(57)【要約】【課題】半導体発光素子から放射される深紫外光の出力を増加させる。【解決手段】半導体発光素子１０は、基板１１の第１の主面１１ａ上に設けられた半導体層１８を備える。半導体層１８は深紫外光１９を放射し得るように構成されている活性領域１３を含む。半導体発光素子１０は、基板１１の第２の主面１１ｂ上に形成された周期的凹凸構造１７を備える。周期的凹凸構造１７は、複数の突起部１７ａを含む。活性領域１３の第１の面積は、０．１５ｍｍ2以上である。第２の主面１１ｂの第２の面積に対する、複数の突起部１７ａの第３の面積の比は、６０％以上１００％以下である。複数の突起部１７ａは、各々、０．６以上のアスペクト比を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の主面と、前記第１の主面とは反対側の第２の主面とを有する基板と、
前記第１の主面上に設けられた半導体層とを備え、前記半導体層は深紫外光を放射し得るように構成されている活性領域を含み、さらに、
前記第２の主面上に形成された周期的凹凸構造を備え、前記周期的凹凸構造は、前記第２の主面から突出する複数の突起部を含み、
前記第２の主面の第２の平面視における前記活性領域の第１の面積は、０．１５ｍｍ2以上であり、
前記第２の主面の前記第２の平面視における前記第２の主面の第２の面積に対する、前記第２の主面の前記第２の平面視における前記複数の突起部の第３の面積の比は、６０％以上１００％以下であり、
前記複数の突起部は、各々、０．６以上のアスペクト比を有する、半導体発光素子。
【請求項２】
前記第１の面積は、０．３５ｍｍ2以上である、請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記アスペクト比は、１．０以上である、請求項１または請求項２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記基板は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記複数の突起部は、各々、円錐または角錐の形状を有する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記複数の突起部は、各々、円錐台または角錐台の形状を有する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記第２の主面上に１つ以上の微細構造をさらに備え、
前記１つ以上の微細構造の各々は、前記複数の突起部の各々よりも小さなサイズを有しており、
前記１つ以上の微細構造は、前記複数の突起部の１つの周りに配置されている、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記基板とは反対側の前記半導体層の表面上に、ｐ型電極をさらに備え、
前記半導体層は、ｎ型半導体層とｐ型半導体層とをさらに含み、前記ｎ型半導体層は前記活性領域に対して前記基板側に設けられており、前記ｐ型半導体層は前記活性領域に対して前記基板とは反対側に設けられており、
前記ｐ型電極は、前記ｐ型半導体層に接触しており、
前記半導体層は、前記ｎ型半導体層から前記ｐ型半導体層に延在する転位欠陥を含み、
前記半導体層の前記表面の第３の平面視において、前記ｐ型電極は、前記半導体層の前記表面に最も近い前記転位欠陥の部分から離れて配置されている、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記半導体層の前記表面の第１の領域上に、島状の絶縁層をさらに備え、前記半導体層の前記表面の前記第３の平面視において、前記半導体層の前記表面に最も近い前記転位欠陥の前記部分は前記第１の領域内に存在しており、前記半導体層の前記表面の前記第３の平面視において、前記島状の絶縁層は前記半導体層の前記表面に最も近い前記転位欠陥の前記部分を覆っており、
前記ｐ型電極は、前記第１の領域とは異なる前記半導体層の前記表面の第２の領域と前記島状の絶縁層とを覆っている、請求項８に記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記基板とは反対側の前記半導体層の表面上に、電極をさらに備え、
前記第１の主面の第１の平面視において、前記電極は櫛歯形状を有する、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の前記半導体発光素子と、
前記半導体発光素子を封止する液体とを備え、前記液体は、前記半導体発光素子から放射される前記深紫外光に対して透明であり、さらに、
前記半導体発光素子と前記液体とを収容するパッケージを備え、前記パッケージは、前記半導体発光素子から放射される前記深紫外光に対して透明な透明部材を含む、発光モジュール。
【請求項１２】
前記パッケージの外側に配置されたポンプと、
前記液体が収容される前記パッケージの内部空間と前記ポンプとを接続する配管とをさらに備え、
前記ポンプ及び前記配管は、前記液体が前記パッケージの前記内部空間と前記配管とを循環するように構成されている、請求項１１に記載の発光モジュール。
【請求項１３】
基板の第１の主面上に半導体層を形成することを備え、前記半導体層は深紫外光を放射し得るように構成されている活性領域を含み、前記第１の主面とは反対側の前記基板の第２の主面の第２の平面視における前記活性領域の第１の面積は、０．１５ｍｍ2以上であり、さらに、
前記第２の主面上に周期的凹凸構造を形成することを備え、前記周期的凹凸構造は、前記第２の主面から突出する複数の突起部を含み、前記第２の主面の前記第２の平面視における前記第２の主面の第２の面積に対する、前記第２の主面の前記第２の平面視における前記複数の突起部の第３の面積の比は、６０％以上１００％以下であり、前記複数の突起部は、各々、０．６以上のアスペクト比を有し、
前記周期的凹凸構造を形成することは、前記第２の主面上に、第１の層と、第２の層と、第３の層とをこの順に積層することを含み、前記第１の層、前記第２の層及び前記第３の層は互いに異なる材料からなり、前記第１の層は、前記第２の層及び前記第３の層のそれぞれよりも大きな厚さを有し、さらに、
凹凸パターンを有するモールドを前記第３の層にインプリントすることにより、前記第３の層に複数の第１凹部を形成することと、
前記複数の第１凹部が形成された前記第３の層を用いて、前記第２の層に複数の第２凹部を形成することと、
前記複数の第２凹部が形成された前記第２の層をマスクとして用いて、前記第１の層の一部を異方性エッチングすることにより、前記第１の層に複数の第３凹部を形成することとを含み、前記複数の第３凹部において前記基板の前記第２の主面は露出し、さらに、
前記複数の第３凹部において露出された前記基板の前記第２の主面上に、第４の層を形成することと、
前記複数の第３凹部が形成された前記第１の層をリフトオフすることにより、前記第２の主面上に複数の柱状構造体を形成することと、
前記複数の柱状構造体を用いて、前記第２の主面をエッチングすることにより、前記第２の主面に前記周期的凹凸構造を形成することとを含む、半導体発光素子の製造方法。
【請求項１４】
前記基板とは反対側の前記半導体層の表面の第３の平面視における転位欠陥の位置を特定することを備え、前記半導体層は、ｎ型半導体層とｐ型半導体層とをさらに含み、前記ｎ型半導体層は前記活性領域に対して前記基板側に設けられており、前記ｐ型半導体層は前記活性領域に対して前記基板とは反対側に設けられており、前記転位欠陥は前記ｎ型半導体層から前記ｐ型半導体層に延在しており、さらに、
ｐ型電極を、前記半導体層の前記表面の前記第３の平面視において、前記半導体層の前記表面に最も近い前記転位欠陥の部分から離れた前記半導体層の前記表面上に形成することをさらに備え、前記ｐ型電極は、前記ｐ型半導体層に接触している、請求項１３に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１５】
前記ｐ型電極を、前記半導体層の前記表面の前記第３の平面視において前記半導体層の前記表面に最も近い前記転位欠陥の前記部分から離れた前記半導体層の前記表面上に形成することは、前記半導体層の前記表面の前記第３の平面視において前記半導体層の前記表面に最も近い前記転位欠陥の前記部分を覆う島状の絶縁層を前記半導体層の前記表面の第１の領域上に形成することと、前記第１の領域とは異なる前記半導体層の前記表面の第２の領域上に前記ｐ型電極を形成することとを含み、
前記半導体層の前記表面の前記第３の平面視において、前記半導体層の前記表面に最も近い前記転位欠陥の前記部分は前記第１の領域内に存在しており、前記半導体層の前記表面の前記第３の平面視において、前記島状の絶縁層は前記半導体層の前記表面に最も近い前記転位欠陥の前記部分を覆っている、請求項１４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、半導体発光素子及びその製造方法並びに発光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子からの深紫外光の取り出し効率を向上させるために、深紫外光を放射する半導体発光素子の基板の裏面に凹凸構造を形成することが知られている（非特許文献１を参照）。非特許文献１に開示された半導体発光素子は０．１ｍｍ2のメササイズを有し、凹凸構造は、電子線リソグラフィとそれに続くエッチングとによって、基板の裏面に形成されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】S. Inoue、外４名、「Light extraction enhancement of 265nm deep-ultraviolet light-emitting diodes with over 90mW output power via an AlN hybrid nanostructure」、Applied Physics Letters、2015年3月30日、第106巻、p.131104
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、非特許文献１に開示された半導体発光素子から放射される深紫外光の出力は、十分ではない。本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体発光素子から放射される深紫外光の出力を増加させることである。本発明の別の目的は、放射される深紫外光の出力が増加された半導体発光素子を、高スループット、安価かつ容易に製造することができる、半導体発光素子の製造方法を提供することである。本発明のさらに別の目的は、発光モジュールから放射される深紫外光の出力を増加させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の半導体発光素子は、第１の主面と、第１の主面とは反対側の第２の主面とを有する基板と、第１の主面上に設けられた半導体層とを備える。半導体層は深紫外光を放射し得るように構成されている活性領域を含む。本発明の半導体発光素子は、第２の主面上に形成された周期的凹凸構造を備える。周期的凹凸構造は、第２の主面から突出する複数の突起部を含む。第２の主面の第２の平面視における活性領域の第１の面積は、０．１５ｍｍ2以上である。第２の主面の第２の平面視における第２の主面の第２の面積に対する、第２の主面の第２の平面視における複数の突起部の第３の面積の比は、６０％以上１００％以下である。複数の突起部は、各々、０．６以上のアスペクト比を有する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の半導体発光素子によれば、半導体発光素子から放射される深紫外光の出力が増加され得る。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施の形態１に係る発光モジュールの概略断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る半導体発光素子の概略平面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る半導体発光素子の、図２に示される断面線ＩＩＩ−ＩＩＩにおける概略断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る半導体発光素子の、図２に示される断面線ＩＶ−ＩＶにおける概略断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る半導体発光素子の概略底面図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る半導体発光素子の製造方法のフローチャートを示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を示す概略断面図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る半導体発光素子の製造方法における、図７に示す工程の次工程を示す概略断面図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る半導体発光素子の製造方法における、図８に示す工程の次工程を示す概略断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態１に係る半導体発光素子の製造方法における、図９に示す工程の次工程を示す概略断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態１に係る半導体発光素子の製造方法における、図１０に示す工程の次工程を示す概略断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態１に係る半導体発光素子の製造方法における、図１１に示す工程の次工程を示す概略断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態１に係る半導体発光素子の製造方法における、図１２に示す工程の次工程を示す概略断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態１に係る半導体発光素子の製造方法における、図１３に示す工程の次工程を示す概略断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態１に係る発光モジュールに含まれる半導体発光素子及び比較例の発光モジュールに含まれる半導体発光素子に注入された電流に対する、本発明の実施の形態１に係る発光モジュールに含まれる半導体発光素子及び比較例の発光モジュールに含まれる半導体発光素子の光出力の変化を表すグラフを示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態１に係る発光モジュールに含まれる半導体発光素子及び比較例の発光モジュールに含まれる半導体発光素子に注入された電流に対する、本発明の実施の形態１に係る発光モジュールに含まれる半導体発光素子及び比較例の発光モジュールに含まれる半導体発光素子の外部量子効率の変化を表すグラフを示す図である。
【図１７】本発明の実施の形態１に係る発光モジュールに含まれる半導体発光素子及び比較例の発光モジュールに含まれる半導体発光素子に注入された電流に対する、本発明の実施の形態１に係る発光モジュールに含まれる半導体発光素子及び比較例の発光モジュールに含まれる半導体発光素子のエレクトロルミネッセンス強度のピーク波長の変化を表すグラフを示す図である。
【図１８】本発明の実施の形態１に係る発光モジュールに含まれる半導体発光素子及び比較例の発光モジュールに含まれる半導体発光素子に注入された電流に対する、本発明の実施の形態１に係る発光モジュールに含まれる半導体発光素子及び比較例の発光モジュールに含まれる半導体発光素子の接合部の温度の変化を表すグラフを示す図である。
【図１９】本発明の実施の形態２に係る半導体発光素子の概略部分拡大底面図である。
【図２０】本発明の実施の形態２に係る半導体発光素子の、図１９に示される断面線ＸＸ−ＸＸにおける概略部分拡大断面図である。
【図２１】円錐台の上面の半径に対する、本発明の実施の形態２に係る半導体発光素子の光出力の変化を表すグラフを示す図である。
【図２２】本発明の実施の形態３に係る半導体発光素子の概略部分拡大底面図である。
【図２３】本発明の実施の形態３に係る半導体発光素子の、図２２に示される断面線ＸＸＩＩＩ−ＸＸＩＩＩにおける概略部分拡大断面図である。
【図２４】本発明の実施の形態４に係る半導体発光素子の概略断面図である。
【図２５】本発明の実施の形態４に係る半導体発光素子の製造方法の一部の工程のフローチャートを示す図である。
【図２６】本発明の実施の形態５に係る半導体発光素子の概略断面図である。
【図２７】本発明の実施の形態５に係る半導体発光素子の製造方法の一部の工程のフローチャートを示す図である。
【図２８】本発明の実施の形態６に係る発光モジュールの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、同一の構成には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
【０００９】
（実施の形態１）
図１を参照して、実施の形態１に係る発光モジュール１を説明する。本実施の形態の発光モジュール１は、深紫外光１９を放射し得るように構成された半導体発光素子１０と、半導体発光素子１０を載置する基台３０とを主に備える。本実施の形態の発光モジュール１は、深紫外光１９を放射し得るように構成された半導体発光素子１０と、半導体発光素子１０を封止する液体６２と、半導体発光素子１０と液体６２とを収容するパッケージ（３０，６０）とを主に備えてもよい。
【００１０】
基台３０に用いられる材料として、金属、樹脂、セラミックを例示することができる。基台３０は、高い熱伝導性を有する材料から構成され、ヒートシンクとして機能してもよい。
【００１１】
半導体発光素子１０は、サブマウント２０を介して、基台３０の上に載置されてもよい。サブマウント２０の材料として、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、炭化珪素（ＳｉＣ）、ダイヤモンド、珪素（Ｓｉ）を例示することができる。サブマウント２０は、５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上高い熱伝導性を有する材料から構成されてもよい。サブマウント２０は、１６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上２５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の熱伝導率を有する窒化アルミニウム（ＡｌＮ）から構成されてもよい。半導体発光素子１０が載置されるサブマウント２０の表面に、半導体発光素子１０からの深紫外光１９を反射するために、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）または銀（Ａｇ）などからなる反射層が設けられてもよい。サブマウント２０は、金−すず（ＡｕＳｎ）などからなる共晶半田、銀ペーストなどの導電性ペーストまたは接着剤を用いて、基台３０に固着されてもよい。
【００１２】
半導体発光素子１０が載置されるサブマウント２０の表面に、第１の導電パッド２１と第２の導電パッド２２とが設けられてもよい。導電性を有する接合部材２５を用いて、半導体発光素子１０のｎ型電極１５とサブマウント２０の第１の導電パッド２１とが接続され、半導体発光素子１０のｐ型電極１６とサブマウント２０の第２の導電パッド２２とが接続される。接合部材２５として、例えば、金（Ａｕ）−すず（Ｓｎ）、銀（Ａｇ）−すず（Ｓｎ）などからなる半田、金（Ａｕ）や銅（Ｃｕ）などからなる金属バンプ、または、銀ペーストなどの導電性ペーストが用いられ得る。
【００１３】
半導体発光素子１０はサブマウント２０上にフリップチップボンディングされてもよい。すなわち、半導体発光素子１０の基板１１側をサブマウント２０及び基台３０とは反対側に向けるとともに、半導体発光素子１０の半導体層１８（ｎ型半導体層１２、活性領域１３、ｐ型半導体層１４）側をサブマウント２０及び基台３０の側に向けて、半導体発光素子１０はサブマウント２０上に載置されてもよい。半導体発光素子１０がサブマウント２０の上にフリップチップボンディングされているため、活性領域１３から放射される深紫外光１９がｐ型半導体層１４で吸収されることが低減され得る。
【００１４】
本実施の形態の発光モジュール１は、導電ワイヤ３３，３４と、絶縁層３５と、電気配線３７と、電気配線３７，３９に接続された導電パッド３６，３８とをさらに備えてもよい。絶縁層３５と、電気配線３７，３９と、導電パッド３６，３８とは、サブマウント２０の周りでかつ基台３０上に設けられている。電気配線３７，３９は、絶縁層３５に埋め込まれてもよい。導電パッド３６，３８は、絶縁層３５から露出している。導電ワイヤ３３は、導電パッド３６と第１の導電パッド２１とを接続する。導電ワイヤ３４は、導電パッド３６と第２の導電パッド２２とを接続する。導電ワイヤ３３，３４として、例えば、金（Ａｕ）ワイヤが用いられ得る。電気配線３７，３９、導電パッド３６，３８、導電ワイヤ３３，３４、第１の導電パッド２１、第２の導電パッド２２及び接合部材２５を介して、外部電源（図示せず）から、半導体発光素子１０に電流が供給されて、半導体発光素子１０は、深紫外光１９を放射する。
【００１５】
図１から図５を参照して、実施の形態１に係る半導体発光素子１０を説明する。導体発光素子は、基板１１と、ｎ型半導体層１２と、活性領域１３と、ｐ型半導体層１４と、ｎ型電極１５と、ｐ型電極１６と、周期的凹凸構造１７とを主に含む。
【００１６】
基板１１は、第１の主面１１ａと、第１の主面１１ａとは反対側の第２の主面１１ｂとを有する。第２の主面１１ｂは、出射面であってもよい。第１の主面１１ａの第１の平面視における基板１１の第１の主面１１ａの面積は、第１の主面１１ａの第１の平面視における活性領域１３の面積と同じであるか、それより大きい。第２の主面１１ｂの第２の平面視における基板１１の第２の主面１１ｂの面積は、第２の主面１１ｂの第２の平面視における活性領域１３の第１の面積と同じであるか、それより大きい。第２の主面１１ｂの第２の平面視における活性領域１３の第１の面積は、第１の主面１１ａの第１の平面視における活性領域１３の面積と同じであってもよい。第２の主面１１ｂの第２の平面視における第２の主面１１ｂの第２の面積は、０．５０ｍｍ2以上であってもよく、１．０ｍｍ2以上であってもよく、２．０ｍｍ2以上であってもよく、５．０ｍｍ2以上であってもよい。第２の主面１１ｂの第２の面積は、特に制限はないが、３０ｍｍ2以下であってもよく、２０ｍｍ2以下であってもよく、１０ｍｍ2以下であってもよい。
【００１７】
基板１１は、半導体発光素子１０から放射される深紫外光１９の波長に対して、例えば５０％以上のような、高い透過率を有することが好ましい。基板１１は、特に限定されないが、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板、炭化珪素（ＳｉＣ）基板、サファイア基板、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板であってもよい。基板１１として、テンプレート基板が用いられてもよい。テンプレート基板は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）などから構成される下地層が基板１１上に形成されたものをいう。
【００１８】
窒化アルミニウム（ＡｌＮ）は、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）に近い格子定数及び熱膨張係数を有する。そのため、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板は、基板１１上に形成されかつ窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）を主成分として含む半導体層１８における転位欠陥密度を減少させることができる。基板１１として、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）法によって作成された窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板が用いられてもよい。窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板をハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）法によって作成することによって、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板の光吸収係数は、２６５ｎｍの波長において、約１０ｃｍ-1以下に低減され得る。
【００１９】
基板１１の第１の主面１１ａ上に、半導体層１８が設けられる。半導体層１８は、ｎ型半導体層１２と、活性領域１３と、ｐ型半導体層１４とを含んでもよい。ｎ型半導体層１２は、活性領域１３に対して基板１１側に設けられてもよい。ｐ型半導体層１４は、活性領域１３に対して基板１１とは反対側に設けられてもよい。
【００２０】
ｎ型半導体層１２は、ＡｌＩｎＧａＮからなる窒化物半導体から構成されてもよい。より特定的には、ｎ型半導体層１２は、Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａz1Ｎ（ｘ1、ｙ1、ｚ1は、０≦ｘ1≦１．０、０≦ｙ1≦０．１、０≦ｚ1≦１．０を満たす有理数とし、ｘ1＋ｙ1＋ｚ1＝１．０である）から構成されてもよい。特定的には、ｎ型半導体層１２は、Ａｌx1Ｇａz1Ｎ（ｘ1、ｚ1は、０≦ｘ1≦１．０、０≦ｚ1≦１．０を満たす有理数とし、ｘ1＋ｚ1＝１．０である）から構成されてもよい。ｎ型半導体層１２は、珪素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）、酸素（Ｏ）または炭素（Ｃ）のようなｎ型不純物を含んでもよい。ｎ型半導体層１２におけるｎ型不純物の濃度は、１．０×１０17ｃｍ-3以上１．０×１０20ｃｍ-3以下であってもよい。ｎ型半導体層１２におけるｎ型不純物の濃度は、１．０×１０18ｃｍ-3以上１．０×１０19ｃｍ-3以下であってもよい。ｎ型半導体層１２は、１００ｎｍ以上の膜厚を有してもよく、５００ｎｍ以上の膜厚を有してもよい。ｎ型半導体層１２は、１００００ｎｍ以下の膜厚を有してもよく、３０００ｎｍ以下の膜厚を有してもよい。
【００２１】
ｎ型半導体層１２によって活性領域１３に電子及び正孔を閉じ込めるとともに、活性領域１３から放射される深紫外光１９がｎ型半導体層１２によって吸収されることを抑制するために、ｎ型半導体層１２は、活性領域１３から放射される深紫外光１９のエネルギーよりも大きなバンドギャップエネルギーを有することが好ましい。ｎ型半導体層１２は、活性領域１３よりも低い屈折率を有し、クラッド層として機能してもよい。ｎ型半導体層１２は、単層から構成されてもよいし、Ａｌ組成、Ｉｎ組成、もしくはＧａ組成が互いに異なる複数層から構成されてもよい。Ａｌ組成、Ｉｎ組成、もしくはＧａ組成が互いに異なる複数層は、超格子構造、または、その組成が徐々に変化する傾斜組成構造を有してもよい。
【００２２】
ｎ型半導体層１２の上に、活性領域１３が設けられる。活性領域１３は、深紫外光１９が放射され得るように構成されている。深紫外光１９は、１９０ｎｍ以上の波長を有している。深紫外光１９は、２００ｎｍ以上の波長を有してもよく、２２０ｎｍ以上の波長を有してもよい。深紫外光１９は、３５０ｎｍ以下の波長を有している。深紫外光１９は、３２０ｎｍ以下の波長を有してもよく、３００ｎｍ以下の波長を有してもよい。第２の主面１１ｂの第２の平面視における活性領域１３の第１の面積は、０．１５ｍｍ2以上である。第２の主面１１ｂの第２の平面視における活性領域１３の第１の面積は、０．２５ｍｍ2以上であってもよく、第２の主面１１ｂの第２の平面視における活性領域１３の第１の面積は、０．３５ｍｍ2以上であってもよい。第２の主面１１ｂの第２の平面視における活性領域１３の第１の面積は、特に限定されないが、１０ｍｍ2以下であってもよく、５．０ｍｍ2以下であってもよく、２．０ｍｍ2以下であってもよく、１．０ｍｍ2以下であってもよく、０．５ｍｍ2以下であってもよい。
【００２３】
活性領域１３は、ＡｌＩｎＧａＮからなる窒化物半導体から構成されてもよい。より特定的には、活性領域１３は、Ａｌx2Ｉｎy2Ｇａz2Ｎ（ｘ2、ｙ2、ｚ2は、０≦ｘ2≦１．０、０≦ｙ2≦０．１、０≦ｚ2≦１．０を満たす有理数とし、ｘ2＋ｙ2＋ｚ2＝１．０である）から構成される井戸層と、当該井戸層よりもバンドギャップエネルギーが大きいＡｌx3Ｉｎy3Ｇａz3Ｎ（ｘ3、ｙ3、ｚ3は、０≦ｘ3≦１．０、０≦ｙ3≦０．１、０≦ｚ3≦１．０を満たす有理数とし、ｘ3＋ｙ3＋ｚ3＝１．０である）から構成される障壁層とを含む多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有してもよい。ｎ型半導体層１２及びｐ型半導体層１４によって活性領域１３に電子及び正孔を閉じ込めるために、活性領域１３は、ｎ型半導体層１２及びｐ型半導体層１４よりも小さなバンドギャップエネルギーを有することが好ましい。活性領域１３は、ｎ型半導体層１２及びｐ型半導体層１４よりも高い屈折率を有してもよい。
【００２４】
活性領域１３の上に、ｐ型半導体層１４が設けられる。ｐ型半導体層１４は、活性領域１３側に位置する第１のｐ型半導体層１４ａと、活性領域１３と反対側に位置する第２のｐ型半導体層１４ｂとから構成されてもよい。
【００２５】
第１のｐ型半導体層１４ａは、ＡｌＩｎＧａＮからなる窒化物半導体から構成されてもよい。より特定的には、第１のｐ型半導体層１４ａは、Ａｌx4Ｉｎy4Ｇａz4Ｎ（ｘ4、ｙ4、ｚ4は、０≦ｘ4≦１．０、０≦ｙ4≦０．１、０≦ｚ4≦１．０を満たす有理数とし、ｘ4＋ｙ4＋ｚ4＝１．０である）から構成されてもよい。第１のｐ型半導体層１４ａは、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、ベリリウム（Ｂｅ）のようなｐ型不純物を含んでもよい。第１のｐ型半導体層１４ａにおけるｐ型不純物の濃度は、１．０×１０17ｃｍ-3以上であってもよい。第１のｐ型半導体層１４ａにおけるｐ型不純物の濃度は、１．０×１０18ｃｍ-3以上であってもよい。第１のｐ型半導体層１４ａは、５ｎｍ以上の膜厚を有してもよく、１０ｎｍ以上の膜厚を有してもよい。第１のｐ型半導体層１４ａは、１０００ｎｍ以下の膜厚を有してもよく、５００ｎｍ以下の膜厚を有してもよい。
【００２６】
第１のｐ型半導体層１４ａによって活性領域１３に電子及び正孔を閉じ込めるとともに、活性領域１３から放射される深紫外光１９が第１のｐ型半導体層１４ａによって吸収されることを抑制するために、第１のｐ型半導体層１４ａは、活性領域１３から放射される深紫外光１９のエネルギーよりも大きなバンドギャップエネルギーを有してもよい。第１のｐ型半導体層１４ａから活性領域１３により均一に正孔を注入するために、第１のｐ型半導体層１４ａは小さなＡｌ組成比を有してもよい。第１のｐ型半導体層１４ａは、活性領域１３よりも低い屈折率を有し、クラッド層として機能してもよい。第１のｐ型半導体層１４ａは、単層から構成されてもよいし、Ａｌ組成、Ｉｎ組成、もしくはＧａ組成が互いに異なる複数層から構成されてもよい。Ａｌ組成、Ｉｎ組成、もしくはＧａ組成が互いに異なる複数層は、超格子構造、または、その組成が徐々に変化する傾斜組成構造を有してもよい。
【００２７】
第２のｐ型半導体層１４ｂは、ＡｌＩｎＧａＮからなる窒化物半導体から構成されてもよい。より特定的には、第２のｐ型半導体層１４ｂは、Ａｌx5Ｉｎy5Ｇａz5Ｎ（ｘ5、ｙ5、ｚ5は、０≦ｘ5≦１．０、０≦ｙ5≦０．１、０≦ｚ5≦１．０を満たす有理数とし、ｘ5＋ｙ5＋ｚ5＝１．０である）から構成されてもよい。第２のｐ型半導体層１４ｂは、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、ベリリウム（Ｂｅ）のようなｐ型不純物を含んでもよい。第２のｐ型半導体層１４ｂは、第１のｐ型半導体層１４ａよりも高いｐ型伝導度を有し、ｐ型コンタクト層として機能してもよい。第２のｐ型半導体層１４ｂにおけるｐ型不純物の濃度は、１．０×１０17ｃｍ-3以上であってもよい。第２のｐ型半導体層１４ｂにおけるｐ型不純物の濃度は、１．０×１０18ｃｍ-3以上であってもよい。活性領域１３から放射される深紫外光１９が第２のｐ型半導体層１４ｂによって吸収されることを抑制するためと、第２のｐ型半導体層１４ｂにおいて良好なｐ型コンタクトを得るために、第２のｐ型半導体層１４ｂは、１ｎｍ以上５００ｎｍ以下の膜厚を有してもよい。
【００２８】
第１のｐ型半導体層１４ａと第２のｐ型半導体層１４ｂとが窒化物半導体から構成される場合には、窒化物半導体のＡｌ組成が小さくバンドギャップが小さいほど、第２のｐ型半導体層１４ｂから活性領域１３により均一に正孔を注入することができ、良好なｐ型コンタクト特性を得ることができる。そのため、第２のｐ型半導体層１４ｂは、小さなＡｌ組成比を有してもよい。活性領域１３から放射される深紫外光１９が第２のｐ型半導体層１４ｂによって吸収されることを抑制するために、第２のｐ型半導体層１４ｂは、活性領域１３から放射される深紫外光１９のエネルギーよりも大きなバンドギャップエネルギーを有してもよい。
【００２９】
ｎ型電極１５は、ｎ型半導体層１２に接触している。ｎ型電極１５は、ｎ型半導体層１２の露出面上に設けられもよい。ｎ型半導体層１２の露出面は、基板１１の上に、ｎ型半導体層１２、活性領域１３及びｐ型半導体層１４を積層した後、ｎ型半導体層１２の一部と、活性領域１３と、ｐ型半導体層１４とを部分的に除去することによって露出されたｎ型半導体層１２の面を意味する。半導体発光素子１０は、ｎ型半導体層１２の一部と、活性領域１３の一部と、ｐ型半導体層１４の一部とが除去されたメサ構造を有してもよい。ｐ型電極１６は、基板１１とは反対側の半導体層１８の表面１８ａ上に設けられる。ｐ型電極１６は、ｐ型半導体層１４に接触している。特定的には、ｐ型電極１６は、ｐ型コンタクト層として機能する第２のｐ型半導体層１４ｂに接触している。第１の主面１１ａの第１の平面視において、ｐ型電極１６は、櫛歯形状を有してもよい。
【００３０】
周期的凹凸構造１７は、基板１１の第２の主面１１ｂに形成されている。周期的凹凸構造１７は、活性領域１３から放射される深紫外光１９が基板１１の第２の主面１１ｂで全反射されることを防止して、半導体発光素子１０の深紫外光１９の取り出し効率を増加させる。
【００３１】
周期的凹凸構造１７は、第２の主面１１ｂから突出する複数の突起部１７ａを含む。本実施の形態では、複数の突起部１７ａは、各々、円錐の形状を有している。複数の突起部１７ａは、各々、角錐の形状を有してもよい。複数の突起部１７ａは、各々、円柱または多角柱の形状を有してもよい。複数の突起部１７ａは、各々、０．６より大きなアスペクト比ｈ1／ｄ1を有してもよく、０．８より大きなアスペクト比ｈ1／ｄ1を有してもよく、１．０以上のアスペクト比ｈ1／ｄ1を有してもよく、１．５以上のアスペクト比ｈ1／ｄ1を有してもよい。複数の突起部１７ａは、各々、特に限定されないが、周期的凹凸構造１７を含む基板１１の生産性を考慮して、１０以下のアスペクト比ｈ1／ｄ1を有してもよい。複数の突起部１７ａは、各々、１０以下のアスペクト比ｈ1／ｄ1を有してもよく、５以下のアスペクト比ｈ1／ｄ1を有してもよく、３以下のアスペクト比ｈ1／ｄ1を有してもよい。
【００３２】
本明細書において、複数の突起部１７ａの各々のアスペクト比ｈ1／ｄ1は、複数の突起部１７ａの各々の幅（直径）ｄ1に対する複数の突起部１７ａの各々の高さｈ1の比ｈ1／ｄ1で与えられる。複数の突起部１７ａの各々の高さｈ1は、第２の主面１１ｂから第２の主面１１ｂに垂直な方向に測定された複数の突起部１７ａの各々の長さである。複数の突起部１７ａの各々の幅（直径）ｄ1は、基板１１の第２の主面１１ｂに平行な方向における複数の突起部１７ａの各々の底部の長さである。
【００３３】
複数の突起部１７ａの各々の高さｈ1は、１５０ｎｍより大きくてもよく、３５０ｎｍ以上であってもよく、５００ｎｍ以上であってもよい。周期的凹凸構造１７は、ナノサイズの周期構造を有してもよい。周期的凹凸構造１７は、１μｍより小さな周期ｐを有してもよく、８００ｎｍ以下の周期ｐを有してもよく、６００ｎｍ以下の周期ｐを有してもよい。
【００３４】
第２の主面１１ｂの第２の平面視における第２の主面１１ｂの第２の面積に対する、第２の主面１１ｂの第２の平面視における複数の突起部１７ａの第３の面積の比は、６０％以上であってもよく、８０％以上であってもよく、９０％以上であってもよい。第２の主面１１ｂの第２の平面視における第２の主面１１ｂの第２の面積に対する、第２の主面１１ｂの第２の平面視における複数の突起部１７ａの第３の面積の比は、１００％以下であってもよく、９８％以下であってもよく、９５％以下であってもよい。本明細書において、第２の面積は、第２の主面１１ｂを第２の平面視したときにおける、第２の主面１１ｂの外周に囲まれる領域の面積として与えられる。本明細書において、第３の面積は、第２の主面１１ｂを第２の平面視したときにおける、第２の主面１１ｂに接する複数の突起部１７ａの底部の総面積として与えられる。
【００３５】
図３及び図６から図１４を参照して、本実施の形態の半導体発光素子１０の製造方法を説明する。
【００３６】
図６及び図７を参照して、本実施の形態の半導体発光素子１０の製造方法は、基板１１の第１の主面１１ａ上に、活性領域１３を含む半導体層１８を形成することを備える（Ｓ１）。活性領域１３は、深紫外光１９を放射し得るように構成されている。第１の主面１１ａとは反対側の基板１１の第２の主面１１ｂの第２の平面視における活性領域１３の第１の面積は、０．１５ｍｍ2以上である。半導体層１８を形成すること（Ｓ１）は、基板１１の第１の主面１１ａ上に、ｎ型半導体層１２、活性領域１３及びｐ型半導体層１４をこの順に堆積させる工程を含んでもよい。半導体層１８を堆積する方法は、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）法であってもよい。半導体層１８を形成すること（Ｓ１）は、活性領域１３を含む半導体層１８の一部をエッチングして、半導体層１８にメサ構造を形成することを含んでもよい。特定的には、ｎ型半導体層１２の一部と、活性領域１３の一部と、ｐ型半導体層１４の一部とがエッチングされてもよい。このエッチングにより、ｎ型半導体層１２の一部の表面が露出する。
【００３７】
図６及び図７を参照して、本実施の形態の半導体発光素子１０の製造方法は、ｎ型半導体層１２上に、ｎ型電極１５を形成すること（Ｓ２）を備える。特定的には、半導体層１８にメサ構造を形成するためのエッチングにより露出されたｎ型半導体層１２上に、ｎ型電極１５が形成されてもよい。ｎ型電極１５は、例えば、真空蒸着法によって、ｎ型半導体層１２上に形成されてもよい。ｎ型半導体層１２とｎ型電極１５との間の電気的コンタクトを向上させるために、ｎ型電極１５を形成すること（Ｓ２）は、３００℃以上１１００℃以下の温度で、３０秒以上３分間以下の時間、ｎ型電極１５及びｎ型半導体層１２をアニールすることを含んでもよい。
【００３８】
図６及び図７を参照して、本実施の形態の半導体発光素子１０の製造方法は、基板１１とは反対側の半導体層１８の表面１８ａ上に、ｐ型電極１６を形成すること（Ｓ３）を備える。ｐ型電極１６は、ｐ型半導体層１４上に形成される。特定的には、ｐ型電極１６は、ｐ型コンタクト層として機能する第２のｐ型半導体層１４ｂの表面に形成されてもよい。ｐ型電極１６は、例えば、真空蒸着法によって、ｐ型半導体層１４上に形成されてもよい。ｐ型半導体層１４とｐ型電極１６との間の電気的コンタクトを向上させるために、ｐ型電極１６を形成すること（Ｓ３）は、２００℃以上８００℃以下の温度で、３０秒以上３分間以下の時間、ｐ型電極１６及びｐ型半導体層１４をアニールすることが好ましい。
【００３９】
図３、図６及び図８から図１４を参照して、本実施の形態の半導体発光素子１０の製造方法は、基板１１の第２の主面１１ｂに周期的凹凸構造１７を形成すること（Ｓ４）を備える。周期的凹凸構造１７は、第２の主面１１ｂから突出する複数の突起部１７ａを含む。第２の主面１１ｂの第２の平面視における第２の主面１１ｂの第２の面積に対する、第２の主面１１ｂの第２の平面視における複数の突起部１７ａの第３の面積の比は、６０％以上１００％以下である。複数の突起部１７ａは、各々、０．６以上のアスペクト比を有している。図３、図６及び図８から図１４を参照して、周期的凹凸構造１７は、以下に詳しく記載されているように、ナノインプリントリソグラフィー（ＮＩＬ）法と異方性エッチング法とによって形成される。そのため、第２の主面１１ｂの第２の面積の６０％以上の広い領域にわたって、周期的凹凸構造１７が、高スループット、高精度かつ安価に形成され得る。
【００４０】
図８を参照して、周期的凹凸構造１７を形成することは、第２の主面１１ｂ上に、第１の層４１と、第２の層４２と、第３の層４３とをこの順に積層することを含む。第１の層４１、第２の層４２及び第３の層４３は、互いに異なる材料からなる。第１の層４１は、第２の層４２及び第３の層４３のそれぞれよりも大きな厚さを有している。第１の層４１を形成する前に、基板１１の第２の主面１１ｂがヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）などにより疎水化処理されてもよい。
【００４１】
第１の層４１は、基板１１の第２の主面１１ｂ上に形成される。第１の層４１は、第１の樹脂材料を含んでもよい。第１の樹脂材料は、例えば、レジスト（ＺＥＰ５２０Ａ、日本ゼオン社製）であってもよい。第１の層４１は、第１の樹脂材料を含む第１の材料を基板１１の第２の主面１１ｂ上にスピンコートし、それから１５０℃以上で３０分間ベークすることによって、形成されてもよい。第１の層４１は、第２の層４２及び第３の層４３のそれぞれよりも大きな厚さを有する。第１の層４１は、４００ｎｍより大きな厚さを有してもよい。また、第１の層４１は、特に制限されないが、第１の層４１の加工性等を考慮して、１０μｍ以下の厚さを有してもよい。第１の層４１は、多層構造（図示せず）を有してもよい。この多層構造の最表面の層は、第２の層４２を構成する第２の材料の濡れ性を向上させる層であってもよい。この多層構造の最表面の層は、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）層であってもよい。この多層構造の最表面の層は、例えば、５ｎｍ以上の厚さを有してもよく、５０ｎｍ以下の厚さを有してもよい。第１の層４１は、アセトンやＮ−メチルピロリドン等の極性溶媒に対して溶解性を有する材料から構成されてもよい。
【００４２】
第２の層４２は、第１の層４１上に形成される。第２の層４２は、酸化シリコンのような無機材料を含む第２の材料から構成されてもよい。第２の層４２を構成する第２の材料は、第１の層４１を構成する第１の材料と異なっている。第２の層４２は、多層構造（図示せず）を有してもよい。第２の層４２は、第２の材料を第１の層４１上にスピンコートし、それから８０℃以上で３０分間ベークすることによって、形成されてもよい。第２の層４２をスピンコートで形成する場合は、第２の層４２を形成するために用いられるスピンコート材に含まれる溶媒などによって、第１の層４１が溶解されないことが好ましい。第２の層４２は、スピンオングラス（ＳＯＧ）層であってもよい。第２の層４２は、例えば、１０ｎｍ以上の厚さを有してもよく、１００ｎｍ以下の厚さを有してもよい。第２の層４２に対する第３の層４３の濡れ性を向上させるために、第２の層４２の表面をヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）などにより疎水化処理し、それから、第２の層４２の表面上にレジスト（ＺＥＰ５２０Ａ、日本ゼオン社製）などからなる中間層（図示せず）を形成してもよい。この中間層は、例えば、５ｎｍ以上の厚さを有してもよく、５０ｎｍ以下の厚さを有してもよい。
【００４３】
第３の層４３は、第２の層４２上に形成される。第３の層４３は、中間層（図示せず）上に形成されてもよい。第３の層４３は、第２の樹脂材料を含む第３の材料で構成されてもよい。第３の層４３は、多層構造（図示せず）を有してもよい。第３の層４３を構成する第３の材料は、第１の層４１を構成する第１の材料及び第２の層４２を構成する第２の材料と異なっている。第１の層４１、第２の層４２及び第３の層４３は互いに異なる材料で構成されている。第２の樹脂材料は、例えば、紫外線硬化性樹脂を含む光硬化性樹脂を含んでもよい。第２の樹脂材料は、例えば、レジスト（ＭＵＲ−ＸＲ、丸善石油化学社製）であってもよい。第３の層４３は、第２の樹脂材料を含む第３の材料を第２の層４２上にスピンコートし、それからベークすることによって、形成されてもよい。第３の層４３をスピンコートで形成する場合は、第３の層４３を形成するために用いられるスピンコート材に含まれる溶媒などによって、第２の層４２が溶解されないことが好ましい。第３の層４３の厚さは、モールド４５（図９を参照）の凹凸パターンに応じて適宜定められる。第３の層４３は、例えば、２０ｎｍ以上の厚さを有してもよく、３００ｎｍ以下の厚さを有してもよい。
【００４４】
図９及び図１０を参照して、周期的凹凸構造１７を形成することは、凹凸パターンを有するモールド４５を第３の層４３にインプリントすることにより、第３の層４３に複数の第１凹部４３ａを形成することを含む。モールド４５は、ナノサイズを有する凹凸パターンを含む。凹凸パターンは、例えば、２８０ｎｍ以上３２０ｎｍ以下の直径と、２８０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の深さとを有する凹部が、周期６００ｎｍで正三角格子に配列された構造を有してもよい。モールド４５は、特に限定されないが、シリコン（Ｓｉ）で構成されてもよい。
【００４５】
図９を参照して、凹凸パターンを有するモールド４５を第３の層４３にインプリントすることにより、第３の層４３に複数の第１凹部４３ａを形成する。特定的には、凹凸パターンを有するモールド４５を第３の層４３にインプリントする。モールド４５を第３の層４３にインプリントしながら、第３の層４３に含まれる第２の樹脂材料を硬化させる。第２の樹脂材料が紫外線硬化性樹脂を含む光硬化性樹脂である場合には、紫外線を含む光４６を第３の層４３に照射して、第３の層４３に含まれる第２の樹脂材料は硬化される。
【００４６】
図１０を参照して、モールド４５は第３の層４３から剥離される。こうして、第３の層４３に複数の第１凹部４３ａを形成することができる。複数の第１凹部４３ａを形成する際、複数の第１凹部４３ａの底部に残膜４３ｂが存在してもよい。モールド４５を第３の層４３にインプリントした後、すなわちモールド４５を第３の層４３から剥離した後に、第３の層４３に光を照射するなどして、第３の層４３に含まれる第２の樹脂材料が硬化されてもよい。
【００４７】
図１１を参照して、周期的凹凸構造１７を形成することは、複数の第１凹部４３ａが形成された第３の層４３を用いて、第２の層４２に複数の第２凹部４２ａを形成することを含む。第２の層４２に複数の第２凹部４２ａを形成することは、第３の層４３をマスクとして用いて、複数の第１凹部４３ａに対応する第２の層４２の一部をエッチングすることを含んでもよい。第２の層４２の一部のエッチングは、ドライエッチングであってもよい。第２の層４２の一部のエッチングは、フッ素系のエッチングガスのような第１のエッチングガスを用いた誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチングであってもよい。例えば、２００Ｗ以上６００Ｗ以下の出力を有するアンテナ電極と、１０Ｗ以上４００Ｗ以下の出力を有するバイアス電極と、０．１Ｐａ以上１．０Ｐａ以下の圧力を有するチャンバーとを有するＩＣＰエッチング装置を用いて、１分以上５分以下の間、第２の層４２の一部をエッチングすることによって、第２の層４２に複数の第２凹部４２ａを形成してもよい。
【００４８】
複数の第２凹部４２ａを形成するために第２の層４２の一部をエッチングすることは、複数の第１凹部４３ａの底部に残存している第３の層４３の一部（残膜４３ｂ）を除去することを含んでもよい。すなわち、複数の第２凹部４２ａを形成するために第２の層４２の一部をエッチングする際、複数の第１凹部４３ａの底部に残存した第３の層４３（残膜４３ｂ）がさらに除去されてもよい。複数の第２凹部４２ａを形成するための第２の層４２の一部のエッチングにおいて、第１の層４１は第２の層４２よりも小さなエッチングレートを有してもよい。複数の第２凹部４２ａを形成するために第２の層４２の一部をエッチングする際、第１の層４１はエッチング停止層として機能してもよい。
【００４９】
図１２を参照して、周期的凹凸構造１７を形成することは、複数の第２凹部４２ａが形成された第２の層４２をマスクとして用いて、第１の層４１の一部を異方性エッチングすることにより、第１の層４１に複数の第３凹部４１ａを形成することを含む。複数の第３凹部４１ａにおいて、基板１１の第２の主面１１ｂは露出している。
【００５０】
第１の層４１の一部の異方性エッチングにおいて、第１の層４１のエッチングレートは、第２の層４２のエッチングレートの１０倍以上であってもよい。第１の層４１の一部の異方性エッチングにおいて、第１の層４１のエッチングレートは、第２の層４２のエッチングレートの５０倍以上であってもよい。第１の層４１の一部の異方性エッチングにおいて、第１の層４１のエッチングレートは、第２の層４２のエッチングレートの１００倍以上であってもよい。
【００５１】
第１の層４１の一部を異方性エッチングする際、主に基板１１の第２の主面１１ｂに垂直な方向にエッチングされるが、基板１１の第２の主面１１ｂに平行な方向には第１の層４１はほとんどエッチングされない。そのため、第１の層４１が第２の層４２及び第３の層４３のそれぞれよりも大きな厚さを有していても、アスペクト比の大きな複数の第３凹部４１ａを形成することができる。第１凹部４３ａのアスペクト比及びモールド４５の凸部のアスペクト比よりも大きなアスペクト比を有する第３凹部４１ａが形成され得る。第３凹部４１ａのアスペクト比は、第３凹部４１ａの高さに対する第３凹部４１ａの幅（直径）の比として与えられる。第３凹部４１ａの高さは、第２の主面１１ｂから第２の主面１１ｂに垂直な方向に測定された第３凹部４１ａの長さである。第３凹部４１ａの幅（直径）は、基板１１の第２の主面１１ｂに平行な方向における第３凹部４１ａの長さである。第１の層４１の一部を異方性エッチングする際、第２の層４２上に残る第３の層４３も除去されてもよい。
【００５２】
第１の層４１の一部の異方性エッチングは、ドライエッチングであってもよい。第１の層４１の一部の異方性エッチングは、酸素とアルゴンとを含む第２のエッチングガスを用いた誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチングであってもよい。第２のエッチングガスは第１のエッチングガスと異なってもよい。例えば、２００Ｗ以上６００Ｗ以下の出力を有するアンテナ電極と、１０Ｗ以上１００Ｗ以下の出力を有するバイアス電極と、０．１Ｐａ以上１．０Ｐａ以下の圧力を有するチャンバーとを有するＩＣＰエッチング装置を用いて、１０分以上７０分以下の間、第１の層４１の一部を異方性エッチングすることによって、第１の層４１に複数の第３凹部４１ａが形成されてもよい。図１１に示される、第２の層４２に複数の第２凹部４２ａを形成する工程と、図１２に示される、第１の層４１に複数の第３凹部４１ａを形成する工程とは、１つのＩＣＰエッチング装置を用いて行われてもよい。図１１及び図１２に示される２つの工程を１つのＩＣＰエッチング装置を用いて行うことにより、周期的凹凸構造１７を含む基板１１が高スループットで製造され得る。
【００５３】
図１３を参照して、周期的凹凸構造１７を形成することは、複数の第３凹部４１ａにおいて露出された基板１１の第２の主面１１ｂ上と第２の層４２上とに、第４の層４７を形成することを含む。第４の層４７は、複数の第３凹部４１ａ内に形成された第１の部分４７ａと、第１の層４１上に形成された第２の部分４７ｂとからなってもよい。第４の層４７のエッチングレートは、基板１１のエッチグレートの１．５倍以下であってもよく、１．０倍以下であってもよく、０．８倍以下であってもよい。第４の層４７は、ニッケル（Ｎｉ）層であってもよい。第４の層４７は、特に限定されないが、真空蒸着法を用いて形成されてもよい。
【００５４】
図１４を参照して、周期的凹凸構造１７を形成することは、複数の第３凹部４１ａが形成された第１の層４１をリフトオフすることにより、第２の主面１１ｂ上に複数の柱状構造体４８を形成することを含む。複数の柱状構造体４８は、第４の層４７の第１の部分４７ａ（図１３を参照）に対応する。例えば、複数の第３凹部４１ａを有する第１の層４１と基板１１とを４０℃以上の温度を有するアセトンに浸漬させながら、基板１１に１００ｋＨｚの周波数を有する超音波を施すことによって、第１の層４１は基板１１からリフトオフされてもよい。
【００５５】
本実施の形態では、複数の柱状構造体４８は、各々、円錐の形状を有している。複数の柱状構造体４８は、各々、多角錐、円柱または多角柱の形状を有してもよい。複数の柱状構造体４８は、各々、０．６より大きなアスペクト比を有してもよく、０．８より大きなアスペクト比を有してもよく、１．０以上のアスペクト比を有してもよく、１．５以上のアスペクト比を有してもよい。周期的凹凸構造１７を含む基板１１の生産性を考慮して、複数の柱状構造体４８は、各々、１０以下のアスペクト比を有してもよく、５以下のアスペクト比を有してもよく、３以下のアスペクト比を有してもよい。柱状構造体４８のアスペクト比は、柱状構造体４８の高さに対する柱状構造体４８の幅（直径）の比として与えられる。複数の柱状構造体４８の各々の高さは、第２の主面１１ｂから第２の主面１１ｂに垂直な方向に測定された複数の柱状構造体４８の各々の長さである。複数の柱状構造体４８の各々の幅（直径）は、基板１１の第２の主面１１ｂに平行な方向における複数の柱状構造体４８の各々の底部の長さである。複数の柱状構造体４８は、１μｍより小さな周期を有するナノ柱状構造体であってもよい。
【００５６】
周期的凹凸構造１７を形成することは、複数の柱状構造体４８を用いて、第２の主面１１ｂをエッチングすることにより、基板１１の第２の主面１１ｂに周期的凹凸構造１７（図３を参照）を形成することとをさらに含む。基板１１の第２の主面１１ｂに周期的凹凸構造１７を形成することは、複数の柱状構造体４８をマスクとして用いて、第２の主面１１ｂをエッチングすることを含んでもよい。基板１１の第２の主面１１ｂをエッチングする際、基板１１の第２の主面１１ｂとともに複数の柱状構造体４８の少なくとも一部もエッチングされてもよい。基板１１の第２の主面１１ｂのこのエッチングにより、複数の柱状構造体４８のパターンが基板１１の第２の主面１１ｂに転写されて、第２の主面１１ｂに周期的凹凸構造１７が形成される。複数の柱状構造体４８のエッチグレートは、基板１１のエッチグレートの１．５倍以下であってもよく、１．０倍以下であってもよく、は０．８倍以下であってもよい。そのため、高アスペクト比を有する複数の柱状構造体４８を用いて、基板１１の第２の主面１１ｂに、高アスペクト比を有する周期的凹凸構造１７が形成され得る。複数の柱状構造体４８は、ニッケル（Ｎｉ）を主に含んでもよい。
【００５７】
基板１１の第２の主面１１ｂは、例えば、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチング法によってエッチングされてもよい。エッチングガスは、三フッ化メタン（ＣＨＦ3）ガスのようなフッ素系ガスを用いてもよい。例えば、２００Ｗ以上６００Ｗ以下の出力を有するアンテナ電極と、１００Ｗ以上４００Ｗ以下の出力を有するバイアス電極と、０．１Ｐａ以上１．０Ｐａ以下の圧力を有するチャンバーとを有するＩＣＰエッチング装置を用いて、基板１１の第２の主面１１ｂをエッチングすることによって、基板１１の第２の主面１１ｂに周期的凹凸構造１７が形成されてもよい。続いて、複数の柱状構造体４８の残渣を除去してもよい。例えば、周期的凹凸構造１７が形成された基板１１を、３０℃以上１００℃以下の温度を有する濃塩酸に１分間以上４０分間以下浸漬することによって、複数の柱状構造体４８の残渣が除去されてもよい。
【００５８】
以上の工程により、図３に示される、周期的凹凸構造１７を含む基板１１を備える半導体発光素子１０は製造され得る。本実施の形態の半導体発光素子１０の製造方法では、基板１１の第１の主面１１ａ上に活性領域１３を含む半導体層１８を形成した後に、基板１１の第２の主面１１ｂに周期的凹凸構造１７が形成されているが、基板１１の第１の主面１１ａ上に活性領域１３を含む半導体層１８を形成する前に、基板１１の第２の主面１１ｂに周期的凹凸構造１７が形成されてもよい。
【００５９】
パッケージ（３０，６０）は、基台３０と、半導体発光素子１０から放射される深紫外光１９に対して透明な透明部材６０とを含む。パッケージ（３０，６０）は、サブマウント２０と、絶縁層３５と、導電パッド３６，３８と、電気配線３７，３９と、導電ワイヤ３３，３４とをさらに含んでもよい。
【００６０】
透明部材６０は、半導体発光素子１０を覆うように、基台３０上に設けられてもよい。基台３０と透明部材６０とは、接着剤等によって接合されてもよい。特定的には、透明部材６０は、半導体発光素子１０を覆うように、絶縁層３５上に設けられてもよい。絶縁層３５と透明部材６０とは、接着剤６４等によって接合されてもよい。
【００６１】
透明部材６０は、半導体発光素子１０から放射される深紫外光１９に対して透明である。本明細書において、透明部材６０が半導体発光素子１０から放射される深紫外光１９に対して透明であるとは、半導体発光素子１０から放射される深紫外光１９の波長において、透明部材６０が６０％以上の透過率を有することを意味する。透明部材６０は、半導体発光素子１０から放射される深紫外光１９の波長において、７５％以上の透過率を有してもよい。透明部材６０は、半導体発光素子１０から放射される深紫外光１９の波長において、９０％以上の透過率を有してもよい。
【００６２】
透明部材６０の透過率は、単位長さ当たりの透明部材６０の透過率が高いほど高くなり、透明部材６０が厚いほど低くなる。透明部材６０は、１９０ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の波長を有する深紫外光１９に対して低い光吸収率と高い光透過率を有してもよい。透明部材６０は、２００ｎｍ以上３２０ｎｍ以下の波長を有する深紫外光１９に対して低い光吸収率と高い光透過率を有してもよい。透明部材６０は、２２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の波長を有する深紫外光１９に対して低い光吸収率と高い光透過率を有してもよい。透明部材６０は、半導体発光素子１０から放射される深紫外光１９の波長において、１００μｍの経路長当たり８０％以上の透過率を有する材料から構成されてもよい。透明部材６０は、半導体発光素子１０から放射される深紫外光１９の波長において、１００μｍの経路長当たり９０％以上の透過率を有する材料から構成されてもよい。透明部材６０は、半導体発光素子１０から放射される深紫外光１９の波長において、１００μｍの経路長当たり９５％以上の透過率を有する材料から構成されてもよい。
【００６３】
透明部材６０は、一方に開口を有するとともに、外側に膨らむ形状を有してもよい。透明部材６０は、内側に空間を有している。透明部材６０は、キャップであってもよい。本明細書において、キャップとは、一方に開口を有し、内側に空間を有する殻の形状を有するものをいう。本実施の形態では、キャップである透明部材６０は、一方に開口を有し、内側に空間を有する半球殻の形状を有してもよい。透明部材６０を半球殻の形状を有するキャップで構成することによって、半導体発光素子１０から放射される深紫外光１９の透明部材６０への入射角を垂直に近づけることができて、深紫外光１９に対する透明部材６０の反射率を低減させることができる。
【００６４】
透明部材６０は、合成石英、石英ガラス、無アルカリガラス、サファイア、蛍石（ＣａＦ）などの無機化合物または樹脂で構成されてもよい。表１に、透明部材６０に用いることができる材料の一部について、２６５ｎｍの波長における、１００μｍの経路長（厚さ）当たりの透過率の一例を示す。
【００６５】
【表１】
2018174238.tif 000003
【００６６】
透明部材６０に用いることができる樹脂として、芳香族環を有しないシリコーン樹脂、非晶質のフッ素含有樹脂、ポリイミド、エポキシ樹脂、ポリオレフィン、ポリメタクリル酸メチルなどのアクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリウレタン、ポリスルホン系樹脂、ポリシラン、ポリビニルエーテル、無機化合物が添加された樹脂を例示することができる。
【００６７】
芳香環を有しないシリコーン樹脂として、ポリジメチルシロキサンであるJCR6122（東レ・ダウコーニング製）、JCR6140（東レ・ダウコーニング製）、HE59（日本山村硝子製）、HE60（日本山村硝子製）、HE61（日本山村硝子製）、KER2910（信越化学工業製）、含フッ素系オルガノポリシロキサンであるFER7061（信越化学工業製）を例示することができる。
【００６８】
非晶質のフッ素含有樹脂として、ペルフルオロ（４−ビニルオキシ−１−ブテン）重合体（サイトップ（登録商標）、旭硝子製）、２，２−ビストリフルオロメチル−４，５−ジフルオロ−１，３−ジオキソール重合体（テフロン（登録商標）ＡＦ、DuPont製）を例示することができる。
【００６９】
ポリイミドとして、芳香族化合物が脂環式化合物に置換されたポリイミドが好ましい。脂環式ポリイミドとして、脂環式酸二無水物と脂環式ジアミンの反応物を例示することができる。脂環式酸二無水物として、ビシクロ［２．２．１］ヘプタ−２−endo，３−endo，５−exo，６−exo−テトラカルボン酸−２，３：５，６−二無水物、ビシクロ［２．２．１］ヘプタ−２−exo，３−exo，５−exo，６−exo−テトラカルボン酸−２，３：５，６−二無水物、ビシクロ［２．２．２］オクタ−２−endo，３−endo，５−exo，６−exo−テトラカルボン酸２，３：５，６−二無水物、ビシクロ［２．２．２］オクタ−２−exo，３−exo，５−exo，６−exo−テトラカルボン酸２，３：５，６−二無水物、（４arH，８acH）−デカヒドロ−１ｔ，４ｔ：５ｃ，８ｃ−ジメタノナフタレン２ｃ，３ｃ，６ｃ，７ｃ−テトラカルボン酸−２，３：６，７−二無水物を例示することができる。脂環式ジアミンとして、ビス（アミノメチルビシクロ［２．２．１］ヘプタンを例示することができる。
【００７０】
エポキシ樹脂として、芳香環が脂環式化合物に変更されたエポキシ樹脂が好ましい。芳香環が脂環式化合物に変更されたエポキシ樹脂としては、３’，４’−エポキシシクロヘキシルメチル  ３，４−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート（セロキサイド２０２１Ｐ，ダイセル製）、ε−カプロラクトン変性  ３’，４’−エポキシシクロヘキシルメチル  ３，４−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート（セロキサイド２０８１，ダイセル製）、１，２−エポキシ−４−ビニルシクロヘキサン（セロキサイド２０００，ダイセル製）を例示することができる。
【００７１】
ポリオレフィンとして、ポリエチレン、ポリプロピレン、メチルペンテンなどの鎖状オレフィンの重合体、ノルボルネンなどの環状オレフィンの重合体、TPX（三井化学製）、APEL（三井化学製）、ARTON（JSR製）、ZEONOR（日本ゼオン製）、ZEONEX（日本ゼオン製）、TOPAS（ポリプラスチックス製）を例示することができる。
【００７２】
無機化合物が添加された樹脂として、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化ホフニウム、α-酸化アルミニウム、γ-酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、フッ化カルシウム、ルテチウムアルミニウムガーネット、二酸化ケイ素、マグネシウムアルミネート、サファイア、ダイヤモンドなどの無機化合物を、上記の樹脂に添加したものを例示することができる。
【００７３】
半導体発光素子１０は、流体（６２）で覆われている。流体（６２）は、空気、窒素ガスまたは希ガスのような不活性気体であってもよいし、液体６２であってもよい。流体（６２）は、パッケージ（３０，６０）の内側の空間に充填されている。特定的には、液体６２は、パッケージ（３０，６０）の内側の空間に充填されてもよい。液体６２は、基台３０と透明部材６０との間の空間に充填される。液体６２は、半導体発光素子１０を封止する。液体６２は、少なくとも半導体発光素子１０の出射面（基板１１の第２の主面１１ｂ）を封止してもよい。
【００７４】
液体６２は、半導体発光素子１０から放射される深紫外光１９に対して透明である。本明細書において、液体６２が半導体発光素子１０から放射される深紫外光１９に対して透明であることは、液体６２が、半導体発光素子１０から放射される深紫外光１９の波長において、６０％以上の透過率を有することを意味する。液体６２は、半導体発光素子１０から放射される深紫外光１９の波長において、７５％以上の透過率を有してもよい。液体６２は、半導体発光素子１０から放射される深紫外光１９の波長において、９０％以上の透過率を有してもよい。
【００７５】
液体６２の透過率は、単位長さ当たりの液体６２の透過率が高いほど高くなり、液体６２が厚いほど低くなる。液体６２は、１９０ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の波長を有する深紫外光１９に対して低い光吸収率と高い光透過率を有する。液体６２は、２２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の波長を有する深紫外光１９に対して低い光吸収率と高い光透過率を有してもよい。液体６２は、半導体発光素子１０から放射される深紫外光１９の波長において、１００μｍの経路長（厚さ）当たり８０％以上、好ましくは９０％以上、さらに好ましくは９５％以上の透過率を有する材料から構成されてもよい。液体６２は、半導体発光素子１０から放射される深紫外光１９の波長において、１００μｍの経路長（厚さ）当たり９０％以上の透過率を有する材料から構成されてもよい。液体６２は、半導体発光素子１０から放射される深紫外光１９の波長において、１００μｍの経路長（厚さ）当たり９５％以上の透過率を有する材料から構成されてもよい。
【００７６】
液体６２は、純水、液体有機化合物、塩溶液、及び微粒子分散液のいずれかから構成されてもよい。表２から表１０に、液体６２に用いることができる材料の一部について、１９３ｎｍ、２４８ｎｍ、２６５ｎｍまたは３００ｎｍの波長における、１００μｍの経路長（厚さ）当たりの透過率の一例と、１９３ｎｍ、２４８ｎｍ、２６５ｎｍまたは３００ｎｍの波長における屈折率の一例を示す。
【００７７】
表２に、純水の、１９３ｎｍ、２４８ｎｍ、及び２６５ｎｍの波長における、１００μｍの経路長（厚さ）当たりの透過率と、１９３ｎｍ、２４８ｎｍ、及び２６５ｎｍの波長における屈折率とを示す。
【００７８】
【表２】
2018174238.tif 000004
【００７９】
液体有機化合物は、飽和炭化水素化合物、芳香環を有しない有機溶媒、有機ハロゲン化物、シリコーン樹脂、シリコーンオイルのいずれかから構成されてもよい。表３から表６に、液体６２に用いることができる液体有機化合物材料の一部について、１９３ｎｍ、２４８ｎｍ、または２６５ｎｍの波長における、１００μｍの経路長（厚さ）当たりの透過率の一例と、１９３ｎｍ、２４８ｎｍ、または２６５ｎｍの波長における屈折率の一例を示す。
【００８０】
表３に、液体６２に用いることができる飽和炭化水素化合物の一部について、１９３ｎｍまたは２６５ｎｍの波長における、１００μｍの経路長（厚さ）当たりの透過率と、１９３ｎｍまたは２６５ｎｍの波長における屈折率とを示す。
【００８１】
【表３】
2018174238.tif 000005
【００８２】
飽和炭化水素化合物として、鎖式飽和炭化水素化合物と、環式飽和炭化水素化合物とを例示することができる。鎖式飽和炭化水素化合物として、ｎ−ペンタン、ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン、ｎ−オクタン、ｎ−ノナン、ｎ−デカン、ｎ−ウンデカン、ｎ−ドデカン、ｎ−トリデカン、ｎ−テトラデカン、ｎ−ペンタデカン、ｎ−ヘキサデカン、ｎ−ヘプタデカン、ｎ−オクタデカン、２，２−ジメチルブタン、２−メチルペンタンを例示することができる。環式飽和炭化水素化合物ととして、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、シクロノナン、シクロデカン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、プロピルシクロヘキサン、ブチルシクロヘキサン、メチルキュバン、メチルジノルボルネン、オクタヒドロインデン、２−エチルノルボルネン、１，１’−ビシクロヘキシル、trans−デカヒドロナフタレン、cis−デカヒドロナフタレン、exo−テトラヒドロジシクロペンタジエン、トリシクロ［6.2.1.02,7］ウンデカン、ペルヒドロフルオレン、３−メチルテトラシクロ［4.4.0.12,5.17,10］ドデカン、１，３−ジメチルアダマンタン、ペルヒドロフェナントレン、ペルヒドロピレンを例示することができる。飽和炭化水素化合物として、IF131（DuPont製）、IF132（DuPont製）、IF138（DuPont製）、IF169（DuPont製）、HIL-001（JSR製）、HIL-002（JSR製）、HIL-203（JSR製）、HIL-204（JSR製）、Delphi（三井化学製）、Babylon（三井化学製）をさらに例示することができる。
【００８３】
表４に、液体６２に用いることができる芳香環を有しない有機溶媒の一部について、１９３ｎｍ、２４８ｎｍ、または２６５ｎｍの波長における、１００μｍの経路長（厚さ）当たりの透過率と、１９３ｎｍ、２４８ｎｍ、または２６５ｎｍの波長における屈折率とを示す。
【００８４】
【表４】
2018174238.tif 000006
【００８５】
芳香環を有しない有機溶媒として、ヒドロキシル基を有する化合物と、カルボニル基を有する化合物と、スルフィニル基を有する化合物と、エーテル結合を有する化合物、ニトリル基を有する化合物、アミノ基を有する化合物、及び含硫黄化合物を例示することができる。ヒドロキシル基を有する化合物として、イソプロパノール、イソブタノール、グリセロール、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールを例示することができる。カルボニル基を有する化合物として、Ｎ−メチルピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、メタクリル酸メチル、アクリル酸メチル、ｎ−アクリル酸ブチルを例示することができる。スルフィニル基を有する化合物として、ジメチルスルホキシドを例示することができる。エーテル結合を有する化合物として、テトラヒドロフラン、１，８−シネオールを例示することができる。ニトリル基を有する化合物として、アセトニトリルを例示することができる。アミノ基を有する化合物として、トリエチルアミン、ホルムアミドを例示することができる。含硫黄化合物として、二硫化炭素を例示することができる。
【００８６】
表５に、液体６２に用いることができる有機ハロゲン化物の一部について、２６５ｎｍの波長における、１００μｍの経路長（厚さ）当たりの透過率と、２６５ｎｍの波長における屈折率とを示す。
【００８７】
【表５】
2018174238.tif 000007
【００８８】
有機ハロゲン化物として、フッ素化合物、塩素化合物、臭素化合物、及びヨウ素化合物を例示することができる。フッ素化合物として、ペルフルオロ（４−ビニルオキシ−１−ブテン）重合体（サイトップ）（登録商標）、２，２−ビストリフルオロメチル−４，５−ジフルオロ−１，３−ジオキソール重合体（テフロン（登録商標）ＡＦ、DuPont製）を例示することができる。塩素化合物として、ジクロロメタン、ジクロロエタン、トリクロロエタン、テトラクロロエタン、ペンタクロロエタン、クロロプロパン、ジクロロプロパン、トリクロロプロパン、テトラクロロプロパン、ペンタクロロプロパン、ヘキサクロロプロパン、クロロヘキサノール、トリクロロアセチルクロリド、四塩化炭素、クロロアセトン、１−クロロブタン、クロロシクロヘキサン、クロロホルム、クロロエタノール、クロロヘキサン、クロロヘキサノン、エピクロロヒドリンを例示することができる。臭素化合物として、ブロモエタン、ブロモエタノール、ジブロモメタン、ジブロモエタン、ジブロモプロパン、ブロモホルム、トリブロモエタン、トリブロモプロパン、テトラブロモエタン、１−ブロモプロパンを例示することができる。ヨウ素化合物として、ヨウ化メチル、ヨウ化エチル、ヨウ化プロピル、ジヨードメタン、ジヨードプロパンなどのヨウ素化合物を例示することができる。
【００８９】
表６に、液体６２に用いることができるシリコーン樹脂またはシリコーンオイルの一部について、２６５ｎｍの波長における、１００μｍの経路長（厚さ）当たりの透過率と、２６５ｎｍの波長における屈折率とを示す。
【００９０】
【表６】
2018174238.tif 000008
【００９１】
シリコーン樹脂またはシリコーンオイルは、オルガノポリシロキサンを主鎖とし、Ｓｉ原子に有機基が結合している。有機基として、炭素原子を含む官能基、フッ素原子を含む官能基、塩素原子を含む官能基、臭素原子を含む官能基、ヨウ素原子を含む官能基、窒素原子を含む官能基、酸素原子を含む官能基、硫黄原子を含む官能基のいずれか１つ以上を含む官能基を例示することができる。炭素原子を含む官能基として、メチル基、エチル基、プロピル基を例示することができる。フッ素原子を含む官能基として、トリフルオロメチル基、トリフルオロエチル基、トリフルオロプロピル基を例示することができる。塩素原子を含む官能基として、トリクロロメチル基、トリクロロエチル基、トリクロロプロピル基を例示することができる。臭素原子を含む官能基として、トリブロモメチル基、トリブロモエチル基、トリブロモプロピル基を例示することができる。ヨウ素原子を含む官能基として、トリヨードメチル基、トリヨードエチル基、トリヨードプロピル基を例示することができる。窒素原子を含む官能基として、アミノ基、ニトリル基、イソシアネート基、ウレイド基を例示することができる。酸素原子を含む官能基として、エポキシ基、メタクリル基、エーテル基を例示することができる。硫黄原子を含む官能基として、メルカプト基、スルフィニル基を例示することができる。シリコーン樹脂、またはシリコーンオイルとして、JCR6122（東レ・ダウコーニング製）、JCR6140（東レ・ダウコーニング製）、HE59（日本山村硝子製）、HE60（日本山村硝子製）、HE61（日本山村硝子製）、KER2910（信越化学工業製）、FER7061（信越化学工業製）をさらに例示することができる。これらの材料の中には、深紫外光１９以外の光を照射したり加熱したりすることによって硬化し得る材料が含まれるが、本実施の形態では、これらの材料を硬化処理しないで液体の状態のものを、液体６２として利用する。
【００９２】
塩溶液は、酸溶液、無機塩溶液、有機塩溶液のいずれかから構成されてもよい。表７から表９に、液体６２に用いることができる塩溶液の一部について、１９３ｎｍ、または２４８ｎｍの波長における、１００μｍの経路長（厚さ）当たりの透過率の一例と、１９３ｎｍ、または２４８ｎｍの波長における屈折率の一例を示す。
【００９３】
表７に、液体６２に用いることができる酸溶液の一部について、１９３ｎｍ、または２４８ｎｍの波長における、１００μｍの経路長（厚さ）当たりの透過率と、１９３ｎｍ、または２４８ｎｍの波長における屈折率とを示す。
【００９４】
【表７】
2018174238.tif 000009
【００９５】
酸として、リン酸、硫酸、塩酸、臭化水素酸、硝酸、クエン酸、メタンスルホン酸、メタクリル酸、酪酸、イソ酪酸、カプロン酸、カプリル酸、ラウリン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸を例示することができる。
【００９６】
表８に、液体６２に用いることができる無機塩溶液の一部について、１９３ｎｍの波長における、１００μｍの経路長（厚さ）当たりの透過率と、１９３ｎｍの波長における屈折率とを示す。
【００９７】
【表８】
2018174238.tif 000010
【００９８】
無機塩として、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化セシウム、塩化アンモニウム、塩化カルシウム、塩化リチウム、塩化ルビジウム、塩化テトラメチルアンモニウム、塩化アルミニウム６水和物、臭化ナトリウム、臭化亜鉛、臭化リチウム、臭化カリウム、臭化ルビジウム、臭化セシウム、臭化アンモニウム、硫酸リチウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸ルビジウム、硫酸セシウム、硫酸マグネシウム、硫酸ガドリニウム、硫酸亜鉛、ミョウバン、アンモニウムミョウバン、硫酸水素ナトリウム、亜硫酸水素ナトリウム、リン酸水素ナトリウム、リン酸二水素ナトリウム、リン酸二水素カリウム、過塩素酸ナトリウム、チオシアン酸ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウムを例示することができる。
【００９９】
表９に、液体６２に用いることができる有機塩溶液の一部について、１９３ｎｍ波長における、１００μｍの経路長（厚さ）当たりの透過率と、１９３ｎｍの波長における屈折率とを示す。
【０１００】
【表９】
2018174238.tif 000011
【０１０１】
有機塩として、酢酸リチウム、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、酢酸ルビジウム、酢酸セシウム、酢酸テトラメチルアンモニウム、酢酸テトラエチルアンモニウム、酢酸テトラプロピルアンモニウム、酢酸トリエチルアンモニウム、酢酸ジエチルジメチルアンモニウム、酢酸テトラブチルアンモニウム、塩化テトラメチルアンモニウム、臭化テトラメチルアンモニウム、メタンスルホン酸バリウム、メタンスルホン酸ランタン、メタンスルホン酸セシウム、メタンスルホン酸シクロヘキシルトリメチルアンモニウム、シクロヘキサンスルホン酸ナトリウム、シクロヘキシルメタンスルホン酸ナトリウム、デカヒドロナフタレン−２−スルホン酸ナトリウム、１−アダマンタンメタンスルホン酸カリウム、１−アダマンタンスルホン酸カリウム、メタンスルホン酸デシルトリメチルアンモニウム、メタンスルホン酸ヘキサデシルトリメチルアンモニウム、メタンスルホン酸アダマンチルトリメチルアンモニウム、メタンスルホン酸シクロヘキシルトリメチルアンモニウム、メタンスルホン酸１，１’−ジメチルピペリジニウム、メタンスルホン酸１−メチルキヌクリジニウム、メタンスルホン酸１，１−ジメチルデカヒドロキノリニウム、メタンスルホン酸１，１，４，４−テトラメチルピペラジン−１，４−ジイウム、１，４−ジメチル１，４−ジアゾニアビシクロ［2.2.2］オクタンを例示することができる。
【０１０２】
塩溶液に用いる溶媒として、水、有機溶媒、及びシリコーン樹脂またはシリコーンオイルに溶解した溶液を例示することができるが、これらに限られない。有機溶媒として、シクロヘキサン、デカン、デカヒドロナフタレンなどの飽和炭化水素化合物溶液、ｎ−アクリル酸ブチル、ｎ−アクリル酸メチル、テトラヒドロフラン、クロロホルム、メチルエチルケトン、メタクリル酸メチル、ジクロロメタン、ジメチルシリコーンオイルを例示することができる。
【０１０３】
表１０に、液体６２に用いることができる微粒子分散液の一部について、２４８ｎｍ、または３００ｎｍの波長における、１００μｍの経路長（厚さ）当たりの透過率と、１９３ｎｍ、２４８ｎｍ、または３００ｎｍの波長における屈折率とを示す。
【０１０４】
【表１０】
2018174238.tif 000012
【０１０５】
微粒子分散液の微粒子として、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、α-酸化アルミニウム、γ-酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、フッ化カルシウム、ルテチウムアルミニウムガーネット、二酸化ケイ素（シリカ）、マグネシウムアルミネート、サファイア、ダイヤモンドなどの無機化合物を例示することができる。微粒子は、表面修飾ジルコニアのように、その表面が他の材料で修飾されてもよい。
【０１０６】
微粒子を分散させる溶媒として、水、有機溶媒、及びシリコーン樹脂またはシリコーンオイルに溶解した溶液を例示することができるが、これらに限られない。有機溶媒として、シクロヘキサン、デカン、デカヒドロナフタレンなどの飽和炭化水素化合物溶液、ｎ−アクリル酸ブチル、ｎ−アクリル酸メチル、テトラヒドロフラン、クロロホルム、メチルエチルケトン、メタクリル酸メチル、ジクロロメタン、ジメチルシリコーンオイルを例示することができる。
【０１０７】
液体６２は、半導体発光素子１０から放射される深紫外光１９の波長において、１．３２以上の屈折率を有してもよい。液体６２は、半導体発光素子１０から放射される深紫外光１９の波長において、１．４０以上の屈折率を有してもよい。液体６２は、半導体発光素子１０から放射される深紫外光１９の波長において、１．４５以上の屈折率を有してもよい。液体６２は、半導体発光素子１０から放射される深紫外光１９の波長において、１．５０以上の屈折率を有してもよい。液体６２は、半導体発光素子１０から放射される深紫外光１９の波長において、１．５５以上の屈折率を有してもよい。液体６２は、半導体発光素子１０から放射される深紫外光１９の波長において、１．３２以上の屈折率を有するので、半導体発光素子１０から放射される深紫外光１９の波長における液体６２の屈折率を、深紫外光１９の波長における基板１１の屈折率により一層近づけることができる。そのため、半導体発光素子１０の出射面（第２の主面１１ｂ）と液体６２との界面における反射率は低減され得る。
【０１０８】
液体６２は、半導体発光素子１０から放射される深紫外光１９の波長において、半導体発光素子１０の出射面（第２の主面１１ｂ）よりも小さな屈折率を有し、かつ、透明部材６０よりも大きな屈折率を有してもよい。そのため、半導体発光素子１０の出射面（第２の主面１１ｂ）と液体６２との界面における反射率と液体６２と透明部材６０との界面における反射率とは低減され得る。
【０１０９】
液体６２は、絶縁性を有してもよい。本実施の形態では、液体６２は、ｎ型電極１５と、ｐ型電極１６と、第１の導電パッド２１と、第２の導電パッド２２と、接合部材２５と、導電ワイヤ３３とに接触している。絶縁性を有する液体６２は、ｎ型電極１５とｐ型電極１６とが短絡することを防ぐことができる。液体６２が導電性を有する場合には、半導体発光素子１０の表面上と、第１の導電パッド２１の表面上と、第２の導電パッド２２の表面上と、接合部材２５の表面上と、導電ワイヤ３３の表面上とに、薄い絶縁膜を設けてもよい。
【０１１０】
パッケージ（３０，６０）は、本実施の形態に開示されたタイプのパッケージ（３０，６０）に限られず、発光ダイオードに用いられる任意のタイプのパッケージが用いられ得る。例えば、基台３０は、半導体発光素子１０を囲む側壁を含み、透明部材６０が平板の形状を有し、透明部材６０が接着剤等を用いて側壁上に固定されてもよい。
【０１１１】
本実施の形態の半導体発光素子１０及びその製造方法並び発光モジュール１の効果を説明する。
【０１１２】
本実施の形態の半導体発光素子１０は、第１の主面１１ａと、第１の主面１１ａとは反対側の第２の主面１１ｂとを有する基板１１と、第１の主面１１ａ上に設けられた半導体層１８とを備える。半導体層１８は深紫外光１９を放射し得るように構成されている活性領域１３を含む。本実施の形態の半導体発光素子１０は、第２の主面１１ｂ上に形成された周期的凹凸構造１７を備える。周期的凹凸構造１７は、第２の主面１１ｂから突出する複数の突起部１７ａを含む。第２の主面１１ｂの第２の平面視における活性領域１３の第１の面積は、０．１５ｍｍ2以上である。第２の主面１１ｂの第２の平面視における第２の主面１１ｂの第２の面積に対する、第２の主面１１ｂの第２の平面視における複数の突起部１７ａの第３の面積の比は、６０％以上１００％以下である。複数の突起部１７ａは、各々、０．６以上のアスペクト比を有する。
【０１１３】
第２の主面１１ｂの第２の平面視における活性領域１３の第１の面積は０．１５ｍｍ2以上であるため、深紫外光１９が生成される活性領域１３の面積が増加されている。また、深紫外光１９の取り出し面である基板１１の第２の主面１１ｂの６０％以上の領域に、複数の突起部１７ａが形成されているため、半導体発光素子１０からの深紫外光１９の取り出し効率が増加され得る。さらに、深紫外光１９の取り出し面である基板１１の第２の主面１１ｂの６０％以上の領域に、複数の突起部１７ａが形成されており、かつ、複数の突起部１７ａは、各々、０．６以上のアスペクト比を有するため、基板１１の表面積が増加され得る。半導体発光素子１０が深紫外光１９を放射している間に半導体発光素子１０において発生する熱は、複数の突起部１７ａから効率的に、半導体発光素子１０の外部に放散され得る。半導体発光素子１０が深紫外光１９を放射している間の半導体発光素子１０の温度が低下され得る。半導体発光素子１０に大電流を注入する際に、ドループ現象が抑制され得る。ドループ現象は、半導体発光素子１０に流れる電流が増加するにつれて、半導体発光素子１０の発光効率が低下する現象である。本実施の形態の半導体発光素子１０から放射される深紫外光１９の出力は、従来の深紫外光１９を放射する半導体発光素子１０からは予測し得ない程度に増加され得る。以上述べたことは、以下の実験例によっても裏付けられる。
【０１１４】
図１５に示されるように、本実施の形態の発光モジュール１に含まれる半導体発光素子１０から放射される深紫外光１９の出力は、比較例の発光モジュールに含まれる半導体発光素子から放射される深紫外光１９の出力よりも大きい。比較例の発光モジュールに含まれる半導体発光素子は、本実施の形態の発光モジュール１に含まれる半導体発光素子１０と同様の構造を有するが、周期的凹凸構造１７を備えていない。例えば、半導体発光素子１０に注入される電流が５００ｍＡである時、本実施の形態の発光モジュール１に含まれる半導体発光素子１０から放射される深紫外光１９の出力は、比較例の発光モジュールに含まれる半導体発光素子から放射される深紫外光１９の出力の２．６倍に増加している。半導体発光素子１０に注入される電流が６００ｍＡである時、本実施の形態の発光モジュール１に含まれる半導体発光素子１０から放射される深紫外光１９の出力は、比較例の発光モジュールに含まれる半導体発光素子から放射される深紫外光１９の出力の３．３倍に増加している。半導体発光素子１０に注入される電流が７００ｍＡである時、本実施の形態の発光モジュール１に含まれる半導体発光素子１０から放射される深紫外光１９の出力は、比較例の発光モジュールに含まれる半導体発光素子から放射される深紫外光１９の出力の４．５倍に増加している。半導体発光素子１０に注入される電流が８００ｍＡである時、本実施の形態の発光モジュール１に含まれる半導体発光素子１０から放射される深紫外光１９の出力は、比較例の発光モジュールに含まれる半導体発光素子から放射される深紫外光１９の出力の７．９倍に増加している。半導体発光素子１０に注入される電流が８５０ｍＡである時、本実施の形態の発光モジュール１に含まれる半導体発光素子１０から放射される深紫外光１９の出力は、比較例の発光モジュールに含まれる半導体発光素子から放射される深紫外光１９の出力の１９．６倍に増加している。
【０１１５】
本実施の形態の半導体発光素子１０では、半導体発光素子１０へ注入される電流が増加するにつれて、発光モジュール１に含まれる半導体発光素子１０から放射される深紫外光１９の出力は単調に増加する。これに対し、比較例の半導体発光素子では、半導体発光素子１０へ注入される電流が約４５０ｍＡ以上に増加すると、発光モジュールに含まれる半導体発光素子１０から放射される深紫外光１９の出力は減少する。
【０１１６】
図１６に示されるように、本実施の形態の発光モジュール１に含まれる半導体発光素子１０の外部量子効率（ＥＱＥ）は、比較例の発光モジュールに含まれる半導体発光素子の外部量子効率（ＥＱＥ）よりも大きい。本実施の形態の発光モジュール１に含まれる半導体発光素子１０では、半導体発光素子１０へ注入される電流が増加しても、半導体発光素子１０の外部量子効率（ＥＱＥ）は、ほぼ一定である。これに対し、比較例の発光モジュールに含まれる半導体発光素子では、半導体発光素子１０へ注入される電流が増加するにつれて、半導体発光素子１０の外部量子効率（ＥＱＥ）が著しく減少している。
【０１１７】
図１７及び図１８に示されるように、本実施の形態の発光モジュール１に含まれる半導体発光素子１０への注入電流が５０ｍＡである時の本実施の形態の発光モジュール１に含まれる半導体発光素子１０のエレクトロルミネッセンス強度のピーク波長は、比較例の発光モジュールに含まれる半導体発光素子への注入電流が５０ｍＡである時の比較例の発光モジュールに含まれる半導体発光素子のエレクトロルミネッセンス強度のピーク波長とほぼ等しい。本実施の形態の発光モジュール１に含まれる半導体発光素子１０も比較例の発光モジュールに含まれる半導体発光素子も、注入される電流が増加するにつれて、エレクトロルミネッセンス強度のピーク波長は長波長側にシフトする。しかし、本実施の形態の発光モジュール１に含まれる半導体発光素子１０のエレクトロルミネッセンス強度のピーク波長のシフトは、比較例の発光モジュールに含まれる半導体発光素子のエレクトロルミネッセンス強度のピーク波長のシフトよりも大幅に小さい。
【０１１８】
図１８を参照して、本実施の形態の発光モジュール１に含まれる半導体発光素子１０の接合部温度は、比較例の発光モジュールに含まれる半導体発光素子の接合部温度よりも大幅に低い。接合部温度は、発光モジュール１に含まれる半導体発光素子１０のｐ型半導体層１４とｎ型半導体層１２との間の接合部の温度である。接合部温度は、活性領域１３の温度としても定義され得る。接合部の温度は、発光モジュール１に含まれる半導体発光素子１０のエレクトロルミネッセンス強度のピーク波長のシフトから見積もられる。
【０１１９】
本実施の形態の半導体発光素子１０も比較例の半導体発光素子も、０．１５ｍｍ2以上の活性領域１３の第１の面積を有している。このように広い面積を有する活性領域１３に大電流を注入すると、半導体発光素子１０内において大量の熱が発生する。この熱は、主に、活性領域１３、ｐ型コンタクト層（第２のｐ型半導体層１４ｂ）及び基板１１において発生する。ｐ型コンタクト層（第２のｐ型半導体層１４ｂ）及び基板１１では、活性領域１３から放射される深紫外光１９がｐ型コンタクト層（第２のｐ型半導体層１４ｂ）及び基板１１に吸収されることによって熱が発生する。比較例の半導体発光素子は周期的凹凸構造１７を備えていないため、比較例の半導体発光素子は、半導体発光素子１０内で発生する熱を、半導体発光素子１０の外部に放散させることができない。比較例の半導体発光素子に注入される電流が増加するにつれて、比較例の半導体発光素子の温度が急激に上昇する。比較例の半導体発光素子に注入される電流が増加するにつれて、比較例の半導体発光素子では、ドループ現象が発生して、半導体発光素子１０の外部量子効率（ＥＱＥ）が低下する。さらに、比較例の半導体発光素子は高い素子温度（接合部温度）を有するため、比較例の半導体発光素子は本実施の形態の半導体発光素子１０よりも短い寿命を有する。
【０１２０】
これに対し、本実施の形態の半導体発光素子１０は周期的凹凸構造１７を備えている。本実施の形態の半導体発光素子１０の基板１１は、比較例の半導体発光素子の基板１１よりも大きな表面積を有している。そのため、本実施の形態の半導体発光素子１０は、半導体発光素子１０内で発生する熱を、半導体発光素子１０の外部に効率的に放散させることができる。本実施の形態の半導体発光素子１０に注入される電流が増加しても、本実施の形態の半導体発光素子１０の温度が急激に上昇することが抑制され得る。本実施の形態の半導体発光素子１０に注入される電流が増加しても、本実施の形態の半導体発光素子１０では、ドループ現象が発生することが抑制されて、半導体発光素子１０の外部量子効率（ＥＱＥ）が低下することが抑制される。さらに、本実施の形態の半導体発光素子１０は比較例の半導体発光素子よりも低い素子温度（接合部温度）を有するため、本実施の形態の半導体発光素子１０は、比較例の半導体発光素子よりも、長い寿命と高い信頼性とを有する。
【０１２１】
本実施の形態の周期的凹凸構造１７は、以下の２つの機能を有する。本実施の形態の周期的凹凸構造１７の第１の機能は、活性領域１３から放射される深紫外光１９が基板１１の第２の主面１１ｂで全反射されることを防止して、半導体発光素子１０の深紫外光１９の取り出し効率を増加させることである。本実施の形態の周期的凹凸構造１７の第２の機能は、基板１１の表面積を増加させて、半導体発光素子１０内で発生する熱を半導体発光素子１０の外部に効率的に放散させることである。すなわち、本実施の形態の周期的凹凸構造１７は、半導体発光素子１０の放熱フィンとして機能し得る。本実施の形態の半導体発光素子１０から放射される深紫外光１９の出力は、従来の深紫外光１９を放射する半導体発光素子１０からは予測し得ない程度に増加され得る。
【０１２２】
本実施の形態の半導体発光素子１０は、流体（６２）で覆われている。本実施の形態の半導体発光素子１０は、０．１５ｍｍ2以上の活性領域１３の第１の面積を有している。このように広い面積を有する活性領域１３に大電流を注入すると、半導体発光素子１０内において大量の熱が発生する。この熱は、主に、活性領域１３、ｐ型コンタクト層（第２のｐ型半導体層１４ｂ）及び基板１１において発生する。ｐ型コンタクト層（第２のｐ型半導体層１４ｂ）及び基板１１では、活性領域１３から放射される深紫外光１９がｐ型コンタクト層（第２のｐ型半導体層１４ｂ）及び基板１１に吸収されることによって熱が発生する。流体（６２）は、半導体発光素子１０で生じる熱によって、半導体発光素子１０のまわりを対流する。そのため、流体（６２）の特定の一部分が、深紫外光１９の光密度が高い半導体発光素子１０の近傍に存在し続けることがない。半導体発光素子１０が深紫外光１９を放射し続けている間に流体（６２）の温度の上昇が抑制される。流体（６２）は、半導体発光素子１０を効率的に冷却し得る。半導体発光素子１０に大電流を注入する際に、ドループ現象が抑制され得る。本実施の形態の半導体発光素子１０から放射される深紫外光１９の出力は、従来の半導体発光素子からは予測し得ない程度に増加され得る。
【０１２３】
本実施の形態の半導体発光素子１０では、活性領域１３の第１の面積は、０．３５ｍｍ2以上であってもよい。活性領域１３はさらに広い面積を有するため、本実施の形態の半導体発光素子１０によれば、半導体発光素子１０から放射される深紫外光１９の出力がさらに増加され得る。
【０１２４】
本実施の形態の半導体発光素子１０では、複数の突起部１７ａの各々のアスペクト比ｈ1／ｄ1は、１．０以上であってもよい。基板１１の表面積がさらに増加するため、半導体発光素子１０内で発生する熱が半導体発光素子１０の外部にさらに効率的に放散され得る。本実施の形態の半導体発光素子１０によれば、半導体発光素子１０から放射される深紫外光１９の出力がさらに増加され得る。本実施の形態の半導体発光素子１０は、長い寿命と高い信頼性とを有する。
【０１２５】
本実施の形態の半導体発光素子１０では、基板１１は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板であってもよい。窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板である基板１１は、深紫外光１９を放射し得るように構成された活性領域１３を含む半導体層１８と、同様の格子定数及び熱膨張係数を有している。そのため、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板である基板１１は、半導体層１８における転位欠陥密度を減少させることができる。本実施の形態の半導体発光素子１０によれば、半導体発光素子１０から放射される深紫外光１９の出力がさらに増加され得る。本実施の形態の半導体発光素子１０は、長い寿命と高い信頼性とを有する。
【０１２６】
本実施の形態の半導体発光素子１０では、複数の突起部１７ａは、各々、円錐または角錐の形状を有してもよい。本実施の形態の半導体発光素子１０から放射される深紫外光１９の出力は、従来の深紫外光１９を放射する半導体発光素子１０からは予測し得ない程度に増加され得る。
【０１２７】
本実施の形態の半導体発光素子１０は、基板１１とは反対側の半導体層１８の表面１８ａ上に、電極（ｐ型電極１６）をさらに備える。第１の主面１１ａの第１の平面視において、電極（ｐ型電極１６）は櫛歯形状を有する。櫛歯形状を有する電極（ｐ型電極１６）は、０．１５ｍｍ2以上の第１の面積を有する活性領域１３に均一に電流を注入することを可能にする。本実施の形態の半導体発光素子１０によれば、半導体発光素子１０から放射される深紫外光１９の出力がさらに増加され得る。本実施の形態の半導体発光素子１０は、長い寿命と高い信頼性とを有する。
【０１２８】
本実施の形態の半導体発光素子１０の製造方法は、基板１１の第１の主面１１ａ上に半導体層１８を形成することを備える。半導体層１８は、深紫外光１９を放射し得るように構成されている活性領域１３を含んでいる。第１の主面１１ａとは反対側の基板１１の第２の主面１１ｂの第２の平面視における活性領域１３の第１の面積は、０．１５ｍｍ2以上である。本実施の形態の半導体発光素子１０の製造方法は、第２の主面１１ｂ上に周期的凹凸構造１７を形成することをさらに備える。周期的凹凸構造１７は、第２の主面１１ｂから突出する複数の突起部１７ａを含む。第２の主面１１ｂの第２の平面視における第２の主面１１ｂの第２の面積に対する、第２の主面１１ｂの第２の平面視における複数の突起部１７ａの第３の面積の比は、６０％以上１００％以下である。複数の突起部１７ａは、各々、０．６以上のアスペクト比を有している。
【０１２９】
周期的凹凸構造１７を形成することは、第２の主面１１ｂ上に、第１の層４１と、第２の層４２と、第３の層４３とをこの順に積層することを含む。第１の層４１、第２の層４２及び第３の層４３は、互いに異なる材料からなる。第１の層４１は、第２の層４２及び第３の層４３のそれぞれよりも大きな厚さを有している。周期的凹凸構造１７を形成することは、凹凸パターンを有するモールド４５を第３の層４３にインプリントすることにより、第３の層４３に複数の第１凹部４３ａを形成することと、複数の第１凹部４３ａが形成された第３の層４３を用いて、第２の層４２に複数の第２凹部４２ａを形成することとをさらに含む。周期的凹凸構造１７を形成することは、複数の第２凹部４２ａが形成された第２の層４２をマスクとして用いて、第１の層４１の一部を異方性エッチングすることにより、第１の層４１に複数の第３凹部４１ａを形成することをさらに含む。複数の第３凹部４１ａにおいて、基板１１の第２の主面１１ｂは露出している。周期的凹凸構造１７を形成することは、複数の第３凹部４１ａにおいて露出された基板１１の第２の主面１１ｂ上に、第４の層４７を形成することと、複数の第３凹部４１ａが形成された第１の層４１をリフトオフすることにより、第２の主面１１ｂ上に複数の柱状構造体４８を形成することと、複数の柱状構造体４８を用いて、第２の主面１１ｂをエッチングすることにより、第２の主面１１ｂに周期的凹凸構造１７を形成することとをさらに含む。
【０１３０】
第２の主面１１ｂの第２の平面視における活性領域１３の第１の面積は０．１５ｍｍ2以上であるため、深紫外光１９が生成される活性領域１３の面積が増加されている。また、深紫外光１９の取り出し面である基板１１の第２の主面１１ｂの６０％以上の領域に、複数の突起部１７ａが形成されているため、半導体発光素子１０からの深紫外光１９の取り出し効率が増加され得る。さらに、深紫外光１９の取り出し面である基板１１の第２の主面１１ｂの６０％以上の領域に、複数の突起部１７ａが形成されており、かつ、複数の突起部１７ａは、各々、０．６以上のアスペクト比を有するため、基板１１の表面積が増加され得る。半導体発光素子１０が深紫外光１９を放射している間に半導体発光素子１０において発生する熱は、複数の突起部１７ａから効率的に、半導体発光素子１０の外部に放散され得る。半導体発光素子１０が深紫外光１９を放射している間の半導体発光素子１０の温度が低下され得る。半導体発光素子１０に大電流を注入する際に、ドループ現象が抑制され得る。本実施の形態の半導体発光素子１０の製造方法によれば、半導体発光素子１０から放射される深紫外光１９の出力が、従来の深紫外光１９を放射する半導体発光素子１０からは予測し得ない程度に増加され得る。
【０１３１】
本実施の形態の半導体発光素子１０の製造方法では、凹凸パターンを有するモールド４５を第３の層４３にインプリントすることにより、第３の層４３に複数の第１凹部４３ａが形成されている。そのため、周期的凹凸構造１７は、第２の主面１１ｂの６０％以上にわたって、高スループット、高精度かつ安価に形成され得る。これに対し、電子線リソグラフィを用いて基板１１の第２の主面１１ｂに周期的凹凸構造１７を形成するためには、広い面積を有する第２の主面１１ｂの６０％以上にわたって電子線を走査しなければならない。そのため、電子線リソグラフィを用いて基板１１の第２の主面１１ｂの６０％以上に周期的凹凸構造１７を形成する方法によっては、周期的凹凸構造１７を含む基板１１を高スループットかつ安価で製造することはできない。
【０１３２】
本実施の形態の半導体発光素子１０の製造方法では、複数の第２凹部４２ａが形成された第２の層４２をマスクとして用いて、第１の層４１の一部を異方性エッチングすることにより、第１の層４１に複数の第３凹部４１ａを形成している。第１の層４１は、第２の層４２及び第３の層４３のそれぞれよりも大きな厚さを有する。そのため、第３凹部４１ａのアスペクト比と、第３凹部４１ａ内に形成される複数の柱状構造体４８の各々のアスペクト比とを大きくすることができる。複数の柱状構造体４８を用いて、基板１１の第２の主面１１ｂをエッチングすることにより、基板１１の第２の主面１１ｂに高アスペクト比を有する周期的凹凸構造１７が形成され得る。また、第１の層４１と第３の層４３とは互いに異なる材料からなる。第１の層４１を構成する第１の材料として、第３の層４３を構成する第３の材料よりも容易にリフトオフされ得る材料が選択され得る。複数の第３凹部４１ａが形成された第１の層４１をリフトオフすることにより、基板１１の第２の主面１１ｂ上に、高アスペクト比を有する周期的凹凸構造１７が容易に形成され得る。本実施の形態の半導体発光素子１０の製造方法によれば、放射される深紫外光１９の出力が増加された半導体発光素子１０が、高スループット、安価かつ容易に製造され得る。
【０１３３】
本実施の形態の発光モジュール１は、半導体発光素子１０と、半導体発光素子１０を封止する液体６２と、半導体発光素子１０と液体６２とを収容するパッケージ（３０，６０）とを備える。液体６２は、半導体発光素子１０から放射される深紫外光１９に対して透明である。パッケージ（３０，６０）は、半導体発光素子１０から放射される深紫外光１９に対して透明な透明部材６０を含む。
【０１３４】
本実施の形態の発光モジュール１は、半導体発光素子１０を備えるため、発光モジュール１から放射される深紫外光１９の出力が増加され得る。また、半導体発光素子１０から放射される深紫外光１９の出力が増加されるため、１つの発光モジュール１に使用される半導体発光素子１０の数が低減され得る。そのため、発光モジュール１の価格が低減され得る。本実施の形態の発光モジュール１は、長い寿命と高い信頼性とを有する半導体発光素子１０を備えている。そのため、本実施の形態の発光モジュール１は、長い寿命と高い信頼性とを有する。例えば、発光モジュール１の光出力が動作直後における発光モジュール１の光出力の半分となる時間が発光モジュール１の寿命として定義されるとき、本実施の形態の発光モジュール１は、約１１，５００時間の寿命を有する。
【０１３５】
透明部材６０及び液体６２は、半導体発光素子１０から放射される深紫外光１９に対して透明であるので、半導体発光素子１０から放射される深紫外光１９は、パッケージ（３０，６０）の外部へ効率よく取り出され得る。透明部材６０及び液体６２は、半導体発光素子１０から放射される深紫外光１９に対して透明であるので、透明部材６０及び液体６２は、深紫外光１９の波長において、低い光吸収率を有する。そのため、透明部材６０及び液体６２が深紫外光１９に長時間さらされても、深紫外光１９の波長における透明部材６０及び液体６２の光透過率が低下することが防止され得る。
【０１３６】
本実施の形態の半導体発光素子１０は、０．１５ｍｍ2以上の活性領域１３の第１の面積を有している。このように広い面積を有する活性領域１３に大電流を注入すると、半導体発光素子１０内において大量の熱が発生する。この熱は、主に、活性領域１３、ｐ型コンタクト層（第２のｐ型半導体層１４ｂ）及び基板１１において発生する。ｐ型コンタクト層（第２のｐ型半導体層１４ｂ）及び基板１１では、活性領域１３から放射される深紫外光１９がｐ型コンタクト層（第２のｐ型半導体層１４ｂ）及び基板１１に吸収されることによって熱が発生する。本実施の形態の発光モジュール１では、半導体発光素子１０は、半導体発光素子１０から放射される深紫外光１９に対して透明である液体６２によって封止されている。液体６２は、半導体発光素子１０で生じる熱によって、パッケージ（３０，６０）の内側空間を対流する。そのため、液体６２の特定の一部分が、深紫外光１９の光密度が高い半導体発光素子１０の近傍に存在し続けることがない。半導体発光素子１０が深紫外光１９を放射し続けている間に液体６２の温度の上昇が抑制される。液体６２は、半導体発光素子１０を効率的に冷却し得る。半導体発光素子１０に大電流を注入する際に、ドループ現象が抑制され得る。本実施の形態の発光モジュール１によれば、発光モジュール１から放射される深紫外光１９の出力が、従来の発光モジュールからは予測し得ない程度に増加され得る。さらに、深紫外光１９の光密度が高い半導体発光素子１０の近傍に存在する液体６２が劣化して、深紫外光１９の波長における液体６２の光透過率が低下することが防止され得る。本実施の形態の発光モジュール１は、長い寿命と高い信頼性とを有する。
【０１３７】
透明部材６０と深紫外光１９を放射する半導体発光素子１０との間に液体６２が位置するので、透明部材６０における深紫外光１９の光密度は、半導体発光素子１０の近傍における深紫外光１９の光密度よりも十分小さい。そのため、固体である透明部材６０が、液体６２よりも、深紫外光１９に対して高い光吸収率を有していても、深紫外光１９が照射されることによって透明部材６０が劣化することが防止され得る。本実施の形態の発光モジュール１は、長い寿命と高い信頼性とを有する。
【０１３８】
（実施の形態２）
図１９から図２１を参照して、実施の形態２に係る半導体発光素子１０ｂを説明する。本実施の形態の半導体発光素子１０ｂは、実施の形態１の半導体発光素子１０と同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。図１９及び図２０を参照して、本実施の形態の半導体発光素子１０ｂでは、複数の突起部１７ｂは、各々、円錐台の形状を有している。複数の突起部１７ｂは、各々、角錐台の形状を有してもよい。円錐台または角錐台の形状を有する複数の突起部１７ｂは、実施の形態１の複数の突起部１７ａよりも、さらに半導体発光素子１０ｂから放射される深紫外光１９の出力を増加させ得る。複数の突起部１７ｂの各々が、底部の幅（直径）ｄ1と高さｈ1と上面の幅（直径）ｄ2とを有する。ｄ2/ｄ1は、０．１０以上であってもよく、０．１５以上であってもよい。ｄ2/ｄ1は、０．５０以下であってもよく、０．４５以下であってもよい。ｄ2/ｈ1は、０．０８以上であってもよく、０．１２以上であってもよい。ｄ2/ｈ1は、０．５０以下であってもよく、０．４０以下であってもよい。
【０１３９】
図２１を参照して、複数の突起部１７ｂの各々の上面の幅（直径）ｄ2を変化させたときの活性領域１３から半導体発光素子１０ｂの第２の主面１１ｂに垂直な方向に平面波として進行する深紫外光１９の出力の変化を示す。半導体発光素子１０ｂは、空気で覆われている。複数の突起部１７ｂは、３００ｎｍの周期で三角格子状に配置されている。複数の突起部１７ｂの各々は、２９０ｎｍの幅（直径）ｄ1と３００ｎｍの高さｈ1とを有している。複数の突起部１７ｂの各々の上面の幅（直径）ｄ2が６０ｎｍ以上１４０ｎｍ以下のとき、半導体発光素子１０ｂの深紫外光１９の出力が特に増加している。
【０１４０】
本実施の形態の半導体発光素子１０ｂの製造方法は、実施の形態１の半導体発光素子１０の製造方法と同様の工程を備えるが、以下の点で主に異なる。本実施の形態の半導体発光素子１０ｂの製造方法では、複数の柱状構造体４８を用いて第２の主面１１ｂをエッチングする際、第２の主面１１ｂのエッチング深さを、実施の形態１における第２の主面１１ｂのエッチング深さよりも小さくする。こうして、各々が円錐台または角錐台の形状を有する複数の突起部１７ｂが形成され得る。
【０１４１】
本実施の形態の半導体発光素子１０ｂは、実施の形態１の半導体発光素子１０の効果に加えて、以下の効果を奏する。本実施の形態の半導体発光素子１０ｂでは、複数の突起部１７ｂは、各々、円錐台または角錐台の形状を有している。本実施の形態の半導体発光素子１０ｂによれば、半導体発光素子１０ｂから放射される深紫外光１９の出力がさらに増加され得る。
【０１４２】
（実施の形態３）
図２２及び図２３を参照して、実施の形態３に係る半導体発光素子１０ｃを説明する。本実施の形態の半導体発光素子１０ｃは、実施の形態２の半導体発光素子１０ｂと同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。
【０１４３】
本実施の形態の半導体発光素子１０ｃでは、第２の主面１１ｂ上に１つ以上の微細構造５０をさらに備える。１つ以上の微細構造５０の各々は、複数の突起部１７ｂの各々よりも小さなサイズを有している。１つ以上の微細構造５０の各々は、ｄ3の幅（直径）と、ｈ3の高さとを有している。１つ以上の微細構造５０の各々の幅（直径）ｄ3は、複数の突起部１７ｂの各々の幅（直径）ｄ1よりも小さい。１つ以上の微細構造５０の各々の幅（直径）ｄ3は、５ｎｍ以上であってもよく、１０ｎｍ以上であってもよい。１つ以上の微細構造５０の各々の幅（直径）ｄ3は、７０ｎｍ以下であってもよく、５０ｎｍ以下であってもよい。１つ以上の微細構造５０の各々の高さｈ3は、複数の突起部１７ｂの各々の高さｈ1よりも小さい。１つ以上の微細構造５０の各々の高さｈ3は、３ｎｍ以上であってもよく、５ｎｍ以上であってもよい。１つ以上の微細構造５０の各々の高さｈ3は、６０ｎｍ以下であってもよく、４０ｎｍ以下であってもよい。
【０１４４】
１つ以上の微細構造５０の各々は、半球の形状を有してもよい。１つ以上の微細構造５０の各々は、円錐の形状を有してもよいし、角錐の形状を有してよい。１つ以上の微細構造５０の各々は、円錐台の形状を有してもよいし、角錐台の形状を有してもよい。
【０１４５】
１つ以上の微細構造５０が、複数の突起部１７ｂの１つの周りに配置されている。１つ以上の微細構造５０の各々と複数の突起部１７ｂの１つとの間の距離ｄ4は、活性領域１３から放射される深紫外光１９の波長以下であってもよい。複数の微細構造５０が、複数の突起部１７ｂの各々の周りに配置されてもよい。第２の主面１１ｂの第２の平面視において、複数の微細構造５０が、複数の突起部１７ｂの各々の周りに対称に配置されてもよい。
【０１４６】
本実施の形態の半導体発光素子１０ｃの製造方法は、実施の形態２の半導体発光素子１０ｂの製造方法と同様の工程を備えるが、以下の点で主に異なる。本実施の形態の半導体発光素子１０ｃの製造方法は、１つ以上の微細構造５０に対応する１つ以上の微細構造体（図示せず）を基板１１の第２の主面１１ｂ上に形成することを含む。１つ以上の微細構造体は、実施の形態１の複数の柱状構造体４８と同様の工程で作成され得る。１つ以上の微細構造体の各々は、複数の柱状構造体４８の各々よりも小さなサイズを有する。本実施の形態の半導体発光素子１０ｃの製造方法は、複数の柱状構造体４８及び１つ以上の微細構造体を用いて、第２の主面１１ｂをエッチングすることにより、基板１１の第２の主面１１ｂに周期的凹凸構造１７と１つ以上の微細構造５０とを形成することをさらに含む。こうして、本実施の形態の半導体発光素子１０ｃが製造され得る。
【０１４７】
本実施の形態の半導体発光素子１０ｃは、実施の形態２の半導体発光素子１０ｂの効果に加えて、以下の効果を奏する。
【０１４８】
本実施の形態の半導体発光素子１０ｃは、第２の主面１１ｂ上に１つ以上の微細構造５０をさらに備える。１つ以上の微細構造５０の各々は、複数の突起部１７ｂの各々よりも小さなサイズを有している。１つ以上の微細構造５０は、複数の突起部１７ｂの１つの周りに配置されている。活性領域１３から放射される深紫外光１９が１つ以上の微細構造５０の各々に入射することによって、１つ以上の微細構造５０の各々の周りに、近接場光が発生する。１つ以上の微細構造５０の各々に隣接する複数の突起部１７ｂの１つにおいて、この近接場光は、１つ以上の微細構造５０を経由することなく、１つ以上の微細構造５０の各々に隣接する複数の突起部１７ｂの１つに入射する深紫外光１９と結合される。近接場光と、１つ以上の微細構造５０を経由することなく、複数の突起部１７ｂに入射する深紫外光１９とは、複数の突起部１７ｂから半導体発光素子１０ｃの外部に取り出される。本実施の形態の半導体発光素子１０ｃによれば、半導体発光素子１０ｃから放射される深紫外光１９の出力がさらに増加され得る。
【０１４９】
（実施の形態４）
図２４を参照して、実施の形態４に係る半導体発光素子１０ｄを説明する。本実施の形態の半導体発光素子１０ｄは、実施の形態１の半導体発光素子１０と同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。
【０１５０】
本実施の形態の半導体発光素子１０ｄでは、半導体層１８は、ｎ型半導体層１２からｐ型半導体層１４まで延在する転位欠陥５５を含んでいる。転位欠陥５５は、基板１１とは反対側の半導体層１８の表面１８ａまで延在してもよいし、延在していなくてもよい。転位欠陥５５は、ｎ型を有してもよい。半導体層１８の表面１８ａの第３の平面視において、ｐ型電極１６は、半導体層１８の表面１８ａに最も近い転位欠陥５５の部分から離れて配置されている。
【０１５１】
特定的には、半導体発光素子１０ｄは、半導体層１８（またはｐ型半導体層１４）の表面１８ａの第１の領域上に、島状の絶縁層３５をさらに備える。半導体層１８の表面１８ａの第３の平面視において、半導体層１８の表面１８ａに最も近い転位欠陥５５の部分は、第１の領域内に存在している。島状の絶縁層３５は、半導体層１８の表面１８ａの第１の領域を覆っている。半導体層１８の表面１８ａの第３の平面視において、島状の絶縁層３５は半導体層１８の表面１８ａに最も近い転位欠陥５５の部分を覆っている。ｐ型電極１６は、第１の領域とは異なる半導体層１８（またはｐ型半導体層１４）の表面１８ａの第２の領域上に設けられている。ｐ型電極１６は、半導体層１８の表面１８ａの第２の領域に接触している。ｐ型電極１６は、半導体層１８（またはｐ型半導体層１４）の表面１８ａの第１の領域に接触していない。ｐ型電極１６は、島状の絶縁層３５上にも設けられてもよい。半導体層１８の表面１８ａの第３の平面視において、半導体層１８の表面１８ａに最も近い転位欠陥５５の部分は、半導体層１８の表面１８ａの第２の領域内に存在していない。
【０１５２】
島状の絶縁層３５は、特に限定されないが、二酸化シリコン（ＳｉＯ2）層であってもよい。半導体層１８の表面１８ａの第３の平面視において、島状の絶縁層３５は、特に限定されないが、矩形の形状を有してもよく、円形の形状を有してもよい。半導体層１８の表面１８ａの第３の平面視における、島状の絶縁膜の外周（またはｐ型電極１６）と半導体層１８の表面１８ａに最も近い転位欠陥５５の部分との間の最短距離ｄ5は、１０μｍ以上であってもよく、２０μｍ以上であってもよく、３０μｍ以上であってもよい。半導体層１８の表面１８ａの第３の平面視における、島状の絶縁膜の外周（またはｐ型電極１６）と半導体層１８の表面１８ａに最も近い転位欠陥５５の部分との間の最短距離ｄ5を１０μｍ以上に設定することによって、ｎ型電極１５及びｐ型電極１６から注入される電流が転位欠陥５５にリークすることが確実に防止され得る。半導体層１８の表面１８ａの第３の平面視における、島状の絶縁膜の外周（またはｐ型電極１６）と半導体層１８の表面１８ａに最も近い転位欠陥５５の部分との間の最短距離ｄ5は、１００μｍ以下であってもよく、５０μｍ以下であってもよい。半導体層１８の表面１８ａの第３の平面視における、島状の絶縁膜の外周（またはｐ型電極１６）と半導体層１８の表面１８ａに最も近い転位欠陥５５の部分との間の最短距離ｄ5を１００μｍ以下に設定することによって、ｐ型電極１６と半導体層１８（またはｐ型半導体層１４）との間の接触面積が小さくなって半導体発光素子１０ｄの発光効率が低下することとが防止される。
【０１５３】
図２５を参照して、実施の形態４に係る半導体発光素子１０ｄの製造方法を説明する。本実施の形態の半導体発光素子１０ｄの製造方法は、実施の形態１の半導体発光素子１０の製造方法と同様の工程を備えるが、以下の点で主に異なる。
【０１５４】
本実施の形態の半導体発光素子１０ｄの製造方法は、半導体層１８の表面１８ａの第３の平面視における転位欠陥５５の位置を特定すること（Ｓ１１）を備えている。例えば、顕微ラマン分光法によって、または、光学顕微鏡を用いて半導体層１８の表面１８ａを観察することによって、半導体層１８の表面１８ａの第３の平面視における転位欠陥５５の位置が特定されてもよい。半導体層１８の表面１８ａの第３の平面視において、半導体層１８の表面１８ａに最も近い転位欠陥５５の部分は、半導体層１８の表面１８ａの第１の領域内に存在している。半導体層１８の表面１８ａの第３の平面視において、半導体層１８の表面１８ａに最も近い転位欠陥５５の部分は、第１の領域とは異なる半導体層１８の表面１８ａの第２の領域内に存在していない。
【０１５５】
本実施の形態の半導体発光素子１０ｄの製造方法は、ｐ型電極１６を、半導体層１８の表面１８ａの第３の平面視において半導体層１８の表面１８ａに最も近い転位欠陥５５の部分から離れた半導体層１８の表面１８ａ上に形成すること（Ｓ１２，Ｓ３ｄ）を備えている。特定的には、ｐ型電極１６を、半導体層１８の表面１８ａの第３の平面視において半導体層１８の表面１８ａに最も近い転位欠陥５５の部分から離れた半導体層１８の表面１８ａ上に形成すること（Ｓ１２，Ｓ３ｄ）は、半導体層１８の表面１８ａの第３の平面視において半導体層１８の表面１８ａに最も近い転位欠陥５５の部分を覆う島状の絶縁層３５を、半導体層１８の表面１８ａの第１の領域上に形成すること（Ｓ１２）と、第１の領域とは異なる半導体層１８の表面１８ａの第２の領域上にｐ型電極１６を形成すること（３ｄ）とを含んでもよい。ｐ型電極１６は、島状の絶縁層３５上にも形成されてもよい。島状の絶縁層３５を半導体層１８の表面１８ａの第１の領域上に形成すること（Ｓ１２）は、例えば、蒸着法またはスピンコーティング法などによって、半導体層１８の表面１８ａの全ての上に絶縁層３５を形成することと、半導体層１８の表面１８ａの第２の領域上の絶縁層３５をエッチングによって除去することとを含んでもよい。
【０１５６】
本実施の形態の半導体発光素子１０ｄ及びその製造方法は、実施の形態１の半導体発光素子１０及びその製造方法の効果に加えて、以下の効果を奏する。
【０１５７】
本実施の形態の半導体発光素子１０ｄは、基板１１とは反対側の半導体層１８の表面１８ａ上に、ｐ型電極１６をさらに備える。半導体層１８は、ｎ型半導体層１２とｐ型半導体層１４とをさらに含む。ｎ型半導体層１２は、活性領域１３に対して基板１１側に設けられている。ｐ型半導体層１４は、活性領域１３に対して基板１１とは反対側に設けられている。ｐ型電極１６は、ｐ型半導体層１４に接触している。半導体層１８は、ｎ型半導体層１２からｐ型半導体層１４に延在する転位欠陥５５を含む。半導体層１８の表面１８ａの第３の平面視において、ｐ型電極１６は、半導体層１８の表面１８ａに最も近い転位欠陥５５の部分から離れて配置されている。
【０１５８】
半導体層１８の表面１８ａの第３の平面視において、ｐ型電極１６は半導体層１８の表面１８ａに最も近い転位欠陥５５の部分から離れて配置されているため、ｎ型電極１５及びｐ型電極１６から半導体層１８の活性領域１３に注入される電流が転位欠陥５５にリークすることが防止され得る。そのため、半導体発光素子１０ｄの発光効率が増加し、ドループ現象が抑制される。本実施の形態の半導体発光素子１０ｄによれば、半導体発光素子１０ｄから放射される深紫外光１９の出力がさらに増加され得る。本実施の形態の半導体発光素子１０ｄは、長い寿命と高い信頼性とを有する。
【０１５９】
本実施の形態の半導体発光素子１０ｄは、半導体層１８の表面１８ａの第１の領域上に、島状の絶縁層３５をさらに備える。半導体層１８の表面１８ａの第３の平面視において、半導体層１８の表面１８ａに最も近い転位欠陥５５の部分は、半導体層１８の表面１８ａの第１の領域内に存在している。半導体層１８の表面１８ａの第３の平面視において、島状の絶縁層３５は半導体層１８の表面１８ａに最も近い転位欠陥５５の部分を覆っている。ｐ型電極１６は、第１の領域とは異なる半導体層１８の表面１８ａの第２の領域と島状の絶縁層３５とを覆っている。
【０１６０】
島状の絶縁層３５は、ｎ型電極１５及びｐ型電極１６から半導体層１８の活性領域１３に注入される電流が転位欠陥５５にリークすることを防止し得る。そのため、半導体発光素子１０ｄの発光効率が増加し、ドループ現象が抑制される。本実施の形態の半導体発光素子１０ｄによれば、半導体発光素子１０ｄから放射される深紫外光１９の出力がさらに増加され得る。本実施の形態の半導体発光素子１０ｄは、長い寿命と高い信頼性とを有する。
【０１６１】
本実施の形態の半導体発光素子１０ｄの製造方法は、半導体層１８の表面１８ａの第３の平面視における転位欠陥５５の位置を特定すること（Ｓ１１）をさらに備える。半導体層１８は、ｎ型半導体層１２とｐ型半導体層１４とをさらに含む。ｎ型半導体層１２は活性領域１３に対して基板１１側に設けられている。ｐ型半導体層１４は活性領域１３に対して基板１１とは反対側に設けられている。転位欠陥５５は、ｎ型半導体層１２からｐ型半導体層１４に延在している。本実施の形態の半導体発光素子１０ｄの製造方法は、ｐ型電極１６を、半導体層１８の表面１８ａの第３の平面視において半導体層１８の表面１８ａに最も近い転位欠陥５５の部分から離れた半導体層１８の表面１８ａ上に形成すること（Ｓ１２，Ｓ３ｄ）とをさらに備える。ｐ型電極１６は、ｐ型半導体層１４に接触している。
【０１６２】
半導体層１８の表面１８ａの第３の平面視において、ｐ型電極１６は半導体層１８の表面１８ａに最も近い転位欠陥５５の部分から離れて配置されているため、ｎ型電極１５及びｐ型電極１６から半導体層１８の活性領域１３に注入される電流が転位欠陥５５にリークすることが防止され得る。そのため、半導体発光素子１０ｄの発光効率が増加し、ドループ現象が抑制される。本実施の形態の半導体発光素子１０ｄの製造方法によれば、半導体発光素子１０ｄから放射される深紫外光１９の出力がさらに増加され得る。本実施の形態の半導体発光素子１０ｄの製造方法によれば、長い寿命と高い信頼性とを有する半導体発光素子１０ｄが製造され得る。
【０１６３】
本実施の形態の半導体発光素子１０ｄの製造方法では、ｐ型電極１６を、半導体層１８の表面１８ａの第３の平面視において半導体層１８の表面１８ａに最も近い転位欠陥５５の部分から離れた半導体層１８の表面１８ａ上に形成すること（Ｓ１２，Ｓ３ｄ）は、半導体層１８の表面１８ａの第３の平面視において半導体層１８の表面１８ａに最も近い転位欠陥５５の部分を覆う島状の絶縁層３５を半導体層１８の表面１８ａの第１の領域上に形成すること（Ｓ１２）と、第１の領域とは異なる半導体層１８の表面１８ａの第２の領域上にｐ型電極１６を形成すること（３ｄ）とを含んでもよい。半導体層１８の表面１８ａの第３の平面視において、半導体層１８の表面１８ａに最も近い転位欠陥５５の部分は第１の領域内に存在している。半導体層１８の表面１８ａの第３の平面視において、島状の絶縁層３５は半導体層１８の表面１８ａに最も近い転位欠陥５５の部分を覆っている。
【０１６４】
島状の絶縁層３５は、ｎ型電極１５及びｐ型電極１６から半導体層１８の活性領域１３に注入される電流が転位欠陥５５にリークすることを防止し得る。そのため、半導体発光素子１０ｄの発光効率が増加し、ドループ現象が抑制される。本実施の形態の半導体発光素子１０ｄの製造方法によれば、半導体発光素子１０ｄから放射される深紫外光１９の出力がさらに増加され得る。本実施の形態の半導体発光素子１０ｄの製造方法によれば、長い寿命と高い信頼性とを有する半導体発光素子１０ｄが製造され得る。
【０１６５】
（実施の形態５）
図２６を参照して、実施の形態５に係る半導体発光素子１０ｅを説明する。本実施の形態の半導体発光素子１０ｅは、実施の形態４の半導体発光素子１０ｄと同様の構成を備え、同様の効果を奏するが、以下の点で主に異なる。
【０１６６】
本実施の形態の半導体発光素子１０ｅでは、半導体層１８の表面１８ａの第３の平面視において、ｐ型電極１６は、半導体層１８の表面１８ａに最も近い転位欠陥５５の部分から離れて配置されている。特定的には、ｐ型電極１６は、貫通孔５７を有している。半導体層１８の表面１８ａの第３の平面視において、半導体層１８の表面１８ａに最も近い転位欠陥５５の部分は、貫通孔５７内に存在している。半導体層１８の表面１８ａの第１の領域は、貫通孔５７を通して、ｐ型電極１６から露出している。ｐ型電極１６は、第１の領域とは異なる半導体層１８の表面１８ａの第２の領域上に設けられている。ｐ型電極１６は、半導体層１８の表面１８ａの第２の領域に接触している。ｐ型電極１６は、半導体層１８の表面１８ａの第１の領域に接触していない。半導体層１８の表面１８ａの第３の平面視において、半導体層１８の表面１８ａに最も近い転位欠陥５５の部分は、半導体層１８の表面１８ａの第２の領域内に存在していない。
【０１６７】
半導体層１８の表面１８ａの第３の平面視において、貫通孔５７は、特に限定されないが、矩形の形状を有してもよく、円形の形状を有してもよい。半導体層１８の表面１８ａの第３の平面視における、ｐ型電極１６と半導体層１８の表面１８ａに最も近い転位欠陥５５の部分との間の最短距離ｄ6は、１０μｍ以上であってもよく、２０μｍ以上であってもよく、３０μｍ以上であってもよい。半導体層１８の表面１８ａの第３の平面視における、ｐ型電極１６と半導体層１８の表面１８ａに最も近い転位欠陥５５の部分との間の最短距離ｄ6を１０μｍ以上に設定することによって、ｎ型電極１５及びｐ型電極１６から注入される電流が転位欠陥５５にリークすることが確実に防止され得る。半導体層１８の表面１８ａの第３の平面視における、ｐ型電極１６と半導体層１８の表面１８ａに最も近い転位欠陥５５の部分との間の最短距離ｄ6は、１００μｍ以下であってもよく、５０μｍ以下であってもよい。半導体層１８の表面１８ａの第３の平面視における、ｐ型電極１６と半導体層１８の表面１８ａに最も近い転位欠陥５５の部分との間の最短距離ｄ6を１００μｍ以下に設定することによって、ｐ型電極１６と半導体層１８（またはｐ型半導体層１４）との間の接触面積が小さくなって半導体発光素子１０ｅの発光効率が低下することとが防止される。
【０１６８】
図２６及び図２７を参照して、実施の形態５に係る半導体発光素子１０ｅの製造方法を説明する。本実施の形態の半導体発光素子１０ｅの製造方法は、実施の形態４の半導体発光素子１０ｄの製造方法と同様の工程を備えるが、以下の点で主に異なる。
【０１６９】
本実施の形態の半導体発光素子１０ｅの製造方法は、半導体層１８の表面１８ａの第３の平面視における転位欠陥５５の位置を特定すること（Ｓ１１）の後に、ｐ型電極１６を、半導体層１８の表面１８ａの第３の平面視において半導体層１８の表面１８ａに最も近い転位欠陥５５の部分から離れた半導体層１８の表面１８ａの第２の領域上に形成すること（Ｓ３ｅ）を備えている。ｐ型電極１６は、ｐ型半導体層１４に接触している。ｐ型電極１６を、半導体層１８の表面１８ａの第３の平面視において半導体層１８の表面１８ａに最も近い転位欠陥５５の部分から離れた半導体層１８の表面１８ａの第２の領域上に形成すること（Ｓ３ｅ）は、例えば、蒸着法などによって、半導体層１８の表面１８ａの全ての上にｐ型電極１６を形成することと、半導体層１８の表面１８ａの第１の領域上のｐ型電極１６をエッチングによって除去して、貫通孔５７を形成することとを含んでもよい。
【０１７０】
（実施の形態６）
図２８を参照して、実施の形態６に係る発光モジュール１ｇを説明する。本実施の形態の発光モジュール１ｇは、実施の形態１の発光モジュール１と同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。
【０１７１】
本実施の形態の発光モジュール１ｇは、パッケージ（３０，６０）の外側に配置されたポンプ６６と、配管６７とをさらに備えてもよい。配管６７は、液体６２が収容されるパッケージ（３０，６０）の内部空間と、ポンプ６６とを接続する。ポンプ６６及び配管６７は、液体６２がパッケージ（３０，６０）の内部空間と配管６７とを循環するように構成されている。ポンプ６６は、基台３０の一端から、パッケージ（３０，６０）の内側空間にある液体６２を排出する。基台３０の一端から排出された液体６２は冷却される。冷却された液体６２は、基台３０の他端から、パッケージ（３０，６０）の内側空間に注入される。
【０１７２】
本実施の形態の発光モジュール１ｇは、実施の形態１の発光モジュール１の効果に加えて、以下の効果を奏する。
【０１７３】
本実施の形態の発光モジュール１ｇは、パッケージ（３０，６０）の外側に配置されたポンプ６６と、配管６７とをさらに備えている。配管６７は、液体６２が収容されるパッケージ（３０，６０）の内部空間と、ポンプ６６とを接続する。ポンプ６６及び配管６７は、液体６２がパッケージ（３０，６０）の内部空間と配管６７とを循環するように構成されている。ポンプ６６は、パッケージ（３０，６０）の内側空間にある液体６２を排出する。排出された液体６２は冷却される。ポンプ６６は、冷却された液体６２を、パッケージ（３０，６０）の内側空間に注入する。そのため、半導体発光素子１０が深紫外光１９を放射している間に液体６２の温度が上昇することがさらに抑制される。本実施の形態の発光モジュール１ｇによれば、発光モジュール１ｇから放射される深紫外光１９の出力がさらに増加され得る。本実施の形態の発光モジュール１ｇは、長い寿命と高い信頼性とを有する。
【０１７４】
今回開示された実施の形態１−６はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。矛盾のない限り、今回開示された実施の形態１−６の少なくとも２つを組み合わせてもよい。例えば、実施の形態１，６における発光モジュール１，１ｇは、半導体発光素子１０に代えて、実施の形態２から実施の形態５の半導体発光素子１０ｂ−１０ｅのいずれかを備えてもよい。本発明の範囲は、上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。
【符号の説明】
【０１７５】
１，１ｇ  発光モジュール、１０，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ  半導体発光素子、１１  基板、１１ａ  第１の主面、１１ｂ  第２の主面、１２  ｎ型半導体層、１３  活性領域、１４  ｐ型半導体層、１４ａ  第１のｐ型半導体層、１４ｂ  第２のｐ型半導体層、１５  ｎ型電極、１６  ｐ型電極、１７  周期的凹凸構造、１７ａ，１７ｂ  突起部、１８  半導体層、１８ａ  表面、１９  深紫外光、２０  サブマウント、２１  第１の導電パッド、２２  第２の導電パッド、２５  接合部材、３０  基台、３３，３４  導電ワイヤ、３５  絶縁層、３６，３８  導電パッド、３７，３９  電気配線、４１  第１の層、４１ａ  第３凹部、４２  第２の層、４２ａ  第２凹部、４３  第３の層、４３ａ  第１凹部、４３ｂ  残膜、４５  モールド、４６  光、４７  第４の層、４７ａ  第１の部分、４７ｂ  第２の部分、４８  柱状構造体、５０  微細構造、５５  転位欠陥、５７  貫通孔、６０  透明部材、６２  液体、６６  ポンプ、６７  配管。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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