎｉ合金層）３４０と、裏面電極層３５０が配置される。また、エピタキシャル成長層２６０とｎ型ＧａＡｓ層２５０の間には、図７２に示すように、電流集中を防止するための阻止層３１０を配置しても良い。この場合の阻止層３１０の材料としては、ＧａＡｓを適用することができ、厚さは、例えば約５００ｎｍ程度である。
【０３５７】
第４の実施の形態の変形例１に係る半導体発光素子においても、図７１に示すように、金属層１５を用いて、ＧａＡｓ基板構造と、エピタキシャル成長層からなるＬＥＤ構造を貼り付けることにより、反射率のよい金属反射層を形成することを可能にしている。金属反射層は、予め、ＬＥＤ構造側に配置された金属層１５によって形成される。ＬＥＤからの放射光は、絶縁層１７と金属層１５との界面によってミラー面が形成されるため、当該ミラー面において反射される。金属コンタクト層１１は、金属層１５とエピタキシャル成長層２６０とのオーミックコンタクトを取るための層であるが、金属層１５とエピタキシャル成長層２６０との界面に介在し、絶縁層１７と同程度の厚さを有する。
【０３５８】
図７１および図７２の構造において、ＧａＡｓ基板１０の裏面に形成される金属バッファ層３４０は、例えばＡｕＧｅ−Ｎｉ合金層で形成され、厚さは約１００ｎｍ程度である。また、裏面電極層３５０は、Ａｕ層で形成され、厚さは約５００ｎｍ程度である。ＧａＡｓ基板１０の表面に形成される金属バッファ層３２０は、例えばＡｕＧｅ−Ｎｉ合金層で形成され、厚さは約１００ｎｍ程度である。さらに金属層３３０は、Ａｕ層で形成され、厚さは約１μｍ程度である。
【０３５９】
図６５乃至図７０に示された第４の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法の各工程は、第４の実施の形態の変形例１・２に係る半導体発光素子の製造方法においても同様である。
【０３６０】
第４の実施の形態の変形例１・２に係る半導体発光素子に適用されるＬＥＤの模式的平面パターン構造も、図４１或いは図４２と同様の構造を適用可能である。
【０３６１】
また、第４の実施の形態およびその変形例に係る半導体発光素子においても第２の実施の形態の変形例において説明した、絶縁層１７と金属層１５との間に、ＡｇやＡｌなどからなる金属バッファ層１８（図４９参照）を形成することも有効である。ＡｇやＡｌなどからなる金属バッファ層１８を形成することで、Ａｕでは反射率の低い紫外線などの短波長の光を効率よく反射することができ、ＬＥＤの高輝度化を図ることができる。
【０３６２】
第４の実施の形態およびその変形例に係る半導体発光素子によれば、金属反射層と半導体層との間に透明な絶縁層１７を介在させることにより、エピタキシャル成長層２６０と金属層１５との接触を避け、光の吸収を防ぎ、反射率の良い金属反射層を形成することができるので、ＬＥＤの高輝度化を図ることができる。
【０３６３】
第４の実施の形態およびその変形例１・２に係る半導体発光素子によれば、エピタキシャル成長層２６０と金属層１５との接触を避け、エピタキシャル成長層２６０と金属反射層の界面において光が吸収されないため、ＬＥＤの高輝度化を図ることができる。
【０３６４】
第４の実施の形態の変形例１・２に係る半導体発光素子によれば、エピタキシャル成長層２６０の表面にダブルフロスト処理技術を用いて凹凸形状のダブルフロスト処理層３０ＤＦを形成し、ＬＥＤの高輝度化を図ることができる。
【０３６５】
第４の実施の形態およびその変形例１・２に係る半導体発光素子によれば、シリコン基板若しくはＧａＡｓ基板への光の吸収を防ぐために、反射層に金属を用いて光を全反射させ、シリコン基板若しくはＧａＡｓ基板への吸収を防ぎ、あらゆる角度の光を反射することが可能になるので、ＬＥＤを高輝度化することができる。
【０３６６】
第１〜第４の実施の形態において、フロスト処理は、２回行う例をダブルフロスト処理ＤＦとして記載したが、２回に限定されるものではない。複数回実施しても良い。この場合には、マルチフロスト処理ＭＦモードとなる。また、さらにＭＦ処理モードにおいても、エッチング処理モードＥＭとフロスト処理モードＦＭを複数回繰り返しても良い。
【０３６７】
以上説明したように、本発明によれば、ＬＥＤ素子表面に複数回フロスト処理を導入することによって、輝度が向上した半導体発光素子を提供することができる。
【０３６８】
[その他の実施の形態]
上記のように、本発明は第１乃至第４の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
【０３６９】
本発明の第１乃至第４の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法においては、半導体基板として主としてシリコン基板、ＧａＡｓ基板を例に説明したが、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＧａＮ基板、或いはＳｉＣ上のＧａＮエピタキシャル基板なども充分に利用可能である。
【０３７０】
本発明の第１乃至第４の実施の形態に係る半導体発光素子として、主としてＬＥＤを例に説明したが、レーザダイオード（ＬＤ:Laser Diode）を構成してもよく、その場合には、分布帰還型（ＤＦＢ：Distributed Feedback）ＬＤ、分布ブラッグ反射型（ＤＢＲ）ＬＤ、面発光ＬＤなどを構成しても良い。
【０３７１】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【産業上の利用可能性】
【０３７２】
本発明の半導体発光素子は、ＬＥＤ全般に適用可能であり、ＧａＡｓ基板、Ｓｉ基板等の不透明基板を有するＬＥＤ素子、さらには、ＬＤ素子等の半導体発光素子全般に利用可能である。
【符号の説明】
【０３７３】
１、５、１５、４１、２００、３３０…金属層
２、４、１８、４２、３２０、３４０…金属バッファ層
３…ｐ型ＧａＡｓ層
６…ｎ型ＧａＡｓ層
１０、２１、２３…基板
１１…ＯＤＲ金属層（金属コンタクト層、ＡｕＢｅ−Ｎｉ合金）
１２、１６…ウィンドウ層／コンタクト層
１２Ｃ、１６Ｃ…コンタクト層
１２Ｗ…ウィンドウ層
１２ＣＬ、１６ＣＬ…クラッド層
１３…分布ブラック反射（ＤＢＲ）層
１４…多重量子井戸（ＭＱＷ）層（発光層）
１７…絶縁層
２０、２９…表面電極層
２０Ｄ…非形成領域
２２、２８０、３５０…裏面電極層
２４…透明電極層
２５、３２…周辺電極
２６…結合電極
２７…中心電極
２８…開口部
３０Ｆ、３０ＤＦ、３０ＤＦ１、３０ＤＦ２…フロスト処理層
３１…添加剤
４０…溝部（エアギャップ（空隙））
４０Ｄ…基板ステップ構造
１００…ウェハ
１００Ａ…エッチングマスク領域
１００Ｂ…エッチング領域
２２０、２７０…チタン（Ｔｉ）層
２４０…ＡｌＩｎＧａＰ層
２５０…ｎ型ＧａＡｓ層
２６０…エピタキシャル成長層
３１０…阻止層
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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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１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【図７２】
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