(57)【要約】      （修正有）【課題】好適な光の外部への取り出し構造を有する半導体発光素子と、その製造方法と、その半導体発光素子を備えた半導体発光装置とを提供することを目的とする。【解決手段】基板１上に、少なくとも発光層３を有する半導体構造１０を有し、半導体構造１０の一部の領域に半導体構造１０側を底面とする円錐状の柱状構造７を有する構成とした。この柱状構造７によって、半導体構造１０内を伝播する光を反射、回折又は散乱して、光の取り出し方向に偏向する。【選択図】図２
2008131000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に少なくとも発光層を有する半導体構造を有する半導体発光素子であって、
前記半導体構造の一部の領域に柱状構造を有することを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記基板は、前記半導体構造を有する基板面に凸部を有すると共に、当該凸部上に前記柱状構造が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記柱状構造は、前記半導体構造側を底面とし、側面が上部から基板面側に向かって傾斜する傾斜面からなる錐体状であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記柱状構造は、前記半導体構造の周縁部に配置されたことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記柱状構造は、前記半導体構造の高さ方向の一部に基板面を端部として設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記半導体構造は、基板上に第１導電型半導体、発光層及び第２導電型半導体をこの順に有し、前記柱状構造は、高さ方向において、前記第１導電型半導体の一部に基板面を端部として設けられ、前記柱状構造の高さは前記第１導電型半導体の上端の高さよりも低いことを特徴とする請求項５に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記第１導電型半導体及び前記第２導電型半導体は窒化物半導体であり、前記基板の屈折率が当該窒化物半導体の屈折率より小さいことを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記第１導電型半導体及び前記第２導電型半導体は窒化物半導体であり、前記柱状構造の側面が、前記窒化物半導体をエッチングして得られたエッチング面であることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記エッチング面は、前記半導体構造の上端面に略平行な前記窒化物半導体の（０００−１）面からウェットエッチングされて形成される面であることを特徴とする請求項８に記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記柱状構造の側面は、前記窒化物半導体の｛１−１０２｝面であることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の半導体発光素子。
【請求項１１】
基板上に第１導電型半導体及び第２導電型半導体をこの順に有する半導体構造と、前記第１導電型半導体及び前記第２導電型半導体にそれぞれ第１電極及び第２電極とを設けた半導体発光素子構造を有する半導体発光素子の製造方法であって、
基板面に凹凸を形成する工程と、
前記凹凸を形成した基板面上に前記半導体発光素子構造を形成する工程と、
前記半導体構造の上端面と異なる結晶面を露出させる工程と、
前記半導体構造に、ウェットエッチングによって当該半導体構造の前記基板に対向する少なくとも一部の領域に柱状構造を形成する工程と、を含み、
前記ウェットエッチングにおいて、前記半導体構造の上端面と異なる結晶面におけるエッチングレートが、前記半導体構造の上端面におけるエッチングレートより大きいことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項１２】
前記半導体構造の上端面と異なる結晶面を露出させる工程は、前記半導体構造との界面を構成する前記基板面を露出させることを特徴とする請求項１１に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１３】
前記ウェットエッチングにおいて、前記半導体構造の前記露出させた結晶面側の端部が、前記半導体構造の上端面側の端部よりも前記半導体構造の内側になるまでウェットエッチングすることを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１４】
請求項１乃至請求項１０の何れか一項に記載の半導体発光素子が実装されてなる半導体発光装置であって、前記半導体発光素子の基板側が実装され、前記半導体構造側から光が取り出されることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項１５】
前記半導体発光素子を覆うように蛍光体を含有する封止部材で封止されてなる請求項１４に記載の半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
半導体を用いて発光素子構造を形成した半導体発光素子に係り、光取り出し面と光反射面を備えた半導体発光素子、その製造方法及びその半導体発光素子を備えた半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体発光素子は、半導体発光素子によって発光した光を効率的に半導体発光素子の外部に取り出すために、光取り出し面と、当該光取り出し面に光を集めるための光反射面を、その構造面に備えた半導体発光素子が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１〜特許文献６において、半導体層の側面に傾斜面などを設ける半導体発光素子が開示されている。より詳しく説明すると、これらの特許文献には、（１）半導体構造を順メサ形状とするもの（特許文献２〜特許文献５）、（２）半導体構造を逆メサ形状とするもの（特許文献１）、（３）半導体構造の側面に凹凸を設けるもの（特許文献６）が記載されている。その他には、特許文献７において、基板面に凹凸を設ける半導体発光素子が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３０８５３２号公報（段落００３２〜段落００４２、図３）
【特許文献２】特開平１０−３４１０３５号公報（段落００１２〜段落００１７、図２）
【特許文献３】特開２００２−０２６３８２号公報（段落００１４〜段落００１５、図１、図２）
【特許文献４】特開２００４−０９５９５９号公報（段落００１５〜段落００１８、図１）
【特許文献５】特開２００４−０７１６４４号公報（段落００１４〜段落００２０、図２）
【特許文献６】特開２００４−００６６６２号公報（段落０００６〜段落０００９、図１）
【特許文献７】特開２００３−３１８４４１号公報（段落００３０〜段落００３２、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１及び特許文献６に記載されたＬＥＤ（Light Emitting Diode）のように、基板材料と半導体材料が異種の材料であるヘテロ構造体の場合には、一般的には、半導体層と基板に対する加工方法がそれぞれ異なるため、それぞれの主面に対して別々の工程において加工する必要がある。この加工上の制約のため、反射面や光取り出し構造などにも制約が生じることになる。
【０００６】
したがって、特許文献３の図２に示されるような半導体層と基板とを一体的に加工して連続した反射面を形成することは、ヘテロ構造体の場合には困難であった。特に、窒化物半導体を用いる半導体発光素子においては、その基板としてサファイア基板、ＳｉＣ基板が好適に用いられるが、これらの基板材料はそれぞれ硬度が高く（サファイアのモース硬度は９［修正モース硬度は１２］、ＳｉＣの修正モース硬度は１３）、機械加工が困難であった。このような基板に所望の反射面、傾斜面を形成するには、相応の加工時間を要し、生産性が低下する傾向があった。また、加工時における半導体への衝撃による損傷の問題もあった。
【０００７】
このため、半導体と基板とを一体的に加工すること、双方を覆う反射面（傾斜面）を形成することは困難であり、半導体、基板のいずれか一方の加工による反射面の形成に留まるのが実情であった。また、特許文献２の図１１及び特許文献５の図２に記載のＬＥＤのように、ｐ側電極及びｎ側電極を同一面側として基板側を光取り出し方向にする場合には、基板上にメサ形状、すなわち側面の傾斜勾配の角度が９０°未満の半導体層を形成するため、基板主面上から比較的容易に加工することができる。
【０００８】
他方、特許文献１の図３に記載のＬＥＤのように、逆メサ形状の半導体層を形成するには、加工の制御が難しく、精度よく形状を形成することが困難であった。そして、傾斜面と発光構造とを好適に連携させた構造にしないと、良好な光取り出しが実現できず、従来の加工方法を用いたのでは製造コスト増につながる傾向にあった。また、特許文献４の図１に記載のＬＥＤのように、金属部材上に逆メサ形状の半導体層を形成するためには、基板上にメサ形状の半導体層を形成した後、この基板に代わる金属部材を形成し、元の基板を剥離するという複雑な工程が必要であった。
【０００９】
以上説明した特許文献１〜特許文献６に記載のＬＥＤに対して、加工方法が容易で、光の外部への取り出し効率を更に向上する構造の半導体発光素子が必要であった。
【００１０】
また、特許文献７の図１に記載のＬＥＤでは、凹凸を設けた基板上に半導体層を形成し、半導体層内を伝播して基板面で反射する光の方向を偏向することで、外部への光取り出し効率を向上するものであるが、半導体層の側面からの光取り出し効率の向上が更に必要であった。
【００１１】
半導体層側から光を取り出す場合、特許文献７のように基板に凹凸を設けて、回折散乱させて取り出す以外に、基板の裏面に反射層を設けるという方法がある。しかし、基板裏面の反射層では、基板と反射層との密着性等を考慮する必要があり、基板の側面で反射された光を如何に取り出すかという問題があった。
【００１２】
特許文献１〜特許文献７に開示されている、発光素子の側面における傾斜面もしくは逆傾斜面の形成や基板凹凸の形成だけでは光の取り出しが不十分であり、さらに効果的に光を取り出すことのできる構造の発光素子とする必要があった。特に素子の面積や発光層の面積の大きい発光素子においては素子内で伝播する光が多く、それらの光を如何に効率よく取り出すことのできる構造とするかが課題となっていた。
【００１３】
本発明は、このような問題を解決するために創案されたものであり、好適な光の外部への取り出し構造を有する半導体発光素子と、その製造方法と、その半導体発光素子を備えた半導体発光装置とを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記目的を達成するために、本発明の半導体発光素子は、基板上に少なくとも発光層を有する半導体構造を有する半導体発光素子であって、前記半導体構造の一部の領域に柱状構造を有する構成とした。
【００１５】
かかる構成によれば、半導体発光素子は、半導体構造の一部に設けられた柱状構造によって、半導体発光素子内を横方向に伝播して当該柱状構造に到達した光を散乱又は回折し、半導体発光素子の外部に取り出すことができる。
【００１６】
本発明の半導体発光素子は、前記基板は、前記半導体構造を有する基板面に凸部を有すると共に、当該凸部上に前記柱状構造が設けられていることが好ましい。
【００１７】
かかる構成によれば、基板面の凹凸によって、基板面に臨界角以上の入射角度で入射する光の反射方向を偏向し、半導体発光素子の外部に取り出すことができる。
【００１８】
本発明の半導体発光素子は、前記柱状構造が、前記半導体構造側を底面とし、側面が上部から基板面側に向かって傾斜する傾斜面からなる錐体状であることが好ましい。
【００１９】
かかる構成によれば、柱状構造を半導体構造側を底面とする錐体状とするため、半導体発光素子の側面で反射した光も、その対向面で反射させて半導体構造側、すなわち上端面から外部に取り出すことができる。
【００２０】
本発明の半導体発光素子は、前記柱状構造が、前記半導体構造の周縁部に配置されることが好ましい。
【００２１】
かかる構成によれば、半導体発光素子は、最も光の集まりやすい半導体構造の周縁部における光の外部への取り出し効率を向上することができる。
【００２２】
本発明の半導体発光素子は、前記柱状構造は、前記半導体構造の高さ方向の一部に基板面を端部として設けられていることが好ましい。
【００２３】
かかる構成によれば、半導体発光素子は、基板に対向する半導体構造の下部に設けられた柱状構造によって、半導体発光素子構造内を横方向に伝播して、当該柱状構造の高さの範囲に到達した光を散乱又は回折し、半導体発光素子の外部に取り出すことができる。
【００２４】
本発明の半導体発光素子は、基板上に第１導電型半導体、発光層及び第２導電型半導体をこの順に有し、前記柱状構造は、高さ方向において、前記第１導電型半導体の一部に基板面を端部として設けられ、前記柱状構造の高さは前記第１導電型半導体の上端の高さよりも低いことが好ましい。
【００２５】
かかる構成によれば、半導体発光素子は、柱状構造を第２導電型半導体から離間して、下層の第１導電型半導体の厚さの範囲内に設けたため、当該柱状構造は発光素子としての機能を保持し、第１電極と第２電極との間に電圧を印加することで、発光することができる。
【００２６】
本発明の半導体発光素子は、前記第１導電型半導体及び前記第２導電型半導体は窒化物半導体であり、前記基板の屈折率が当該窒化物半導体の屈折率より小さいことが好ましい。
【００２７】
かかる構成によれば、高屈折率の半導体発光素子構造内を進行する光の多くは、相対的に低屈折率の基板との界面で全反射して基板内には進行せず、半導体発光素子構造内を横方向に伝播する。このため、半導体発光素子は柱状構造によって、このように半導体発光素子構造内を横方向に伝播する光を効果的に散乱又は回折し、半導体発光素子の外部に取り出すことができる。
【００２８】
本発明の半導体発光素子は、前記第１導電型半導体及び前記第２導電型半導体は窒化物半導体であり、前記柱状構造の側面が、前記窒化物半導体をエッチングして得られたエッチング面であることが好ましい。
【００２９】
かかる構成によれば、柱状構造の側面は、窒化物半導体のエッチング面として構成されるため、安定した形状の柱状構造となり、半導体発光素子構造内を横方向に伝播する光を散乱又は回折し、安定した効率で半導体発光素子の外部に取り出すことができる。
【００３０】
本発明の半導体発光素子は、前記エッチング面は、前記半導体構造の上端面に略平行な前記窒化物半導体の（０００−１）面からウェットエッチングされて形成される面であることが好ましい。
【００３１】
かかる構成によれば、柱状構造の側面は、窒化物半導体のウェットエッチングによるエッチング面、すなわち結晶面として構成されるため、更に安定した形状の柱状構造となり、半導体発光素子構造内を横方向に伝播する光を散乱又は回折し、安定した効率で半導体発光素子の外部に取り出すことができる。
【００３２】
本発明の半導体発光素子は、前記柱状構造の側面は、前記窒化物半導体の｛１−１０２｝面であることが好ましい。
【００３３】
かかる構成によれば、柱状構造の側面は、好適な傾斜角度の傾斜面とすることができる。そのため、半導体発光素子は、半導体発光素子構造内を横方向に伝播して当該柱状構造に到達した光の一部を、柱状構造の傾斜した側面で観察面方向である上方向に効果的に反射し、半導体発光素子の上端面から外部に取り出すことができる。
【００３４】
本発明の半導体発光素子の製造方法は、基板上に第１導電型半導体及び第２導電型半導体をこの順に有する半導体構造と、前記第１導電型半導体及び前記第２導電型半導体にそれぞれ第１電極及び第２電極とを設けた半導体発光素子構造を有する半導体発光素子の製造方法であって、基板面に凹凸を形成する工程と、前記凹凸を形成した基板面上に前記半導体発光素子構造を形成する工程と、前記半導体構造の上端面と異なる結晶面を露出させる工程と、前記半導体構造に、ウェットエッチングによって当該半導体構造の前記基板に対向する少なくとも一部の領域に柱状構造を形成する工程と、を含み、前記ウェットエッチングにおいて、前記半導体構造の上端面と異なる結晶面におけるエッチングレートが、前記半導体構造の上端面におけるエッチングレートより大きいようにした。
【００３５】
かかる手順によれば、基板面に凹凸を形成した基板上に半導体発光素子構造を形成するため、基板面の凸部上に柱状構造が形成される。更に、半導体構造の上端面と異なる結晶面におけるエッチングレートが、半導体構造の上端面におけるエッチングレートよりも大きいため、凸部上に形成される柱状構造の側面は、エッチングレートの大きな下端面側の方が速くエッチングされ、結果として、上端面から下端面に向かって内側に傾斜する（逆傾斜する）傾斜面が形成される。
【００３６】
本発明の半導体発光素子の製造方法は、前記半導体構造の上端面と異なる結晶面を露出させる工程は、前記半導体構造との界面を構成する前記基板面を露出させることが好ましい。
【００３７】
かかる手順によれば、基板を露出させてエッチングするため、半導体構造の下端面から上方にかけて傾斜した側面を有する柱状構造が形成される。
【００３８】
本発明の半導体発光素子の製造方法は、前記ウェットエッチングにおいて、前記半導体構造の前記露出させた結晶面側の端部が、前記半導体構造の上端面側の端部よりも前記半導体構造の内側になるまでウェットエッチングすることが好ましい。
【００３９】
かかる手順によれば、半導体構造の露出させた結晶面側の端部に、傾斜した側面を有する柱状構造が形成される。
【００４０】
本発明の半導体発光素子が実装されてなる半導体発光装置は、前記半導体発光素子の基板側が実装され、前記半導体構造側から光が取り出される構成とした。
【００４１】
かかる構成によれば、半導体層側から光を取り出すことができる半導体発光装置とすることができる。
【００４２】
本発明の半導体発光装置は、前記半導体発光素子を覆うように蛍光体を含有する封止部材で封止された構成とすることができる。
【００４３】
かかる構成によれば、蛍光体によって波長変換を行うことができると共に、柱状構造で光が回折・散乱されるため、光密度の高い半導体発光素子の側面付近での蛍光体の劣化を防止することができる。
【発明の効果】
【００４４】
本発明の半導体発光素子によれば、半導体発光素子内で発光した光を、柱状構造によって効果的に散乱又は回折して偏向することができるため、光の外部への取り出し効率の良好な半導体発光素子とすることができる。
また、柱状構造を有することにより、単に傾斜面を設けた場合と比較して、反射面として作用する面積が増える。そのため、特に素子面積の大きい発光素子においては、発光素子の周縁部により多くの柱状構造を形成することが可能となり、反射面の面積を増やすことができるため、光の外部への取り出し効率を向上することができる。
【００４５】
また、本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、ウェットエッチングによって傾斜した柱状構造の側面を形成するため、機械的加工をすることなく、柱状構造の形状を容易に、かつ安定して形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
（第１実施形態）
＜構成＞
図１及び図２を参照して、第１実施形態の半導体発光素子１００の構成について説明する。第１実施形態にかかる半導体発光素子は、例えば、ＬＥＤ構造を有する発光素子である。
【００４７】
第１実施形態の半導体発光素子１００は、基板１と、その基板面１ａ上に、窒化物半導体からなるｎ型半導体層（第１導電型半導体）２と発光層３とｐ型半導体層（第２導電型半導体）４とを積層した積層構造（半導体構造）１０を有する半導体発光素子構造３０と、から構成される。
ｐ型半導体層４の表面にはｐ側全面電極６ａと、ｐ側パッド電極６ｂとからなるｐ側電極６が設けられ、積層構造１０が一部除去され、ｎ型半導体層２が露出された露出面には、ｎ側電極５が設けられている。
【００４８】
基板面１ａには、凸部８ａ及び凹部８ｂからなる凹凸構造８が設けられており、積層構造１０の周縁部の下部には、円錐形状の複数の柱状構造７が設けられている。柱状構造７は、円錐形状の頂部が基板面１ａの凸部８ａに接するように設けられ、柱状構造７によって構成される積層構造１０の外側の側面が、上部（上端面４ａ側）から基板面１ａに向かって内側に傾斜する（逆傾斜する）傾斜面によって構成されている。
なお、本明細書において「柱状構造」とは、その柱状構造の上下に基板又は半導体構造を有し、高さ方向の少なくとも一部において全周が周囲の半導体層から分離されているものである。
【００４９】
引き続き、図１及び図２を参照して各部の構成について詳細に説明する。
（基板）
基板１は、半導体として窒化物半導体を用いた半導体発光素子用の基板として好適な、サファイア、ＳｉＣ等からなる基板を用いることができる。
基板面１ａ上には、全面に平面視円形の凸部８ａと、この凸部８ａを取り囲む凹部８ｂとからなる凹凸構造８が形成されている。平面視円形の凸部８ａの直径は、０．５〜１０μｍ程度、凸部８ａの間隔は０．５〜１０μｍ程度、凸部８ａの高さは０．５〜５μｍ程度とすることができる。第１実施形態では、図１に示したように、凸部８ａが、周囲を凹部８ｂに取り囲まれ孤立した形状としたが、同様のサイズ、同等の間隔で、基板面１ａに孤立した凹部８ｂを形成するようにしてもよい。
【００５０】
なお、本実施形態では、基板の全面に凹凸構造８を形成したが、凹凸構造８は少なくとも柱状構造７を形成する領域に形成されていればよい。全面に凹凸構造８が形成されている場合は、基板１と半導体の積層構造１０との界面において、光を回折させて積層構造１０側に取り出すことができるため好ましい。
【００５１】
また、より好適には、半導体発光素子構造３０の積層構造１０を構成する半導体の屈折率より、基板１の屈折率のほうが小さい基板を用いることができる。基板１の屈折率が半導体の屈折率より小さいと、半導体側（積層構造１０側）から基板１側に向かって進行する光は、両者の界面において、入射角がスネルの法則によって算出される臨界角より大きいときには、この界面で全反射し、半導体の内側に光を閉じ込め、積層構造１０内を横方向に伝播させることができる。半導体と基板１との界面で全反射するような低屈折率の基板を用いることで、基板１内を横方向に伝播する光が少ないため、基板１に傾斜面を設けずとも、積層構造１０に柱状構造７を設けるだけで効果的に光を外部に取り出すことができる。
【００５２】
例えば、半導体として窒化物半導体であるＧａＮ系化合物半導体を用いた場合は、ＧａＮ系化合物半導体の屈折率は２．５であり、サファイアの屈折率は１．８程度なので、サファイア基板を好適に用いることができる。
【００５３】
（半導体発光素子構造）
半導体発光素子構造３０は、基板１の基板面１ａ上に設けられ、窒化物半導体からなるｎ型半導体層２と発光層３とｐ型半導体層４とを積層した積層構造１０と、積層構造１０に電流を供給するためのｎ側電極５及びｐ側電極６と、から構成される。
【００５４】
（積層構造（半導体構造））
基板上に設けられる半導体構造は、少なくとも発光層を有し、より好適には基板上に第１導電型半導体、発光層及び第２導電型半導体がこの順に形成される。半導体構造の具体的な例として、積層構造１０は、基板１側から順に、ｎ型半導体層２、発光層３及びｐ型半導体層４が積層された構成を有する。例えば窒化物半導体であるＧａＮ系化合物半導体を用い、基板１上に、バッファ層、マスク層、中間層等の下地層を介して、１〜２μｍ程度の厚さのｎ型半導体層２、５０〜１５０ｎｍ程度の厚さの発光層３、１００〜３００ｎｍ程度の厚さのｐ型半導体層４を形成する。各層は２層以上で構成されていてもよい。
また、電極と接触するコンタクト層、キャリアの閉じ込めを行うクラッド層等の機能を有する層を複数設けてもよい。
【００５５】
半導体層としては、具体例として後記する窒化ガリウム系化合物半導体の場合は、一般式ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）のものを用いることができる。また、これに加えて、ＩＩＩ族元素としてＢが一部に置換されたものを用いてもよいし、Ｖ族元素としてＮの一部をＰ、Ａｓで置換されたものを用いてもよい。ｎ型半導体層２は、ｎ型不純物としてＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｄ等のＩＶ族元素又はＶＩ族元素等の何れか１つ以上を含有している。また、ｐ型半導体層４は、ｐ型不純物として、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｓｒ等を含有している。不純物は、例えば、１×１０１６〜１×１０２１／ｃｍ３程度の濃度範囲で含有されていることが好ましい。また、窒化ガリウム系化合物半導体以外に、ＧａＡｓ、ＧａＰ系化合物半導体、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＡｌＧａＰ等を用いることもできる。
【００５６】
発光層３としては、ダブルへテロ構造の活性層を有する構成としてもよいし、ｎ型半導体層２とｐ型半導体層４の界面（ｐｎ接合面）を発光層とする半導体発光素子構造３０としてもよい。また、単一量子井戸構造又は多重量子井戸構造からなる活性層を形成してもよい。
【００５７】
なお、ｎ型半導体層２、発光層３及びｐ型半導体層４は、半導体発光素子として機能する構成であれば、例えば、第１導電型半導体をｐ型半導体とし、第２導電型半導体としてｎ型半導体とするなど、他のどのような構成を採用してもよい。
【００５８】
（ｎ側電極（負電極）、ｐ側電極（正電極））
本実施形態においては、ｎ側電極５はｎ型半導体層４と接触して形成され、ｐ側電極６はｐ型半導体層４と接触して形成される。ｎ側電極５は、半導体発光素子構造３０の積層構造１０の上端面４ａから凹状に形成された凹部２０の底面２０ａ上に形成されている。底面２０ａは、ｎ型半導体層２の露出面である。ｎ側電極５は、底面２０ａ側から順にＷ、Ｐｔ、Ａｕが積層されてなる。なお、ｎ側電極５を構成する材料は、ｎ型半導体層２とオーミック接触することができる材料であれば、他の金属を組み合わせた積層物、合金等、他の材料を用いることもできる。
【００５９】
本実施形態において、ｐ側電極６は、半導体の積層構造１０の最上層であるｐ型半導体層４の上端面４ａの上に形成される。ｐ側電極６は、ｐ型半導体層４の上端面４ａの略全領域であって発光層３の略全領域に対応する領域に形成される透光性の導電性材料からなるｐ側全面電極６ａに加えて、ｐ側全面電極６ａの一部の面上にｐ側パッド電極６ｂを設けてもよい。ｐ側パッド電極６ｂは、ｎ側電極５と同様に、Ｗ、Ｐｔ、Ａｕ等を積層して形成することができる。
【００６０】
第１実施形態の半導体発光素子１００は、主として電極配置面側から光を取り出す構成であるため、ｐ側全面電極６ａが、発光層３から放出される光の波長において透光性を有することが好ましい。このような透光性と導電性とを兼ね備えた材料として、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、ＺｎＯ、ｐ型半導体層４側から順にＮｉ、Ａｕを積層した金属薄膜、Ｎｉ、Ａｕの合金の薄膜等を用いることができるが、ｐ側全面電極６ａの材料は、ｐ型半導体層４と、オーミック接触できる材料であれば、他の金属を組み合わせた積層物、合金等の、前記した材料以外の材料を用いることもできる。
【００６１】
（柱状構造）
柱状構造７は、円錐、角錐、円錐台、角錐台などの錐体形状をしており、錐体は、底面を積層構造１０側に向け、頂点を基板１側に向けて配置され、柱状構造７の下端となる当該錐体の頂点は、基板面１ａに設けられた凹凸構造８の凸部８ａ上に設けられている。柱状構造７の外側の側面は、上部（上端面４ａ側）から基板面１ａに向かって内側に傾斜する（逆傾斜する）傾斜面によって構成されている。また、柱状構造７の上端となる当該錐体の底面に相当する部位は、積層構造１０の下層を構成するｎ型半導体層２内に形成され、隣接する柱状構造７は、錐体の底面に相当する部位において互いに接するように設けられている。そして、柱状構造７の上端よりも更に上層側には、高さ方向において柱状構造７の形成されていないｎ型半導体層２を介して、発光層３及びｐ型半導体層４が柱状構造７から離間されて設けられている。このため、柱状構造７の上端より上層のｎ型半導体層２、発光層３及びｐ型半導体層４によって発光素子としての機能が保持されるよう構成されている。
積層構造１０に柱状構造７が設けられることによって、積層構造１０と基板１との間に空洞が存在するので、積層構造１０と空洞との屈折率差により、基板１側に光が伝播することを抑制することができる。
【００６２】
また、積層構造１０の周縁部の下部において、複数の柱状構造７が、積層構造１０の内部を２重に取り囲むように配列して設けられている。柱状構造７の間隔は、基板面１ａに設けられた凸部８ａの間隔によって適宜調節することができ、０．５〜１０μｍ程度とすることができる。
【００６３】
なお、柱状構造７は、積層構造１０の周縁部に１重に配列するように設けてもよいし、２重以上に配列するように設けてもよく、隣接する柱状構造７の間隔を広げ、上端である錐体の底面が互いに離れるようにしてもよい。また、柱状構造７は、積層構造１０の周縁部の全周ではなく、その一部に設けるようにしてもよい。
特に発光層３を有する半導体の積層構造１０に柱状構造７を形成することで、より好適に光取り出しを行うことができる。また、電極のパターン等を考慮して、ｎ側電極５が形成されている領域には柱状構造７を形成しない形態とすることも可能である。
【００６４】
また、柱状構造７の高さは、図１及び図２に示した例では、ｎ型半導体層２内に設けたが、後記するように、発光層３を含めた積層構造１０の上端面４ａまで達するようにしてもよい。  
【００６５】
このような柱状構造７は、凹凸構造８を設けた基板面１ａ上に積層した積層構造１０を構成する半導体の特定の結晶面として形成した場合には、基板面１ａ上に設けられた凸部８ａ上に柱状構造７の中心軸を有し、側面が半導体の結晶構造によって選択された結晶面として形成することができる。結晶面はエッチング法によって形成することができる。結晶をエッチングすると、その結晶構造に依存してエッチングレートが異なり、特定の結晶面を形成することができる。とりわけウェットエッチング法により特定の結晶面を高精度に形成することができる。
【００６６】
エッチングによって形成される柱状構造７について具体的に説明する。半導体として六方晶のＧａＮ系化合物半導体を用いた場合は、柱状構造７の側面として、積層構造１０を構成する半導体結晶の結晶面として形成することができる。
【００６７】
詳細に説明すると、基板１としてサファイアを用い、さらにサファイア結晶のＣ面を基板面１ａとし、ＧａＮ系化合物半導体の結晶を成長させると、半導体結晶のＮ極性面である（０００−１）面を基板１との界面とし、（０００１）面、すなわちＧａ極性面を上面側として、ｃ軸方向に成長した半導体結晶を形成することができる。
【００６８】
このようにして形成した半導体結晶からなる半導体の積層構造１０の側面は、半導体結晶と基板１との界面を露出させ、半導体結晶の（０００−１）面からウェットエッチング法（化学エッチング法）によりエッチングすることにより、基板面１ａ上に形成された凹凸構造８の凸部８ａと凹部８ｂとにおけるエッチングレートの違いにより、凸部８ａに中心軸を有する｛１−１０２｝面（Ｒ面）、若しくは当該面からｃ軸で３０°回転した面（以下、３０°回転Ｒ面という）から構成される柱状構造７を形成することができる。
【００６９】
｛１−１０２｝面は（１−１０２）面と同価な６つの面の集合であり、積層構造１０の上端面４ａから基板面１ａに向かって内側に傾斜した（逆傾斜した）傾斜面となる。十分な時間をかけてエッチングを行うことにより、半導体発光素子構造３０の周縁部に、六角錐台若しくは、前記した３０°回転Ｒ面を加えた十二角錐台の形状、若しくはその一部形状を有する複数の柱状構造７で半導体発光素子構造３０の内部を取り囲まれるように形成することができる。
【００７０】
柱状構造７の側面は、半導体結晶の｛１−１０２｝面又は３０°回転Ｒ面に属し、傾斜の向きの異なる複数の傾斜面の組み合わせによる多面体として構成することにより、傾斜角度が半導体結晶の結晶構造によって規制されるため、精度の安定した面を形成することができる。  
【００７１】
次に、図６を参照して、第１実施形態に係る半導体発光素子を用いた半導体発光装置の構成について説明する。
【００７２】
（半導体発光装置）
半導体発光装置としては、装置の基体・筐体に設けられた素子実装部に接着層を介して、半導体発光素子を熱圧着などによって実装して、各電極にＡｕ等からなるワイヤなどで、半導体発光装置のリードフレームとそれぞれ接続して、半導体発光素子を封止部材で封止するなどしたものとなる。
図６では、半導体発光装置として砲弾型の外観を有する半導体発光装置１１０を示したが、本発明の半導体発光装置はこれに限られるものではない。
【００７３】
図６に示した本実施形態の半導体発光装置１１０においては、半導体発光素子１００は、基板１を下側として、外部から電流を供給するためのリードフレーム１１１のカップ状に形成された凹部１１１ａ内に接着剤１１５によって固定されている。また、各電極６ｂ、５は、ワイヤ１１３、１１４で、半導体発光装置１１０のリードフレーム１１１、１１２とそれぞれ接続されている。
【００７４】
半導体発光装置１１０を組み立てた後、基体の凹部に封止部材１１６を充填する。封止部材１１６は、外力、水分等から半導体発光素子１００を保護し、水蒸気爆発や、半導体発光素子１００と封止部材１１６との剥がれによって生じる色調のずれ等の弊害を防ぐことができる。なお、半導体発光素子１００の電極６ｂ、５とリードフレーム（リード電極）１１１、１１２とをそれぞれワイヤ１１３、１１４で接続する構造においては、封止部材１１６はワイヤ１１３、１１４を保護する機能も有する。また、封止部材１１６としては、半導体発光素子１００からの光を効率よく取り出すために、光の透過性の高いものが好ましく、封止部材１１６として用いられる透光性材料の具体例としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂やアクリル樹脂、ユリア樹脂等の耐候性に優れた透明樹脂やガラスなどが好適に用いられる。
【００７５】
また、封止部材１１６に蛍光物質（蛍光体）を含有させることにより、半導体発光装置１１０の外部へ出射される光の波長を所望の波長に変換することができる。また、本発明の半導体発光装置１１０では柱状構造７を備えた基板１と積層構造１０（図２参照）との界面付近に樹脂が回り込み、より好適に前記した効果を得ることができる。また、樹脂に蛍光体を含有する場合、駆動時間の経過と共に半導体発光素子１００からの光により蛍光体が劣化する傾向があるが、本発明の半導体発光素子１００では、柱状構造７を有することによって光が散乱されるため、半導体発光装置１１０内において、特に光密度の高い素子側面付近において、光密度が高くなるのを抑制することができ、当該光による蛍光体の劣化を防止することができる。
【００７６】
＜動作＞
次に、図２を参照して、本発明の実施の形態に係る半導体発光素子１００の動作について説明する。
半導体発光素子１００は、ｐ側パッド電極６ｂを正電極、ｎ側電極５を負電極として直流電源に接続することにより、半導体発光素子構造３０に対して順方向に電圧が印加され、発光層３からランダムな方向に光が放出される。発光層３から様々な方向に放出される光は、一部は半導体発光素子構造３０の上端面４ａからｐ側全面電極６ａを透過して半導体発光素子１００の外部に取り出され、一部は半導体発光素子構造３０の側面から半導体発光素子１００の外部に取り出される。
【００７７】
ここで、図３を参照して、本発明に係る半導体発光素子１００における、光の外部への取り出しについて説明する。図３（ａ）及び（ｂ）は、図２に示した半導体発光素子において、発光層から放出された光が外部に取り出される様子を説明するための模式図（断面図）である。
【００７８】
まず、図３（ａ）において、発光層３から放出され、観測面方向である上方向に進行する光Ｌ１は、透光性のｐ側全面電極６ａを透過して、半導体発光素子１００の外部に取り出される。
【００７９】
発光層３から放出され、基板１側である下方向に進行する光は、半導体発光素子構造３０の相対的に高屈折率な積層構造１０と基板１等との界面（基板面１ａ）で全反射を繰り返し、光Ｌ２のように積層構造１０内を横方向に伝播する。積層構造１０内を横方向に伝播し、積層構造１０の端部、すなわち半導体発光素子構造３０の周縁部に到達した光Ｌ２は、周縁部に設けられた柱状構造７によって、一部は柱状構造７の傾斜した側面７ａによって観測面方向に反射され、光Ｌ３としてｐ側全面電極６ａを透過して外部に取り出される。
【００８０】
また、光Ｌ２の一部は、複数の柱状構造７によって構成される凹凸形状によって散乱又は回折され、光Ｌ４のように積層構造１０の側面から外部に取り出される。すなわち、柱状構造７によって、光の一部を観察面方向へ反射し、また光の一部を散乱又は回折して外周側面から外部へ取り出すことにより、半導体発光素子１００全体としてみれば、外部への取り出し光量を増加することができる。
【００８１】
更に、積層構造１０の半導体の屈折率よりも基板１の屈折率の方が小さい場合は、半導体発光素子構造３０内において基板１側に進行し、臨界角以上の入射角度で基板面１ａに入射する光は、界面（基板面１ａ）において全反射されるが、基板面１ａに設けた凹凸構造８によって、基板面１ａでの反射角度が偏向され、基板面１ａにおける出射角度（反射角度）が小さくなった一部の光は、積層構造１０の上端面４ａを透過し、外部に取り出されるため、外部への取り出し光量を増加することができる。
【００８２】
次に、図３（ｂ）を参照して、他の経路による光が外部へ取り出される様子を説明する。
本発明の半導体発光素子１００では、発光層３からの光Ｌ５が積層構造１０の側面７ａで反射し（Ｌ６）、内側にある柱状構造７の側面７ｂで反射して光Ｌ７のように外部へ取り出される。すなわち、柱状構造７を有することにより、積層構造１０の外周の側面における反射面だけでなく、対向する面でも光を反射することができるので、積層構造１０の側面７ａにおいて反射され、再び積層構造１０内を進む光を柱状構造７の対向する側面７ｂにおいて反射させ、半導体発光素子１００の外部に取り出すことができる。
【００８３】
また、断面視したときに複数の柱状構造７を形成することにより、積層構造１０の内部にも反射面（例えば、側面７ｅ）を有する構造となり、積層構造１０の側面７ａ方向に進む光Ｌ８が側面７ａに到達する前に反射して取り出すことができる（Ｌ９）。これにより、積層構造１０の内部における光取り出し効率も向上させることができる。また、光Ｌ１０のように上方に進行し、積層構造１０の表面（上端面４ａ）において反射された光Ｌ１１も、柱状構造７の側面７ｃにより、光Ｌ１２のように観測面側に取り出すことができる。
【００８４】
次に、図６を参照して、第１実施形態に係る半導体発光素子１００を用いた半導体発光装置１１０における光の外部への取り出しについて説明する。
第１実施形態に係る半導体発光素子１００は、積層構造１０の周縁部に設けられた柱状構造７によって外周側面からも光が取り出されるため、この外周側面から取り出され、横方向に進行する光を観測面方向に向けるためのカップ状に形成された凹部１１１ａをリードフレーム１１１に設けた。凹部１１１ａの内部の側面は上方に向かって外側に傾斜した傾斜面であり、半導体発光素子１００の積層構造１０の外周側面から取り出される光を観測面方向である上方向に反射する。このように構成することで、半導体発光装置１１０として、観測面方向に有効に取り出される光量を増加することができる。
【００８５】
＜製造方法＞
次に、図４を参照（適宜図２参照）して、第１実施形態に係る半導体発光素子１００の製造方法について説明する。ここで、図４は、第１実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を説明するための模式図（断面図）であり、（ａ）から（ｆ）は、各製造工程における半導体発光素子の加工の様子を示す図である。
なお、第１実施形態では、図２等に示す半導体発光素子１００が二次元的に配列されたウエハ状態で各工程が実施され、図４（ｆ）に示す工程においてチップ状に分割された半導体発光素子が得られる。したがって、図４に示す図面においては、複数の半導体発光素子１００の加工の様子が描かれている。
【００８６】
第１実施形態に係る半導体発光素子１００の製造工程は、基板面１ａに凹凸構造８を形成する工程（基板面に凹凸を形成する工程）と、凹凸構造８を形成した基板面１ａ上に半導体発光素子構造３０を形成する工程と、積層構造（半導体構造）１０の上端面４ａと異なる結晶面を露出させる工程と、積層構造１０に、ウェットエッチングによって当該積層構造（半導体構造）１０の基板１側の少なくとも一部に柱状構造７を形成する工程とを含む。以下、各工程について順次説明する。
【００８７】
（基板面に凹凸構造を形成する工程（基板面に凹凸を形成する工程））
図４（ａ）に示したように、まず、サファイア、ＳｉＣ等からなる基板１の基板面１ａ上に、ＳｉＯ２等を用いて凸部８ａに相当する部位を被覆するマスクを形成し、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）等のドライエッチング、またはピロリン酸等を用いたウェットエッチングによって、凹凸構造８を形成する。その後、マスクを除去することにより、基板面１ａ上に凹凸構造８が形成された基板１を作製することができる。
【００８８】
また、凹凸構造８を形成する領域は、基板面１ａの全面であってもよいが、少なくとも、柱状構造７が形成される領域に凹凸構造８を形成すればよい。
更に、凹凸構造８は、孤立した平面視円形の凸部８ａが配列した形状としたが、平面視円形以外の方形、多角形、楕円形等としてもよいし、孤立した凸部８ａを形成するのではなく、孤立した凹部８ｂを形成するようにしてもよい。
【００８９】
（半導体発光素子構造を形成する工程）
半導体発光素子構造３０を形成する工程は、基板１上に積層構造１０を形成する工程と、積層構造１０に凹部２０を形成する工程と、ｎ側電極５を形成する工程と、ｐ側電極６を形成する工程とを含む。
【００９０】
（積層構造（半導体構造）を形成する工程）
図４（ｂ）は、基板１上に半導体の積層構造１０を形成した状態を示す図である。図４（ｂ）に示すように、凹凸構造８を形成した基板１上に、ＭＯＣＶＤ法等により、下地層を介して、ＳｉをドープしたＧａＮからなるｎ型半導体層２、ＩｎＧａＮからなる発光層３、ＭｇをドープしたＧａＮからなるｐ型半導体層４を順次積層し、窒化物半導体であるＧａＮ系化合物半導体からなる積層構造１０を形成する。
【００９１】
半導体層、特に窒化物半導体層の成長方法は、特に限定されないが、例示すればＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）。ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピキタシ法）など、半導体、窒化物半導体の成長法として知られている方法を用いることができる。特に、ＭＯＣＶＤは結晶性よく成長させることができるので好ましい。
【００９２】
（電極を形成する工程）
図４（ｃ）は、積層構造１０に凹部２０を形成し、その底面２０ａにｎ側電極５を形成すると共に、ｐ型半導体層４上にｐ側全面電極６ａを形成し、さらにｐ側全面電極６ａの一部にｐ側パッド電極６ｂを形成した状態を示す。すなわち、ｎ型半導体層（第１導電型半導体）２及びｐ型半導体層（第２導電型半導体）４を順次積層した積層構造１０において、下方に位置する導電型の半導体層（第１導電型半導体）に電極を設けるために、その一部領域が露出される。
具体的には、エッチング等によりｎ側半導体層２の露出面が形成される。
電極の形成方法としては、蒸着法、スパッタリング法等の公知の方法を用いることができる。ｎ側電極５として、ｎ型半導体層２側からＷ、Ｐｔ、Ａｕを順に積層し、ｐ側全面電極６ａとしてＩＴＯを成膜し、ｐ側パッド電極６ｂとしては、Ｗ、Ｐｔ、Ａｕを積層する。それぞれ所望の形状にパターニングすることによって本実施形態の半導体発光素子構造３０の電極とすることができる。
【００９３】
なお、ｐ側パッド電極６ｂとｎ側電極５とに同じ材料を用いる場合には、ｐ側パッド電極６ｂとｎ側電極５とを同じ工程において形成することもできる。
【００９４】
（積層構造（半導体構造）の上端面と異なる結晶面を露出する工程）
柱状構造７を形成するためのウェットエッチングは、主に基板１との界面から進行させるようにする。このため、エッチング時のマスクから露出された露出部の結晶面が、基板１との界面における結晶面よりもエッチングレートが小さくなるように、互いに異なる結晶面とする。例えば、半導体発光素子構造３０の外周部に相当する部位の積層構造１０を、積層構造１０の上端面４ａ及びマスクから露出した端面（外周側面）と異なる結晶面を露出するまでエッチングによって積層構造１０を除去する。好ましくは、半導体発光素子構造３０の外周部に相当する部位の積層構造１０を基板面１ａ（図２参照）までエッチングし、積層構造１０の基板１との界面を露出する。このように、積層構造１０（半導体構造）において、エッチングレートが互いに異なる結晶面を露出させ、積層構造１０の基板面側の結晶面のエッチングレートが大きいことで、基板面側の半導体が上端面側及び端面（側面）の半導体よりも優先的に、好適には選択的にエッチングされて、傾斜面を側面とする柱状構造７が、積層構造１０の周縁部に形成される。
【００９５】
図４（ｄ）を参照して本工程について説明する。まずエッチングのマスク材料となるＳｉＯ２等を、例えばスパッタリング法などにより全面に形成し、その上にレジストを設けて、フォトリソグラフィ法によりレジスト膜をパターニングして、次にマスクをパターニングしてレジスト膜を除去し、半導体発光素子構造３０の外周部に相当する部位として、隣接する半導体発光素子構造３０の間に相当する部位２１を除く領域にマスク５０を形成する。次に塩素系ガスを用いたＲＩＥにより隣接する半導体発光素子構造３０の間に相当する部位２１を、所望の結晶面が露出するまでエッチングする。好ましくは、基板面１ａが露出するまでエッチングする。ＲＩＥによる異方性エッチングのため、隣接する半導体発光素子構造３０の間に相当する部位２１は積層構造１０の上端面４ａから、マスク５０の形状を保って略垂直にエッチングされるため、半導体発光素子構造３０の外周に形成された側面は、積層構造１０の上端面４ａ、すなわち基板面１ａに略垂直な面である。図４（ｄ）は、半導体発光素子構造３０の外周に基板面１ａに略垂直な側面が形成された状態を示している。
【００９６】
（柱状構造を形成する工程）
次に、図４（ｅ）を参照して、柱状構造７を形成する工程について説明する。
前の工程におけるマスク５０を除去せずに残したまま、作製中の基板１及び半導体発光素子構造３０の全体を、ピロリン酸液、水酸化カリウム水溶液等を用いたエッチング液に浸漬することにより、マスク５０の形成されていない半導体発光素子構造３０の周縁部がウェットエッチングされ、積層構造１０の周縁部の下部に、基板面１ａに形成された凹凸構造８の凸部８ａ上に中心軸を有する錐体状の柱状構造７が形成される。錐体状の柱状構造７の側面は、半導体結晶の結晶構造に規制された結晶面が形成される。
【００９７】
半導体としてＧａＮ系化合物半導体を用い、基板１と接する界面側を（０００−１）面、すなわちＮ極性面として形成した半導体の積層構造１０を用いた場合には、ウェットエッチングによって積層構造１０のＮ極性面側からエッチングが進行するため、半導体発光素子構造３０の積層構造１０の上端面４ａよりも、この上端面４ａと異なる結晶面として露出させた基板１との界面（基板面１ａ）側の結晶面（積層構造１０の下端面）の方が、エッチングレートが大きくなる。したがって、エッチングが進行するほど、積層構造１０の下端面の方が内側に削られ、積層構造１０の側面には傾斜面が形成される。
【００９８】
また、エッチング液は、端部から積層構造１０と基板面１ａとの界面に浸透し、積層構造１０をエッチングする。ここで、基板面１ａ上に凹凸構造８が形成されているために、凸部８ａ上の積層構造１０よりも凹部８ｂ上の積層構造１０の方が、速くエッチングが進行する。
【００９９】
ここで、凹凸構造８におけるエッチングの様子を、図５を参照して説明する。図５は、第１実施形態に係る半導体発光素子の製造工程において、ウェットエッチングによる柱状構造の形成の原理を説明するための図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は断面図である。
【０１００】
エッチング液は、端部から基板１と積層構造１０の界面に浸透して、上端面側からよりも、界面側からの方が大きなエッチングレートで積層構造１０をエッチングする。そして、一定時間経過したときのエッチング量は、ほぼ端部からの距離に比例する。この端部からの距離は、基板面１ａに垂直な方向の距離も含まれる。したがって、図５において、経路Ａで示した凸部８ａの左端部までの距離と、経路Ｂで示した凹部８ｂのみからなる距離が等しくなる。このため、凸部８ａ上の半導体の積層構造１０のエッチング量よりも、凸部８ａの周囲の凹部８ｂにおけるエッチング量の方が大きくなる。換言すると、凸部８ａ上の積層構造１０は、周囲から速くエッチングが進行し、その結果、凸部８ａ上に中心軸を有する錐体状の柱状構造７が形成される。形成される柱状構造７は、凸部８ａの平面視形状を円形とすれば、円錐状となり、四角形とすれば、四角錐状となる。
【０１０１】
図４に戻って、さらに、エッチングを進めることにより、エッチング面は｛１−１０２｝面、３０°回転Ｒ面を形成するようになる。ここでエッチングを終了することにより、｛１−１０２｝面からなる側面を有する錐体状の柱状構造７が形成される。
エッチングの後、フッ酸を用いたエッチング等によりマスク５０を除去することで、図４（ｅ）に示すように、半導体発光素子構造３０が基板１上に形成される。
【０１０２】
（半導体発光素子チップに分割する工程）
最後に、図４（ｆ）に示すように、必要に応じて基板１の裏面を研磨して薄肉化し、ダイシング、スクライブなどによって切断し、個々の半導体発光素子１００をチップ状に分割する。
また、前記した柱状構造を形成する工程により、図４（ｆ）に示すように、隣接する半導体発光素子構造３０間において、積層構造１０の上端面４ａ側と基板面１ａ側とで距離が異なり、基板面１ａ側において隣接する端部の幅が広くなっている。このため、各半導体発光素子構造３０の間隔を狭くして、ウエハ当たりに形成する半導体発光素子構造３０の数を多くしても、基板面側の半導体発光素子構造３０の間隔を広くすることができ、基板分割における切り代を確保することができる。また、各半導体発光素子構造３０間で上端面側の幅が狭く、基板面側で広くなるため、基板１の切り代幅を従来と同じにしても、発光領域を大きくした半導体発光素子構造３０を作製でき、ウエハ当たりの半導体発光素子構造３０の数を多くすることができる。
【０１０３】
以上、説明した製造方法によって、図２に示した第１実施形態の半導体発光素子１００を製造することができる。なお、以上は、一実施形態に係る製造工程を順に説明するものであり、他の実施形態として、例えば、積層構造の上端面と異なる結晶面を露出させる工程・柱状構造を形成する工程を実施した後に、凹部を形成する工程・ｐ側電極を形成する工程・ｎ側電極を形成する工程を実施するようにしてもよい。
【０１０４】
（第２実施形態）
＜構成＞
次に、図７を参照して、第２実施形態の半導体発光素子１００の構成について説明する。
第２実施形態の半導体発光素子１００は、図２に示した第１実施形態とは、柱状構造７の基板面１ａからの高さが異なる以外は、同様の構成であるので、同じ構成の箇所については適宜説明を省略する。
【０１０５】
第２実施形態の半導体発光素子１００においては、第１実施形態に比して、最外部の柱状構造７１及び７４の基板面１ａからの高さが、高く形成されている。柱状構造７１を例に説明すると、柱状構造７１の左側（半導体発光素子構造３０の外側）の側面は積層構造１０の上端面４ａまで達し、右側（半導体発光素子構造３０の内側）の側面は、発光層３を越え、ｐ型半導体層４の一部まで達する高さまで形成されている。
【０１０６】
＜動作＞
第２実施形態の半導体発光素子１００は、第１実施形態と同様に、発光層３からランダムな方向に光が放出され、上端面４ａ又は側面から半導体発光素子１００の外部に取り出される。
【０１０７】
ここで、図８を参照（適宜図７参照）して、第２実施形態の半導体発光素子１００による外部への光取り出しについて説明する。
【０１０８】
柱状構造７１は、左側の側面７ａが積層構造１０の上端面４ａまで達し、右側の側面が発光層３を越え、ｐ型半導体層４の一部まで達する高さまで形成されている。このため、柱状構造７１を形成するｎ型半導体層２は、ｎ側電極５が設けられたｎ型半導体層２とは電気的に分離されており、柱状構造７１内の発光層３ａは発光しない。図７において、右端部に設けられた柱状構造７４についても同様である。しかし、内側の柱状構造７２の左側の側面７ｃは、半導体発光素子構造３０の発光層３の高さまで形成されており、発光層３を水平方向に伝播する比較的強度の強い光を効果的に観察面方向に反射することができる。なお、柱状構造７３についても同様である。
【０１０９】
図８に示したように、発光層３で発光し、横方向に伝播する比較的強度の強い光Ｌ１３は、錐体状の柱状構造７２の左側の傾斜した側面７ｃによって、光Ｌ１４で示したように、観察面方向（上方向）に反射され、ｐ側全面電極６ａを透過して外部に取り出される。
なお、積層構造１０の高さの略全域にわたって柱状構造７を形成することにより、積層構造１０の外周側面は、柱状構造７の傾斜した側面によって構成されると共に、柱状構造７による凹凸形状が形成されるため、積層構造１０内を横方向に伝播して周縁部に到達した光は、一部は柱状構造７の側面によって観察面方向に反射されて外部に取り出され、また一部は柱状構造７による凹凸形状によって散乱又は回折されて外周側面から外部に取り出される。このため、柱状構造７１，７４のように不発光の発光層３ａが含まれる場合であっても、総合的には半導体発光素子構造３０の外部への光取り出しの効率は向上することができる。特に、柱状構造７を形成する領域の面積に対して、半導体発光素子３０のチップ面積が相対的に大きいほど、最外部の柱状構造７が非発光になる不利益よりも、発光層３を含む高さまで柱状構造７を形成することによる光の外部への取り出し効率の向上の方が大きくなり、第２実施形態が有利な構成となる。
【０１１０】
＜製造方法＞
第２実施形態の半導体発光素子１００は、図４（ｅ）に示した柱状構造７を形成するためのウェットエッチング工程のエッチング条件が異なる他は、第１実施形態と同様の製造工程によって製造することができる。
【０１１１】
第２実施形態の半導体発光素子１００は、柱状構造７の基板面１ａからの高さが積層構造１０の、少なくとも発光層３を越える高さに達するまで、ウェットエッチングをすることにより作製することができる。そのために、第１実施形態の半導体発光素子１００の製造工程よりも、例えば、エッチング時間を長くするか、エッチング液の温度条件、濃度、種類を調節すればよい。
【０１１２】
第２実施形態の半導体発光素子１００においては、前記した光の外部への取り出し効率の向上の他、第１実施形態の半導体発光素子１００に比較して、周縁部に形成された柱状構造７の頂部、すなわち、積層構造１０の下端面（基板面１ａ）における端部が、より内側に形成されるため、基板面１ａ側における隣接する半導体発光素子構造３０の端部の幅が広くなる。
このため、各半導体発光素子構造３０の間隔を狭くして、ウエハ当たりに形成する半導体発光素子構造３０の数を多くしても、基板面１ａ側の半導体発光素子構造３０の間隔を広くすることができ、基板分割における切り代を確保することができる。
【０１１３】
（第３実施形態）
＜構成＞
次に、図９を参照して、第３実施形態の半導体発光素子１００の構造について説明する。ここで、図９は、第３実施形態に係る半導体発光素子の構成を示す模式図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。
【０１１４】
図９（ａ）に示したように、第３実施形態の半導体発光素子１００は、図２に示した第１実施形態の半導体発光素子１００とは、半導体発光素子構造３０の外周の平面視形状において、主に凹部２０が形成された位置、右側面に開口する切り込み溝１１を設けたこと、及び左側面に凹凸１２を設けたことが異なる。その他の第１実施形態と同様の構成については適宜説明を省略する。
【０１１５】
図９に示した第３実施形態の半導体発光素子１００は、ｎ側電極５を設けるための凹部２０が、半導体発光素子構造３０の外周側面に接するように形成され、図９（ａ）において、凹部２０の上辺側の側面が外部に開放されている。
また、右側面には、図中の横方向において、略中央まで切り込まれた切り込み溝１１が設けられている。また、左側面に凸部１２ａと凹部１２ｂとからなる、基板面１ａに対して垂直方向に延在するストライプ状の凹凸１２が設けられている。
切り込み溝１１及び凹凸１２の凹部１２ｂは、積層構造１０の上端面４ａから基板面１ａまで切り取られている。切り込み溝１１の内側及び凹凸１２の凹部１２ｂを含めて、積層構造１０の周縁部の下部には、柱状構造７が適宜な間隔で配設されている。
【０１１６】
＜動作＞
次に、図９を参照して、第３実施形態の半導体発光素子１００の動作について説明する。
第３実施形態の半導体発光素子１００は、他の実施形態と同様に、発光層３からランダムな方向に光が放出され、上端面４ａ又は側面から半導体発光素子１００の外部に取り出される。
【０１１７】
ここで、第３実施形態の半導体発光素子１００による光の外部への取り出しについて説明する。
第３実施形態においては、切り込み溝１１を設け、切り込み溝１１の側面に沿って柱状構造７を配設したため、より多数の柱状構造７によって積層構造１０内を伝播する光を、効率的に外部に取り出すことができる。
また、左側面側に設けた凹凸１２により、積層構造１０の下部に設けた柱状構造７による光の散乱又は回折に加えて、積層構造１０の上部においても光を散乱又は回折して外部に取り出すことができる。
【０１１８】
このような、切り込み溝１１及び凹凸１２は、半導体発光素子構造３０において、図９に示した例に限定されることなく、任意の場所に、任意の形状で設けることができる。
【０１１９】
また、第３実施形態の半導体発光素子１００においては、凹部２０の内壁面の一部が半導体発光素子構造３０の外側に開口されているため、半導体発光素子１００を半導体発光装置１１０（図６参照）に実装する際に、図６に示した第１実施形態の半導体発光素子１００と異なり、凹部２０の底面２０ａに配置されるｎ側電極５とリードフレーム１１２を接続するワイヤ１１４は、観測面方向である半導体発光素子構造３０の発光領域の上面を跨ぐことなく、配線することができる。このため、観測面方向に進行する光の一部がワイヤ１１４によって吸収又は散乱されず、光出力を下げることがない。
【０１２０】
＜製造方法＞
第３実施形態の半導体発光素子１００の製造工程は、第１実施形態の半導体発光素子１００の製造工程とは、図４（ｃ）に示した半導体発光素子構造３０を形成する工程内の凹部２０を形成する工程において、凹部２０を形成するためのエッチングのマスクを形成する位置と、図４（ｄ）に示した積層構造（半導体構造）の上端面と異なる結晶面を露出する工程において、図９（ａ）に示したように平面視で、隣接する半導体発光素子構造３０の間に相当する部位２１に加えて、切り込み溝１１及び凹凸１２の凹部１２ｂに相当する部位を被覆しないようにエッチングのためのマスク５０を形成することと、が異なる他は、同様の製造工程によって製造することができる。
【実施例】
【０１２１】
（実施例１）
直径２インチ（５０．８ｍｍ）のＣ面サファイア基板に、ＲＩＥによるエッチングをして、基板面の全面に円形状の凸部を設ける。
その凹凸を形成した基板面上に、ＧａＮを用いたバッファ層（下地層）を設けて、その上に、ＧａＮ系化合物からなるｎ型半導体層、活性層（発光層）、及びＧａＮ系化合物からなるｐ型半導体層を積層して、積層構造を形成する。
次に、フォトリソグラフィ法によりマスクを形成し、積層構造の表面からｎ型半導体層が露出する深さまで、ＲＩＥによってエッチングをして、図２において凹部２０として示した内部露出部を形成する。その後、マスクを除去する。
次に、積層構造の表面にはＩＴＯによるｐ側全面電極を形成し、さらに蒸着法及びフォトリソグラフィ法を用いて、金属からなるｐ側パッド電極及びｎ側電極を、それぞれｐ側全面電極の一部及び内部露出部の底面に形成する。
続いて、フォトリソグラフィ法により積層構造の上端面及び電極を覆うマスクを、ＳｉＯ２を用いて形成し、各半導体発光素子構造の構成単位の外周部を、基板表面が露出する深さまで、ＲＩＥによる異方性エッチングによってエッチングし、基板上で互いに分離された半導体発光素子構造を形成する。このとき、それぞれのエッチング端面は、基板面（発光層）にほぼ垂直な面となる。
半導体発光素子構造の表面のＳｉＯ２マスクを用いて、エッチング液である約２００℃のピロリン酸溶液に浸漬し、半導体発光素子構造を囲む周縁部の下部において、基板面から一定の高さの錐体状の柱状構造を形成する。このとき、錐体状の柱状構造は、錐体の頂部が基板面に形成した凸部上に立設し、錐体の側面が傾斜したエッチング面として形成される。
ＳｉＯ２マスクを、フッ酸を用いて除去し、基板をダイシングによって割断して、半導体発光素子チップを得る。
【０１２２】
（実施例２）
ウェットエッチング法のエッチング液として、実施例１におけるピロリン酸溶液の代わりに水酸化カリウム水溶液を用い、半導体発光素子構造の端部であるその周縁部の下部に傾斜した側面を有する錐体状の柱状構造を形成し、半導体発光素子チップを作製する。他の条件は、実施例１と同じとする。
【０１２３】
（実施例３）
図９（ａ）に示すように、平面視で、部分的に外部に開口した内部露出部（図９（ａ）の凹部２０）と、一辺に切り込み溝（図９（ａ）の切り込み溝１１）と、他の一辺に凹凸（図９（ａ）の凹凸１２）とを設けた形状の半導体発光素子構造を有する半導体発光素子チップを作製する。他の条件は、実施例１と同じとする。
【０１２４】
実施例による半導体発光素子は、積層構造の周縁部の下部に傾斜した側面を有する柱状構造を形成したため、光の外部への取り出し効率が良好であり、実質的な発光出力を増加させることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２５】
本発明の半導体発光素子は、可視領域だけでなく、窒化物半導体にあっては近紫外、紫外領域の発光にも利用でき、それ以外の波長の電磁波にも利用できる。また、ＬＥＤなどの発光素子に限らず、種々の半導体、例えば受光素子などの光半導体の他、柱状構造を有するその他の電子デバイスなどにも応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】第１実施形態に係る半導体発光素子の構成を示す模式図（斜視図）である。
【図２】第１実施形態に係る半導体発光素子の構成する模式図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。
【図３】第１実施形態に係る半導体発光素子において、（ａ）及び（ｂ）は、光の外部への取り出しの様子を説明するための図である。
【図４】第１実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を説明する図であり、（ａ）は、基板面に凹凸を形成する工程、（ｂ）は基板上に半導体の積層構造を形成する工程、（ｃ）は電極を形成する工程、（ｄ）は積層構造の外周を基板面が露出するまでエッチングする工程、（ｅ）はウェットエッチングによって柱状構造を形成する工程、（ｆ）は基板を切断して半導体発光素子チップに分割する工程、を説明するための半導体発光素子の断面図である。
【図５】第１実施形態に係る半導体発光素子の製造工程において、ウェットエッチングによる柱状構造の形成の原理を説明するための図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図６】第１実施形態に係る半導体発光素子を用いた半導体発光装置の構成を示す模式図（断面図）である。
【図７】第２実施形態に係る半導体発光素子の構成を示す模式図（断面図）である。
【図８】第２実施形態に係る半導体発光素子において、光の外部への取り出しの様子を説明するための図である。
【図９】第３実施形態に係る半導体発光素子の構成を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。
【符号の説明】
【０１２７】
１      基板
１ａ    基板面（半導体構造の下端面）
２      ｎ型半導体層（第１導電型半導体）
３      発光層
４      ｐ型半導体層（第２導電型半導体）
４ａ    ｐ型半導体層の上端面（半導体構造の上端面）
５      ｎ側電極（第１電極）
６      ｐ側電極（第２電極）
６ａ    ｐ側全面電極
６ｂ    ｐ側パッド電極
７、７１、７２、７３、７４  柱状構造
７ａ、７ｂ  柱状構造の側面
８      凹凸
８ａ    凸部
８ｂ    凹部
１０    積層構造（半導体構造）
３０    半導体発光素子構造
１００  半導体発光素子
１１０  半導体発光装置
【図１】
2008131000.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】
2008131000.tif 000009
【図８】
2008131000.tif 000010
【図９】
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