(57)【要約】      （修正有）【課題】発光ダイオードの光取り出し効率を向上できる基板を提供する。【解決手段】半導体発光素子ＬＣは、一方の面に複数の六角錐状の凸部１１０ｂが設けられた基板１１０と、凸部１１０ｂが設けられた面に接触するように設けられた下地層１３０と、下地層１３０に接触して設けられるｎ型半導体層１４０と、ｎ型半導体層１４０に接触して設けられる発光層１５０と、発光層１５０に接触して設けられるｐ型半導体層１６０とを備えている。凸部１１０ｂは、半導体発光素子ＬＣ内において、横方向および斜め方向に向かう光を散乱し、半導体発光素子ＬＣからの光取り出し効率を向上させる。【選択図】図１
2011129718.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体層を積層するための基板であって、
前記半導体層が積層される面に六角錐状の複数の凸部を設け、当該複数の凸部のそれぞれの底面の辺が、隣接する凸部の底面の辺と平行に設定されている
ことを特徴とする基板。
【請求項２】
前記基板に設けられた前記複数の凸部は、当該複数の凸部のうち互いに隣接する３つの凸部の底面の中心が三角形の頂点に位置し、当該三角形が繰り返されることにより配置されることを特徴とする請求項１に記載の基板。
【請求項３】
前記基板がＣ面を主面とするサファイア単結晶であることを特徴とする請求項１または２に記載の基板。
【請求項４】
前記複数の凸部のそれぞれの六角錐状の凸部の底辺の対向する２辺が、前記基板のＡ軸に平行になるように設けられていることを特徴とする請求項３に記載の基板。
【請求項５】
前記複数の凸部のそれぞれの六角錐状の凸部の底辺の対向する２辺が、前記基板のＡ軸と直交するように設けられていることを特徴とする請求項３に記載の基板。
【請求項６】
一方の面に六角錐状の複数の凸部を設け、前記複数の凸部のそれぞれの底面の辺と、隣接する凸部の底面の辺とが平行に設定されている基板と、
前記基板の前記一方の面上にエピタキシャル成長させたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と
を備えることを特徴とするテンプレート基板。
【請求項７】
前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、ガリウム（Ｇａ）と窒素（Ｎ）とを組成に含む化合物半導体であることを特徴とする請求項６に記載のテンプレート基板。
【請求項８】
一方の面に六角錐状の複数の凸部を設け、前記複数の凸部のそれぞれの底面の辺と、隣接する凸部の底面の辺とが平行に設定されている基板と、
前記基板上に設けられ、予め定められた波長の光を発する発光層を含む積層半導体層と
を備えることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項９】
基板の一方の面上に、相向かい合う辺が平行となるように底面が隣接するように設定された六角錐状の複数の凸部を設ける基板加工工程と、
前記基板上に、予め定められた波長の光を発する発光層を含む積層半導体層を形成する積層半導体層形成工程と
を含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記基板加工工程は、六角錐状の凸部の底面形状と相似な平面形状の複数のマスクを形成するマスク形成工程と、
ドライエッチングにより、前記マスクの平面形状を縮小させながら前記複数の凸部を形成する基板エッチング工程と
を含むこと特徴とする請求項９に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１１】
一方の面に六角錐状の複数の凸部を設け、前記複数の凸部のそれぞれの底面の辺と、隣接する凸部の底面の辺とが平行に設定されている基板と、前記基板上に設けられ、予め定められた波長の光を発する発光層を含む積層半導体層とを備える半導体発光素子が組み込まれていることを特徴とする照明装置。
【請求項１２】
一方の面に六角錐状の複数の凸部を設け、前記複数の凸部のそれぞれの底面の辺と、隣接する凸部の底面の辺とが平行に設定されている基板と、前記基板上に設けられ、予め定められた波長の光を発する発光層を含む積層半導体層とを備える半導体発光素子が組み込まれていることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板、テンプレート基板、半導体発光素子、半導体発光素子の製造方法、半導体発光素子を用いた照明装置および電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体発光素子の進展が目覚しい。特に、短波長光用の半導体材料として、ＧａＮ系化合物半導体が注目を集めている。ＧａＮ系化合物半導体は、サファイア単結晶を始めとして、種々の酸化物やＩＩＩ−Ｖ族化合物を基板として、その上に有機金属気相化学反応法（ＭＯＣＶＤ法）や分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ法）等によって形成される。
【０００３】
ＧａＮ系化合物半導体を用いた半導体発光素子では、基板上にｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層からなる発光ダイオード（ＬＥＤ）構造を有する積層半導体層を形成し、最上部のｐ型半導体層に設けたｐ電極側に発光層から発した光を取り出している。
このような半導体発光素子から取り出される光の効率は、外部量子効率として表される。外部量子効率は、内部量子効率と光取り出し効率とを掛け合わせたものである。内部量子効率は、半導体発光素子に注入した電気的エネルギのうち、光に変換される割合である。そして、光取り出し効率は、半導体発光素子の内部で発生した光のうち、外部へ取り出すことができる割合である。
光取り出し効率を低下させる要因として、発光層から発した光の一部が、基板とｎ型半導体層の界面およびｐ電極と空気との界面で全反射して横方向に伝搬し、外部に取り出せないことがある。
このため、基板とｎ型半導体層との界面に突起等の凸部（突出部）を設け、横方向に伝搬する光を凸部により散乱させ、光取り出し効率を向上させる方法が注目を集めている。凸部を設けたサファイア基板は、パターン化したサファイア基板（ＰＳＳ：Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ  Ｓａｐｐｈｉｒｅ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）と呼ばれている。
【０００４】
特許文献１には、基板の表面部分に凸部が形成され、凸部の側面に形成される傾斜面には、基板の底面側から少なくとも第１の傾斜面、及び第２の傾斜面が備えられており、第１の傾斜面における底面に対する傾斜角θ１と第２の傾斜面における底面に対する傾斜角θ２の関係をθ１＞θ２として、凸部における溝等の発生を第１の傾斜面でとめることにより、ピットやボイドの発生を抑制した発光素子が記載されている。
特許文献２には、突出部全体が曲面であって、上部及び側部の区別がなく、平坦面が存在しない曲面状であって、曲面状突出部の表面がＩＩＩ族窒化物系化合物半導体の結晶成長方向（ｃ軸）と異なる結晶成長面からなることから、突出部の表面ではＩＩＩ族窒化物系化合物半導体の成長がよく行われず、これにより平坦化膜を得るための厚さが相対的に薄くなる発光素子が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１０１５６６号公報
【特許文献２】特開２００５−１２９８９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、基板上に設けた突起等の凸部を多くして、基板上に密に配置するほど光取り出し効率が向上する。しかし、凸部の平面形状が円形である場合、凸部間の距離を狭くしていくと、基板上に積層する半導体層において、隣接する２つの凸部がもっとも近接した部分に転移が発生し、結晶性が悪くなってしまっていた。このため、表面が平坦になるまでに積層する半導体層の厚さが厚くなってしまっていた。
本発明は、半導体層を積層する基板上に凸部をより密に配置し、光取り出し効率を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる目的のもと、本発明が適用される基板は、半導体層を積層するための基板であって、半導体層が積層される面に六角錐状の複数の凸部を設け、複数の凸部のそれぞれの底面の辺が、隣接する凸部の底面の辺と平行に設定されている。
そして、基板に設けられた複数の凸部は、複数の凸部のうち互いに隣接する３つの凸部の底面の中心が三角形の頂点に位置し、三角形が繰り返されることにより配置されることを特徴とすることができる。
【０００８】
また、基板がＣ面を主面とするサファイア単結晶であることを特徴とすることができる。
そして、複数の凸部のそれぞれの六角錐状の凸部の底辺の対向する２辺が、基板のＡ軸に平行になるように設けられていることを特徴とすることができる。これに代えて、複数の凸部のそれぞれの六角錐状の凸部の底辺の対向する２辺が、基板のＡ軸と直交するように設けられていることを特徴としてもよい。
【０００９】
本発明が適用されるテンプレート基板は、一方の面に六角錐状の複数の凸部を設け、複数の凸部のそれぞれの底面の辺と、隣接する凸部の底面の辺とが平行に設定されている基板と、基板の一方の面上にエピタキシャル成長させたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体とを備えている。
そして、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、ガリウム（Ｇａ）と窒素（Ｎ）とを組成に含む化合物半導体であることを特徴とすることができる。
【００１０】
さらに、本発明が適用される半導体発光素子は、一方の面に六角錐状の複数の凸部を設け、複数の凸部のそれぞれの底面の辺と、隣接する凸部の底面の辺とが平行に設定されている基板と、基板上に設けられ、予め定められた波長の光を発する発光層を含む積層半導体層とを備えている。
【００１１】
また、他の観点から捉えると、本発明が適用される半導体発光素子の製造方法は、基板の一方の面上に、相向かい合う辺が平行となるように底面が隣接するように設定された六角錐状の複数の凸部を設ける基板加工工程と、基板上に、予め定められた波長の光を発する発光層を含む積層半導体層を形成する積層半導体層形成工程とを含んでいる。
そして、半導体発光素子の製造方法における基板加工工程は、六角錐状の凸部の底面形状と相似な平面形状の複数のマスクを形成するマスク形成工程と、ドライエッチングにより、マスクの平面形状を縮小させながら複数の凸部を形成する基板エッチング工程とを含むことを特徴とすることができる。
【００１２】
さらに、他の観点から捉えると、本発明が適用される照明装置は、一方の面に六角錐状の複数の凸部を設け、複数の凸部のそれぞれの底面の辺と、隣接する凸部の底面の辺とが平行に設定されている基板と、基板上に設けられ、予め定められた波長の光を発する発光層を含む積層半導体層とを備える半導体発光素子が組み込まれている。
また、本発明が適用される電子機器は、一方の面に六角錐状の複数の凸部を設け、複数の凸部のそれぞれの底面の辺と、隣接する凸部の底面の辺とが平行に設定されている基板と、基板上に設けられ、予め定められた波長の光を発する発光層を含む積層半導体層とを備える半導体発光素子が組み込まれている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、半導体層を積層する基板上に凸部をより密に配置することができ、半導体発光素子の光取り出し効率を向上させることができる。
さらに、六角錐状の凸部の底面（六角形）の二辺がサファイアのＡ軸（＜１１−２０＞方向）に平行になるように凸部を基板上に配置し下地層を成長させると、結晶成長の初期（ＧａＮのＣ面が凸部の頂点に達するまで）には結晶性に優れた結晶成長膜が得られ、優れたエピタキシャル膜付きのテンプレート基板が製造される。
また、六角錐状の凸部の底面（六角形）の二辺がサファイアのＡ軸（＜１１−２０＞方向）に直交するように凸部を基板上に配置して下地層を成長させると、結晶成長の中期以降（ＧａＮのＣ面が凸部の高さ以上の位置まで）には結晶性に優れた結晶成長膜が得られ、優れたエピタキシャル膜付きのテンプレート基板が製造される。
このような、結晶性に優れたテンプレート基板を用いて発光層を形成することにより、光取り出し効率の優れた高出力の半導体発光素子、それを組み込んだ照明装置及び電子機器が製造できる。
なお、本明細書においては、結晶方位を表すための面指数に−を付した数字は、アッパーバー（上線）を付したものを指す。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施の形態における半導体発光素子の一例の断面図である。
【図２】本実施の形態における基板の凸部の配置および形状の一例を示す図である。
【図３】本実施の形態おける他の凸部の配置の一例を示す図である。
【図４】本実施の形態における半導体発光素子の製造方法を説明するフローチャートである。
【図５】本実施の形態の半導体発光素子の製造方法における各工程の途上における断面図である。
【図６】図５（ｆ）に示す状態における基板の表面を示す図である。
【図７】本実施の形態における凸部を形成した基板上に下地層を形成する状態を示す図である。
【図８】本実施の形態における他の凸部を形成した基板上に下地層を形成する状態を示す図である。
【図９】本実施の形態とは異なる凸部の形状を示す図である。
【図１０】本実施の形態における半導体発光素子をパッケージに実装した半導体発光装置１の構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に示す図面は、正確な縮尺に基づいていない。
【００１６】
＜半導体発光素子ＬＣの構成＞
図１は、本実施の形態における半導体発光素子ＬＣの一例の断面図である。
この、半導体発光素子ＬＣに用いられる化合物半導体としては、特に限定されるものではなく、例えば、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体、ＩＶ−ＩＶ族化合物半導体等が挙げられる。以下では、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体である、Ｇａを含むＩＩＩ族窒化物系化合物半導体（ＧａＮ系化合物半導体）を有する、青色光を発する半導体発光素子ＬＣを例に挙げて説明する。
【００１７】
半導体発光素子ＬＣは、一方の面に複数の凸部１１０ｂが設けられた基板１１０と、凸部１１０ｂが設けられた面に接触するように設けられた下地層１３０と、下地層１３０に接触して設けられるｎ型半導体層１４０と、ｎ型半導体層１４０に接触して設けられる発光層１５０と、発光層１５０に接触して設けられるｐ型半導体層１６０とを備えている。
ここで、ｎ型半導体層１４０は、下地層１３０側に設けられるｎ型コンタクト層１４０ａと発光層１５０側に設けられるｎ型クラッド層１４０ｂとを有している。また、発光層１５０は、障壁層１５０ａと井戸層１５０ｂとが交互に積層され、２つの障壁層１５０ａによって１つの井戸層１５０ｂを挟み込んだ構造を有している。さらに、ｐ型半導体層１６０は、発光層１５０側に設けられるｐ型クラッド層１６０ａと最上層に設けられるｐ型コンタクト層１６０ｂとを有している。
なお、以下の説明においては、下地層１３０、ｎ型半導体層１４０、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０を、まとめて積層半導体層１００と称する。
【００１８】
さらに、半導体発光素子ＬＣは、ｐ型コンタクト層１６０ｂ上に透明電極１７０と、さらにその上にｐ電極１８０とを備えている。さらに、ｎ型コンタクト層１４０ａに形成された露出領域１４０ｃにｎ電極１９０を備えている。
【００１９】
半導体発光素子ＬＣは、例えば３５０μｍ角である。しかしながら、半導体発光素子ＬＣのサイズは任意に選ばれ、正方形型の他に、例えば２４０μｍ×５００μｍとする長方形型も用いられる。
【００２０】
（基板１１０）
基板１１０は、ＩＩＩ族窒化物系化合物半導体とは異なる材料から構成され、基板１１０上にＩＩＩ族窒化物系化合物半導体結晶がエピタキシャル成長される。基板１１０を構成する材料としては、例えば、サファイア、炭化珪素（シリコンカーバイド：ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、シリコン、酸化マグネシウム、酸化マンガン、酸化ジルコニウム、酸化マンガン亜鉛鉄、酸化マグネシウムアルミニウム、ホウ化ジルコニウム、酸化ガリウム、酸化インジウム、酸化リチウムガリウム、酸化リチウムアルミニウム、酸化ネオジウムガリウム、酸化ランタンストロンチウムアルミニウムタンタル、酸化ストロンチウムチタン、酸化チタン、ハフニウム、タングステン、モリブデン、溶融石英（石英）などのガラス等が挙げられる。これらの中でも、サファイアが好ましい。
【００２１】
基板１１０の下地層１３０が積層される表面１１０ａには、複数の凸部１１０ｂが設けられている。凸部１１０ｂは、後述するように、六角錐状に形成されている。
凸部１１０ｂは、基板１１０を加工して形成されてもよく、基板１１０とは異なる材料にて構成されてもよい。基板１１０にサファイアを用いた場合、基板１１０と異なる材料としては、窒化ガリウム（ＧａＮ）、炭化珪素（シリコンカーバイド：ＳｉＣ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などを用いうる。
以下では、基板１１０を加工して凸部１１０ｂを構成するとして説明する。なお、凸部１１０ｂが基板１１０を加工して形成された場合、基板１１０の用語を、凸部１１０ｂを加工する前の状態および凸部１１０ｂが形成された状態の両方において使用する。
六角錐状の凸部１１０ｂは、例えば、底面が直径０．１μｍ〜５μｍ、好ましくは直径０．５μｍ〜３μｍ、さらに好ましくは直径１μｍ〜２．５μｍの円に内接する正六角形である。隣接する２つの凸部１１０ｂの中心間距離は０．２５μｍ〜１０μｍ、好ましくは０．５μｍ〜５μｍ、さらに好ましくは１μｍ〜３μｍである。そして、凸部１１０ｂの高さは０．１μｍ〜３μｍ、好ましくは０．３μｍ〜２μｍ、さらに好ましくは０．５μｍ〜１μｍである。
凸部１１０ｂの構成については、後に詳述する。
【００２２】
（中間層）
中間層（バッファ層とも呼ばれる。）は、図１には示していないが、基板１１０上に好ましく形成され、中間層を介して後述する下地層１３０が形成される。中間層は、例えば、多結晶のＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）（例えば、代表的にはＡｌＮが用いられる。）からなる厚さ０．０１μｍ〜０．５μｍのものとすることができる。また、中間層は、多結晶のほか、単結晶のＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）のものがより好ましい。中間層の厚みが０．０１μｍ未満であると、中間層により基板１１０と下地層１３０との格子定数の違いを緩和する効果が十分に得られない場合がある。また、中間層の厚みが０．５μｍを超えると、中間層としての機能には変化が無いのにも関わらず、中間層の成膜処理時間が長くなり、生産性が低下するおそれがある。なお、本発明においては、中間層の形成を行うことが好ましいが、必ずしも行わなくても良い。
【００２３】
（下地層１３０）
下地層１３０に用いる材料としては、ＧａＮ系化合物半導体が用いられ、特に、ＧａＮ又はＡｌＧａＮを好適に用いることができる。
下地層１３０は、基板１１０の平坦な表面１１０ａからエピタキシャル成長する。そして、凸部１１０ｂの間を埋めるように成長していく。さらに、凸部１１０ｂの先端を超えて成長し、基板１１０表面の全面を覆うようになる。なお、中間層が設けられた場合でも、下地層１３０は、基板１１０の平坦な表面１１０ａ上の中間層からエピタキシャル成長し、凸部１１０ｂの間を埋める。
下地層１３０の膜厚は、凸部１１０ｂの高さより大きく、０．２μｍ以上、好ましくは０．５μｍ以上、さらに好ましくは１μｍ以上である。また、下地層１３０の膜厚は、生産性の点から、好ましくは１０μｍ以下がよい。
【００２４】
下地層１３０の結晶性をよくするためには、下地層１３０は不純物を添加されない方が好ましい。
【００２５】
（ｎ型半導体層１４０）
ｎ型半導体層１４０は、ｎ型コンタクト層１４０ａおよびｎ型クラッド層１４０ｂから構成されている。
ここで、ｎ型コンタクト層１４０ａとしては、下地層１３０と同様にＧａＮ系化合物半導体が用いられる。また、下地層１３０およびｎ型コンタクト層１４０ａを構成するＧａＮ系化合物半導体は同一組成であることが好ましく、これらの合計の膜厚を０．１μｍ〜２０μｍ、好ましくは０．５μｍ〜１５μｍ、さらに好ましくは１μｍ〜１２μｍの範囲に設定することが好ましい。
また、ｎ型コンタクト層１４０ａにはｎ型不純物がドープされていることが好ましく、ｎ型不純物を１×１０１７／ｃｍ３〜１×１０２０／ｃｍ３、好ましくは１×１０１８／ｃｍ３〜１×１０１９／ｃｍ３の濃度で含有すると、ｎ電極１９０との良好なオーミック接触を維持できる点で好ましい。ｎ型不純物としては、特に限定されないが、例えば、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｎ等が挙げられ、好ましくはＳｉおよびＧｅが挙げられる。
【００２６】
一方、ｎ型クラッド層１４０ｂは、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮ等によって形成することが可能である。なお、本明細書中には、ＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮについて、各元素の組成比を省略した形で記述する場合がある。また、これらの構造をヘテロ接合したものや複数回積層した超格子構造を採用してもよい。
ｎ型クラッド層１４０ｂの膜厚は、好ましくは５ｎｍ〜５００ｎｍ、より好ましくは５ｎｍ〜１００ｎｍの範囲である。ｎ型クラッド層１４０ｂのｎ型不純物の濃度は１×１０１７／ｃｍ３〜１×１０２０／ｃｍ３が好ましく、より好ましくは１×１０１８／ｃｍ３〜１×１０１９／ｃｍ３である。ｎ型不純物の濃度がこの範囲であると、良好な結晶性の維持および発光素子の動作電圧低減の点で好ましい。
【００２７】
（発光層１５０）
発光層１５０は、ＧａＮ系化合物半導体からなる障壁層１５０ａと、Ｉｎを含有するＧａＮ系化合物半導体からなる井戸層１５０ｂとが交互に繰り返して積層され、且つ、ｎ型半導体層１４０側及びｐ型半導体層１６０側にそれぞれ障壁層１５０ａが配される順で積層して形成される。本実施の形態において、発光層１５０は、６層の障壁層１５０ａと５層の井戸層１５０ｂとが交互に繰り返して積層され、発光層１５０の最上層及び最下層に障壁層１５０ａが配され、各障壁層１５０ａ間に井戸層１５０ｂが配される構成となっている。
【００２８】
井戸層１５０ｂには、Ｉｎを含有するＧａＮ系化合物半導体として、例えば、Ｇａ１−ｓＩｎｓＮ（０＜ｓ＜０．４）等を用いることができる。
また、障壁層１５０ａとしては、例えば、井戸層１５０ｂよりもバンドギャップエネルギーが大きいＡｌｃＧａ１−ｃＮ（０≦ｃ≦０．３）等のＧａＮ系化合物半導体を好適に用いることができる。
井戸層１５０ｂの膜厚としては、特に限定されないが、量子効果の得られる程度の膜厚であることが好ましい。
【００２９】
（ｐ型半導体層１６０）
ｐ型半導体層１６０は、ｐ型クラッド層１６０ａおよびｐ型コンタクト層１６０ｂから構成される。ｐ型クラッド層１６０ａとしては、好ましくは、ＡｌｄＧａ１−ｄＮ（０＜ｄ≦０．４）のものが挙げられる。ｐ型クラッド層１６０ａの膜厚は、好ましくは１ｎｍ〜４００ｎｍであり、より好ましくは５ｎｍ〜１００ｎｍである。ｐ型クラッド層１６０ａのｐ型不純物の濃度は、１×１０１８／ｃｍ３〜１×１０２１／ｃｍ３が好ましく、より好ましくは１×１０１９／ｃｍ３〜５×１０２０／ｃｍ３である。ｐ型不純物の濃度が上記範囲であると、結晶性を低下させることなく良好なｐ型半導体結晶が得られる。
一方、ｐ型コンタクト層１６０ｂとしては、ＡｌｅＧａ１−ｅＮ（０≦ｅ＜０．５）等のＧａＮ系化合物半導体層が挙げられる。ｐ型コンタクト層１６０ｂの膜厚は、特に限定されないが、１０ｎｍ〜５００ｎｍが好ましく、より好ましくは５０ｎｍ〜２００ｎｍである。ｐ型不純物を１×１０１８／ｃｍ３〜１×１０２１／ｃｍ３の濃度、好ましくは５×１０１９／ｃｍ３〜５×１０２０／ｃｍ３の濃度で含有していると、良好なオーミック接触の維持、クラック発生の防止、良好な結晶性の維持の点で好ましい。ｐ型不純物としては、特に限定されないが、例えば好ましくはＭｇが挙げられる。
【００３０】
（透明電極１７０）
透明電極１７０を構成する材料としては、例えば、ＩＺＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯ）、ＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２）、ＡＺＯ（ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３）、ＧＺＯ（ＺｎＯ−Ｇａ２Ｏ３）等の従来公知の材料が挙げられる。また、透明電極１７０の構造は特に限定されず、従来公知の構造を採用することができる。透明電極１７０は、ｐ型半導体層１６０上のほぼ全面を覆うように形成しても良く、格子状や樹形状に形成しても良い。
【００３１】
（ｐ電極１８０）
透明電極１７０上に形成され、透明電極１７０とオーミック接触するｐ電極１８０は、例えば、従来公知のＡｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｃｕ等の材料から構成される。ｐ電極１８０の構造は特に限定されず、従来公知の構造を採用することができる。
ｐ電極１８０の厚さは、例えば１００ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲内であり、好ましくは３００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内である。
【００３２】
（ｎ電極１９０）
ｎ電極１９０は、ｎ型半導体層１４０のｎ型コンタクト層１４０ａにオーミック接触している。すなわち、積層半導体層１００（下地層１３０、ｎ型半導体層１４０、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０）のｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０の一部を除去し、ｎ型コンタクト層１４０ａの露出領域１４０ｃを形成し、この上にｎ電極１９０が設けられている。
ｎ電極１９０の材料としては、ｐ電極１８０と同じ組成・構造でもよく、各種組成および構造のｎ電極が従来公知であり、これらのｎ電極を何ら制限無く用いることができ、この技術分野で従来公知の手段で設けることができる。
【００３３】
＜半導体発光素子ＬＣの発光動作＞
図１に示す半導体発光素子ＬＣの発光動作について説明する。
半導体発光素子ＬＣの外部に設けられた端子から、半導体発光素子ＬＣのｐ電極１８０からｎ電極１９０に向かう電流を流す。すると、ｐ電極１８０からｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０を介してｎ電極１９０に向かって電流が流れ、発光層１５０は四方に向けて青色光を出射する。ここで、図１には、透明電極１７０側に向かう矢印Ａ方向の光および下地層１３０側に向かう矢印Ｂ方向の光を例示している。
【００３４】
発光層１５０から出射される光のうち透明電極１７０側に向かう矢印Ａ方向の光は、ｐ型半導体層１６０、透明電極１７０を透過し、矢印Ｃ方向の光となって半導体発光素子ＬＣの外部に出射される。
発光層１５０から出射される光のうち下地層１３０側に向かう矢印Ｂ方向の光は、ｎ型半導体層１４０、下地層１３０、基板１１０を透過し、半導体発光素子ＬＣが実装されるパッケージまたは回路基板（不図示）にて吸収される。
【００３５】
しかし、前述したように、発光層１５０は、矢印Ａ方向および矢印Ｂ方向へ向かう光のみならず、図１において横方向および斜め方向に向かう光も出射する。
ここで、凸部１１０ｂを設けない場合には、下地層１３０と基板１１０との界面に斜め入射した光のうち、臨界角以上の光は下地層１３０と基板１１０との界面にて全反射する。下地層１３０と基板１１０との界面にて全反射した光は、透明電極１７０と空気との界面にて全反射する。そして、再び下地層１３０と基板１１０との界面において全反射する。このように、下地層１３０と基板１１０との界面および透明電極１７０と空気との界面で全反射を繰り返す。このため、半導体発光素子ＬＣの中を横方向に伝搬する光となってしまう。この結果、半導体発光素子ＬＣからの光取り出し効率が低下することになっていた。
【００３６】
なお、下地層１３０がＧａＮである場合、ＧａＮの青の領域での屈折率は２．４、基板１１０がサファイアである場合、サファイアの青の領域での屈折率は１．７８である。よって、下地層１３０と基板１１０との界面において、入射角４７．９°以上の光が全反射する。
一方、透明電極１７０がＩＺＯである場合、ＩＺＯの青の領域での屈折率は２．１〜２．１５である。よって、透明電極１７０と空気との界面において、入射角２８．４°以上の光が全反射する。
よって、入射角４７．９°以上の光が上記２つの界面の間で全反射を繰り返し、半導体発光素子ＬＣの中を横方向に伝搬することになる。
なお、積層半導体層１００を構成する下地層１３０、ｎ型半導体層１４０、発光層１５０、ｐ型半導体層１６０は、いずれもＧａＮ系化合物半導体にて構成されているので屈折率差が小さく、これらの層の界面での反射は生じにくい。同様に、ｐ型半導体層１６０と透明電極１７０との屈折率差は小さく、反射を生じにくい。
【００３７】
これに対し、基板１１０上に凸部１１０ｂを設けると、基板１１０の平坦な表面１１０ａで全反射した光の一部は、凸部１１０ｂにより散乱され、半導体発光素子ＬＣの中を横方向に伝搬することが阻害される。これにより、半導体発光素子ＬＣからの光取り出し効率の向上が図れる。
よって、多数の凸部１１０ｂを基板１１０に密に配置するほど、半導体発光素子ＬＣからの光取り出し効率が向上することになる。
【００３８】
＜基板１１０上の凸部１１０ｂの配置と形状＞
図２は、本実施の形態における基板１１０における凸部１１０ｂの配置および形状の一例を示す図である。図２（ａ）は、基板１１０における凸部１１０ｂの配置を示す図であり、図２（ｂ）は、基板１１０における凸部１１０ｂの形状を示す斜視図である。
図２（ａ）および（ｂ）に示すように、凸部１１０ｂは、六角錐状である。凸部１１０ｂは、底面が六角形で、底面から頂点に向かって先がとがっている。凸部１１０ｂは、幾何学的に完全な六角錐である必要はなく、加工上の理由等から角が丸みを帯びていてもよい。また、凸部１１０ｂは、六角錐の頂点に近い部分において、角がとれて円錐状になっていてもよい。ここでは、これらの形状を含めて、凸部１１０ｂの形状を六角錐状と呼ぶ。
【００３９】
凸部１１０ｂの底面は、例えば、図２（ａ）に示すように、正六角形である。そして、隣接する凸部１１０ｂは、その底面の中心が、正三角形２１０の頂点に置かれるように配置されている。これにより、凸部１１０ｂの底面の六角形の辺は、隣接する凸部１１０ｂの底面の六角形の辺と互いに平行になっている。そして、隣接する２つの凸部１１０ｂにおいて、それぞれの底面の六角形の辺の間隔Ｗが一定になっている。
上述したように凸部１１０ｂを配置すると、凸部１１０ｂを基板１１０に密に配置することができて好ましい。
以下では、基板１１０が例えばサファイアであるとし、凸部１１０ｂの部分を除く、平坦な表面１１０ａがサファイアのＣ面であるとして説明する。さらに、平坦な表面１１０ａから成長するＧａＮ系化合物半導体は、ＧａＮ系化合物半導体の一例としてＧａＮで説明する。
【００４０】
サファイアのＡ面（１１−２０）に垂直なＡ軸方向（＜１１−２０＞方向）と、凸部１１０ｂの底面の六角形の六つある辺のうち対向する一組の二つの辺の方向とを平行させている。そのため、図２（ａ）のように六角錐状の凸部１１０ｂを配置する例では、後述するように、下地層１３０の成長の初期段階において結晶性が良い層が形成される。
【００４１】
一方、図３は、本実施の形態における他の凸部１１０ｂの配置の一例を示す図である。図３（ａ）は、基板１１０における凸部１１０ｂの配置を示し、図３（ｂ）は、基板１１０における凸部１１０ｂの形状を示している。図２と同様の構成については、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
以下でも、基板１１０が例えばサファイアであるとし、凸部１１０ｂの部分を除く、平坦な表面１１０ａがサファイアのＣ面であるとして説明する。さらに、平坦な表面１１０ａから成長するＧａＮ系化合物半導体は、ＧａＮ系化合物半導体の一例としてＧａＮで説明する。
図３の凸部１１０ｂは、図２と同様に六角錐状である。しかし、サファイアのＡ軸方向（＜１１−２０＞方向）と、凸部１１０ｂの底面の六角形の六つある辺のうち対向する一組の二つの辺の方向とを直交するようにしている。すなわち、図３に示す凸部１１０ｂは、図２に示した凸部１１０ｂを底面の六角形の中心に対して、３０°回転させている。このため、図３（ａ）のように六角錐状の凸部１１０ｂを配置する例では、後述するように、結晶成長の初期段階では結晶成長が阻害され、結晶性が低下するおそれがある。しかし、下地層１３０の表面が凸部１１０ｂの頂点に達した以降は、下地層１３０の結晶性が、図２（ａ）に示す六角錐状の凸部１１０ｂの配置に比べて格段と良くなる。
【００４２】
このように、隣接する凸部１１０ｂは、その底面の中心が、正三角形２１０の頂点に置かれるように配置されている。これにより、凸部１１０ｂの底面の六角形の辺は、隣接する凸部１１０ｂの底面の六角形の辺と互いに平行になっている。そして、隣接する２つの凸部１１０ｂにおいて、それぞれの底面の六角形の辺の間隔Ｗが一定になっている。
【００４３】
なお、図２および図３において、凸部１１０ｂの底面を正六角形として説明したが、対向する辺が平行な六角形であってもよい。そして、隣接する２つの凸部１１０ｂで向かい合う辺と辺との間隔Ｗが一定になるように、凸部１１０ｂを配列するのが好ましい。
また、図２および図３において、凸部１１０ｂの底面の向きの例を２つ説明したが、凸部１１０ｂの底面の向きは、上記２つの場合でなくともよく、基板１１０のＣ面上の結晶方位＜１１−２０＞方向と任意の角度で構成されていてもよい。
【００４４】
＜半導体発光素子ＬＣの製造方法＞
次に、本実施の形態における半導体発光素子ＬＣの製造方法を説明する。
図４は本実施の形態における半導体発光素子ＬＣの製造方法を説明するフローチャートである。図５は、本実施の形態の半導体発光素子ＬＣの製造方法における各工程の途上における断面図である。図５（ａ）〜（ｇ）の順に工程が進む。図５では、一の基板１１０上に製造される４個の半導体発光素子ＬＣの断面図を示している。なお、４個の半導体発光素子ＬＣのうち、両端の２つは一部のみを示している。
図５を参照しつつ、半導体発光素子ＬＣの製造方法を図４のフローチャートに従って説明する。
本実施の形態における半導体発光素子ＬＣの製造方法は、マスク形成工程、基板エッチング工程、積層半導体層形成工程、電極形成工程、基板分割工程を含んでいる。これらの工程のうち、マスク形成工程および基板エッチング工程は基板１１０に凸部１１０ｂを設ける基板加工工程である。以下、順に説明する。
【００４５】
（マスク形成工程）
マスク形成工程は、図５（ａ）に示すように、基板１１０上にフォトレジストのマスク１２０を形成する（ステップ１０１）。基板１１０上にフォトレジストを塗布したのち、従来公知のフォトリソグラフィ技術により、凸部１１０ｂの底面（六角形）と同形または相似形の平面形状となるように、フォトレジストのマスク１２０を形成する。マスク１２０の平面形状は、形成された凸部１１０ｂの底面形状が予め定められた形状となるように設定すればよい。よって、フォトレジストによるマスク１２０の平面形状は、形成された凸部１１０ｂの底面と同形であってもよく、相似形であってもよい。
【００４６】
なお、図２または図３に示したように、凸部１１０ｂの底面（六角形）の向きと、基板１１０の方位とを合わせる場合には、例えば表面がＣ面を主面とするサファイアの基板１１０の外周に、Ａ軸方向（＜１１−２０＞方向）に加工したオリエンテーションフラット（ＯＦ）を設け、マスク１２０の向きをＯＦに対して設定すればよい。
【００４７】
（基板エッチング工程）
次に、マスク１２０が形成された基板１１０をエッチングする（ステップ１０２）。基板１１０のエッチングには、ドライエッチングやウェットエッチングを用いることができる。中でも、ドライエッチングを用いることが好ましい。例えば、従来公知のプラズマエッチング法、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法、マグネトロンＲＩＥ法、イオンミーリング法などを用いうる。エッチングガスとしては、塩素（Ｃｌ）系またはハロゲン系のガス、例えばＣｌ２、ＳｉＣｌ４、ＢＣｌ３、ＨＢｒ、ＳＦ６、ＣＨＦ３、Ｃ４Ｆ８、ＣＦ４などを用いうる。さらに、不活性ガスのＡｒなども用いうる。
【００４８】
基板エッチング工程では、図５（ｂ）に示すように、基板１１０のエッチング過程において、マスク１２０もエッチングすることで、マスク１２０の縁端をマスク１２０の中央方向に後退させ、平面形状を小さくしていく。それにつれて、凸部１１０ｂの側面となる基板１１０の部分が傾斜を有する形態（テーパ状）に形成されていく。そして、図５（ｃ）に示すように、マスク１２０が消滅するまでエッチングを進めることで、六角錐状の凸部１１０ｂを形成する。
【００４９】
上述したように、基板１１０のエッチングとともに、マスク１２０のエッチングを行うことで、頂点を有する六角錐状の凸部１１０ｂを形成することができる。これには、基板１１０のエッチングレートとマスク１２０のエッチングレートとが近い値である（選択比が小さい）ことが好ましい。エッチングレートの材料依存性が少ないエッチング方法としては、材料をイオンや粒子の衝撃により物理的にエッチングする方法がある。そこで、物理的なエッチングと化学的なエッチングとを併用したエッチングを用いてもよい。この場合、Ａｒを含んだガスを用いることが好ましい。また、Ａｒのみによる物理的なエッチングによってもよい。
【００５０】
物理的エッチングにおいては、材料の表面に対して斜めにイオン等が衝突する場合の方が、材料の表面に垂直にイオン等が衝突する場合より、エッチングレートが大きい。そこで、マスク１２０の側壁は、垂直であるより、上部が下部より小さくなるような傾斜を有していることが好ましい。マスク１２０の表面より側壁のエッチングレートが大きくなり、マスク１２０の縁端の後退を促進して、六角錐状の凸部１１０ｂの形成を容易にする。
【００５１】
なお、基板１１０の特定の結晶方位が選択的にエッチングされることなく、予め定められた六角錐状の凸部１１０ｂが形成されれば、化学的なドライエッチングまたはウェットエッチングによって凸部１１０ｂを形成してもよい。
【００５２】
上記したように、本実施の形態では、フォトレジストをマスク１２０の材料に用いたが、他の材料を用いてもよい。このときは、従来公知のフォトリソグラフィを用いて、他の材料をマスク１２０の形状に加工する。その後、上述と同様に、基板エッチング工程を行えばよい。基板エッチング工程は、マスク１２０の形状に加工するためのフォトレジストを残して行ってもよく、フォトレジストを除去した後に行ってもよい。
【００５３】
凸部１１０ｂが形成された基板１１０は、下記の行程を別途行うために保存または販売されてもよい。
【００５４】
（積層半導体層形成工程）
次に、凸部１１０ｂが形成された基板１１０上に積層半導体層１００を形成する（ステップ１０３）。積層半導体層形成工程は、下地層形成工程、ｎ型半導体層形成工程、発光層形成工程、ｐ型半導体層形成工程を備えている。なお、ここでは説明を省略するが、積層半導体層形成工程において、下地層形成工程の前に中間層形成工程を設けてもよい。以下、順に説明する。
（下地層形成工程）
まず、図５（ｄ）に示すように、凸部１１０ｂが形成された基板１１０上に、下地層１３０を成膜する。
【００５５】
下地層１３０の形成は、従来公知の有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を使用して行うことができる。
例えば、基板１１０としてＣ面を主面とするサファイアを用いる場合、基板１１０の凸部１１０ｂ以外の平坦な表面１１０ａはＣ面をなしている。
そして、下地層１３０は、凸部１１０ｂの間を埋めるように成長していく。下地層１３０が凸部１１０ｂを覆って表面が平坦になるまで形成する。
【００５６】
下地層１３０が少なくとも形成された基板１１０は、発光層１５０を上部に形成するテンプレート基板として、下記の工程を別途行うために保存または販売されてもよい。
【００５７】
（ｎ型半導体層形成工程）
次に、下地層１３０の形成後、図５（ｅ）に示すように、ｎ型コンタクト層１４０ａ及びｎ型クラッド層１４０ｂを積層してｎ型半導体層１４０を形成する。ｎ型コンタクト層１４０ａ及びｎ型クラッド層１４０ｂは、スパッタ法で形成してもよく、ＭＯＣＶＤ法で形成してもよい。同様に、ｎ型コンタクト層１４０ａまたはｎ型クラッド層１４０ｂが形成された基板１１０は、発光層１５０を上部に形成するテンプレート基板として、次に工程を別途行うために保存または販売されてもよい。
【００５８】
（発光層形成工程）
ｎ型半導体層１４０の形成後、図５（ｅ）に示すように、発光層１５０を形成する。発光層１５０の形成は、スパッタ法、ＭＯＣＶＤ法のいずれの方法でもよいが、特にＭＯＣＶＤ法が好ましい。具体的には、障壁層１５０ａと井戸層１５０ｂとを交互に繰り返して積層し、且つ、ｎ型半導体層１４０側及びｐ型半導体層１６０側に障壁層１５０ａが配される順で積層すればよい。
【００５９】
（ｐ型半導体層形成工程）
さらに、発光層１５０を形成後、図５（ｅ）に示すように、ｐ型半導体層１６０を形成する。ｐ型半導体層１６０の形成は、スパッタ法、ＭＯＣＶＤ法のいずれの方法でもよい。具体的には、ｐ型クラッド層１６０ａと、ｐ型コンタクト層１６０ｂとを順次積層すればよい。
なお、積層半導体層１００（下地層１３０、ｎ型半導体層１４０、発光層１５０、ｐ型半導体層１６０）は、真空状態を破ることなく、連続して成膜されるのが好ましい。それぞれの層の間の界面が不純物等で汚染されることを抑制するためである。
【００６０】
（電極形成工程）
電極形成工程は、透明電極形成工程と、露出領域形成工程と、ｐ電極およびｎ電極形成工程とを備える（ステップ１０４）。
（透明電極形成工程）
図５（ｆ）に示すように、ｐ型半導体層１６０上に、スパッタ法などの従来公知の方法を用いて、透明電極１７０を成膜した後、従来公知のフォトリソグラフィ法によりレジストパターンを形成し、従来公知の化学エッチング法またはドライエッチング法等により、透明電極１７０を形成する。
（露出領域形成工程）
予め定められた領域の積層半導体層１００の一部を除去するため、従来公知のフォトリソグラフィ法によりレジストパターンを形成し、従来公知のエッチング法によりｎ型半導体層１４０（図１におけるｎ型コンタクト層１４０ａ）の一部を露出させ、露出領域１４０ｃを形成する。
【００６１】
（ｐ電極およびｎ電極形成工程）
図５（ｆ）に示すように、透明電極１７０上にｐ電極１８０を、露出領域１４０ｃ上にｎ電極１９０を、従来公知の手段を用いて形成する。
なお、ｐ電極１８０およびｎ電極１９０の構造または組成が異なると、ｐ電極１８０とｎ電極１９０とを別々に行うことが必要となる。一方、ｐ電極１８０とｎ電極１９０とが同じ構造・組成であると、ｐ電極１８０とｎ電極１９０とを同時に形成することができ半導体発光素子ＬＣの製造工程数を減らせるので好ましい。
【００６２】
図６は、図５（ｆ）に示す状態における基板１１０の表面を示す図である。半導体発光素子ＬＣ毎に、透明電極１７０、ｐ電極１８０、ｎ電極１９０が形成されている。
なお、図１に示した断面図は、図６のＩ−Ｉ線での断面に、図５（ａ）〜（ｇ）の各工程に示した断面図は、図６のＶ−Ｖ線での断面にあたる。
【００６３】
（基板分割工程）
次に、図５（ｇ）に示すように、基板１１０から個々の半導体発光素子ＬＣのチップに分割する（ステップ１０５）。
基板１１０をチップに分割する方法としては、基板１１０内部にレーザ光を照射し、照射された部分を熱改質された領域（脆弱な領域）にしたのち、機械的に分断する方法を用いてもよい。例えば、基板１１０の裏面から、分割ラインに沿って、基板１１０の内部に焦点を結ぶようにレーザ光を照射する。すると、基板１１０内部のレーザ光が照射された部分に脆弱な領域が形成される。その後、基板１１０に機械的な力を加えることにより、基板１１０の脆弱な領域を破壊の起点として分割される。
基板１１０に照射するレーザ光としては、波長２６６ｎｍのエキシマ励起のパルスレーザ光、ＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザ、ＹＬＦ（リチウム・イットリウム・フロライド）レーザが用いうる。
以上のようにして、図１に示した半導体発光素子ＬＣを製造することができる。
【００６４】
＜凸部１１０ｂを形成した基板１１０上の下地層１３０の成長＞
ここで、凸部１１０ｂを形成した基板１１０上への下地層１３０の成長について説明する。なお、前述したように基板１１０が例えばサファイアであるとし、凸部１１０ｂの部分を除く、平坦な表面１１０ａがサファイアのＣ面であるとして説明する。さらに、平坦な表面１１０ａから成長するＧａＮ系化合物半導体は、ＧａＮ系化合物半導体の一例としてＧａＮで説明する。
図７は、図２に示した配置で凸部１１０ｂを形成した基板１１０上に下地層１３０を形成する状態を示す図である。図７（ａ）は下地層１３０が凸部１１０ｂの高さの半分の厚さに成長した段階での斜視図、図７（ｂ）は下地層１３０が凸部１１０ｂの高さよりやや厚く成長した段階での斜視図、図７（ｃ）はさらに下地層１３０が成長した段階での斜視図である。そして、図７（ｄ）は、後述する逆六角錐状のくぼみであるピット１３０ａを上方より見た平面図である。
図７では、図２に示したように、サファイアのＡ面（１１−２０）に垂直なＡ軸方向（＜１１−２０＞方向）と、凸部１１０ｂの底面（六角形）の六つある辺のうち対向する一組の二つの辺の方向とを平行させている。
【００６５】
ＧａＮは、Ｃ面を主面とするサファイアの基板１１０上では、サファイアのＡ面（｛１１−２０｝面）と、ＧａＮのＭ面（｛１−１００｝面）とが、平行になるように成長する。下地層１３０の結晶成長の初期段階（ＧａＮのＣ面が凸部１１０ｂの頂点に達するまで）においては、ＧａＮが凸部１１０ｂと接する境界において、ＧａＮはサファイアの＜１１−２０＞方向に平行な２辺を含む六角形が出るように成長する。よって、ＧａＮは、基板１１０に凸部１１０ｂに阻害されることなく、結晶成長することができると考えられる（図７（ａ）参照）。このため、下地層１３０の結晶成長の初期段階（ＧａＮのＣ面が凸部１１０ｂの頂点に達するまで）においては、結晶性の良好な下地層１３０が形成される。
そして、下地層１３０が、凸部１１０ｂの高さを超えるようになると、図７（ｂ）に示すように、凸部１１０ｂの頂点から、逆六角錐状のくぼみであるピット１３０ａが形成される。なお、逆六角錐状のピット１３０ａの底面は、凸部１１０ｂを底面の中心に対して３０°回転させたようになっている。
ＧａＮは、サファイアのＣ面である平坦な表面１１０ａから矢印Ｖ方向に、凸部１１０ｂを埋めるように成長していく。よって、凸部１１０ｂの頂点上では、ＧａＮが成長しづらく、ピット１３０ａが形成されると考えられる。
【００６６】
さらに下地層１３０が成長すると、図７（ｃ）に示すように、逆六角錐状のピット１３０ａの頂点が、凸部１１０ｂの頂点から離れるように上方に移動するとともに、ピット１３０ａの大きさが小さくなっていく。その後、下地層１３０の成長にともなって、ピット１３０ａが消滅し、下地層１３０の表面は平坦になる。
【００６７】
図７（ｂ）に示したように、凸部１１０ｂの底面の六角形と、逆六角錐状のピット１３０ａの底面の六角形とは、互いに３０°回転させた関係になっている。このため、結晶成長の中期段階以降（ＧａＮのＣ面が凸部１１０ｂの高さ以上のとき）のピット１３０ａの配置は、図７（ｄ）に示すように、隣接するピット１３０ａにおいて、それぞれの六角形の頂点が互いに対向することになる。そして、隣接するピット１３０ａ間の最近接距離の領域Ｒにおいて、下地層１３０の結晶成長面であるファセット面がぶつかり、下地層１３０の表面にくぼみが発生してしまう。また、凸部１１０ｂが配置される正三角形２１０で囲まれた領域Ｓでは、ＧａＮのＣ面がそのまま成長するため、横方向成長による転位の低減をすることができない。
【００６８】
このように、図２に示す配置で凸部１１０ｂを形成した基板１１０、すなわちサファイアのＡ面（１１−２０）に垂直なＡ軸方向（＜１１−２０＞方向）と、凸部１１０ｂの底面（六角形）の六つある辺のうち対向する一組の二つの辺の方向とを平行させている基板１１０では、下地層１３０の結晶成長の初期段階（ＧａＮのＣ面が凸部１１０ｂの頂点の高さに達するまで）においては、結晶性の良好な下地層１３０が形成される一方、結晶成長の中期段階以降（ＧａＮのＣ面が凸部１１０ｂの高さ以上のとき）には、隣接するピット１３０ａ間の近接した領域Ｒや凸部１１０ｂが配置される正三角形２１０で囲まれた領域Ｓによって、結晶成長において転位を低減しえないことが起こることがある。
【００６９】
図８は、図３に示した配置で凸部１１０ｂを形成した基板１１０上に下地層１３０を形成する状態を示す図である。図８（ａ）は下地層１３０が凸部１１０ｂの高さの半分の厚さに成長した段階での斜視図、図８（ｂ）は下地層１３０が凸部１１０ｂの高さよりやや厚く成長した段階での斜視図、図８（ｃ）はさらに下地層１３０が成長した段階での斜視図である。そして、図８（ｄ）は、逆六角錐状のくぼみであるピット１３０ａを上方より見た平面図である。
図８では、図３（ａ）に示したように、サファイアのＡ軸方向（＜１１−２０＞方向）と、凸部１１０ｂの底面の六角形の六つある辺のうち対向する一組の二つの辺の方向とを直交するようにしている。
【００７０】
ＧａＮ系化合物半導体のＭ面（｛１−１００｝面）は、サファイアのＡ面（｛１１−２０｝面）と平行になるように成長する。凸部１１０ｂの底面（六角形）の六つの辺のうち対向する一組の二辺がサファイアのＡ軸（＜１１−２０＞方向）に直交するように配置されている。下地層１３０の結晶成長の初期段階（ＧａＮのＣ面が凸部１１０ｂの頂点に達するまで）においては、ＧａＮが凸部１１０ｂと接する境界において、ＧａＮはサファイアの＜１１−２０＞方向に平行な２辺を含む六角形が出るように成長する。よって、下地層１３０の結晶成長の初期段階（ＧａＮのＣ面が凸部１１０ｂの頂点に達するまで）では、結晶成長が凸部１１０ｂの存在によって阻害されて、結晶性が図２（ａ）の配置に比べて良くないことが考えられる（図８（ａ）参照）。すなわち、結晶成長方向と凸部１１０ｂの底面の六角形の辺の方向とが合っていないため、図２（ａ）に示した凸部１１０ｂの配置と比較して、凸部１１０ｂ近傍での結晶性が悪化すると考えられる。しかし、図８（ｄ）に示すように、下地層１３０の結晶成長の中期段階以降（ＧａＮのＣ面が凸部１１０ｂの高さ以上で、ピット１３０ａが埋まるまで）に出現する逆六角錐状のピット１３０ａの底面（逆六角錐であるので上側）の六角形の辺は、隣接するピット１３０ａ間でほぼ平行となるため、結晶成長の中期段階以降の下地層１３０の結晶性は良好となる。すなわち、図３（ａ）に示した凸部１１０ｂの配置では、結晶成長の中期段階以降の下地層１３０の結晶性は、図２（ａ）の配置に比べて格段と良くなる。また、中期段階以降に出現する逆六角錐状のピット１３０ａの底面の六角形と凸部１１０ｂの底面の六角形とは、辺の方向が合っているので、結晶成長の早い段階で逆六角錐状の結晶成長面（ファセット面）が得られるため、図２（ａ）に示した凸部１１０ｂの配置と比較して、より薄い膜厚で結晶性に優れた結晶となる。
このように、図３（ａ）に示すように六角錐状の凸部１１０ｂを配置する場合、下地層１３０の結晶成長の初期段階（図８（ａ）参照）では、結晶性が図２（ａ）に示す配置に比べて良くないが、結晶成長の中期以降（図８（ｂ）および（ｃ）参照）には良好な結晶が得られる。特に、この配置では、ピット１３０ａの大きさによらず（成長条件によらず）下地層１３０ＧａＮのＣ面が全ての箇所で一定になる。よって、ＧａＮの成長条件を選択してピット１３０ａ大きくし、横方向成長させることにより、転位を凸部１１０ｂの頂点部分に集めるのに優位と言える。
【００７１】
図９は、比較例として、本実施の形態とは異なる凸部（凸部１１０ｃおよび凸部１１０ｄ）の形状を示す図である。図９（ａ）は円錐状の凸部１１０ｃを、図９（ｂ）は六角錐状の上部を切り取った凸部１１０ｄを示している。
図２および図３と同様のものについては、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
図９（ａ）に示す円錐状の凸部１１０ｃでは、隣接する凸部１１０ｃの底面間の距離Ｗは、２つの底面の円がもっとも近接した近接部１１０ｅで最短となる。
光取り出し効率の向上のために、円錐状の凸部１１０ｃを密に詰めるために近づけていくと、円錐状の凸部１１０ｃの底面近傍が平坦な表面１１０ａとならないで、トレンチ（溝）が出現することが多く、近接部１１０ｅにおいて、転移が発生してしまう。このため、下地層１３０を厚くして、ｎ型半導体層１４０、発光層１５０、ｐ型半導体層１６０への転移の影響を抑制することが必要となってしまう。
また、円錐状の凸部１１０ｃでは、凸部１１０ｃを基板１１０上に密に配置することができず、近接部１１０ｅ以外の距離が大きくなってしまうため、光取り出し効率の向上が図りづらい。
これに対し、図２および図３で示した、本実施の形態における六角錐状の凸部１１０ｂでは、隣接する凸部１１０ｂ間で底面の六角形の辺の間で距離Ｗ（図２（ａ）および図３（ａ）参照）が一定となる。よって、平坦な表面１１０ａの面積を最小限に確保しつつ、凸部１１０ｂ間の距離を縮め、凸部１１０ｂを密に配置することができ、光取り出し効率の向上を図りうる。
【００７２】
さて、図９（ｂ）に示す、六角錐状の上部を切り取った凸部１１０ｄでは、凸部１１０ｄ間の平坦な表面１１０ａからの矢印Ｖ方向への下地層１３０の成長と同様に、凸部１１０ｄの上部の平坦な表面１１０ｆからも矢印Ｖ方向に下地層１３０が成長することになる。このため、平坦な表面１１０ａから成長した下地層１３０の部分と、凸部１１０ｄの上部の平坦な表面１１０ｆから成長した下地層１３０の部分との境界において転移やクラックが形成されることになり、下地層１３０の結晶性が悪くなってしまう。
本実施の形態で示したように、六角錐状の凸部１１０ｂでは、図７および図８に示したように、ピット１３０ａが徐々に縮小するように成長するため、結晶性のよい下地層１３０が得られることになる。
【００７３】
なお、凸部１１０ｂを設けた基板１１０上に、結晶性に優れたｎ型半導体層１４０が形成できれば、下地層１３０を省略してもよい。
【００７４】
＜半導体発光装置１＞
次に、図１に示す半導体発光素子ＬＣの使用方法の一例について説明する。
図１０は、本実施の形態における半導体発光素子ＬＣをパッケージ６０に実装した半導体発光装置１の構成の一例を示す図である。図１０（ａ）は半導体発光装置１の上面図、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＸＢ−ＸＢ線での断面図である。
半導体発光装置１は、パッケージ６０とパッケージ６０に実装された半導体発光素子ＬＣとを備える。
パッケージ６０は、上部側に開口部６１ａが形成された樹脂容器６１と、樹脂容器６１と一体化したリードフレームからなるアノード用リード部６２およびカソード用リード部６３と、開口部６１ａを覆うように設けられた封止樹脂６５とを備えている。
そして、パッケージ６０の開口部６１ａの底面７０に半導体発光素子ＬＣが固定されている。封止樹脂６５は、半導体発光素子ＬＣも覆うように設けられている。
なお、図１０（ａ）においては、封止樹脂６５の記載を省略している。
【００７５】
パッケージ６０の樹脂容器６１は、アノード用リード部６２およびカソード用リード部６３を含む金属リード部に、白色顔料が含有された熱可塑性樹脂を射出成型することによって形成されている。白色顔料としては、例えばチタニア（酸化チタン）を微粒子化したものが用いられる。また、熱可塑性樹脂としては、ＰＰＡ（ｐｏｌｙｐｈｔｈａｌａｍｉｄｅ）が最も一般的であるが、液晶ポリマー、エポキシ樹脂、ポリスチレンなどでもよい。
【００７６】
樹脂容器６１に設けられる開口部６１ａは、円形状を有する底面７０と、底面７０の周縁から樹脂容器６１の上部側に向けて拡開するように立ち上がる壁面８０とを備えている。ここで、底面７０は、開口部６１ａに露出するアノード用リード部６２およびカソード用リード部６３と、アノード用リード部６２とカソード用リード部６３との間の隙間に露出する樹脂容器６１の白色樹脂とによって構成されている。
【００７７】
アノード用リード部６２およびカソード用リード部６３は、それぞれの一部が樹脂容器６１内に挟まれて保持されるとともに、他の一部が樹脂容器６１の外部に露出されており、半導体発光素子ＬＣに電流を印加するための端子となっている。表面実装を前提とするときは、図１０に示すように、アノード用リード部６２およびカソード用リード部６３をそれぞれ樹脂容器６１の裏側に折り曲げて樹脂容器６１の底部にその先端を配設することが望ましい。
【００７８】
半導体発光素子ＬＣは、開口部６１ａの底面７０に露出するカソード用リード部６３上に、シリコン樹脂またはエポキシ樹脂からなるダイボンド剤で接着され、固定されている。
半導体発光素子ＬＣは、ボンディングワイヤ６４を介して、ｐ電極１８０がアノード用リード部６２に、ｎ電極１９０がカソード用リード部６３に、それぞれ接続されている。なお、半導体発光装置１では、図１０（ａ）に示すように、半導体発光素子ＬＣが、円形状を有する底面７０のほぼ中央部に取り付けられている。
【００７９】
封止樹脂６５は、可視領域において透明な各種樹脂を適用して差し支えないが、耐熱性の観点から、シリコン樹脂を用いることが好ましい。
また、封止樹脂６５は、半導体発光素子ＬＣが発する光を吸収してより長波長の光を発する蛍光体を均一に分散させた透明樹脂であってもよい。例えば、半導体発光素子ＬＣが発する青色光を吸収して緑色光を発する緑色蛍光体と、半導体発光素子ＬＣが発する青色光を吸収して赤色光を発する赤色蛍光体とを含んでもよい。半導体発光素子ＬＣが発する青色光と、透明樹脂に含まれる緑色蛍光体が発する緑色光と、同じく透明樹脂に含まれる赤色蛍光体が発する赤色光とによって、青、緑、赤の３原色が揃う。これにより、封止樹脂６５の上面すなわち光が出射される出射面６５ａから、白色光が出射されるようになっていてもよい。
【００８０】
では、図１０に示す半導体発光装置１の発光動作について説明する。
アノード用リード部６２を正極とし、カソード用リード部６３を負極として半導体発光素子ＬＣに電流を流すと、半導体発光素子ＬＣは青色光を出射する。半導体発光素子ＬＣから出射された青色光（図１の矢印Ｃ方向に向かう光および発光層１５０から横方向に向かう光等）は、封止樹脂６５内を進行し、直接あるいは底面７０や壁面８０で反射した後に出射面６５ａから外部に出射される。但し、出射面６５ａに向かう光の一部は、出射面６５ａで反射し、再び封止樹脂６５内を進行する。この間、封止樹脂６５が蛍光体を含む場合には、青色光の一部は蛍光体によって緑色光および赤色光に変換され、変換された緑色光および赤色光は、直接あるいは底面７０や壁面８０で反射した後、青色光と共に出射面６５ａから外部に出射される。したがって、出射面６５ａからは、青色光、緑色光および赤色光を含む白色光が出射されることになる。
【００８１】
では続いて、図１０に示す半導体発光装置１の製造方法について説明する。
まず、アノード用リード部６２およびカソード用リード部６３を一体化したリードフレームに、白色樹脂を射出成形して、開口部６１ａを有する樹脂容器６１を形成する。次いで、樹脂容器６１の開口部６１ａの底面７０に露出するカソード用リード部６３上に半導体発光素子ＬＣを接着固定し、ボンディングワイヤ６４によって半導体発光素子ＬＣのｐ電極１８０とアノード用リード部６２とを接続し、ｎ電極１９０とカソード用リード部６３とを接続する。
【００８２】
次に、開口部６１ａに、未硬化状態の透明樹脂ペースト（蛍光体を含んでもよい）を、吐出装置を用いたポッディング法で充填する。その際、半導体発光素子ＬＣおよびボンディングワイヤ６４を未硬化状態の透明樹脂ペーストによって覆うとともに、表面張力を利用して、未硬化状態の透明樹脂ペーストの液面を樹脂容器６１の上面６１ｂよりも飛び立たせる。
【００８３】
次に、未硬化状態の透明樹脂ペーストを硬化させて封止樹脂６５を形成する。硬化処理は、例えば、加熱等を行えばよい。その後、リードフレームをアノード用リード部６２およびカソード用リード部６３に分離する切断およびリードフレームの折り曲げを行って、半導体発光装置１が得られる。
【００８４】
本実施の形態では、青色光を発する半導体発光素子ＬＣについて説明した。しかし、半導体発光素子ＬＣは、他の色、例えば赤外光、赤色光、緑色光、紫外光などを発するものであってもよい。
また、本実施の形態における半導体発光素子ＬＣをパッケージ６０に実装した半導体発光装置１を説明した。この他に、本実施の形態における半導体発光素子ＬＣをアノード用リード部とカソード用リード部とを設けた回路基板上に実装し、ボンディングワイヤによって半導体発光素子ＬＣのｐ電極１８０とアノード用リード部とを接続し、ｎ電極１９０とカソード用リード部とを接続して半導体発光装置を構成してもよい。
半導体発光装置１が適用され得る対象として、照明装置さらには例えば液晶ディスプレイやＬＥＤディスプレイなどの電子機器が挙げられる。
【符号の説明】
【００８５】
１…半導体発光装置、６０…パッケージ、６１…樹脂容器、１００…積層半導体層、１１０…基板、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ…凸部、１２０…マスク、１３０…下地層、１３０ａ…ピット、１４０…ｎ型半導体層、１５０…発光層、１６０…ｐ型半導体層、１７０…透明電極、８０…ｐ電極、１９０…ｎ電極、ＬＣ…半導体発光素子
【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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