(57)【要約】【課題】  光取り出し面からの光取り出し効率の向上を図ったIII 族窒化物半導体発光素子とその製造方法と実装体の製造方法を提供することである。【解決手段】  III 族窒化物半導体発光素子の製造方法は、第１の凹凸形状部形成工程と、第１の凹凸形状部露出工程と、第２の凹凸形状部形成工程と、を有する。第１の凹凸形状部形成工程は、サファイア基板Ｓ１にｎ型半導体層８０と発光層７０とｐ型半導体層６０とを順に形成して積層体Ｄ１とするとともにｎ型半導体層８０に第１の凹凸形状部８１を形成する。第１の凹凸形状部露出工程は、積層体Ｄ１からサファイア基板Ｓ１を分離してｎ型半導体層８０の第１の凹凸形状部８１を露出させる。第２の凹凸形状部形成工程は、ｎ型半導体層８０の第１の凹凸形状部８１の表面を粗面化することにより、第１の凹凸形状部８１の上に凹凸の微細な第２の凹凸形状部８２を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
III 族窒化物半導体発光素子の製造方法において、
凹凸基板にｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とを順に形成して積層体とするとともに前記ｎ型半導体層に第１の凹凸形状部を形成する第１の凹凸形状部形成工程と、
前記積層体から前記凹凸基板を分離して前記ｎ型半導体層の前記第１の凹凸形状部を露出させる第１の凹凸形状部露出工程と、
前記ｎ型半導体層の前記第１の凹凸形状部の表面を粗面化することにより、前記第１の凹凸形状部の上に凹凸の微細な第２の凹凸形状部を形成する第２の凹凸形状部形成工程と、
を有すること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法において、
前記第１の凹凸形状部は、平坦部と傾斜部とを有し、
前記第２の凹凸形状部形成工程は、
前記平坦部および前記傾斜部のいずれにも微細な凹凸を形成すること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法において、
前記ｎ型半導体層の前記第１の凹凸形状部の上に蛍光体含有ガラス層を形成する蛍光体含有ガラス層形成工程と、
前記蛍光体含有ガラス層の表面を粗面化して第３の凹凸形状部を形成する第３の凹凸形状部形成工程と、
を有すること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法において、
前記第２の凹凸形状部形成工程は、
ウェットエッチングにより前記第１の凹凸形状部を粗面化すること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載のIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法において、
前記第２の凹凸形状部形成工程は、
ＴＭＡＨ溶液もしくはＫＯＨ水溶液により前記第１の凹凸形状部をエッチングすること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法において、
前記第１の凹凸形状部形成工程は、
複数の凸部のある凸形状基板に、前記凸形状基板の複数の前記凸部と対応する複数の凹部を前記ｎ型半導体層に形成し、
前記第１の凹凸形状部露出工程は、
前記ｎ型半導体層の複数の前記凹部を露出させること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法において、
前記第１の凹凸形状部露出工程では、
前記凹凸基板をレーザーリフトオフ法により除去すること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法において、
ＨＣｌ水溶液により前記第１の凹凸形状部の表面を洗浄する洗浄工程を有し、
前記洗浄工程は、
前記第２の凹凸形状部形成工程の前に実施されること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項９】
請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の前記第１の凹凸形状部形成工程および前記第１の凹凸形状部露出工程および前記第２の凹凸形状部形成工程と、
前記積層体をサブマウントに実装して実装体とする実装工程と、
を有し、
前記実装工程の後に、前記第１の凹凸形状部露出工程および前記第２の凹凸形状部形成工程を実施すること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の実装体の製造方法。
【請求項１０】
ｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とを有するIII 族窒化物半導体発光素子において、
前記ｎ型半導体層は、
平坦部と傾斜部とを有する第１の凹凸形状部を有し、
前記第１の凹凸形状部は、
前記平坦部および前記傾斜部のいずれにも凹凸の微細な第２の凹凸形状部を有すること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
【請求項１１】
請求項１０に記載のIII 族窒化物半導体発光素子において、
前記ｎ型半導体層の前記第１の凹凸形状部および前記第２の凹凸形状部の上に蛍光体含有ガラス層を有し、
前記蛍光体含有ガラス層は、粗面化された第３の凹凸形状部を有すること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光取り出し効率の向上を図ったIII 族窒化物半導体発光素子とその製造方法と実装体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体発光素子の高輝度化および高効率化のために、内部量子効率および光取り出し効率の向上が望まれている。光取り出し効率の低下の原因として、半導体層と外気との界面で、一部の光が全反射することが挙げられる。屈折率の大きな半導体層から屈折率の小さな外部に光が向かう場合には、臨界角（θｃ）以上の光は素子界面で全反射を起こすからである（特許文献１の段落［０００３］参照）。
【０００３】
そのため、例えば、特許文献１では、光取り出し面を凹凸面とする技術が開示されている（特許文献２の図６等参照）。これにより、半導体層と大気との界面に、臨界角（θｃ）以上の角度で入射しないようにすることとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−３８４０７号公報
【特許文献２】特開２０１２−３３６９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、より高輝度な発光素子を製造するためには、さらなる光取り出し効率の向上を図ることが必要である。
【０００６】
本発明は、前述した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題は、光取り出し面からの光取り出し効率の向上を図ったIII 族窒化物半導体発光素子とその製造方法と実装体の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の態様におけるIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法は、第１の凹凸形状部形成工程と、第１の凹凸形状部露出工程と、第２の凹凸形状部形成工程と、を有する。第１の凹凸形状部形成工程は、凹凸基板にｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とを順に形成して積層体とするとともにｎ型半導体層に第１の凹凸形状部を形成する。第１の凹凸形状部露出工程は、積層体から凹凸基板を分離してｎ型半導体層の第１の凹凸形状部を露出させる。第２の凹凸形状部形成工程は、ｎ型半導体層の第１の凹凸形状部の表面を粗面化することにより、第１の凹凸形状部の上に凹凸の微細な第２の凹凸形状部を形成する。
【０００８】
このIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法では、第１の凹凸形状部と、その第１の凹凸形状部の面に形成された微細な凹凸形状と、をｎ型半導体層の表面に形成する。そのため、この方法により製造された半導体発光素子の光取り出し効率は、従来の半導体発光素子の光取り出し効率に比べて十分に高い。なお、第１の凹凸形状部は、凹凸基板の凹凸に対応する形状である。第１の凹凸形状部は、もちろん、ｎ型半導体層における凹凸基板の側に形成される。
【０００９】
第２の態様におけるIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法では、第１の凹凸形状部は、平坦部と傾斜部とを有する。第２の凹凸形状部形成工程は、平坦部および傾斜部のいずれにも微細な凹凸を形成する。
【００１０】
第３の態様におけるIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法は、さらに、ｎ型半導体層の第１の凹凸形状部の上に蛍光体含有ガラス層を形成する蛍光体含有ガラス層形成工程と、蛍光体含有ガラス層の表面を粗面化して第３の凹凸形状部を形成する第３の凹凸形状部形成工程と、を有する。
【００１１】
第４の態様におけるIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法では、第２の凹凸形状部形成工程は、ウェットエッチングにより第１の凹凸形状部を粗面化する。
【００１２】
第５の態様におけるIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法では、第２の凹凸形状部形成工程は、ＴＭＡＨ溶液もしくはＫＯＨ水溶液により第１の凹凸形状部をエッチングする。
【００１３】
第６の態様におけるIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法では、第１の凹凸形状部形成工程は、複数の凸部のある凸形状基板に、凸形状基板の複数の凸部と対応する複数の凹部をｎ型半導体層に形成する。また、第１の凹凸形状部露出工程は、ｎ型半導体層の複数の凹部を露出させる。
【００１４】
第７の態様におけるIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法において、第１の凹凸形状部露出工程では、凹凸基板をレーザーリフトオフ法により除去する。
【００１５】
第８の態様におけるIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法は、さらに、ＨＣｌ水溶液により第１の凹凸形状部の表面を洗浄する洗浄工程を有する。そして、洗浄工程は、第２の凹凸形状部形成工程の前に実施される。
【００１６】
第９の態様におけるIII 族窒化物半導体発光素子の実装体の製造方法は、上記の第１の凹凸形状部形成工程および第１の凹凸形状部露出工程および第２の凹凸形状部形成工程と、積層体をサブマウントに実装して実装体とする実装工程と、を有する。この実装体の製造方法では、実装工程の後に、第１の凹凸形状部露出工程および第２の凹凸形状部形成工程を実施する。
【００１７】
第１０の態様におけるIII 族窒化物半導体発光素子は、ｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とを有する。ｎ型半導体層は、平坦部と傾斜部とを有する第１の凹凸形状部を有する。そして、第１の凹凸形状部は、平坦部および傾斜部のいずれにも凹凸の微細な第２の凹凸形状部を有する。
【００１８】
第１１の態様におけるIII 族窒化物半導体発光素子は、ｎ型半導体層の第１の凹凸形状部および第２の凹凸形状部の上に蛍光体含有ガラス層を有する。また、蛍光体含有ガラス層は、粗面化された第３の凹凸形状部を有する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明では、光取り出し面からの光取り出し効率の向上を図ったIII 族窒化物半導体発光素子とその製造方法と実装体の製造方法が提供されている。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１の実施形態に係る発光素子の構造を示す概略構成図である。
【図２】第１の実施形態に係る発光素子のｎ型半導体層とその周辺の拡大図である。
【図３】第１の実施形態に係る発光素子の製造方法に用いられる成長基板の凹凸形状を示す図である。
【図４】第１の実施形態に係る発光素子の製造方法に用いられる成長基板の凹凸形状とｎ型半導体層の凹凸形状との対応関係を示す図である。
【図５】第１の実施形態に係る発光素子の製造方法を説明するための図（その１）である。
【図６】第１の実施形態に係る発光素子の製造方法を説明するための図（その２）である。
【図７】第１の実施形態に係る発光素子の製造方法を説明するための図（その３）である。
【図８】第１の実施形態に係る発光素子の製造方法を説明するための図（その４）である。
【図９】第１の実施形態に係る発光素子の製造方法を説明するための図（その５）である。
【図１０】第１の実施形態の変形例に係る発光素子の構造を示す概略構成図である。
【図１１】第２の実施形態に係る発光素子の構造を示す概略構成図である。
【図１２】第２の実施形態に係る発光素子の製造方法を説明するための図（その１）である。
【図１３】第２の実施形態に係る発光素子の製造方法を説明するための図（その２）である。
【図１４】第２の実施形態に係る発光素子の製造方法を説明するための図（その３）である。
【図１５】第２の実施形態に係る発光素子の製造方法を説明するための図（その４）である。
【図１６】第３の実施形態に係る発光素子の構造を示す概略構成図である。
【図１７】第３の実施形態に係る発光素子の製造方法を説明するための図（その１）である。
【図１８】第３の実施形態に係る発光素子の製造方法を説明するための図（その２）である。
【図１９】実施例および比較例に係る発光素子のＴＭＡＨ溶液の処理時間と全放射束との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、具体的な実施形態について、半導体発光素子を例に挙げて図を参照しつつ説明する。しかし、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではない。また、後述する発光素子の各層の積層構造および電極構造は、例示である。特に、粗面化されている箇所を、極端に描いてある。また、実施形態とは異なる積層構造であってももちろん構わない。そして、それぞれの図における各層の厚みは、概念的に示したものに過ぎない。
【００２２】
（第１の実施形態）
１．半導体発光素子
本実施形態に係るIII 族窒化物半導体発光素子について説明する。図１は、本実施形態に係る発光素子１００の構造を示す概略構成図である。発光素子１００は、III 族窒化物半導体から成る半導体発光素子である。また、発光素子１００は、成長基板をレーザーにより除去するレーザーリフトオフ法により形成されたものである。そのため、サファイア基板等の成長基板は、発光素子１００には残っていない。そして、光取り出し面Ｚ１は、ｎ型半導体層８０の側にある。
【００２３】
図１に示すように、発光素子１００は、ｐ電極Ｐ１と、支持基板１０と、第１の導電性金属層２０と、導電性接合材層３０と、第２の導電性金属層４０と、導電性反射膜５０と、ｐ型半導体層６０と、発光層７０と、ｎ型半導体層８０と、ｎ電極Ｎ１とを、この順序で配置されるように形成されたものである。
【００２４】
ｐ電極Ｐ１は、Ｐｔ層、Ｔｉ層、Ｐｔ層、Ｔｉ層、Ａｕ層を、支持基板１０の側からこの順序で形成したものである。もちろん、これは例示であり、これ以外の積層構造であってもよい。
【００２５】
支持基板１０は、発光素子１００の形状を保つための支持部材である。そして、発光素子１００の変形を防止するとともに、発光素子１００の機械的強度を高いものとするためのものである。そしてのその材質は、Ｓｉである。または、ＧａＡｓ、Ｇｅ、その他の金属製のものであってもよい。発光素子１００となった後に、発光層に電流を流す必要が生じる。そのため、支持基板１０は、導電性の材質のものである必要がある。
【００２６】
第１の導電性金属層２０は、支持基板１０と、導電性接合材層３０との密着性を向上させるためのものである。第１の導電性金属層２０の材質として、例えば、Ａｕが挙げられる。
【００２７】
導電性接合材層３０は、発光素子１００の製造過程において、形成した半導体層と支持基板１０とを接合するための接合材を含む層である。発光素子１００となった後に、発光層に電流を流す必要がある。そのため、導電性接合材層３０の材質は、導電性のものである。具体的には、ＡｕＳｎ系の半田である。もちろん、これ以外の半田合金であってもよい。
【００２８】
第２の導電性金属層４０は、導電性接合材層３０と導電性反射膜５０との密着性を向上させるための層である。そして、導電性接合材層３０の半田が、半導体層に拡散するのを防止する役割も担っている。第２の導電性金属層４０の材質として、例えば、Ａｕが挙げられる。
【００２９】
導電性反射膜５０は、発光層７０により発せられた光を反射するための膜である。また、導電性反射膜５０は、もちろん導電性を示す。発光素子１００の発光層７０に十分な電流が流れるようにするためである。このため、導電性反射膜５０は、光を反射する反射性と、電流の流れる導電性との両方の性質を備えるものである。
【００３０】
導電性反射膜５０の材質は、例えば、Ａｇ、Ａｌの他、Ａｌ又はＡｇを主成分として含む合金である。または、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、もしくは、これらの金属を少なくとも１種類以上含んだ合金であっても良い。また、屈折率の異なる２つの材料の複数の層から形成される分布ブラッグ反射膜（ＤＢＲ）であってもよい。
【００３１】
ｐ型半導体層６０は、電子を閉じ込めるためのものである。すなわち、電子が導電性反射膜５０側に拡散するのを防止するためのものである。これにより、発光層７０での発光光率を上昇させるのである。
【００３２】
発光層７０は、電子と正孔とが再結合することで、発光する層である。そのために、発光層７０は、バンドギャップの小さい井戸層と、バンドギャップの大きい障壁層とが交互に形成された多重量子井戸構造を有している。ここで、井戸層はＩｎＧａＮ層であり、障壁層はＡｌＧａＮ層である。また、井戸層をＧａＮ層とするとともに、障壁層をＡｌＧａＮ層としてもよい。または、障壁層をＡｌＩｎＧａＮ層としてもよい。もしくは、これらを自由に組み合わせて、４層以上を単位構造として、その単位構造を繰り返すこととしてもよい。また、発光層として、ＳＱＷ層を用いてもよい。ただし、これらは例示であり、これ以外の材質もしくは構造であってもよい。
【００３３】
ｎ型半導体層８０は、ｎ電極Ｎ１に接触するコンタクト層であるとともに、発光層７０に応力が加わるのを防止するための層である。また、発光層７０のＩｎが拡散するのを防止するための層である。そのＳｉ濃度は１×１０18／ｃｍ3 以上である。詳しくは、後述する。
【００３４】
ｎ電極Ｎ１は、ｎ型半導体層８０の上に形成されている。つまり、ｎ電極Ｎ１とｎ型半導体層８０とは導通している。ｎ電極Ｎ１は、金属製の電極であり、一般に透明ではない。
【００３５】
２．ｎ型半導体層の形状
２−１．第１の凹凸形状部
ｎ型半導体層８０は、光取り出し面Ｚ１を有している。図２は、発光素子１００の光取り出し面Ｚ１とその周辺を拡大した図である。ｎ型半導体層８０は、第１の凹凸形状部８１を有している。第１の凹凸形状部８１は、平坦面８１ａと、傾斜面８１ｂと、平坦面８１ｃと、を有している。このように、第１の凹凸形状部８１は、平坦部と傾斜面とを有している。ｎ型半導体層８０は、複数の凹部Ｘ１を有している。凹部Ｘ１は、底面である平坦面８１ｃと、その平坦面８１ｃを囲む傾斜面８１ｂと、を有している。この第１の凹凸形状部８１の凹部Ｘ１は、後述するように、成長基板の凹凸に対応して形成されたものである。
【００３６】
そして、平坦面８１ａと、傾斜面８１ｂと、平坦面８１ｃとは、それぞれ第２の凹凸形状部８２を有している。この第２の凹凸形状部８２は、後述するように、ウェットエッチングにより粗面化されたものである。つまり、ｎ型半導体層８０の第１の凹凸形状部８１は、凹凸の微細な第２の凹凸形状部８２を有している。そして、第１の凹凸形状部８１においては、平坦部と傾斜面とのいずれにも微細な凹凸が形成されている。
【００３７】
２−２．発光効率
このように、発光素子１００の光取り出し面Ｚ１は、第１の凹凸形状部８１と、第１の凹凸形状部８１に形成された微細な凹凸である第２の凹凸形状部８２と、を有している。そのため、発光層７０で発生した光は、大きな入射角で光取り出し面Ｚ１に照射されることがほとんどない。そのため、ｎ型半導体層８０と素子外部との境界面で光が全反射することはほとんどない。つまり、発光素子１００の光取り出し効率は、従来の発光素子に比べて向上している。その向上する程度については、後述する。
【００３８】
ここで、図２に示すように、凹部Ｘ１の深さＨ１は、１μｍ以上２μｍ以下である。凹部Ｘ１のピッチ間隔Ｉ１は、３μｍ以上５μｍ以下である。より好ましくは、３μｍ以上４μｍ以下である。凹部Ｘ１の底面である平坦面８１ｃの幅Ｗ１は、０μｍ以上０．５μｍ以下である。より好ましくは、０．０５μｍ以上０．３μｍ以下である。凹部Ｘ１の上面の幅Ｗ２は、２μｍ以上４μｍ以下である。より好ましくは、２．７μｍ以上３．３μｍ以下である。平坦面８１ｃと傾斜面８１ｂとの間のなす角の角度は、４５°以上６０°以下である。より好ましくは、５０°以上６０°以下である。
【００３９】
３．成長基板（凹凸基板）
３−１．凹凸基板の形状
図３に、本実施形態の半導体発光素子の製造方法に用いる成長基板を示す。図３のサファイア基板Ｓ１は、主面に凹凸形状Ｓ１１を有する成長基板である。具体的には、凹凸形状Ｓ１１は、複数の凸部Ｓ１１ａを有している。この成長基板の材質は、サファイアに限らない。
【００４０】
３−２．凹凸基板の形状とｎ型半導体層の形状との対応関係
図４は、サファイア基板Ｓ１の形状とｎ型半導体層８０の形状との対応関係を示す図である。図４に示すように、サファイア基板Ｓ１の凸部Ｓ１１ａと、ｎ型半導体層８０の凹部Ｘ１とは、対応する形状をしている。そのため、サファイア基板Ｓ１の凸部Ｓ１１ａは、ｎ型半導体層８０の凹部Ｘ１にちょうどはめ込むことができるようになっている。
【００４１】
ただし、後述するように、レーザーリフトオフ法等を用いてサファイア基板Ｓ１をｎ型半導体層８０から除去するため、ｎ型半導体層８０には若干のダメージがある。そのため実際には、サファイア基板Ｓ１の凸部Ｓ１１ａと、ｎ型半導体層８０の凹部Ｘ１とは、互いにわずかにずれた形状になっている。
【００４２】
したがって、凸部Ｓ１１ａの高さＨ１ａは、凹部Ｘ１の深さＨ１とほぼ同じである。凸部Ｓ１１ａのピッチ間隔Ｉ１ａは、凹部Ｘ１のピッチ間隔Ｉ１とほぼ同じである。凸部Ｓ１１ａの頂部の幅Ｗ１ａは、凹部Ｘ１の平坦面８１ｃの幅Ｗ１とほぼ同じである。凸部Ｓ１１ａの底部の幅Ｗ２ａは、凹部Ｘ１の上面の幅Ｗ２とほぼ同じである。
【００４３】
４．半導体発光素子の製造方法
本形態における半導体素子の製造方法では、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、上記の各層の結晶をエピタキシャル成長させる。以下、各工程を説明する。
【００４４】
４−１．半導体層形成工程（第１の凹凸形状部形成工程）
本形態では、成長基板として主面に凹凸形状の形成されたサファイア基板Ｓ１を用いる。そして、そのサファイア基板Ｓ１をＭＯＣＶＤ炉に入れる。次に、水素ガス中でサファイア基板Ｓ１のクリーニングを行い、サファイア基板Ｓ１の表面に付着している付着物を除去する。そして、サファイア基板Ｓ１の上に、低温バッファ層Ｂ１を形成する。
【００４５】
次に、図５に示すように、低温バッファ層Ｂ１の上にｎ型半導体層８０を成長させる。続いて、ｎ型半導体層８０の上に発光層７０を形成する。次に、発光層７０の上にｐ型半導体層６０を形成する。そして、ｐ型半導体層６０の上に導電性反射膜５０を形成する。なお、ｎ型半導体層８０を成長させる際に、第１の凹凸形状部８１が形成される。
【００４６】
４−２．接合層形成工程
次に、図６に示すように、導電性反射膜５０の上に、第２の導電性金属層４０と、低融点金属層３２とを、この順序で形成する。一方、支持基板１０の上に、第１の導電性金属層２０と、低融点金属層３１とを、この順序で形成する。そして、支持基板１０側に形成された低融点金属層３１と、サファイア基板Ｓ１側に形成された低融点金属層３２とを、向かい合わせにする。そして、低融点金属層３１と、低融点金属層３２とを、接合する。ここで、低融点金属層３１、３２は、半田である。そして、低融点金属層３１、３２は、一体の導電性接合層３０となる。これにより、図７に示すような積層体Ｄ１が得られる。
【００４７】
４−３．成長基板分離工程（第１の凹凸形状部露出工程）
続いて、図７の積層体Ｄ１のサファイア基板Ｓ１の主面にレーザーを照射する。ここで照射するレーザーは、波長が２４８ｎｍのＫｒＦ高出力パルスレーザーである。また、ＹＡＧレーザー（３５５ｎｍ、２６６ｎｍ）、ＸｅＣｌレーザー（３０８ｎｍ）、ＡｒＦレーザー（１５５ｎｍ）、などのいずれを用いてもよい。３６５ｎｍよりも波長の短いレーザーであれば、その他のレーザーを用いてもよい。
【００４８】
これにより、図７の積層体Ｄ１からサファイア基板Ｓ１を分離することができる。この分離により、ｎ型半導体層８０の第１の凹凸形状部８１を露出させる。そして、図８の積層体Ｄ２が作製される。図８に示すように、この段階では、複数の凹部Ｘ１が露出している。なお、低温バッファ層Ｂ１は薄い。そのため、この成長基板を分離する工程により、低温バッファ層Ｂ１の少なくとも一部は、サファイア基板Ｓ１とともに除去される。
【００４９】
図８に示すように、この段階で、ｎ型半導体層８０の表面には、第１の凹凸形状部８１が形成されている。この第１の凹凸形状部８１は、前述したように、サファイア基板Ｓ１の凹凸形状Ｓ１１ａに対応している。ただし、この段階では、凹凸の微細な第２の凹凸形状部８２は、未だ形成されていない。
【００５０】
４−４．洗浄工程
次に、ｎ型半導体層８０の第１の凹凸形状部８１の表面を洗浄する。具体的には、ＨＣｌ水溶液を用いる。ＨＣｌ水溶液の濃度は、１７％以上３４％以下である。これにより、低温バッファ層Ｂ１のうち、レーザーにより除去されていなかった部分が除去される。
【００５１】
４−５．エッチング工程（第２の凹凸形状部形成工程）
次に、ｎ型半導体層８０の第１の凹凸形状部８１に、凹凸の微細な第２の凹凸形状部８２を形成する。そのために、第１の凹凸形状部８１の表面をウェットエッチングにより粗面化する。具体的には、ｎ型半導体層８０の表面をＴＭＡＨ溶液に浸漬する。ＴＭＡＨ溶液の温度は、２０℃以上８０℃以下の範囲内である。ＴＭＡＨ溶液の温度は、６０℃であるとよい。ＴＭＡＨ溶液の濃度は、２０％以上６０％以下の範囲内である。エッチング時間は、後述するように、３分以上であるとよい。このエッチングにより、第２の凹凸形状部８２が形成される。ＴＭＡＨ溶液の代わりに、水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ水溶液）を用いてもよい。微細な凹凸を形成した後の積層体Ｄ３を図９に示す。図９に示すように、第１の凹凸形状部８１は、第２の凹凸形状部８２を有している。
【００５２】
４−６．電極形成工程
続いて、支持基板１０における第１の導電性金属層２０の反対側の面に、ｐ電極Ｐ１を形成する。ｐ電極Ｐ１として、Ｐｔ層、Ｔｉ層、Ｐｔ層、Ｔｉ層、Ａｕ層を支持基板１０の側からこの順序で形成する。また、ｎ型半導体層８０の上に、ｎ電極Ｎ１を形成する。ｎ電極Ｎ１として、Ｗ層、Ｔｉ層、Ａｕ層をｎ型半導体層８０の側からこの順序で形成する。以上の工程を経ることにより、図１に示した発光素子１００が製造される。
【００５３】
５．変形例
５−１．保護膜
本形態では、ｎ型半導体層８０が露出している。しかし、ｎ型半導体層８０の第１の凹凸形状部８１を覆う保護膜を形成してもよい。そのためには、スパッタ装置を用いればよい。保護膜は、透明である。保護膜として、ＳｉＯ2 を用いることができる。ＳｉＯ2 は誘電体である。また、保護膜として、Ｓｉ3 Ｎ4 や、その他にＳｉＯ2XＮ4Y（Ｘ＋３Ｙ＝１）であってもよい。また、保護膜は、第１の凹凸形状部８１に対応する凹凸形状をしている。ただし、保護膜の傾斜面の傾斜は、第１の凹凸形状部８１に比べてやや緩やかである。
【００５４】
５−２．導電性保護膜
さらに、保護膜を導電性の材質で形成するとよい。電流を半導体層の面方向（図１では横方向）に拡散して、発光層の発光領域にわたって効率よく電流を流すためである。この場合には、保護膜は導電性であるため、保護膜の上にｎ電極Ｎ１を形成するとよい。ｎ型半導体層８０の第１の凹凸形状部８１の可能な限り大部分を覆うことにより、発光層７０に面方向に電流が拡散するからである。ここで、導電性透明膜の材質として、ＩＴＯを用いることができる。または、ＩＣＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ2 、ＮｂＴｉＯ2 、ＴａＴｉＯ2 であってもよい。
【００５５】
５−３．基板の剥離方法
本実施形態では、成長基板であるサファイア基板Ｓ１を、レーザーリフトオフ法により半導体層から除去することとした。しかし、レーザーを用いる代わりに、エッチングを用いることにより、積層体Ｄ１のｎ型半導体層８０からサファイア基板Ｓ１を剥離させることとしてもよい。その場合であっても、サファイア基板Ｓ１を除去することできることに変わりない。もちろん、その他の公知の方法を用いて、サファイア基板Ｓ１を除去してもよい。
【００５６】
５−４．エッチング工程（第２の凹凸形状部形成工程）
本実施形態では、微細凹凸形成工程により、図２等に示すような第２の凹凸形状部８２を形成することとした。この第２の凹凸形状部８２は、図２では凸形状として描かれている。しかし、図１０に示すように、凹形状を有する発光素子１５０であってもよい。つまり、第１の凹凸形状部１８１は、第２の凹凸形状部１８２を有している。第２の凹凸形状部１８２は、凹部である。
【００５７】
５−５．導電性透明膜
また、ｐ型半導体層６０と、導電性反射膜５０との間に、導電性透明膜を形成してもよい。この導電性透明膜は、ＩＴＯやＩＺＯ等の導電性の透明膜である。この導電性透明膜は、ｐ型半導体層６０とオーミック接触するための層である。
【００５８】
５−６．洗浄工程
本実施形態では、洗浄工程を実施した。しかし、洗浄工程を省略してもよい。
【００５９】
６．本実施形態のまとめ
以上、詳細に説明したように、本実施形態に係る発光素子１００は、成長基板の凹凸に対応する第１の凹凸形状部８１を形成されるとともに、その第１の凹凸形状に微細な第２の凹凸形状部８２を形成されたものである。そのため、発光素子１００の光取り出し効率は高い。
【００６０】
なお、本実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能である。積層体の積層構造については、必ずしも図に示したものに限らない。積層構造や各層の繰り返し回数等、任意に選択してよい。また、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）に限らない。その他の結晶成長方法を用いてもよい。
【００６１】
（第２の実施形態）
１．半導体発光素子
第２の実施形態について説明する。本実施形態の発光素子２００は、レーザーリフトオフ法により製造されるものである。発光素子２００は、図１１に示すように、支持基板２１０と、ｎ電極Ｎ２と、半田接合層２２２と、金属層２３０と、ｐ電極Ｐ２と、半田接合層２２１と、反射層２４０と、透明電極層２５０と、ｐ型半導体層２６０と、発光層２７０と、ｎ型半導体層２８０と、蛍光体含有ガラス層２９０と、を有している。
【００６２】
ここで、半田接合層２２１は、ｐ電極Ｐ２と反射層２４０とを半田接合するためのものである。半田接合層２２２は、ｎ電極Ｎ２と金属層２３０とを半田接合するためのものである。ここで、蛍光体含有ガラス層２９０の屈折率は、およそ１．３から２．１までの範囲内である。この蛍光体含有ガラス層２９０を形成するために、ＣＶＤ法や、スパッタリング、加熱プレス等の公知の技術を用いればよい。
【００６３】
反射層２４０の材質は、第１の実施形態の導電性反射膜５０と同じものであるとよい。透明電極層２５０の材質は、第１の実施形態の変形例で説明した導電性透明膜と同じものであるとよい。もちろん、これらは例示であり、これら以外の材質であってもよい。
【００６４】
２．蛍光体含有ガラス層
本実施形態のｎ型半導体層２８０は、第１の凹凸形状部２８１を有している。この第１の凹凸形状部２８１は、複数の凹部Ｘ２を有している。この凹部Ｘ２は、第１の実施形態の発光素子１００におけるｎ型半導体層８０の凹部Ｘ１とほぼ同様である。すなわち、凹部Ｘ２は、複数の微細な凹凸形状を有している。つまり、第１の凹凸形状部２８１は、凹凸の微細な第２の凹凸形状部２８２を有している。
【００６５】
蛍光体含有ガラス層２９０は、第１の凹凸形状部２８１および第２の凹凸形状部２８２の上に形成されている。そして、蛍光体含有ガラス層２９０の表面は、粗面化された第３の凹凸形状部である。この第３の凹凸形状部、すなわち、蛍光体含有ガラス層２９０の表面が、発光素子２００の光取り出し面Ｚ２である。発光素子２００では、ｎ型半導体層２８０は、蛍光体含有ガラス層２９０と接触している。そのため、ｎ型半導体層２８０の屈折率は、２．５程度である。蛍光体含有ガラス層２９０の屈折率は、１より十分に大きい。そのため、ｎ型半導体層２８０と蛍光体含有ガラス層２９０との間の屈折率の差は、ｎ型半導体層２８０と大気との間の屈折率の差よりも小さい。したがって、後述するように、発光効率は向上する。
【００６６】
３．半導体発光素子の製造方法
３−１．半導体層形成工程（第１の凹凸形状部形成工程）
ここで、発光素子２００の製造方法について説明する。まず、図１２に示すように、凹凸形状を有するサファイア基板Ｓ２の上に、ｎ型半導体層２８０と、発光層２７０と、ｐ型半導体層２６０と、をこの順序で形成する。そして、ｐ型半導体層２６０の側からｎ型半導体層２８０まで達する非貫通孔を掘ることにより、ｎ型半導体層２８０の一部を露出させる。そして、露出しているｎ型半導体層２８０の上に、金属層２３０を形成する。一方、ｐ型半導体層２６０の上に透明電極層２５０を形成する。この透明電極層２５０の上に反射層２４０を形成する。
【００６７】
３−２．接合工程
次に、図１３に示すように、支持基板２１０にｐ電極Ｐ２とｎ電極Ｎ２とを形成した積層体と、半導体層を形成した積層体とを半田接合する。これにより、ｐ電極Ｐ２は、半田接合層２２１を介して反射層２４０に接合される。また、ｎ電極Ｎ２は、半田接合層２２２を介して金属層２３０に接合される。
【００６８】
３−３．成長基板分離工程（第１の凹凸形状部露出工程）
次に、レーザーリフトオフ法により、サファイア基板Ｓ２を積層体から取り除く。サファイア基板Ｓ２を除去した後の様子を、図１４に示す。図１４に示すように、ｎ型半導体層２８０は、表面に第１の凹凸形状部２８１を有している。この第１の凹凸形状部２８１は、サファイア基板Ｓ２の凹凸形状に対応する形状である。
【００６９】
３−４．エッチング工程（第２の凹凸形状部形成工程）
次に、第１の凹凸形状部２８１の表面を粗面化する。これにより、第１の凹凸形状部２８１に、さらに微細な凹凸である第２の凹凸形状部２８２が形成される。この工程を経た積層体を、図１５に示す。第１の凹凸形状部２８１は、凹凸の微細な第２の凹凸形状部２８２を有している。
【００７０】
３−５．蛍光体含有ガラス層形成工程
そして、ｎ型半導体層２８０の第１の凹凸形状部２８１の上に蛍光体含有ガラス層２９０を形成する。この蛍光体含有ガラス層２９０は、蛍光体を含有している。
【００７１】
３−６．粗面化工程（第３の凹凸形状部形成工程）
次に、蛍光体含有ガラス層２９０の表面をエッチングにより粗面化する。その他に、転写や荒い研磨等を実施してもよい。これにより、蛍光体含有ガラス層２９０の表面が粗面化される。そして、蛍光体含有ガラス層２９０の表面に第３の凹凸形状部を形成する。この第３の凹凸形状部が、光取り出し面Ｚ２である。
【００７２】
４．変形例
第１の実施形態で説明した変形例を用いることができる。
【００７３】
５．本実施形態のまとめ
以上、詳細に説明したように、本実施形態に係る発光素子２００は、成長基板の凹凸に対応する第１の凹凸形状部２８１を形成されるとともに、その第１の凹凸形状部２８１に微細な第２の凹凸形状部２８２を形成されたものである。そのため、半導体層からの光取り出し効率は高い。また、その微細な第２の凹凸形状部２８２の上に蛍光体含有ガラス層２９０がある。そのため、発光素子２００から白色光が取り出されるとともに、発光素子２００の発光効率も高い。
【００７４】
（第３の実施形態）
１．実装体
第３の実施形態について説明する。本実施形態の実装体１３００は、発光素子３００がサブマウント１３２０に実装されている。図１６に示すように、実装体１３００は、発光素子３００と、サブマウント１３２０と、樹脂層１３３０と、樹脂層１３４０と、を有している。発光素子３００は、ｎ型半導体層の側に光取り出し面Ｚ３を有している。
【００７５】
２．実装体の製造方法
本実施形態では、発光素子３００をサブマウント１３２０に実装した後に、ｎ型半導体層の表面を粗面化することに特徴がある。
【００７６】
２−１．素子作製工程（第１の凹凸形状部形成工程）
まず、図１７に示す発光素子３５０を作製する。そのために、サファイア基板Ｓ３の上に半導体層およびｐ電極Ｐ３およびｎ電極Ｎ３を形成する。このサファイア基板Ｓ３には、もちろん、凹凸形状が形成されている。そして、ウエハに形成された多数の素子を分離する。これにより、発光素子３５０が作製される。なお、この段階の発光素子３５０のｎ型半導体層の表面は未だ粗面化されていない積層体である。
【００７７】
２−２．実装工程
次に、発光素子３５０をサブマウント１３２０に実装する。このサブマウント１３２０は、樹脂層１３４０を有している。そして、アンダーフィルをサブマウント１３２０と発光素子３５０との間に注入する。アンダーフィルは、一定時間経過後に固化する。そして、アンダーフィルは、樹脂層１３３０となる。これにより、図１８の実装体１３１０が作製される。
【００７８】
２−３．成長基板分離工程（第１の凹凸形状部露出工程）
上記の実装工程の後に、実装体１３１０からサファイア基板Ｓ３を除去する。そのために、レーザーリフトオフ法を用いればよい。これにより、ｎ型半導体層の第１の凹凸形状部３８１が露出する。
【００７９】
２−４．洗浄工程
次に、露出させたｎ型半導体層の第１の凹凸形状部３８１をＨＣｌ溶液を用いて洗浄する。
【００８０】
２−５．エッチング工程（第２の凹凸形状部形成工程）
次に、露出しているｎ型半導体層の第１の凹凸形状部３８１をエッチングする。そのために、前述したＴＭＡＨ溶液を用いればよい。また、ＫＯＨ水溶液を用いてもよい。これにより、第１の凹凸形状部３８１に微細な凹凸が形成される。そのため、この工程の後には、第１の凹凸形状部３８１は、凹凸の微細な第２の凹凸形状部３８２を有している。以上により、実装体１３００が製造される。
【００８１】
３．変形例
第１の実施形態で説明した変形例を用いることができる。また、第２の実施形態のように、ｎ型半導体層の第１の凹凸形状部３８１の上に、蛍光体含有ガラス層を形成してもよい。
【００８２】
４．本実施形態のまとめ
以上、詳細に説明したように、本実施形態に係る発光素子３００は、サブマウント１３２０に実装されている。そして、発光素子３００は、成長基板の凹凸に対応する第１の凹凸形状部３８１を形成されるとともに、その第１の凹凸形状部３８１に微細な第２の凹凸形状部３８２を形成されたものである。また、発光素子３００は、サブマウント１３２０への実装後に光取り出し面の粗面化をされている。そのため、半導体層からの光取り出し効率は高い。
【実施例】
【００８３】
１．成長基板（凹凸基板）
ここで、実施例について説明する。本実施例では、多数の凸形状を繰り返し配置した凹凸基板を用いた。基板の材質はサファイアである。図３に示したように、ピッチ間隔Ｉ１ａは、４μｍであった。凸部の頂部の径Ｗ１ａは、０．２μｍであった。凸部の根元の径Ｗ２ａは、３μｍであった。凸部の高さＨ１ａは、１．５μｍであった。基板の主面と、凸部の最大傾斜面と、がなす角θａの角度は、４７°であった。
【００８４】
２．サンプルの作製
次に、サファイア基板の上に、バッファ層と、ｎ型半導体層と、発光層と、ｐ型半導体層と、をこの順序で形成した。そして、その半導体層を積層した積層体と支持基板とを半田接合した。その後、その積層体からサファイア基板を分離した。そして、露出させたｎ型半導体層の表面をＨＣｌ水溶液で洗浄した後に、ＴＭＡＨ溶液でｎ型半導体層をエッチングした。また、ｐ電極およびｎ電極を形成した。
【００８５】
なお、蛍光体含有ガラス層を設けないサンプル（実施例１）と、蛍光体含有ガラス層を設けたサンプル（実施例２、３）と、を作製した。また、比較のために、ｎ型半導体層に微細な凹凸を設けないサンプル（比較例１）も作成した。
【００８６】
３．実験結果
３−１．蛍光体含有ガラス層無し
実験結果を図１９に示す。図１９の横軸は、発光素子をＴＭＡＨ溶液に浸漬した時間である。図１９の縦軸は、全放射束である。ここで、ＴＭＡＨ溶液に未だ浸漬していない発光素子の全放射束を１００％とした。つまり、凹凸基板の凹凸形状に対応する凹凸が形成されているが、微細な凹凸は形成されていない発光素子の全放射束を１００％とした。
【００８７】
図１９に示すように、ＴＭＡＨ溶液への浸漬時間の経過とともに、発光素子の全放射束は上昇した。そして、３分経過したところで、発光素子の全放射束の値は飽和した。つまり、ＴＭＡＨ溶液に３分以上浸漬することにより、十分な微細加工を実施することができる。図１９に示すように、ＴＭＡＨ溶液に浸漬する時間が３分以上１０分以下の場合には、発光素子の全放射束は、１３％程度向上した。
【００８８】
３−２．蛍光体含有ガラス層有り
また、蛍光体含有ガラス層を形成した場合を、また図１９に示す。図１９に示すように、蛍光体含有ガラス層を設けたほうが、全放射束の値は大きかった。表１は、上記の結果をまとめたものである。
【００８９】
［表１］
微細加工      ガラス層      屈折率          全放射束
実施例１        有り          無し          −            １１３％
実施例２        有り          有り        １．５７        １２２％
実施例３        有り          有り        １．４１        １２０％
比較例１        無し          無し          −            １００％
【００９０】
実施例１は、第１の実施形態に対応する。実施例１の発光素子は、微細加工を施されているが、蛍光体含有ガラス層については形成されていない。実施例１の全放射束は、１１３％であった。
【００９１】
実施例２は、第２の実施形態に対応する。実施例２の発光素子は、微細加工を施されているとともに、蛍光体含有ガラス層も形成されている。その蛍光体含有ガラス層の屈折率は、１．５７であった。実施例２の全放射束は、１２２％であった。
【００９２】
実施例３は、実施例２とほぼ同様である。ただし、実施例３は、蛍光体含有ガラス層の屈折率が実施例２の場合と異なる。その蛍光体含有ガラス層の屈折率は、１．４１であった。実施例２の全放射束は、１２０％であった。
【００９３】
比較例１は、微細加工もされておらず、蛍光体含有ガラス層も形成されていない。比較例１の全放射束は、もちろん１００％であった。
【符号の説明】
【００９４】
１００、２００、３００…発光素子
１０…支持基板
２０…第１の導電性金属層
３０…導電性接合材層
４０…第２の導電性金属層
５０…導電性反射膜
６０…ｐ型半導体層
７０…発光層
８０…ｎ型半導体層
２９０…蛍光体含有ガラス層
１３００…実装体
８１、２８１、３８１…第１の凹凸形状部
８２、２８２、３８２…第２の凹凸形状部
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３…ｐ電極
Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３…ｎ電極
Ｘ１、Ｘ２…凹部
Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３…光取り出し面
【図１】
2015061010.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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