(57)【要約】【課題】発光素子内部から発せられた光を高い効率をもって外部に放出せることが可能な半導体発光素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】  発光構造体の光放出面において互いに隣接して形成されている錐状凸部の側面で囲まれた凹部に、その上面が反射面となるように、この発光構造体よりも光屈折率が低い材料又は金属材料を錐状凸部の頂上より低い位置まで充填する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体層の表面を加工してなる円錐状又は多角錐状の複数の錐状凸部が隣接して形成されている光放出面を有する発光構造体を有し、
互いに隣接する前記錐状凸部の側面で囲まれる凹部には、上面が反射面となるように前記発光構造体の光屈折率よりも低い光屈折率の材料又は金属材料が前記錐状凸部の頂上より低い位置まで充填されてなる充填部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】
前記複数の錐状凸部の表面に、前記発光構造体よりも低い光屈折率を有する透明保護膜が形成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３】
前記充填部の上面は平坦であることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記光放出面は、前記透明保護膜及び前記充填部のいずれよりも光屈折率が高い透明樹脂層に覆われていることを特徴とする請求項３に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記発光構造体は、第１導電型の第１の半導体層と、活性層と、前記第１導電型とは逆導電型の第２導電型の第２の半導体層とが積層されてなる発光ダイオード（ＬＥＤ）層からなり、
前記錐状凸部は、前記第１の半導体層の表面に形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記半導体層は窒化物半導体であり、
前記錐状凸部は、結晶構造由来の六角錐構造を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記充填部は、光透過性の絶縁材を含むことを特徴とする請求項２〜６のいずれか１に記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記充填部は、光反射性を有する金属を含むことを特徴とする請求項２〜６のいずれか１に記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記透明保護膜は、前記充填部の上面及び前記錐状凸部各々の表面に形成されていることを特徴とする請求項８に記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記透明保護膜は、前記錐状凸部各々の全表面に形成されており、前記充填部は、前記凹部の前記透明保護膜上に形成されていることを特徴とする請求項８に記載の半導体発光素子。
【請求項１１】
前記透明保護膜は、前記充填部の上面を除く前記錐状凸部各々の表面に形成されており、
前記充填部の側面が前記発光構造体の表面に対して垂直な面であることを特徴とする請求項８に記載の半導体発光素子。
【請求項１２】
発光構造体の表面に円錐状又は多角錐状の複数の錐状凸部を形成する工程と、
互いに隣接する前記錐状凸部の側面で囲まれる凹部に、前記発光構造体の光屈折率よりも低い光屈折率の材料を前記錐状凸部の頂上より低い位置まで充填する工程と、を含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光素子の内部で発生した光を効率良く外部へ放出させるべく、その光放出面に複数の錐状の突起、いわゆるマイクロコーンを形成するようにした半導体発光素子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。かかるマイクロコーンによれば、発光素子の内部で発生した光が光放出面で全反射してしまう分を低減することができるので、半導体発光素子の外部量子効率を高めることが可能となる。尚、このような半導体発光素子は、外部の埃、或いは水分からこれを保護する為に、例えばＳｉＯ2（二酸化ケイ素）又はＳｉＮ（窒化ケイ素）等の絶縁性の透明絶縁材で覆われている場合がある。更に、半導体発光素子は、半導体発光装置に搭載される際、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の透明樹脂で封止される場合がある。この際、発光素子の内部で発せられた光は、透明絶縁材及び透明樹脂層を介して外部に放射されることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１８６３３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、透明樹脂層の光屈折率が外部（空気）の光屈折率よりも高いと、発光素子から発せられた光の一部は透明樹脂層と空気との界面で反射し、発光素子の光放出面側に戻ってしまう場合があった。また、透明樹脂層内に混色発光のための蛍光体や光散乱材を分散させた場合は、この蛍光体や光散乱材に当たって散乱した光も一部、発光素子の光放出面に戻ってしまう。この際、マイクロコーンが密集して形成されていると、互いに隣接するマイクロコーン各々の側面に囲まれた凹部を介してその戻り光が発光素子内部へ吸収されてしまい、その分だけ発光効率が低下するという問題が生じた。
【０００５】
本発明は、上記した点に鑑みてなされたものであり、半導体発光素子内部から発せられた光を高い効率をもって外部に放出せることが可能な半導体発光素子及びその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る半導体発光素子は、半導体層の表面を加工してなる円錐状又は多角錐状の複数の錐状凸部が隣接して形成されている光放出面を有する発光構造体を有し、互いに隣接する前記錐状凸部の側面で囲まれる凹部には、上面が反射面となるように前記発光構造体の光屈折率よりも低い光屈折率の材料又は金属材料が前記錐状凸部の頂上より低い位置まで充填されてなる充填部が形成されている。
【０００７】
また、本発明に係る半導体発光素子の製造方法は、発光構造体の表面に円錐状又は多角錐状の複数の錐状凸部を形成する工程と、互いに隣接する前記錐状凸部の側面で囲まれる凹部に、前記発光構造体の光屈折率よりも低い光屈折率の材料を前記錐状凸部の頂上より低い位置まで充填する工程と、を含む。
【０００８】
このように、本発明に係る半導体発光素子では、発光構造体の光放出面において互いに隣接して形成されている錐状凸部各々の側面で囲まれた凹部に、その上面が反射面となるようにこの発光構造体よりも光屈折率が低い材料又は金属材料を、錐状凸部の頂上より低い位置まで充填している。これにより、光放出面への戻り光は、錐状凸部の側面、充填部の上面、及び錐状凸部の側面を順に反射して外部方向に射出されるようになる。
【０００９】
よって、本発明によれば、発光構造体から発せられた光を高い光取り出し効率で外部に放出させるべく光放出面に複数の錐状凸部を密集形成したことに起因する、発光構造体への戻り光の吸収分を低減させることができるので、発光効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る発光素子１０を含む発光ユニット１００の構成を示す断面図である。
【図２】本発明に係る発光素子１０の一例を示す断面図である。
【図３】光放出面の一部を拡大して示す図である。
【図４】光放出面に形成されている錐状凸部２０及びマイクロコーン３０の形状、及び錐状凸部２０及びマイクロコーン３０の配置パターンの一例を示す図である。
【図５】発光素子１０の製造手順を示す製造フロー図である。
【図６】発光素子１０の製造過程毎の断面を示す断面図である。
【図７】発光素子１０の製造過程毎の断面を示す断面図である。
【図８】透明保護膜及び充填部の製造過程毎の光放出面の断面を抜粋して示す図である。
【図９】発光素子１０から充填部２１を省いた場合、及び充填部２１を有する場合の各々での光放出面周辺の戻り光の進行経路の一例を示す図である。
【図１０】充填部２１に対してほぼ垂直に戻り光りが入射した場合における戻り光の進行経路、及び充填部２１に代えて反射充填部２１０を形成した場合における戻り光の進行経路の一例を示す図である。
【図１１】発光素子１０の他の一例を示す断面図である。
【図１２】図１１に示す発光素子１０の第１の変形例を示す断面図である。
【図１３】図１２に示す発光素子１０での光放出面周辺の戻り光の進行経路の一例を示す図である。
【図１４】図１１に示す発光素子１０の第２の変形例を示す断面図である。
【図１５】図１４に示す発光素子１０での光放出面周辺の戻り光の進行経路の一例を示す図である。
【図１６】図１１に示す発光素子１０の第３の変形例を示す断面図である。
【図１７】図１６に示す発光素子１０での光放出面周辺の戻り光の進行経路の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明に係る半導体発光素子としての発光素子１０を含む発光ユニット１００の構成を示す断面図である。図１に示すように、発光ユニット１００は、パッケージ１、リードフレーム２、３、導電ワイヤ４、透明樹脂層５、及び発光素子１０を含んだ構造を有している。
【００１２】
パッケージ１は凹形状を有し、その窪み部の底面には、導電性のリードフレーム２及び３が形成されている。発光素子１０は、リードフレーム２上に固着されており、その上部には導電ワイヤ４の一端が接続されている。導電ワイヤ４の他端はリードフレーム３に接続されている。リードフレーム２及び３各々の一端は、パッケージ１を貫通してこのパッケージ１の外部に露出している。透明樹脂層５は、リードフレーム２及び３の一部、導電ワイヤ４、発光素子１０を、エポキシ樹脂又はシリコーン樹脂等の透光性樹脂によって樹脂封止して形成されたものである。尚、発光素子１０自体が発する光と異なる色調の光を外部放出させたい場合には、透明樹脂層５に所望の色調の蛍光を発する一種又は複数種の蛍光体を適宜混合させるようにしても良い。
【００１３】
かかる構成により、リードフレーム２及び３間に駆動電圧を印加すると、発光素子１０が発光し、その光が透明樹脂層５を介して外部に放射される。
【００１４】
図２は、発光素子１０の構造を示す断面図である。図２に示すように、発光素子１０は、支持体１１、ｐ電極１２、ｐ型半導体層１３、活性層１４、ｎ型半導体層１５、透明保護膜１６及びｎ電極１７を含んだ構造を有する。
【００１５】
支持体１１は、リードフレーム２上に形成されており、例えば、ホウ素が添加されたシリコンウエハ、Ｇｅ（ゲルマニウム）等の半導体ウエハ、或いはＣｕ（銅）、ＣｕＷ（銅タングステン）等の金属膜からなる。支持体１１は、発光素子１０をリードフレーム２に固着すると共に、このリードフレーム２を介して電源（図示せぬ）から供給された駆動電流を、下記のｐ電極１２導出する役目を担う。尚、リードフレーム２との接合を容易にする為に、この支持体１１の底面にＡｕ（金）等の金属膜が形成されていても良い。
【００１６】
ｐ電極１２は、支持体１１上に形成されており、光反射率の高い、例えば、Ａｇ（銀）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｐｔ（プラチナ）、又はＲｈ（ロジウム）等の金属、或いはこれらの金属を含む合金を用いた単層膜若しくは積層膜からなる。すなわち、ｐ電極１２は、ｐ型半導体層１３へ駆動電流を供給すると共に、活性層１４で発生した光を光放出面（後述する）側へ反射する機能を有する。尚、ｐ電極１２と、ｐ−ＧａＮ層１３との間に例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）又はＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）等の透明導電性酸化物を挿入することにより、電気的接触を向上させるようにしても良い。
【００１７】
ｐ型半導体層１３は、ｐ電極１２の表面全体を覆うように形成されており、例えばＭｇ（マグネシウム）のようなｐ型ドーパントが添加された、膜厚が約１５０ｎｍのｐ型のＧａＮ（窒化ガリウム）系半導体結晶膜からなる半導体層である。活性層１４は、ｐ型半導体層１３上に形成されており、例えばＩｎＧａＮ（インジウム窒化ガリウム）結晶からなる井戸層と、この井戸層よりもＩｎ組成（Ｘ）の小さいＩｎXＧａ(1-X)Ｎ結晶、又はＧａＮ結晶からなる障壁層とが交互に積層されてなる、いわゆる多重量子井戸構造（MQW:Multiple Quantum Well）を有する多層膜からなる。ｎ型半導体層１５は、活性層１４上に形成されており、例えばＳｉ（シリコン）のようなｎ型ドーパントが添加された、膜厚が約１０μｍのｎ型のＧａＮ系半導体結晶膜からなる半導体層である。
【００１８】
上記した如く積層されたｐ型半導体層１３、活性層１４及びｎ型半導体層１５により、発光構造体としてのＬＥＤ（発光ダイオード）層１９が形成される。尚、ｎ型半導体層１５において、このｎ型半導体層１５と活性層１４との界面に対向する面、すなわち、ｎ型半導体層１５の表面が、活性層１４から放出された光を外部に放出させる光放出面となる。つまり、この面が、発光構造体であるＬＥＤ層１９の光放出面となる。
【００１９】
かかる光放出面には、夫々が円錐又は多角錐からなる複数の錐状凸部２０が隣接して形成されている。この際、図３に示すように、錐状凸部２０の底面の最大径ｄ１及び高さｈ１は、製造の容易性（製造時間、歩留まり、再現性等）及び光取出効果（後述する）を考慮して、約１．５μｍ〜４μｍとなっており、その側面（斜面）と底面との傾斜角Ａ１は約６０度となっている。錐状凸部２０各々の形状は、例えば図４（a）の破線に示すような六角錐であり、この六角錐状の錐状凸部２０が、ｎ型半導体層１５の光放出面において、例えば図４（ｂ）に示すように三角格子状の配置パターンで形成されている。尚、図４（ａ）は、六角錐状の錐状凸部２０各々の内の１つを抜粋してこれを斜め上方から眺めた透視図であり、図４（ｂ）は、光放出面を真上側から眺めた上面図である。ここで、錐状凸部２０を配置するパターンは、後に充填部２１（後述する）を対応した位置に形成できるようにすべく予め決められた任意のパターンである。この任意のパターンとしては、上記した三角格子状、又は四角格子状のような規則性を有するパターン、或いは周期的な配列を持たないランダムなパターンであっても良い。実際には、規則性を有するパターンを利用するのが好ましく、これにより、発光素子製造時のフォトリソグラフィでのパターンの重ね合わせが容易となると共に、錐状凸部２０の形成密度、形状、大きさを揃えることが可能となり、発光ムラの少ない発光素子が得られるようになる。ところで、錐状凸部２０としては、III族窒化物結晶構造由来の六角錐状のものを採用することができる。この場合には、ｎ型半導体層１５の光放出面において三角格子状に配列させることで光放出面上に最も密に錐状凸部２０を配置できるため、光取り出し効率が向上する。
【００２０】
更に、このｎ型半導体層１５の光放出面において、互いに隣接する錐状凸部２０の側面で囲まれた例えばＶ字状の凹部には、発光構造体としてのＬＥＤ層１９よりも光屈折率が低い、好ましくは透明樹脂層５よりも光屈折率が低い光透過性の絶縁材が充填された充填部２１が形成されている。例えば、ＬＥＤ層１９を為す主材料が光屈折率約２．４を有する一般的なIII族窒化物であり、透明樹脂層５を為す材料が光屈折率約１．５程度となるエポキシ樹脂又はシリコーン樹脂である場合、充填部２１の材料として、光屈折率１．４のＳｉＯ2が用いられる。尚、図３に示すように、錐状凸部２０の底面から充填部２１各々の上面までの高さｈ２は、錐状凸部２０の高さｈ１の８０％以下、好ましくは３０〜５０％である。尚、六角錐状の凸部を三角格子状に配列させた場合、Ｖ字状の凹部に充填される充填部はハニカム格子状に連続して形成されることになる。
【００２１】
ｎ電極１７は、図２に示すように、ｎ型半導体層１５上における光放出面の端部に形成されており、例えば、Ｔｉ（チタン）／Ａｌ（アルミニウム）の積層膜、もしくは導電性酸化物からなる。ｎ電極１７には、図１に示すように、導電ワイヤ４の一端が接続されている。
【００２２】
透明保護膜１６は、透明樹脂層５よりも光屈折率が低い光透過性材、例えばＳｉＯ2からなる膜厚が約３００ｎｍのＳｉＯ2膜からなり、図２に示すように、ＬＥＤ層１９の表面領域における、ｎ電極１７及びｐ電極１２の形成領域を除く全ての領域を覆うように形成されている。よって、発光素子１０の光放出面には、例えば六角錐状の錐状凸部２０の表面を透明保護膜１６で覆うことによって形成された、図４（ａ）に示すような六角錐状のマイクロコーン３０が、図４（ｂ）に示すような三角格子状の配置パターンで形成される。この際、図２及び図４（ｂ）に示すように、互いに隣接するマイクロコーン３０の間には平坦な上面を有する充填部２１が形成されている。充填部２１の上面は反射表面として機能する（後述する）。この充填部２１の上面は、マイクロコーン３０の頂上よりも下に位置する。
【００２３】
透明保護膜１６は、ＬＥＤ層１９を外部の埃や水分等から保護する役目を担う。また、錐状凸部２０各々の表面が透明樹脂層５よりも光屈折率が低い透明保護膜１６で覆われていることにより、透明樹脂層５側からの戻り光が透明保護膜１６の表面で反射し易くなる。よって、後述するように、この戻り光を再び外部に放出させることが可能となる。尚、例えばIII族窒化物半導体であるｎ型半導体層１５の光屈折率は透明樹脂層５の一般的な材料の光屈折率よりも高い。透明保護膜１６が設けられていることで、透明樹脂層５からの戻り光の一部を反射させて、ＬＥＤ層１９に戻ることを防止することができる。戻り光がＬＥＤ層１９に戻ると吸収されてしまうので、戻り光を反射させることにより発光効率の低下防止にもなる。
【００２４】
以下に、図２に示す発光素子１０の製造方法について、図５に示す製造手順に従って説明する。先ず、上記したＬＥＤ層１９を有機金属気相成長（以下、ＭＯＣＶＤと称する）法によって製造する。すなわち、ＭＯＣＶＤ装置（図示せぬ）により、図６（ａ）に示すように、サファイヤ基板等の成長基板４０上に、バッファ層（図示せぬ）、ｎ型半導体層１５、活性層１４及びｐ型半導体層１３を順に成膜する。その後、これらｎ型半導体層１５、活性層１４及びｐ型半導体層１３が積層されてなるＬＥＤ層１９が形成されたウエハを、ＲＴＡ（急速加熱）装置によって７００℃で１分間に亘り加熱することによりｐ型半導体層１３の活性化を行う（ＬＥＤ層形成工程Ｓ１）。
【００２５】
次に、ｐ型半導体層１３の表面上にフォトレジストを塗布し、引き続きフォトリソグラフィ技術によってｐ電極が形成されるべき領域に塗布されているフォトレジストを除去する。その後、ＥＢ（電子ビーム）蒸着装置を用いてｐ型半導体層１３の表面上に、順に、膜厚が約１５０ｎｍのＡｇ膜、膜厚が約１００ｎｍのＰｔ膜、膜厚が約５０ｎｍのＴｉ膜、膜厚が約３００ｎｍのＴｉＷ（チタンタングステン）膜、膜厚が約５０ｎｍのＴｉ膜、膜厚が約５００ｎｍのＡｕ膜が積層されてなる金属多層膜を形成する。すなわち、この金属多層膜の一方の面は、光反射率を高め且つｐ型半導体層１３との電気的接触を良好にする為にＡｇ膜となっており、他方の面は、ウエハボンディングによる支持体１１との接合を実現する為にＡｕ膜となっている。尚、かかる金属多層膜において、上記したＡｇ層とＡｕ層との間に形成された、Ｐｔ膜、Ｔｉ膜、ＴｉＷ膜及びＴｉ膜は、密着性向上やＡｇのマイグレーション防止を担う。そして、引き続き、上記した金属多層膜が形成されたウエハをアセトン等の溶剤に浸し、フォトレジストと共に金属多層膜における不要部分を除去することにより、図６（ｂ）に示すように、各発光素子毎に分離した所望の電極パターンを有するｐ電極１２を形成する（ｐ電極形成工程Ｓ２）。
【００２６】
次に、ＬＥＤ層１９を発光素子毎の領域に区画する溝をＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置を用いて形成する。具体的には溝を形成する領域が開口部となるようにフォトレジストをｐ型半導体層１３及びｐ電極１２の表面に形成し、ＲＩＥ装置によってＬＥＤ層の不要部分を除去後、そのフォトレジストを除去する。これにより、図６（ｃ）に示すように、ＬＥＤ層１９及びｐ電極１２からなる積層体が、上記した溝によって発光素子毎に区画化される（発光素子区画化工程Ｓ３）。
【００２７】
次に、ｐ電極１２を夫々覆うフォトレジストを形成し、スパッタ装置を用いてＳｉＯ2から成る膜厚が約５００ｎｍの透明保護膜１６を形成した後、そのフォトレジストの除去と共にｐ電極１２上の透明保護膜１６を除去する。これにより、図６（ｃ）に示すように、各発光素子毎に、ｐ電極１２の形成領域を除くＬＥＤ層１９の全表面を覆う透明保護膜１６が形成される（透明保護膜形成工程Ｓ４）。
【００２８】
次に、電子ビーム蒸着等でシリコン基板上に膜厚が約５００ｎｍのＴｉ膜、膜厚が約１００ｎｍのＰｔ膜、及び膜厚が約１０００ｎｍのＡｕ膜をその順に積層してなる支持体１１を形成し、この支持体１１のＡｕ膜が形成されている方の面と、ｐ電極１２の表面（Ａｕ膜が形成されている方の面）とを、３０ｋｇ／ｃｍ2、２００℃で１時間、熱圧着する。これにより、図６（ｄ）に示すように、ｐ電極１２、ＬＥＤ層１９及び透明保護膜１６が形成されているウェハに支持体１１を貼り合わせる、いわゆるウェハボンディングを行う（支持体貼合工程Ｓ５）。
【００２９】
図６（ｄ）に示す支持体１１の貼り合わせ工程に引き続き、図７（ａ）に示すように、レーザリフトオフ（ＬＬＯ）法に基づき、成長基板４０側からレーザを照射することにより、成長基板４０及びｎ型半導体層１５同士の界面付近のＧａＮを分解し、成長基板４０をｎ型半導体層１５から剥離、除去する。そして、露出したｎ型半導体層１５の表面、つまり活性層１４から放出された光を外部に放出する光放出面を、ＲＩＥによるドライエッチングやＣＭＰ（化学機械研磨）により除去、平坦化する（成長基板除去工程Ｓ６）。
【００３０】
次に、上記した成長基板１０の除去によって露出したｎ型半導体層１５の表面上に、錐状凸部２０を図７（ｂ）に示すように、ｎ型半導体層１５の表面上における任意の位置に夫々形成する。例えば凸形状を備えたフォトレジストをＲＩＥによりドライエッチングさせることで凸形状を転写させる方法がある。もしくは、孔のあいたフォトレジストを設け、ドライエッチングさせることにより結晶面がランダムに露出する凹部を設け、レジスト除去後、ＫＯＨ（水酸化カリウム）溶液又はＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）溶液によるウェットエッチングにより、凹部を起点に凸部を形成させる方法がある。ドライエッチングでは精度に限界があるため、六角錐状の凸部を三角格子状パターンで設ける場合はウェットエッチングの手法を用いる。この場合、レジストの孔は三角格子状パターンであけられている（錐状凸部形成工程Ｓ７）。
【００３１】
次に、図７（ｃ）に示すように、互いに隣接する錐状凸部２０の側面で囲まれたＶ字状の凹部の領域にＳｉＯ2を充填させると共に、ｎ型半導体層１５の表面上における端部の領域ＱＡを除く全領域に、ＳｉＯ2からなる膜厚が約３００ｎｍの膜を形成させた。これにより、凸部上面には透明保護膜１６を形成し、凹部にはＳｉＯ2を平坦化させた充填部２１を形成した。尚、Ｖ字状の凹部内の平坦面の直下である、最初に凹部の領域に充填させたＳｉＯ2及びその直上部分のＳｉＯ2からなる３００ｎｍの膜を併せて充填部２１と称している。すなわち、２度の成膜工程で形成された膜が重なった部分が充填部２１となる（透明保護膜充填部形成工程Ｓ８）。
【００３２】
以下に、透明保護膜充填部形成工程Ｓ８で実施される、透明保護膜及び充填部の製造手順を説明する。
【００３３】
先ず、図８（ａ）に示すように、ｎ型半導体層１５の表面に形成されている錐状凸部２０の頂部の表面領域、例えば各錐状凸部２０の頂点から、その側面の母線長の１／２〜３／４までの表面領域を、フォトレジストＰＲで被覆する。
【００３４】
次に、例えば、プラズマＣＶＤ（chemical vapor deposition）装置により、図８（ｂ）に示すように、錐状凸部２０及びフォトレジストＰＲの表面に、光透過性材料からなる例えば膜厚が約１００〜２００ｎｍのＳｉＯ2膜６０を形成する。尚、ＳｉＯ2膜６０の成膜には、プラズマＣＶＤ以外にも、熱ＣＶＤやスパッタ、或いはＥＢ蒸着法等を用いることも可能であるが、錐状凸部２０の側面のような傾斜した面、或いは垂直な面への成膜の容易性を考慮した場合、ＥＢ蒸着法よりもプラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ等の化学気相蒸着法やスパッタ法を用いるのが好ましい。すなわち、ＥＢ蒸着法に比べて、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ等の化学気相蒸着法やスパッタ法を用いた方が、構造体の斜面に対する垂直方向への成膜速度が高い（カバレッジ性が高い）。よって、互いに隣接する錐状凸部２０の側面で囲まれたＶ字状の凹部の底では、両側面で成膜されたＳｉＯ2膜がすぐに接触するので、最終的に形成される充填部２１の上面が平坦化し易くなる。
【００３５】
次に、フォトレジストを溶解する例えばアセトンのような溶剤にウエハを浸すことにより、図８（ｃ）に示すように、ＳｉＯ2膜６０の内でフォトレジストＰＲを被覆している部分をフォトレジストＰＲと共に除去する。これにより、ｎ型半導体層１５の表面には、互いに隣接する錐状凸部２０の側面で囲まれたＶ字状の凹部の領域だけにＳｉＯ2が残留してなる、図８（ｃ）に示すＳｉＯ2残留部６１が形成される。尚、ＳｉＯ2残留部６１の上面は凹形状となっている。かかるフォトレジストＰＲの除去後、ＲＩＥ装置又はスパッタ装置によって、錐状凸部２０の表面に対して例えばアルゴンプラズマ処理を施すことにより、数十秒〜数分に亘りドライエッチングを行う。これにより、フォトレジストＰＲの残渣を除去すると共に、上記したＳｉＯ2残留部６１のバリやその表面の凹凸を小さくする。その結果、最終的に形成される充填部２１の上面がより平坦化する。
【００３６】
次に、例えば、プラズマＣＶＤ装置によって、錐状凸部２０の表面に膜厚が約３００ｎｍのＳｉＯ2膜を成膜する。これにより、図８（ｄ）に示すように、錐状凸部２０の表面に、ＳｉＯ2膜からなる透明保護膜１６が形成される。更に、凹形状の上面を有するＳｉＯ2残留部６１上にＳｉＯ2が堆積することにより、互いに隣接する錐状凸部２０の側面で囲まれたＶ字状の凹部の領域には、図８（ｄ）に示すような平坦な上面を有する充填部２１が形成される。残留部６１及び次に形成する膜は異種材料で設けても構わない。異種材料で形成する場合には、残留部６１側の光屈折率が、後の膜（透明保護膜１６）よりも低い材料を用いるのが好ましい。尚、充填部２１の上面を平坦にすべく、上記したＶ字状の凹部の領域に対しては、他の領域、例えば錐状凸部２０の頂部付近の領域よりもＳｉＯ2の膜厚を大きくする。ここで、図８（ｂ）の段階で形成するＳｉＯ2膜６０の膜厚、及び図８（ｄ）の段階で形成するＳｉＯ2膜の膜厚を夫々調整することにより、図３に示す充填部２１の上面までの高さｈ２を、錐状凸部２０の高さｈ１の８０％以下、好ましくは３０〜５０％に収まるようにする。すなわち、充填部２１の上面までの高さｈ２を、錐状凸部２０の高さｈ１の８０％より高くすると、発光素子内から外部へ向かう光が錐状凸部２０の側面と充填部２１との界面で反射する回数が大幅に増加し、それに伴いｎ型半導体層１５内で吸収される光の量が増えるので、その分だけ外部に取り出せる光が減少してしまうからである。さらに、上述したように充填部２１の上面（反射表面）の高さを錐状凸部２０の高さの３０〜５０％とすれば、ある程度の反射表面の面積を確保しつつも、ｎ型半導体層１５内での反射回数が少なくなるので、光を効率良く外部に放出することが可能となる。
【００３７】
尚、ここでは、先に残留部６１を形成してから錐状凸部２０の表面にＳｉＯ2膜を形成したが、逆に、錐状凸部２０の表面にＳｉＯ2膜を形成した後に凹部内の残留部６１と同様の箇所に、ＳｉＯ2のような絶縁材料を形成しても良い。この場合でも同様に、２度の工程によって重ねられた部分が充填部２１となる。
【００３８】
透明保護膜１６及び充填部２１の形成後、先ず、ｎ型半導体層１５の表面上におけるｎ電極１７の形成部である領域ＱＡに付着しているＳｉＯ2をＲＩＥ装置によって除去する。そして、図７（ｃ）に示すように、ｎ型半導体層１５における領域ＱＡ上に、ＥＢ蒸着によって、膜厚が約１０ｎｍのＴｉ膜、膜厚が約２００ｎｍのＡｌ膜、膜厚が約１０ｎｍのＴｉ膜、膜厚が約１０００ｎｍのＡｕ膜を順次積層しつつ成膜してなるｎ電極１７を形成する（ｎ電極形成工程Ｓ９）。
【００３９】
尚、かかるｎ電極形成工程Ｓ９及び上記したｐ電極形成工程Ｓ２では、ＥＢ蒸着によってｐ電極１２及びｎ電極１７を形成するようにしているが、ＥＢ蒸着に限らずスパッタ法、抵抗加熱法等の手法、或いはこれらを組み合わせた方法でｐ電極１２及びｎ電極１７を形成するようにしても良い。
【００４０】
次に、図７（ｄ）に示すように、発光素子毎に区画された溝で支持体１１を分断することにより、個々の発光素子１０に分離する（素子分離工程Ｓ１０）。
【００４１】
このように製造された、本発明に係る発光素子１０では、活性層１４から放出された光を効率良く外部に放出させるべく、光放出面に相当するｎ型半導体層１５の表面に、円錐又は多角錐形状からなる錐状凸部２０の各々を隣接して形成するようにしている。更に、かかる発光素子１０では、自身が放出した光が透明樹脂層５内で反射を繰り返すことによって発光素子１０の光放出面に戻る戻り光を外部へ導出させるべく、互いに隣接する錐状凸部２０の側面で囲まれたＶ字状の凹部を、錐状凸部２０の頂点よりも低い位置まで充填部２１で埋めるようにしている。この際、充填部２１は、透明樹脂層５よりも光屈折率が低い材料からなる。
【００４２】
図９（ａ）は、上記した発光素子１０から充填部２１を省いた場合におけるｎ型半導体層１５の光放出面周辺での戻り光の進行経路（破線にて示す）の一例を示す図である。一方、図９（ｂ）は、図２に示す発光素子１０のｎ型半導体層１５の光放出面周辺での戻り光の進行経路（破線にて示す）の一例を示す図である。
【００４３】
充填部２１を設けなかった場合には、図９（ａ）に示すように、透明樹脂層５内から破線にて示す進行経路でｎ型半導体層１５の表面に戻る戻り光は、マイクロコーン３０の側面で反射した後、隣接するマイクロコーン３０の側面に対して比較的小なる入射角で入射する。よって、ｎ型半導体層１５の表面への戻り光は、互いに隣接するマイクロコーン３０の側面に囲まれた凹部を介して発光素子内部へ吸収される。従って、戻り光が発光素子内部へ吸収されてしまった分だけ、発光効率が低下することになる。
【００４４】
一方、充填部２１を有する発光素子１０の場合には、図９（ｂ）の破線に示すように、ｎ型半導体層１５の表面への戻り光は、先ず、マイクロコーン３０の側面で反射して充填部２１の上面に入射する。この際、充填部２１は透明樹脂層５よりも光屈折率が低いので、この充填部２１の上面に入射した光は反射する。そして、この充填部２１の上面で反射した光は、隣接するマイクロコーン３０の側面に入射し、そこで再び反射することにより、透明樹脂層５を介して外部に放出される。尚、活性層１４から放出された光の内で、図９（ｂ）の一点鎖線に示す進行経路で充填部２１に対して臨界角よりも大きい角度で入射する光は、充填部２１の光屈折率がｎ型半導体層１５よりも低いことから、充填部２１の凹部の外面で反射し、その反射光が臨界角よりも小さい角度で入射されることにより透明保護膜１６を透過して外部に放出される。元々、臨界角よりも小さい角度の光はそのまま充填部２１を透過して外部に取り出される。透明樹脂層５の屈折率は充填部２１よりも大きい為、充填部２１と透明樹脂層５との界面での反射は起こらない。すなわち、活性層１４から放出された光は、充填部２１の上面が平坦であってもその上面で半導体層側に反射することなく、つまりＶ字状の凹部の光取出し効果を損なわせることなく、透明樹脂層５を介して外部に放出されるのである。
【００４５】
よって、本発明に係る発光素子１０によれば、戻り光の吸収分を抑制させた、効率の高い発光を行うことが可能となる。
【００４６】
尚、上記実施例では、充填部２１の材料として、透明保護膜１６と同一の透過性絶縁材料（例えばＳｉＯ2）を用いているが、充填部２１の上面に対して例えば図１０（ａ）の破線に示すような低い入射角で戻り光が入射した場合には、この戻り光は充填部２１を透過して発光素子１０内に吸収されてしまう。
【００４７】
図１１は、かかる点を考慮して為された、発光素子１０の他の一例を示す断面図である。尚、図１１に示す構成では、充填部２１に代えて反射充填部２１０を採用した点を除く他の構成は、図２に示すものと同一である。図１１において、反射充填部２１０は、例えば、Ａｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｒｈのような光反射率の高い光反射性を有する金属のいずれか１つ、或いはこれらの金属の内の少なくとも２種を含む合金を用いた単層膜若しくは積層膜からなる。ここで、図１１に示す発光素子１０に関しても、図２に示すものと同様な方法で製造することができる。ただし、図５に示す工程Ｓ８では、カバレッジ性の観点からＥＢ蒸着法よりもスパッタ法を用いて、例えばＡｌ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｒｈ等の光反射率の高い金属、又はこれらを含む合金、若しくは積層体を成膜する。この際、反射充填部２１０の平坦性を向上させるために、図９（ａ）〜図９（ｄ）の工程を複数回繰り返しても良い。尚、ＥＢ蒸着法でも蒸着源（ターゲット）の直上から離れた位置にウエハを配置して蒸着を行えば、金属上記の入射角が小さくなってカバレッジ性を上げることができる。
【００４８】
このように、充填部２１に代えて、光反射率の高い光反射性を有する金属材料を含む反射充填部２１０を、互いに隣接する錐状凸部２０の側面で囲まれたＶ字状の凹部に埋め込むことにより、図１０（ｂ）の破線に示すように、反射充填部２１０の上面に対して垂直に近い角度で入射する戻り光を反射させることができるようになる。よって、発光素子内部への吸収を回避することが可能となる。尚、反射充填部２１０をｎ電極１７に電気的に接続することにより、反射充填部２１０を拡散電極として作用させることも可能である。ここで、密着性、及び電気的接触の向上を図るべく、ＬＥＤ層１９と反射充填部２１０との間にＮｉ（ニッケル）、Ｔｉ等からなる薄膜金属層を挿入してもよい。
【００４９】
また、図１１に示す構成では、反射充填部２１０の上面の一部、つまり反射表面が外部に露出しているが、この反射充填部２１０の上面の全てを透明保護膜で覆うようにしても良い。
【００５０】
図１２は、かかる点を反映させて為された、図１１に示す発光素子１０の第１の変形例を示す断面図である。尚、図１２に示す構成では、透明保護膜１６に代えて、ＬＥＤ層１９の全表面のみならず反射充填部２１０の上面をも全て覆う透明保護膜１６０を設けた点を除く他の構成は、図１１に示すものと同一である。この際、透明保護膜１６０は、透明保護膜１６と同様に、透明樹脂層５よりも光屈折率が低い、例えば膜厚が約３００ｎｍのＳｉＯ2膜である。図１２に示す構成では、互いに隣接するマイクロコーン３０同士の間には、透明保護膜１６０による平坦部ＦＡが形成される。
【００５１】
よって、かかる構成によれば、図１３の破線に示す進行経路で発光素子１０の光放出面に入射した戻り光は、マイクロコーン３０の側面で反射し、引き続き透明保護膜１６０による平坦部ＦＡで全反射する。この際、かかる平坦部ＦＡに入射した戻り光は、反射充填部２１０の表面で直接反射する場合よりも高い反射率で反射することになる。よって、発光素子１０として図１２に示す構成を採用した場合には、図１１に示す構成を採用した場合に比して、戻り光を高い反射率で外部に放出させることが可能となる。尚、図１３の一点鎖線に示すように、透明保護膜１６０の平坦部ＦＡに対してほぼ垂直に入射する戻り光はこの平坦部ＦＡを透過し、引き続き、図１１に示す構成と同様に反射充填部２１０の上面で反射することにより外部に放出される。つまり、平坦面ＦＡは透明材料のみで設けた場合の充填部２１と同様の効果を発揮する。よって、Ｖ字状の凹部内の平坦面ＦＡ真下の反射充填部２１０及び透明保護膜１６０を含めて充填部とみなせる。
【００５２】
また、図１１に示す構成では、互いに隣接する錐状凸部２０の側面で囲まれたＶ字状の凹部に反射充填部２１０を直に形成するようにしているが、錐状凸部２０の側面の全体を透明保護膜で覆い、その透明保護膜によるＶ字状の凹部に反射充填部２１０を形成するようにしても良い。
【００５３】
図１４は、かかる点を反映させて為された、図１１に示す発光素子１０の第２の変形例を示す断面図である。尚、図１４に示す構成では、透明保護膜１６に代えて、錐状凸部２０の側面の全体をその形状に沿って覆う透明保護膜１６１を設け、この透明保護膜１６１によるＶ字状の凹部に反射充填部２１０を形成した点を除く他の構成は、図１１に示すものと同一である。この際、透明保護膜１６１は、透明保護膜１６と同様に、透明樹脂層５よりも光屈折率が低い、例えば膜厚が約３００ｎｍのＳｉＯ2膜からなる。
【００５４】
図１４に示す構成によれば、活性層１４から放出された光は、図１５の破線に示す進行経路で臨界角よりも大きい角度で透明保護膜１６１の表面に入射し、その表面で全反射した光が臨界角よりも小さい角度で透明保護膜１６１に入射されることにより外部に放出されることになる。一方、図１１又は図１２に示す構成では、活性層１４から放出された光の一部は、透明保護膜１６１よりも高い光屈折率を有する反射充填部２１０の表面に入射することになるが、反射充填部２１０での光吸収量は透明保護膜１６１よりも大となる。よって、図１４に示す発光素子１０は、図１１又は図１２に示す構成を採用した場合に比して、発光効率を高めることが可能となる。
【００５５】
ここで、図１１又は図１２に示す構成では、反射充填部２１０がｎ型半導体層１５の表面に接していることを利用して、この反射充填部２１０を拡散電極として兼用することが可能である。しかしながら、上記したように、反射充填部２１０の表面に入射する光はこの反射充填部２１０でその一部が吸収されてしまう。また、ｎ型半導体層１５内から、錐状凸部２０の側面に対して垂直に近い角度で入射する光は、垂直に近い角度で反射してｎ型半導体層１５内へ戻ってしまう。
【００５６】
図１６は、かかる点を考慮して為された、図１１に示す発光素子１０の第３の変形例を示す断面図である。
【００５７】
尚、図１６に示す構成では、互いに隣接する錐状凸部２０の側面に囲まれるＶ字状の凹部に、反射充填部２１０に代えて、そのＶ字状の凹部と同一形状を有する先端部と、ＬＥＤ層１９の表面に対して垂直な側面を有し且つＬＥＤ層１９の表面に対して平行な上面を有する本体部と、からなる反射充填部２１１が形成されている。この際、反射充填部２１１は、反射充填部２１０と同一の材料からなる。また、図１６に示す構成では、透明保護膜１６１に代えて、錐状凸部２０の側面及び反射充填部２１１の側面を覆う透明保護膜１６２を設けたものである。この際、透明保護膜１６２は透明保護膜１６１と同一の材料及び膜厚からなる。尚、図１６に示す構成においては、上述したように、反射充填部２１０に代えて反射充填部２１１を採用し、透明保護膜１６１に代えて透明保護膜１６２を採用した点を除く他の構成は図１１に示すものと同一である。かかる構成によれば、反射充填部２１１の内で、錐状凸部２０の側面に接する領域は上記したＶ字状の先端部だけとなるので、この反射充填部２１１に直接入射して吸収されてしまう光の量が少なくなる。更に、図１７の破線に示すように、ｎ型半導体層１５内から錐状凸部２０の側面に対して垂直に近い角度で入射する光は、透明保護膜１６２を透過した後、反射充填部２１１の側面で反射するので、これを発光素子外部に放出することが可能となる。
【００５８】
この際、図１１〜図１７のいずれの場合も、反射充填部２１１の素子側はＶ字状の凹部に合わせた形状をもって形成されているので、ＬＥＤ層１９からの光は、反射充填部２１１に当たったとしても、光取り出し方向に向かうことになる。
【００５９】
尚、上記実施例では、ＬＥＤ層１９に形成されているｐ型半導体層１３及びｎ型半導体層１５の内のｎ型半導体層１５の表面を光放出面としているが、ｐ型半導体層１３の表面を光放出面としても良い。要するに、ＬＥＤ層を成す第１導電型の半導体層及び第１導電型とは反対導電型の第２導電型の半導体層の内の一方の表面を光放出面とし、この光放出面に錐状凸部、透明保護膜及び充填部（又は反射充填部）を設けるようにした構成であれば良いのである。
【符号の説明】
【００６０】
５                  透明樹脂層
１０                発光素子
１６、160、161、162  透明保護膜
１９                ＬＥＤ層
２０                錐状凸部
２１                充填部
３０                マイクロコーン
210、211            反射充填部
【図１】
2014175430.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2014175430.tif 000007
【図６】
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【図７】
2014175430.tif 000009
【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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