(57)【要約】【課題】    フリップチップ型の半導体発光素子において、光の取り出し効率を改善した半導体発光素子を提供することを目的とする。【解決手段】    第１及び第２の主面を有する基板（１２）と、前記基板の前記第１の主面上の第１の部分に設けられた発光層（１４）と、前記発光層上に設けられた第１の電極（１８）と、前記基板の前記第１の主面上の前記第１の部分とは異なる第２の部分に設けられた第２の電極（２２）と、前記基板の前記第２の主面（１２Ｒ）に設けられ、前記発光層のうちの前記第１の電極と前記第２の電極との間にはさまれた発光領域の平面形状を反映した平面形状を有し、前記発光領域に対向して設けられた突起（１２Ｐ）と、を備えたことを特徴とする半導体発光素子を提供する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２の主面を有する基板と、
前記基板の前記第１の主面上の第１の部分に設けられた発光層と、
前記発光層上に設けられた第１の電極と、
前記基板の前記第１の主面上の前記第１の部分とは異なる第２の部分に設けられた第２の電極と、
前記基板の前記第２の主面に設けられ、前記発光層のうちの前記第１の電極と前記第２の電極との間にはさまれた発光領域の平面形状を反映した平面形状を有し、前記発光領域に対向して設けられた突起と、
を備えたことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記突起は、前記第２の主面に対して傾斜した側面と、前記第２の主面に対して略平行な先端面と、を有することを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記突起は、前記基板の前記第２の主面上に略平行に形成された一対の溝の間に設けられてなることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記発光層の前記発光領域の上に選択的に設けられた光反射層をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記光反射層は、第１の金属からなり、
前記第１の電極と前記発光層との間に、前記第１の金属と前記第１の電極と前記発光層の一部とを合金化させたアロイ化領域が設けられたことを特徴とする請求項４記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子に関し、特に、フリップチップ（flip-chip）型の半導体レーザや発光ダイオード（light emitting diode：ＬＥＤ）などの半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
フリップチップ型の半導体発光素子は、基板やサブマウント部材などにマウントすることよって、チップの固定と電気的な配線とを同時に達成できる（例えば、特許文献１）。ボンディングワイアが不要であるので、製造工程が簡略となり、寄生容量やインダクタンスなどが低下し、実装サイズもコンパクトにできるなどの多くの利点が得られる。
【特許文献１】特開２００３−１６３３７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、本発明者が独自に行った試作検討の結果、フリップチップ型の半導体発光素子の光取り出し効率には、改善の余地があることが判明した。
【０００４】
本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、その目的は、フリップチップ型の半導体発光素子において、光の取り出し効率を改善した半導体発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の一態様によれば、第１及び第２の主面を有する基板と、前記基板の前記第１の主面上の第１の部分に設けられた発光層と、前記発光層上に設けられた第１の電極と、前記基板の前記第１の主面上の前記第１の部分とは異なる第２の部分に設けられた第２の電極と、前記基板の前記第２の主面に設けられ、前記発光層のうちの前記第１の電極と前記第２の電極との間にはさまれた発光領域の平面形状を反映した平面形状を有し、前記発光領域に対向して設けられた突起と、を備えたことを特徴とする半導体発光素子が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、フリップチップ型の半導体発光素子において、一対の電極間で局所的に生ずる発光を高い効率で外部に取り出すことが可能となり、半導体発光素子の外部量子効率を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
【０００８】
図１及び図２は、本発明の実施形態にかかる半導体発光素子を表す模式図である。すなわち、図１（ａ）は、本実施形態の半導体発光素子を電極の側から眺めた平面図であり、図１（ｂ）及び図２（ａ）は、そのＡ−Ａ線断面図である。さらに、図２（ｂ）は、この半導体発光素子を光取り出し面側から眺めた平面図である。
【０００９】
この半導体発光素子１０Ａは、ＧａＰ基板１２の上に、発光層１４を含む積層体が選択的に形成され、その上にｎ側電極１８が設けられた構造を有する。ｎ側電極１８の上には半田電極２０が設けられている。また、ＧａＰ基板１２の上には、ｐ側電極２２が設けられ、その上にも半田電極２４が設けられている。そして、ＧａＰ基板１２と発光層１４の電極１８、２２にコンタクトしている部分以外の表面は、絶縁膜１６により保護絶縁されている。半田電極２０、２４は、例えば共晶組成のＡｕＳｎ（金スズ）などにより形成することができる。なお、図面は模式図であり、各要素の厚みや大きさの関係は現実の素子とは異なる。
【００１０】
なお、発光層１４には、活性層のみならず、例えばクラッド層、光ガイド層、電流拡散層、コンタクト層などの複数の層を適宜含めることができる。図１及び図２には、発光層１４として３層からなる積層構造を例示したが、本発明はこれに限定されず、その層数は適宜変更することができる。
【００１１】
本実施形態のフリップチップ型発光素子は、半田電極２０、２４が図示しない実装基板などにボンディングされてチップの固定と電気的な接続とが行われる。そして、電極１８、２２を介して発光層１４に電流を注入することにより発光が生ずる。この時、ｐ側電極２２から注入された電流Ｉは、発光層１４の全体に亘って拡がるのではなく、図２（ａ）に矢印Ｉで表したように、ほぼ最短の経路を介して発光層１４からｎ側電極１８に流出する。つまり、電極１８、２２の間の発光層１４の端部の付近の発光領域ＥＡで発光が集中的に生ずる。以下、この点について具体的に説明する。
【００１２】
図２４は、本発明者が本発明に至る過程で検討したフリップチップ型の半導体発光素子を表す模式図である。すなわち、同図（ａ）は、半導体発光素子の模式断面図であり、同図（ｂ）はその一部の要素の平面的な配置関係を表す模式図であり、同図（ｃ）は、発光層における発光強度の分布を表す写真である。  
この半導体発光素子は、ＧａＰ基板１０２の上に、発光層１０４を含む積層体が選択的に形成され、その上にｎ側電極１０８が設けられ、さらに半田電極１１０が設けられた構造を有する。また、ＧａＰ基板１０２の上には、ｐ側電極１１２が設けられ、その上にも半田電極１１４が設けられている。そして、ＧａＰ基板１０２と発光層１０４の電極１０８、１１２にコンタクトしている部分以外の表面は、絶縁膜１０６により保護絶縁されている。
【００１３】
このフリップチップ型発光素子は、半田電極１１０、１１４が図示しない実装基板などにボンディングされてチップの固定と電気的な接続とが行われる。そして、電極１０８、１１２を介して発光層１０４に電流を注入することにより発光が生ずる。この発光は、基板１０２を介して外部に取り出される。
【００１４】
しかし、本発明者の検討の結果、このような半導体発光素子においては、発光層１０４の全体に亘って発光が生ずることはなく、発光は一部分のみで生ずることが分かった。すなわち、ｎ側電極１０８とｐ側電極１１２との間の発光領域ＥＡにおいて発光が生ずる。図２４（ｃ）から分かるように、発光は、ｎ側電極１０８とｐ側電極１１２との間において生じており、特に、発光層１０４の端部において強くなる傾向が見られる。これは、これら電極の間を流れる電流が集中することによる現象であると考えられる。
【００１５】
しかし、このように発光が局所的に生ずる場合には、光の取り出し効率に低下が生ずる。
【００１６】
図２５は、発光層から放出された光の進行経路を例示した模式断面図である。  
発光領域ＥＡから放出された光のうち、ＧａＰ基板１０２の裏面１０２Ｒ（光取り出し面となる）に対して略垂直に入射した光Ｌ１は、反射されずに外部に取り出すことができる。しかし、裏面１０２Ｒに対して斜めに入射した光Ｌ２、Ｌ３は、その入射角度θが小さくなると全反射され、外部に取り出すことが困難となる。例えば、ＧａＰ基板（屈折率３．２３）の周囲をパッケージ用樹脂（屈折率１．５）により封止した場合には、ＧａＰ基板の裏面１０２Ｒに対する入射角度θがおよそ２７度以下になると、全反射が生ずる。このように全反射された光の大部分は、発光素子の内部で散乱と吸収とにより減衰するため、外部に取り出すことが困難となる。このため、発光素子から放出される光量は、素子に流した電流量から期待される光量よりも低いものとなる。
【００１７】
これに対して、本実施形態においては、基板１２の光取り出し面１２Ｒに突起１２Ｐが設けられている。突起１２Ｐは、電流が集中する発光層１４の端部、すなわち発光領域ＥＡに対応して設けられている。このような突起１２Ｐを設けることにより、発光層１４において局所的に生ずる発光を効率的に外部に取り出すことができる。
【００１８】
図３は、突起１２Ｐの作用を説明するための模式図である。  
すなわち、同図において発光領域ＥＡから略垂直下方に放出された光Ｌ１は、突起１２Ｐの先端面１２ＰＡに入射し、外部に取り出される。一方、発光領域ＥＡから斜め下方に放出された光Ｌ２、Ｌ３のうちの多くの成分は、突起１２Ｐの側面１２ＰＢに入射する。この時、側面１２ＰＢに対する入射角度が大きくなるため、全反射は生じにくくなり、側面１２ＰＢから外部に放出されやすくなる。つまり、突起１２Ｐを設けることにより、発光領域ＥＡから放出される光のうちの広角度の範囲の光を全反射させることなく外部に取り出すことができる。その結果として、外部量子効率を向上させ、半導体発光素子の輝度を上げることができる。
【００１９】
突起１２Ｐの大きさや高さ、あるいは側面の傾斜角度などについては、半導体発光素子の構造パラメータに応じて適宜最適化することができる。以下、本発明の半導体発光素子の具体例のいくつかについて、図面を参照しつつ説明する。なお、以下に掲げる図面については、既述のものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００２０】
図４は、本実施形態の半導体発光素子の第２の具体例を表す模式断面図である。  
すなわち、本具体例の半導体発光素子１０Ｂにおいては、側面１２ＰＢが基板１２の光取り出し面１２Ｒに対して略垂直に形成された突起１２Ｐが設けられている。このように、側面を略垂直に形成しても、発光領域ＥＡから放出される光の外部取り出し効率を上げることが可能である。また、垂直な側面を有する突起１２Ｐは、いわゆるウエットエッチングの他にも、例えば、ＲＩＥ（reactive ion etching）やイオンミリングなどの異方性エッチングにより形成することも可能である。
【００２１】
なお、本実施形態の半導体発光素子に設けることができる突起１２Ｐの断面形状は、図１乃至図４に例示したものには限定されない。これらの他にも、例えば、先端面１２ＰＡが曲面状の突起でもよく、断面が略三角形状の突起でもよい。
【００２２】
図５乃至図７は、本実施形態の半導体発光素子の第３の具体例を表す模式図である。すなわち、図５（ａ）は、本具体例の半導体発光素子を電極の側から眺めた平面図であり、図５（ｂ）、図６（ａ）及び図７は、そのＡ−Ａ線断面図である。また、図６（ｂ）は、この半導体発光素子を光取り出し面側から眺めた平面図である。
【００２３】
この半導体発光素子１０Ｃにおいては、基板１２の裏面１２Ｒに溝１２Ｇを設けることにより突起１２Ｐが形成されている。このようにしても、発光領域ＥＡから斜め下方に放出された光Ｌ２、Ｌ３のうちの多くの成分は、全反射を生ずることなく、突起１２Ｐの側面１２ＰＢから外部に放出されやすくなる。
【００２４】
また、本具体例の場合、基板１２に溝１２Ｇを設ける方法として、ウエットエッチングやドライエッチングの他にも、例えば、ダイシングブレードにより切り込みを入れる方法を用いることができ、迅速且つ容易に突起１２Ｐを形成することができる。
【００２５】
また、突起１２Ｐの周囲の部分において、基板１２の厚みを増すことができるので、半導体発光素子の機械的な強度が向上する。その結果として、例えば、フリップチップマウントなどの際に、半導体発光素子が割れたり機械的な歪みが導入されるという問題を抑制できる。
【００２６】
なお、本具体例における溝１２Ｇの断面は、必ずしも対称形状である必要はない。  
図８は、非対称の溝１２Ｇが設けられた具体例を表す模式断面図である。
【００２７】
すなわち、本具体例の半導体発光素子１０Ｄの場合、突起１２Ｐの側面１２ＰＢよりも、これに対向する溝１２Ｇの側面１２ＧＡのほうが大きく傾斜している。このようにすると、突起１２ＰＢの側面から放出された光が、これに対向する溝１２Ｇの側面１２ＧＡにより「蹴られる」という問題を抑制できる。つまり、溝１２ＧＡが光の放出経路を遮蔽しないようにできる。その結果として、半導体発光素子の輝度をさらに上げることが可能となる。
【００２８】
図９は、本実施形態の半導体発光素子の第５の具体例を表す模式断面図である。  
この半導体発光素子１０Ｅにおいても、溝１２Ｇを設けることにより突起１２Ｐが形成されている。そしてさらに、突起１２Ｐに対向する溝１２Ｇの側面１２ＧＡに光反射層３０が設けられている。光反射層３０は、突起１２Ｐの側面１２ＰＢから広角度に放出された光（例えば、光Ｌ４）をより垂直に近い方向に反射する。その結果として、光の取り出し効率を上げると同時に、集光性も上げることができる。
【００２９】
なお、本具体例における光反射層３０としては、例えば、金（Ａｕ）やアルミニウム（Ａｌ）などの金属からなる反射鏡を用いてもよいし、誘電体や半導体などの多層膜からなるブラッグ反射鏡（分布反射型ブラッグ反射鏡）などを用いてもよい。  
図１０乃至図１２は、本実施形態の半導体発光素子の第６の具体例を表す模式断面図である。すなわち、図１０（ａ）は、本具体例の半導体発光素子を電極の側から眺めた平面図であり、図１０（ｂ）及び図１２は、この半導体発光素子を光取り出し面側から眺めた平面図である。また、図１１は、図１０（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【００３０】
この半導体発光素子１０Ｆは、略正方形状の基板１２の上に、略Ｌ字状にパターニングされた発光層１４が設けられている。発光層１４の上にはｎ側電極１８と半田電極２０とが設けられ、基板１２の上にはｐ側電極２２と半田電極２４とが設けられている。この半導体発光素子の場合、略Ｌ字状に形成された発光層１４のうちで、ｐ側電極２２とｎ側電極１８との間に位置する端部の付近に電流が集中し、略Ｌ字状の発光領域ＥＡが形成される。
【００３１】
本具体例においては、この発光領域ＥＡに対応して、基板１２の光取り出し面１２Ｒに略Ｌ字状の突起１２Ｐが設けられている。すなわち、突起１２Ｐは、ｐ側電極２２とｎ側電極１８との間に位置する発光層１４の端部の形状に対応するように形成されている。このように突起１２Ｐを設けることにより、発光層１４において生ずる発光を高い効率で基板１２の光取り出し面１２Ｒから取り出すことができる。
【００３２】
なお、本具体例においても、第３乃至第５具体例に関して前述したように、基板１２の光取り出し面１２Ｒに溝１２Ｇを形成することによって突起１２Ｐを形成してもよい。このようにすれば、これら具体例に関して前述したものと同様の作用効果を得ることができる。
【００３３】
図１３は、本実施形態の半導体発光素子の第７の具体例を表す模式図である。すなわち、同図（ａ）は、本具体例の半導体発光素子を電極の側から眺めた平面図であり、同図（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図であり、同図（ｃ）は、この半導体発光素子を光取り出し面側から眺めた平面図である。なお、図１３においては、絶縁層や半田電極などを省略し、素子を構成する一部の要素の配置関係のみについて表した。
【００３４】
この半導体発光素子１０Ｇの場合、略正方形状の基板１２の上において、発光層１４が略円形に形成されている。発光層１４の上には、略円形のｎ側電極１８が形成され、この上に図示しない半田電極などが適宜設けられる。一方、発光層１４の周囲には、基板１２の上にｐ側電極２２が形成され、この上にも図示しない半田電極などが適宜設けられる。
【００３５】
本具体例の場合、略円形の発光層１４の円周端部に電流が集中して発光領域ＥＡが形成される。そして、この発光領域ＥＡに対応して、基板１２の光取り出し面１２Ｒに円環状の突起１２Ｐが設けられている。このように突起１２Ｐを設けることにより、略円環状の発光領域ＥＡから放出される光の取り出し効率を上げることができる。
【００３６】
なお、本具体例においても、第３乃至第５具体例に関して前述したように、基板１２の光取り出し面１２Ｒに溝１２Ｇを形成することによって突起１２Ｐを形成してもよい。このようにすれば、これら具体例に関して前述したものと同様の作用効果を得ることができる。
【００３７】
図１４及び図１５は、本実施形態の半導体発光素子の第８の具体例を表す模式図である。すなわち、図１４（ａ）は、本具体例の半導体発光素子を電極の側から眺めた平面図であり、図１４（ｂ）及び図１５（ａ）は、そのＡ−Ａ線断面図である。さらに、図１５（ｂ）は、この半導体発光素子を光取り出し面側から眺めた平面図である。
【００３８】
この半導体発光素子１０Ｈの場合、略正方形状の基板１２の上に、櫛形にパターニングされた発光層１４が設けられている。そして、発光層１４の形状に合わせてｎ側電極１８が設けられている。また、ｐ側電極２２も、発光層１４と噛み合うように櫛形に形成されている。発光層１４とｐ側電極２２との間は、絶縁層１６により電気的な絶縁が確保されている。
【００３９】
本具体例の場合、ｐ側電極２２に隣接する発光層１４の端部付近に電流が集中して複数のライン状の発光領域ＥＡが形成される。発光層１４を櫛形にパターニングすることにより、発光領域の面積（あるいは長さ）を拡大でき、輝度を上げることが可能となる。  
そして、これら発光領域ＥＡに対応して、基板１２の光取り出し面１２Ｒに複数のライン状の突起１２Ｐが設けられている。このように突起１２Ｐを設けることにより、複数のライン状の発光領域ＥＡから放出される光の取り出し効率を上げることができる。
【００４０】
なお、本具体例においても、第３乃至第５具体例に関して前述したように、基板１２の光取り出し面１２Ｒに溝１２Ｇを形成することによって突起１２Ｐを形成してもよい。このようにすれば、これら具体例に関して前述したものと同様の作用効果を得ることができる。
【００４１】
図１６及び図１７は、本実施形態の半導体発光素子の第９の具体例を表す模式断面図である。
【００４２】
この半導体発光素子１０Ｉは、発光層１４の上に光反射層４０を有する。この光反射層４０は、ｎ側電極１８に隣接し、発光領域ＥＡの直上に設けられている。
【００４３】
発光層１４は、ｐ型クラッド層１４Ａ、活性層１４Ｂ、ｎ型クラッド層１４Ｃを有し、その上に、アロイ化（合金化）領域１７を介してｎ側電極１８が設けられている。そして、光反射層４０は、このアロイ化領域１７と連続的に設けられている。なお、発光層１４は、図示しないコンタクト層や光ガイド層、電流拡散層などを含むものとしてもよい。後に詳述するように、アロイ化領域１７は、光反射層４０を構成する金属膜の上にｎ側電極１８を積層させて、発光層１４の一部と合金化させることにより形成される。
【００４４】
なお、ＧａＡｓはバリアハイトが高いので、通常は金属を単に積層しただけではショットキ接合が形成される。このため、オーミック接合を形成するためには、金属とＧａＡｓ基板とを合金化（アロイ化）させる必要がある。オーミック接合を形成するための電極金属としては、後に詳述するように、金ゲルマニウム（ＡｕＧｅ）などを用いることができる。
本具体例によれば、光反射層４０を設けることによって、図１７に表したように、発光層１４からｎ側電極１８の側に放出された光を基板１２の方向に反射させ、突起１２Ｐを介して外部に取り出すことができる。その結果として、光取り出し効率をさらに向上できる。
【００４５】
図１８は、光反射層４０による光取り出し効率の向上を説明するグラフ図である。  
すなわち、同図は、半導体発光素子をフリップチップマウントした状態において「上方」すなわち発光層１４から基板１２の方向に出射した光の取り出し効率と、「下方」すなわち発光層１４からｎ側電極１８の方向に出射した光の取り出し効率と、をそれぞれ表したグラフ図である。
【００４６】
発光層１４の上に光反射層４０を設けない場合（「吸収」）は、「下方」すなわち発光層１４からｎ側電極１８の方向に出射した光は吸収され、取り出し効率は極めて低くなる。
【００４７】
これに対して、発光層１４の上にフレネル反射層を設けた場合（「フレネル」）は、「下方」の光の取り出し効率が極めて大きい。  
また、光反射層４０の反射率が３０パーセント（「反射（３０％）」、５０パーセント（「反射（５０％）」、１００パーセント（「反射（１００％）」の場合についてそれぞれ見ると、反射率が高くなるに従って、「下方」の光の取り出し効率が高くなる。  
以上説明したように、発光層１４の上に高い反射率の光反射層４０を設けることにより、光の取り出し効率を大幅に上げることが可能となる。
【００４８】
また、本具体例によれば、発光層１４の上に光反射層４０を直接設けることにより、簡単な構造で高い反射率が得られる。
【００４９】
図１９は、本具体例に至る過程で検討した比較例の半導体発光素子を表す模式断面図である。  
すなわち、本比較例の素子の場合、発光層１４の上面から側面を覆うように光反射層９４が設けられている。光反射層９４は金属からなるので、発光層１４の側面に直接形成するとｐ−ｎ間の短絡が生じてしまう。また、本比較例においては、ｎ側電極１８とｐ側電極２２の端部をそれぞれ被覆するように光反射層９４が設けられているので、これら電極間の短絡を防ぐ必要もある。そのため、光反射層９４の下に絶縁膜９２が設けられている。また、光反射層９４の上も絶縁膜９６により被覆されている。
【００５０】
しかし、本比較例の場合、発光層１４と光反射層９４との間に発光層９４よりも屈折率が低い絶縁膜９２が介在するため、光反射層９４を直接積層させた場合よりも反射率が下がる。また、絶縁膜９２や光反射層９４を形成する際の成膜やパターニングの工程が増えるという問題もある。
【００５１】
これに対して、本実施形態の第９具体例によれば、光反射層４０を発光層１４の上面のみに直接形成することにより、高い反射率が得られ、また、セルフアライン（自己整合）的に形成することにより製造プロセスも簡略化できる。  
以下、本具体例の半導体発光素子の製造方法について説明する。
【００５２】
図２０及び図２１は、本具体例の半導体発光素子の要部製造工程を表す工程断面図である。  
まず、図２０（ａ）に表したように、ｐ型基板１２の上にｐ型クラッド層１４Ａ、活性層１４Ｂ、ｎ型クラッド層１４Ｃを含む発光層１４を形成する。なお、発光層１４は、図示しない光ガイド層、電流拡散層、コンタクト層などを適宜含むものであってもよい。
【００５３】
例えば、発光層１４としては、ｐ型Ｇａ０．５Ａｌ０．５Ａｓ電流拡散層と、ｐ型Ｉｎ０．５Ａｌ０．５Ｐクラッド層と、ＩｎＧａＡｌＰ活性層と、ｎ型Ｉｎ０．５Ａｌ０．５Ｐクラッド層と、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層と、をこの順に積層した構造とすることができる。また、この場合、活性層は、ノンドープのＩｎ０．５（Ｇａ０．５５Ａｌ０．４５）０．５Ｐバリア層とＩｎ０．５Ｇａ０．５Ｐウエル層とを交互に積層させたＭＱＷ（multi-quantum well：多重量子井戸）構造とすることができる。
【００５４】
また、このような発光層１４は、図示しない他の基板の上にエピタキシャル成長させた後に、熱圧着により基板１２に貼り合わせてもよい。例えば、上述した具体例の層構造を有する発光層１４は、ＧａＡｓ基板の上にエピタキシャル成長させることができる。但し、この発光層１４から得られる緑色光は、ＧａＡｓ基板を透過しない。そこで、ＧａＡｓ基板の上に上記積層構造を逆の順番にエピタキシャル成長させ、その上にＧａＰ基板を熱圧着により貼り合わせた後に、ＧａＡｓ基板を除去することができる。このようにすれば、素子をフリップチップ実装し、発光層１４から放出される光をＧａＰ基板１２を介して取り出すことができる。
【００５５】
このようにして図２０（ａ）に表した積層体を形成した後、図２０（ｂ）に表したように、光反射層４０となる金属層を部分的に形成する。光反射層４０の材料としては、例えば、金（Ａｕ）を用いることができる。ウェーハの表面に図示しないレジストなどのマスクを形成した後に金を堆積させ、リフトオフなどの方法により除去することにより、図２０（ｂ）に表したように光反射層４０を形成できる。
【００５６】
しかる後に、図２０（ｃ）に表したように、光反射層４０をマスクとして発光層１４をエッチングする。エッチングの方法としては、例えば、ＲＩＥ（reactive ion etching）を用いることができる。
【００５７】
次に、図２０（ｄ）に表したように、ｐ側電極２２を形成する。すなわち、発光層１４をエッチングして露出させたｐ型基板１２の上に、金属層を堆積し、所定の温度でシンターすることによりｐ側電極２２を形成することができる。ｐ側電極２２の構造としては、例えば、ＧａＰ基板１２の側から順に、Ａｕ（５０ｎｍ）／ＡｕＺｎ（２００ｎｍ）／Ａｕ（１μｍ）（カッコ内は膜厚を表す、以下同様。）などとすることができる。また、この構造の場合、４５５℃で３０分間程度のシンターをすることにより、オーミック特性が得られる。
【００５８】
次に、２１（ａ）に表したように、ｎ側電極となる金属層１８を形成する。すなわち、光反射層４０の上に、例えば、ＡｕＧｅ（５０ｎｍ）／Ａｕ（１００ｎｍ）／Ｍｏ（１５０ｎｍ）／Ａｕ（１５０ｎｍ）／Ｍｏ（５０ｎｍ）／Ａｕ（６００ｎｍ）をこの順に積層することができる。ここで、Ｍｏ層は、下層に含まれるＧｅ（ゲルマニウム）や発光層１４に含有されるＧａ（ガリウム）の拡散や浸みだしを防ぐバリアメタルの役割を有する。
【００５９】
しかる後に、シンターを実施する。すると、図２１（ｂ）に表したように、光反射層４０とｎ側電極となる金属層１８と発光層１４の一部とが合金化してアロイ化領域１７が形成される。金属層１８として上述の具体例の積層構造を形成した場合、例えば、４０５℃で４０分間程度のシンターを施すと、ＡｕＧｅ層が光反射層４０を通して発光層１４に拡散、合金化することにより、ゲルマニウム（Ｇｅ）、金（Ａｕ）、ガリウム（Ｇａ）、ヒ素（Ａｓ）を主成分とするアロイ化領域１７が形成される。このようなアロイ化領域１７により、オーミック特性が得られる。以下に、ｎ側電極の具体例とそのシンター温度を例示する。
【００６０】
【表１】
2005228924.tif 000003
【００６１】
なお、ｐ側電極２２のシンター温度の方が低い場合には、ｎ側電極１８を先に形成してシンターを実施した後に、ｐ側電極２２の形成とシンターを実施すればよい。また、ＧａＡｓなどとオーミック接合を形成するための電極金属としては、金ゲルマニウム（ＡｕＧｅ）などの他にも、金（Ａｕ）／ゲルマニウム（Ｇｅ）／ニッケル（Ｎｉ）をこの順に積層させた電極なども用いることができる。
【００６２】
しかる後に、図２１（ｃ）に表したように、基板１２の裏面側をエッチングやダイシングなどの方法により加工して、突起１２Ｐを形成する。なお、突起１２Ｐの形成は、ｎ側電極１８あるいはｐ側電極２２の形成の前に実施してもよい。
【００６３】
なお、以上説明した工程のいずれかの前または後に、図示しない絶縁膜１６などを形成する工程などを適宜設けることができる。
【００６４】
以上説明した本具体例の製造方法において、光反射層４０となる金属層の厚みに関しては、薄過ぎると発光層１４からの光に対する反射率が低下し、一方、厚すぎるとシンターしても充分に合金化せずオーミック特性が得られにくくなる。光反射層４０の材料として金（Ａｕ）を用いた場合、良好な反射率を得るためには、その厚みを３０ｎｍ以上とすることが望ましい。一方、合金化の観点からは、光反射層４０の厚みは、５００ｎｍ以下とすることが望ましい。
【００６５】
以上説明したように、本具体例の製造方法によれば、光反射層４０となる金属層をマスクとして発光層１４をパターニングすることにより、発光層１４と光反射層４０との積層構造をセルフアライン的に形成できる。またさらに、光反射層４０とｎ側電極１８となる金属層と発光層１４の一部とを合金化させてアロイ化領域１７を形成することにより、ｎ側のオーミックコンタクトを確実に形成することができる。またさらに、発光層１４からの光に対する反射率が低いアロイ化領域１７を、ｎ側電極１８の直下のみにセルフアライン的に限定して形成することができる。そして、アロイ化領域１７に隣接して光反射層４０を設けることができる。その結果として、オーミック特性を確実に得るとともに、電流が集中する発光領域ＥＡの上にセルフアライン的に光反射層４０を形成して、光の取り出し効率を上げることができる。
【００６６】
図２２は、本実施形態の半導体発光素子を搭載した半導体発光装置の一部を表す模式断面図である。すなわち、同図（ａ）は半導体発光素子１０Ａをフリップチップマウントした半導体発光装置を表し、同図（ｂ）は半導体発光素子１０Ｄをフリップチップマウントした半導体発光装置を表す。
【００６７】
これら半導体発光素子１０Ａ、１０Ｄは、基板２０２の上にｎ側電極パターン２０４とｐ側電極パターン２０６とがそれぞれ設けられた実装基板２００の上に半田電極２０、２４によりマウントされている。この実装基板２００は、例えば、チップキャリアでもよく、周辺に電気回路が形成された配線基板の一部であってもよい。また、このように半導体発光素子１０Ａ、１０Ｄをフリップチップマウントした後に、その周囲を図示しない樹脂などにより封止してもよい。
【００６８】
本発明によれば、図１乃至図２１に関して前述した本実施形態の半導体発光素子を搭載することにより、光の取り出し効率が改善され輝度の高い半導体発光装置を実現できる。
【００６９】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、半導体発光素子を構成する層構造の詳細などに関して当業者が適宜設計変更したものも本発明の要旨を含む限り本発明の範囲に包含される。例えば、活性層として、ＩｎＧａＡｌＰ系の他にも、ＧａｘＩｎ１−ｘＡｓｙＮ１−ｙ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）系や、ＡｌＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓＰ系など、様々な材料を用いることもできる。同様に、クラッド層や光ガイド層などについても、様々な材料を用いることもできる。
【００７０】
図２３は、ＧａＩｎＡｓＮ系材料を用いた半導体発光素子に本実施形態を適用した具体例を表す模式断面図である。  
すなわち、絶縁性透明基板としてサファイア基板１２が設けられ、その上に、ｎ型ＧａＮ層１３がエピタキシャル成長されている。ｎ型ＧａＮ層１３の上には、ｎ型クラッド層１４Ｃ、活性層１４Ｂ、ｐ型クラッド層１４Ａがこの順に積層されている。ｐ型クラッド層１４Ａの上には、ｐ側電極２２が形成され、その上に半田電極２４が形成されている。また、ｎ型ＧａＮ層１３の上にはｎ側電極１８が形成され、その上には半田電極２０が形成されている。  
この具体例の場合、ｎ型クラッド層１４Ｃ及びｐ型クラッド層１４Ａの材料としては、例えば、ＩｎＧａＡｌＮを用いることができる。また、活性層１４Ｂには、ＩｎＧａＮの単層や、ＩｎＧａＮやＩｎＧａＡｌＮなどを用いたＭＱＷ構造を用いることができる。活性層１４Ｂの材料を適宜選択することにより、紫外線領域から可視光帯に至る幅広い範囲で発光波長を適宜選択することができる。この発光は、サファイア基板１２に設けられた突起１２Ｐを介して外部に高い効率で取り出すことができる。
【００７１】
一方、半導体発光素子の形状やサイズについても、当業者が適宜設計変更したものも、本発明の要旨を含む限り本発明の範囲に包含される。さらに、基板に設ける突起の形状やサイズ、配置関係、数についても、同様に各種の変形が可能であり、これらはいずれも本発明の範囲に包含される。
【００７２】
一方、半導体発光装置についても、具体例として前述したもの以外にも、例えば、光ファイバを結合するためのレセプタクルに本発明の半導体発光素子が組み込まれた半導体発光装置や、実装基板の上に本発明の半導体発光素子がマウントされた半導体発光装置など、各種のものが本発明の範囲に包含される。要するに、本発明の半導体発光素子がフリップチップマウントされた半導体発光装置は、全て本発明の範囲に属する。
【００７３】
また、図５乃至図９に関して前述したように基板１２に溝１２Ｇを設ける場合、溝１２Ｇの断面形状は、これら図面に例示した略Ｖ字状の断面を有する具体例には限定されない。これらの他にも、例えば、図４に例示した突起１２Ｐに対応して、略垂直な側面を有する溝や、略Ｕ字状の断面を有する溝など、各種の断面形状を有する溝を形成した半導体発光素子も本発明の範囲に包含される。
【００７４】
その他、本発明の実施の形態として上述した半導体発光素子を基にして、当業者が適宜設計変更して実施しうるすべての半導体発光素子も同様に本発明の範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】（ａ）は、本実施形態の半導体発光素子を電極の側から眺めた平面図であり、（ｂ）は、そのＡ−Ａ線断面図である。
【図２】（ａ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図であり、（ｂ）は、この半導体発光素子を光取り出し面側から眺めた平面図である。
【図３】突起１２Ｐの作用を説明するための模式図である。
【図４】本実施形態の半導体発光素子の第２の具体例を表す模式断面図である。
【図５】（ａ）は、本実施形態の半導体発光素子の第３の具体例を電極の側から眺めた平面図であり、（ｂ）は、そのＡ−Ａ線断面図である。
【図６】（ａ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ線断面図であり、（ｂ）は、この半導体発光素子を光取り出し面側から眺めた平面図である。
【図７】図５（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図８】非対称の溝１２Ｇが設けられた具体例を表す模式断面図である。
【図９】本実施形態の半導体発光素子の第５の具体例を表す模式断面図である。
【図１０】本実施形態の半導体発光素子の第６の具体例を電極の側から眺めた平面図であり、（ｂ）は、この半導体発光素子を光取り出し面側から眺めた平面図である。
【図１１】図１０（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図１２】第６具体例の半導体発光素子を光取り出し面側から眺めた平面図である。
【図１３】本実施形態の半導体発光素子の第７の具体例を電極の側から眺めた平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図であり、（ｃ）は、この半導体発光素子を光取り出し面側から眺めた平面図である。
【図１４】本実施形態の半導体発光素子の第８の具体例を電極の側から眺めた平面図であり、（ｂ）は、そのＡ−Ａ線断面図である。
【図１５】（ａ）は、図１４（ａ）のＡ−Ａ線断面図であり、（ｂ）は、この半導体発光素子を光取り出し面側から眺めた平面図である。
【図１６】本実施形態の半導体発光素子の第９の具体例を表す模式断面図である。
【図１７】本実施形態の半導体発光素子の第９の具体例を表す模式断面図である。
【図１８】光反射層４０による光取り出し効率の向上を説明するグラフ図である。
【図１９】第９具体例に至る過程で検討した比較例の半導体発光素子を表す模式断面図である。
【図２０】第９具体例の半導体発光素子の要部製造工程を表す工程断面図である。
【図２１】第９具体例の半導体発光素子の要部製造工程を表す工程断面図である。
【図２２】本実施形態の半導体発光素子を搭載した半導体発光装置の一部を表す模式断面図である。
【図２３】ＧａＩｎＡｓＮ系材料を用いた半導体発光素子に本実施形態を適用した具体例を表す模式断面図である。
【図２４】（ａ）は、本発明者が本発明に至る過程で検討したフリップチップ型の半導体発光素子の模式断面図であり、（ｂ）はその一部の要素の平面的な配置関係を表す模式図であり、（ｃ）は、発光層における発光強度の分布を表す写真である。
【図２５】発光層から放出された光の進行経路を例示した模式断面図である。
【符号の説明】
【００７６】
１０Ａ〜１０Ｉ 半導体発光素子
１２ 基板
１２Ｇ 溝
１２ＧＡ 溝の側面
１２Ｐ 突起
１２ＰＡ 突起の先端面
１２ＰＢ 突起の側面
１２Ｒ 光取り出し面
１３ ｎ型ＧａＮ層
１４ 発光層
１４Ａ ｐ型クラッド層
１４Ｂ 活性層
１４Ｃ ｎ型クラッド層
１６ 絶縁膜
１７ アロイ化領域
１８ ｎ側電極（金属層）
２０ 半田電極
２２ ｐ側電極
２４ 半田電極
３０ 光反射層
４０ 光反射層
２００ 実装基板
２０２ 基板
２０４ 電極パターン
２０６ 電極パターン
ＥＡ 発光領域
【図１】
2005228924.tif 000004
【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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