(57)【要約】  半導体発光素子（１００）は、当該半導体発光素子（１００）の発する光に対して透光性を有する透明基板（１１０）と、透明基板（１１０）上に形成された多層構造体（１５０）とを含む。多層構造体（１５０）は、ｎ型層（１２０）、ＭＱＷ発光層（１３０）及びｐ型層（１４０）からなる半導体多層膜を含む。透明基板（１１０）は、当該透明基板（１１０）中に形成され、基板中に入射した光を散乱するための光散乱構造（２００）を含む。
2013141032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発する半導体発光素子であって、
前記半導体発光素子の発する光に対して透光性を有する透明基板と、
前記透明基板上に形成され、半導体多層膜を含む多層構造体とを含み、
前記透明基板は、当該透明基板中に形成され、基板中に入射した光を散乱するための光散乱手段を含む、半導体発光素子。
【請求項２】
前記光散乱手段は、前記透明基板の側面に対する光の入射角度を小さくするように光を反射させる、請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記光散乱手段は、前記透明基板中に形成された、複数の光散乱部を含む、請求項１又は請求項２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記複数の光散乱部は、前記透明基板中に面状に分散されており、
面状に分散された前記複数の光散乱部によって散乱構造面が形成されている、請求項３に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記透明基板中には、複数の前記散乱構造面が形成されており、
前記複数の前記散乱構造面は、互いに対向するように多段で配置されている、請求項４に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記透明基板中には、前記散乱構造面が多段で形成されており、
各散乱構造面を構成する前記光散乱部は、平面的に見た場合に、他の段の散乱構造面の前記光散乱部に対して重なり合わないように配置されている、請求項４に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記複数の光散乱部の各々は、前記透明基板の厚み方向に延びる略長楕円体形状である、請求項３に記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記多層構造体上に形成された透光性電極層をさらに含み、
前記複数の光散乱部は、前記透光性電極層の直下の領域に形成されている、請求項３に記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記透光性電極層と重なるように形成された金属電極層をさらに含み、
前記複数の光散乱部は、前記金属電極層の直下の領域を除く、前記透光性電極層の直下の領域に形成されている、請求項８に記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記透明基板は、１０μｍより大きい厚みを有しており、
前記複数の光散乱部の各々は、前記透明基板における前記多層構造体が形成される面に対して厚み方向に１０μｍ以上の距離を隔てた位置に形成されている、請求項３に記載の半導体発光素子。
【請求項１１】
前記複数の光散乱部の少なくとも一部は、ライン状に配列されている、請求項３〜請求項１０のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項１２】
前記ライン状に配列された前記光散乱部の延び方向は、前記透明基板の劈開面に対して交差する方向である、請求項１１に記載の半導体発光素子。
【請求項１３】
前記光散乱部は、熱変性領域からなる、請求項３〜請求項１２のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項１４】
前記透明基板の側面部分には、レーザ光の照射によって加工され、前記透明基板を分割する際の起点とされた、加工部が形成されており、
前記透明基板において、厚み方向における前記散乱構造面の位置は、厚み方向における前記加工部の位置とは異なる、請求項５に記載の半導体発光素子。
【請求項１５】
前記透明基板は、サファイア基板、窒化物半導体基板、ＳｉＣ基板及び石英基板のいずれかである、請求項１〜請求項１４のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項１６】
基板の一方の面上に半導体多層膜を含む多層構造体を形成する工程と、
前記基板における前記多層構造体が形成されていない他方の面を当該基板の厚みが所定の厚みになるまで除去する工程と、
前記他方の面側からレーザ光を前記基板内部に照射することにより、前記基板内部に、前記基板中に入射した光を散乱する光散乱部を形成する工程と、
前記基板を個々の半導体発光素子に分割する工程とを含む、半導体発光素子の製造方法。
【請求項１７】
前記光散乱部を形成する工程は、前記基板の前記他方の面の近傍に前記光散乱部を形成する工程を含む、請求項１６に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１８】
前記他方の面の近傍に前記光散乱部を形成する工程は、前記基板の厚み方向における前記一方の面と前記他方の面との中間位置より前記他方の面側に前記光散乱部を形成する工程を含む、請求項１７に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１９】
基板の一表面側からレーザ光を照射することにより、前記基板内部に、前記基板中に入射した光を散乱する光散乱部を形成する工程と、
前記基板上に半導体多層膜を含む多層構造体を形成する工程と、
前記基板における前記多層構造体が形成されていない面を当該基板の厚みが所定の厚みになるまで除去する工程と、
前記基板を個々の半導体発光素子に分割する工程とを含む、半導体発光素子の製造方法。
【請求項２０】
前記光散乱部を形成する工程は、前記基板における前記多層構造体が形成される面の近傍に前記光散乱部を形成する工程を含む、請求項１９に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項２１】
前記基板における前記多層構造体が形成される面を一方の面とし、前記基板における前記多層構造体が形成される面とは反対側の面を他方の面とした場合に、
前記光散乱部を形成する工程は、前記基板の厚み方向における前記一方の面と前記他方の面との中間位置より前記他方の面側に前記光散乱部を形成する工程を含む、請求項１９に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項２２】
前記除去する工程は、前記光散乱部が前記基板の前記他方の面の近傍に設けられるように、前記基板の他方の面を除去する工程を含む、請求項２１に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項２３】
前記光散乱部を形成する工程は、前記基板における前記多層構造体が形成される面側からレーザ光を照射する工程を含む、請求項１９に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項２４】
半導体発光素子と、
前記半導体発光素子が搭載される搭載部とを含み、
前記半導体発光素子は、基板と、前記基板上に形成され、半導体多層膜を含む多層構造体とを含み、
前記基板の内部には、基板中に入射した光を散乱する光散乱部が形成されている、半導体発光装置。
【請求項２５】
前記搭載部は、前記半導体発光素子からの熱を放出する放熱体により形成されている、請求項２４に記載の半導体発光装置。
【請求項２６】
前記放熱体は、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｎ、Ｃ、ＳｉＣ、ＡｌＮ及びＳｉからなる群から選択される少なくとも一つを含む材料により形成されている、請求項２５に記載の半導体発光装置。
【請求項２７】
前記半導体発光素子を前記搭載部に結合するための、低融点金属材料からなる結合層をさらに含む、請求項２４〜請求項２６のいずれかに記載の半導体発光装置。
【請求項２８】
前記半導体発光素子からの光を波長変換する波長変換部と、
前記波長変換部の外側に設けられ、前記半導体発光素子から出射された光を反射する光反射部とをさらに含む、請求項２４〜請求項２７のいずれかに記載の半導体発光装置。
【請求項２９】
前記波長変換部は、一種類以上の蛍光体を含有する、請求項２４に記載の半導体発光装置。
【請求項３０】
光を透過する基板であって、
前記基板の内部に形成され、当該基板中に入射した光を散乱する複数の光散乱部を含み、
前記複数の光散乱部は、当該基板内部において面状に分散されている、基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子の外部光取出し効率を改善する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物系半導体を用いた発光素子として、サファイア基板等の透明基板を用いた半導体発光素子が知られている。このような半導体発光素子では、透明基板上に発光層を含む窒化物系半導体の多層膜が形成される。多層膜上には、通常、透明電極及びパッド電極等の電極層が形成される。【０００３】
半導体発光素子において、発光層から下方に出射された光は透明基板に入射し、基板裏面にて反射される。基板裏面で反射された光は、半導体発光素子の上部に戻っていき、その一部は半導体の多層膜に入射する。多層膜に入射した光は多層膜等を透過して発光素子の外部に取出されるが、一部の光は透明電極、パッド電極及び発光層等に吸収される。そのため、基板裏面で反射した光を発光素子の上面側（多層膜が形成されている側）から取出すよりも、透明基板の側面から取出す方が光取出し効率が向上する。【０００４】
例えば、透明基板としてサファイア基板を用い、サファイア基板の側面から直接空気中に光が取出される場合を考えると、サファイア基板（屈折率＝１．７８）の側面と、空気（屈折率＝１．０）との界面における全反射角度（θｓｉｄｅ：光が基板側面に垂直方向に対しこの角度以上の角度で入射すると全反射するという角度）は、θｓｉｄｅ≧３４．１８°となる。つまり、発光層から下方に出射されサファイア基板に入射した光のうち、直接又はサファイア基板の裏面で反射してサファイア基板の側面方向へ向かった光の中で、基板側面の垂直方向に対し３４．１８°≦θｓｉｄｅ≦９０°でサファイア基板の側面に入射した光は、サファイア基板の側面から取出されることなく、サファイア基板上に形成された発光層を含む窒化物系半導体の多層膜側に戻ることになる。一方、θｓｉｄｅ＜３４．１８°の入射角度を持った光は、サファイア基板の側面から空気中に出射される。【０００５】
半導体発光素子は、通常、ステム等にマウントした後、屈折率が１．４〜１．５程度の透明樹脂で封止される。この場合、透明基板と透明樹脂との屈折率差は、透明基板と空気との屈折率差に比べて小さいため、透明基板の側面が空気と接している場合に比べて、透明基板の側面において光が全反射し難くなる。そのため、透明基板の側面から効率よく光を取出し易くなる。【０００６】
例えば、封止樹脂の屈折率を１．５とすると、サファイア基板の側面との界面における全反射角度は、θｓｉｄｅ≧５７．４３°となる。つまり、発光層から下方に出射されサファイア基板に入射した光のうち、直接又はサファイア基板の裏面で反射してサファイア基板の側面方向へ向かった光の中で、基板側面の垂直方向に対し５７．４３°≦θｓｉｄｅ≦９０°でサファイア基板の側面に入射した光は、サファイア基板の側面から取出されることなく、サファイア基板上に形成された発光層を含む窒化物系半導体の多層膜側に戻ることになる。一方、θｓｉｄｅ＜５７．４３°の入射角度を持った光は、サファイア基板の側面から透明樹脂中に出射される。この様に、半導体発光素子を透明樹脂で封止することにより、サファイア基板の側面からより多くの光を取出すことが可能になるが、サファイア基板の側面で全反射する光も一定量残るため、全反射光を極力少なくするような、光取出し効率の更なる向上が必要であった。【０００７】
こうした問題に対して、後掲の特許文献１は、透明基板の裏面に凹凸を形成することを提案している。特許文献１では、従来、発光層から下方に出射されサファイア基板に入射し、サファイア基板の裏面で鏡面反射して再び発光層側へ戻っていた光が、この凹凸によって従来と異なる角度で反射されるため、基板の側面から光を取出しやすくなる。特許文献１において、透明基板の裏面が空気と接している場合は、その屈折率差が大きいため、凹凸構造によって強い光散乱効果が得られる。そのため、外部光取出し効率が改善する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−３６８２６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、一般に、発光素子をステム等にマウントする際には、ダイボンドペーストとして屈折率１．５程度の透明シリコーン樹脂等を用いるため、そうした場合、屈折率差が小さくなり、凹凸構造による光散乱効果が抑制される。そのため、半導体発光素子の実装をも考慮した場合、特許文献１の構成では、外部光取出し効率を向上させることが困難となる。【００１０】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、本発明の１つの目的は、実装状態においても、外部光取出し効率を向上させることが可能な半導体発光素子、半導体発光素子の製造方法、そのような半導体発光素子を搭載した半導体発光装置及び基板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の第１の局面に係る半導体発光素子は、半導体発光素子の発する光に対して透光性を有する透明基板と、透明基板上に形成され、半導体多層膜を含む多層構造体とを含む。透明基板は、当該透明基板中に形成され、基板中に入射した光を散乱するための光散乱手段を含む。【００１２】
透明基板を用いた半導体発光素子において、透明基板の内部に光散乱手段を形成する。透明基板上には、半導体多層膜を含む多層構造体が形成されており、多層構造体が発する光が透明基板に入射される。光散乱手段は、透明基板中に入射した多層構造体からの光を散乱させ、透明基板の側面から光を取出しやすくする。これにより、外部光取出し効率が向上する。【００１３】
半導体発光素子が、例えば屈折率１．４〜１．５程度の透明樹脂で封止されている場合でも、光散乱手段によって、透明基板に入射された光を当該透明基板の側面から効率よく取出すことができる。さらに、上記光散乱手段は透明基板中に形成されるため、例えば、屈折率１．５程度の透明シリコーン樹脂等からなるダイボンドペーストを用いて、発光素子をステム等にマウントした場合でも、光散乱効果の低下が抑制される。したがって、上記のように構成することによって、半導体発光素子が実装状態にある場合でも、外部光取出し効率を向上させることができる。【００１４】
好ましくは、光散乱手段は、透明基板の側面に対する光の入射角度を小さくするように光を反射させる。光散乱手段をこのように構成することにより、外部光取出し効率をより向上させることができる。【００１５】
より好ましくは、光散乱手段は、透明基板中に形成された、複数の光散乱部を含む。これにより、容易に、外部光取出し効率を向上させることができる。【００１６】
さらに好ましくは、複数の光散乱部は、透明基板中に面状に分散されており、面状に分散された複数の光散乱部によって散乱構造面が形成されている。複数の光散乱部による散乱構造面を透明基板中に形成することにより、多層構造体から透明基板中に入射された光をこの散乱構造面で効率よく散乱できる。そのため、強い光散乱効果が得られるので、効果的に、外部光取出し効率を向上させることができる。【００１７】
この場合において、好ましくは、透明基板中には、複数の散乱構造面が形成されており、複数の散乱構造面は、互いに対向するように多段で配置されている。散乱構造面を多段に配置することにより、多層構造体から透明基板中に入射された光をこれら散乱構造面でより効率よく散乱できる。【００１８】
さらに好ましくは、透明基板中には、散乱構造面が多段で形成されており、各散乱構造面を構成する光散乱部は、平面的に見た場合に、他の段の散乱構造面の光散乱部に対して重なり合わないように配置されている。平面的に見た場合に、散乱構造面の光散乱部の位置が、他の段の散乱構造面の光散乱部の位置と重なっていると、透明基板において、その重なっている領域の強度が低下する。そのため、透明基板が割れやすくなる。上記のように、平面的に見た場合に、散乱構造面の光散乱部の位置を、他の段の散乱構造面の光散乱部の位置と重なり合わないようにすることによって、透明基板の強度低下を抑制できる。【００１９】
複数の光散乱部の各々は、例えば、透明基板の厚み方向に延びる略長楕円体形状とすることができる。【００２０】
さらに好ましくは、半導体発光素子は、多層構造体上に形成された透光性電極層をさらに含み、複数の光散乱部は、透光性電極層の直下の領域に形成されている。透光性電極層を介して半導体多層膜に電流が注入され、電流が注入された領域が発光する。透光性電極層の直下の領域に複数の光散乱部を形成することにより、より効果的に、多層構造体から発せられた光を光散乱部で散乱できる。そのため、さらに容易に、透明基板の側面から光を取出すことができる。【００２１】
半導体発光素子が、透光性電極層と重なるように形成された金属電極層をさらに含む場合、複数の光散乱部は、金属電極層の直下の領域を除く、透光性電極層の直下の領域に形成してもよい。金属電極層の直下の領域には、透明基板の側面から光を取出すことが困難な角度で透明基板中に入射される光が比較的少ない。そのため、金属電極層の直下の領域に光散乱部を形成しない場合でも、外部光取出し効率を向上できる。【００２２】
さらに好ましくは、透明基板は、１０μｍより大きい厚みを有しており、複数の光散乱部の各々は、透明基板における多層構造体が形成される面に対して厚み方向に１０μｍ以上の距離を隔てた位置に形成されている。このような位置に複数の光散乱部を形成することにより、光散乱部によって得られる光散乱効果を容易に向上できる。【００２３】
複数の光散乱部の少なくとも一部は、ライン状に配列されていてもよい。【００２４】
この場合において、ライン状に配列された光散乱部の延び方向は、透明基板の劈開面に対して交差する方向であるとより好ましい。劈開面に対して平行となるように、複数の光散乱部をライン状に配列すると、その部分で透明基板が割れやすくなる。例えば、半導体ウェハーから個々の半導体発光素子に分割（チップ分割）する際に、分割予定位置とは異なる位置で分割される可能性が高くなる。透明基板の劈開面に対して交差する方向に、光散乱部を配列することにより、分割予定位置とは異なる位置で分割される問題を防止できる。これにより、チップ分割の際の分割歩留まりを高めることができる。【００２５】
さらに好ましくは、光散乱部は熱変性領域からなる。熱変性領域は、例えばレーザ光の照射等によって形成できる。熱変性領域によって光散乱部を構成することにより、熱変性領域が周囲の基板と異なる屈折率になることで、容易に、透明基板中に光散乱部を形成できる。さらに、熱変性領域が空洞になった場合、空洞内は真空（屈折率１）になるため、透明基板との屈折率差が大きくなる。そのため、光散乱部において、より強い光散乱効果が得られる。【００２６】
さらに好ましくは、透明基板の側面部分には、レーザ光の照射によって加工され、透明基板を分割する際の起点とされた、加工部が形成されており、透明基板において、厚み方向における散乱構造面の位置は、厚み方向における加工部の位置とは異なる。チップ分割の際に分割の起点とする加工部を、レーザ光の照射によって加工する。透明基板の厚み方向において、散乱構造面を、加工部とは異なる位置に形成することにより、意図しない方向に分割されるのを抑制できる。これにより、より一層、チップ分割の際の分割歩留まりを高めることができる。【００２７】
さらに、上記透明基板は、サファイア基板、窒化物半導体基板、ＳｉＣ基板及び石英基板のいずれかであるのが好ましい。【００２８】
本発明の第２の局面に係る半導体発光素子の製造方法は、基板の一方の面上に半導体多層膜を含む多層構造体を形成する工程と、基板における多層構造体が形成されていない他方の面を当該基板の厚みが所定の厚みになるまで除去する工程と、他方の面側からレーザ光を基板内部に照射することにより、基板内部に、基板中に入射した光を散乱する光散乱部を形成する工程と、基板を個々の半導体発光素子に分割する工程とを含む。【００２９】
基板の一方の面上に多層構造体を形成した後に、基板における多層構造体が形成されていない他方の面を除去することによって基板の厚みを所定の厚みまで小さくする。所定の厚みにされた基板の他方の面側からレーザ光を基板内部に照射する。レーザ光の照射によって基板内部に熱変性領域が形成され、この熱変性領域によって光散乱部が構成される。すなわち、レーザ光を基板内部に照射することによって基板内部に光散乱部が形成される。光散乱部が形成された基板を分割することによって半導体発光素子が得られる。得られた半導体発光素子の基板には光散乱部が形成されている。この光散乱部は基板中に入射した光を散乱する。基板の一方の面上には、半導体多層膜を含む多層構造体が形成されており、多層構造体が発する光が基板中に入射される。光散乱部は、基板中に入射した多層構造体からの光を散乱させ、基板の側面から光を取出しやすくする。これにより、外部光取出し効率が向上する。【００３０】
半導体発光素子が、例えば屈折率１．４〜１．５程度の透明樹脂で封止されているか否かに係らず、光散部によって基板中に入射された光を当該基板の側面から効率よく取出すことができる。さらに、上記光散乱部は基板中に形成されるため、例えば、屈折率１．５程度の透明シリコーン樹脂等からなるダイボンドペーストを用いて、発光素子をステム等にマウントした場合でも、光散乱効果の低下が抑制される。したがって、本製造方法によって半導体発光素子を製造することにより、得られた半導体発光素子は実装状態にある場合でも、外部光取出し効率を向上させることができる。【００３１】
ここで、多層構造体が形成されている一方の面側からレーザ光を基板内部に照射した場合は、半導体多層膜を含む多層構造体をレーザ光が透過することになるため、素子の諸特性に影響を及ぼす可能性がある。さらに、多層構造体上に例えば電極が形成されている場合は、レーザ光が電極によって遮られるため、電極形成部分の下部に光散乱部を形成することが困難となる。【００３２】
本製造方法では、多層構造体が形成されていない他方の面側からレーザ光を基板内部に照射することにより光散乱部を形成する。そのため、光散乱部の形成時にレーザ光が多層構造体を透過しないので、レーザ光が多層構造体を透過することに起因する素子特性の低下を抑制できる。多層構造体上に例えば電極が形成されている場合でも、電極が形成されている側とは反対側からレーザ光を照射するため、容易に、基板内部に光散乱部を形成できる。【００３３】
好ましくは、光散乱部を形成する工程は、基板の他方の面の近傍に光散乱部を形成する工程を含む。【００３４】
基板の他方の面の近傍に光散乱部を形成することにより、光散乱部は半導体多層膜から離れた位置に形成される。レーザ光の焦点位置近傍は高温となるため、光散乱部を半導体多層膜から離れた位置に形成することにより、半導体多層膜が受ける熱の影響を低減できる。これにより、レーザ光照射時の熱に起因する半導体多層膜の熱劣化及び変質等を抑制できる。さらに、基板の他方の面の近傍に光散乱部を形成することにより、半導体発光素子において、多層構造体から基板に向けて出射された光のうち、基板の側面から取出される光はそのまま利用することが可能となる。【００３５】
より好ましくは、他方の面の近傍に光散乱部を形成する工程は、基板の厚み方向における一方の面と他方の面との中間位置より他方の面側に光散乱部を形成する工程を含む。【００３６】
これにより、容易に、半導体多層膜が受ける熱の影響を低減できる。さらに、多層構造体から基板に向けて出射された光のうち、基板の側面から取出される光をそのまま利用することが可能な半導体発光素子を容易に製造できる。【００３７】
本発明の第３の局面に係る半導体発光素子の製造方法は、基板の一表面側からレーザ光を照射することにより、基板内部に、基板中に入射した光を散乱する光散乱部を形成する工程と、基板上に半導体多層膜を含む多層構造体を形成する工程と、基板における多層構造体が形成されていない面を当該基板の厚みが所定の厚みになるまで除去する工程と、基板を個々の半導体発光素子に分割する工程とを含む。【００３８】
基板の一表面側からレーザ光を照射することにより、基板内部に光散乱部を形成する。光散乱部が形成された基板を用いて、その基板上に半導体多層膜を含む多層構造体を形成する。多層構造体を形成した後に、基板における多層構造体が形成されていない面を当該基板の厚みが所定の厚みになるまで除去する。この基板を分割することによって半導体発光素子が得られる。【００３９】
得られた半導体発光素子の基板には光散乱部が形成されている。この光散乱部は基板中に入射した光を散乱する。基板の一方の面上には、半導体多層膜を含む多層構造体が形成されており、多層構造体が発する光が基板中に入射される。光散乱部は、基板中に入射した多層構造体からの光を散乱させ、基板の側面から光を取出しやすくする。これにより、外部光取出し効率が向上する。本製造方法によって半導体発光素子を製造することにより、得られた半導体発光素子は実装状態にある場合でも、外部光取出し効率を向上させることができる。【００４０】
さらに本製造方法では、多層構造体を形成する前に基板内部に光散乱部を形成するため、レーザ光の照射による熱の影響が半導体多層膜に及ばない。そのため、半導体発光素子の用途等に応じて、光散乱部の形成位置を自由に決定できる。【００４１】
好ましくは、光散乱部を形成する工程は、基板における多層構造体が形成される面の近傍に光散乱部を形成する工程を含む。【００４２】
基板における多層構造体が形成される面の近傍に光散乱部を形成した後に、その面上に多層構造体を形成することにより、多層構造体の近傍に光散乱部を形成できる。本製造方法では、光散乱部を形成した後に多層構造体を形成するため、多層構造体の近傍に光散乱部を形成する場合でも、レーザ光の照射による熱の影響が半導体多層膜に及ばない。したがって、熱に起因する素子特性の低下を抑制しながら、多層構造体の近傍に光散乱部を形成できる。多層構造体の近傍に光散乱部を形成することにより、軸上光度の高い（横方向に進む光が低減された）半導体発光素子を容易に製造できる。【００４３】
より好ましくは、基板における多層構造体が形成される面を一方の面とし、基板における多層構造体が形成される面とは反対側の面を他方の面とした場合に、光散乱部を形成する工程は、基板の厚み方向における一方の面と他方の面との中間位置より他方の面側に光散乱部を形成する工程を含む。【００４４】
これにより、半導体多層膜が受ける熱の影響を効果的に低減しながら、多層構造体から基板に向けて出射された光のうち、基板の側面から取出される光をそのまま利用することが可能な半導体発光素子を容易に製造できる。【００４５】
さらに好ましくは、除去する工程は、光散乱部が基板の他方の面の近傍に設けられるように、基板の他方の面を除去する工程を含む。【００４６】
これにより、容易に、光散乱部を基板の他方の面の近傍に形成できる。光散乱部を基板の他方の面の近傍に形成することにより、多層構造体から基板に向けて出射された光のうち、基板の側面から取出される光をそのまま利用することが容易に可能となる。【００４７】
さらに好ましくは、光散乱部を形成する工程は、基板における多層構造体が形成される面側からレーザ光を照射する工程を含む。【００４８】
これにより、より容易に、多層構造体の近傍に光散乱部を形成できる。【００４９】
本発明の第４の局面に係る半導体発光装置は、半導体発光素子と、半導体発光素子が搭載される搭載部とを含む。半導体発光素子は、基板と、この基板上に形成され、半導体多層膜を含む多層構造体とを含む。基板の内部には、基板中に入射した光を散乱する光散乱部が形成されている。【００５０】
光散乱部は、基板中に入射した多層構造体からの光を散乱させて半導体発光素子の光取出し効率を向上させる。このような半導体発光素子を搭載することにより、外部光取出し効率の高い半導体発光装置が得られる。【００５１】
本半導体発光装置では、半導体発光素子の基板内部に光散乱部が形成されているため、半導体発光素子が搭載される搭載部に反射・散乱特性の高い材料を用いることなく、外部光取出し効率を向上できる。そのため、半導体発光装置の設計自由度を向上できる。例えば、搭載部に反射・散乱特性の高い材料を用いないようにすることもできる。この場合、製造コストを低減できる。【００５２】
より好ましくは、搭載部は、半導体発光素子からの熱を放出する放熱体により形成されている。これにより、半導体発光装置の放熱特性を改善できるので、駆動による半導体発光素子の発熱によって輝度が低下するのを抑制できる。【００５３】
さらに好ましくは、放熱体は、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｎ、Ｃ、ＳｉＣ、ＡｌＮ及びＳｉからなる群から選択される少なくとも一つを含む材料により形成されている。【００５４】
このような材料を用いて放熱体を形成することにより、放熱性の高い高放熱体を形成できる。このような高放熱体により搭載部を形成することにより、半導体発光装置の放熱特性をより一層改善できる。【００５５】
さらに好ましくは、半導体発光装置は、半導体発光素子を搭載部に結合するための、低融点金属材料からなる結合層をさらに含む。【００５６】
低融点金属材料からなる結合層を介して、半導体発光素子を搭載部上に結合することにより、半導体発光素子で生じた熱を効果的に搭載部に伝達できる。そのため、半導体発光素子で生じた熱を効果的に搭載部から放熱できるので、半導体発光装置の放熱特性をさらに一層改善できる。なお、半導体発光素子の基板内部に光散乱部が形成されているため、半導体発光素子を搭載部上に結合するための結合層に、低融点金属材料からなる結合層を用いた場合でも、外部光取出し効率を向上できる。【００５７】
さらに好ましくは、半導体発光装置は、半導体発光素子からの光を波長変換する波長変換部と、波長変換部の外側に設けられ、半導体発光素子から出射された光を反射する光反射部とをさらに含む。【００５８】
波長変換部の外側に設けられた光反射部により、半導体発光素子から出射された光、及び、波長変換部で波長変換された光の配光を制御して、容易に光取出し効率を向上できる。【００５９】
波長変換部には一種類以上の蛍光体が含有されているのが好ましい。【００６０】
本発明の第５の局面に係る基板は、光を透過する基板である。この基板は、基板の内部に形成され、当該基板中に入射した光を散乱する複数の光散乱部を含む。複数の光散乱部は、当該基板内部において面状に分散されている。【００６１】
このような基板を含むように半導体発光素子を構成すれば、容易に、外部光取出し効率が改善された半導体発光素子が得られる。
【発明の効果】
【００６２】
以上より、本発明によれば、実装状態においても、外部光取出し効率を向上させることが可能な半導体発光素子を容易に得ることができる。さらに本発明によれば、実装状態においても、外部光取出し効率を向上させることが可能な半導体発光素子の製造方法、そのような半導体発光素子を搭載した半導体発光装置及び半導体発光素子に用いる基板を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子の断面図（図２の１−１線に沿った断面）である。
【図２】図１に示す半導体発光素子の平面図である。
【図３】図１に示す半導体発光素子の光散乱構造を説明するための図であって、図３Ａは平面図であり図３Ｂは断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子の断面図である。
【図５】図１に示す半導体発光素子の光散乱構造を説明するための平面図である。
【図６】図５の６−６線に沿った断面図である。
【図７】図１に示す半導体発光素子において、透明基板中に入射された光の進路を説明するための断面図である。
【図８】透明基板中に光散乱構造が形成されていない場合において、透明基板中に入射された光の進路を説明するための断面図である。
【図９】図１に示す半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図１０】図１に示す半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図１１】図１に示す半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図１２】図１に示す半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図１３】図１に示す半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図１４】図１に示す半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図１５】図１に示す半導体発光素子の製造方法を説明するための平面図である。
【図１６】図１に示す半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図１７】光散乱構造で光が散乱されている状態を示す顕微鏡写真である。
【図１８】本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光装置の断面図である。
【図１９】図１８に示す半導体発光装置を模式的に示した断面図である。
【図２０】光散乱部が形成されていない半導体発光素子を搭載した半導体発光装置の断面図である。
【図２１】本発明の第３の実施の形態に係る半導体発光装置の断面図である。
【図２２】本発明の第４の実施の形態に係る半導体発光装置の断面図である。
【図２３】本発明の第５の実施の形態に係る半導体発光素子の断面図である。
【図２４】図２３に示す半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図２５】図２３に示す半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図２６】図２３に示す半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図２７】図２３に示す半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図２８】多層構造体を形成した後に多層構造体の近傍に光散乱部を形成する製造方法について説明するための断面図である。
【図２９】本発明の第６の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図３０】本発明の第６の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図３１】本発明の第６の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図３２】本発明の第６の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図３３】本発明の第１０の実施の形態に係る半導体発光素子の断面図である。
【図３４】本発明の第１１の実施の形態に係る半導体発光素子の断面図である。
【図３５】本発明の第１３の実施の形態に係る半導体発光素子の光散乱構造について説明するための図である。
【図３６】本発明の第１４の実施の形態に係る半導体発光素子の光散乱構造について説明するための図である。
【図３７】図３６の３７−３７線に沿った断面図である。
【図３８】本発明の第１５の実施の形態に係る半導体発光素子の断面図である。
【図３９】本発明の変形例に係る半導体発光素子の光散乱構造を説明するための図であって、図３９Ａは平面図であり図３９Ｂは断面図である。
【図４０】本発明の他の変形例に係る半導体発光素子の光散乱構造を説明するための図であって、図４０Ａは平面図であり図４０Ｂは断面図である。
【図４１】本発明の他の変形例に係る半導体発光素子の光散乱構造を説明するための図であって、図４１Ａは平面図であり図４１Ｂは断面図である。
【図４２】本発明の他の変形例に係る半導体発光素子の光散乱構造を説明するための図であって、図４２Ａは平面図であり図４２Ｂは断面図である。
【図４３】本発明の他の変形例に係る半導体発光素子の光散乱構造を説明するための図であって、図４３Ａは平面図であり図４３Ｂは断面図である。
【図４４】本発明の他の変形例に係る半導体発光素子を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００６４】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明及び図面においては、同一の部品又は構成要素には同一の参照符号及び名称を付してある。それらの機能も同様である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００６５】
（第１の実施の形態）
［全体構成］
図１を参照して、本実施の形態に係る半導体発光素子１００は、窒化物半導体を用いて形成された発光ダイオード素子（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）からなる。この半導体発光素子１００は、自身が発する光に対して透光性を有する透明基板１１０を備えている。透明基板１１０は、主面１１０ａ及び側面１１０ｂを有する。透明基板１１０の主面１１０ａ上には、半導体多層膜を含む多層構造体１５０が形成されている。この多層構造体１５０は、透明基板１１０側から順に形成された、ｎ型層１２０、ＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）構造を有するＭＱＷ発光層１３０、及び、ｐ型層１４０を含む。
【００６６】
本実施の形態では、透明基板１１０にサファイア基板を用いている。この透明基板１１０の厚みは例えば約１２０μｍである。透明基板１１０の内部には、ＭＱＷ発光層１３０から発せられる光を散乱させる光散乱構造２００が設けられている。光散乱構造２００は、基板材料（本実施の形態ではサファイア）の屈折率（１．７８）とは異なる屈折率を有する領域からなり、透明基板１１０との屈折率差によって基板内部に入射した光を散乱させる。光散乱構造２００の詳細については後述する。
【００６７】
ｎ型層１２０は、透明基板１１０の主面１１０ａ上に、バッファ層、下地層、ｎ型窒化物半導体層、低温ｎ型ＧａＮ／ＩｎＧａＮ多層構造、及び、中間層である超格子層（以上、いずれも図示せず。）が主面１１０ａ側からこの順に形成されることによって構成されている。本実施の形態において、超格子層とは、非常に薄い結晶層を交互に積層することにより、その周期構造が基本単位格子よりも長い結晶格子からなる層を意味する。ｐ型層１４０は、ＭＱＷ発光層１３０上に、ｐ型ＡｌＧａＮ層、ｐ型ＧａＮ層及び高濃度ｐ型ＧａＮ層（以上、いずれも図示せず。）がＭＱＷ発光層１３０側からこの順に形成されることによって構成されている。
【００６８】
バッファ層は、例えばＡｌｓ０Ｇａｔ０Ｎ（０≦Ｓ０≦１、０≦ｔ０≦１、ｓ０＋ｔ０≠０）からなる。バッファ層は、ＡｌＮ層又はＧａＮ層から構成されているとより好ましい。Ｎ（窒素）の極一部（例えば０．５％〜２％程度）をＯ（酸素）に置き換えてもよい。そうすることにより、透明基板１１０の主面１１０ａの法線方向に伸張するようにバッファ層が形成されるので、結晶粒の揃った柱状結晶の集合体からなるバッファ層が得られる。バッファ層の厚みは、特に限定されないが、３ｎｍ以上１００ｎｍ以下であるのが好ましく、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であればより好ましい。
【００６９】
下地層は、例えばＡｌｓ１Ｇａｔ１Ｉｎｕ１Ｎ（０≦ｓ１≦１、０≦ｔ１≦１、０≦ｕ１≦１、ｓ１＋ｔ１＋ｕ１≠０）からなる。下地層は、Ａｌｓ１Ｇａｔ１Ｎ（０≦ｓ１≦１、０≦ｔ１≦１、ｓ１＋ｔ１≠１）から構成されているとより好ましく、ＧａＮ層から構成されているとさらに好ましい。下地層の厚みは、１μｍ以上８μｍ以下であるのが好ましい。
【００７０】
ｎ型窒化物半導体層は、例えばＡｌｓ２Ｇａｔ２Ｉｎｕ２Ｎ（０≦ｓ２≦１、０≦ｔ２≦１、０≦ｕ２≦１、ｓ１＋ｔ１＋ｕ１≒１）にｎ型不純物がドーピングされた層からなる。ｎ型窒化物半導体層は、Ａｌｓ２Ｇａ１−ｓ２Ｎ（０≦ｓ２≦１、好ましくは０≦ｓ２≦０．５、より好ましくは０≦ｓ２≦０．１）にｎ型不純物がドーピングされた層から構成されているとより好ましい。ｎ型不純物にはＳｉが用いられている。ｎ型ドーピング濃度（キャリア濃度とは異なる）は、特に限定されないが、１×１０１９ｃｍ−３以下であるのが好ましい。
【００７１】
低温ｎ型ＧａＮ／ＩｎＧａＮ多層構造は、ＭＱＷ発光層１３０に対する透明基板１１０及び下地層からの応力を緩和する機能を有する。この低温ｎ型ＧａＮ／ＩｎＧａＮ多層構造は、約７ｎｍの厚みを有するｎ型ＩｎＧａＮ層、約３０ｎｍの厚みを有するｎ型ＧａＮ層、約７ｎｍの厚みを有するｎ型ＩｎＧａＮ層、及び、約２０ｎｍの厚みを有するｎ型ＧａＮ層を交互に積層した多層構造からなる。
【００７２】
超格子層は、ワイドバンドギャップ層とナローバンドギャップ層とが交互に積層された超格子構造を有している。その周期構造は、ワイドバンドギャップ層を構成する半導体材料の基本単位格子及びナローバンドギャップ層を構成する半導体材料の基本単位格子よりも長い。超格子層の一周期の長さ（ワイドバンドギャップ層の厚みとナローバンドギャップ層の厚みとの合計厚み）は、ＭＱＷ発光層１３０の一周期の長さよりも短い。超格子層の具体的な厚みは、例えば１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。各ワイドバンドギャップ層は、例えばＡｌａＧａｂＩｎ（１−ａ−ｂ）Ｎ（０≦ａ＜１、０＜ｂ≦１）からなる。各ワイドバンドギャップ層は、ＧａＮ層から構成されていると好ましい。各ナローバンドギャップ層は、ワイドバンドギャップ層よりバンドギャップが小さく、かつ、ＭＱＷ発光層１３０の各井戸層（図示せず）よりもバンドギャップが大きい半導体材料から構成されているのが好ましい。各ナローバンドギャップ層は、例えばＡｌａＧａｂＩｎ（１−ａ−ｂ）Ｎ（０≦ａ＜１、０＜ｂ≦１）からなる。各ナローバンドギャップ層は、ＧａｂＩｎ（１−ｂ）Ｎ（０＜ｂ≦１）から構成されていると好ましい。なお、ワイドバンドギャップ層及びナローバンドギャップ層の両方がアンドープであると駆動電圧が上昇するため、ワイドバンドギャップ層及びナローバンドギャップ層の少なくとも一方は、ｎ型不純物がドーピングされているのが好ましい。
【００７３】
ＭＱＷ発光層１３０は、バリア層及び井戸層（いずれも図示せず。）が交互に積層された多重量子井戸構造を有している。ＭＱＷ発光層１３０の一周期（バリア層の厚みと井戸層の厚みとの合計厚み）の長さは、例えば５ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。各井戸層の組成は、半導体発光素子に求められる発光波長に合わせて調整される。例えば、各井戸層の組成は、ＡｌｃＧａｄＩｎ（１−ｃ−ｄ）Ｎ（０≦ｃ＜１、０＜ｄ≦１）とすることができる。各井戸層の組成は、Ａｌを含まない、ＩｎｅＧａ（１−ｅ）Ｎ（０＜ｅ≦１）であればより好ましい。各井戸層の組成は同じであるのが好ましい。そうすることにより、各井戸層において、電子とホールとの再結合により発光する波長を同じにできる。そのため、半導体発光素子の発光スペクトル幅を狭くできるため好ましい。各井戸層の厚みは、１ｎｍ以上７ｎｍ以下であるのが好ましい。
【００７４】
バリア層は、井戸層よりもバンドギャップエネルギーが大きい方が好ましい。各バリア層の組成は、ＡｌｆＧａｇＩｎ（１−ｆ−ｇ）Ｎ（０≦ｆ＜１、０＜ｇ≦１）とすることができる。各バリア層の組成は、Ａｌを含まないＩｎｈＧａ（１−ｈ）Ｎ（０＜ｈ≦１）、又は、井戸層との格子定数をほぼ一致させたＡｌｆＧａｇＩｎ（１−ｆ−ｇ）Ｎ（０≦ｆ＜１、０＜ｇ≦１）であればより好ましい。各バリア層の厚みは、小さいほど駆動電圧が低下する一方、極端に小さくすると発光効率が低下する傾向にある。そのため、各バリア層の厚みは、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であるのが好ましく、３ｎｍ以上７ｎｍ以下であればより好ましい。
【００７５】
井戸層及びバリア層には、ｎ型不純物がドーピングされている。ただし、井戸層及びバリア層には、ｎ型不純物がドーピングされていなくてもよい。
【００７６】
ｐ型層１４０は、例えばＡｌｓ４Ｇａｔ４Ｉｎｕ４Ｎ（０≦ｓ４≦１、０≦ｔ４≦１、０≦ｕ４≦１、ｓ４＋ｔ４＋ｕ４≠０）にｐ型不純物がドーピングされた層からなる。ｐ型層１４０は、Ａｌｓ４Ｇａ１−ｓ４Ｎ（０＜ｓ４≦０．４、好ましくは０．１≦ｓ４≦０．３）にｐ型不純物がドーピングされた層から構成されていればより好ましい。ｐ型層１４０におけるキャリア濃度は、１×１０１７ｃｍ−３以上であるのが好ましい。ここで、ｐ型不純物の活性率は０．０１程度であることから、ｐ型層１４０におけるｐ型ドーピング濃度（キャリア濃度とは異なる）は１×１０１９ｃｍ−３以上であるのが好ましい。ただし、ＭＱＷ発光層１３０に近い層（例えばｐ型ＡｌＧａＮ層）では、ｐ型ドーピング濃度はこれより低くてもよい。ｐ型層１４０の厚み（３層の合計厚み）は、特に限定されないが、例えば５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることができる。ｐ型層１４０の厚みを小さくすれば、その成長時における加熱時間を短縮できるため、ｐ型不純物のＭＱＷ発光層１３０への拡散を抑制できる。
【００７７】
上記多層構造体１５０はさらに、ｎ型層１２０の一部が露出された領域である露出部と、露出部の外側の領域であるメサ部とを含む。
【００７８】
図１及び図２を参照して、露出部の上面上（ｎ型層１２０上）には、ｎ側電極１６０が形成されている。このｎ側電極１６０は、ワイヤボンド領域であるパッド部１６０ａと、このパッド部１６０ａと一体に形成された電流拡散を目的とする細長い突出部１６０ｂ（枝電極）とを含む。メサ部の上面上（ｐ型層１４０上）には、透明電極（「透光性電極」ともいう。）１７０を介してｐ側電極１８０が形成されている。透明電極１７０は、メサ部上において、比較的広い範囲にわたって広面積に形成されている。ｐ側電極１８０は、透明電極１７０上の一部の領域に形成されている。このｐ側電極１８０は、ワイヤボンド領域であるパッド部１８０ａと、このパッド部１８０ａと一体に形成された電流拡散を目的とする細長い突出部１８０ｂ（枝電極）とを含む。
【００７９】
図１を参照して、ｎ側電極１６０は、ｎ型層１２０上に、例えばチタン層、アルミニウム層及び金層がこの順に積層された多層構造を有する。ｎ側電極１６０の厚みは例えば約１μｍである。ワイヤボンドを行なう場合の強度を想定すると、ｎ側電極１６０は１μｍ程度の厚みを有していればよい。
【００８０】
透明電極１７０は、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）から構成されている。その厚みは、例えば２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。
【００８１】
ｐ側電極１８０は、透明電極１７０上に、例えばニッケル層、アルミニウム層、チタン層及び金層がこの順に積層された多層構造を有する。ｐ側電極１８０の厚みは例えば約１μｍである。ｐ側電極１８０においても、ワイヤボンドを行なう場合の強度を想定すると、その厚みは１μｍ程度であればよい。
【００８２】
半導体発光素子１００の上面には、ＳｉＯ２からなる絶縁性の透明保護膜１９０が設けられている。この透明保護膜１９０は、半導体発光素子１００の上面のほぼ全体を覆うように形成されている。ただし、透明保護膜１９０は、ｐ側電極１８０のパッド部１８０ａ及びｎ側電極１６０のパッド部１６０ａを露出させるようにパターニングされている。
【００８３】
透明基板１１０の側面１１０ｂには、ウェハーを個々のチップ（半導体発光素子）に分割する際に形成された、後述する加工部が残存している。
【００８４】
［光散乱構造の構成］
図３を参照して、光散乱構造２００は透明基板１１０中に形成された複数の光散乱部２１０により構成される。光散乱部２１０は、透明基板１１０中に入射した光を散乱させる微小な領域である。これら光散乱部２１０は、レーザ光の照射によって透明基板１１０の局所領域を加熱することで形成された熱変性領域からなる。レーザ光が透明基板１１０に照射されると、照射された領域に存在する原子の多光子吸収により、当該領域が局所的に加熱され、周囲の領域に対して結晶構造及び結晶性等が変化して周囲と屈折率が異なる領域が形成される。
【００８５】
複数の光散乱部２１０は、透明基板１１０内において面状に分散されている。図３（Ｂ）及び図４を参照して、複数の光散乱部２１０は、透明基板１１０の主面１１０ａと主面１１０ａとは反対側の面である裏面との中間位置より裏面側の領域に形成されている。複数の光散乱部２１０は、透明基板１１０の厚み方向にほぼ２等分して得られる２つの領域のうち、多層構造体１５０とは反対側の領域に形成されている。なお、図３（Ｂ）及び図４において、上記中間位置が破線Ｇで示されている。中間位置では、破線Ｇから主面１１０ａまでの厚み方向の距離ｄ１と破線Ｇから裏面までの厚み方向の距離ｄ２とがほぼ等しい（ｄ１≒ｄ２）。この場合、複数の光散乱部２１０が透明基板１１０の裏面近傍に形成されているとより好ましい。
【００８６】
再び図１を参照して、本実施の形態では、複数の光散乱部２１０は透明基板１１０の主面１１０ａからの距離（厚み方向の距離）がほぼ同じである複数の群に分けられている。換言すると、透明基板１１０の主面１１０ａ（上面）からの距離がほぼ同じ位置に複数の光散乱部２１０が面状に分散されている。これら複数の光散乱部２１０が面状に分散されることによって、透明基板１１０の内部に仮想的な面である散乱構造面Ｅが形成されている。
【００８７】
複数の光散乱部２１０が、透明基板１１０の主面１１０ａからの距離（厚み方向の距離）に応じて複数（本実施の形態では２つ）の群に分けられているため、上記散乱構造面Ｅが所定の距離を隔てて多段（本実施の形態では２段）で形成されている。多段で形成された複数の散乱構造面Ｅ１及びＥ２は、互いに対向するように透明基板１１０中に配置されている。これら散乱構造面Ｅ１及びＥ２は、透明基板１１０の主面１１０ａに対しても対向するように配置されている。
【００８８】
図５及び図６を参照して、各段の散乱構造面Ｅを構成する光散乱部２１０は、平面的に見た場合（半導体発光素子１００を上側から見た場合）に、他の段の散乱構造面Ｅの光散乱部に対して重なり合わないように配置されている。すなわち、各段の光散乱部２１０は、他の段の光散乱部に対して、平面内における位置がずれている。このように、散乱構造面Ｅを多段に配置するとともに、各段の光散乱部の位置を他の段の光散乱部に対してずらして配置することにより、平面的に見た場合に、光散乱部２１０が存在する領域の面積を広くできる。これにより、光散乱構造２００による光散乱効果を高めることができ、高い光取出し効果が得られる。
【００８９】
複数の光散乱部２１０の各々は、透明基板１１０の主面１１０ａ（上面）から厚み方向に１０μｍ以上の距離を隔てた位置に形成されている。多段に形成された散乱構造面Ｅを、透明基板１１０の裏面側から順に１段目の散乱構造面Ｅ１及び２段目の散乱構造面Ｅ２とする。１段目の散乱構造面Ｅ１を構成する各光散乱部２１０ａは、透明基板１１０の主面１１０ａ（上面）から厚み方向にＴ１（約１００μｍ）隔てた位置に形成されている。２段目の散乱構造面Ｅ２を構成する各光散乱部２１０ｂは、透明基板１１０の主面１１０ａ（上面）から厚み方向にＴ２（約９０μｍ）隔てた位置に形成されている。なお、距離Ｔ１及び距離Ｔ２は、それぞれ、透明基板１１０の上面から、その厚み方向における光散乱部２１０の中心までの距離である。また、図５及び図６において、２段目の散乱構造面Ｅ２を構成する光散乱部２１０ｂはハッチングを付して示されている。
【００９０】
複数の光散乱部２１０は、それぞれ、透明基板１１０の厚み方向に延びる略長楕円体形状に形成されている。光散乱部２１０の幅ｄは、例えば約２μｍであり、光散乱部２１０の高さｔ（透明基板１１０の厚み方向の高さｔ）は、例えば約７μｍである。各段の光散乱部２１０は、例えば格子状に配列されており、一方方向のピッチｐ１は、例えば約６μｍであり、一方方向と直交する他方方向のピッチｐ２は、例えば約８μｍである。
【００９１】
上記のように構成された光散乱構造２００は、透明基板１１０の上面から基板内部に入射された、ＭＱＷ発光層１３０からの光を反射させて、透明基板１１０の側面１１０ｂから外部に光を取出しやすくする。すなわち、光散乱構造２００は、透明基板１１０の側面１１０ｂに対する光の入射角度を小さくするように光を反射させる。
【００９２】
透明基板１１０の側面１１０ｂには上記した加工部２２０が形成されている。この加工部２２０は、光散乱部２１０と同様、透明基板１１０にレーザ光を照射することによって加工された部分であり、ウェハーを個々のチップ（半導体発光素子）に分割する際の起点とされる。そのため、加工部２２０は、透明基板１１０の側面１１０ｂに沿って直線状に形成されている。この加工部２２０は、透明基板１１０の主面１１０ａ（上面）から厚み方向にＴ３（約８０μｍ）隔てた位置に形成されている。なお、距離Ｔ３は、透明基板１１０の上面からその厚み方向における加工部２２０の中心までの距離である。
【００９３】
上記加工部２２０は、光散乱部２１０の形成位置に対して、透明基板１１０の厚み方向にずれた位置に形成されている。この場合、加工部２２０は、光散乱部２１０ｂに対して透明基板１１０の厚み方向に４μｍ以上ずれた位置に形成されているのが好ましい。
【００９４】
［透明基板に入射された光の進路］
図８を参照して、サファイア基板３１０中に光散乱構造が形成されていない場合、活性層（発光層１３０）から下方に出射された光は、サファイア基板３１０に入射し、基板裏面にて反射されてサファイア基板３１０の上方（上面側）へと戻っていく。また、サファイア基板３１０に入射した光の一部は、サファイア基板３１０の側面へと出射される。半導体発光素子は、通常、屈折率が１．４〜１．５程度の透明樹脂で封止される。例えば、屈折率１．５の透明樹脂により半導体発光素子を封止した場合、サファイア基板３１０（屈折率＝１．７８）の側面と透明樹脂との界面において、その全反射角度は、θｓｉｄｅ≧５７．４３°となる。すなわち、サファイア基板３１０の裏面で鏡面反射すると仮定すると、０°≦θｔｏｐ≦３２．５７°の角度でサファイア基板３１０の上面から入射した光は、サファイア基板３１０の側面から取出されることはなく、サファイア基板３１０上に形成された多層構造体１５０に戻ることになる。
【００９５】
一方、θｔｏｐ＞３２．５７°の入射角度を持った光は、サファイア基板３１０に入射する位置によって、サファイア基板３１０の側面に出射される光（一点鎖線矢印参照）と、多層構造体１５０に戻る光とに分かれる。この場合、サファイア基板３１０の側面に出射された光は、サファイア基板３１０の側面から外部に取出される。
【００９６】
上記したように、サファイア基板３１０の裏面が鏡面である場合には、０°≦θｔｏｐ≦３２．５７°の入射角度を持った光は、全てサファイア基板３１０から取出されることはなく、多層構造体１５０に戻る。多層構造体１５０に戻った光は、一部はチップ外（発光素子外）に取出され、一部は透明電極１７０、ｐ側電極１８０、活性層（発光層１３０による再吸収）等の様々な光吸収体により吸収される。そのため、多層構造体１５０からサファイア基板３１０側に出射された光は、多層構造体１５０に戻すよりもサファイア基板３１０の側面から半導体発光素子の外に取出した方が光取出し効率が向上する。
【００９７】
図７を参照して、透明基板１１０中に光散乱構造２００が形成されている本実施の形態では、透明基板１１０に入射した光（破線矢印参照）を光散乱構造２００で散乱させて、透明基板１１０の側面１１０ｂに対する入射角度を小さくする。０°≦θｔｏｐ≦３２．５７°の入射角度を持った光であっても、光散乱構造２００で散乱されて透明基板１１０の側面１１０ｂに対する入射角度が変更される。これにより、透明基板１１０の側面１１０ｂと透明樹脂との界面において、その入射角度が全反射角度よりも小さくなるため、透明基板１１０の側面１１０ｂから効率よく光が取出される。
【００９８】
なお、ｐ側電極１８０の直下の領域には、０°≦θｔｏｐ≦３２．５７°の入射角度を持った光が比較的少ない。そのため、ｐ側電極１８０の直下の領域には、光散乱部２１０を形成しなくても、外部光取出し効率が低下することはほとんどない。
【００９９】
透明基板１１０の側面１１０ｂから効率よく光を取出すためには、０°≦θｔｏｐ≦３２．５７°の入射角度を持った光を光散乱構造２００で散乱させるのが好ましい。上述したように、散乱構造面Ｅを多段に配置するとともに、各段の光散乱部の位置を他の段の光散乱部に対してずらして配置することにより、平面的に見た場合に、光散乱部２１０が存在する領域の面積を広くできる。そのため、０°≦θｔｏｐ≦３２．５７°のような入射角度の小さい光を光散乱構造２００で効率よく散乱できる。
【０１００】
［製造方法］
図５、図６及び図１０〜図１６を参照して、本実施の形態に係る半導体発光素子１００の製造方法について説明する。
【０１０１】
図９を参照して、まず、約４００μｍ〜約１３００μｍの厚みを有するサファイアからなる透明基板１１０Ｓを準備する。この透明基板１１０Ｓの主面１１０ａ（窒化物半導体層が形成される側の面）を鏡面研磨することにより、その面を鏡面状態（表面粗さＲａで１ｎｍ以下程度）とする。
【０１０２】
次に、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＨＶＰＥ（Ｈｙｄｒｉｄｅ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法及びＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法等の気相成長法を用いて、透明基板１１０Ｓの主面１１０ａ上に窒化物半導体からなる多層膜を形成する。具体的には、図１０に示すように、透明基板１１０Ｓの主面１１０ａ上に、バッファ層、下地層、ｎ型窒化物半導体層、低温ｎ型ＧａＮ／ＩｎＧａＮ多層構造及び超格子層からなるｎ型層１２０、ＭＱＷ発光層１３０、ｐ型層１４０をこの順に形成する。これにより、多層膜を含む多層構造体１５０が透明基板１１０Ｓの主面１１０ａ上に形成される。
【０１０３】
本実施の形態では、後の工程でＭＱＷ発光層１３０の下の領域に光散乱構造２００である熱変性領域を形成するため、熱変性領域を形成する際の熱による影響をＭＱＷ発光層１３０に与えないためには、下地層は厚い方がよい。この観点から、下地層は少なくとも１μｍ以上の厚みで形成するのが好ましい。ｎ型窒化物半導体層についても下地層と同様、熱変性領域を形成する際の熱による影響をＭＱＷ発光層１３０に与えないためには、ｎ型窒化物半導体層は厚い方がよい。この観点から、ｎ型窒化物半導体層は、下地層とｎ型窒化物半導体層との合計厚みが少なくとも２μｍ以上となるように形成するのが好ましい。
【０１０４】
次に、図１１を参照して、ｎ型層１２０の一部が露出するように、ｐ型層１４０、ＭＱＷ発光層１３０及びｎ型層１２０の一部をエッチングする。図１２を参照して、このエッチングにより露出したｎ型層１２０の上面上にｎ側電極１６０を形成する。また、ｐ型層１４０の上面上に、透明電極１７０及びｐ側電極１８０をこの順に形成する。その後、透明電極１７０及びエッチングによって露出した各層の側面を覆うように、透明保護膜１９０を形成する。
【０１０５】
続いて、電極を形成した状態の基板に対して熱処理を行なうことで、電極を合金化する。これにより、電極と半導体層との良好なオーミック接触が得られるとともに、電極と半導体層との接触抵抗を低下させることができる。熱処理温度は、２００℃〜１２００℃の範囲が好ましく、３００℃〜９００℃の範囲であればより好ましく、４５０℃〜６５０℃の範囲であればさらに好ましい。上記以外の熱処理の条件としては、雰囲気ガスを酸素及び窒素の少なくとも一方を含有する雰囲気とする。また、例えばＡｒ等の不活性ガスを含有する雰囲気、及び、大気条件での熱処理も可能である。
【０１０６】
次に、図１３に示すように、上記工程により作製したウェハーを研削、研磨し、透明基板１１０Ｓの厚みを小さくする。具体的には、ウェハーを研削機にセットし、基板１１０Ｓの厚みが約１６０μｍになるまで、透明基板１１０Ｓの裏面（半導体層が形成されていない面）を研削して除去する。次に、このウェハーを研磨機にセットし、研磨剤の番手を段階的に小さいものに変えながら、透明基板１１０Ｓの裏面の表面が鏡面（光学的鏡面）になるまで研磨して、基板の厚みを約１２０μｍにする。このように、基板に鏡面処理を施すのは、基板の表面に凹凸があると、スクライブ時（分割時）の応力が分散しやすくなるため、不正劈開及びチッピングの原因となるからである。鏡面研磨を施した後の基板の裏面の表面は、例えば、二乗平均平方根粗さＲｑ（旧ＲＭＳ）で１０ｎｍ以下であるのが好ましい。透明基板１１０Ｓの裏面を所定の厚みになるまで除去することによって透明基板１１０が得られる。
【０１０７】
図１４を参照して、基板の厚みを所定の厚みにまで小さくした後、パルスレーザを用いて透明基板１１０中に複数の光散乱部２１０（光散乱構造２００）を形成する。なお、以下では、便宜上、レーザ光の集光スポット径を、光散乱部２１０の幅ｄと同じであると仮定して説明する。
【０１０８】
光散乱構造２００の形成には、透明基板１１０に照射するレーザ光として、パルスレーザを発生するレーザ、多光子吸収を起こさせることが可能な連続波レーザ等、種々のものを用いることができる。中でも、フェムト秒レーザ、ピコ秒レーザ、ナノ秒レーザ等のパルスレーザを発生させるものが好ましい。その波長は特に限定されないが、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ、Ｎｄ：ＹＬＦレーザ、及び、チタンサファイアレーザ等による種々のものを用いることができる。レーザ波長は、レーザ照射の対象となる基板の材質に起因する光透過性／光吸収性、基板内に形成される光散乱構造２００のサイズ・パターン精度、実用上利用可能なレーザ装置等を考慮して適宜選択される。
【０１０９】
レーザ波長が２００ｎｍ〜３５０ｎｍの場合、パルス幅はナノ秒オーダー（１ｎｓ〜１０００ｎｓ）が好ましく、１０ｎｓ〜１５ｎｍであればより好ましい。レーザ波長が３５０ｎｍ〜２０００ｎｍの場合、パルス幅はフェムト秒オーダー〜ピコ秒オーダー（１ｆｓ〜１０００ｐｓ）が好ましく、２００ｆｓ〜８００ｆｓであればより好ましい。
【０１１０】
透明基板１１０がサファイア基板の場合、上記照射条件を利用できるため、本実施の形態でも、上記照射条件を利用できる。この場合、レーザ波長及びパルス幅以外の条件は、例えば、実用性及び量産性等の観点から、以下に示す範囲内で選択することが可能である。好ましい条件として、繰返し周波数：５０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚ、レーザパワー：０．０５Ｗ〜０．８Ｗ、レーザのスポットサイズ：０．５μｍ〜４．０μｍ（より好ましくは２μｍ前後）、試料ステージの走査速度：１００ｍｍ／ｓ〜１０００ｍｍ／ｓである。パルスエネルギーは、０．６μＪ〜１２μＪ、パルスエネルギー密度は、４０Ｊ／ｃｍ２〜６ｋＪ／ｃｍ２、集光点におけるピークパワー密度は、４×１０１３Ｗ／ｃｍ２〜５×１０１５Ｗ／ｃｍ２の各範囲で形成可能である。
【０１１１】
光散乱構造２００（光散乱部２１０）は、レーザ光の照射条件を変更することで、幅ｄ、高さｔ、基板中での位置を制御できる。図６及び図１４に示すように、透明基板１１０の裏面側からレーザ光を基板内部に照射することにより光散乱構造２００を形成する。
【０１１２】
図５及び図６を参照して、レーザ光線照射機から繰返し周波数Ｘのパルスレーザ光を集光し、集光スポット径ｄで透明基板１１０に照射する。試料ステージの走査速度（加工送り速度）をＶとすると、Ｖ／Ｘの値が１ｄ以下であれば、パルスレーザ光のスポットのピッチｐ１は集光スポット径ｄ以下となり、集光スポットが相互に接し、又は、重なり合って連続して照射されることになり、直線状に光散乱部が形成される。また、直線を重ねることで面状に形成することも可能である。
【０１１３】
これに対し、Ｖ／Ｘの値が２ｄより大きい場合、形成された光散乱部のピッチは、集光スポット径ｄより大きくなり、隣接する光散乱部２１０間に隙間が生じる。そして、隙間が生じる状態で直線的に、さらに間欠的に複数の光散乱部２１０が形成される。Ｖ／Ｘ＝２ｄの場合には、隣接する光散乱部２１０の間隔ｓが集光スポット径ｄと同じになり、Ｖ／Ｘ＝５ｄの場合には、隣接する光散乱部２１０の間隔ｓが集光スポット径ｄの４倍となる。
【０１１４】
また、平面状に、上記ラインをｐ２のピッチで形成する場合には、試料ステージをｐ２だけずらして同じレーザ照射条件で光散乱部２１０を形成し、これを繰返す。これにより、複数の光散乱部２１０を平面状に形成（配置）できる。光散乱部２１０はレーザ光の焦点部分に形成されるため、立体的に形成（配置）する場合、レーザ光の焦点位置を変えることで、透明基板１１０における厚み方向の光散乱部２１０の位置（形成位置）を変えることができる。これにより、散乱構造面Ｅを多段（例えば２段、３段等）に形成できる。
【０１１５】
このように、試料ステージの走査速度、及び、パルスレーザの繰返し周波数を変えることで、光散乱部２１０のピッチを変えることができる。加えて、試料ステージの高さを変えることで、レーザ光の焦点位置を変えることができるので、基板中の任意の位置（基板の厚み方向の任意の位置）に光散乱部２１０（熱変性領域）を形成できる。
【０１１６】
透明基板１１０中に上記光散乱構造２００を形成した後、チップ分割に用いる破断線（加工部２２０）を透明基板１１０中に形成する。破断線は、光散乱構造２００とは形成目的が異なり、チップ（半導体発光素子）を所定のサイズに分割するために、透明基板１１０中に直線状に形成する。破断線（加工部２２０）の形成は、光散乱構造２００（光散乱部２１０）と同様の方法を用いることが可能である。破断線は、特に、サファイアに対して透過するレーザ光を照射することによって形成するのが好ましい。ここで透過するとは、レーザ光を透明基板１１０（サファイア基板）に照射した直後、つまり、サファイアが変質していない状態において透過率が７０％以上であることを意味する。ただし、上記透過率が８０％以上であればより好ましく、９０％以上であればさらに好ましい。
【０１１７】
破断線（加工部２２０）を形成する際のレーザ光の照射は、窒化物半導体が形成されている側（多層構造体１５０が形成されている側）から行なってもよいが、窒化物半導体での吸収を考慮して、透明基板１１０の裏面（多層構造体１５０が形成されていない側）から行なうのが好ましい。
【０１１８】
本実施の形態では、破断線（加工部２２０）は１段加工で行なっている。破断線はまた、透明基板１１０の主面１１０ａ（多層構造体１５０が形成されている側の面）から厚み方向にＴ３（約８０μｍ）隔てた位置に直線状に形成する。これにより、図１５に示すウェハー８０が得られる。
【０１１９】
図１５を参照して、ウェハー８０は、複数の半導体発光素子１００が集合した素子集合体であり、隣接する半導体発光素子１００間に上記加工部２２０（破断線）が形成されている。
【０１２０】
最後に、図１５及び図１６に示すように、形成した破断線を起点としてウェハー８０を個々の半導体発光素子１００にチップ分割する。これにより、本実施の形態に係る半導体発光素子１００が得られる。
【０１２１】
［本実施の形態の効果］
以上の説明から明らかなように、本実施の形態に係る半導体発光素子１００は、以下に述べる効果を奏する。
【０１２２】
透明基板１１０を用いた半導体発光素子１００において、透明基板１１０の内部に光散乱構造２００を形成する。透明基板１１０上には、半導体多層膜を含む多層構造体１５０が形成されており、多層構造体１５０が発する光が透明基板１１０に入射される。光散乱構造２００は、透明基板１１０中に入射した多層構造体１５０（ＭＱＷ発光層１３０）からの光を散乱させ、透明基板１１０の側面１１０ｂから光を取出しやすくする。これにより、外部光取出し効率が向上する。
【０１２３】
半導体発光素子１００が、例えば屈折率１．４〜１．５程度の透明樹脂で封止されているか否かに係らず、光散乱構造２００によって、透明基板１１０に入射された光を当該透明基板１１０の側面１１０ｂから効率よく取出すことができる。さらに、上記光散乱構造２００は透明基板１１０中に形成されるため、例えば、屈折率１．５程度の透明シリコーン樹脂等からなるダイボンドペーストを用いて、発光素子をステム等にマウントした場合でも、光散乱効果の低下が抑制される。したがって、上記のように構成することによって、半導体発光素子１００が実装状態にある場合でも、外部光取出し効率を向上させることができる。
【０１２４】
上記光散乱構造２００は、透明基板１１０の側面１１０ｂに対する光の入射角度を小さくするように光を反射させるので、外部光取出し効率をより向上させることができる。
【０１２５】
光散乱構造２００を構成する複数の光散乱部２１０は、透明基板１１０中に面状に分散されており、面状に分散された複数の光散乱部２１０によって散乱構造面Ｅを形成している。複数の光散乱部２１０による散乱構造面Ｅを透明基板１１０中に形成することにより、多層構造体１５０から透明基板１１０中に入射された光をこの散乱構造面Ｅで効率よく散乱できる。そのため、強い光散乱効果が得られるので、効果的に、外部光取出し効率を向上させることができる。
【０１２６】
透明基板１１０中に、複数の散乱構造面Ｅを互いに対向するように多段で配置することにより、多層構造体１５０から透明基板１１０中に入射された光をこれら散乱構造面Ｅでより効率よく散乱できる。
【０１２７】
さらに、各散乱構造面Ｅを構成する光散乱部２１０は、平面的に見た場合に、他の段の散乱構造面Ｅの光散乱部に対して重なり合わないように配置されている。平面的に見た場合に、散乱構造面Ｅの光散乱部２１０の位置が、他の段の散乱構造面Ｅの光散乱部２１０の位置と重なっていると、透明基板１１０において、その重なっている領域の機械的強度が低下する。そのため、透明基板１１０が割れやすくなる。上記のように、平面的に見た場合に、散乱構造面Ｅの光散乱部２１０の位置を、他の段の散乱構造面Ｅの光散乱部２１０の位置と重なり合わないようにすることによって、透明基板１１０の強度低下を抑制できる。さらに、各散乱構造面Ｅを構成する光散乱部２１０を、平面的に見た場合に、他の段の散乱構造面Ｅの光散乱部に対して重なり合わないように配置することにより、光散乱部２１０の存在する領域の面積を広くできるため、光散乱効果を高めることができ、光取出し効果を容易に高めることができる。
【０１２８】
複数の光散乱部の各々を、透明基板１１０の厚み方向に延びる略長楕円体形状とすることにより、これによっても、光散乱効果を高めることができる。
【０１２９】
さらに、複数の光散乱部２１０（光散乱構造２００）を、透明電極１７０の直下の領域に形成する。透明電極１７０を介して半導体多層膜に電流が注入され、電流が注入された領域が発光するので、透明電極１７０の直下の領域に複数の光散乱部を形成することにより、より効果的に、多層構造体１５０から発せられた光を光散乱部２１０で散乱できる。そのため、さらに容易に、透明基板１１０の側面１１０ｂから光を取出すことができる。
【０１３０】
なお、ｐ側電極１８０の直下の領域には、透明基板１１０の側面１１０ｂから光を取出すことが困難な角度で透明基板１１０中に入射される光が比較的少ない。そのため、ｐ側電極１８０の直下の領域に光散乱部２１０を形成しない場合でも、外部光取出し効率を向上できる。
【０１３１】
さらに、光散乱部２１０を熱変性領域から構成することによって、熱変性領域はレーザ光の照射により形成できるため、容易に、透明基板１１０中に光散乱部２１０を形成できる。さらに、熱変性領域が空洞になった場合、空洞内は真空（屈折率１）になるため、透明基板１１０との屈折率差が大きくなる。そのため、光散乱部２１０において、より強い光散乱効果が得られる。
【０１３２】
透明基板１１０の側面部分には、レーザ光の照射によって加工される、透明基板１１０を分割する際の起点とされた、加工部２２０（破断線）が形成されている。この加工部２２０の位置が、透明基板１１０の厚み方向における散乱構造面Ｅの位置と一致していると、チップ分割の際に、意図しない方向に分割される可能性があり、分割歩留まりを低下させる。上記加工部２２０（破断線）を、透明基板１１０の厚み方向における散乱構造面Ｅの位置とは異なり基板上面から距離Ｔ３だけ隔てた位置に形成することによって、意図しない方向に分割されるのを抑制できる。これにより、より一層、チップ分割の際の分割歩留まりを高めることができる。
【０１３３】
レーザ光の照射によって光散乱部２１０を形成する場合、パルスレーザの出力が高いと熱変性領域ができ、さらに応力等が加わると熱変性領域からクラックが発生することがある。このクラックがＭＱＷ発光層１３０に到達すると光出力の低下を起こすことがある。そのため、熱変性領域からなる光散乱部２１０は、透明基板１１０における多層構造体１５０が形成される面（主面１１０ａ）に対して厚み方向に１０μｍ以上の距離を隔てた位置に形成されているのが好ましい。このような位置に複数の光散乱部２１０を形成することにより、クラックがＭＱＷ発光層１３０に到達することに起因する光出力の低下を抑制できる。加えて、光散乱部２１０によって得られる光散乱効果を容易に向上できる。
【０１３４】
本実施の形態に係る半導体発光素子１００の製造方法は、以下に述べる効果を奏する。
【０１３５】
透明基板１１０Ｓの主面１１０ａ上に多層構造体１５０を形成した後に、透明基板１１０Ｓにおける多層構造体１５０が形成されていない裏面を除去することによって基板の厚みを所定の厚みまで小さくする。所定の厚みにされた透明基板１１０（１１０Ｓ）の裏面側からレーザ光を透明基板１１０の内部に照射する。レーザ光の照射によって透明基板１１０の内部に熱変性領域が形成され、この熱変性領域によって光散乱部２１０が構成される。すなわち、レーザ光を透明基板１１０の内部に照射することによって当該透明基板１１０の内部に光散乱部２１０が形成される。光散乱部２１０が形成された基板（ウェハー８０）を分割することによって半導体発光素子１００が得られる。得られた半導体発光素子１００の透明基板１１０には光散乱部２１０が形成されている。上述したように、この光散乱部２１０は透明基板１１０中に入射した光を散乱する。透明基板１１０の主面１１０ａ上には、半導体多層膜を含む多層構造体１５０が形成されており、多層構造体１５０が発する光が透明基板１１０中に入射される。光散乱部２１０は、透明基板１１０中に入射した多層構造体１５０からの光を散乱させ、透明基板１１０の側面１１０ｂから光を取出しやすくする。このように、本製造方法によれば、外部光取出し効率の高い半導体発光素子１００を容易に製造できる。
【０１３６】
ここで、多層構造体１５０が形成されている主面１１０ａ側からレーザ光を透明基板１１０の内部に照射した場合、半導体多層膜を含む多層構造体１５０をレーザ光が透過することになるため、素子の諸特性に影響を及ぼす可能性がある。さらに、多層構造体１５０上に電極が形成されている場合は、レーザ光が電極によって遮られるため、電極形成部分の下部に光散乱部２１０を形成することが困難となる。
【０１３７】
本実施の形態に係る半導体発光素子１００の製造方法では、多層構造体１５０が形成されていない裏面側からレーザ光を透明基板１１０の内部に照射することによって光散乱部２１０を形成する。そのため、光散乱部２１０の形成時にレーザ光が多層構造体１５０を透過しないので、レーザ光が多層構造体１５０を透過することに起因する素子特性の低下を抑制できる。多層構造体１５０上に電極が形成されている場合でも、電極が形成されている側とは反対側からレーザ光を照射するため、容易に、透明基板１１０の内部に光散乱部２１０を形成できる。
【０１３８】
さらに、透明基板１１０の裏面の近傍に光散乱部２１０を形成することにより、光散乱部２１０は多層構造体１５０から離れた位置に形成される。レーザ光の焦点位置近傍は高温となるため、光散乱部２１０を半導体多層膜から離れた位置に形成することにより、半導体多層膜が受ける熱の影響を低減できる。これにより、レーザ光照射時の熱に起因する半導体多層膜の熱劣化及び変質等を抑制できる。光散乱部２１０の形成時に、当該光散乱部２１０を、透明基板１１０の厚み方向における主面１１０ａと裏面との中間位置（破線Ｇ）より裏面側の領域に形成することにより、容易に、半導体多層膜が受ける熱の影響を低減できる。さらに、多層構造体１５０から透明基板１１０に向けて出射された光のうち、透明基板１１０の側面１１０ｂから取出される光をそのまま利用することが可能な半導体発光素子１００を容易に製造できる。
【０１３９】
さらに、透明基板１１０の裏面の近傍に光散乱部２１０を形成することにより、半導体多層膜が受ける熱の影響をより一層低減できる。加えて、半導体発光素子１００において、多層構造体１５０から透明基板１１０に向けて出射された光のうち、透明基板１１０の側面１１０ｂから取出される光はそのまま利用することが容易に可能となる。
【０１４０】
《実施例１》
上記実施の形態で示した半導体発光素子１００と同様の構成を有する半導体発光素子を作製し、この発光素子を実施例１とした。透明基板中の光散乱構造は、散乱構造面を２段とした。散乱構造面を構成する各光散乱部は、高さｔ＝７μｍ、幅ｄ＝２μｍ、ピッチｐ１＝６μｍ、ピッチｐ２＝８μｍであった。各散乱構造面の位置（透明基板の厚み方向の位置）は、上記実施の形態と同様、Ｔ１＝１００μｍ、Ｔ２＝９０μｍとした。
【０１４１】
透明基板中に光散乱構造を形成していない点以外は実施例１と同様の半導体発光素子を作製し、これを比較例１（リファレンス素子）とした。
【０１４２】
実施例１の発光素子と比較例１の発光素子とを同じ駆動条件で駆動させ、光出力（全光束）を測定したところ、その光出力は、比較例１が８５．０Ｗであったのに対し、実施例１では８７．６ｍＷであった。これより、実施例１による発光素子は、比較例１による発光素子に対して、光出力が３％程度向上することが確認された。
【０１４３】
実施例１による発光素子に青色の光を当てることによって、光散乱構造による光散乱の確認を行なった。その結果を図１７に示す。図１７において、明るく光っている部分が光散乱構造である。この図１７より、光散乱構造で光が散乱されていることが確認された。
【０１４４】
（第２の実施の形態）
［構成］
図１８を参照して、本実施の形態に係る半導体発光装置１０００は、光源として、第１の実施の形態で示した半導体発光素子１００を含む。半導体発光装置１０００はさらに、半導体発光素子１００が搭載される基体１０１０と、基体１０１０上に搭載された半導体発光素子１００を封止する蛍光体層１０２０と、蛍光体層１０２０を覆う透明樹脂層１０３０とを含む。
【０１４５】
基体１０１０は、平面状に延在する主表面１０１２を有する実装基板である。基体１０１０は、半導体発光素子１００が搭載される搭載部として機能する。この基体１０１０は、半導体発光素子１００と電気的に接続される電極端子１０１４及び１０１６を含む。半導体発光素子１００は、ダイボンドペーストからなる結合層１０４０を介して基体１０１０の主表面１０１２上に結合されている。ダイボンドペーストは、例えば、シリコーン系樹脂又はエポキシ系樹脂等の透明樹脂材料からなる。ダイボンドペーストには、半田等の低融点金属材料を用いることもできる。
【０１４６】
基体１０１０上に実装された半導体発光素子１００は、例えば金線からなるワイヤー１０５０及び１０６０を介して、基体１０１０の電極端子１０１４及び１０１６に電気的に接続されている。具体的には、半導体発光素子１００のｎ側電極１６０がワイヤー１０５０を介して電極端子１０１４と電気的に接続されており、半導体発光素子１００のｐ側電極１８０がワイヤー１０６０を介して電極端子１０１６と電気的に接続されている。
【０１４７】
蛍光体層１０２０は、半導体発光素子１００から発せられた光を透過する透光性の樹脂から形成されている。蛍光体層１０２０は例えば透明なエポキシ系樹脂又はシリコーン系樹脂等から形成されている。この蛍光体層１０２０は、半導体発光素子１００から発せられた光を波長変換する蛍光体を含有し、波長変換部として機能する。具体的には、蛍光体層１０２０には複数の蛍光粒子１０２２が分散して設けられている。半導体発光素子１００から発せられた光は、蛍光粒子１０２２によって波長変換されるため、蛍光体層１０２０からは、半導体発光素子１００から発せられた光とは異なる波長の光が発せられる。蛍光粒子１０２２には、例えばＢＯＳＥ（Ｂａ、Ｏ、Ｓｒ、Ｓｉ、Ｅｕ）等を好適に用いることができる。ＢＯＳＥ以外に、例えばＳＯＳＥ（Ｓｒ、Ｂａ、Ｓｉ、Ｏ、Ｅｕ）、ＹＡＧ（Ｃｅ賦活イットリウム・アルミニウム・ガーネット）、αサイアロン（（Ｃａ）、Ｓｉ、Ａｌ、Ｏ、Ｎ、Ｅｕ）、βサイアロン（Ｓｉ、Ａｌ、Ｏ、Ｎ、Ｅｕ）等を好適に用いることもできる。蛍光粒子１０２２の種類は、励起光の波長及び半導体発光装置に求める発光色等に応じて適宜調整できる。
【０１４８】
透明樹脂層１０３０は、半導体発光素子１００及び蛍光体層１０２０から発せられた光を透過させる樹脂から形成されている。透明樹脂層１０３０は例えば透明なエポキシ系樹脂又はシリコーン系樹脂等から形成されている。この透明樹脂層１０３０は、蛍光体層１０２０の外側に設けられ、ワイヤー１０５０及び１０６０を封止することにより、半導体発光素子１００とともにワイヤー１０５０及び１０６０を保護する。
【０１４９】
本実施の形態では、蛍光体層１０２０は、半導体発光素子１００を取り囲むように主表面１０１２上に設けられており、透明樹脂層１０３０は、さらに蛍光体層１０２０を覆うように設けられている。蛍光体層１０２０は、主表面１０１２上において半導体発光素子１００と透明樹脂層１０３０との間の空間を充填するように設けられている。蛍光体層１０２０及び透明樹脂層１０３０は、それぞれ、ドーム形状に形成されている。
【０１５０】
図１９を参照して、蛍光体層１０２０及び透明樹脂層１０３０は、それぞれ、半径ｒ及び半径Ｒを有し、原点Ｏを中心とする同心の半球状に形成されている。原点Ｏは、主表面１０１２に配置されている。半導体発光素子１００は、原点Ｏに重なる位置に配置されている。
【０１５１】
透明樹脂層１０３０が屈折率ｎ１を有している場合、蛍光体層１０２０は、屈折率ｎ１より大きい屈折率ｎ２を有しているのが好ましい。この場合、半導体発光素子１００の周囲により大きい屈折率を有する蛍光体層１０２０が配されることになるので、半導体発光素子１００からの光の取出し効率がより改善される。
【０１５２】
さらに、蛍光体層１０２０及び透明樹脂層１０３０が、以下の式（１）を満たすように形成されているとより好ましい。
Ｒ＞ｒ・ｎ１    ・・・（１）
ここで、Ｒは透明樹脂層１０３０の半径、ｒは蛍光体層１０２０の半径、ｎ１は透明樹脂層１０３０の屈折率である。
【０１５３】
このように構成することによって、半導体発光素子１００及び蛍光体層１０２０から発せられた光が、透明樹脂層１０３０の外表面（透明樹脂層１０３０と大気との境界）で反射されるのを抑制できるので、半導体発光素子１００及び蛍光体層１０２０から発せられた光を効率よく外部に取出すことが可能となる。加えて、半導体発光素子１００及び蛍光体層１０２０から発せられる光の配光を容易に制御できる。本実施の形態では、上方向（基体１０１０と反対側の方向）に出射光の向きを制御している。
【０１５４】
［本実施の形態の効果］
以上の説明から明らかなように、本実施の形態に係る半導体発光装置１０００は、以下に述べる効果を奏する。
【０１５５】
半導体発光装置１０００は、光源に、第１の実施の形態で示した半導体発光素子１００を搭載する。半導体発光素子１００は、透明基板１１０の内部に光散乱部２１０が形成されている。光散乱部２１０は、透明基板１１０中に入射した多層構造体１５０からの光を散乱させて半導体発光素子１００の光取出し効率を向上させる。このような半導体発光素子１００を搭載することにより、外部光取出し効率の高い半導体発光装置１０００が得られる。
【０１５６】
さらに、本半導体発光装置１０００では、半導体発光素子１００の透明基板１１０の内部に光散乱部２１０が形成されているため、半導体発光素子１００が搭載される基体１０１０に反射・散乱特性の高い材料を用いることなく外部光取出し効率を向上できる。そのため、半導体発光装置の設計自由度を向上できる。
【０１５７】
この点について、図２０を参照してより詳細に説明する。光散乱部が形成されていない半導体発光素子１１０Ｒでは、光散乱部による反射・散乱効果が得られない。このような場合、透明基板中に入射した多層構造体からの光を散乱・反射させるためには、半導体発光素子１００が搭載される基体１１１０の主表面１１１２の反射・散乱特性を高める必要がある。その場合、少なくとも、基体１１１０における半導体発光素子１１０Ｒ下部の材料に、反射・散乱特性の高い材料を用いる必要がある。したがって、光散乱部が形成されていない半導体発光素子１００を搭載した半導体発光装置では、設計自由度を向上させることが困難となる。さらに、基体１１１０に、反射・散乱特性の高い材料を用いることによって製造コストが上昇する。
【０１５８】
本実施の形態に係る半導体発光装置１０００では、上記のように、設計自由度を向上できるので、例えば、搭載部に反射・散乱特性の高い材料を用いないようにすることもできる。このように構成することにより、コスト低減を図ることができる。
【０１５９】
（第３の実施の形態）
［構成］
図２１を参照して、本実施の形態に係る半導体発光装置２０００は、第２の実施の形態で示した半導体発光装置１０００とほぼ同様の構成を有している。ただし、本実施の形態では、放熱性の高い放熱体（以下「高放熱体」と記す。）２０２０を含む基体２０１０を用いている点において、上記第２の実施の形態とは異なる。
【０１６０】
基体２０１０の一部は、高放熱体２０２０により形成されている。高放熱体２０２０は、半導体発光素子１００が搭載される搭載部に設けられている。高放熱体２０２０は、例えば、Ａｌ又はＡｌ合金から形成されている。この高放熱体２０２０は、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｎ、Ｃ、ＳｉＣ、ＡｌＮ及びＳｉからなる群から選択される少なくとも一つを含む材料により形成されているのが好ましい。
【０１６１】
さらに、本実施の形態では、ダイボンドペーストに半田等の低融点金属材料を用いている。そのため、半導体発光素子１００は、低融点金属材料からなる結合層２０４０を介して、基体２０１０の主表面２０１２上（高放熱体２０２０上）に結合されている。半導体発光素子１００の駆動により生じた熱は、低融点金属材料からなる結合層２０４０を介して高放熱体２０２０に伝達され、高放熱体２０２０から放熱される。図２１には、白抜き矢印によって熱の移動がイメージ的に示されている。
【０１６２】
［本実施の形態の効果］
以上の説明から明らかなように、本実施の形態に係る半導体発光装置２０００は、以下に述べる効果を奏する。
【０１６３】
基体２０１０における半導体発光素子１００が搭載される部分が、高放熱体２０２０により形成されているため、半導体発光装置２０００の放熱特性を改善できる。放熱特性を改善することにより、駆動による半導体発光素子１００の発熱によって輝度が低下するのを抑制できる。
【０１６４】
高放熱体２０２０を、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｎ、Ｃ、ＳｉＣ、ＡｌＮ及びＳｉからなる群から選択される少なくとも一つを含む材料により形成することにより、放熱性を高めることができる。このような高放熱体２０２０により搭載部を形成することにより、半導体発光装置２０００の放熱特性をより一層改善できる。
【０１６５】
さらに、低融点金属材料からなる結合層２０４０を介して、半導体発光素子１００を高放熱体２０２０上に結合することにより、半導体発光素子１００で生じた熱を効果的に高放熱体２０２０に伝達できる。そのため、半導体発光素子１００で生じた熱を効果的に高放熱体２０２０から放熱できるので、半導体発光装置２０００の放熱特性をさらに一層改善できる。なお、半導体発光素子１００の透明基板１１０（図１参照）内部に光散乱部２１０（図１参照）が形成されているため、半導体発光素子１００を高放熱体２０２０上に結合するための結合層２０４０に、低融点金属材料からなる結合層を用いた場合でも、外部光取出し効率を向上できる。
【０１６６】
なお、図２０に示すように、光散乱部が形成されていない半導体発光素子１１０Ｒを搭載した半導体発光装置では、放熱特性を改善するために、基体１１１０を金属等の熱伝導率の高い材料から形成した場合、半導体発光素子１１０Ｒから発せられる光の波長に対して高い反射率を有する材料を用いる必要があり、かつ、主表面に鏡面処理を施す必要がある。特に、半導体発光素子１１０Ｒから発せられる光の波長が青色〜紫外の領域の波長である場合、使用できる金属材料が制限される。例えば、Ａｇ等は、このような波長の光によって黒色化及びマイグレーション等を起こしやすいため取扱いが難しい。さらに、図２０に示す半導体発光装置では、ダイボンドペースト（結合層１１４０）に光透過性のもの（一般的には、シリコーン系樹脂及びエポキシ系樹脂等の樹脂材料）を使用しなければならない。このような樹脂材料は熱伝導率が低いため、半導体発光素子１１０Ｒから基体１１１０へ熱が伝わりにくい。
【０１６７】
再び図２１を参照して、本実施の形態に係る半導体発光装置２０００は、搭載される半導体発光素子１００の透明基板１１０内部に光散乱部２１０が形成されているため、発光素子単体で外部光取出し効率を向上できる。したがって、基体２０１０（高放熱体２０２０）に、半導体発光素子１００から発せられる光の波長に対して高い反射率を有する材料を用いる必要がなく、主表面に鏡面処理を施す必要もない。さらに、Ａｇメッキ等の処理を施す必要もないため、黒色化及びマイグレーション等の発生を抑制するための対策を施す必要もない。加えて、低融点金属材料からなる結合層２０４０を用いて、半導体発光素子１００を実装することにより、放熱特性を効果的に改善できる。
【０１６８】
（第４の実施の形態）
図２２を参照して、本実施の形態に係る半導体発光装置３０００は、上記第３の実施の形態に係る半導体発光装置２０００において、反射部材３０５０をさらに備える。反射部材３０５０は、半導体発光素子１００及び蛍光体層１０２０から発せられた光を反射させて配光を制御する。反射部材３０５０は、半導体発光素子１００を囲むように、基体２０１０の主表面２０１２上に取付けられている。反射部材３０５０は、光を反射する反射面３０５２を持つ。反射部材３０５０が基体２０１０の主表面２０１２上に取付けられることによって、反射面３０５２が蛍光体層１０２０の外側に設けられる。反射面３０５２は、上方向（基体２０１０と反対側の方向）に出射光の向きを制御するために、傾斜面となっている。
【０１６９】
本実施の形態では、半導体発光装置２０００の透明樹脂層１０３０（図２１参照）に代えて、透明樹脂層３０３０が、反射部材３０５０の内側の領域に充填されている。透明樹脂層３０３０は、透明樹脂層１０３０と同様、半導体発光素子１００及び蛍光体層１０２０から発せられた光を透過させる樹脂（例えば透明なエポキシ系樹脂又はシリコーン系樹脂等）から形成されている。
【０１７０】
本実施の形態に係る半導体発光装置３０００は、上記第３の実施の形態に係る半導体発光装置２０００と同様の効果を有する。
【０１７１】
（第５の実施の形態）
［構成］
図２３を参照して、本実施の形態に係る半導体発光素子４００は、第１の実施の形態に係る半導体発光素子１００とほぼ同様の構成を有している。ただし、本実施の形態に係る半導体発光素子４００は、光散乱部２１０が多層構造体１５０側の領域に形成されている点において、多層構造体１５０とは反対側の領域に形成されている第１の実施の形態とは異なる。
【０１７２】
複数の光散乱部２１０は、当該透明基板１１０の主面１１０ａと主面１１０ａとは反対側の面である裏面との中間位置（破線Ｇ）より主面１１０ａ側の領域に形成されている。この場合、複数の光散乱部２１０は透明基板１１０の主面１１０ａ近傍に形成されていてもよい。
【０１７３】
［製造方法］
図２４〜図２７を参照して、本実施の形態に係る半導体発光素子４００の製造方法について説明する。
【０１７４】
本実施の形態に係る半導体発光素子４００の製造方法は、多層構造体１５０を形成する前に、透明基板１１０に複数の光散乱部２１０を形成する。
【０１７５】
具体的には、まず、約４００μｍ〜約１３００μｍの厚みを有するサファイアからなる透明基板１１０Ｓを準備する。この透明基板１１０Ｓの主面１１０ａ（窒化物半導体層が形成される側の面）を鏡面研磨することにより、その面を鏡面状態（表面粗さＲａで１ｎｍ以下程度）とする。
【０１７６】
次に、図２４に示すように、透明基板１１０Ｓにレーザ光を照射することにより、透明基板１１０Ｓの内部に複数の光散乱部２１０を形成する。光散乱部２１０の形成方法は、第１の実施の形態で示した方法と同様の方法を用いる。
【０１７７】
本実施の形態では、後の工程で多層構造体１５０が形成される面（主面１１０ａ）の側からレーザ光を透明基板１１０Ｓの内部に照射することにより、主面１１０ａの近傍に複数の光散乱部２１０を形成する。
【０１７８】
図２５を参照して、光散乱部２１０を形成した透明基板１１０Ｓを用いて、透明基板１１０Ｓの主面１１０ａ上に、第１の実施の形態と同様の方法により、同様の多層構造体１５０を形成する。続いて、図２６に示すように、第１の実施の形態と同様の方法により、多層構造体１５０の一部をエッチングにより除去し、ｎ側電極１６０、透明電極１７０、ｐ側電極１８０及び透明保護膜１９０を形成する。そして、電極を形成した状態の基板に対して熱処理を行なうことで、電極を合金化する。
【０１７９】
次に、図２７に示すように、上記工程により作製したウェハーを研削、研磨し、透明基板１１０Ｓの厚みを小さくする。最後に、作成したウェハーを個々の半導体発光素子４００にチップ分割する。これにより、本実施の形態に係る半導体発光素子４００が得られる。なお、研削及び研磨によるウェハー（基板）の厚みを小さくする工程、並びに、ウェハー（基板）をチップ分割する工程は、上記第１の実施の形態と同様であるため、その説明は省略する。
【０１８０】
［本実施の形態の効果］
以上の説明から明らかなように、本実施の形態に係る半導体発光素子４００及びその製造方法は、以下に述べる効果を奏する。
【０１８１】
透明基板１１０Ｓの一表面側からレーザ光を照射することにより、透明基板１１０Ｓの内部に光散乱部２１０を形成する。光散乱部２１０が形成された透明基板１１０Ｓを用いて、その透明基板１１０Ｓ上に半導体多層膜を含む多層構造体１５０を形成する。多層構造体１５０を形成した後に、透明基板１１０Ｓにおける多層構造体１５０が形成されていない裏面を当該基板の厚みが所定の厚みになるまで除去する。この透明基板（ウェハー）を分割することによって半導体発光素子４００が得られる。
【０１８２】
本実施の形態では、多層構造体１５０を形成する前に透明基板１１０Ｓ（１１０）の内部に光散乱部２１０を形成するため、レーザ光の照射による熱の影響が半導体多層膜（多層構造体１５０）に及ばない。そのため、半導体発光素子４００の用途等に応じて、光散乱部２１０の形成位置を自由に決定できる。
【０１８３】
さらに、透明基板１１０Ｓにおける多層構造体１５０が形成される面（主面１１０ａ）の近傍に光散乱部２１０を形成した後に、その面上に多層構造体１５０を形成することにより、多層構造体１５０の近傍の領域に光散乱部２１０を形成できる。本製造方法では、光散乱部２１０を形成した後に多層構造体１５０を形成するため、多層構造体１５０の近傍に光散乱部２１０を形成する場合でも、レーザ光の照射による熱の影響が半導体多層膜（多層構造体１５０）に及ばない。したがって、熱に起因する素子特性の低下を抑制しながら、多層構造体１５０の近傍に光散乱部２１０を形成できる。加えて、多層構造体１５０の近傍に光散乱部２１０を形成することにより、軸上光度の高い（横方向に進む光が低減された）半導体発光素子を容易に製造できる。
【０１８４】
さらに、透明基板１１０における多層構造体１５０が形成される主面１１０ａ側からレーザ光を照射することにより、容易に、多層構造体１５０の近傍に光散乱部２１０を形成できる。
【０１８５】
図２８を参照して、第１の実施の形態で示したように、多層構造体１５０を形成した後に、多層構造体１５０が形成されている主面１１０ａ側からレーザ光を透明基板１１０の内部に照射した場合、半導体多層膜を含む多層構造体１５０をレーザ光が透過することになるため、素子の諸特性に影響を及ぼす可能性がある。さらに、多層構造体１５０上に電極が形成されている場合は、レーザ光が電極によって遮られるため、電極形成部分の下部に光散乱部２１０を形成することが困難となる。一方、透明基板１１０の裏面側からレーザ光を透明基板１１０の内部に照射する場合でも、多層構造体１５０を形成した後にレーザ光を照射すると、レーザ光の照射による熱の影響が半導体多層膜（多層構造体１５０）に及ぶ。そのため、レーザ光の照射による熱によって、素子の諸特性に影響を及ぼす可能性がある。
【０１８６】
上述したように、本実施の形態に係る半導体発光素子４００の製造方法を用いることにより、こういった不都合が生じることなく、多層構造体１５０の近傍に光散乱部２１０を形成できる。
【０１８７】
（第６の実施の形態）
本実施の形態に係る半導体発光素子は、第１の実施の形態に係る半導体発光素子１００と同様の構成を有している。ただし、本実施の形態に係る半導体発光素子は、その製造方法が、第１の実施の形態とは異なる。
【０１８８】
［製造方法］
図２９〜図３２を参照して、本実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法について説明する。
【０１８９】
本実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法は、第５の実施の形態と同様、多層構造体１５０を形成する前に、透明基板１１０に複数の光散乱部２１０を形成する。
【０１９０】
具体的には、まず、約４００μｍ〜約１３００μｍの厚みを有するサファイアからなる透明基板１１０Ｓを準備する。この透明基板１１０Ｓの主面１１０ａ（窒化物半導体層が形成される側の面）を鏡面研磨することにより、その面を鏡面状態（表面粗さＲａで１ｎｍ以下程度）とする。
【０１９１】
次に、図２９に示すように、透明基板１１０Ｓにレーザ光を照射することにより、透明基板１１０Ｓの内部に複数の光散乱部２１０を形成する。光散乱部２１０の形成方法は、第１の実施の形態で示した方法と同様の方法を用いる。
【０１９２】
レーザ光の照射は、後の工程で多層構造体１５０が形成される面（主面１１０ａ）の側から行なう。本実施の形態では、上記第５の実施の形態とは異なり、透明基板における中間位置より裏面側の領域に複数の光散乱部２１０が位置するように、レーザ光の焦点位置を調整する。光散乱部２１０の形成位置は、透明基板１１０Ｓの厚み及び後の研削・研磨の工程でどの程度基板の裏面を除去するか等を考慮して決定される。この場合、複数の光散乱部２１０を、半導体発光素子の製造後に、透明基板１１０の裏面近傍に位置するように形成するのが好ましい。
【０１９３】
図３０を参照して、光散乱部２１０を形成した透明基板１１０Ｓを用いて、透明基板１１０Ｓの主面１１０ａ上に、第１の実施の形態と同様の方法により、同様の多層構造体１５０を形成する。続いて、図３１に示すように、第１の実施の形態と同様の方法により、多層構造体１５０の一部をエッチングにより除去し、ｎ側電極１６０、透明電極１７０、ｐ側電極１８０及び透明保護膜１９０を形成する。そして、電極を形成した状態の基板に対して熱処理を行なうことで、電極を合金化する。
【０１９４】
次に、図３２に示すように、上記工程により作製したウェハーを研削、研磨し、透明基板１１０Ｓの厚みを小さくする。このとき、複数の光散乱部２１０が、例えば透明基板１１０の裏面近傍に位置するようにウェハー（基板）の裏面を除去する。最後に、作成したウェハーを個々の半導体発光素子にチップ分割する。これにより、本実施の形態に係る半導体発光素子が得られる。
【０１９５】
［本実施の形態の効果］
以上の説明から明らかなように、本実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法は、以下に述べる効果を奏する。
【０１９６】
多層構造体１５０を形成する前に、透明基板１１０Ｓ（１１０）の内部に複数の光散乱部２１０を形成する。このとき、透明基板１１０の厚み方向における主面１１０ａと裏面との中間位置より裏面側の領域に光散乱部２１０を形成する。これにより、半導体多層膜が受ける熱の影響を効果的に低減しながら、多層構造体１５０から基板に向けて出射された光のうち、透明基板１１０の側面１１０ｂ（図１参照）から取出される光をそのまま利用することが可能な半導体発光素子を容易に製造できる。
【０１９７】
さらに、光散乱部２１０が透明基板１１０の裏面の近傍に設けられるように、ウェハー（基板）の裏面を除去することによって、容易に、光散乱部２１０を透明基板１１０の裏面の近傍に形成できる。光散乱部２１０を透明基板１１０の裏面の近傍に形成することにより、多層構造体１５０から透明基板１１０に向けて出射された光のうち、透明基板１１０の側面１１０ｂから取出される光をそのまま利用することが容易に可能となる。
【０１９８】
（第７の実施の形態）
本実施の形態に係る半導体発光素子は、窒化物半導体からなる透明基板を用いている点において、上記第１の実施の形態とは異なる。窒化物半導体からなる透明基板には、ｃ面ＧａＮ基板を用いている。その他の構成は、上記第１の実施の形態と同様である。
【０１９９】
《実施例２》
本実施の形態に係る半導体発光素子と同様の発光素子を作製し、この発光素子を実施例２とした。また、透明基板中に光散乱構造を形成していない点以外は実施例２と同様の半導体発光素子を作製し、これを比較例２（リファレンス素子）とした。
【０２００】
実施例２の発光素子と比較例２の発光素子とを同じ駆動条件で駆動させ、光出力（全光束）を測定したところ、実施例２による発光素子は比較例２による発光素子に対して光出力が５％程度向上する結果が得られた。
【０２０１】
透明基板としてＧａＮ基板を用いた半導体発光素子では、基板の屈折率がサファイア基板の１．７８に比べて２．５と大きいため、基板側面からの光取出し効率がサファイア基板を用いた半導体発光素子に比べて低下する。透明基板に光散乱構造を形成した実施例２では、サファイア基板を用いた場合に比べて、光取出し効率の改善効果が効果的に働いたために、光出力がより向上したものと考えられる。
【０２０２】
なお、透明基板にＳｉＣ基板を用いた場合も、透明基板にＧａＮ基板を用いた場合と同様の結果が得られた。ＳｉＣ基板は、ＧａＮ基板と同様に大きな屈折率を有するため、改善効果が効果的に働いたためであると考えられる。これより、ＳｉＣ基板の場合においても有効であることが分かった。
【０２０３】
（第８の実施の形態）
本実施の形態に係る半導体発光素子は発光波長２９０ｎｍの紫外光ＬＥＤである。この半導体発光素子では、透明基板は、上記第１の実施の形態で示した透明基板１１０と同様、サファイア基板からなる。透明基板中には、上記第１の実施の形態と同様の光散乱構造が形成されている。透明基板上には、窒化物半導体からなる半導体多層膜が形成されている。
【０２０４】
本実施の形態では、発光波長２９０ｎｍの紫外光を発するように、ＭＱＷ発光層の組成及び厚み等が調整されている。具体的には、ＭＱＷ発光層は、ＡｌＧａＮにＩｎを添加したＩｎＡｌＧａＮ４元混晶の発光層としている。Ａｌ組成比が７０％〜９０％程度のＡｌＧａＮにＩｎを数％添加している。発光層（バリア層、井戸層）の厚みによっても波長が変わる。そのため、波長を調整するために組成及び厚みは適宜調整している。
【０２０５】
《実施例３》
本実施の形態に係る半導体発光素子と同様の発光素子を作製し、この発光素子を実施例３とした。また、透明基板中に光散乱構造を形成していない点以外は実施例３と同様の半導体発光素子を作製し、これを比較例３（リファレンス素子）とした。
【０２０６】
実施例３の発光素子と比較例３の発光素子とを同じ駆動条件で駆動させ、光出力（全光束）を測定したところ、実施例３による発光素子は比較例３による発光素子に対して光出力が３％程度向上する結果が得られた。
【０２０７】
これより、基板中に光散乱構造を形成した本構造は、紫外光ＬＥＤに対しても有効であることが確認された。
【０２０８】
（第９の実施の形態）
本実施の形態に係る半導体発光素子は、上記第１の実施の形態に係る半導体発光素子１００と同様の発光素子である。ただし、本実施の形態では、散乱構造面が１段である点において、散乱構造面が２段である上記第１の実施の形態とは異なる。
【０２０９】
《実施例４》
本実施の形態に係る半導体発光素子と同様の発光素子を作製し、この発光素子を実施例４とした。散乱構造面を構成する各光散乱部は、高さｔ＝７μｍ、幅ｄ＝２μｍ、ピッチｐ１＝６μｍ、ピッチｐ２＝８μｍであった。散乱構造面（光散乱部）は、透明基板の主面（上面）からその厚み方向に２０μｍ隔てた位置に形成した。また、透明基板中に光散乱構造を形成していない点以外は実施例４と同様の半導体発光素子を作製し、これを比較例４（リファレンス素子）とした。
【０２１０】
実施例４の発光素子と比較例４の発光素子とを同じ駆動条件で駆動させ、光出力（全光束）を測定したところ、実施例４による発光素子は比較例４による発光素子に対して光出力が２％程度向上する結果が得られた。
【０２１１】
（第１０の実施の形態）
図３３を参照して、本実施の形態に係る半導体発光素子５００は、上記第１の実施の形態に係る半導体発光素子１００と同様の発光素子である。ただし、本実施の形態では、透明基板１１０の裏面上に反射膜５１０が形成されている点において、第１の実施の形態とは異なる。
【０２１２】
反射膜５１０は、例えば、Ａｌ又はＡｇの金属反射膜からなる。これ以外に、ＳｉＯ２／ＴｉＯ２の誘電体多層反射膜（層厚λ／４で例えば２０層程度）でもよい。ここでのλは、発光素子の発光スペクトルのピーク波長を意味する。さらに、このような多層反射膜を形成した後、多層反射膜上にＡｌ又はＡｇの金属反射膜を形成したハイブリッド型の反射膜構造でもよい。誘電体多層反射膜の材料は、一般に光学的に透明な材料であればよい。例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴａＯ５、Ｎｂ２Ｏ５等の材料であれば、誘電体多層反射膜の材料として問題なく用いることができる。反射膜５１０の反射率は、８０％以上であるのが好ましく、９０％以上であればより好ましい。
【０２１３】
このように、透明基板１１０の裏面上に反射膜５１０を形成することによって、透明基板１１０の上面から入射された光を、透明基板の裏面で有効に反射させることができるので、透明基板１１０の裏面に到達した光を光散乱構造２００で有効に散乱させることができる。そのため、透明基板１１０の側面１１０ｂからより効率よく光を取出すことができる。
【０２１４】
（第１１の実施の形態）
図３４を参照して、本実施の形態に係る半導体発光素子６００は、ｐ側電極１８０が形成された側を下側にして実装する、いわゆるフリップチップマウント型のＬＥＤ発光素子である。この半導体発光素子６００は、上記第１の実施の形態に係る半導体発光素子１００と同様の構成を有している。ただし、本実施の形態では、透明電極１７０の上面上に反射膜６１０が形成されている点において、そのような反射膜が形成されていない上記第１の実施の形態とは異なる。
【０２１５】
《実施例５》
本実施の形態に係る半導体発光素子と同様の発光素子を作製し、この発光素子を実施例５とした。実施例５では、透明電極上にＡｇ反射膜を形成した。また、透明基板中に光散乱構造を形成していない点以外は実施例５と同様の半導体発光素子を作製し、これを比較例５（リファレンス素子）とした。
【０２１６】
実施例５の発光素子及び比較例５の発光素子をそれぞれフリップチップ実装した。そして、実施例５の発光素子と比較例５の発光素子とを同じ駆動条件で駆動させ、光出力（全光束）を測定したところ、実施例５による発光素子は比較例５による発光素子に対して光出力が６％程度向上する結果が得られた。
【０２１７】
フリップチップ実装を行なった場合、基板中に光散乱構造を形成した本構造では、透明基板の側面ばかりでなく透明基板の裏面で全反射していた光に関しても有効に取出すことができる。これより、本構造は光取出し効率の改善に有効であることが確認された。なお、さらなる光取出し効率の向上のために、サファイア基板の裏面に凹凸構造を形成してもよい。
【０２１８】
（第１２の実施の形態）
本実施の形態に係る半導体発光素子は、上記第７の実施の形態と同様、透明基板に窒化物半導体からなる基板を用いている。ただし、本実施の形態では、透明基板に無極性基板であるｍ面ＧａＮ基板を用いている点において、透明基板にｃ面ＧａＮ基板を用いている第７の実施の形態とは異なる。その他の構成は、上記第１及び第７の実施の形態と同様である。
【０２１９】
《実施例６》
本実施の形態に係る半導体発光素子と同様の発光素子を作製し、この発光素子を実施例６とした。また、透明基板中に光散乱構造を形成していない点以外は実施例６と同様の半導体発光素子を作製し、これを比較例６（リファレンス素子）とした。
【０２２０】
実施例６の発光素子と比較例６の発光素子とを同じ駆動条件で駆動させ、光出力（全光束）を測定したところ、実施例６による発光素子は比較例６による発光素子に対して光出力が５％程度向上する結果が得られた。これより、無極性基板を用いた場合でも、基板中に光散乱構造を形成した本構造は有効であることが確認された。
【０２２１】
透明基板としてＧａＮ基板を用いた半導体発光素子では、基板の屈折率がサファイア基板の１．７８に比べて２．５と大きいため、基板側面からの光取出し効率がサファイア基板を用いた半導体発光素子に比べて低下する。透明基板に光散乱構造を形成した実施例６では、サファイア基板を用いた場合に比べて、光取出し効率の改善効果が効果的に働いたために、光出力がより向上したものと考えられる。
【０２２２】
（第１３の実施の形態）
本実施の形態に係る半導体発光素子は、上記第１の実施の形態に係る半導体発光素子１００と同様の発光素子である。ただし、本実施の形態に係る半導体発光素子は、透明基板中に形成された光散乱部の配列が上記第１の実施の形態とは異なる。
【０２２３】
図３５を参照して、透明基板中の光散乱構造２００Ａは、複数の光散乱部２１０によって構成されている。本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様、これら複数の光散乱部２１０によって２段の散乱構造面が形成されている。図３５において、２段目の散乱構造面を構成する光散乱部２１０ｂはハッチングを付して示されている。各段の光散乱部２１０は直線状に形成され、このような直線状の光散乱部２１０が直線の延び方向と交差する方向に繰返し形成されることで、複数の光散乱部２１０が平面状に配列されている。
【０２２４】
隣接する光散乱部２１０を結ぶ線をそれぞれラインＡ１、ラインＡ２及びラインＡ３とする。本実施の形態では、ラインＡ１、ラインＡ２及びラインＡ３が、サファイア基板の劈開面であるＭ面及びＭ面と結晶的に等価な残りの２面（以下、Ｍ面等価面と記す。）に対して平行にならないように複数の光散乱部２１０が配列されている。すなわち、ラインＡ１、ラインＡ２及びラインＡ３が、Ｍ面及びＭ面等価面に対して交差するように各光散乱部２１０が形成されている。
【０２２５】
ラインＡ１、ラインＡ２及びラインＡ３がサファイア基板の劈開面であるＭ面又はＭ面等価面に対して平行となると、サファイア基板（透明基板）がそのラインで割れてしまう可能性がある。そのため、上記のように、光散乱構造２００Ａを構成する光散乱部２１０を、劈開面に対して平行に並ばないように形成することで、チップ分割時の分割歩留まりを高めることができる。
【０２２６】
なお、透明基板がサファイア基板の場合、その劈開面はＭ面又はＭ面等価面となるが、基板の材質が異なれば劈開面も異なる。そのため、サファイア基板以外の透明基板を用いる場合は、用いる基板の材質によって決まる劈開面に対して、光散乱部が平行に並ばないように構成するのが好ましい。
【０２２７】
（第１４の実施の形態）
図３６を参照して、本実施の形態に係る半導体発光素子は、上記第１３の実施の形態に係る半導体発光素子において、隣接する光散乱部２１０を結ぶ線の少なくとも１つ（例えばラインＡ４）が透明基板１１０の劈開面に対して平行となっている。
【０２２８】
図３６及び図３７を参照して、ラインＡ４に沿って配列された複数の光散乱部２１０において、隣接する光散乱部２１０は、その高さ（透明基板１１０の厚み方向の位置）が異なるように形成されている。
【０２２９】
このように、隣接する光散乱部２１０の高さを変えることによって、隣接する光散乱部２１０を結ぶ線（例えばラインＡ４）が劈開面と平行になっている場合でも、そのラインで割れてしまうのを抑制できる。そのため、意図しない位置で基板が割れてしまうのを抑制できるので、チップ分割時の分割歩留まりを高めることができる。
【０２３０】
（第１５の実施の形態）
図３８を参照して、本実施の形態に係る半導体発光素子７００は、上記第１の実施の形態に係る半導体発光素子１００と同様の発光素子である。ただし、本実施の形態では、散乱構造面Ｅが３段である点において、散乱構造面Ｅが２段である上記第１の実施の形態とは異なる。
【０２３１】
本実施の形態では、透明基板１１０Ａ中に、散乱構造面Ｅ１１、Ｅ１２及びＥ１３を含む光散乱構造２００Ｃが形成されている。散乱構造面Ｅ１１、Ｅ１２及びＥ１３において、各段の散乱構造面を構成する光散乱部２１０は、平面的に見た場合に、他の段の散乱構造面の光散乱部に対して重なり合わないように配置されている。
【０２３２】
このように構成された半導体発光素子７００においても、上記第１の実施の形態と同様、外部光取出し効率を効果的に向上させることができる。
【０２３３】
［変形例］
上記実施の形態では、透明基板に、サファイア基板、ｃ面ＧａＮ基板及びｍ面ＧａＮ基板を用いた例について示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。透明基板は、その透明基板を含む発光素子が発する光に対して透光性を有する基板であればよい。そのような透明基板として、上記以外に、例えば窒化物半導体基板、ＳｉＣ基板及び石英基板等の基板を用いることができる。窒化物半導体基板としては、ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）からなる基板を用いることができる。窒化物半導体基板中に、Ｓｉ、Ｏ、Ｃｌ、Ｓ、Ｃ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｇ又はＢｅがドーピングされていてもよい。ｎ型窒化物半導体としては、これらのドーピング材料のうちでも、Ｓｉ、Ｏ及びＣｌが特に好ましい。さらに、窒化物半導体基板には、非極性基板を用いることもできる。非極性基板は、無極性基板及び半極性基板を含む。無極性基板の主面方位には、Ａ面｛１１−２０｝、Ｍ面｛１−１００｝及び｛１−１０１｝面等がある。半極性基板の主面方位には、緑色領域等での発光効率が高いことで知られる｛２０−２１｝等がある。これらの主面方位を持つ窒化物半導体基板についても本発明を適用できる。
【０２３４】
上記実施の形態では、約１２０μｍの厚みを有する透明基板を用いた例について示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。透明基板の厚みは特に限定されず、例えば２０μｍ以上５００μｍ以下（好ましくは８０μｍ以上３００μｍ以下）の厚みを有する透明基板を適宜用いることができる。
【０２３５】
上記実施の形態において、ｎ型層の各層にドーピングするｎ型不純物は、特に限定されないが、Ｓｉ、Ｐ、Ａｓ又はＳｂ等であればよく、好ましくはＳｉである。また、超格子層は、ワイドバンドギャップ層及びナローバンドギャップ層とは異なる１層以上の半導体層と、ワイドバンドギャップ層と、ナローバンドギャップ層とが順に積層されて超格子構造を構成していてもよい。
【０２３６】
上記実施の形態では、ＩＴＯからなる透明電極を用いた例について示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。透明電極はＩＴＯ以外に例えばＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）等の透明導電膜を用いることもできる。また、ｎ側電極は上記以外に例えばＷ／Ａｌ、Ｔｉ／Ａｌ、Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ、Ｗ／Ａｌ／ＷＰｔ／Ａｕ及びＡｌ／Ｐｔ／Ａｕ等であってもよい。
【０２３７】
上記実施の形態では、ＳｉＯ２からなる透明保護膜を用いた例について示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。透明保護膜は、ＳｉＯ２以外に例えばＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、又はＶ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａよりなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む酸化物、ＳｉＮ、ＢＮ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ等を用いることができる。透明保護膜は絶縁性を有する膜であるのが好ましい。
【０２３８】
上記実施の形態では、ｎ側電極及びｐ側電極を、突出部（枝電極）を含むように形成した例について示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。ｎ側電極及びｐ側電極は、突出部（枝電極）を含まない構成であってもよい。また、ｐ側電極の直下の領域に、ｐ側電極の下部において電流の注入を止めるための絶縁層を設けてもよい。
【０２３９】
上記実施の形態では、ｐ側電極の直下の領域に光散乱部を設けない例について示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。ｐ側電極の直下の領域にも光散乱部を設ける構成であってもよい。
【０２４０】
上記実施の形態では、光散乱構造を構成する散乱構造面を１段、２段及び３段に形成した例について示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。散乱構造面は、４段以上の多段であってもよい。
【０２４１】
上記実施の形態では、光散乱構造を、基板を厚み方向に２等分した下側の領域（多層構造体とは反対側の領域）に形成した例について示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。例えば、図３９に示すように、光散乱構造２００Ｄを、基板を厚み方向に２等分した上側の領域（多層構造体側の領域）に形成してもよい。また図４０に示すように、光散乱構造２００Ｅを、基板中に分散させて（偏ることなく）形成してもよい。さらに図４１に示すように、断面的に見て、光散乱部２１０が略山型に配置された光散乱構造２００Ｆを基板中に形成してもよい。さらに図４２に示すように、平面的に見て、光散乱部２１０が渦巻き状に配置された光散乱構造２００Ｇを基板中に形成してもよい。この場合、光散乱部は螺旋状であってもよい。さらに、図４３に示すように、基板中に光散乱部２１０がランダムに配置された光散乱構造２００Ｈを基板中に形成してもよい。
【０２４２】
上記実施の形態では、光散乱部を略長楕円体形状に形成した例について示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。光散乱部の形状は、略長楕円体形状以外であってもよい。なお、光散乱部の形状、寸法及び配置等は、透明基板中に入射された光を散乱させて、透明基板の側面から光を取出しやすくするように適宜制御することができる。
【０２４３】
上記実施の形態において、透明基板にサファイア基板を用いる場合、基板の上面は平坦であってもよいし、例えば特開２００８−１７７５２８号公報に記載されているような、上面に凹凸形状が形成されたＰＳＳ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ  Ｓａｐｐｈｉｒｅ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）であってもよい。図４４を参照して、上面に凹凸形状が形成されているサファイア基板４１０を用いる場合、その凹凸形状は、１〜３μｍ程度の高さの凹凸が１〜３μｍ間隔で並んだ形状とすることができる。この場合、光散乱部２１０が形成されている位置までの距離Ｔは、凹凸形状の底面部をサファイア基板４１０の上面とし、サファイア基板４１０の上面からその厚み方向における光散乱部２１０の中心までの距離とする。
【０２４４】
上記実施の形態では、透明基板中に破断線（加工部）を一段で形成した例について示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。破断線（加工部）についても、多段で形成することができる。基板の厚みが大きくなると、基板を分割しにくくなる。そのため、例えば透明基板の厚みが５０μｍ〜１２０μｍ程度の場合は破断線（加工部）を１段で加工し、透明基板の厚みが１２０μｍ〜２００μｍ程度の場合は破断線（加工部）を２段で加工し、透明基板の厚みが２００μｍ以上の場合は破断線（加工部）を３段で加工するといったように、透明基板の厚みに応じて段数を増やしてもよい。
【０２４５】
上記実施の形態では、散乱構造面が多段で形成されている場合に、各散乱構造面を構成する光散乱部を、平面的に見た場合に、他の散乱構造面の光散乱部に対して重なり合わないように形成した例について示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。各散乱構造面を構成する光散乱部の一部又は全部が、平面的に見た場合に、他の散乱構造面の光散乱部に対して重なり合うように形成されていてもよい。ただし、光散乱部が重なり合って形成されるとその部分の強度が低下するため、各散乱構造面を構成する光散乱部は、上記実施の形態で示したように、平面的に見た場合に、他の散乱構造面の光散乱部に対して重なり合わないように形成されているのが好ましい。
【０２４６】
上記第１の実施の形態では、半導体発光素子の製造方法において、透明基板を研磨・研削した後に、透明基板の裏面側からレーザ光を照射することにより透明基板の内部に光散乱部を形成する例について示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。例えば、レーザ光が入射する面が所定の位置に光散乱構造を形成可能な程度の表面粗さを有していれば、透明基板を研磨・研削する前に、透明基板の裏面側からレーザ光を照射することにより透明基板の内部に光散乱部を形成し、その後、透明基板を研磨・研削するようにしてもよい。
【０２４７】
上記第２〜第４の実施の形態では、蛍光体層の外側に、当該蛍光体層を覆う透明樹脂層を設けた例について示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。蛍光体層の外側に透明樹脂層を設けない構成としてもよい。この場合、蛍光体層は、ドーム形状以外の形状であってもよい。なお、蛍光体層に代えて、蛍光体粒子を含有しない透明樹脂で半導体発光素子を封止するようにしてもよい。
【０２４８】
上記第２の実施の形態において、半導体発光素子を搭載する基体は、セラミックス材料、金属材料、樹脂材料等からなる種々の基体を用いることができる。金属材料からなる基体を用いる場合、半導体発光素子からの光の波長に対して高い反射率を有する材料を使う必要はないが、そのような材料を用いることも可能である。さらに、基体の主表面に鏡面処理を施すこともできる。
【０２４９】
上記第３及び第４の実施の形態では、一部（半導体発光素子が搭載される部分）に高放熱体を有する基体を用いた例について示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。例えば、全体が高放熱体からなる基体を用いて半導体発光装置を構成することもできる。
【０２５０】
上記第２〜第４の実施の形態において、半導体発光装置に搭載する半導体発光素子の数は、１個であってもよいし、複数個であってもよい。
【０２５１】
上記第５及び第６の実施の形態では、透明基板の主面（多層構造体が形成される面）側からレーザ光を照射する例について示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。例えば、レーザ光が入射する面が所定の位置に光散乱構造を形成可能な程度の表面粗さを有していれば、透明基板の裏面（多層構造体が形成される面とは反対の面）側からレーザ光を照射するようにしてもよい。
【０２５２】
上記で開示された技術を適宜組合せて得られる実施の形態についても、本発明の技術的範囲に含まれる。
【０２５３】
今回開示された実施の形態は単に例示であって、この発明が上記した実施の形態のみに制限されるわけではない。この発明の範囲は、発明の詳細な説明の記載を参酌した上で、特許請求の範囲の各請求項によって示され、そこに記載された文言と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含む。
【産業上の利用可能性】
【０２５４】
本発明によれば、実装状態においても外部光取出し効率が高い半導体発光素子、その半導体発光素子の製造方法、そのような半導体発光素子を搭載した半導体発光装置、及び半導体発光素子の外部光取出し効率を高める基板を提供できる。
【符号の説明】
【０２５５】
１００、４００、５００、６００、７００            半導体発光素子
１１０                                            透明基板
１１０ａ                                          主面
１１０ｂ                                          側面
１２０                                            ｎ型層
１３０                                            ＭＱＷ発光層
１４０                                            ｐ型層
１５０                                            多層構造体
１６０                                            ｎ側電極
１６０ａ、１８０ａ                                パッド部
１６０ｂ、１８０ｂ                                突出部
１７０                                            透明電極
１８０                                            ｐ側電極
１９０                                            透明保護膜
２００、２００Ａ〜２００Ｈ                        光散乱構造
２１０、２１０ａ、２１０ｂ                        光散乱部
２２０                                            加工部
１０００、２０００、３０００                      半導体発光装置
【図１】
2013141032.tif 000003
【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】
2013141032.tif 000034
【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
2013141032.tif 000037
【図３６】
2013141032.tif 000038
【図３７】
2013141032.tif 000039
【図３８】
2013141032.tif 000040
【図３９】
2013141032.tif 000041
【図４０】
2013141032.tif 000042
【図４１】
2013141032.tif 000043
【図４２】
2013141032.tif 000044
【図４３】
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【図４４】
2013141032.tif 000046
【手続補正書】
【提出日】平成26年4月11日(2014.4.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発する半導体発光素子であって、
前記半導体発光素子の発する光に対して透光性を有する透明基板と、
前記透明基板上に形成され、半導体多層膜を含む多層構造体とを含み、
前記透明基板は、当該透明基板中に形成され、基板中に入射した光を散乱するための光散乱手段を含む、半導体発光素子。
【請求項２】
前記光散乱手段は、前記透明基板の側面に対する光の入射角度を小さくするように光を反射させる、請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記光散乱手段は、前記透明基板中に形成された、複数の光散乱部を含む、請求項１又は請求項２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記複数の光散乱部は、前記透明基板中に面状に分散されており、
面状に分散された前記複数の光散乱部によって散乱構造面が形成されている、請求項３に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記透明基板中には、複数の前記散乱構造面が形成されており、
前記複数の前記散乱構造面は、互いに対向するように多段で配置されている、請求項４に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記透明基板中には、前記散乱構造面が多段で形成されており、
各散乱構造面を構成する前記光散乱部は、平面的に見た場合に、他の段の散乱構造面の前記光散乱部に対して重なり合わないように配置されている、請求項４に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記複数の光散乱部の各々は、前記透明基板の厚み方向に延びる略長楕円体形状である、請求項３に記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記多層構造体上に形成された透光性電極層をさらに含み、
前記複数の光散乱部は、前記透光性電極層の直下の領域に形成されている、請求項３に記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記透光性電極層と重なるように形成された金属電極層をさらに含み、
前記複数の光散乱部は、前記金属電極層の直下の領域を除く、前記透光性電極層の直下の領域に形成されている、請求項８に記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記透明基板は、１０μｍより大きい厚みを有しており、
前記複数の光散乱部の各々は、前記透明基板における前記多層構造体が形成される面に対して厚み方向に１０μｍ以上の距離を隔てた位置に形成されている、請求項３に記載の半導体発光素子。
【請求項１１】
前記複数の光散乱部の少なくとも一部は、ライン状に配列されている、請求項３〜請求項１０のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項１２】
前記ライン状に配列された前記光散乱部の延び方向は、前記透明基板の劈開面に対して交差する方向である、請求項１１に記載の半導体発光素子。
【請求項１３】
前記光散乱部は、熱変性領域からなる、請求項３〜請求項１２のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項１４】
前記透明基板の側面部分には、レーザ光の照射によって加工され、前記透明基板を分割する際の起点とされた、加工部が形成されており、
前記透明基板において、厚み方向における前記散乱構造面の位置は、厚み方向における前記加工部の位置とは異なる、請求項５に記載の半導体発光素子。
【請求項１５】
前記透明基板は、サファイア基板、窒化物半導体基板、ＳｉＣ基板及び石英基板のいずれかである、請求項１〜請求項１４のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項１６】
基板の一方の面上に半導体多層膜を含む多層構造体を形成する工程と、
前記基板における前記多層構造体が形成されていない他方の面を当該基板の厚みが所定の厚みになるまで除去する工程と、
前記他方の面側からレーザ光を前記基板内部に照射することにより、前記基板内部に、前記基板中に入射した光を散乱する光散乱部を形成する工程と、
前記基板を個々の半導体発光素子に分割する工程とを含む、半導体発光素子の製造方法。
【請求項１７】
前記光散乱部を形成する工程は、前記基板の前記他方の面の近傍に前記光散乱部を形成する工程を含む、請求項１６に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１８】
前記他方の面の近傍に前記光散乱部を形成する工程は、前記基板の厚み方向における前記一方の面と前記他方の面との中間位置より前記他方の面側に前記光散乱部を形成する工程を含む、請求項１７に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１９】
基板の一表面側からレーザ光を照射することにより、前記基板内部に、前記基板中に入射した光を散乱する光散乱部を形成する工程と、
前記基板上に半導体多層膜を含む多層構造体を形成する工程と、
前記基板における前記多層構造体が形成されていない面を当該基板の厚みが所定の厚みになるまで除去する工程と、
前記基板を個々の半導体発光素子に分割する工程とを含む、半導体発光素子の製造方法。
【請求項２０】
前記光散乱部を形成する工程は、前記基板における前記多層構造体が形成される面の近傍に前記光散乱部を形成する工程を含む、請求項１９に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項２１】
前記基板における前記多層構造体が形成される面を一方の面とし、前記基板における前記多層構造体が形成される面とは反対側の面を他方の面とした場合に、
前記光散乱部を形成する工程は、前記基板の厚み方向における前記一方の面と前記他方の面との中間位置より前記他方の面側に前記光散乱部を形成する工程を含む、請求項１９に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項２２】
前記除去する工程は、前記光散乱部が前記基板の前記他方の面の近傍に設けられるように、前記基板の他方の面を除去する工程を含む、請求項２１に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項２３】
前記光散乱部を形成する工程は、前記基板における前記多層構造体が形成される面側からレーザ光を照射する工程を含む、請求項１９に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項２４】
半導体発光素子と、
前記半導体発光素子が搭載される搭載部とを含み、
前記半導体発光素子は、基板と、前記基板上に形成され、半導体多層膜を含む多層構造体とを含み、
前記基板の内部には、基板中に入射した光を散乱する光散乱部が形成されている、半導体発光装置。
【請求項２５】
前記搭載部は、前記半導体発光素子からの熱を放出する放熱体により形成されている、請求項２４に記載の半導体発光装置。
【請求項２６】
前記放熱体は、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｎ、Ｃ、ＳｉＣ、ＡｌＮ及びＳｉからなる群から選択される少なくとも一つを含む材料により形成されている、請求項２５に記載の半導体発光装置。
【請求項２７】
前記半導体発光素子を前記搭載部に結合するための、低融点金属材料からなる結合層をさらに含む、請求項２４〜請求項２６のいずれかに記載の半導体発光装置。
【請求項２８】
前記半導体発光素子からの光を波長変換する波長変換部と、
前記波長変換部の外側に設けられ、前記半導体発光素子から出射された光を反射する光反射部とをさらに含む、請求項２４〜請求項２７のいずれかに記載の半導体発光装置。
【請求項２９】
前記波長変換部は、一種類以上の蛍光体を含有する、請求項２８に記載の半導体発光装置。
【請求項３０】
光を透過する基板であって、
前記基板の内部に形成され、当該基板中に入射した光を散乱する複数の光散乱部を含み、
前記複数の光散乱部は、当該基板内部において面状に分散されている、基板。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
半導体発光素子が、例えば屈折率１．４〜１．５程度の透明樹脂で封止されているか否かに係らず、光散乱部によって基板中に入射された光を当該基板の側面から効率よく取出すことができる。さらに、上記光散乱部は基板中に形成されるため、例えば、屈折率１．５程度の透明シリコーン樹脂等からなるダイボンドペーストを用いて、発光素子をステム等にマウントした場合でも、光散乱効果の低下が抑制される。したがって、本製造方法によって半導体発光素子を製造することにより、得られた半導体発光素子は実装状態にある場合でも、外部光取出し効率を向上させることができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７０】
ｎ型窒化物半導体層は、例えばＡｌｓ２Ｇａｔ２Ｉｎｕ２Ｎ（０≦ｓ２≦１、０≦ｔ２≦１、０≦ｕ２≦１、ｓ２＋ｔ２＋ｕ２≒１）にｎ型不純物がドーピングされた層からなる。ｎ型窒化物半導体層は、Ａｌｓ２Ｇａ（１−ｓ２）Ｎ（０≦ｓ２≦１、好ましくは０≦ｓ２≦０．５、より好ましくは０≦ｓ２≦０．１）にｎ型不純物がドーピングされた層から構成されているとより好ましい。ｎ型不純物にはＳｉが用いられている。ｎ型ドーピング濃度（キャリア濃度とは異なる）は、特に限定されないが、１×１０１９ｃｍ−３以下であるのが好ましい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７６】
ｐ型層１４０は、例えばＡｌｓ４Ｇａｔ４Ｉｎｕ４Ｎ（０≦ｓ４≦１、０≦ｔ４≦１、０≦ｕ４≦１、ｓ４＋ｔ４＋ｕ４≠０）にｐ型不純物がドーピングされた層からなる。ｐ型層１４０は、Ａｌｓ４Ｇａ（１−ｓ４）Ｎ（０＜ｓ４≦０．４、好ましくは０．１≦ｓ４≦０．３）にｐ型不純物がドーピングされた層から構成されていればより好ましい。ｐ型層１４０におけるキャリア濃度は、１×１０１７ｃｍ−３以上であるのが好ましい。ここで、ｐ型不純物の活性率は０．０１程度であることから、ｐ型層１４０におけるｐ型ドーピング濃度（キャリア濃度とは異なる）は１×１０１９ｃｍ−３以上であるのが好ましい。ただし、ＭＱＷ発光層１３０に近い層（例えばｐ型ＡｌＧａＮ層）では、ｐ型ドーピング濃度はこれより低くてもよい。ｐ型層１４０の厚み（３層の合計厚み）は、特に限定されないが、例えば５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることができる。ｐ型層１４０の厚みを小さくすれば、その成長時における加熱時間を短縮できるため、ｐ型不純物のＭＱＷ発光層１３０への拡散を抑制できる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４２】
実施例１の発光素子と比較例１の発光素子とを同じ駆動条件で駆動させ、光出力（全光束）を測定したところ、その光出力は、比較例１が８５．０ｍＷであったのに対し、実施例１では８７．６ｍＷであった。これより、実施例１による発光素子は、比較例１による発光素子に対して、光出力が３％程度向上することが確認された。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１５７】
この点について、図２０を参照してより詳細に説明する。光散乱部が形成されていない半導体発光素子１００Ｒでは、光散乱部による反射・散乱効果が得られない。このような場合、透明基板中に入射した多層構造体からの光を散乱・反射させるためには、半導体発光素子１００が搭載される基体１１１０の主表面１１１２の反射・散乱特性を高める必要がある。その場合、少なくとも、基体１１１０における半導体発光素子１００Ｒ下部の材料に、反射・散乱特性の高い材料を用いる必要がある。したがって、光散乱部が形成されていない半導体発光素子１００を搭載した半導体発光装置では、設計自由度を向上させることが困難となる。さらに、基体１１１０に、反射・散乱特性の高い材料を用いることによって製造コストが上昇する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１６６】
なお、図２０に示すように、光散乱部が形成されていない半導体発光素子１００Ｒを搭載した半導体発光装置では、放熱特性を改善するために、基体１１１０を金属等の熱伝導率の高い材料から形成した場合、半導体発光素子１００Ｒから発せられる光の波長に対して高い反射率を有する材料を用いる必要があり、かつ、主表面に鏡面処理を施す必要がある。特に、半導体発光素子１００Ｒから発せられる光の波長が青色〜紫外の領域の波長である場合、使用できる金属材料が制限される。例えば、Ａｇ等は、このような波長の光によって黒色化及びマイグレーション等を起こしやすいため取扱いが難しい。さらに、図２０に示す半導体発光装置では、ダイボンドペースト（結合層１１４０）に光透過性のもの（一般的には、シリコーン系樹脂及びエポキシ系樹脂等の樹脂材料）を使用しなければならない。このような樹脂材料は熱伝導率が低いため、半導体発光素子１００Ｒから基体１１１０へ熱が伝わりにくい。
【国際調査報告】
2013141032.tif 000047
2013141032.tif 000048
2013141032.tif 000049
2013141032.tif 000050