(57)【要約】【課題】  光取出し効率を向上させることが可能な半導体発光素子を提供する。【解決手段】  第１の主面及び前記第１の主面に対向する第２の主面に凹凸を有する活性層２４、第１の主面の側に接続され、第１の主面から遠い面が前出の凹凸面と同様な周期の凹凸面をなすｎ型クラッド層２５、及び、第２の主面の側に接続し第２の主面から遠い面が実質的に平面をなすｐ型の接着層２２を備え、特定の波長で発光可能な発光層構成部２０、ｎ型クラッド層２５の活性層２４に対向する面に形成されたｎ側電極４１、発光層構成部２０の接着層２２に接合され、発光波長に実質透明なｐ型ＧａＰ基板１０、及び、ｐ型ＧａＰ基板１０の接着層２２に対向する面に形成されたｐ側電極４３を具備している。【選択図】  図１
2007019263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の主面及び前記第１の主面に対向する第２の主面に凹凸面を有する活性層、前記第１の主面の側に接続され、前記第１の主面から遠い面が前記凹凸面と同様な周期の凹凸面をなす第１導電型の第１の成長層、及び、前記第２の主面の側に接続し前記第２の主面から遠い面が実質的に平面をなす第２導電型の第２の成長層を備え、特定の波長で発光可能な発光層構成部と、
前記第１の成長層の前記活性層に対向する面に形成された第１導電側電極と、
前記発光層構成部の第２の成長層に接合され、前記波長に実質透明な前記第２導電型の半導体基板と、
前記半導体基板の前記第２の成長層に対向する面に形成された第２導電側電極と、
を具備していることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記第１の成長層の凹凸面は、１方向に並列した複数の凸部及び互いに隣接する前記山部の中間に位置する凹部を有し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】
前記第１の成長層の凹凸面は、複数の角錐、円錐、角錐台、及び円錐台の内の１つの形状を有し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４】
前記第１の成長層の凹凸面は、互いに直交する２方向にそれぞれ並列した複数の凸部及び前記山部の中間に位置する凹部を有し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５】
第１導電型の凹凸面が形成された第１の半導体基板上に、一定の波長で発光可能な、凹凸面を有する前記第１導電型のクラッド層、活性層、第２導電型のクラッド層、及び前記第２導電型の接着層が順番に設けられた発光層構成部を形成する工程と、
前記接着層の表面の前記凹凸面を熱処理によって平坦化する工程と、
平坦化された前記接着層の表面に、前記第２導電型の前記波長に透明な基板を接着させ、熱処理を行うことにより、接着させた面を接合する工程と、
接合して一体化された前記第１の半導体基板、前記発光層構成部及び前記第２導電型の基板の内、前記第２導電型の基板から前記発光層構成部までを残して、他を除去する工程と、
を具備していることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光取出し効率の改善を目指す半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、表示用等にＩｎＧａＡｌＰ系材料を用いた可視領域の半導体発光素子が幅広く応用されている。このＩｎＧａＡｌＰ系材料は、例えば、エピタキシャル成長する活性層の組成をＩｎ０．５（Ｇａ１−ＸＡｌＸ）０．５Ｐ、ｎ型／ｐ型クラッド層の組成をＩｎ０．５（Ｇａ１−ＹＡｌＹ）０．５Ｐとした時、ＸあるいはＹを適当に選択することにより、赤色帯から緑色帯の発光が得られる。
【０００３】
表示用等に使用するためには、半導体発光素子をより明るくすることが求められており、それを実現するための提案がなされてきた。より明るい半導体発光素子を得るためには、発光した光を効率よく半導体発光素子の外に取り出す対策が必要である。
【０００４】
光は、屈折率差のある界面に臨界角以上の角度で入射すると、界面で全反射されてしまうので、その界面の反対側に取り出されることはない。半導体発光素子を囲む外側面を平面で形成すると、半導体発光素子の中で発光した光の一部は、この外側面から外側に取り出されず、光の取出し効率が落ちることになる。
【０００５】
これを解決する方法として、ｎ型ＧａＡｓ基板の表面を凸凹（山と谷）形状とするとともに、この基板上に配置される発光部、すなわち、ｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層をＧａＡｓ基板面上に順次結晶成長してなる構造とし、この発光部を構成する各半導体層の表面形状が、ＧａＡｓ基板の凸凹形状に対応した凸凹形状となる半導体発光素子が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
この開示された方法では、活性層が凹凸形状を有するため発光面積の増大、及び表面が凹凸形状を有するため光の取出し効率が相対的に高い半導体発光素子が得られる可能性があるが、ＧａＡｓ基板は可視光に対して吸収が大きいために、発光部（発光層構成部）で発光してＧａＡｓ基板を通る光は吸収され、半導体発光素子から外に取り出される割合が落ちるという問題がある。
【特許文献１】特開平８−２２２７６３号公報（第３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、光取出し効率を向上させることが可能な半導体発光素子及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様の半導体発光素子は、第１の主面及び前記第１の主面に対向する第２の主面に凹凸面を有する活性層、前記第１の主面の側に接続され、前記第１の主面から遠い面が前記凹凸面と同様な周期の凹凸面をなす第１導電型の第１の成長層、及び、前記第２の主面の側に接続し前記第２の主面から遠い面が実質的に平面をなす第２導電型の第２の成長層を備え、特定の波長で発光可能な発光層構成部と、前記第１の成長層の前記活性層に対向する面に形成された第１導電側電極と、前記発光層構成部の第２の成長層に接合され、前記波長に実質透明な前記第２導電型の半導体基板と、前記半導体基板の前記第２の成長層に対向する面に形成された第２導電側電極とを具備していることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の別の態様の半導体発光素子の製造方法は、第１導電型の凹凸面が形成された第１の半導体基板上に、一定の波長で発光可能な、凹凸面を有する前記第１導電型のクラッド層、活性層、第２導電型のクラッド層、及び前記第２導電型の接着層が順番に設けられた発光層構成部を形成する工程と、前記接着層の表面の前記凹凸面を熱処理によって平坦化する工程と、平坦化された前記接着層の表面に、前記第２導電型の前記波長に透明な基板を接着させ、熱処理を行うことにより、接着させた面を接合する工程と、接合して一体化された前記第１の半導体基板、前記発光層構成部及び前記第２導電型の基板の内、前記第２導電型の基板から前記発光層構成部までを残して、他を除去する工程とを具備していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、光取出し効率を向上させることが可能な半導体発光素子及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。以下に示す図では、同一の構成要素には同一の符号を付し、重要な構成要素は他の構成要素に比較して拡大して表示してある。
【実施例１】
【００１２】
本発明の実施例１に係る半導体発光素子について、その製造方法も加えて、図１乃至図４を参照しながら説明する。図１は半導体発光素子の構造を模式的に示すもので、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）の破線円Ｂの表面部分の凹凸形状を模式的に示す斜視図である。図２は半導体発光素子の製造方法を工程順に模式的に示す層構造断面図である。図３は図２に示す工程に引き続き、半導体発光素子の製造方法を工程順に模式的に示す断面図である。図４は半導体発光素子を塔載した半導体発光装置の構造を模式的に示す断面図である。
【００１３】
まず、図１に示すように、半導体発光素子１の主要部は、第２導電型の半導体基板であるｐ型ＧａＰ基板１０、ｐ型ＧａＰ基板１０の上部表面側に配置された発光層構成部２０、発光層構成部２０の上面の中央部に円形の第１導電側電極であるｎ側電極４１、及びｐ型ＧａＰ基板１０の底面には第２導電側電極であるｐ側電極４３が全面に形成されている。発光層構成部２０は、ｐ型ＧａＰ基板１０側から順に、第２の成長層であるp型の接着層２２、ｐ型クラッド層２３、活性層２４、及び第１導電型の第１の成長層であるｎ型クラッド層２５が積層され、各層の境界面及び上部表面は互いに同様な周期の凹凸を有する断面が鋸歯状の凹凸面１３をなしている。ｎ側電極４１の上部表面は凹凸面１３と同様な周期の凹凸を有する面をなしている。一方、発光層構成部２０とｐ型ＧａＰ基板１０との境界面、ｐ型ＧａＰ基板１０とｐ側電極４３との境界面、及び、ｐ側電極４３の底面は平面をなしている。
【００１４】
更に、図１（ａ）に示すように、半導体発光素子１の上面は、外形の１辺が約３００μｍのほぼ正方形をなし、ｎ型クラッド層２５の上面に形成された山部１４（実線）と谷部１５（破線）が、平面図の上下方向に複数個互いに平行に並んだ凹凸面１３である。発光層構成部２０の上面の中央部には、例えば、ＡｕＧｅ／Ａｕからなる、直径が１２０μｍの円形のｎ側電極４１が形成され、ｎ側電極４１の表面は、下層の発光層構成部２０の凹凸面１３の山部１４と谷部１５の間隔（周期）をほとんど同じに複写したような構造である。
【００１５】
図１（ｂ）に示すように、Ａ−Ａ線に沿った断面は、目視上、発光層構成部２０の上面からｐ側電極４３までがほぼ２５０μｍの長方形をなしている。従って、側面は、ほぼ２５０μｍ×３００μｍの長方形の外形をなす。発光層構成部２０の上部表面側に見られる山部１４と谷部１５は、ほとんど同じ周期及び高低差で、接着層２２の上部表面側にまで複写されている。ｐ型ＧａＰ基板１０と接着層２２は、ほとんど平面からなる接合面３５を境に接合されて、一体化されている。なお、機械的強度の確保及び電気的抵抗の低減がなされた状態を接合という。ｐ型ＧａＰ基板１０の底面側は、例えば、ＡｕＺｎ／Ａｕからなるｐ側電極４３が全面に形成されている。
【００１６】
図１（ａ）に示す破線円Ｂで囲まれた２個の山部１４と山部１４の間にある谷部１５は、例えば、図１（ｃ）に示すような形状をなしている。谷部１５を結んで出来る平面と、谷部１５から山部１４へ向かう斜面とのなす角度４５は、例えば、約３５度である。活性層２４の面積増加を図り、発光層構成部２０の構成層界面の一部を反射層として機能させ、エッチング加工及びエピタキシャル成長を実行しようとしたとき、角度４５は、３０度から６０度程度が好ましい。山部１４と谷部１５の高低差４６は、例えば、約１．８μｍである。そして、高低差４６は、成長または熱処理時の凹凸形状の確保及びＩｎＧａＰからなる接着層２２が厚くなることを避けるために、０．３μｍから５μｍ程度が好ましい。
【００１７】
次に、半導体発光素子１の構成要素の詳細を半導体発光素子１の製造工程に従って、図２及び図３を参照ながら説明する。なお、半導体発光素子１の製造工程は、ウェーハを単位として進めて、最後に個片化するが、図２及び図３では、個片化される予定の１つに相当する部分を示す。
【００１８】
図２（ａ）に示すように、３インチ（約７６ｍｍ）径のＳｉドープされたｎ型ＧａＡｓ基板２９を用意して、周知のフォトリソグラフィ法で、その表面にパターニングされたレジスト３１を形成する。ｎ型ＧａＡｓ基板２９は、ＩｎＧａＡｌＰ系の発光層構成部２０と格子整合が取れるために選択される。レジスト３１は、ｎ型ＧａＡｓ基板２９上の山部を形成する予定の位置にストライプ状に、一定間隔で形成されている。例えば、レジスト３１は、幅が約１μｍ乃至それ以下、間隔が約５μｍである。レジスト３１が形成されたｎ型ＧａＡｓ基板２９を、例えば、硫酸、過酸化水素及び水を混合したエッチング液で、異方的にエッチングする。レジスト３１に沿った山部と、互いに隣接するレジスト３１の中間にある谷部を有するストライプ状の凹凸面３３ａを形成することが出来る。
【００１９】
図２（ｂ）に示すように、エッチング及びレジスト３１剥離等が終了したｎ型ＧａＡｓ基板２９は、山部の間隔が約５μｍ、エッチング深さ、すなわち、山部と谷部の高低差が約１．８μｍの凹凸面３３ａを有している。なお、レジスト３１の幅が大きくなると、山部にｎ型ＧａＡｓ基板２９のレジスト３１に接触した部分が残るが、山部と谷部を結ぶ斜面に比較して面積が小さければ差し支えない。
【００２０】
図２（ｃ）に示すように、例えば、周知のＭＯＣＶＤ（Metalorganic Chemical Vapor Deposition）装置等を使用して、エピタキシャル成長層を形成する。ｎ型ＧａＡｓ基板２９の凹凸面３３ａに、ｎ型ＧａＡｓからなる約０．５μｍ厚のバッファ層２７、その表面にｎ型ＩｎＡｌＰからなる約０．０５μｍ厚のエッチング停止層２６、その表面にｎ型ＩｎＡｌＰからなる約０．６μｍ厚のｎ型クラッド層２５、その表面に約０．４μｍ厚のＩｎＧａＡｌＰからなる活性層２４、その表面にｐ型ＩｎＡｌＰからなる約０．６μｍ厚のｐ型クラッド層２３、その表面にｐ型ＩｎＧａＰからなる約１．１μｍ厚の接着層２２ａがエピタキシャル成長されている。
【００２１】
これらのエピタキシャル成長層の内、活性層は、必要に応じて、ＭＱＷ構造であってもよい。また、例えば、ｎ型またはｐ型クラッド層２５、２３は３元層に置き換えることも可能である。また、ｎ型またはｐ型クラッド層２５、２３の活性層２４から遠い側に、電流拡散層を形成してもよいし、電極金属と接触する場合、抵抗を低減するためのコンタクト層等を形成してもよい。ここで、接着層２２（または２２ａ）及び発光に関与するｐ型クラッド層２３からｎ型クラッド層２５までのエピタキシャル層を、発光層構成部２０と称する。
【００２２】
図２（ｄ）に示すように、表面に露出している接着層２２は、例えば、ＭＯＣＶＤ装置の中に載置された状態で、ホスフィン（ＰＨ３）とドーパント（例えば、Ｚｎ）を含むガスを供給しながら、熱処理を行うことにより、凹凸面３３ｂの山部の構成元素またはその一部が谷部を埋めるように移動し、結晶成長して（マストランスポート法という）、平坦化されている。接着層２２は、最も厚い部分で約２μｍの厚さを有している。ここで、平坦化された接着層２２の表面にＩｎＡｌＰからなる約０．１５μｍ厚のカバー層がエピタキシャル成長されても差し支えない。
【００２３】
次に、図３（ａ）に示すように、接着層２２を上向きに置き、その上に、ｐ型ＧａＰ基板１０の接着させる表面が下向きになるように載置されて、接着層２２とｐ型ＧａＰ基板１０とを室温で接着させる。この接着された面が後述の接合面３５となる。ＧａＡｓは発光した可視光の吸収が大きい。一方、ＧａＰは、吸収がずっと小さく、発光した可視光に実質透明となるので、支持基板として選択される。接着においては、エピタキシャル成長におけるほどの格子整合は必ずしも必要ではない。
【００２４】
ｐ型ＧａＰ基板１０は、ｎ型ＧａＡｓ基板２９と同様の結晶方位を有し、例えば、３インチ径、２５０μｍ厚で、約３Ｅ１７／ｃｍ３の濃度にＺｎドープされている。その後、接着層２２とｐ型ＧａＰ基板１０との接着は、例えば、水素を１０％含むアルゴン雰囲気の中、最終的に、温度６００℃〜９００℃の範囲で熱処理を行い、接着界面の反応を進めて、機械的強度の確保及び電気的抵抗の低減がなされる。なお、接着層２２とｐ型ＧａＰ基板１０とを室温で接着させる前に、両者を近接させた状態で熱処理を行うことにより、マストランスポート法を実行して、接着層２２の表面は一層の平坦化を行っても差し支えない。また、図２（ｄ）に示したＭＯＣＶＤ装置の中で行うマストランスポート法に代えて、接着層２２ａとｐ型ＧａＰ基板１０とを近接させた状態で熱処理を行うことにより、接着層２２ａの平坦化を図っても差し支えない。
【００２５】
次に、ｐ型ＧａＰ基板１０に接合して一体化したｎ型ＧａＡｓ基板２９側のｎ型ＧａＡｓ基板２９及びバッファ層２７を、アンモニアと過酸化水素水の混合液でエッチング除去し、その後、エッチング停止層２６を、例えば、７０℃のリン酸でエッチング除去し、ｎ型クラッド層２５を表面に露出させる。図３（ｂ）に示すように、発光層構成部２０がｐ型ＧａＰ基板１０に接合した状態となる。なお、ｎ型ＧａＡｓ基板２９は、研削または研磨等を行って薄くされた後に、エッチング除去されてもよい。
【００２６】
図３（ｃ）に示すように、図３（ｂ）で形成したｐ型ＧａＰ基板１０、及び、その表面に接合した発光層構成部２０は、１８０度回転して天地を逆にして、ｐ型ＧａＰ基板１０が下になるように置かれている。ｐ型ＧａＰ基板１０は、必要に応じて、全面または一部の厚さが調整されても差し支えない。なお、凹凸面１３を構成する山部１４及び谷部１５は、ｎ型ＧａＡｓ基板２９の谷部及び山部にそれぞれ対応している。
【００２７】
次に、図３（ｄ）に示すように、ｐ型ＧａＰ基板１０及びｎ型クラッド層２５を表面層とする発光層構成部２０に電極を形成する。まず、ｐ型ＧａＰ基板１０の表面に、ＡｕＺｎ／Ａｕを堆積させて、熱処理を行い、ｐ側電極４３を形成する。次に、発光層構成部２０にパターニングして、ＡｕＧｅ／Ａｕを堆積させて、熱処理を行い、ｎ側電極４１を形成する。ｎ側電極４１は、例えば、１２０μｍ径の円形、ｐ側電極４３は全面電極である。なお、製造工程を進んできたウェーハは、例えば、ダイシング（図示略）にて個片化されて、図３（ｄ）に示す半導体発光素子、すなわち、図１に示す半導体発光素子１となる。
【００２８】
図４に示すように、上述の工程を経て形成された半導体発光素子１は、例えば、ヘッダ６１にマウントされて、半導体発光装置８０に組み立てられる。半導体発光素子１の底面のｐ側電極４３は、例えば、Ａｇペースト等の導電性接着材６８を介して、ヘッダ６１の凹状をなすカップ部６３の底部にマウントされる。半導体発光素子１のｎ側電極４１は、例えば、Ａｕワイヤ６９により、リード６６の一端部に接続される。カップ部６３の斜面は、光を取り出す方向に向かって開口径が大きくなる反射面を形成している。ヘッダ６１にはリード６５が接続されている。半導体発光素子１、Ａｕワイヤ６９、ヘッダ６１、及び、リード６５、６６の一部等が、例えば、エポキシ樹脂からなる封止樹脂７１により砲弾状に封止されて、半導体発光装置８０となる。
【００２９】
半導体発光装置８０となった半導体発光素子１に、リード６５、６６を介して、ｐ側電極４１とｎ側電極３１から通電すると、電流は、発光層構成部２０で発光して、光の一部は、ｎ側電極４１側の上面から直接、封止樹脂７１側に取り出され、ドーム状の封止樹脂７１の頂部方向に多く出射される。透明なｐ型ＧａＰ基板１０側に達する光の一部は、側面から、封止樹脂７１側に取り出され、カップ部６３の反射面で反射され、ドーム状の封止樹脂７１の頂部方向に多く出射される。なお、臨界角（封止樹脂７１の屈折率を１．５として、約２７度）以上で、半導体発光素子１の上面又は側面に入射する光は、これらの面で反射され、臨界角以下となる面から、封止樹脂７１側に取り出される。
【００３０】
本実施例の半導体発光素子１は、発光層構成部２０の発光に関与する部分に凹凸面が形成され、接着に関与する部分が平坦化された特徴を有し、発光する光の吸収が大きいＧａＡｓ基板を、光に実質透明なｐ型ＧａＰ基板１０に置き換えた構造を持つ。発光した光がｐ型ＧａＰ基板１０に入射する直前に、最大で約２μｍ厚のＩｎＧａＰの接着層２２が配置されている。しかしながら、接着層２２は、約２５０μｍ厚の従来のＧａＡｓ基板に比較すると、大幅に薄く形成されているため、発光層構成部２０で発光した光の内、ｐ型ＧａＰ基板１０方向に向かう光は、接着層２２で一部吸収されるものの、その多くは、ｐ型ＧａＰ基板１０を通り、ｐ型ＧａＰ基板１０の側面等から半導体発光素子１の外に取り出される。その結果、ＧａＡｓ基板を使用する上面に凹凸面を有する構造の半導体発光素子に比較して、同じ電流を注入する条件において、約３０％明るい半導体発光装置８０を得ることが可能である。
【００３１】
また、発光層構成部２０の上面に形成された凹凸面は、臨界角以下で入射する光の割合を増加させることができ、ｎ側電極との界面では、方向を大きく変えて、側面方向に反射させることができる。発光層構成部２０の活性層は、凹凸形状により発光に寄与する面積を増大させることが可能である。また、発光層構成部２０の内部の凹凸の境界面の一部は、光を反射させることが可能であり、半導体発光素子１の上面及び側面に対して、臨界角以下で入射する光の割合を増加させることができる。その結果、発光層構成部２０の界面及び上面が平面の場合に比較して、より多くの光を半導体発光素子１の外に取り出すことが可能である。
【００３２】
すなわち、本実施例によれば、光取出し効率を向上させることが可能な半導体発光素子及びその製造方法を提供することが可能となる。
【００３３】
更に、発光層構成部２０の上面とｎ側電極との界面は、凹凸面をなし、接触面積が大きくなり、接触抵抗が低減されて、より多くの電流の注入が可能となる。活性層の凹凸形状による発光に寄与する面積の増大と注入電流の増加とにより、より明るい半導体発光素子１を得ることが可能となる。
【実施例２】
【００３４】
本発明の実施例２に係る半導体発光素子について、図５を参照しながら説明する。図５は半導体発光素子の製造方法を模式的に示す断面図である。図５は半導体発光素子の構造を模式的に示すもので、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図、図５（ｃ）は図５（ａ）の破線円Ｄの表面部分の凹凸形状を模式的に示す斜視図、図５（ｄ）は図５（ｃ）の凹凸形状の凹と凸を反転させる関係にある凹凸形状を模式的に示す斜視図である。実施例１とは、凹凸面が４角錐を有する形状であることが異なっている。以下、実施例１と同一構成部分には同一の符号を付して、その説明は省略し、異なる構成部分について説明する。
【００３５】
まず、図５に示すように、半導体発光素子２の主要部、すなわち結晶成長した積層構造及び電極構造は、半導体発光素子１と同様である。積層された発光層構成部２０を構成する接着層２２、ｐ型クラッド層２３、活性層２４、及びｎ型クラッド層２５の境界面及び上部表面は４角錐の側面が形成する凹凸面５３をなしている。
【００３６】
更に、図５（ａ）に示すように、半導体発光素子２の上面は、ｎ型クラッド層２５の上面に形成された４角錐の底面となる谷部１５（破線）、４角錐の側面の交わる稜（実線）、稜と稜が交わった位置にある４角錐の頂点を有する構造である。発光層構成部２０の上面の中央部に形成されたｎ側電極４１の表面は、下層の発光層構成部２０の凹凸面５３の４角錐の側面をほとんど同じ間隔（周期）で複写したような構造である。
【００３７】
図５（ｂ）に示すように、Ｃ−Ｃ線に沿った断面は、半導体発光素子１と同様である。発光層構成部２０の上部表面側に見られる山部５４と谷部５５は、ほとんど同じピッチ及び高低差で、接着層２２の上部表面側にまで複写されている。
【００３８】
図５（ａ）に示す破線円Ｄで囲まれた５個の４角錐の部分は、例えば、図５（ｃ）に示すような形状をなしている。谷部５５を結んで出来る平面と、谷部５５から山部５４へ向かう斜面とのなす角度は、例えば、約３５度である。山部５４と谷部５５の高低差は、例えば、約１．８μｍである。そして、高低差は、ＩｎＧａＰからなる接着層２２が厚くなることを避けるために、最大で５μｍ程度が好ましい。
【００３９】
半導体発光素子２の製造工程は、半導体発光素子１の製造工程とは、ｎ型ＧａＡｓ基板２９上に、図５（ｄ）に示すように、４角錐の頂部をｎ型ＧａＡｓ基板２９の表面より深い部分に配置した開口部（４角錐開口部５７という）を形成するためのレジストのパターニング、及び、接着層のエピタキシャル成長の層厚が異なるが、他はほとんど同じである。そして、製造工程の断面図は、実施例１とほとんど変わらないので、図２を参照して説明する。
【００４０】
すなわち、図２（ａ）に示すように、レジスト３１は、ｎ型ＧａＡｓ基板２９上の４角錐開口部５７の底辺を形成する予定の位置に、十字に交わるストライプ状に形成される。例えば、レジスト３１は、幅が約１μｍ乃至それ以下、それぞれの方向の間隔が約５μｍである。レジスト３１が形成されたｎ型ＧａＡｓ基板２９は、実施例１と同様にエッチングされる。レジスト３１に沿った山部を底辺として、互いに隣接するレジスト３１が形成する正方形の中心をｎ型ＧａＡｓ基板２９方向に掘り進んだ点を頂点とする、図５（ｄ）に示すような４角錐開口部５７が形成され、凹凸面を形成することが出来る。なお、レジスト３１の幅が大きくなると、頂点にｎ型ＧａＡｓ基板２９のレジスト３１に接触した部分が残るが、４角錐開口部５７を構成する斜面に比較して面積が小さければ差し支えない。
【００４１】
そして、レジスト３１のパターン形状により、エッチング形状を変化させても差し支えない。例えば、円形の開口パターンからは、円錐状の開口部、多角形の開口パターンからは、底面を多角形とする多角錐状の開口部を得ることが可能である。エッチングされる結晶面の方位、エッチング液またはエッチングガスの種類、処理条件等により、円錐台状の開口部や多角錐台状の開口部を得ることが可能である。
【００４２】
次に、図２（ｃ）に示すように、エピタキシャル成長層を形成するが、ｐ型ＩｎＧａＰからなる接着層２２ａは、厚さが約０．８μｍと、実施例１に比較して薄くする。実施例１に比較して、エッチングされた部分は少ないため、マストランスポート法により移動させて埋めるために使用するｐ型ＩｎＧａＰは少なくて済むことによる。
【００４３】
なお、図５に示すように、凹凸面５３を構成する山部５４及び谷部５５は、ｎ型ＧａＡｓ基板２９の谷部及び山部にそれぞれ対応していることはいうまでもなく、４角錐開口部５７にエピタキシャル成長した４角錐が残されて、凹凸面５３が形成される。
【００４４】
以下、実施例１と同様な製造工程を経て、実施例１の半導体発光素子１とは、発光層構成部２０の表面の凹凸面５３及びｎ側電極４１の表面の凹凸が異なる半導体発光素子２を作製できる。本実施例の半導体発光素子２を実施例１と同様に組み立てて、実施例１と同じ電流を注入する条件において、実施例１で得られた半導体発光装置８０と同様な効果が得られる。更に、実施例１の半導体発光装置８０よりも約５％明るい半導体発光装置を得ることができる。これは、半導体発光素子２の発光層構成部２０の上面に形成された凹凸面５３が、異なる４つの方向を有する面を形成しているために、実施例１の半導体発光素子１が有する異なる２つの方向の面に比較して、より多様な方向へ反射させることができ、その結果、臨界角以下で入射させて、半導体発光素子２の外側に取り出される光の割合を増加させることができるためである。
【００４５】
実施例２の変形例として、図５（ｄ）に示すような４角錐開口部５７を形成された凹凸面を有する半導体発光素子を形成することが可能である。
【００４６】
実施例２では、ｎ型ＧａＡｓ基板２９に、図５（ｄ）に示すような４角錐開口部５７を有する凹凸面を形成して、半導体発光素子２の発光層構成部２０の表面には、図５（ｃ）に示すような４角錐を有する凹凸面５３を形成した。逆に、ｎ型ＧａＡｓ基板２９に、図５（ｃ）に示すような４角錐を有する凹凸面を形成して、半導体発光素子の発光層構成部２０の表面には、図５（ｄ）に示すような互いに直交する２方向にそれぞれ並列した複数の山部、及びこの山部の中間に位置する４角錐開口部５７形状の谷部を有する凹凸面を形成することが可能である。
【００４７】
半導体発光素子の製造工程では、ｎ型ＧａＡｓ基板２９上の４角錐の頂点を形成する予定の位置に、レジスト３１が点状に形成される。例えば、レジスト３１は、縦横がそれぞれ約１μｍ乃至それ以下、間隔が約５μｍである。実施例２と同様にエッチングして、レジスト３１位置を頂点、最近接のレジスト３１を結ぶ線の中間を底辺とする４角錐が形成され、凹凸面を形成することが出来る。以下、半導体発光素子２の製造工程とほとんど変わらずに、発光層構成部２０の表面に４角錐開口部が形成された凹凸面を有する半導体発光素子を作製することが可能である。なお、ｐ型ＩｎＧａＰからなる接着層２２ａは、実施例１に比較して厚く成長させる。
【００４８】
実施例２と同様な製造工程を経て作製した本変形例の半導体発光素子を、半導体発光装置に組み立てて、実施例２と同じ電流を注入すると、実施例２で得られた半導体発光装置と同様に明るい半導体発光装置を得ることができる。実施例２とほとんど同様な工程で作製できるので、歩留まり等を見ながら、実施例２の半導体発光素子２または本変形例の半導体発光素子を選択することが可能である。
【００４９】
本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々、変形して実施することができる。
【００５０】
例えば、実施例において、凹凸面は、山部及び谷部を結ぶ面は平面で、角は尖った形状である場合を説明した。しかしながら、結晶成長プロセスや熱処理プロセス等を経ると、面と面のなす角部は、丸みを帯びて滑らかな曲面になる可能性がある。しかも、高温雰囲気にさらされる時間が長い程、角部は丸みを帯びる可能性が高くなる。従って、凹凸面は高低差がある限り、角部が丸みを帯びたとしても差し支えない。
【００５１】
また、実施例１において、山部及び谷部は半導体発光素子の側面に平行である例を示したが、山部及び谷部は側面に対して傾斜、例えば、４５度の傾斜をなしても差し支えない。
【００５２】
また、実施例２において、４角錐は、底面が碁盤の目状に配列された例を示したが、底面が互いに一定距離だけ平行移動した関係に配置されても差し支えない。
【００５３】
また、発光層構成部で発光する光に透明な半導体基板として、ｐ型ＧａＰ基板を使用する例を示したが、発光する波長に透明で、導電性を有する半導体基板であれば、ＧａＰ以外のものでも差し支えない。
【００５４】
また、半導体発光装置は砲弾型（またはラジアル型）と呼ばれている構造に仕上げられる例を示したが、光を放出する方向に向かって開口径が大きくなる反射面を有する表面実装型であることは差し支えない。
【００５５】
本発明は、以下の付記に記載されているような構成が考えられる。  
（付記１）  第１導電型の凹凸面が形成された第１の半導体基板上に、一定の波長で発光可能な、凹凸面を有する前記第１導電型のクラッド層、活性層、第２導電型のクラッド層、及び前記第２導電型の接着層が順番に設けられた発光層構成部を形成する工程と、前記接着層の表面の前記凹凸面を熱処理によって平坦化する工程と、平坦化された前記接着層の表面に、前記第２導電型の前記波長に透明な基板を接着させ、熱処理を行うことにより、接着させた面を接合する工程と、接合して一体化された前記第１の半導体基板、前記発光層構成部及び前記第２導電型の基板の内、前記第２導電型の基板から前記発光層構成部までを残して、他を除去する工程とを具備している半導体発光素子の製造方法。
【００５６】
（付記２）  前記第２導電型の基板は、ＧａＰからなる付記１に記載の半導体発光素子の製造方法。
【００５７】
（付記３）  前記平坦化は、マストランスポート法により行う付記１または２に記載の半導体発光素子の製造方法。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施例１に係る半導体発光素子の構造を模式的に示すもので、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）の破線円Ｂの表面部分の凹凸形状を模式的に示す斜視図である。
【図２】本発明の実施例１に係る半導体発光素子の製造方法を工程順に模式的に示す層構造断面図である。
【図３】本発明の実施例１に係る半導体発光素子の製造方法を工程順に模式的に示す層構造断面図。
【図４】本発明の実施例１に係る半導体発光素子を塔載した半導体発光装置の構造を模式的に示す断面図ある。
【図５】本発明の実施例２に係る半導体発光素子の構造を模式的に示すもので、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図、図５（ｃ）は図５（ａ）の破線円Ｄの表面部分の凹凸形状を模式的に示す斜視図、図５（ｄ）は図５（ｃ）の凹凸形状の凹と凸を反転させる関係にある凹凸形状を模式的に示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５９】
１、２  半導体発光素子
１０  ｐ型ＧａＰ基板
１３、３３ａ、３３ｂ、５３  凹凸面
１４、５４  山部
１５、５５  谷部
２０  発光層構成部
２２、２２ａ  接着層
２３  ｐ型クラッド層
２４  活性層
２５  ｎ型クラッド層
２６  エッチング停止層
２７  バッファ層
２９  ｎ型ＧａＡｓ基板
３１  レジスト
３５  接合面
４１  ｎ側電極
４３  ｐ側電極
４５  角度
４６  高低差
５７  ４角錐開口部
６１  ヘッダ
６３  カップ部
６５、６６  リード
６８  導電性接着材
６９  Ａｕワイヤ
７１  封止樹脂
８０  半導体発光装置
【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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