(57)【要約】【課題】半導体発光素子の光取り出し面に設けられた凸部の形状を制御することで、光取り出し効率が改善された半導体発光素子を提供する。【解決手段】本発明の実施形態にかかる半導体発光素子は、放出光を放出可能な発光層と、第１の面と第２の面とを有する第１導電形の電流拡散層であって、前記第１の面の側には前記発光層が配置され、前記第２の面には、凸部を有する光取り出し面と、結晶成長面を表面とする平坦面と、が形成された電流拡散層と、前記平坦面に設けられたパッド電極と、を備える。前記凸部の一方の底角は、９０度以上である。【選択図】図１
2012129234.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放出光を放出可能な発光層と、
第１の面と第２の面とを有する第１導電形の電流拡散層であって、前記第１の面の側には前記発光層が配置され、前記第２の面には、凸部を有する光取り出し面と、結晶成長面を表面とする平坦面と、が設けられた電流拡散層と、
前記平坦面に設けられたパッド電極と、
を備え、
前記凸部の一方の底角は、９０度以上であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記凸部の他方の底角は、３５度以上、４５度以下であ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】
放出光を放出可能な発光層と、
第１の面と第２の面とを有する第１導電形の電流拡散層であって、前記第１の面の側には前記発光層が配置され、前記第２の面には、柱部と、前記柱部の上に設けられた凸部と、前記柱部のまわりに設けられた底部と、が設けられた光取り出し面と、結晶成長面を表面とする平坦面と、が形成された電流拡散層と、
前記平坦面に設けられたパッド電極と、
を備え、
前記凸部の底面の少なくとも一部は、前記柱部の側壁からはみ出したことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項４】
前記凸部の一方の底角は、９０度以上であることを特徴とする請求項３記載の発光素子。
【請求項５】
前記結晶成長面は、{１００}面から１０度以上、２０度以下の範囲で結晶方位が傾斜したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記発光層および前記電流拡散層を有し、III族元素およびV族元素を含む半導体積層体は、Ｉｎｘ（ＡｌｙＧａ１−ｙ）１−ｘＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）、およびＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）、のいずれかを含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記結晶成長面は、｛１００｝面から（１１１）III族面、または（１１１）V族面に傾斜したことを特徴とする請求項６記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
照明装置、表示装置、信号機などに用いる半導体発光素子には、高い光取り出し効率（発光層で放出された光を半導体発光素子の外部へ取り出す効率）が要求される。
【０００３】
積層構造からなる半導体発光素子の発光層の下方に反射層を設けると、半導体発光素子の光取り出し効率を高めることができる。さらに、発光層を挟んで反射層の反対の側に設けられた光取り出し面に微小凹凸を設けると、光取り出し効率をさらに高めることができる。しかしながら、十分に光取り出し効率を高めることが困難な凹凸形状も多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２０６２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体発光素子の光取り出し面に設けられた凸部の形状を制御することにより、光取り出し効率が改善された半導体発光素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態にかかる半導体発光素子は、放出光を放出可能な発光層と、第１の面と第２の面とを有する第１導電形の電流拡散層であって、前記第１の面の側には前記発光層が配置され、前記第２の面には、凸部を有する光取り出し面と、結晶成長面を表面とする平坦面と、が形成された電流拡散層と、前記平坦面に設けられたパッド電極と、を備える。前記凸部の一方の底角は、９０度以上である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態にかかる半導体発光素子の模式断面図である。
【図２】図２（ａ）は光取り出し面の模式斜視図、図２（ｂ）はＫ−Ｋ線に沿った模式断面図、である。
【図３】図３（ａ）は光取り出し面のＫ−Ｋ線に沿った断面（方向ＤＣ）のＳＥＭ写真図、図３（ｂ）は真上（方向ＤＵ）からのＳＥＭ写真図、図３（ｃ）は正面側斜め４０度上方ＤＦ４０からのＳＥＭ写真図写真図、図３（ｄ）は側面側斜め４０度上方ＤＳ４０からのＳＥＭ写真図、である。
【図４】図４は（ａ）は底角が２つとも鋭角の場合の光取り出しの方向、図４（ｂ）は第１の実施形態の場合の光取り出しの方向、を説明する模式図である。
【図５】図５は、第１の実施形態の変形例にかかる半導体発光素子の模式断面図である。
【図６】図６（ａ）は第２の実施形態にかかる半導体発光素子の凸部断面のＳＥＭ写真図、図６（ｂ）は凸部形成前の模式断面図、図６（ｃ）は凸部形成後の模式断面図、図６（ｄ）は柱部形成後の模式断面図、である。
【図７】図７（ａ）は第３の実施形態にかかる半導体発光素子の電流拡散層の構造を示す模式断面図、図７（ｂ）は凸部を形成後の模式断面図、図７（ｃ）は柱部を形成後の模式断面図、である。
【図８】図８（ａ）は第３の実施形態の第１変形例、図８（ｂ）はその第２変形例、図８（ｃ）はその第３変形例、である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
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。
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる半導体発光素子の模式断面図である。
半導体発光素子は、パッド電極４２、半導体からなる第１の積層体３０、発光層４０、半導体からなるなる第２の積層体２０、および支持体１０、を備えている。
【０００９】
図１において、第１の積層体３０、発光層４０、および第２の積層体２０を含む半導体積層体は、Ｉｎｘ（ＡｌｙＧａ１−ｙ）１−ｘＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表されるＩｎＡｌＧａＰ系材料からなるものとするが、材料はこれに限定されず、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）で表されるＡｌＧａＡｓ系材料やＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）で表されるＩｎＧａＡｌＮ系材料などやこれらの材料の組み合わせで構成されていてもよい。
【００１０】
第１の積層体３０は、第１の導電形を有しており、Ｉｎ０．５Ａｌ０．５Ｐからなるクラッド層３１、電流拡散層３２、およびＧａＡｓからなるコンタクト層３９、を有している。なお、第１導電形をｎとするが本発明はこれに限定されない。
【００１１】
発光層４０は、Ｉｎｘ（ＡｌｙＧａ１−ｙ）１−ｘＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなる井戸層および障壁層で構成されたＭＱＷ(Multi  Quantum Well：多重量子井戸)構造とすることで、放出光の内部量子効率を高めるとともに、波長を可視光範囲とすることができる。
【００１２】
第２の積層体２０は、第２の導電形を有しており、発光層４０と支持体１０との間に設けられる。第２の積層体２０は、支持体１０の側から、ＧａＰまたはＡｌＧａＡｓなどからなるコンタクト層２１、ＩｎＧａＡｌＰなどからなる中間層２４、およびＩｎ０．５Ａｌ０．５Ｐなどからなるクラッド層２５、を有している。
【００１３】
支持体１０は、Ｓｉなどからなる基板１１、基板１１の上部に設けられた接合金属層１２、基板１０の裏面に設けられた下部電極１８、接合金属層１２の上に設けられたＩＴＯ（Indium  Tin  Oxide)膜１４、およびＩＴＯ膜１４の上に選択的に設けられたＳｉＯ２などの絶縁物からなる電流ブロック層１５、を有する。接合金属層１２は、発光層４０から下方に向かう光は、接合金属層１２や電流ブロック層１５などにより反射され、上方から取り出すことが容易となる。
【００１４】
なお、第１の積層体３０、発光層４０、第２の積層体２０は、例えばＧａＡｓ基板の上に、結晶成長される。続いてコンタクト層２１の表面にＳｉＯ２などの絶縁膜を成膜し、さらにパターニングにより、パッド電極４２の下方領域や電流を狭窄する部分に電流ブロック層１５として残す。パターニングされた誘電体膜の上からＩＴＯ膜１４およびＡｕなどの金属膜１２ａが形成される。金属膜１２ａを表面に有するＧａＡｓ基板側と、Ａｕなどを含む金属膜１２ｂを表面に有する基板１１と、の２つの表面を重ね合わせ加熱しウェーハ接合をすることにより、接合金属層１２が形成される。なお、破線は接合界面を表す。
【００１５】
電流拡散層３２は、第１の面３２ａおよび第２の面を含み、第１導電形を有する。発光層４０は、電流拡散層３２の第１の面３２ａの側に配置される。また、第２の面には、複数の凸部を有する光取り出し面３２ｄと、結晶成長面を表面とする平坦面３２ｂと、を含む。なお、パッド電極４２は、電流拡散層３２の平坦面３２ｂの上に、例えばコンタクト層３９を介して設けられる。
【００１６】
図２（ａ）は光取り出し面を斜め上方からみた模式斜視図、図２（ｂ）はＫ−Ｋ線に沿った模式断面図、である。
電流拡散層３２に設けられた凸部３２ｃは、Ｋ−Ｋ線に沿って突出しており、第１の側面３２ｅと、第２の側面３２ｆと、を有する。凸部３２ｃの底部において、結晶成長面と平行な面に対して、第１の側面３２ｅは角度α、第２の側面３２ｆは角度β、をそれぞれなしている。これら角度αと角度βを、「底角」と定義する。第１の実施形態では、２つの底角α、βのいずれかは、９０度以上である。図２に表した具体例では、底角βが９０度以上である。このような凸部３２ｃの断面は、傾斜基板を用いて、結晶成長面を傾斜させ、例えばエッチング溶液を適正に選択することにより可能となる。その形成方法については、後に詳細に説明する。
【００１７】
図３（ａ）は光取り出し面のＫ−Ｋ線に沿った断面（方向ＤＣ）のＳＥＭ写真図、図３（ｂ）は真上（方向ＤＵ）からのＳＥＭ写真図、図３（ｃ）は正面側斜め４０度上方ＤＦ４０からのＳＥＭ写真図、図３（ｄ）は側面側斜め４０度上方ＤＳ４０からのＳＥＭ写真図、である。
図３（ａ）〜（ｄ）において、結晶成長面は（−１００）面から［０１１］方向に１５度傾斜しいる。すなわち、図３（ａ）は、図２（ａ）の方向ＤＣからみた凸部３２ｃの断面であり、図２（ｂ）の模式断面図に対応する。現れた断面は、（０１１）面となる。また、図３（ｂ）は、光取り出し面の真上から（方向ＤＵ）の光取り出し面、図３（ｃ）は正面側斜め４０度上方となる方向（ＤＦ４０）からみた凸部３２ｃ、図３（ｄ）は、真横側斜め４０度上方となる方向（ＤＳ４０）からみた凸部３２ｃ、である。
【００１８】
図４は（ａ）は底角が２つとも鋭角の場合の光取り出しの方向、図４（ｂ）は第１の実施形態の場合の光取り出しの方向、を説明する模式図である。
図４（ａ）において、発光層からの放出光ｇ１は、凸部１３２の第２の側面１３２ｂに入射角θｉ１で入射する。入射角θｉ１が臨界角θｃよりも小さい場合、透過光ｇ１ｔおよび反射光ｇ１ｒを生じる。なお、入射角θｉ１が臨界角θｃよりも大きい場合、全反射を生じる。反射光ｇ１ｒが第１の側面１３２ａに入射し、入射角θｉ２が臨界角θｃよりも小さい場合、透過光ｇ１ｒｔおよび反射光ｇ１ｒｒを生じる。入射角θｉ２が臨界角θｃよりも大きい場合、全反射により放出光をこれ以上取り出すことが困難となる。凸部がない場合の光取り出し効率を１００％とすると図４（ａ）の凸部が設けられた場合の光取り出し効率は１３０％であった。なお、電流拡散層３２の屈折率を３．２、チップ表面を覆う封止層の屈折率を１．４、とすると、臨界角θｃは、略２６度となる。
【００１９】
図４（ｂ）において、発光層からの放出光Ｇ１は、凸部３２ｃの第１の側面３２ｄに入射し入射角θｉ１が臨界角θｃよりも小さい場合、透過光Ｇ１ｔおよび反射光Ｇ１ｒを生じる。なお、入射角θｉ１が臨界角θｃよりも大きい場合、全反射を生じる。反射光Ｇ１ｒが第２の側面３２ｅに入射し入射角θｉ２が臨界角θｃよりも小さい場合、透過光Ｇ１ｒｔおよび反射光Ｇ１ｒｒを生じる。さらに、反射光Ｇ１ｒｒが、第１の側面３２ｄに入射し入射角θｉ３が臨界角θよりも小さい場合、透過する。
【００２０】
第１の実施形態では、凸部３２ｃの表面積を大きくできるため、凸部３２ｃ内における光の反射回数が図４（ａ）に示す形状よりも多くなり、より多くの光を取り出すことが可能となる。このため、光取り出し効率を高めることが可能である。図４（ｂ）のような凸部３２ｃを有する半導体発光素子の光取り出し効率は１４５％であった。さらに、発明者らの実験によれば、第１の側面３２ｄの底角αの範囲を３５度以上、４５度以下の範囲とすると、凸部が設けられない平坦な光取り出し面を有する発光素子の光取り出し効率と比較して１５０％とできることが判明した。
【００２１】
光取り出し面がＩｎｘ（ＡｌｙＧａ１−ｙ）１−ｘＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなる場合、例えば{１００}面から１０度以上、２０度以下の角度範囲で傾斜した面を結晶成長面とすると凸部３２ｃを形成することが容易である。また、傾斜方向は、｛１００｝面から（１１１）III族面であるＡ面方向、または（１１１）V族面であるＢ面方向であることがより好ましい。なお｛１００｝面は、（１００）、（０１０）、（００１）、（−１００）、（０−１０）、（００−１）で表される等価な面を含む。
【００２２】
このような傾斜角度を有するウェーハの表面は、ウェットエッチング法を用いて、図２（ｂ）のような凸部３２ｃを有するフロスト凹凸面が形成できるので、ＲＩＥ(Reactive  Ion  etching）法などと比較して、加工による結晶の劣化が抑制され、長期通電をしても輝度を高く保つことが容易である。なお、例えば、凸部３２ｃの高さ２００ｎｍ以上、などとすることが好ましい。なお、エッチング溶液は、例えば、塩酸、酢酸、弗酸を含む水溶液などとすることができる。
【００２３】
電流拡散層３２は、パッド電極４２から注入されたキャリアを発光層４０の面内に広げ放出光の出力を高めることができる。電流拡散層３２とパッド電極４２との間に設けられたコンタクト層３９がＧａＡｓからなるものとする。電流拡散層３２の第２の面のうち、凸部３２ｃが設けられ、光取り出し面３２ｄとしたい領域のみコンタクト層３９を除去することができる。すなわち、コンタクト層３９をフロストマスクとして、電流拡散層３２をエッチングし凸部３２ｃを有するフロスト凹凸面を形成する。図１では、パッド電極４２の下方にコンタクト層３９が残っているが、ＧａＡｓ層を除去して平坦な電流拡散層３２にパッド電極４２を設けてもよい。
【００２４】
また、パッド電極４２の周囲に、例えば１０μｍ以下の幅の細線電極を設ける場合には、残したＧａＡｓ層の上に細線電極を設けることができる。または、ＧａＡｓ層の上に細線電極をパターニングしたのち、細線電極をマスクにＧａＡｓをエッチングしたセルフアライン構造としてもよい。このようにすると、細線電極の近傍まで均一に同一形状のフロスト凹凸面を形成でき、光取り出し効率をより高めることができる。
【００２５】
図５は、第１の実施形態の変形例にかかる半導体発光素子の模式断面図である。
半導体発光素子は、パッド電極４２、半導体からなる第１の積層体３０、発光層４０、半導体からなるなる第２の積層体２０、および支持体１０、を備えている。
【００２６】
第１の積層体３０は、第１の導電形を有しており、Ｉｎ０．５Ａｌ０．５Ｐからなるクラッド層３１、電流拡散層３２、およびＧａＡｓからなるコンタクト層３９、を有している。なお、本変形例では第１導電形をｎとするが、本発明はこれに限定されない。発光層４０は、Ｉｎｘ（ＡｌｙＧａ１−ｙ）１−ｘＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなる井戸層および障壁層で構成されたＭＱＷ構造とすることで、放出光の内部量子効率を高められるとともに、波長を可視光範囲で任意に設定することができる。第２の積層体２０は、第２の導電形を有しており、発光層４０とＧａＡｓからなる基板１２との間に設けられたＩｎ０．５Ａｌ０．５Ｐなどからなるクラッド層２５、発光層４０の波長を選択的に反射するＩｎＧａＡｌＰ、または、ＧａＡｌＡｓなどの材料からなる多層膜である分布ブラッグ反射(ＤＢＲ：Distributed  Bragg Reflector)層２３が、基板１２上に形成されている。発光層４０から下方に向かう光は、ＤＢＲ層２３により反射され、上方から取り出すことが可能となる。さらに、基板１２の裏面には、下部電極１８が設けられている。
【００２７】
電流拡散層３２は、第１の面３２ａおよび第２の面３２ｂを含み、第１導電形を有する。発光層４０は、電流拡散層３２の第１の面３２ａの側に配置される。また、第２の面には、複数の凸部を有する光取り出し面３２ｄ、結晶成長面を表面とする平坦面３２ｂと、を含む。なお、パッド電極４２は、電流拡散層３２の平坦面３２ｂに、例えばコンタクト層３９を介して設けられる。パッド電極４２とコンタクト層３９の間に電流ブロック層を設けて、パッド電極４２の直下に電流を流さない構造にすることも可能である。本変形例においても、図４(ｂ)に示すような凸部３２ｃを電流拡散層３２の光取り出し面に形成することで、光取り出し効率を凸部を形成していない場合に比較して１４５％まで高めることができる。さらに、発明者らの実験によれば、第１の側面３２ｄの底角αの範囲を３５度以上、４５度以下の範囲とすると、凸部が設けられない平坦な光取り出し面を有する半導体発光素子の光取り出し効率と比較して１５０％とできることが判明した。
【００２８】
光取り出し面が、Ｉｎｘ（ＡｌｙＧａ１−ｙ）１−ｘＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなる場合、基板１２は｛１００｝面から１０度以上、２０度以下の角度で傾斜したＧａＡｓ基板を用いると凸部３２ｃを形成することが容易である。また、傾斜方向は、｛１００｝面から（１１１）III族面、または（１１１）V族面方向であることがより好ましい。
【００２９】
図６（ａ）は第２の実施形態にかかる半導体発光素子の凸部断面のＳＥＭ写真図、図６（ｂ）は凸部形成前の模式断面図、図６（ｃ）は凸部形成後の模式断面図、図６（ｄ）は柱部形成後の模式断面図、である。
電流拡散層３２は、第１の面および第２の面を含み第１導電形を有する。第１の面の側には発光層が設けられる。第２の面には、柱部３４ａと、柱部３４ａの上に設けられた凸部３３ａと、柱部３４ａのまわりに設けられた底部３４ｂと、を有する光取り出し面と、結晶成長面を表面とする平坦面と、が設けられる。凸部３３ａの底面３３ｂの少なくとも一部は、柱部３４ａの側壁３４ｃから横方向にはみ出している。図６（ａ）に示すような凸部３３ａを有する半導体発光素子の光取り出し効率は１４０％であった。柱部３４ａからはみ出した凸部３３ａの底面３３ｂを含む先端部は、鍵の先端部のようになっており、シリコーン樹脂などからなる封止層と、電流拡散層３２と、が互いに噛み合った状態となり、密着強度を高く保つことができる。もし、凸部３３ａに鍵状の先端部が設けられないと、封止層が電流拡散層から剥離しやすくなり、光の出射方向が変化し光出力を低下させる場合がある。
【００３０】
第１層３３に設けられた凸部３３ａの底部において、結晶成長面と平行な面に対して、第１の側面３３ｅは角度α、第２の側面３３ｆは角度β、をそれぞれなしている。これら角度αと角度βを、「底角」と定義する。
【００３１】
図６（ｂ）のように、電流拡散層３２は、傾斜基板上で結晶成長された第１層３３および第２層３４を有し、その組成式は、Ｉｎｘ（ＡｌｙＧａ１−ｙ）１−ｘＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表されるものとする。第１層３３は、Ａｌの組成比ｙが０．３とする。また第２層３４は、Ａｌ組成比ｙが第１層３３の組成比ｙよりも高い０．７とする。第１層３３のエッチングレートは、第２層３４のエッチングレートに対して略５倍の選択比とする。図６（ｂ）に表すジャストエッチング状態では凸部３３ａが鋸歯状断面となる。さらにオーバーエッチングを行うことにより、図６（ｄ）のように、エッチングレートが高い第２層３４に柱部３４ａが形成され、柱部３４ａが底部３４ｂの底面３４ｆから所望の高さとなるとエッチングを終了する。このようにして、電流拡散層３２の表面に鍵状の凸部３３ａを設け、チップ表面と封止層との密着性を高めることができる。
【００３２】
第２の実施形態では、凸部３３ａおよび柱部３４ａにより光取り出し面３２ｄの表面積を増加させ光が反射する回数が増加するため、光取り出し効率を高めることができる。また、発明者らの実験によれば、電流拡散層３２のＡｌ組成比ｙが０．７と高い方が輝度を高くできることが判明した。このため、凸部３３ａの他の部分は、Ａｌ組成比ｙが０．７と高い第２層３４とした。
【００３３】
図７（ａ）は第３の実施形態にかかる半導体発光素子の電流拡散層の構造を示す模式断面図、図７（ｂ）は凸部を形成後の模式断面図、図７（ｃ）は柱部を形成後の模式断面図、である。
第３の実施形態では、電流拡散層３２は、第１層３３、第２層３４、第３層３５、および第４層３６、を有している。第１層３３は、Ａｌ組成比ｙが０．３かつ厚さが６００ｎｍとする。第２層３４は、Ａｌ組成比ｙが０．７かつ厚さが４００ｎｍとする。第３層３５は、Ａｌ組成比ｙが０．３かつ厚さが５００ｎｍとする。また、第４層３６は、Ａｌ組成比ｙが０．７とする。ここで、第１層３３の厚さは６００ｎｍ±２００ｎｍの範囲、第２層３４の厚さは４００ｎｍ±２００ｎｍの範囲、第３層３５の厚さは５００ｎｍ±２００ｎｍの範囲であることが望ましい。また、第１層３３のＡｌ組成比ｙは０．３±０．１５、第２層３４のＡｌ組成比ｙが０．７±０．１５、第３層３５のＡｌ組成比ｙは０．３±０．１５であることが好ましい。
【００３４】
まず、図７（ａ）のように、第１層３３に、ジャストエッチング状態の凸部３３ａを形成する。続いて、オーバーエッチングを行うと、第２層３４エッチングレートは第１層３３よりも５倍と高いので高さが略６００ｎｍの柱部３４ａを形成できる。第３層３５のエッチングレートは第２層３４の略５分の１と低いので、第３層３５の表面がエッチングストップ層として作用し、柱部３４ａの高さを正確かつ安定に保つことが容易となる。Ａｌ組成比ｙが０．７と高い第４層３６を設けることにより輝度を高めることが容易となる。
【００３５】
図８（ａ）は第３の実施形態の第１変形例、図８（ｂ）は第２変形例、図８（ｃ）は第３変形例、の光取り出し面の模式断面図、である。
図８（ａ）では、第２層３４のＡｌ組成比ｙは、深さ方向に沿って０．３から０．７へ傾斜している。このため、深くなるほど柱部３４ａが細くなる。このため、封止層と電流拡散層３２との密着性がより高まる。
【００３６】
図８（ｂ）では、第２層３４のＡｌ組成比ｙが０．７から０．３まで深さと共に低下する。このため、柱部３４ａは深さとともに太くなる。この場合、光Ｇ１１は、柱部３４ａの側壁３４ｄに入射し全反射されたのち、凸部３３ａからの出射光Ｇ１１ａとなる。また光１３は、側壁３４ｄで全反射されたのち側壁３４ｅに入射し、透過光Ｇ１３ａと反射光を生じる。反射光は側壁３４ｄから出射光Ｇ１３ｂおよび反射光を生じる。このようにして、反射と透過を繰り返して、光取り出し効率を高めることができる。さらに露出した第３層３５の表面３５ａからも光Ｇ１２が出射可能である。
【００３７】
図８（ｃ）は、凸部３３ａの形状を第２の実施形態のように、鍵状断面であるものとする。すなわち、凸部３３ａがＩｎｘ（ＡｌｙＧａ１−ｙ）１−ｘＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなる場合、例えば{１００}面から１０度以上、２０度以下の角度範囲で傾斜した面を結晶成長面とする。また、傾斜方向は、｛１００｝面から（１１１）III族面、または（１１１）V族面方向であることがより好ましい。
【００３８】
さらに、凸部３３ａの底角βを、９０度以上とする。放出光のうち、柱部３４ａを通過し凸部３３ａに入射した光Ｇ１０は、第１の側面３３ｂへ入射し、外部への透過光Ｇ１０ａ、反射光、に分岐する。反射光は、第２の側面３３ｃに入射し、透過光Ｇ１０ｂおよび反射光を生じる。第２の側面３３３ｃでの反射光は側第１の側面３３ｂに再び入射し、透過光Ｇ１０ｃおよび反射光となる。反射光は第２の側面３３ｃから透過光Ｇ１０ｄを出射する。このようにして、多数回の反射と透過を繰り返すことで、高い光取り出し効率とすることができる。また、柱部３４ａの内部から側壁に入射した光が、凸部３３ａに入射し、透過および反射を繰り返し外部に出射可能である。このため、凸部を形成していない場合に比較して光取り出し効率を１４５％まで高めることができる。また、発明者らの実験によれば、凸部３３ａの他方の底角αを、３５度以上、４５度以下とすると凸部が設けられない平坦な光取り出し面を有する発光素子の光取り出し効率と比較して、光取り出し効率を１５０％とできることが判明した。
【００３９】
以上、第１〜第３の実施形態並びにこれらに付随する変形例によれば、凸部の形状制御することで、光取り出し効率が改善された半導体発光素子が提供される。これらの発光素子は、照明装置、表示装置、信号機などに広く用いることができる。
【００４０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４１】
３２  電流拡散層、３２ａ  第１の面、３２ｂ  平坦面、３２ｃ  凸部、３２ｄ  光取り出し面、、３３ａ  凸部、３３ｂ  凸部の底面、３４ａ  柱部、３４ｂ  底部、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅ  側壁、４０  発光層、４２  パッド電極、 α、β  底角
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図３】
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【図６】
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