(57)【要約】【課題】光取り出し面からの光取り出し効率を向上させる半導体発光素子を提供する。【解決手段】発光機能がある発光領域３４、及び発光した光を取り出す光取り出し面３０ａを有する発光機能積層体３０と、光取り出し面３０ａ上に配置されている上方向に凸形状のレンズ４０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光機能がある発光領域、及び発光した光を取り出す光取り出し面を有する発光機能積層体と、
前記光取り出し面上に配置されている上方向に凸形状のレンズ
とを備えることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記発光機能積層体は窒化物系化合物半導体からなり、前記レンズは前記窒化物系化合物半導体よりも小さい、且つ前記レンズが接する外部よりも高い屈折率を有する材料で形成さ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】
前記発光機能積層体は、前記光取り出し面から前記発光領域よりも深い位置まで形成された溝部を有し、該溝部は光取り出し面側から見て前記レンズの中に含まれることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記溝部及び前記レンズは、複数であることを特徴とする請求項３に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記溝部には、前記レンズの一部が埋設されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記溝部には、空洞部を有することを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記溝部には、前記レンズの材料と異なる誘電体が埋め込まれていることを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記溝部の内壁面及び前記光取り出し面に複数の凹凸が設けられていることを特徴とする請求項３〜７のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項９】
成長基板の一方の主面上に発光機能積層体を成長させる工程と、
前記発光機能積層体を貫通する溝部を形成し、貫通した前記溝部によって露出した前記成長基板の一方の主面の領域から前記成長基板に等方性エッチングして、前記成長基板に空洞を形成する工程と、
前記空洞に前記発光機能積層体を構成する材料よりも屈折率の低い材料を充填して前記成長基板側に向かって凸形状のレンズを形成する工程と、
前記成長基板を除去して、前記発光機能積層体の光取り出し面及び前記レンズを露出させる工程
とを含むことを特徴とする半導体発光素子製造方法。
【請求項１０】
前記溝部の内壁面に複数の凹凸を形成する工程及び前記光取り出し面に複数の凹凸を形成する工程の少なくともいずれかを更に含むことを特徴とする請求項９に記載の半導体発光素子製造方法。
【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、特に光取り出し効率を向上させた半導体発光素子及び半導体発光素子製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体材料で構成された半導体発光素子において、半導体発光素子内部の屈折率は、光が最終的に放出される空気の屈折率より高くなっている。そのため、半導体発光素子内のｐｎ接合部で発生した光は、材料界面における屈折率差により反射され、十分に光を半導体発光素子外に取り出すことができない。
【０００３】
この問題の対策として、半導体発光素子の光取り出し面に、半導体材料の屈折率と封止樹脂および空気の屈折率の中間の屈折率を有する透明材料を積層する提案がされている（例えば、特許文献１参照）。また、光取り出し面を粗面化等の加工をすることで光取り出し面積・立体角を増やすことが提案され実用化されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
しかしながら、これらの方法でも半導体発光素子内で発生した光を効率良く取り出して、最大限に利用することには至っていない。
【特許文献１】特開平７−１６９９９４号公報
【特許文献２】特開２００３−３１８４４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、光取り出し面からの光取り出し効率を向上させる半導体発光素子及び半導体発光素子製造方法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】
【０００６】
本願発明の一態様によれば、発光機能がある発光領域、及び発光した光を取り出す光取り出し面を有する発光機能積層体と、光取り出し面上に配置されている上方向に凸形状のレンズとを備える半導体発光素子であることを要旨とする。
【０００７】
本願発明の他の態様によれば、成長基板上に発光機能積層体を成長させる工程と、発光機能積層体を貫通する溝部を形成する工程と、貫通した溝部によって露出した成長基板を等方性エッチングして、成長基板に空洞を形成する工程と、空洞に発光機能積層体を構成する材料よりも屈折率の低い材料を充填してレンズを形成する工程と、成長基板を除去して、発光機能積層体の光取り出し面及びレンズを露出させるする工程とを含む半導体発光素子製造方法であることを要旨とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、光取り出し面からの光取り出し効率を向上させる半導体発光素子及び半導体発光素子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】
【０００９】
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１０】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子は、図１に示すように、発光機能がある発光領域３４、及び光取り出し面３０ａから発光領域３４よりも深い位置まで形成された溝部を有する発光機能積層体３０と、光取り出し面３０ａ上で溝部４２を覆って配置されている上方向に凸形状のレンズ４０とを備える。第１の実施の形態に係る半導体発光素子は、更に、発光機能積層体３０を支持する支持基板１０と、支持基板１０上に形成された反射膜２０と、発光機能積層体３０に接続された第１電極５０と、支持基板１０に接続された第２電極５２とを備える。
【００１１】
支持基板１０は、発光機能積層体３０をエピタキシャル成長するための基板としての機能と、第１電極５０及び第２電極５２間の電流通路としての機能を有する。支持基板１０の厚みは、約２００μｍ〜５００μｍで形成され、導電型決定不純物が添加されている。支持基板１０は、シリコン（Ｓｉ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）等の窒化物系化合物半導体で形成されている。
【００１２】
発光機能積層体３０は、発光機能を有するものであり、例えば、第１半導体層３２、発光領域（活性層）３４、第２半導体層３６を積層させたダブルへテロ構造にすることができる。ここで第１半導体層３２は、ｐ型ドーパントとしてマグネシウム（Ｍｇ）を添加したＡｌXＩｎYＧａ1-X-YＮ（ここで、ｘ及びｙは０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１）で形成され、例えばＧａＮのＰ型クラッド層である。活性層３４は、ＡｌXＩｎYＧａ1-X-YＮ（ここで、ｘ及びｙは０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１）で形成され、例えば窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）である。第２半導体層３６は、ｎ型ドーパントとしてＳｉを添加したＡXＩｎYＧａ1-X-YN（ここで、ｘ及びｙは０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１）で形成され、例えばＧａＮのＮ型クラッド層である。図１に示したようなダブルへテロ構造の場合、活性層３４が発光領域となる。なお、図１において活性層３４は１つの層で図示されているが、ＩｎxＧａ1-xＮで形成された障壁層とＧａＮで形成された井戸層とを交互に複数回繰返して配置した構成の多重量子井戸構造、又はＩｎxＧａ1-xＮで形成された障壁層をＧａＮで形成された対の井戸層で挟んだ構成の単一量子井戸構造等を採用することができる。また、発光機能積層体３０は、活性層３４を省略することもでき、省略した場合は電子と正孔が再結合する第１半導体層３２と第２半導体層３６の界面近傍が発光領域となる。
【００１３】
第１電極５０は、アノード電極及びボンディングパッド電極として機能するものであって、発光機能積層体３０に低抵抗（オーミック）接触している。第１電極５０は、金（Ａｕ）、又はニッケル（Ｎｉ）とＡｕを蒸着等で積層してアニール処理した電極であって、活性層３４等の発光領域で発生した光を透過させない厚みを有する。したがって、第１電極５０で覆われていない光取り出し面３０ａの部分が発光領域から出た光を半導体発光素子の外部に取り出すための有効な部分である。例えば、図１に示したように、発光機能積層体３０の光取り出し面３０ａのほぼ中央に第１電極５０を配置した場合は、第１電極５０の周囲が光を取り出す有効な部分になる。
【００１４】
第２電極５２は、支持基板１０の発光機能積層体３０を設けた面と対向する面に低抵抗（オーミック）接触し、Ａｕ、又はＮｉとＡｕを蒸着等で積層してアニール処理した電極である。
【００１５】
反射膜２０は、支持基板１０の上に発光領域（活性層）３４から発生する光が支持基板１０で吸収されることを抑制するために設けられている。反射膜２０は、Ａｇ系合金、Ｎｉ合金、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等が採用可能である。なお、後述する製造方法で示すように、貼合せ手法を用いて第１の実施の形態に係る半導体発光素子を形成する場合、Ａｕ、Ａｕ合金、Ａｌ、Ａｇ合金、ロジウム（Ｒｈ）、プラチナ（Ｐｔ）等の金属層を半田及び導電性接着剤等で接合した貼合せ金属層が反射膜２０と支持基板１０との間に形成される。
【００１６】
レンズ４０は、発光機能積層体３０の光取り出し面３０ａの第１電極５０が形成されていない領域上に配置されている。レンズ４０は、発光機能積層体３０を構成する窒化物系化合物半導体等の半導体材料よりも小さい、且つ光が最終的に放出される半導体発光素子の外部よりも高い屈折率を有する材料を用いることができる。レンズ４０は例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、酸化アルミニウム（ＡｌＯx）、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）、窒化シリコン（SｉＮx）、酸化コバルト（ＣｏＯｘ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯｘ）、酸化銅（ＣｕＯｘ）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯｘ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ５）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）等の誘電体（屈折率：１．１〜２．４）を用いることができる。また、レンズ４０は、ドーム状の半円球又はピラミッド形状の錐体等のような光の出射方向（上方向）に凸となる形状であることが好ましい。半円球又は円錐体の形状を有するレンズ４０の場合、半導体発光素子を光取り出し面３０ａ側から見て、レンズ４０の底面の直径が０．４〜２００μｍとする。
【００１７】
溝部４２は、半導体発光素子を光取り出し面３０ａ側から見て、レンズ４０の中に含まれるように形成され、レンズ４０の直下に発光機能積層体３０の光取り出し面３０ａから光取り出し面３０ａと対向する面へと向かって形成されている。半導体発光素子の光取り出し面３０ａから見た場合、溝部４２はドット状又はライン（溝）状に形成されており、同様にその上のレンズ４０もドット形状又はライン状に形成されている。溝部４２の径又は幅は、レンズ４０の底面よりも小さく例えば０．２μm〜１００μmである。溝部４２には、図１に示すように、レンズ４０に用いる誘電体と同様の誘電体が埋め込まれているので、レンズ４０の一部が埋設されていることになる。図１において一例として、溝部４２は発光機能積層体３０の光取り出し面３０ａから光取り出し面３０ａと対向する面へと貫通していると示しているが、溝部４２は発光機能積層体３０を貫通していなくても良い。ただし、溝部４２の底面は活性層３４等の発光領域よりも深く形成されていることが望ましく、発光機能積層体３０を貫通していることが更に好ましい。
【００１８】
第１の実施の形態に係る半導体発光素子の機能、及び半導体発光素子で発生した光の進行について以下に説明する。
【００１９】
第１の実施の形態に係る半導体発光素子の内部の屈折率は、障壁層を構成するＩｎxＧａ1-xＮの屈折率が約３．０であり、第１半導体層３２及び第２半導体層３６を構成するＡｌXＧａ1-XＮやＧａＮの屈折率が約２．４〜２．５である。つまり、障壁層を構成するＩｎxＧａ1-xＮの屈折率の方が大きいので、活性層３４から発生する光は第１半導体層３２及び第２半導体層３６で全反射を生じ、比較的に光取り出し面３０ａに対して側方への光が多くなるので無視することはできない。
【００２０】
発光機能積層体３０を構成する窒化物系化合物半導体の屈折率は２．４〜２．５と溝部４２の内部に埋め込まれた誘電体よりも屈折率が大きい。よって、発光機能積層体３０と溝部４２の界面において所定の角度以上の入射角を有する光は図２の左図に示すように、その一部は反射して光取り出し面３０ａ方向へ進行し、発光機能積層体３０の上に設けられた凸のレンズ４０に達する。発光機能積層体３０で発光された光は発光機能積層体３０を構成する窒化物系化合物半導体の屈折率よりも低く外部よりも屈折率の高い誘電体からなるレンズ４０によって、レンズ４０が設けられていない場合よりも光取り出し面３０ａと外部との界面で全反射する光を抑制し、且つレンズ４０で集光されて半導体発光素子の外部へ取り出される。更に、レンズ４０内を上方又は側方に進行する光がレンズ４０と半導体発光素子の外部との界面で全反射することを抑制するため、レンズ４０は上に凸となる形状を有していることが好ましい。
【００２１】
また、第１の実施の形態に係る半導体発光素子の内部を側方に進行する光が溝部４２に達すると、図２の右図に示すように、その一部は反射せずに溝部４２の内部へと進行する。すると、溝部４２の内部に埋め込まれた誘電体によって光は乱反射を生じる。乱反射した光のうちの一部は光取り出し面３０ａ方向へと進行し、一部は溝部４２の側面で屈折又は反射、又はこれらを繰り返しながらレンズ４０又は光取り出し面３０ａに達する。レンズ４０の上面に達した光は半導体発光素子の外部とレンズ４０との界面において全反射する光を抑制し、且つレンズ４０で集光されて半導体発光素子の外部へ取り出される。よって、光取り出し面３０ａ方向に進行する光がレンズ４０と半導体発光素子の外部との界面で全反射することを抑制するため、レンズ４０は上に凸となる構造を有していることが好ましい。したがって、本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子によれば、光取り出し面３０ａからの光取り出し効率を向上させることができる。
【００２２】
本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子によれば、誘電体で凸形状のレンズ４０を形成することで、発光機能積層体３０から放射される光の反射成分が減少し、外部発光効率を高めた省電力・長寿命な半導体発光素子が得られる。
【００２３】
また、本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子によれば、レンズ４０の誘電体材料をエポキシ樹脂およびシリコーン樹脂にすることで、発光効率を落とすこと無く中空のメタルパッケージを採用することが可能となり、樹脂応力の低減、および、耐環境性の向上が可能となる。
【００２４】
以下に、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の貼合せ手法を用いた製造方法について図３及び図４を参照しながら説明する。
【００２５】
（イ）まず、図３（ａ）に示すように、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＧａＰ等の成長基板１５を用意し、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）や分子線エピタキシー（ＭＢＥ）により、ｐｎ接合を含むＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＰ等の発光機能積層体３０を成長基板１５の一方の主面上に成長させる。
【００２６】
（ロ）次に、図３（ｂ）に示すように、発光機能積層体３０上に反射膜２０を形成する。反射膜２０は、Ａｇ系合金、Ｎｉ合金、ＩＴＯ等により形成される。また、反射膜２０は、Ａｕ、Ａｕ合金、半田等の導電性接着剤、Ａｌ、Ａｇ合金等で形成された貼合せ金属層でコンタクト層を兼ねたものや反射膜の上に貼合せ金属層を積層したものとすることもできる。反射膜２０は、必要であればアニールを行う。
【００２７】
（ハ）次に、図３（ｃ）に示すように、発光機能積層体３０及び反射膜２０上に溝部４２が形成されている部分以外を覆ってレジスト膜、ＳｉＯ2 膜 、Ｎｉ膜等のエッチング用マスク（図示せず）を形成して、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等により発光機能積層体３０及び反射膜２０を貫通した穴である直径０．２μｍ〜１００μｍの溝部４２を形成する。溝部４２は、幅０．２μｍ〜１００μｍのライン（溝）状の溝でもよい。
【００２８】
（ニ）次に、エッチング用マスクを除去した後、図３（ｄ）に示すように、発光機能積層体３０及び反射膜２０をマスクとして、フッ硝酸、ＫＯＨ、硫酸、燐酸等の強酸又は強アルカリを用いてウェットエッチング（等方性エッチング）を行うことで、貫通した溝部４２によって露出した成長基板１５の領域を中心として成長基板１５に直径０．４μｍ〜２００μｍの半球状の空洞４５を形成する。ウェットエッチングで強アルカリを用いた場合は、貫通した溝部４２によって露出した成長基板１５の領域を底面の中心として成長基板１５にピラミッド状の空洞４５を形状することができる。必要であれば、発光機能積層体３０を貫通する溝部４２を形成したときと同様のマスクを用いて、ウェットエッチング時に発光機能積層体３０及び反射膜２０を保護することも可能である。
【００２９】
（ホ）次に、図３（ｅ）に示すように、発光機能積層体３０と反射膜２０上の全体、溝部４２及び成長基板１５に形成された空洞４５内に、発光機能積層体３０を構成する窒化物系半導体等の半導体材料よりも屈折率の低い材料であるエポキシ、シリコーン、ＡｌＯ、ＳｉＮ、Ｆａ2 Ｏ3 、ＣｏＯ、ＺｒＯ、ＣｕＯ、ＴｉＯ2 、ＺｎＯ、Ｉｎ2Ｏ5 、ＳｎＯ2 、ＨｆＯ2 等の誘電体をスピンコート又はディップ法によって供給及び充填し、焼結することで焼結体であるレンズ４０を形成する。そして、発光機能積層体３０と反射膜２０上に残存する誘電体は、ポリッシュ、ラッピング、エッチング等により除去される。
【００３０】
（ヘ）次に、図３（ｆ）に示すように、半田及び導電性接着剤等を用いたウエハボンディングによって、成長基板１５側でなく反射膜２０側に支持基板１０を張り合わせる。必要であれば、発光機能積層体３０と支持基板１０にそれぞれＡｕ、Ａｌ、Ａｇ合金等で金属層を形成し、金属層を貼り合わせることでウエハボンディングを容易にすることができる。
【００３１】
（ト）次に、図４（ａ）に示すように、フッ硝酸、ＫＯＨ、硫酸、燐酸等の強酸又は強アルカリを用いてウェットエッチングすることにより、成長基板１５を除去して、発光機能積層体３０の光取り出し面３０ａ及びレンズ４０を露出させる。
【００３２】
（チ）次に、図４（ｂ）に示すように、発光機能積層体３０の光取り出し面３０ａ上にＩＴＯ、ＺｎＯ、Ｔｉ／Ａｌ、Ｃｒ／Ａｌ等の第１電極５０を配置する。尚、発光機能積層体３０と第１電極５０との間には、コンタクト層（図示せず）を設けてもよい。
【００３３】
（リ）次に、図４（ｃ）に示すように、第１電極５０と対向するようにＴｉ／Ｎｉ／Ａｕ等の第２電極５２を配置する。尚、支持基板１０と第２電極５２との間には、コンタクト層（図示せず）を設けてもよい。
【００３４】
以上の貼合せ手法を用いた製造方法により第１の実施形態に係る半導体発光素子が製造される。製造された半導体発光素子は、ダイス・スクライブによってチップ化される。そして、チップ化された半導体発光素子は、リードフレームにボンディングし、エポキシ及びシリコーン等の樹脂封止、若しくはメタルパッケージに組み込まれる。
【００３５】
本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子製造方法によれば、成長基板１５に空洞を形成し、空洞に誘電体を充填して半球状又はピラミッド状のレンズ４０を形成することができるので、光取り出し面３０ａからの光取り出し効率を向上させる半導体発光素子の量産性に優れておりコストを低減することができる。
【００３６】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光素子は、図５に示すように、図１に示した半導体発光素子と比して、反射膜２０がない点と、溝部４２の内部全体がレンズ４０に用いる誘電体と同様の誘電体で埋め込まれてなく空洞部４４を有する点が異なる。その他は第１の実施の形態で説明した半導体発光素子と実質的に同様であるので、重複した記載を省略する。
【００３７】
空洞部４４に入射した光は、溝部４２の側壁面や支持基板１０の表面で反射して光取り出し面３０ａ方向へ進行し、発光機能積層体３０の上に設けられた凸のレンズ４０に達する。レンズ４０に達した光は半導体発光素子の外部とレンズ４０との界面において全反射する光を抑制し、且つレンズ４０で集光されて半導体発光素子の外部へ取り出される。
【００３８】
図５において一例として、空洞部４４は溝部４２の一部分であるように示しているが、溝部４２の全体が空洞部４４であってもよい。また、空洞部４４の一部又は全部にレンズ４０で用いた誘電体と屈折率が異なる誘電体を埋め込んで、溝部４２の内部が多層の誘電体層とすることも可能である。
【００３９】
本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光素子によれば、溝部４２の内部に空洞部４４があったり、空洞部４４の一部又は全部にレンズ４０で用いた誘電体と屈折率が異なる材料である誘電体を埋め込んでも、光取り出し面３０ａからの光取り出し効率が下がることはなく、第１の実施の形態に係る半導体発光素子と同様の光取り出し効率を得ることができる。
【００４０】
第２の実施の形態において、反射膜２０を設けていないことで反射膜２０に使用する材料のコストを削減できる。また、反射膜２０を設けるための製造工程も減らすことができるので、製造にかかる時間を短縮することができる。なお、支持基板１０と発光機能積層体３０との間に反射膜２０を設ける構造にすることもでも当然可能である。
【００４１】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係る半導体発光素子は、図６に示すように、図１で示した半導体発光素子と比して、溝部４２の内壁面及び光取り出し面３０ａに複数の凹凸が設けられている点が異なる。その他は第１の実施の形態で説明した半導体発光素子と実質的に同様であるので、重複した記載を省略する。
【００４２】
凹部と凸部の高さ及びピッチ幅は、５０ｎｍ〜１μｍ、好ましくは１００〜３００ｎｍとする。溝部４２の内壁面及び光取り出し面３０ａに設ける複数の凹凸は、リン酸（Ｈ3ＰＯ4）又は水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液をエッチング液として約７０℃に暖めたものでウェットエッチングすることにより窒化物系半導体表面に形成される。
【００４３】
溝部４２の内壁面に複数の凹凸を設ける場合は、第１の実施の形態で示した半導体発光素子製造方法の溝部４２を形成した工程の後でウェットエッチングすることで複数の凹凸が形成される。また、光取り出し面３０ａに複数の凹凸を設ける場合は、第１の実施の形態で示した半導体発光素子製造方法の光取り出し面３０ａを露出させる工程の後でウェットエッチングすることで複数の凹凸が形成される。
【００４４】
なお、複数の凹凸は溝部４２の内壁面及び光取り出し面３０ａの両方に形成されるのが好ましいが、溝部４２の内壁面及び光取り出し面３０ａの少なくとも一方に形成されている場合でも構わない。複数の凹凸を形成したくないところがある場合、複数の凹凸を形成したくない主面にＳｉＯ2膜を形成した後に上述のエッチング液にてエッチングするとＳｉＯ2膜で覆われたところはエッチングされないので複数の凹凸が形成されない。
【００４５】
本発明の第３の実施の形態に係る半導体発光素子によれば、複数の凹凸は溝部４２の内壁面及び光取り出し面３０ａに形成された複数の凹凸によって、光取り出しの面積及び立体角を増やすことができるので光取り出し面３０ａからの光取り出し効率を向上させることができる。
【００４６】
本発明の第３の実施の形態に係る半導体発光素子によれば、誘電体で凸形状のレンズ４０を形成することで、発光機能積層体３０から放射される光の反射成分が減少し、外部発光効率を高めた省電力・長寿命な半導体発光素子が得られる。
【００４７】
また、本発明の第３の実施の形態に係る半導体発光素子によれば、レンズ４０の誘電体材料をエポキシ樹脂およびシリコーン樹脂にすることで、発光効率を落とすこと無く中空のメタルパッケージを採用する事が可能となり、樹脂応力の低減、および、耐環境性の向上が可能となる。
【００４８】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。
【００４９】
例えば、第１〜第３の実施の形態において、反射膜２０を形成しない時、支持基板１０と発光機能積層体３０との間にバッファ層を設けても良い。バッファ層は、主としてシリコン半導体基板の面方位をこの上にエピタキシャル成長法で形成する窒化物半導体領域に良好に受け継がせるためのバッファ機能を有する。このバッファ機能を良好に発揮するために、バッファ層は１０ｎｍ以上の厚さを有していることが好ましい。但し、バッファ層はクラックを防止するために、バッファ層の厚みを５００ｎｍ以下にするのが好ましい。バッファ層は、ｎ型不純物（ドナー不純物）を含み且つ３族の元素と窒素とから成るｎ型窒化物半導体、例えば化学式ＡｌaＩｎbＧａ1-a-bＮ（ここでａ及びｂは０≦ａ＜１、０≦ｂ＜１、を満足する数値）で示されるｎ型窒化物半導体から成る。基板として、ｐ型シリコン半導体基板に３族元素を含んでいるｎ型窒化物半導体をエピタキシャル成長させてｎ型バッファ領域を形成すると、ｎ型バッファ層の３族元素がｐ型シリコン半導体基板に拡散して３族元素拡散領域が生じる。この３族元素拡散領域はｐ型シリコン半導体基板の３族元素拡散領域が形成されていない部分よりも低い抵抗率のｐ型半導体領域である。
【００５０】
また、第１〜第３の実施の形態において、レンズ４０が形成されていない光取り出し面３０ａの露出部に光透過性導電層を形成しても良い。光透過性導電層は、例えば酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）と酸化錫（ＳｎＯ2）との混合物から成り、活性層３４から放射された光を透過させる機能を有すると共に導電性を有する。したがって、光透過性導電層は主半導体領域の外周側部分の電流の増大に寄与する。
【００５１】
また、第１〜第３の実施の形態において、第１半導体層３２をｐ型クラッド層、第２半導体層３６をｎ型クラッド層としたが、第１半導体層３２をｎ型クラッド層、第２半導体層３６をｐ型クラッド層として逆に配置しても良い。
【００５２】
また、第１〜第３の実施の形態に係る半導体発光素子は、それぞれ１種類の形状でしか図示していないが、例えば図７〜図１２に示すような種々の形状とすることもできる。図７は、発光機能積層体３０に複数の溝部４２が設けられ、溝部４２を覆って穴の数と同数のレンズ４０が設けられている半導体発光素子を示す。図８は、発光機能積層体３０に１つの溝部４２が設けられ、溝部４２を覆って１つのレンズ４０が設けられている半導体発光素子を示す。図９は、発光機能積層体３０にリング状の溝部４２が設けられ、溝部４２を覆ってリング状のレンズ４０が設けられている半導体発光素子を示す。図１０及び図１１は、発光機能積層体３０に様々な長さのストライプ状の溝部４２が設けられ、溝部４２を覆ってストライプ状のレンズ４０が設けられている半導体発光素子を示す。図１２は、発光機能積層体３０の光取り出し面３０ａに光透過性導電層６ｂが設けられている半導体発光素子を示す。
【００５３】
更に、第１〜第３の実施の形態において、半導体発光素子の製造方法は貼り合わせ手法を用いた製造法で示したが、貼り合わせ手法だけに限定されるものではない。例えば、支持基板１０上に発光機能積層体３０を成長させた後に、発光機能積層体３０にＲＩＥ等で溝部４２を形成し、溝部４２の上にレンズ４０を設けることで本発明の実施の形態に係る半導体発光素子を製造することができる。この製造方法で半導体発光素子を製造することで、発光機能積層体３０に所望の深さの溝部４２を形成することができる。
【００５４】
更に、第１〜第３の実施の形態において、溝部４２を形成しなくても本発明の効果である光取り出し面３０ａからの光取り出し効率の向上を図ることができる。
【００５５】
この様に、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子の模式的断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子で発生する光の動きを示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子製造方法の工程断面図（その１）である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子製造方法の工程断面図（その２）である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光素子の模式的断面図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係る半導体発光素子の模式的断面図である。
【図７】本発明のその他の実施の形態に係る半導体発光素子の模式的断面図である。
【図８】本発明のその他の実施の形態に係る半導体発光素子の模式的断面図である。
【図９】本発明のその他の実施の形態に係る半導体発光素子の模式的断面図である。
【図１０】本発明のその他の実施の形態に係る半導体発光素子の模式的断面図である。
【図１１】本発明のその他の実施の形態に係る半導体発光素子の模式的断面図である。
【図１２】本発明のその他の実施の形態に係る半導体発光素子の模式的断面図である。
【符号の説明】
【００５７】
６ｂ…光透過性導電層
１０…支持基板
１５…成長基板
２０…反射膜
３０…発光機能積層体
３０ａ…光取り出し面
３２…第１半導体層
３４…発光領域（活性層）
３６…第２半導体層
４０…レンズ
４２…溝部
４４…空洞部
４５…空洞
５０…第１電極
５２…第２電極
【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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【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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