(57)【要約】【課題】電気特性が安定で、かつ、基板面からの出射光強度の大きい発光素子を提供する。【解決手段】第１導電型の半導体層１０１の端面に、基板１００面に略平行なテラス１２５と、テラス１２５よりも基板１００側に設けられた、傾斜した端面領域とを含む構成とする。テラス１２５を設けたことにより、第１電極１０４と発光層１０２との間隔を、基板面と略平行な方向について大きくとり、層の厚み方向には接近させることができるため、半導体層１１を端面に向かって伝搬した光の多くを反射することができる。よって、基板１００から取り出される光強度を高めることができる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、該基板上に配置された半導体層とを有し、
該半導体層は、前記基板側から順に積層された第１導電型の半導体層と、発光層と、第２導電型の半導体層と、前記第１および第２導電型の半導体層に接するようにそれぞれ配置された第１および第２の電極とを含み、前記基板は、発光層の放出光に対して透明であり、
前記半導体層の端面は、前記第１導電型の半導体層の端面に設けられた、前記基板面に略平行な第１のテラスと、前記第１のテラスよりも前記基板側に設けられた、前記基板面に対して傾斜した端面領域とを含み、前記第１の電極は光反射性であり、前記傾斜した端面領域に配置され、前記発光層から放出された光を前記基板に向かって反射することを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体発光素子において、前記第２の電極は、前記第２導電型の半導体層の上に配置され、前記第１のテラスは、前記発光層内の前記第２の電極の端部直下の点を中心として前記発光層から前記第１導電型の半導体層側に５°以内の領域に配置されていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項３】
請求項１に記載の半導体発光素子において、前記第１のテラスは、前記発光層から０．３μｍ以内の範囲に配置されていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体発光素子において、前記第１の電極は、前記第１のテラスの前記傾斜した端面領域との境界近傍から前記傾斜した端面領域の全体を被覆していることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体発光素子において、前記第１のテラスの幅は５μｍ以上であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体発光素子において、前記傾斜した端面領域の傾斜角度は、前記基板面に対して３５°以上５０°以下であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体発光素子において、前記第１のテラスと前記基板との間の前記傾斜した端面領域には、前記基板面に略平行な１以上の第２のテラスが配置されていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項８】
請求項７に記載の半導体発光素子において、前記第１導電型の半導体層は高濃度不純物層を含み、前記第２のテラスのうちの少なくとも１つは、前記高濃度不純物層の位置に配置されていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の半導体発光素子において、前記第２導電型の半導体層の端面には、前記基板面に略平行な第３のテラスが配置され、該第３のテラスよりも前記基板から遠い側の前記第２導電型の半導体層端面は、前記発光層から放出された光を前記基板に向かって反射するために傾斜していることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１０】
請求項９に記載の半導体発光素子において、前記第３のテラスは、前記発光層内の前記第２の電極の端部直下の点を中心として前記発光層から前記第２導電型の半導体層側に５°以内の領域に配置されていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載の半導体発光素子において、前記第３のテラスは、前記発光層から０．３μｍ以内の範囲に配置されていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１２】
請求項９から１１のいずれか１項に記載の半導体発光素子において、前記第３のテラスの幅は５μｍ以上であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか１項に記載の半導体発光素子において、前記半導体層の端面は、前記第２導電型層表面から前記第１のテラスまでの領域が前記基板面に対して略垂直であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１４】
請求項１から１２のいずれか１項に記載の半導体発光素子において、前記半導体層の端面は、前記第２導電型層表面から前記第１のテラスまでの領域が前記基板面に対して傾斜していることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１５】
基板と、該基板上に配置された半導体層とを有し、
該半導体層は、前記基板側から順に積層された第１導電型の半導体層と、発光層と、第２導電型の半導体層と、前記第１および第２導電型の半導体層に接するようにそれぞれ配置された第１および第２の電極とを含み、前記基板は、発光層の放出光に対して透明であり、
前記半導体層は、区画溝によって複数の区画に分割され、該区画溝の側面は、前記半導体層の端面を構成し、前記第１導電型の半導体層の端面は、前記発光層から放出された光を前記基板に向かって反射するために傾斜した端面領域を含み、前記第１の電極は、光反射性であり、前記傾斜した端面領域に配置され、
前記第１導電型の半導体層の端面には、前記基板面に略平行な第１のテラスが備えられ、前記傾斜した端面領域は、前記第１のテラスよりも前記基板側に配置されていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１６】
請求項１５に記載の半導体発光素子において、前記第２の電極は、前記第２導電型の半導体層の上に配置され、前記第１のテラスは、前記発光層内の前記第２の電極の端部直下の点を中心として前記発光層から前記第１導電型の半導体層側に５°以内の領域に配置されていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１７】
請求項１５または１６に記載の半導体発光素子において、前記第１のテラスは、前記発光層から０．３μｍ以内の範囲に配置されていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１８】
請求項１５から１７のいずれか１項に記載の半導体発光素子において、前記第１の電極は、前記第１のテラスの前記傾斜した端面領域との境界近傍から前記傾斜した端面領域の全体を被覆していることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１９】
請求項１５から１８のいずれか１項に記載の半導体発光素子において、前記第１のテラスの幅は５μｍ以上であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２０】
請求項１５から１９のいずれか１項に記載の半導体発光素子において、前記傾斜した端面領域の傾斜角度は、前記基板面に対して３５°以上５０°以下であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２１】
請求項１５から２０のいずれか１項に記載の半導体発光素子において、前記第１のテラスと前記基板との間の前記傾斜した端面領域には、前記基板面に略平行な１以上の第２のテラスが配置されていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２２】
請求項２１に記載の半導体発光素子において、前記第１導電型の半導体層は高濃度不純物層を含み、前記第２のテラスのうちの少なくとも１つは、前記高濃度不純物層の位置に配置されていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２３】
請求項１５から２２のいずれか１項に記載の半導体発光素子において、前記第２導電型の半導体層の端面には、前記基板面に略平行な第３のテラスが配置され、該第３のテラスよりも前記基板から遠い側の前記第２導電型の半導体層端面は、前記発光層から放出された光を前記基板に向かって反射するために傾斜していることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２４】
請求項２３に記載の半導体発光素子において、前記第３のテラスは、前記発光層内の前記第２の電極の端部直下の点を中心として前記発光層から前記第２導電型の半導体層側に５°以内の領域に配置されていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２５】
請求項２３または２４に記載の半導体発光素子において、前記第３のテラスは、前記発光層から０．３μｍ以内の範囲に配置されていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２６】
請求項２３から２５のいずれか１項に記載の半導体発光素子において、前記第３のテラスの幅は５μｍ以上であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２７】
請求項１５から２６のいずれか１項に記載の半導体発光素子において、前記半導体層の端面は、前記第２導電型層表面から前記第１のテラスまでの領域が前記基板面に対して略垂直であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２８】
請求項１５から２６のいずれか１項に記載の半導体発光素子において、前記半導体層の端面は、前記第２導電型層表面から前記第１のテラスまでの領域が前記基板面に対して傾斜していることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２９】
請求項１５から２８のいずれか１項に記載の半導体発光素子において、前記区画溝は、前記基板まで到達する深さであり、前記区画溝の側面における前記傾斜した端面領域は、前記第１のテラスから前記基板の上面まで設けられていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項３０】
請求項１５から２８のいずれか１項に記載の半導体発光素子において、前記区画溝は、前記基板には到達しない深さであり、前記区画溝の側面における前記傾斜した端面領域は、前記区画溝の側面に設けられた前記第１のテラスから前記区画溝の底部まで設けられていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項３１】
請求項３０に記載の半導体発光素子において、前記区画溝の深さは、前記第１のテラスから前記基板までの距離の７０％以上であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項３２】
請求項１５から３１のいずれか１項に記載の半導体発光素子において、前記区画溝によって分割された前記区画の角部をＲ形状としたことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項３３】
請求項３２に記載の半導体発光素子において、前記Ｒ形状の半径は、前記区画の短辺の０．０３倍から０．１倍であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項３４】
請求項１５から３３のいずれか１項に記載の半導体発光素子において、前記区画溝が交差する部分には、前記第１の電極を配置しない、予め定めた形状の領域が設けられていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項３５】
請求項１５から３４のいずれか１項に記載の半導体発光素子において、前記区画溝によって分割された１つの前記区画の面積は、０．００３６ｍｍ２〜０．０９ｍｍ２であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項３６】
請求項１５から３５のいずれか１項に記載の半導体発光素子において、前記第１導電型の半導体層の前記傾斜した端面領域は、２種以上の異なる傾斜角により構成されていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項３７】
半導体層上に、ポジ型レジストを塗布してレジスト層を形成し、所定のパターンを有するフォトマスクをレジスト層に密着させて露光後、現像する第１の工程と、
前記現像後のレジスト層に予め定めた条件で熱処理し、前記レジスト層の上面を収縮させることにより、前記レジスト層の端面を所定の角度に傾斜させる第２の工程と、
前記端面が傾斜した前記レジスト層をエッチングマスクとして、前記半導体層をドライエッチングすることにより、端面が所定の角度に傾斜した凹部を形成する第３の工程とを有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項３８】
請求項３７に記載の半導体発光素子の製造方法において、前記第１の工程の前記露光後に所定の条件で熱処理を施し、非露光部の前記レジスト層の下部を前記半導体層に対して固定することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項３９】
請求項３７または３８に記載の半導体発光素子の製造方法において、前記第３の工程で前記ドライエッチングを複数回に分けて実施することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項４０】
請求項３７または３８に記載の半導体発光素子の製造方法において、前記第３の工程で前記ドライエッチングを条件を変更して複数回実施し、深さに応じて傾斜角度の異なる凹部を形成することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項４１】
請求項１または１５に記載の半導体発光素子の製造方法であって、前記半導体層の前記傾斜した端面領域は、
半導体層上に、ポジ型レジストを塗布してレジスト層を形成し、所定のパターンを有するフォトマスクをレジスト層に密着させて露光後、現像する第１の工程と、
前記現像後のレジスト層に予め定めた条件で熱処理し、前記レジスト層の上面を収縮させることにより、前記レジスト層の端面を所定の角度に傾斜させる第２の工程と、
前記端面が傾斜した前記レジスト層をエッチングマスクとして、前記半導体層をドライエッチングすることにより、端面が所定の角度に傾斜した凹部を形成する第３の工程とを含む工程によって形成されることを特徴とする請求項１または１５に記載の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、基板側に光を出射する半導体発光素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子には、基板上に積層した半導体層側から光を出射させる形態の半導体発光素子と、基板側から光を出射させる反射型発光素子（以下、フリップチップと称する）の２種類がある。
【０００３】
半導体層側から光を出射させる発光素子は、半導体層上の電極に透光性電極を用い、これを透過した光を出射する構成であるが、透光性電極の透過率は、良くても７０〜８０％であり光の取出し損失が大きい。また、基板側にフレーム、ステム、ヒートシンク、配線基板などが接着されるが、基板の熱伝導率が高くない。例えば、サファイア基板の場合、熱伝導率は約４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。このため高電流注入・高出力動作をさせた場合、発熱により素子および素子モジュールの性能低下、劣化の加速、破壊を発生させるなど可能性がある。
【０００４】
一方、フリップチップは、放出される光に対して透明な基板を用いるとともに、半導体層上のｐ型オーミック電極にＡｇなどの反射率の高い材料を用いる。発光層で放出された光のうち、基板側に出射された光は直接出射し、ｐ型オーミック電極側に出射された光は電極により反射して基板面側から出射する構造の素子である。例えばサファイア基板は、放出光が青色光の場合吸収ロスがほとんどないため、フリップチップにすることが可能である。また、半導体層側をフレーム、ステム、サブマウント、ヒートシンク、配線基板などに接着して使用するので、放熱性が良く高電流注入・高出力動作が可能となるなどの優位性を備えている。
【０００５】
特許文献１は、発光層から素子端面方向へ放出される光の一部を反射して基板面方向に向かわせるために、素子端面を傾斜面とし、この傾斜面にｎ型電極を配置したフリップチップを開示している。これにより、発光層から基板面方向へ放出された光だけでなく、端面方向へ放出された光の一部も基板面から出射させることができるため、基板面の発光強度が向上するというものである。
【０００６】
特許文献２には、フリップチップの半導体層をメサ形状とし、メサ壁を高反射性誘電体で被覆することにより、端面方向の放出光を基板面方向へ反射する構成がされている。
【０００７】
傾斜させた端面によって、所望の方向に光を反射するためには、素子端面の傾斜角を所望の角度に精度良く形成する必要がある。特許文献１には、端面形状が傾斜するように形成したレジストマスクを用い、エッチングにより半導体層の端面を所望の傾斜角にすることが開示されているが、レジストマスクの端面をどのようにして所望の角度に傾斜させるかについては詳しい記載がない。一方、特許文献２についてもメサ壁の角度を制御する手法については詳しい記載がない。一般的には、端面が傾斜したレジストマスクを形成する手法として、レジスト層の露光時にフォトマスクをレジスト層から僅かに浮かせて露光する方法が知られている。これによりフォトマスクのパターンエッジ部分の光がぼけるため、レジストの深さ方向の露光強度が傾斜し、現像した際にレジスト端部が傾斜した形状となる。
【特許文献１】特開平１１−３３０５５９号公報
【特許文献２】特開２００２−３５３５０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献１に記載の構造は、素子端面の傾斜面にｎ型電極を配置するが、発光層とｎ型電極とが接触すると電気的に短絡するため、傾斜面上のｎ型電極は発光層端面から間隔を開けて配置しなければならない。その一方、ｎ型電極で反射される光量を増やすには、厚さは数μｍのｎ型半導体層の傾斜面をｎ型電極できるだけ広く被覆する必要がある。これらを同時に満たすためには、ｎ型電極の端部を発光層端面に１μｍ以下の距離まで近づけることが望まれる。しかしながら、一般的に発光素子の製造に用いられるマスクアライナーによるフォトリソグラフィー技術では、ｎ型電極と発光層端面との距離を５μｍ以下にすることは困難である。ステッパーを用いた場合は１μｍ以下の距離することは可能であるが、製造コストが高くなる。また、１μｍ以下の距離にした場合、その後の工程において生じるゴミやバリによって短絡を起こす可能性もある。また、基板と半導体層の格子定数差が大きい場合（例えばサファイアＣ面基板と窒化ガリウム半導体層の組み合わせ）や、熱膨張係数の差が大きい場合には、基板に反りが発生し、例えステッパーを用いたとしても、１μｍ以下の精度でマスクパターンの転写は困難である。さらに、ｎ型電極の端部を発光層端面に１μｍ以下の距離まで近づけた場合、電極材料によっては、使用中のエレクトロマイグレーション、電気化学的マイグレーションによって短絡を起こす可能性もある。このように、傾斜面のｎ型電極によって、端面方向放出光を効率よく反射し、かつ、電気特性を維持するのは困難である。
【０００９】
一方、上記特許文献２に記載の構造は、高反射性の誘電体でメサ壁を被覆するため、発光層端面とｎ型電極との短絡の問題は生じないが、誘電体の反射率は光の入射角および波長に依存するため、入射角および波長に広がりのある端面方向放出光を金属電極のように高効率で反射することは困難である。
【００１０】
また、特許文献１、２のように傾斜させた端面によって、所望の方向に光を反射するためには、素子端面の傾斜角を所望の角度に精度良く形成する必要があるが、特許文献１、２には、その方法が記載されていない。また、フォトマスクをレジスト層から浮かせて露光する方法は、簡便であるが、フォトマスクのオフセット位置（離す距離）がずれると光のボケ領域が大きく変化するため、傾斜幅・傾斜角が大きく変化するという問題がある。また、露光時間の長い短いにより、光のボケ領域の露光量が増加減少するので、レジスト膜内での有効露光距離が上下し、形成される傾斜面の深さが変動する。また、レジストの厚みの差によっても傾斜面の深さが上下する。このため、精度良く所望の方向へ光を反射させることのできる傾斜面を形成するのは困難であった。
【００１１】
本発明の目的は、電気特性が安定で、かつ、基板面からの出射光強度の大きい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】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の第１の態様の半導体発光素子は、基板側から順に積層された第１導電型の半導体層と、発光層と、第２導電型の半導体層とを少なくとも有し、第１導電型の半導体層の端面が、基板面に略平行な第１のテラスと、第１のテラスよりも基板側に設けられた、傾斜した端面領域とを含む構成とする。傾斜した端面領域には、光反射性の第１の電極を配置する。第１のテラスを設けたことにより、第１電極と発光層との間隔を、基板面と略平行な方向について大きくとり、層の厚み方向には接近させることができるため、半導体層を端面に向かって伝搬した光の多くを基板に向かって反射することができる。よって、基板から取り出される光強度を高めることができる。
【００１３】
第１のテラスは、第２導電型の半導体層の上に配置される第２の電極の端部直下に位置する、発光層内の点を中心として発光層から第１導電型の半導体層側に５°以内の領域に配置することが可能である。この領域は、進行する伝搬光の強度が弱いため、第１のテラスを配置しても反射される光強度には影響を与えない。
【００１４】
また、第１のテラスは、発光層から０．３μｍ以内の範囲に配置することも可能である。この範囲は、進行する伝搬光の強度が弱いためである。
【００１５】
第１の電極は、第１のテラスの傾斜した端面領域との境界近傍から傾斜した端面領域の全体を被覆するように配置することが可能である。これにより反射する光量を増加させることができる。
【００１６】
第１のテラスの幅は、５μｍ以上にすることができる。これにより、電気的短絡を防ぐことができると共に、マスクアライナーを使用する通常の技術で製造できるため、半導体発光素子を容易に製造することが可能になる。傾斜した端面領域の傾斜角度は、基板面に対して３５°以上５０°以下に設定することが可能である。これにより、半導体層内を伝搬する伝搬光のうち強度の大きな伝搬光を反射することができる。
【００１７】
第１のテラスと基板との間の傾斜した端面領域には、基板面に略平行な１以上の第２のテラスをさらに配置することが可能である。第１導電型の半導体層の内部に不純物濃度が高いコンタクト層が含まれる場合には、その位置に第２のテラスの少なくとも１つを設けることにより、第１の電極のオーミック接合を十分にとることができる。
【００１８】
第２導電型の半導体層が厚い場合には、その端面から放出される光を基板方向に反射するために、第２導電型の半導体層の端面を傾斜させることができる。この場合、端面には、基板面に略平行な第３のテラスを配置することができ、第３のテラスよりも基板から遠い側の第２導電型の半導体層端面を傾斜させる構成とすることができる。第３のテラスにより、第２の電極と発光層との距離を、基板面と略平行な方向については大きく、層厚方向には近づけることができる。
【００１９】
第３のテラスは、発光層内の第２の電極の端部直下の点を中心として発光層から第２導電型の半導体層側に５°以内の領域に配置することが可能である。この領域は、進行する伝搬光の強度が弱いため、第３のテラスを配置しても反射される光強度には影響を与えない。また、第３のテラスは、発光層から０．３μｍ以内の範囲に配置することも可能である。この範囲は、進行する伝搬光の強度が弱いためである。第３のテラスの幅は、５μｍ以上にすることができる。これにより、電気的短絡を防ぐことができると共に、マスクアライナーを使用する通常の技術で容易に製造することが可能になる。
【００２０】
半導体層の端面は、第２導電型層表面から第１のテラスまでの領域を、基板面に対して略垂直にすることも可能であり、基板面に対して傾斜させることも可能である。上記領域を基板面に対して略垂直にすることにより、製造工程の簡略化が可能であり、しかも、基板裏面からの出射光強度にはほとんど影響を与えない。
【００２１】
また、上記目的を達成するために、本発明の第２の態様の半導体発光素子は、半導体層を区画溝によって複数の区画に分割した構成とする。半導体層のうち基板側の第１導電型の半導体層の端面は、発光層から放出された光を基板に向かって反射するために傾斜した端面領域を含み、光反射性の第１の電極は、傾斜した端面領域に配置される。区画化することにより半導体層を面方向に伝搬する光の伝搬長を短くして、減衰量の小さい強度の大きな伝搬光を傾斜端面で反射して取り出すことができる。第１導電型の半導体層の端面には、基板面に略平行な第１のテラスを備えることができ、傾斜した端面領域は、第１のテラスよりも基板側に配置する。第１のテラスを設けたことにより、第１電極と発光層との間隔を、基板面と略平行な方向について大きくとり、層の厚み方向には接近させることができるため、半導体層を端面に向かって伝搬した光の多くを基板に向かって反射することができる。
【００２２】
第１のテラスの配置および形状、ならびに、第１電極の被覆範囲は、第１の態様の半導体発光素子で述べた第１のテラスと同様の構成にすることが可能である。また、第１の態様で述べた第２のテラスおよび／または第３のテラスを配置することも可能である。さらに、半導体層の端面のうち、第２導電型層表面から第１のテラスまでの領域は、基板面に対して略垂直にすることも傾斜させることも可能である。
【００２３】
区画溝は、基板まで到達する深さにすることができる。また、区画溝は、基板には到達しない深さにすることもできる。基板には到達しない深さにする場合、第１のテラスから基板までの７０％以上の深さにすることが可能である。また、区画の角部をＲ形状にすることが可能であり、Ｒ形状の半径は、区画の短辺の０．０３倍から０．１倍にすることができる。さらに、区画溝が交差する部分には、第１の電極を配置しない、予め定めた形状の領域を設けることができ、この領域を位置合わせマークとして利用することが可能である。さらに、第１導電型の半導体層の傾斜した端面領域の傾斜角を、２種以上の異なる傾斜角にすることも可能であり、この場合、基板側に取り出される光が分散されるため、取り出される光の強度のムラを減少させることができる。
【００２４】
なお、区画溝の数を増やし、分割された個々の区画のサイズを小さくした場合伝搬光の減衰量を減らすことができる。その一方、第１電極の幅はある程度以上の幅が必要であるため、区画のサイズを小さくすると発光素子部全体のサイズ（ダイサイズ）は却って大きくなり、同一ウエハサイズならば半導体発光素子の取れる数が減り、製造コストを押し上げる。よって、これらを加味すると区画のサイズの最小サイズは、０．００３６ｍｍ２が適当である。また、区画化前の半導体層（発光領域）のサイズは、大きくすればするほど伝搬光の取り出し効率は低下する。よって、区画化前の半導体層のサイズは、０．０９ｍｍ２程度が適当である。
【００２５】
また、本発明のさらに別の態様として、傾斜した端面の半導体層を形成することができる半導体発光素子の製造方法が提供される。この製造方法は、半導体層上に、ポジ型レジストを塗布してレジスト層を形成し、所定のパターンを有するフォトマスクをレジスト層に密着させて露光後、現像する第１の工程と、現像後のレジスト層に予め定めた条件で熱処理し、レジスト層の上面を収縮させることにより、端面が所定の角度に傾斜したレジスト層を形成する第２の工程と、端面が傾斜したレジスト層をエッチングマスクとして、半導体層をドライエッチングすることにより、端面が所定の角度で傾斜した凹部を形成する第３の工程とを有する。この方法は、第２の工程の熱処理条件を設定することにより、所望の角度に再現性よくレジスト層端面を傾斜させることができる。これにより、これをマスクとしてドライエッチングをすることにより、所望の角度に半導体層端面を傾斜させることができる。
【００２６】
上記第１の工程の露光後に、所定の条件で熱処理を施すことが可能であり、これにより非露光部のレジスト層を半導体層に対して固定することができる。また、第３の工程でドライエッチングを複数回に分けて実施することが可能であり、高精度にエッチングを行うことができる。また、ドライエッチングの条件を変えながら複数回ドライエッチングをすることにより、深さに応じて傾斜角度の異なる凹部を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の一実施の形態について説明する。
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態の半導体発光素子は、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示したように支持基板部１０上に発光素子部１を搭載したフリップチップである。
まず、発光素子部１の構造について説明する。発光素子部１は、その詳しい構成を図２（ａ）、（ｂ）に示したように、サファイア基板１００と、窒化物半導体層１１と電極１０４、１０５と保護膜１０６とを有している。窒化物半導体層１１は、サファイア基板１００側から順に積層されたｎ型窒化物半導体層１０１と発光層１０２とｐ型窒化物半導体層１０３とを少なくとも含んでいる。窒化物半導体層１１は、発光波長が４６０ｎｍとなるように設計されている。発光素子部１は、窒化物半導体層１１を支持基板部１０側に向けて支持基板部１０上に搭載され、発光層１０２から放出された光をサファイア基板１００の裏面（出射面）１００ａから出射する。
【００２８】
窒化物半導体層１１全体の厚みは３μｍ〜１０μｍ、ｐ型窒化物半導体層１０３と発光層１０２の積算厚みは０．１〜０．４μｍである。ｎ型窒化物半導体層１０１の厚みは、２．６μｍ〜９．９μｍである。窒化物半導体層１１は、これらの３層の他に、サファイア基板１００とｎ型窒化物半導体層１０１との間に配置されるバッファ層や、電極とのオーミックコンタクトを取るために配置される高濃度ドープ層（コンタクト層）を含む構成にすることも可能である。
【００２９】
窒化物半導体層１１は、図２（ａ）、（ｂ）に示されるようにサファイア基板１００の上面まで達する区画溝１２２によって、発光素子領域６２と外周枠１２１とに分離されている。また、発光素子領域６２は、サファイア基板１００の上面まで達する区画溝１２３により２×２に配列された４つの発光素子１２に分割されている。外周枠１２１は、支持基板部１０と電気的に接続されるｎ型電極パッド１０７の台座となる領域であり、４つの発光素子１２を挟むように一対配置されている。
【００３０】
本実施の形態では、図３に示したように、発光素子１２の四方の端面を基板１００の主平面に対してあらかじめ定めた角度θで傾斜させている。これは、発光層１０２から放出され端面方向に伝搬される光をｎ型窒化物半導体層１０１の端面に配置された高反射性のｎ型オーミック電極１０４によって基板１００の主平面に向かって反射するためである。これにより、発光層１０２から端面方向への伝搬光は、基板１００の裏面１００ａと基板端面から放出される。その結果、反射光が基板１００から放出される分だけ半導体発光素子の発光出力を高めることができる。
【００３１】
発光素子１２の傾斜した端面には、テラス１２５が設けられている（図３参照）。テラス１２５は、ｎ型窒化物半導体層１０１の端面であって、発光層１０２から予め定めた位置に設けられている。テラス１２５面は、基板１００面と平行である。ｎ型オーミック電極１０４は、テラス１２５よりも基板１００側の端面を覆うように配置されている。このようにテラス１２５を設けることにより、ｎ型オーミック電極１０４と発光層１０２の端面と距離を基板面と略平行な方向について大きくとり、かつ、層厚方向には接近させることができるため、クリアランスを十分に確保しながら、ｎ型窒化物半導体層１０１の端面の大部分を電極１０４で被覆することができる。これにより、端面方向への放出光の大部分を出射面１００ａに向かって反射すること可能であり、しかも、ｎ型オーミック電極１０４と発光層１０２との電気的短絡を防止することができる。よって、高出力のフリップチップを容易に製造できるとともに、使用時の電気的マイグレーションおよび水分の存在下で生じる電気化学的マイグレーションによる短絡を防止でき、素子の信頼性を高めることができる。
【００３２】
外周枠１２１は、図２（ｂ）のようにｎ型オーミック電極１０４と連続する電極層によって覆われ、台座型の外周枠１２１の最上面部の電極層がｎ型電極パッド１０７として用いられる。発光素子１２のｐ型窒化物半導体層１０３の上面にはあらかじめ定めた大きさのｐ型オーミック電極１０５が搭載される。ｐ型オーミック電極１０５の上面とｎ型電極パッド１０７の上面を除き、半導体層１１の端面およびｎ型オーミック電極１０４の上面はすべて保護膜１０６によって被覆される。保護膜１０６は、支持基板部１０の接続部材層１１３、１１５に対して濡れ性の悪い材料により形成される。
【００３３】
つぎに、支持基板部１０の構成について図４（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。支持基板部１０は、シリコン基板１１０と、その全面を覆う絶縁膜１１１と、その上に配置されたｎ型引き出し電極層１１２およびｐ型引き出し電極層１１４とを有している。ｎ型引き出し電極層１１２は、発光素子部１が搭載された場合にｎ型電極パッド１０７と対向する領域を含むように配置され、ｐ型引き出し電極層１１４は、発光素子部１のｐ型オーミック電極１０４と対向する領域を含むように配置されている。ｎ型引き出し電極層１１２のｎ型電極パッド１０７と対向する領域、および、ｐ型引き出し電極層１１４のｐ型オーミック電極１０４と対向する領域には、それぞれ接続部材層１１３、１１５が配置されている。接続部材層１１３、１１５はそれぞれ、接続前には共晶接続用の所定の金属多層膜によって形成され、ｎ型電極パッド１０７およびｐ型オーミック電極１０４とそれぞれ共晶接続される。
【００３４】
支持基板部１０のシリコン基板１１０の裏面には、フレーム、配線基板、ヒートシンク、ステム等が接着材によって接着される。ｎ型引き出し電極層１１２およびｐ型引き出し電極層１１４は、ワイヤボンディング１５、１６（図１（ｂ）参照）によって配線基板と接続される。
【００３５】
ｎ型引き出し電極層１１２は、接続部材層１１３およびｎ型電極パッド１０７を介して、ｎ型オーミック電極１０４に接続され、一方のｐ型引き出し電極層１１４は、接続部材層１１５を介してｐ型オーミック電極１０５に接続される。これにより、半導体層１１には駆動電圧が印加され、発光層１０２から光が放出される。
【００３６】
光の放出経路を図５を用いて説明する。図５では、発光素子１２の四方の端面を基板１００面に対して垂直とした場合を示している。放出経路は、発光層１０２から直接またはｐ型オーミック電極１０５で反射されてサファイア基板１００の裏面（出射面）１００ａから放射される基板面放出光と、基板１００の端面から放出される基板端面放出光と、窒化物半導体層１１の端面から放出される半導体層端面放出光の４種類に分類される。サファイア基板１００の屈折率（約１．７７）よりも窒化物半導体層１１の屈折率（約２．４）の方が大きいため、発光層１０２で放出された光の多くは、ｐ型オーミック電極１０５と窒化物半導体層１１との界面、ならびに、窒化物半導体層１１とサファイア基板１００との界面で全反射され、窒化物半導体層１１内を伝搬する横方向伝搬光となる。この横方向伝搬光は、発光素子１２の端面が垂直な場合には半導体層端面放出光となる。そこで、本実施の形態では、発光素子１２の端面を傾斜角θで傾斜させることにより、半導体層端面放出光を基板１００の裏面（出射面）１００ａへ向かって反射する。
【００３７】
端面の傾斜角θは、端面放出光をできるだけ多く反射するために、以下のように設計されている。
【００３８】
発光層１０２の発光波長が４６０ｎｍ前後の窒化物半導体層１１の屈折率は約２．４、サファイア基板１００の屈折率は約１．７７であるため、窒化物半導体層１１側から見たサファイア基板１００の界面の全反射角θ１は、図６に示すようにθ１＝約４７．５°となる。このとき、ｐ型オーミック電極１０５の反射率を１００％、窒化物半導体層１１での吸収を０％と仮定して、発光層１０２内のある１点１０２aから立体的に全方位に向かって等価な強度で光が放出されたとすると、サファイア基板１００へ侵入する光は、図７に示すように放出光全体の約３２．４％、サファイア基板１００との界面で反射される光は約６７．６％と計算できる。反射された光は、窒化物半導体層内１１を横方向に伝搬する横方向伝搬光となる。
【００３９】
横方向伝搬光は、ｐ型窒化物半導体層１０３とｐ型オーミック電極１０５との界面（反射面）、サファイア基板１００と窒化物半導体層１１の界面（反射面）で反射されて伝搬する。伝搬途中に発光層１０２を通過する。よって、横方向伝搬光は、反射面（界面）での反射ロス、発光層１０２での吸収、基板１００と窒化物半導体層１１との間にバッファ層が配置されている場合にはバッファ層による吸収を受け減衰する。また、窒化物半導体層１１を構成する結晶自体にも非発光センター、結晶欠陥などあり、伝搬光は減衰する。したがって、伝搬距離に対して反射回数の多い伝搬光は減衰し易く、反射回数の少ない伝搬光の方が減衰し難い。また、反射回数の少ない伝搬光でも発光層１０２に対して平行に近い角度（入射角としては高角）で入射する光は、発光層１０２の実質厚み（通過距離）が増すことになる為、減衰が激しい。以上のことから、横方向伝搬光のうち、反射面（界面）への入射角が、全反射角４７．５°以上６０°程度以下までの低角伝播光と８５°以上の高角伝播光は減衰し易いため強度が弱まり、その間の６０°〜８５°までの中角伝搬光は減衰が小さく、強度が大きな伝搬光となる（図７参照）。
【００４０】
よって、窒化物半導体層１１の端面の傾斜角θ（図３、図６参照）は、上記中角伝搬光が端面上のｎ型オーミック電極１０４によって反射された場合にサファイア基板１００の裏面（出射面）１００ａから出射されるように設定することが望ましい。さらに望ましくは中角伝搬光が、ｎ型オーミック電極１０４とｎ型窒化物半導体層１０１の端面で形成される反射面と反射面の垂線で２分される領域のサファイア基板１００と反対側の領域から僅かに高角で入射するように傾斜角θを設定した方がよい。ｎ型オーミック電極１０４とｎ型窒化物半導体層１０１の端面で形成される反射面が多少荒れていたり、設定傾斜角より多少ずれていても伝搬光をサファイア側に入射させることが可能となる。よって、端面の傾斜角θをサファイア基板１００の基板面に対して３５°〜５０°に設定することが望ましい。より望ましくは４０°〜４５°に設定することにより、基板１００の裏面１００ａから上記中角伝搬光を基板面に垂直に近い角度で出射することができ、好ましい。
【００４１】
つぎに、ｎ型オーミック電極１０４が、窒化物半導体１１の端面を被覆する範囲について説明する。
【００４２】
窒化物半導体層１１は、ｐ型窒化物半導体層１０３の電気伝導率が低いため、発光層１０２はｐ型オーミック電極１０５直下しか発光しない。ｐ型オーミック電極１０５がマスクアライナーを用いるフォトリソグラフィーによって形成される場合、発光層１０２の端部からｐ型オーミック電極１０５の端部までのクリアランスＬ２は、図６に示すようにＬ２＝約５μｍ必要である。このため、ｐ型オーミック電極１０５より外側に位置する約５μｍ幅の発光層１０２は、光を放出せず、横方向伝搬光の吸収層として作用する。特に発光層１０２に対して８５°以上の入射角で入射する高角伝搬光は、発光層１０２で吸収され易く、出射光は弱くなる。また、発光層１０２からの放出光自体も、横方向伝搬光と同様に、外側の約５μｍ幅の発光層１０２が吸収層として働くため、発光層１０２面に対してｐ型窒化物半導体層１０３側およびｎ型窒化物半導体層１０１側にそれぞれ約５°の領域内の放出光強度が弱い。
【００４３】
これらのことより、図６に示したようにｐ型オーミック電極１０５の端部直下の、発光層１０２の厚さ方向の中心点１０２ａから発光層１０２の中心面に対してｐ型窒化物半導体層１０３側に角度約５°の領域１２８およびｎ型窒化物半導体層１０１側に角度５°の領域１２９は、進行する光強度が弱い領域であり、ｎ型オーミック電極１０４によって反射されなくても、出射面１００ａの光強度にはほとんど影響がない。よって、ｎ型オーミック電極１０４は、光強度が弱い領域１２９の傾斜端面上における最外側位置１０１ａから、サファイア基板１００までの傾斜端面の区間を被覆すればよい。なお、ｐ型窒化物半導体層１０３は、通常層厚が０．３〜０．４μｍ以下と非常に薄いため、ｐ型窒化物半導体層１０３の端面はほとんどの場合、光強度が弱い領域１２８の内側に入る。よって、ｐ型窒化物半導体層１０３が薄い場合には、その端面を反射性の電極で被覆しなくても、出射面１００ａの光強度には影響がなく、ｎ型窒化物半導体層１０１の傾斜端面のみをｎ型オーミック電極１０４で被覆することにより、横伝搬光をサファイア基板１００の裏面（出射面）１００ａから効率よく取り出すことができる。
【００４４】
つぎに、テラス１２５について説明する。テラス１２５を設けない場合、ｎ型窒化物半導体層１０１の端面は、発光層１０２の端面の延長上に位置することになる。その場合、端面上において光強度が弱い領域１２９の最外側位置１０１ｂは、発光層１０２に接近する。例えば、図６に示すようにｐ型オーミック電極１０５のクリアランスＬ２を５μｍとすると、位置１０１ｂと発光層１０２との距離はわずか約０．４μｍである。ｎ型オーミック電極１０４の上端を位置１０１ｂに配置すると、発光層１０２とｎ型オーミック電極１０４のクリアランス不足から通常のマスクアライナーを用いる技術では製造時に発光層１０２とｎ型オーミック電極１０４が短絡する可能性があり、歩留まりが低下する。また、０．４μｍのクリアランスで製造できたとしても、使用中の電気的マイグレーションや水分の存在下における電気化学的マイグレーションにより、発光層１０２とｎ型オーミック電極１０４が短絡する可能性がある。そこで、本実施の形態では、基板１００面にほぼ平行なテラス１２５を設ける構成とすることにより、ｎ型窒化物半導体層１０１の傾斜端面を発光層１０２の端面から離し、短絡の問題を解消している。さらに、テラス１２５を設けることにより発光層１０２とｎ型オーミック電極１０４とを最低５μｍ離すことができる。発光層１０２とｎ型オーミック電極１０４とは３〜４μｍ離れていれば短絡することは無いので、ｎ型オーミック電極もテラス１２５端部を一部覆うように形成することができ、確実に傾斜面を覆うことが可能になる。
【００４５】
テラス１２５は、マスクアライナーを用いるフォトリソグラフィー、ドライエッチング工程で精度良く簡便に形成できる。また、テラス幅Ｌ１もフォトリソグラフィー、ドライエッチング工程で必要なクリアランス（約３〜５μｍ）以上ならば自在に形成できる。さらに、ｎ型オーミック電極１０４の上端は、テラスを介することでｐ型窒化物半導体層１０３および発光層１０２と十分に間隔を空けて形成できるため、製造歩留まりが向上するとともに、使用中の短絡も防止することができる。テラス１２５を設ける位置は、サファイア基板１００の出射面１００ａからの出射光量を減少させることがないように、光強度の弱い領域１２９内に配置することが望ましい。具体的には、ｐ型オーミック電極１０５のクリアランスＬ２を５μｍとした場合、発光層１０２の下面（ｎ層側）から約０．１〜０．３μｍの深さに設けることが望ましい。
【００４６】
窒化物半導体層１１の全厚を３μｍ〜１０μｍ、ｐ型窒化物半導体層１０３と発光層１０２の積算厚みを０．１〜０．４μｍ、ｎ型オーミック電極１０４の上端位置を図６のように発光層１０２の下面（ｎ層側）から０．１〜０．３μｍの深さに配置した場合、ｎ型オーミック電極１０４による窒化物半導体層１１の端面の被覆率は、８０％〜９７％に及ぶ。よって、幾何学的見地から計算すると８０％〜９７％の横方向伝搬光をサファイア基板１００に向かって反射できる。しかも、被覆されていない部分は、上述したように光強度が弱い領域１２８、１２９であるから、実際にはさらに多くの横方向伝搬光を反射できると考えられる。
【００４７】
上述してきたように、本実施の形態のフリップチップは、発光素子部１の窒化物半導体層１１の端面を基板１００面に対して所定の角度θで傾斜させた上で、傾斜面の途中にテラス１２５を設けたことにより、光反射性のｎ型オーミック電極１０４を発光層１０２に対して水平距離を大きくとりながら、厚さ方向には近接させて配置することができる。よって、広範囲の横方向伝搬光を基板１００の出射面１００ａから取り出すことができ、かつ、ｎ型オーミック電極１０４と発光層１０２との短絡を防ぐことができる。したがって、発光強度が大きく、電気的に安定なフリップチップを高い歩留まりで容易に製造することができる。
【００４８】
上述してきた発光素子部１は、図１、図２（ｂ）、図３、図６および図８（ａ）に示したようにｐ型窒化物半導体層１０３からテラス１２５までの端面を傾斜形状としているが、この構造に限定されるものではなく、図８（ｂ）に示したように、テラス１２５より上側の半導体層１１の端面形状を垂直にすることも可能である。発光層１０２面を基準に±５°の領域１２８、１２９は伝搬光強度が弱いため、端面を垂直にしても、出射面１００ａからの取り出し光強度にはほとんど影響がない。図８（ｂ）の構造により、テラス１２５を標準的フォトリソ工程で簡便に製作できる。また、図８（ｃ）に示したように、ｎ型窒化物半導体層１０１の端面に２段のテラス構造を設けることも可能である。ｎ型窒化物半導体層１０内には不純物濃度の高いｎコンタクト層１０１ｃが含まれるが、このｎコンタクト層１０１ｃは発光層１０２直下に無い場合もある。この様な場合に、図８（ｃ）のようにｎコンタクト層１０１ｃの位置に第２テラス１２６を設けることにより、ｎ型オーミック電極１０４は良好なオーミック接合を得ることができると共に、十分な電極面積を得ることができる。第２テラス１２６は、２以上設けることもできる。
【００４９】
また、上述の発光素子部１は、ｐ型窒化物半導体層１０３が薄いため、その端面には反射電極を設ける必要がなかったが、ｐ型窒化物半導体層１０３の厚さが０．３μｍ以上と厚い場合には、図９に示したようにｐ型窒化物半導体層１０３の端面に第３テラス１２７を設けることもできる。ｐ型オーミック電極１０５は、ｐ型窒化物半導体層１０３の傾斜面から第３テラス１２７のから内側端部までを被覆するように配置する。これにより、発光層１０２から５°以上の角度で端面に到達する強度の大きな伝搬光を、ｐ型オーミック電極１０５によって反射し、出射面１００ａから出射させることができる。
【００５０】
つぎに、本実施の形態の半導体発光素子の製造方法について説明する。
本実施の形態では、窒化物半導体層１１の端面を角度θで精度良く傾斜させる方法として、簡便かつ製造効率のよい方法を提供する。まず、傾斜端面の製造原理について、図１０（ａ）〜（ｇ）を用いて説明する。窒化物半導体層１１の端面を傾斜端面にする工程は、レジストマスク端面を傾斜状に形成する工程と、レジストマスクの形状を窒化物半導体層に転写エッチングするドライエッチング工程とを含む。本実施の形態では、レジストのポストベーク工程でレジストが収縮する現象を利用し、所望の傾斜角にレジスト層を傾斜させる。
【００５１】
具体的には、予め窒化物半導体層１１が形成されたウエハ状の基板１００にスピンコーターを用いて、均一にレジストを塗布し、レジスト塗布層を形成した後、プリベークし、レジスト層１３０を形成する（図１０（ａ）、（ｂ））。プリベーク条件は、用いるレジストにおけるメーカー推奨条件（１００℃、６０秒）より低温、長時間（９０℃、１２０秒）とする。レジストは、ドライエッチング工程に適した高耐熱性ｇ線ポジ型レジスト（クラリアント・ジャパン(株)製、商品名ＡＺ６１３０）を用いている。
【００５２】
つぎに、マスクアライナーにパターン転写用フォトマスク１３１と、図１０（ｂ）のレジスト層１３０付き基板１００をセットし、密着露光（ハードコンタクト）する（図１０（ｃ））。露光後、メーカー推奨条件に含まれないポスト・イクスポーズド・ベーク（以下ＰＥＢと称す）を１１０℃、１２０秒の条件で実施する。その後、現像液（クラリアント・ジャパン(株)製、商品名ＡＺ３００ＭＩＦ）を用いて現像し、露光部のレジスト層１３０を取除く（図１０（ｄ））。この段階では、まだレジスト層１３０の端部は垂直に切立っている。
【００５３】
つぎに、ポストベークを施す（図１０（ｅ））。このポストベーク工程で、温度と時間を調整すると、レジスト層１３０全体が収縮し、ベーク条件に応じた角度でレジスト端部を傾斜させることができる。具体的には、ポストベーク条件が１１０℃、１２０秒の場合、レジスト層１３０の端部が傾斜角５５°で傾斜し、１１５℃、１２０秒の場合は傾斜角４５°となり、１２０℃、１２０秒の場合は傾斜角３５°となる。
【００５４】
つぎに、端面が傾斜したレジスト層１３０が付いた図１０（ｅ）の基板を、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置にセットし、塩素ガスを用いたドライエッチングにて、窒化物半導体層１１を所定の深さまでエッチングする（図１０（ｆ））。このドライエッチングは選択比が１に近く、窒化物半導体層１１の端面は、レジスト層１３０の傾斜角と選択比とによって決まる傾斜角に形成される。例えば、選択比が１の場合はレジスト層１３０の傾斜形状が窒化物半導体層１１に転写される。レジスト層１３０のエッチング速度が半導体層１１よりも速いと窒化物半導体層１１のサファイア基板１００に対する傾斜角は小さく（浅く）なり、レジスト層１３０のエッチング速度が半導体層１１よりも遅いと窒化物半導体層１１の傾斜角は大きくなる。
【００５５】
最後に、レジスト層１３０を溶解除去、洗浄すると、テラス１２５までの形状が窒化物半導体層１１に加工される。
【００５６】
このように、ポストベークにおいて、レジストが収縮する現象を利用し、ポストベークの温度と時間を制御することにより、レジスト層１３０の端部をポストベーク条件に対応する角度で再現性よく傾斜させることができる。よって、使用するレジストについて、予め実験によりポストベーク条件と傾斜角との関係を求めておき、所望の傾斜角が得られる条件を選択してポストベークを行うことにより、所望の傾斜角のレジスト層１３０を形成することができる。また、プリベークを推奨条件より低温・長時間とすることで、レジスト中の溶剤を露光には問題無い程度まで除去でき、その状態で露光してＰＥＢを行うことにより、非露光部のレジスト層１３０と窒化物半導体層１１とを密着させることができる。これにより、レジスト層１３０の端面が半導体層１１と接する部分の位置が決まるため、ポストベーク時の収縮により、端面を精度良く傾斜させることができる。
【００５７】
上述したレジスト層１３０の形成方法は、接触露光法（ハードコンタクト）を用いているので、フォトマスク１３１のパターン転写精度が高く、露光の段階でのパターンズレが発生しない。また、異種基板（サファイア）上への積層された窒化物半導体ウエハは、格子定数差（Δａ）および熱膨張係数の差により僅かに凸または凹に反っているが、フォトマスクの押し付けにより反りが補正されパターンずれが発生しない。さらに、フォトマスクを離す方法と異なり、露光強度・時間による傾斜角のズレを発生しない。さらにポストベーク条件を選択するだけでレジスト端部の傾斜角度を再現性良く形成できる。また、レジスト層１３０が厚くても、傾斜角はポストベークの温度と時間だけで決まるので条件設定が簡便である。膜厚１０μｍ程度までのレジスト層１３０で問題無く傾斜レジスト層１３０の形成が可能である。
【００５８】
なお、ＰＥＢの温度が低すぎると現像の際にレジスト端部がダレ、パターン制度が悪くなる。また高すぎると露光部のレジスト残りが発生する。適切な条件は１０５℃〜１２０℃、６０秒〜１５０秒程度である。レジスト層１３０の厚みは、ＲＩＥによるドライエッチング工程後レジスト層１３０が窒化物半導体層１１上に１〜２μｍ以上残る膜厚とすることが望ましい。また、ドライエッチング工程における選択比（レジストマスクと窒化物半導体層のエッチングレート比）は、１付近であることが望ましい。エッチングレートが１から大きくはずれると、窒化物半導体層１１の傾斜角の調整が難しくなる。また、窒化物半導体層を深くエッチングする場合は、プラズマの熱などでレジストマスクが変形または変質することがある。そのときは複数回に分けてエッチングすると良い。また、エッチングの条件を変え複数回に分けてエッチングすると、傾斜角が段階的に異なる端面を形成することが可能である。端面角を段階的または異なる角度の繰り返しで形成すると、低角伝搬光または窒化物層とサファイア基板を媒体とする伝搬光も効果的に反射させることができる。
【００５９】
つぎに、上記傾斜面の製造方法を用いて、図１（ａ）、（ｂ）の半導体発光素子を製造する方法について説明する。
【００６０】
まず、図２（ａ）、（ｂ）の発光素子部１を製造する方法を説明する。窒化物半導体層１１が形成されたウエハ状のサファイア基板１００を用意する。窒化物半導体層１１は、ＭＯＶＰＥ法（有機金属気相エピタキシャル成長法）、ＭＢＥ法（分子線エピタキシャル成長法）、ＶＰＥ法（気相エピタキシャル成長法）等により形成することができる。基板１００上の窒化物半導体層１１を、サファイア基板１００の上面まで達する溝（区画溝）によって、４つの矩形状の発光素子１２と外周枠１２１とに分離する。区画溝は、図１１（ａ）、（ｂ）に示したように、発光素子領域６２の４つの発光素子１２の間を横切る区画溝１２３と、発光素子領域６２と外周枠１２１とを隔てる外周溝区画溝１２２と、隣接するサファイア基板１００上で隣接する発光素子部１の境界となる輪郭溝１２０とを形成する。発光素子１２の傾斜端面は、テラス１２５によって２段階に分かれているので、区画溝の形成も２段階で行なう。第１段階は、テラス１２５までの深さに、区画溝１２３、外周枠区画溝１２２、輪郭溝１２０を形成する。第２段階は、前記各区画溝１２３、１２２、１２０がサファイア基板１００に到達する深さまで形成する。
【００６１】
まず、フォトリソグラフィー技術を用いて、輪郭溝１２０、外周枠区画溝１２２、発光素子領域区画溝１２３となる部分が開口し、その開口部の端が所定の角度で傾斜した形状のレジスト層１３０のマスクを図１０（ａ）〜（ｅ）の工程により形成する。次にドライエッチング技術を用いて、開口部の窒化物半導体層１１を予め定めたテラス１２５の深さまでエッチングすることにより、ｐ型窒化物層半導体層１０３と発光層１０２、さらにｎ型窒化物半導体層１０１の一部までを取除く（図１０（ｆ））。このとき、レジスト層１３０のマスクの開口部の端が傾斜しているので、エッチングされた窒化物層１１の端も傾斜形状となる。最後にレジストを洗浄除去し（図１０（ｇ））、ｎ型窒化物半導体層１０１が露出する深さの輪郭溝１２０、外周枠区画溝１２２、発光素子領域区画溝１２３を形成する。
【００６２】
次に、前記図１０（ａ）〜（ｅ）の工程と同様の図１２（ａ）〜（ｇ）の工程により、各区画溝１２０、１２２、１２３をサファイア基板１００に到達させる。このとき、発光素子領域区画溝１２３と外周枠区画溝１２２の発光素子１２側傾斜面にはテラス１２５が形成される様に図１２（ｃ）のフォトマスク１３１の開口を小さくし、レジスト層１３０のマスクの開口部をテラス１２５分だけ小さく形成する。これにより、図１２（ｇ）に示したようにテラス１２５を備えた傾斜面が形成され、図１１（ａ）、（ｂ）の形状の窒化物半導体層１１が形成される。ここでは、テラス１２５の深さは、ｐ型窒化物半導体層１０３と発光層１０２の合計厚みが０．３５μｍだったので、それに０．３μｍを加えた０．６５μｍとした。なおテラス１２５までの深さは、すでに説明したように半導体発光素子ウエハの積層構造に合わせて調整する。
【００６３】
つぎに、２×２構成の発光素子１２に、ｐ型オーミック電極１０５の形状に開口したレジストマスクをフォトリソグラフィー技術を用いて形成する。その上に、電子ビーム蒸着にてＰｔ（プラチナ）/Ｒｈ（ロジウム）/Ｔｉ（チタニウム）/Ｐｔ/Ａｕ/Ｐｔ/Ａｕを１ｎｍ/１００ｎｍ/１００ｎｍ/１００ｎｍ/１００ｎｍ/１００ｎｍ/２００ｎｍの厚みで半導体層１１側から順に堆積し、その後リフトオフ手法にてマスク開口部以外の蒸着材料を除去し、高反射性のｐ型オーミック電極１０５を形成する。下部のＰｔ/Ｒｈ積層膜は、合金化なしで十分なオーミックコンタクトが得られる。また合金化しても反射率の低下は僅かである。上部のＰｔ/Ａｕ/Ｐｔ/Ａｕ積層膜の膜厚は、用いる基板１００の反りの状態や、支持基板部１０との接着性などを考慮し、支持基盤部１０と接着可能な膜厚に設計する。電極層の総厚を変える場合は、Ｐｔ層に挟まれたＡｕ層の厚みを調整し、接続部材との接着性を操作する場合は、表面のＡｕ層の厚みを調整する。
【００６４】
なお、ｐ側オーミック電極材料１０５は、前記層構成以外に、Ｐｔ層を含む他の層構成や、Ｒｈ層を含む他の層構成や、Ｐｔ/Ａｇ積層膜を含む層構成、Ｒｈ/Ａｇ積層膜を含む層構成など、発光層１０２から放出した光に対して反射率が高く、ｐ型窒化物半導体１０３とオーミック接合する材料ならば使用可能である。
【００６５】
同様に、外周枠１２１、外周枠区画溝１２２、発光素子領域区画溝１２３及びテラス１２５の表面に、ｎ型オーミック電極１０４とｎ側電極パッド１０７の形状に開口したレジストマスクを、フォトリソグラフィー技術を用いて形成する。その上に、電子ビーム蒸着にてＡｌ（アルミニウム）/Ｒｈ/Ｔｉ/Ｐｔ/Ａｕ/Ｐｔ/Ａｕを３ｎｍ/１００ｎｍ/１００ｎｍ/１００ｎｍ/１００ｎｍ/１００ｎｍ/２００ｎｍの厚みで半導体層１１側から順に堆積し、その後リフトオフ手法にてマスク開口部以外の蒸着材料を除去し、高反射性のｎ側オーミック電極１０４とｎ側電極パッド１０７を形成する。下部のＡｌ/Ｒｈ積層膜は、合金化なしで十分なオーミックコンタクトが得られる為、合金化による反射率低下を防ぐことができる。またＡｌ層およびＲｈ層は反射率が高く、合金化しても反射率の低下は僅かである。よって、高反射性のｎ型オーミック電極１０４を形成することができる。上部の Ｐｔ/Ａｕ/Ｐｔ/Ａｕは、ｐ型オーミック電極１０５形成の場合と同様な観点で膜厚調整すればよい。例えば、基板１００が窒化物半導体層１１に凸に反っている場合は、ｎ型オーミック電極１０４の高さをｐ型オーミック電極１０５より僅かに高くし、逆に凹に反っている場合は、ｎ型オーミック電極１０４の高さを僅かに低くすることができる。ｎ型オーミック電極１０４とｎ側電極パッド１０７材料としては、Ａｌ/Ｐｔ積層膜や、Ａｌ/Ｉｒ積層膜や、Ａｌ/Ｐｄ積層膜を用いることができ、この場合も良好なオーミックコンタクトが得られる。
【００６６】
最後に、支持基板部１０の接続部材層１１３、１１５に対して濡れ性の悪い保護膜１０６をｐ型オーミック電極（ｐ側電極パッド兼用）１０５とｎ側電極パッド１０７を除いて全体に形成する。まず、スパッタリング装置にて保護膜１０６となるＳｉＯ２膜を１００〜３００ｎｍの厚みで全面に堆積する。その後、フォトリソグラフィー技術を用いて、ｎ側電極パッド１０７とｐ型オーミック電極層（ｐ側電極パッドと兼用）１０５の部分が開口した形状のレジストマスクを形成する。そしてウエットエッチングにて、ＳｉＯ２膜を除去し電極パッドを露出させる。最後に洗浄にてレジストマスクを除去し、難濡れ性保護膜１０６を完成させる。
【００６７】
なお、ｐ型オーミック電極１０５、ｎ型オーミック電極１０４（外周枠上を含む）の最表面層にＴｉを前もって１〜１０ｎｍ前後蒸着しておくと、ＳｉＯ２で形成した難濡れ性保護膜との密着性が高くなる。また、Ｔｉ層はＳｉＯ２膜ウエットエッチングの際に、エッチングされるのでｐ型オーミック電極１０５および電極パッド１０７の表面にはＴｉは残らない。難濡れ性保護膜１０６は、ＳｉＯ２の他にＡｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２でも良い。また、難濡れ性保護１０６は、支持基板部１０の接続部材層１１３、１１５と濡れ性が悪い材料ならば良く、材質、製法等は適宜選択することが出来る。
【００６８】
保護膜１０６の形成が終了したウエハ状の基板１００は、研削・研磨して厚みを１００μｍ程度まで薄くし、その後スクライブ、ブレーキングにて、個々の発光素子部１に分離する。スクライブ溝は、サファイア基板１００の裏面側から、輪郭溝１２０と一致する様に形成する。そして、ブレーキング装置のナイフエッジを、窒化物半導体層に設けた輪郭溝１２０に押し当て、個々の素子に分離する。この時、輪郭溝１２０がＶ字形状に傾斜している、ナイフエッジはＶ字溝の底に誘導される。これにより、スクライブラインとナイフエッジの先端が一致するので、確実に壁開される。
【００６９】
また、図９に示したｐ型窒化物半導体層１０３に第３テラス１２７を有する構造の発光素子部１を製造する場合には、図１０（ａ）〜（ｇ）の工程で、第３テラス１２７を形成した後、再び図１０（ｂ）〜（ｇ）を行い、テラス１２５までを形成すればよい。第３テラス１２７の領域のｐ型窒化物半導体層１０３のキャリア密度は、ＲＩＥに用いる塩素プラズマの影響で高抵抗化するので、ｐ型オーミック電極１０５によって覆われるも電流集中が生じたり、また短絡が生じることがない。
【００７０】
つぎに、図４（ａ）、（ｂ）の支持基板部１０を製造する手順を説明する。
まず、シリコン基板１１０用意し、表面を洗浄して清浄化した後、スパッタリングにて、基板面の全面に絶縁膜１１１としてＳｉＯ２膜を３００ｎｍ堆積する。なお、ＳｉＯ２酸化膜付きのシリコン基板を用いれば、成膜の手間を省くことができる。また、基板１１０として、ＡｌＮ、アルミナなどの絶縁性基板を用いれることも可能であり、その場合この工程は不要となる。
【００７１】
つぎに、ｐ側引出し電極層１１４、ｎ側引出し電極層１１２の形状に開口したレジストマスクをフォトリソグラフィー技術を用いて、形成する。その後、電子ビーム蒸着にて、Ｔｉ/Ａｕを１００ｎｍ/１０００ｎｍの厚みで基板１１０側から順に形成する。最後に、リフトオフ手法にてレジストマスク開口部以外の配線層材料を除去して、ｐ側引出し電極層１１４とｎ側引出し電極層１１２を形成する。ｐ側引出し電極層１１４、ｎ側引出し電極層１１２の層構成は、前記材料の他に基板側からＴｉ/Ａｕ、Ｎｉ/Ａｕ、Ｔｉ/Ａｇ、Ｎｉ/Ａｇ、Ｔｉ/Ｃｕ/Ａｇ、Ｎｉ/Ｃｕ/Ａｇ等の層構成を用いることができる。
【００７２】
つぎに、接続部材層１１３、１１５の形状に開口したレジストマスクをフォトリソグラフィー技術を用いて形成する。その後、電子ビーム蒸着にて、Ｎｉ/Ａｕ/Ｐｔ/（Ａｕ/Ｓｎ）ｎ/Ａｕを夫々１０ｎｍ/１００ｎｍ/１００ｎｍ/（５０ｎｍ〜２００ｎｍ/５０ｎｍ〜２００ｎｍ）ｎ/５０ｎｍ〜２００ｎｍを基板１１０側から連続堆積する。最後に、リフトオフ手法を用いて開口部以外の材料を除去しｎ側接続部材層１１３とｐ側接続部材層１１５を形成する。接続部材層１１３、１１５は、共晶温度と共晶過程を加味して層構成を決定している。ここでは、Ａｕ層とＳｎ層を、夫々７５．６ｎｍ、１０９．３ｎｍとし、繰返し回数ｎは５回としている。なお、共晶金属を蒸着源に用いＡｕＳｎ合金層を形成することもできるが、（Ａｕ/Ｓｎ）ｎ/Ａｕ積層構造とした方が安定した共晶接着が得られる。また、ＡｕとＳｎを積層する場合に、積層回数に従いＳｎの割合を増加すると、接続部材層の表面側の溶解温度が低くなり、発光素子部１に形成した電極パッド１０７およびｐ型オーミック電極１０５との接着性が向上する。本実施の形態では、支持基板部１０に接続部材層１１３、１１５を設けているが、発光素子部１に接続部材層１１３、１１５を設けても良い。また、支持基板部１０と発光素子部１の両方に接続部材層１１３、１１５を設けることもできる。
【００７３】
接続部材層１１３、１１５の形成が終了した支持基板１１０は、電極１１２、１１４が形成されていない側の面を研削・研磨して厚みを１００μｍ程度まで薄くする。その後、スクライブ、ブレーキング工程により各支持基板部１０ごとに分離し、支持基板部１０を完成させる。
【００７４】
完成した発光素子部１（図２（ａ）、（ｂ））と支持基板部１０（図３（ａ）、（ｂ））は、共晶ボンディング装置を用いて接着する。まず、発光素子部１と支持基板部１０の電極パターンを位置合わせし、接続部材層１１３、１１５の共晶に適した圧力で圧接し、その後、適当な共晶温度プロファイル（加熱→保持→冷却）にて接着した。ここでは共晶組成は、Ａｕ/２０Ｓｎ（Ｗｔ％）なので、２８０℃〜３３０℃で共晶接着をおこなった。
【００７５】
なお、発光素子部１と支持基板部１０とを共晶ボンディング装置で接着する工程において、共晶ボンディング装置の位置検出カメラで発光素子部１の位置検出を正確に行うことにより、支持基板部１０と正確な位置関係を保って接着することができる。位置検出には、周囲とコントラストの異なる所定の位置合わせマーク（例えば円形）が発光素子部１中に２点以上あれがよい。そこで、本実施の形態では、区画溝の交差する部分にｎ側オーミック電極１０４を配置しない所定の形状の領域（電極非形成部）を設けることにより、これを位置合わせマークとして用いることができる。例えば、発光素子部１の発光素子領域６２を区画溝１２３によって３×３の発光素子１２に分割した場合には、区画溝１２３の交点が４箇所以上生じる。このとき発光素子１２の角部をＲ形状にすると、区画溝の交点には４つの曲面で囲まれた空間が４箇所できるため、そのうちの２箇所に略円形の電極非形成部を設け、位置合わせマークとすることができる。区画溝１２３の幅をｄ（μｍ）とし、発光素子１２角部のＲ形状の半径をｒ（μｍ）とすると、交点の空間に形成可能な略円形の位置合わせマークの直径Ｍ２ｒ（μｍ）は以下の式で与えられる。
マーク直径Ｍ２ｒ（μｍ）＝２（ｒ√２−ｒ）＋ｄ√２
本数式によれば第１の実施の形態の発光素子部１の場合、直径５０μｍ〜１００μｍ程度の位置合わせマークの形成が可能である。
【００７６】
以上により、図１（ａ）、（ｂ）の半導体発光素子（フリップチップ）を製作した。完成した半導体発光素子（フリップチップ）は、フレーム、配線基板、ヒートシンク、ステム等に接着して使用される。接着には、一般的に樹脂系の接着剤、Ｓｎ−Ａｇ系（鉛フリー半田）の軟質半田、そしてＡｕ−Ｓｎ系の硬質半田などを用いる。そこで接着相手に合わせて、支持基板部１０の基板１１０の裏面の研磨面の粗さを調整することも可能である。例えば、Ａｇペーストで接着する場合、支持基板の研削・研磨面側が少々荒れている方が接着性は良い。また半田や共晶で接着する場合には、研削・研磨面にＣｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｎ層を形成するので鏡面が良い。
【００７７】
発光素子部１は、支持基板部１と接着して半導体発光素子とする以外に、フレーム、ステム、配線基盤、ヒートシンク等に直接接着して使用することもできる。例えば、３ｍｍ四方の板状セラミックにｐ側引出し電極、ｎ側引出し電極を形成し、さらに引出し電極はビアホールを通じてセラミック裏面の外部接続電極と導通した構造のヒートシンクを用意する。そして、発光素子部１は接続部材を介してヒートシンクと接着する。最後に、接着部をサイドフィルで覆うとコンパクトな素子モジュールとなる。
【００７８】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態の半導体発光素子を図１３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。この半導体発光素子は、図１４（ａ）、（ｂ）に示した発光素子部１を図１５（ａ）、（ｂ）に示した支持基板部１０に搭載したフリップチップであり、第１の実施の形態と同様の構成であるが、発光素子部１が、発光素子領域６２をｍ×ｍ（図１４（ａ）では３×３）に分割している点が第１の実施の形態とは異なっている。これに合わせて、発光素子部１の外周支持枠１２１は、発光素子部１の四隅に配置されている。また、支持基板部１０の構造も、ｍ×ｍの発光素子１２に駆動電圧を印加するため、接続部材層１１３、１１５を図１５(ａ)、（ｂ）のように配置している。このように発光素子領域６２の分割数を増やすことにより、横方向伝搬光の伝搬距離を短くして減衰を防ぎ、基板１００の裏面の出射面１００ａからの発光量を増加させている。
【００７９】
また、窒化物半導体層１１の層構成は、第１の実施の形態と同じであるが、窒発光素子１２の端面は、化物半導体層１１のｐ型窒化物半導体１０３からテラス１２５までを垂直にし、テラス１２５よりも基板１００側の端面領域のみを傾斜構造としている。これは、第１の実施の形態の図８（ｂ）でも述べたように、発光層１０２の面に対して±５°以内の領域１２８，１２９の放射光強度が弱いため、ｐ型窒化物半導体層１０３が薄い場合には傾斜させなくても、出射面１００ａの出射光強度には影響がないためである。
【００８０】
また、第２の実施の形態では、発光素子領域区画溝１２３と外周枠区画溝１２２の深さを基板１００まで到達しない浅溝としている。これは、区画溝１２２、１２３の深さが、テラス１２５からサファイア基板１００までの深さの７０％以上であれば、傾斜端面の横方向伝搬光の反射効率に影響がないことに基づいている。
【００８１】
その他の素子構成は、第１の実施の形態と同様の構造であるため、対応する構成には同じ符号を付し、説明を省略する。また、発光素子１２の端面の傾斜角θについても、第１の実施の形態と同様に設定される。
【００８２】
発光素子領域６２の分割数を増やすことにより、基板１００の裏面の出射面１００ａからの発光量が増加する原理について説明する。出射光量を増加させるためには発光素子領域６２の面積を大面積化することが考えられる。この場合、横方向伝搬光も増加し、ｎ型オーミック電極１０４で反射される光も増大すると予測される。発光素子領域６２の面積に対する辺の長さの割合を求めると、図１６に示すように、辺の増加率をｎ、辺の長さをｘとしたとき、１辺の長さが１ｘ、２ｘ、３ｘ、４ｘ、…、ｎｘと長くなると、面積はｘ２、（２ｘ）２、（３ｘ）２、（４ｘ）２、…、（ｎｘ）２となり、４辺の合計長さ４ｎｘを面積（ｎｘ）２で割り、ｘ＝１とし、１/４を掛けて規格化すると１/ｎとなる。このように、発光素子領域６２の１辺がｎ倍化した場合、辺の占める割合は１/ｎに減少することになり、単位辺当たりのｎ型オーミック電極１０４で反射される横方向伝搬光の強度はｎ倍になることを意味する。しかしながら、実際に測定してみると、ｎ型オーミック電極１０４で反射される光の強度はほとんど変化しない。このことから、横方向伝搬光の減衰が大きく、発光素子領域６２の面積を増加させても、横方向伝搬光の多くは素子１２の端面に到達できずに減衰消滅することがわかった。したがって、発光素子領域６２を大面積化すると、横方向伝搬光の取り出し効率が低下し発光出力は低下する。
【００８３】
そこで、本実施の形態は、発光素子領域６２の格子状に区画化して、微小な面積の発光素子１２に分割することにより、横方向伝搬光の伝搬長を短くして発光出力を向上させる。図１７に示すように、発光素子領域６２の一辺の長さをｙで固定し、発光素子領域６２の一辺の区画数をｍ個にした場合に、辺長が面積に対して占める割合を求めると、区画数ｍ＝１、２、３、４、…、ｍの場合、辺長は４ｙ、８ｙ、１２ｙ、１６ｙ、…、４ｍｙとなるため、辺長／面積は４ｍ／ｙで表される。ｙ＝１とし、１/４を掛けて規格化すると辺長／面積はｍとなる。即ち、発光素子領域６２の面積が一定の場合、一辺を区画数ｍで区分した場合、面積に対して辺が占める割合がｍ倍に増加する。これらのことより、発光素子領域６２の一辺の長さをｎ倍した場合、単位面積当たりの辺が占める割合を一定とするためには、一辺の区画数をｍをｎにする必要がある（ｍ＝ｎ）。
【００８４】
発光素子１２の横方向伝搬光が減衰して消滅する距離が、区画化された１つの発光素子１２の辺の長さの１/２未満ならば、ｎ型オーミック電極１０４で反射されてサファイア基板１００から取り出される光の強度は、前記ｎとｍの関係に従う。また、横方向伝搬光の減衰消滅距離が、区画化された１つの発光素子１２の辺の長さの１/２以上になると、前記関係より取り出し効率は増加し、より好ましい。
【００８５】
横方向伝搬光の減衰量は、素子の積層構造や結晶組成、また反射角により大きく異なるが、伝搬距離は短ければ短いほど減衰量を低減することができるため、発光素子領域６２の区画数を増加させ、発光素子１２の一辺の長さを短くすることが望ましい。その一方、区画溝１２３を増加させることにより、発光素子領域６２に占める区画溝１２３の面積が増加し、窒化物半導体層１０２の面積が減少するため、発光素子１０２の放出する光量が減少する。したがって、区画溝１２３が発光素子領域６２に占める面積と、横方向伝搬光の伝搬距離（発光素子１２の辺長）との兼ね合いで、最も大きな出射光を得ることが出来る区画数が定めることが望ましい。よって、予め区画数を変化させて出射光強度を測定する実験を行い最適な区画数を決定する。例えば、発光素子部１の基板１００のサイズを１．４４〜１．２１ｍｍ四方とし、１３×１３〜５×５に区画し、区画化された１つの発光素子１２の一辺を６４μｍ〜１６７μｍ程度にすることができる。
【００８６】
実際に、４０５ｎｍで発光する素子にて、発光素子部１の基板１００の大きさを１ｍｍ四方とし、発光素子領域６２の区画数を１×１、３×３、５×５の３種類として発光素子部１を製作し、基板１００の裏面の出射面１００ａの発光出力を測定した。ただし、素子構造は、図１８（ａ）に示したように、ｐ型窒化物半導体層１０３の端面も傾斜させ、区画溝１２３の深さはサファイア基板１００まで到達する深さとしている。また、比較例として図１８（ｃ）のようにｎ型オーミック電極１０４を平面形状として、区画数を５×５とした発光素子を製作し、同様に基板１００裏面の出射面１００ａの発光出力を測定した。その結果、図１９に示したように、比較例の図１８（ｃ）の素子の出力を１００％とした場合、区画数１×１、３×３、５×５の素子の出力は、それぞれ１０３％、１０９％、１１５％であった。これにより、比較例の素子から見た出力増加率は３％、９％、１５％であり、区画数ｍに区画する効果は、３×ｍ（％）と見積もることができた。また、図１８（ｃ）の比較例の素子の正面取出し光と端面取出し光の比は７０：３０であったのに対して、図１８（ａ）の区画数５×５の素子の正面取出し光と端面取出し光の比が８５：１５に改善されていることも確認できた。
【００８７】
また、１１５％の出力が得られた区画数５×５の発光素子の形状を、図１８（ｂ）に示すように、ｐ型窒化物半導体層１３の表面からテラス１２５までの端面を垂直とし、Ｖ字形状溝の深さを５μｍとし、テラス１２５から基板１００までの６μｍよりも浅くした形状に変更した素子を作製し、同様に出射面１００ａの出力を測定した。その結果、比較例に対して１１５％の出力が得られ、図１８（ａ）の区画数５×５の素子と同じであった。また、その他多様な実験の結果、区画溝１２３の深さは、テラス１２５からサファイア基板１００までの深さの７０％〜８０％で十分な反射効果を得られることがわかった。このような作用は、区画溝１２３の底からサファイア基板１００までの距離と、区画溝１２３の底の平面（結合テラス）１２３ａとの距離に関係があるように推測されるが、詳細は不明である。
【００８８】
また、浅い区画溝１２３は、ｎ型オーミック電極１０４の接触面積が大きく、ｎ型窒化物半導体層１０１との接触面で電流密度を低くでき、電流モードによる素子劣化が抑制されるという利点もある。また、電流密度が小さいことから発熱も低くでき、熱モードによる電極劣化も抑制できる。
【００８９】
これらのことから、第２の実施の形態では、発光素子部１の構造として、図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、発光素子領域６２が区画溝１２３によって多数に区画化され、かつ、区画溝１２３の底部が基板１００に到達しない構成としている。
【００９０】
区画溝１２３の設計方法について説明する。区画溝１２３の溝幅（開口幅）Ｗは下記式３のW≒2T・tanω+ 2L に基づいて設計し、テラス１２５位置での溝幅（開口幅）Vは、式４のV≒2T・tanωとする。Tは、テラス１２５から基板１００までの厚みである。テラス幅Lは、製造可能な最小のテラス幅LｍｉｎのＬｍｉｎ＝５μｍと、ｎ型オーミック電極１０４からｎ型窒化物半導体層１０１へ流れる電流密度が大きくなりすぎないようにするために経験的に求めたテラス幅算出関数ｆ（ｊ）とを比較し、そのうちどちらか大きい方をテラス幅Ｌとする。すなわち、
Lmin ＜ f(j) の場合
L＝f(j)・・・式１a
f(j) ≦ Lmin の場合
L＝Lmin・・・式１b
【００９１】
区画溝１２３の溝幅決定角ωは、半導体素子１２の区画溝の開き角θmaxを１１０°と定め、その半分を溝幅決定角ωとする。
ω＝1/2・θmax・・・式２
【００９２】
以上のＬとω、さらにテラス１２５から基板１００までの厚みＴにより、全溝幅Ｗとテラス１２５位置での溝幅Ｖが算出される。
V ≒2T・tanω・・・式３
W≒2T・tanω+ 2L・・・式４
【００９３】
浅溝型の区画溝１２３の場合、溝深さDは、テラス１２５から基板１００までの厚みＴの０．７〜１倍となる。実験的には、Ｔが６μｍの場合０．８程度が効果的であった。
D= T ×( 0.7〜1) ・・・式５
【００９４】
なお、１以上の第２テラス１２６を加える場合は、第２テラス１２６の幅をＬ’とし２Ｌ’を前記（式４）に加える。また、隣接する発光領域、外周溝がない場合は、仮想的にあるものとして計算すれば良い。また、上記の関係式は、テラス１２５から基板１００までの厚みＴが２〜１５μｍ程度までは、有効な計算手法である。それ以上の場合は、修正する必要がある。
【００９５】
第２の実施の形態の半導体発光素子の製造方法は、第１の実施の形態と同様であるが、所望の区画数にするパターンのフォトマスクを用いることと、ドライエッチングにより区画溝１２３をエッチングする際に、サファイア基板１００に到達しない予め定めた深さまででエッチングを終了させる必要がある。例えば、ｐ型窒化物半導体層１０３と発光層１０２の合計厚みが０．３μｍ、またｎ型窒化物半導体層の厚みが５．７μｍで全体が６μｍの場合、半導体層１１の表面からテラス１２５までの深さを０．５μｍ、テラス１２５から区画溝１２３の底までの深さを４．４μｍとすることができる。
【００９６】
（第３の実施の形態）
第１および第２の実施の形態では、発光素子部１の発光素子領域１２を２×２または３×３以上に区画化していたが、第３の実施の形態では図２０（ａ）に素子全体の断面図を、図２０（ｂ）、（ｃ）に発光素子部１と支持基板部１０の平面図を示したように、発光素子領域を区画化せず単一の発光素子にしている。テラス１２５および素子端面の傾斜構造は、第１および第２の実施の形態と同様である。よって、テラス１２５を備えることにより、発光層１０２との短絡を防ぎながら、ｎ型オーミック電極１０４によって横方向伝搬光を高効率で反射することができるため、テラス１２５を備えない素子と比較して出射面１００ａの発光強度を向上させ、かつ、電気特性を安定化させることができる。なお製造工程は、フォトマスクのパターンが異なるだけ以外は第１の実施の形態と同じである。
【００９７】
上述の第２、３の実施の形態では、発光素子１２の形状を角が直角な矩形状にしているが、第１の実施の形態の図２（ａ）のように曲率半径Ｒの円弧形状（Ｒ形状）として、丸みをもたせることが可能である。曲率半径Ｒは、例えば、区画化された発光素子１２の１辺の長さの０．０３〜０．１倍とすることができる。例えば、発光領域が平方形で０．００３６ｍｍ２〜０．０９ｍｍ２の場合は、半径Ｒは、発光領域の一辺の長さの０．０３（３％）〜０．１（１０％）の値とすることが適当である。このように発光素子の角部をＲ形状にすることにより、ｎ型オーミック電極１０４の形成面に鋭角部がなくなり、局所的な応力集中がなくなる。よって、素子の熱膨張による電極破断や剥離を防止することができるという効果が得られる。さらに、発光素子１２の角部をＲ形状にすることで、４つの発光素子１２で囲まれた部分（区画溝の交差部）に位置合わせマークを形成することができ、発光素子部と支持基板部の接着位置精度を向上させることが可能である。
【００９８】
また、第１及び第２の実施の形態では、保護膜１０６により、素子全体を被覆しているが、難濡れ性保護膜１０６として、窒化物半導体層１１より屈折率の小さい材料を用いることが可能である。これにより、電極１０４、１０５の形成されていない部分からの光の放出を抑え、反射または伝搬光に変えることができるという効果がえられる。例えば、第１層目の難濡れ性保護膜にポーラス状のＳｉＯ２膜を形成し、第２層目の難濡れ性保護膜に緻密なＳｉＯ２膜を形成すればマイクロキャビティが界面にできるので、略空気の屈折率と同じにできる。
【００９９】
また、第１および第２の実施の形態の区画溝１２３等は、Ｖ字形状であるため、斜方蒸着装置を用いなくても問題無くｎ型オーミック電極１０４および保護膜１０６で被覆することができる。
【０１００】
第１〜第３の実施の形態では、波長４６０ｎｍの窒化物半導体層１１を用いた例について説明したが、本実施の形態の素子構造は、紫外から赤外波長の種々の波長の半導体層１１に対して適用することができる。特に、ｎ型オーミック電極１０４に用いられるAgに対して高反射率が得られる波長３８０ｎｍから赤外光を発する半導体層１１に対して有効である。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】第１の実施の形態の半導体発光素子の（ａ）上面図、（ｂ）Ａ−Ａ’断面図、（ｃ）Ｂ−Ｂ’断面図。
【図２】第１の実施の形態の半導体発光素子の発光素子部１の（ａ）平面図、（ｂ）Ｂ−Ｂ’断面図。
【図３】図２（ｂ）の拡大図。
【図４】第１の実施の形態の半導体発光素子の支持基板部１０の（ａ）平面図、（ｂ）Ａ−Ａ’断面図。
【図５】第１の実施の形態の発光素子部１の光の進路を示す説明図。
【図６】第１の実施の形態の発光素子部１の端面の傾斜構造とｎ型オーミック電極１０４の配置を説明する説明図。
【図７】第１の実施の形態の発光素子部１において、横方向伝搬光の種類とその割合示すグラフ。
【図８】第１の実施の形態の発光素子部１の（ａ）ｐ型窒化物半導体層１０３を傾斜させた端面構造、（ｂ）ｐ型窒化物半導体層１０３を垂直とした端面構造、（ｃ）コンタクト層１０１ｃに第２テラス１２６を設けた端面構造をそれぞれ示す断面図。
【図９】第１の実施の形態の発光素子部１のｐ型窒化物半導体層１０３が厚膜の場合に、ｐ型窒化物半導体層１０３の端面に第３テラス１２７を設けた構造を示す断面図。
【図１０】（ａ）〜（ｇ）第１の実施の形態の発光素子部１の傾斜端面をテラス１２５の深さまでを、傾斜レジスト層１３０により形成する工程を示す説明図。
【図１１】第１の実施の形態の発光素子部１の製造工程において、窒化物半導体層１１に基板１００まで到達する区画溝１２０，１２２，１２３を形成した状態を示す（ａ）平面図、（ｂ）断面図。
【図１２】（ａ）〜（ｇ）第１の実施の形態の発光素子部１の傾斜端面を基板１００の深さまでを、傾斜レジスト層１３０により形成する工程を示す説明図。
【図１３】第２の実施の形態の半導体発光素子の（ａ）上面図、（ｂ）Ｄ−Ｄ’断面図、（ｃ）Ｅ−Ｅ’断面図。
【図１４】第２の実施の形態の半導体発光素子の発光素子部１の（ａ）平面図、（ｂ）Ｄ−Ｄ’断面図。
【図１５】第２の実施の形態の半導体発光素子の支持基板部１０の（ａ）平面図、（ｂ）Ｄ−Ｄ’断面図。
【図１６】第２の実施の形態において、発光素子領域６２の面積を増加させた場合の面積に対する辺長を示す説明図。
【図１７】第２の実施の形態において、発光素子領域６２の面積一定で区画数を増加させた場合の面積に対する辺長を示す説明図。
【図１８】（ａ）、（ｂ）は、第２の実施の形態の発光素子部１の形状例を示す断面図、（ｃ）は比較例の発光素子部を示す断面図。
【図１９】図１８（ａ），（ｂ），（ｃ）の発光素子の出力強度を示す説明図。
【図２０】第３の実施の形態の半導体発光素子の（ａ）断面図、（ｂ）発光素子部１の平面図、（ｃ）支持基板部１０の平面図。
【符号の説明】
【０１０２】
１・・・発光素子部、１０・・・支持基板部、１１・・・窒化物半導体層、１２・・・発光素子、１２１・・・外周枠、１５，１６・・・ワイヤボンディング、６２・・・発光素子領域、１００・・・サファイア基板、１００ａ・・・出射面、１０１・・・ｎ型窒化物半導体層、１０２・・・発光層、１０２ａ・・・発光層内のｐ型オーミック電極端部直下の点、１０３・・・ｐ型窒化物半導体層、１０４・・・ｎ型オーミック電極、１０５・・・ｐ型オーミック電極、１０６・・・難濡れ性保護膜、１０７・・・ｎ型電極パッド、１１１・・・絶縁膜、１１２・・・ｎ型引き出し電極層、１１３・・・接続部材層、１１４・・・ｐ型引き出し電極層、１１５・・・接続部材層、１２０・・・輪郭溝、１２１・・・外周枠、１２２・・・外周枠区画溝、１２３・・・発光素子区画溝、１２５・・・テラス、１２６・・・第２テラス，１２７・・・第３テラス、１２８，１２９・・・光強度が弱い領域、１３０・・・レジスト層、１３１・・・フォトマスク。
【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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