JP2003174191A

JP2003174191A - 半導体発光素子及びその製造方法

Info

Publication number: JP2003174191A
Application number: JP2002179915A
Authority: JP
Inventors: Haruji Yoshitake; 春二吉武; Hideki Sekiguchi; 秀樹関口; Atsuko Yamashita; 敦子山下; Kazuhiro Takimoto; 一浩滝本; Koichi Takahashi; 幸一高橋
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-06-25
Filing date: 2002-06-20
Publication date: 2003-06-20
Anticipated expiration: 2022-06-20
Also published as: JP4098568B2

Abstract

(57)【要約】【課題】発光層を含む半導体多層膜の最上層と透明樹
脂との境界における光の全反射の影響で光取り出し効率
が低下するのを防止することができ、光取り出し効率の
向上をはかる。【解決手段】ｎ型ＧａＡｓ基板１１０上に、ｎ型Ｉｎ
ＡｌＰクラッド層１１２，ＩｎＧａＡｌＰ活性層１１
３，及びｐ型ＩｎＡｌＰクラッド層１１４からなるダブ
ルへテロ構造部を形成し、その上にｐ型ＩｎＧａＰ電流
拡散層１１５，ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１６を形成
し、コンタクト層１１６上に部分的にｐ側電極１１８を
形成した緑色ＬＥＤにおいて、コンタクト層１１６上で
電極１１８が形成されてない部分に反射防止膜１１７を
形成し、この反射防止膜１１７の表面を粗面加工し、表
面ラフネス（ＰＶ値（max-min））を、２００ｎｍ以上
で且つ発光波長以下に設定した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＬＥＤ（Light Em
itting Diode）やＬＤ（Laser Diode）等の半導体発光
素子に係わり、特に光取り出し面の粗面化をはかった半
導体発光素子及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、高輝度のＬＥＤは、半導体基板上
にダブルへテロ構造等からなる発光部を形成し、この発
光部の上に電流拡散層を形成することによって構成され
る。このため、高輝度のＬＥＤを樹脂によってパッケー
ジングした場合、電流拡散層の上部は、素子保護のため
の透明樹脂で覆われた構造となってしまう。

【０００３】このような構造では、電流拡散層（屈折
率：３．１〜３．５）と透明樹脂（屈折率：１．５程
度）との間の臨界角は２５〜２９度となる。発光部から
透明樹脂側に向かう光のうち、電流拡散層と透明樹脂と
の界面に対する入射角が上記の臨界角よりも大きくなる
光は全反射する。この影響で、ＬＥＤの内部で発生した
光が外部に放出される確率が著しく低下する。そして、
ＬＥＤの内部で発生した光が外部に放出される確率（光
取り出し効率）は、２０％程度になっているのが現状で
ある。

【０００４】なお、電流拡散層の上部に高屈折率膜を形
成し、臨界角を大きくすることによって光取り出し効率
を向上させる方法もある。しかし、この方法を用いて
も、効率向上分は２０％程度と低いものであった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように従来、透明
樹脂にてパッケージングするＬＥＤにおいては、発光層
を含む半導体多層膜の最上層と透明樹脂との境界で、界
面に斜め方向から入射する光の大部分が全反射するた
め、光取り出し効率が低下するという問題があった。ま
た、この問題はＬＥＤに限るものではなく、面発光型の
ＬＤに関しても同様に言えることである。

【０００６】本発明は、上記事情を考慮して成されたも
ので、その目的とするところは、発光層を含む半導体多
層膜の最上層と透明樹脂との境界における光の全反射の
影響で光取り出し効率が低下するのを防止することがで
き、光取り出し効率の向上をはかり得る半導体発光素子
及びその製造方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】（構成）上記課題を解決
するために本発明は次のような構成を採用している。

【０００８】即ち本発明は、主面を有する基板と、前記
基板の主面上に形成された、発光層を含む半導体多層膜
と、前記半導体多層膜の前記基板と反対側の光取り出し
面側に設けられた複数の錐体状の突起物とを具備してな
る面発光型の半導体発光素子であって、前記複数の突起
物における底面と側面との交差角度は、３０度以上で７
０度以下に設定されていることを特徴とする。

【０００９】また本発明は、主面を有する基板と、前記
基板の主面上に形成された、発光層を含む半導体多層膜
とを具備してなる半導体発光素子であって、前記半導体
多層膜の前記基板と反対側の光取り出し面が多数の凹凸
形状を有するように粗面加工され、この粗面加工された
面における各凹凸の頂部と底部との距離（凹凸の高さ）
は、５０ｎｍ以上で且つ前記発光層における発光波長以
下に設定されていることを特徴とするまた本発明は、主
面を有する基板と、前記基板の主面上に形成された、発
光層を含む半導体多層膜と、前記半導体多層膜の前記基
板と反対側の光取り出し面側に設けられ、表面が複数の
凹凸形状を有するように粗面加工された反射防止膜とを
具備してなる半導体発光素子であって、前記反射防止膜
の各凹凸における頂部と底部との距離（凹凸の高さ）
は、５０ｎｍ以上で且つ前記発光層における発光波長以
下に設定されていることを特徴とする。

【００１０】また本発明は、主面を有する基板と、前記
基板の主面上に形成された、発光層を含む半導体多層膜
と、前記半導体多層膜の前記基板と反対側の光取り出し
面側に部分的に形成された第１の電極と、前記半導体多
層膜の光取り出し面側に前記第１の電極を除く部分に設
けられ、表面が多数の凹凸形状を有するように粗面加工
された反射防止膜と、前記基板の裏面側の全面に形成さ
れた第２の電極とを具備してなる半導体発光素子であっ
て、前記反射防止膜の凹凸における頂部と底部との距離
（凹凸の高さ）は、５０ｎｍ以上で且つ前記発光層にお
ける発光波長以下に設定されていることを特徴とする。

【００１１】また本発明は、第１導電型の化合物半導体
基板と、前記基板上に第１導電型のクラッド層，活性
層，及び第２導電型のクラッド層を形成してなるダブル
へテロ構造部と、前記ダブルへテロ構造部の第２導電型
クラッド層上に形成された第２導電型の電流拡散層と、
前記電流拡散層上に形成された第２導電型のコンタクト
層と、前記コンタクト層上に選択的に形成された上部電
極と、前記基板の裏面側に形成された下部電極と、前記
コンタクト層上で前記電極が形成されてない部分に形成
された反射防止膜とを具備してなる半導体発光素子であ
って、前記反射防止膜の表面は多数の凹凸を有する形状
に粗面加工され、粗面加工による凹凸における頂部と底
部との距離（凹凸の高さ）は、５０ｎｍ以上で且つ前記
発光層における発光波長以下に設定されていることを特
徴とする。

【００１２】（作用）本発明によれば、半導体多層膜の
光取り出し面側に複数の錐体状の突起物を設けることに
より、発光層を含む半導体多層膜の最上層と透明樹脂と
の境界において入射光が全反射する確率を減らすことが
できる。そして、突起物の底面と側面との交差角度を３
０度より大きく設定することにより、光取り出し効率を
大幅に向上させることが可能となる。

【００１３】ここで、上記の交差角度３０度と云う値は
本発明者らの鋭意研究及び実験によって見出されたもの
であり、交差角度が３０度より小さいと光取り出し効率
の向上効果はあまり認められず、交差角度が３０度以上
になると１割以上の光取り出し効率の向上が認められ
た。また、交差角度が７０度越えると光取り出し効率の
低下が認められると共に、その製作が難しくなる。従っ
て、単に光取り出し面を粗面化するのではなく、突起物
の底面と側面との交差角度を３０度以上で７０度以下に
設定することにより、光取り出し効率の大幅な向上を実
現できることになる。

【００１４】また本発明によれば、半導体多層膜の光取
り出し面側に表面を粗く形成した反射防止膜を設けるこ
とにより、発光層を含む半導体多層膜の最上層と透明樹
脂との境界において入射光が全反射する確率を減らすこ
とができる。そして、反射防止膜の表面ラフネスを５０
ｎｍ以上、より望ましくは２００ｎｍ以上で発光波長以
下に設定することにより、光取り出し効率を大幅に向上
させることが可能となる。また、反射防止膜の屈折率
を、本素子をパッケージする際に用いる透明樹脂と半導
体多層膜の最上層との間に設定することにより、光取り
出し効率の向上効果を更に高めることができる。

【００１５】ここで、従来構造では、半導体多層膜の屈
折率が約３．５であるのに対して樹脂封止のための透明
樹脂の屈折率は約１．５であり、大きな屈折率差があ
る。この場合、半導体多層膜側から透明樹脂側に向かう
光における全反射の臨界角が小さくなる。本発明では、
半導体多層膜と透明樹脂との間に屈折率がこれらの中間
の反射防止膜（屈折率が１．５〜３．５）を形成するこ
とにより、全反射の臨界角を大きくすることができ、こ
れにより光取り出し効率の向上をはかることができる。
しかも、反射防止膜の表面を粗面加工することにより、
更なる光取り出し効率の向上を実現できることになる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図示の実施
形態によって説明する。

【００１７】（第１の実施形態）図１（ａ）〜（ｃ）
は、本発明の第１の実施形態に係わる緑色ＬＥＤの素子
構造及び製造工程を示す断面図である。

【００１８】まず、図１（ａ）に示すように、厚さ２５
０μｍのｎ型ＧａＡｓ基板１０の上に、Ｖ属元素の原料
ガスとしてＡｓＨ₃を用いたＭＯＣＶＤ法により、０．
５μｍ厚のｎ型ＧａＡｓバッファ層１１を成長する。そ
の後、Ｖ属元素の原料ガスとしてＰＨ₃を用いたＭＯＣ
ＶＤ法により、ＰＨ₃分圧が２００Ｐａ、トータル圧力
が５×１０³Ｐａの条件で、０．６μｍ厚のｎ型Ｉｎ
_0.5Ａｌ_0.5Ｐクラッド層１２と１．０μｍ厚のノンド
ープＩｎ_0.5（Ｇａ_0.55Ａｌ_0.45）_0.5Ｐ活性層１３を順
次成長する。

【００１９】続いて、ＰＨ₃分圧を１０Ｐａに低減し、
トータル圧力を５×１０³Ｐａのまま変化させずに、Ｍ
ＯＣＶＤ法により、１．０μｍ厚のｐ型Ｉｎ_0.5Ａｌ
_0.5Ｐクラッド層１４を成長する。その後、Ｖ属元素の
原料ガスとしてＡｓＨ₃を用いたＭＯＣＶＤ法により、
０．１μｍ厚のｐ型ＧａＡｓコンタクト層１６を成長す
る。ここで、バッファ層１１からコンタクト層１６まで
の各エピタキシャル層は同一チャンバ内で連続して成長
する。

【００２０】上記のようにｐ型ＩｎＡｌＰクラッド層１
４を成長する際に、ＭＯＣＶＤ法におけるＰＨ₃分圧を
十分に低く（２０Ｐａ以下）にすると、エピタキシャル
成長膜は表面が荒れた状態になる。具体的には、図２に
示すように、ＩｎＡｌＰクラッド層１４の成長表面に錐
体状の突起部２０が生じる。そして、この突起部２０の
基板表面に対する角度、即ち突起部２０の底面と側面と
の交差角度αは３０度より大きくなる。

【００２１】ここで、ＩｎＡｌＰクラッド層１４の成長
時のＰＨ₃分圧が２０Ｐａを越える場合、該クラッド層
１４の表面荒れが少なくなり、突起部における交差角度
３０度以上を実現できなくなる可能性が高くなる。一
方、ＰＨ₃分圧が１Ｐａよりも低くなると、クラッド層
１４の表面荒れが大きくなりすぎ、しかもクラッド層１
４の結晶性も悪くなる。従って、ＩｎＡｌＰクラッド層
１４の成長時のＰＨ₃分圧の望ましい範囲は、１〜２０
Ｐａであった。

【００２２】次いで、図１（ｂ）に示すように、ＧａＡ
ｓコンタクト層１６上の一部に透明電極としてのＩＴＯ
膜１７をスパッタ法により形成する。続いて、ＩＴＯ膜
１７の上にｐ側電極（Ｚｎを含むＡｕ）２３を形成す
る。より具体的には、ＩＴＯ膜１７の上に電流ブロック
層２１とＧａＡｓ層２２を成長した後、これらがチップ
中心部に残るように選択エッチングする。そして、全面
にＡｕＺｎ電極２３を形成した後、この電極２３をＧａ
Ａｓ層２２上とＩＴＯ膜１７上の一部に残るようにパタ
ーニングする。

【００２３】図３は、ｐ側電極２３のパターンの例を示
す平面図である。この電極パターンは、ボンディングワ
イヤ等を接着するために素子中央部に設けられた円形の
パッド部２３ａ、素子周辺部に設けられた周辺部２３
ｂ、パッド部２３ａと周辺部２３ｂとを接続する接続部
２３ｃからなる。

【００２４】次いで、図１（ｃ）に示すように、ＧａＡ
ｓ基板１０の裏面を研磨して１００μｍ厚まで薄くした
後に、基板裏面にｎ側電極２５（Ｇｅを含むＡｕ）を形
成する。その後、Ａｒ雰囲気中で４５０℃，１５分の熱
処理工程を施す。続いて、各層１１〜２２及び電極２
３，２５を形成した基板１０をスクライブすることによ
りチップ化する。そして、個々のチップ毎に、光取り出
し面側を図示しない透明樹脂で覆うように樹脂パッケー
ジの組立を行う。

【００２５】なお、図１では１つのチップ部分しか示し
ていないが、実際には複数チップを同時に形成するため
に、１つの基板１０上に図１の構成部分が複数個形成さ
れている。そして、最終段階で基板１０をスクライブす
ることにより、基板１０が複数チップに分離されること
になる。

【００２６】このように本実施形態によれば、ｐ型Ｉｎ
ＡｌＰクラッド層１４の成長時にＰＨ₃分圧を通常より
も低く設定することにより、クラッド層１４の表面に錐
体状の突起部２０を形成することができる。この突起部
２０の形成により、発光層を含む半導体多層膜の最上層
と透明樹脂との境界において入射光が全反射する確率を
減らすことができる。特に、ＩｎＡｌＰクラッド層１４
の成長時のＰＨ₃分圧を１〜２０Ｐａに設定することに
より、表面円錐の角度αを３０度以上にすることができ
る。

【００２７】ここで、突起部２０の基板表面と成す角度
αと樹脂入射確率（光取り出し効率）との関係を、図４
に示す。図４で、横軸は角度、縦軸は光取り出し効率を
示している。光取り出し効率は、突起部２０が無く表面
が平坦な場合を１としている。角度αが３０度以上にな
ると１割以上の向上が認められた。また、角度αが大き
くなりすぎると逆に効率の低下が認められ、７０度を超
えると１割以下になった。従って、角度αの望ましい範
囲は３０度以上で７０度以下である。

【００２８】本実施形態のような突起部構造を採用する
ことにより、図４に示すように、光取り出し効率が従来
の１．１５倍に向上した。このように、基本的なデバイ
ス構造を変えることなく光取り出し効率を上昇させるこ
とができるのは、ＬＥＤにとって極めて大きな効果であ
る。

【００２９】なお、突起部２０の基板表面と成す角度α
を３０度以上にする場合、必ずしも全ての突起部がこれ
を満足する必要はなく、大部分（例えば９０％以上）が
これを満足するものであればよい。ちなみに、全ての突
起部が角度αが３０度以上で７０度以下となるように作
ろうとしても、一部に角度αが３０度より小さい部分や
７０度を越える部分が出現することがあるが、この部分
の割合が十分に低いものであれば何ら問題ない。

【００３０】このように本実施形態では、単に光取り出
し面を粗面化するのではなく、突起部２０の底面と側面
との交差角度αを３０度以上で７０度以下に設定するこ
とにより、光取り出し効率の大幅な向上を実現できるこ
とになる。

【００３１】なお、光取り出し面側に形成される突起部
２０の周期が極端に小さくなると光取り出し効率の向上
効果は少なくなる。本発明者らの実験によれば、突起部
の突起部２０の周期が０．５μｍ以上であれば十分な効
果が認められた。また、透明電極２０上の電流ブロック
層２１とＧａＡｓ層２２は必ずしも必要でなく、透明電
極上２０に直接金属電極２３を形成しても、同様な効果
を確認している。

【００３２】（第２の実施形態）図５は、本発明の第２
の実施形態に係わる緑色ＬＥＤの素子構造を示す断面図
である。

【００３３】本実施形態は、ｎ，ｐの成長層を第１の実
施形態と逆にしたものであり、基本的な構成及び製法は
第１の実施形態と同様である。

【００３４】ｐ型ＧａＡｓ基板３０の上に、０．５μｍ
厚のｐ型ＧａＡｓバッファ層３１，０．６μｍ厚のｐ型
Ｉｎ_0.5Ａｌ_0.5Ｐクラッド層３２，１．０μｍ厚のノ
ンドープＩｎＧａＡｌＰ活性層３３，１．０μｍ厚のｎ
型Ｉｎ_0.5Ａｌ_0.5Ｐクラッド層３４、０．１μｍ厚の
ｎ型ＧａＡｓコンタクト層３６がＭＯＣＶＤ法で成長さ
れ、その上に透明電極のＩＴＯ膜３７がスパッタで形成
されている。

【００３５】ここで、第１の実施形態と同様に、ｎ型Ｉ
ｎＡｌＰクラッド層３４を成長する際に、ＭＯＣＶＤ法
におけるＰＨ₃分圧を十分に低く（２０Ｐａ以下）す
る。これにより、ｎ型ＩｎＡｌＰクラッド層３４の表面
には、第１の実施形態と同様に錐体状の突起部が形成さ
れ、この突起部の基板表面に対する角度αは３０度より
も大きくなる。

【００３６】また、ＩＴＯ膜３７の上に電流ブロック層
４１とＧａＡｓ層４２が選択的に形成され、ＧａＡｓ層
４２上及びＩＴＯ膜３７上の一部にＡｕＧｅからなるｎ
側電極４３が形成されている。そして、ＧａＡｓ基板３
０の裏面に、ＺｎＡｕからなるｐ側電極４５が形成され
ている。

【００３７】このような構成であっても、ｎ型ＩｎＡｌ
Ｐクラッド層３４の表面に設けた錐体状の突起部によ
り、パッケージのための透明樹脂に対する光の入射確率
を高めることができ、第１の実施形態と同様の効果が得
られる。

【００３８】（第３の実施形態）図６（ａ）（ｂ）は、
本発明の第３の実施形態に係わる緑色ＬＥＤの素子構造
及び製造工程を示す断面図である。

【００３９】まず、図６（ａ）に示すように、厚さ２５
０μｍのｎ型ＧａＡｓ基板５０の上に、ＭＯＣＶＤ法に
より、０．６μｍ厚のｎ型Ｉｎ_0.5Ａｌ_0.5Ｐクラッド
層５２、１．０μｍ厚のノンドープＩｎ_0.5（Ｇａ_0.55
Ａｌ_0.45）_0.5Ｐ活性層５３、１．０μｍ厚のｐ型Ｉｎ
_0.5Ａｌ_0.5Ｐクラッド層５４、３．０μｍ厚のｎ型Ｉ
ｎＧａＰ電流拡散層５５、０．１μｍ厚のｐ−ＧａＡｓ
コンタクト層５６を上記順に成長する。これらのエピタ
キシャル成長には、第１の実施形態と同様にＭＯＣＶＤ
法を用いた。

【００４０】次いで、新たにエピタキシャル表面形状を
変えるためのアニール工程（温度はエピタキシャル温度
と同等又はそれ以上（６００℃以上））を導入すること
により、電流拡散層５５の表面を荒らして突起部を形成
する。その後、電流拡散層５５上にｐ側電極６３を形成
し、更に基板５０の裏面にｎ側電極６５を形成した後に
露出部のｐ−ＧａＡｓ層５６を除去することにより、図
６（ｂ）に示す構造が実現される。

【００４１】ここで、上記のアニール工程における表面
粗面化について、更に詳しく説明しておく。アニール工
程で使用するガスとして、水素等の不活性ガスとエピタ
キシャル膜（III-Ｖ族化合物、例えばＩｎＧａＡｌＰ）
を構成するＶ属元素（例えばＰ）とは異なるＶ属ガス
（例えばＡｓＨ₃）を導入する。そして、エピタキシャ
ル表面層のＶ属元素（Ｐ）の再蒸発を行う。さらに、次
工程として、荒れた表面上にエピタキシャル工程（膜
種：透明膜（例えばＧａＰ））を導入する。

【００４２】これにより、図７に示すように、ＩｎＧａ
Ｐ電流拡散層５５の表面部でＰの抜けが起こり荒れた表
面となる。そして、この荒れたＩｎＧａＰ５７に透明な
ＧａＰ層５８が成長されることになる。目的の表面形状
は、発光効率を向上させる構造として、従来のエピタキ
シャル表面の形状であった鏡面（Ｒmax＝５ｎｍ）状態
から、複数の凸状の円錐が連なる形状とする。ここで、
底面と垂直断面の交差角度は３０度よりも大きい角度で
ある。

【００４３】このような構成であっても、光取り出し側
の電流拡散層５５の表面に設けた円錐体状の突起部によ
り、光の樹脂入射確率を高めることができ、第１の実施
形態と同様の効果が得られる。

【００４４】なお、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層５６は電
極部以外では除去しなくてもよいが、発光波長の光吸収
となる場合は除去した方が望ましい。

【００４５】（第４の実施形態）図８は、本発明の第４
の実施形態に係わる面発光型ＬＤの素子構造を示す断面
図である。

【００４６】まず、２５０μｍ厚のｎ型ＧａＡｓ基板７
０の上に、０．５μｍ厚のｎ型ＧａＡｓバッファ層７１
を成長し、その上にｎ−Ｉｎ_0.5Ａｌ_0.5Ｐ／ｎ−Ｇａ
Ａｓの積層構造からなるＤＢＲ反射層７８を成長する。
続いて、０．６μｍ厚のｎ型Ｉｎ_0.5Ａｌ_0.5Ｐクラッ
ド層７２、ノンドープのＩｎ_0.5（Ｇａ_0.55Ａｌ_0.45）
_0.5Ｐ／Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5ＰのＭＱＷ活性層７３、更に
０．６μｍ厚のｐ型Ｉｎ_0.5Ａｌ_0.5Ｐクラッド層７４
を成長してダブルへテロ構造部を形成する。続いて、ｐ
−Ｉｎ_0.5Ａｌ_0.5Ｐ／ｐ−ＧａＡｓの積層構造からな
るＤＢＲ反射層７９を成長した後に、１．０μｍ厚のｐ
型Ｉｎ_0.5Ａｌ_0.5Ｐ電流拡散層７６、更に０．１μｍ
厚のｐ型ＧａＡｓコンタクト層７７を成長する。

【００４７】ここで、バッファ層７１からコンタクト層
７７までのエピタキシャル膜は、ＭＯＣＶＤ法を用いて
同一チャンバ内で連続して成長し、用いるガスの種類や
圧力は各層が良好に成長される条件にする。但し、電流
拡散層７６を形成する際には、第１の実施形態と同様に
ＰＨ₃分圧を十分に低減し（例えば１０Ｐａ）、成長表
面が荒れるようにする。

【００４８】次いで、コンタクト層７７上にレジストパ
ターンを形成した後、このレジストパターンをマスクに
ｎ型クラッド層７２までエッチングすることにより、レ
ーザーリッジの形成を行う。続いて、リッジの上面を除
くように絶縁膜８１を形成した後、ｐ側電極（Ｚｎを含
むＡｕ）を蒸着する。そして、レジストマスクを用いて
ｐ側電極のリッジ中央部に位置する部分を除去し、更に
ｐ−ＧａＡｓコンタクト層７７を除去することにより、
上部電極８３を形成する。続いて、ＧａＡｓ基板７０を
研磨し１００μｍ厚にした後に、ｎ側電極（Ｇｅを含む
Ａｕ）８５を形成する。次いで、Ａｒ雰囲気中で４５０
℃，１５分の熱処理を行う。続いて、基板７０をスクラ
イブすることによりチップ化する。その後、樹脂パッケ
ージに組立を行う。

【００４９】このように構成された本実施形態において
は、ｐ型電流拡散層７６の成長時にＰＨ₃分圧を低減す
ることにより、ｐ型電流拡散層７６の表面に凹凸を形成
し、表面円錐の角度を３０度よりも大きくすることがで
きる。このため、第１の実施形態と同様に、光取り出し
効率の向上をはかることができる。本実施形態のレーザ
は赤色発光であるが、赤以外の半導体レーザにおいても
上記効果を確認している。

【００５０】なお、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層７７は除
去しなくてもよいが、発光波長の光吸収となる場合は除
去した方が望ましい。

【００５１】（第５の実施形態）図９（ａ）〜（ｃ）
は、本発明の第５の実施形態に係わる緑色ＬＥＤの素子
構造及び製造工程を示す断面図である。

【００５２】まず、図９（ａ）に示すように、厚さ２５
０μｍのｎ型ＧａＡｓ基板１１０の上に、Ｖ属元素の原
料ガスとしてＡｓＨ₃を用いたＭＯＣＶＤ法により０．
５μｍ厚のｎ型ＧａＡｓバッファ層１１１を成長する。
続いて、Ｖ属元素の原料ガスとしてＰＨ₃を用いたＭＯ
ＣＶＤ法により、ＰＨ₃分圧が２００Ｐａ、トータル圧
力が５×１０³Ｐａの条件で、０．６μｍ厚のｎ型Ｉｎ
_0.5Ａｌ_0.5Ｐクラッド層１１２、１．０μｍ厚のノン
ドープＩｎＧａＡｌＰ活性層１１３、１．０μｍ厚のｐ
型Ｉｎ_0.5Ａｌ_0.5Ｐクラッド層１１４、１．０μｍ厚
のｐ型ＩｎＧａＰ電流拡散層１１５を順次成長する。そ
の後、Ｖ属元素の原料ガスとしてＡｓＨ ₃を用いたＭＯ
ＣＶＤ法により、０．１μｍ厚のｐ型ＧａＡｓコンタク
ト層１１６を成長する。ここで、バッファ層１１１から
コンタクト層１１６までの各エピタキシャル層は同一バ
ッチで成長する。

【００５３】次いで、図９（ｂ）に示すように、本実施
形態の特徴である反射防止膜１１７を形成する。即ち、
ポリイミド樹脂にＴｉＯ₂を添加して形成された屈折率
＝２．０の反射防止膜１１７を、コンタクト層１１６上
にスピンコートで成膜した後、該反射防止膜１１７の表
面を発光波長以下の凹凸を持つ金型でプレス整形する。
これにより、反射防止膜１１７の表面ラフネス（ＰＶ値
（max-min））を発光波長以下に設定する。ここで、Ｐ
Ｖ値とは、各凹凸における頂部（peak）と底部（valle
y）との距離（高さ）である。

【００５４】次いで、反射防止膜１１７上にレジストマ
スク（図示せず）を形成し、ＲＩＥで電極形成部の反射
防止膜１１７を除去した後、レジストマスクを除去す
る。続いて、図９（ｃ）に示すように、反射防止膜１１
７及び露出したコンタクト層１１６上に電極材料（Ｚｎ
を含むＡｕ）を蒸着した後、レジストマスク（図示せ
ず）を用いてパターニングすることにより上部電極（ｐ
側電極）１１８を形成する。ｐ側電極１１８のパターン
は、前記図３に示すものと同じである。

【００５５】次いで、ＧａＡｓ基板１１０の裏面を研磨
して１００μｍ厚にした後に、ｎ側電極となる下部電極
１１９（Ｇｅを含むＡｕ）を形成する。その後、Ａｒ雰
囲気中で４５０℃，１５分の熱処理工程を施す。続い
て、基板１１０をスクライブすることによりチップ化す
る。そして、組立ワイヤボンディング後、エポキシ系樹
脂（ｎ＝約１．５）を用いて樹脂封止する。

【００５６】このように本実施形態によれば、反射防止
膜１１７の表面を粗面化することにより、光取り出し効
率が従来の約２０％から約３０％に向上した。即ち、光
取り出し効率が従来の１．５倍に向上した。基本的なデ
バイス構造を変えることなく、光取り出し効率をこれだ
け上昇させることができるのは、ＬＥＤにとって極めて
大きな効果である。

【００５７】図１０は、ＰＶ値と光取り出し効率との関
係を示す図である。ＰＶ値が大きくなるに伴い取り出し
効率は向上し、ＰＶ値が５０ｎｍとなると光取り出し効
率は約１．５倍となり、ＰＶ値が２００ｎｍ以上となる
と光取り出し効率は約２倍でほぼ一定となる。図１１
は、発光波長前後におけるＰＶ値と光取り出し効率との
関係を示す図である。６４０ｎｍの発光波長に対し、そ
れよりも短い方では十分な光取り出し効率が得られてい
るが、それよりも高くなると光取り出し効率が急激に減
少している。従って、ＰＶ値の望ましい範囲は、５０ｎ
ｍ以上（より望ましくは２００ｎｍ以上）で且つ発光波
長よりも短い値である。

【００５８】なお、ＰＶ値が５０ｎｍ以上（より望まし
くは２００ｎｍ以上）で且つ発光波長以下とは、必ずし
も全ての凹凸でこれを満足する必要はなく、大部分（例
えば９０％以上）でこれを満足すればよい。つまり、２
００ｎｍ≦ＰＶ≦発光波長に形成しようとしても、一部
にこれを外れる凹凸が出現することがあるが、これが十
分に低い割合であれば何ら問題ない。

【００５９】図１２は、本実施形態のように反射防止膜
の表面を粗面化した場合の、屈折率と光取り出し効率と
の関係を示す図である。これは、反射防止膜の一主面に
対し入射角−９０度から＋９０度で光を入射した場合に
該反射防止膜の他の面から出力される光の割合を示して
いる。屈折率が１．５（下地半導体層と同じ）を基準に
すると、屈折率が２．０（本実施形態）で光取り出し効
率は約５０％上昇し、屈折率が２．５では約１００％上
昇しているのが分かる。

【００６０】図１３は、反射防止膜の表面が平坦な場合
の、屈折率と光取り出し効率との関係を示す図である。
この場合、屈折率が２．０では８％、屈折率が２．５で
も９％の上昇しか得られていない。このことから、光取
り出し効率を向上させるには、反射防止膜の屈折率を高
くするだけではなく、反射防止膜の表面の粗面化が必須
であることが分かる。

【００６１】本発明者らの実験によれば、光取り出し効
率の向上という観点から、反射防止膜の表面ラフネス
（ＰＶ値（max-min））を発光波長λ以下にすれば十分
な効果が得られることを確認している。さらに、反射防
止膜の表面形状として、周期が０．５λ以下の円錐形
状、又は多角形状（三角錐，四角錐，六角錐など）にす
ればより確実な効果が得られることも確認している。

【００６２】このように本実施形態によれば、半導体多
層膜の光取り出し面側に表面を粗く形成した反射防止膜
を設けることにより、発光層を含む半導体多層膜の最上
層と透明樹脂との境界において入射光が全反射する確率
を減らすことができる。そして、反射防止膜の表面ラフ
ネスを発光波長以下に設定することにより、光取り出し
効率を大幅に向上させることが可能となる。また、反射
防止膜の屈折率を、本素子をパッケージする際に用いる
透明樹脂と半導体多層膜の最上層との間に設定すること
により、光取り出し効率の向上効果を更に高めることが
できる。

【００６３】ここで、従来構造では、半導体多層膜の屈
折率が約３．５であるのに対して樹脂封止のための透明
樹脂の屈折率は約１．５であり、大きな屈折率差があ
る。この場合、半導体多層膜側から透明樹脂側に向かう
光における全反射の臨界角が小さくなる。本実施形態で
は、半導体多層膜と透明樹脂との間に屈折率がこれらの
中間の反射防止膜（屈折率が１．５〜３．５）を形成す
ることにより、全反射の臨界角を大きくすることがで
き、これにより光取り出し効率の向上をはかることがで
きる。しかも、反射防止膜の表面を粗面加工することに
より、更なる光取り出し効率の向上を実現できることに
なる。

【００６４】なお、ＬＥＤの発光波長は緑に限るもので
はなく、緑以外の可視光製品においても、上記効果を確
認している。また、反射防止膜における波長以下の凹凸
の形状は、図１４（ａ）〜（ｅ）に示すどの構造でも光
取り出し効率が向上することを確認している。

【００６５】また、ＬＥＤ材料としては、ＩｎＧａＡｌ
Ｐ以外にも、ＩｎＧａＡｌＡｓ系，ＡｌＧａＡｓ系，Ｇ
ａＰ系でも同様の効果を確認している。さらに、反射防
止膜の材料としては、アクリル樹脂にＴｉＯ₂，ＴａＯ
₂，ＺｒＯ₂、を混入したものでも同様な効果が得られ
る。

【００６６】（第６の実施形態）図１５は、本発明の第
６の実施形態に係わる緑色ＬＥＤの素子構造を示す断面
図である。

【００６７】本実施形態は、第５の実施形態におけるｐ
／ｎを反転した構造であり、製法は第５の実施形態と実
質的に同じである。即ち、厚さ２５０μｍのｐ型ＧａＡ
ｓ基板１２０の上に、０．５μｍ厚のｐ型ＧａＡｓバッ
ファ層１２１、０．６μｍ厚のｐ型のＩｎ_0.5Ａｌ_0.5
Ｐクラッド層１２２、１．０μｍ厚のノンドープＩｎ
_0.5（Ｇａ_0.55Ａｌ_0.45）_0.5Ｐ活性層１２３、１．０
μｍ厚のｎ型Ｉｎ_0.5Ａｌ_0.5Ｐクラッド層１２４、
１．０μｍ厚のｎ型ＩｎＧａＰ電流拡散層１２５、０．
１μｍ厚のｎ型ＧａＡｓコンタクト層１２６が同一バッ
チで成長形成されている。

【００６８】そして、第１の実施形態と同様に、コンタ
クト層１２６上に屈折率＝２．０の反射防止膜１２７が
スピンコートで成膜され、その表面は金型によるプレス
整形により粗面化されている。反射防止膜１２７の一部
（電極形成部）は除去され、この部分に露出したコンタ
クト層１２６上に上部電極（ｎ側電極）１２８が形成さ
れている。また、ＧａＡｓ基板１２０の裏面には、ｐ側
電極となる下部電極１２９が形成されている。そして、
上記構成されたウェハはスクライブによりチップ化さ
れ、組立ワイヤボンディング後に樹脂封止されるものと
なっている。

【００６９】このような構成であっても、第５の実施形
態と同様に、光取り出し効率が従来の約２．５倍に向上
した。また、緑以外の可視光製品においても同様の効果
が得られ、さらに前記図１４（ａ）〜（ｅ）に示すどの
構造でも光取り出し効率が向上することを確認した。

【００７０】（第７の実施形態）図１６は、本発明の第
７の実施形態に係わる面発光レーザの素子構造を示す断
面図である。

【００７１】まず、２５０μｍ厚のｎ型ＧａＡｓ基板１
３０の上に、０．５μｍ厚のｎ型ＧａＡｓバッファ層１
３１を成長した後、ｎ−Ｉｎ_0.5Ａｌ_0.5Ｐ／ｎ−Ｇａ
Ａｓの積層構造からなる多層反射膜１３２を成長した。
続いて、０．６μｍ厚のｎ型Ｉｎ_0.5Ａｌ_0.5Ｐクラッ
ド層１３３と、ノンドープのＩｎ_0.5（Ｇａ_0.55Ａｌ₀
_.45）０．５Ｐ／Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5ＰからなるＭＱＷの
活性層１３４と、０．６μｍ厚のｐ型Ｉｎ_0.5Ａｌ_0.5
Ｐクラッド層１３５を成長した。その後、ｐ−Ｉｎ_0.5
Ａｌ_0.5Ｐ／ｐ−ＧａＡｓの積層構造からなる多層反射
膜１３６を成長した。さらに、１．０μｍ厚のｐ型Ｉｎ
_0.5Ａｌ_0.5Ｐ電流拡散層１３７、０．１μｍ厚のｐ−
ＧａＡｓコンタクト層１３８を成長した。ここで、バッ
ファ層１３１からコンタクト層１３８までの各エピタキ
シャル層は、同一バッチで成長した。

【００７２】次いで、コンタクト層１３８上にレジスト
マスクをストライプ状に形成した後、表面からｎ型クラ
ッド層１３３までウェットエッチングすることにより、
レーザリッジ形成を行った。続いて、リッジの上面を除
くように０．５μｍ厚のＳｉＯ₂絶縁膜１４１を形成し
た。さらに、コンタクト層１３８及び絶縁膜１４１上に
ｐ側電極（Ｚｎを含むＡｕ）を蒸着し、レジストマスク
で上部電極１４２を形成した。ここで、上部電極１４２
は、コンタクト層１３８の上面周辺部に接触することに
なり、コンタクト層１３８の上面中央部は露出すること
になる。

【００７３】次いで、ポリイミド樹脂にＴｉＯ₂を添加
した屈折率２．０の反射防止膜１４４をスピンコートで
成膜し、その表面を波長以下の凹凸を持つ金型でプレス
整形する。これにより、反射防止膜１４４の表面ラフネ
ス（ＰＶ値（max-min））を発光波長以下に設定する。
その後、反射防止膜１４４の不要部分を除去する。

【００７４】次いで、ＧａＡｓ基板１３０の裏面側を研
磨し１００μｍ厚にした後に、ｎ側電極（Ｇｅを含むＡ
ｕ）１４３を形成する。さらに、熱処理として、Ａｒ雰
囲気中で４５０℃、１５分行う。そして、ウエハにスク
ライブを行いチップ化した後、エポキシ系樹脂（ｎ＝約
１．５）パッケージに組立を行う。

【００７５】このような構成であっても、第５の実施形
態と同様に、屈折率が下地半導体層と封止樹脂との中間
であり、表面が粗面化された反射防止膜１４４を形成す
ることにより、光取り出し効率の大幅な向上をはかるこ
とができる。さらに第５の実施形態と同様に、反射防止
膜の表面形状は、前記図１４（ａ）〜（ｅ）に示すどの
構造でも光取り出し効率が向上することを確認してい
る。また、半導体材料としては、ＩｎＧａＡｌＰ以外に
も、ＩｎＧａＡｌＡｓ系，ＡｌＧａＡｓ系，ＧａＰ系で
も同様の効果を確認している。さらに、反射防止膜の材
料としては、アクリル樹脂にＴｉＯ₂，ＴａＯ₂，Ｚｒ
Ｏ₂を混入したものでも同様な効果が得られる。

【００７６】（変形例）なお、本発明は上述した各実施
形態に限定されるものではない。第１及び第４の実施形
態では、結晶表面を荒らす方法として、成長時のＰＨ₃
分圧を１０Ｐａにしたが、ＰＨ₃分圧は１〜２０Ｐａの
範囲で適宜定めればよい。また、第３の実施形態では、
結晶表面を荒らす方法として、ＡｓＨ₃を導入してアニ
ールしたが、このアニール時に用いるガスはＡｓＨ₃に
限るものではなく、粗面化すべき半導体層を構成するＶ
属元素とは異なるＶ族元素と水素ガスを含むものであれ
ばよい。また、結晶表面を荒らす方法としては、上記し
た成長時のＰＨ₃分圧の低減化、成長後のアニールに限
るものではなく、先端角１２０度以下のグラインダーで
半導体層の表面をランダムに加工することでも可能であ
る。

【００７７】また、突起物は円錐に限るものではなく、
三角錐，四角錐，六角錘等の角錐であってもよい。突起
物は光取り出し面側において必ずしも全面に形成されて
いる必要はないが、光取り出し面側における突起物の占
有面積の割合はできるだけ大きい方が望ましく、５０％
以上であれば十分な効果が得られる。

【００７８】ここで、光取り出し効率は占有面積に比例
するため、突起部の占有面積が５０％以下では光取り出
し効果は１／２となる（１．１倍以下）。また、突起部
の周期が０．２〜０．５μｍでは光取り出し向上効果が
小さくなり（１．１倍以下）、０．２μｍ以下ではグラ
ンデッドインデックス（graded-index）効果が生じるこ
とになる。

【００７９】第５〜第７の実施形態では、反射防止膜を
粗面化するために凹凸を有する金型を用いたが、この代
わりに、反射防止膜を成膜した後に、グラインダーでラ
ンダム方向に表面を荒らすようにしてもよい。この場
合、樹脂系以外の各種材料を用いることが可能となる。

【００８０】また、表面ラフネス（ＰＶ値）が５０ｎｍ
以上で且つ発光波長以下という規定は、必ずしも反射防
止膜に限るものではなく、半導体多層膜の光取り出し面
側であれば他の層にも適用できる。具体的には、拡散層
やコンタクト層に適用することもできる。即ち、第１〜
第４の実施形態において、凹凸加工した表面における表
面ラフネス（ＰＶ値）を発光波長以下に設定してもよ
い。更に、表面ラフネス（ＰＶ値）が発光波長以上とい
う規定と、αが３０度以上という規定を両方満たすよう
にしても良い。

【００８１】また、上部電極から活性層までの間で上部
電極直下以外に電流を十分に広げることができるなら
ば、電流拡散層は必ずしも必要なく、省略することも可
能である。さらに、発光素子を構成する半導体層の材
料，組成，厚さ等の条件は、仕様に応じて適宜変更可能
である。

【００８２】また、実施形態では、透明樹脂を用いて樹
脂封止する例を説明したが、本発明は樹脂封止する場合
に限るものではない。樹脂封止しない場合、反射防止膜
に直接接するのは空気となるが、この場合も半導体多層
膜と空気との屈折率差が大きいため、反射防止膜を形成
したことによる光取り出し効率の向上効果は同様に得ら
れる。

【００８３】その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々変形して実施することができる。

【００８４】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、発
光層を含む半導体多層膜の光取り出し面側に複数の錐体
状の突起物を設け、該突起物の側面と光取り出し面との
交差角度を３０度以上７０度以下に設定することによ
り、半導体多層膜の最上層と透明樹脂との境界における
全反射の影響で光取り出し効率が低下するのを防止する
ことができ、光取り出し効率の向上をはかることができ
る。

【００８５】また本発明によれば、発光層を含む半導体
多層膜の光取り出し面側に反射防止膜を形成し、この反
射防止膜の表面を荒らすことにより、半導体多層膜の最
上層と透明樹脂との境界における光の全反射の影響で光
取り出し効率が低下するのを防止することができ、光取
り出し効率の向上をはかることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係わる緑色ＬＥＤの素子構造
及び製造工程を示す断面図。

【図２】図１のＬＥＤにおける光取り出し面側に形成さ
れた突起物の形状を拡大して示す断面図。

【図３】図１のＬＥＤにおける電極パターンの例を示す
平面図。

【図４】図１のＬＥＤにおける突起部の側面と基板表面
の成す角度αと、光取出し効果との関係を示す図。

【図５】第２の実施形態に係わる緑色ＬＥＤの素子構造
を示す断面図。

【図６】第３の実施形態に係わる緑色ＬＥＤの素子構造
及び製造工程を示す断面図。

【図７】第３の実施形態における光取り出し面付近の構
造を拡大して示す断面図。

【図８】第４の実施形態に係わる面発光型ＬＤの素子構
造を示す断面図。

【図９】第５の実施形態に係わる緑色ＬＥＤの素子構造
及び製造工程を示す断面図。

【図１０】図５のＬＥＤにおける凹凸の高さと光取り出
し効率との関係を示す特性図。

【図１１】発光波長前後における、凹凸の高さと光取り
出し効率との関係を示す特性図。

【図１２】反射防止膜の表面を粗面化した場合の屈折率
と光取り出し効率との関係を示す図。

【図１３】反射防止膜の表面が平坦な場合の屈折率と光
取り出し効率との関係を示す図。

【図１４】反射防止膜の粗面形状の例を示す断面図。

【図１５】第６の実施形態に係わる緑色ＬＥＤの素子構
造を示す断面図。

【図１６】第７の実施形態に係わる面発光ＬＤの素子構
造を示す断面図。

【符号の説明】

１０…ｎ型ＧａＡｓ基板１１…ｎ型ＧａＡｓバッファ層１２…ｎ型ＩｎＡｌＰクラッド層１３…ＩｎＧａＡｌＰ活性層１４…ｐ型ＩｎＡｌＰクラッド層１６…ｎ型ＧａＡｓコンタクト層１７…ＩＴＯ膜２０…突起部２１…電流ブロック層２２…ＧａＡｓ層２３…ＡｕＺｎ電極（ｐ側電極）２５…ＡｕＧｅ電極（ｎ側電極）１１０…ｎ型ＧａＡｓ基板１１１…ｎ型ＧａＡｓバッファ層１１２…ｎ型ＩｎＡｌＰクラッド層１１３…ＩｎＧａＡｌＰ活性層１１４…ｐ型ＩｎＡｌＰクラッド層１１５…ｐ型ＩｎＧａＰ電流拡散層１１６…ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１７…反射防止膜１１８…上部電極（ｐ側電極）１１９…下部電極（ｎ側電極）ｎ側電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者関口秀樹神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝マイクロエレクトロニクスセンター内 (72)発明者山下敦子神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝マイクロエレクトロニクスセンター内 (72)発明者滝本一浩福岡県北九州市小倉北区下到津１丁目10番１号株式会社東芝北九州工場内 (72)発明者高橋幸一神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝マイクロエレクトロニクスセンター内Ｆターム(参考） 5F041 AA03 CA04 CA12 CA34 CA65 CA76 CA77 CA88 CA93 CA99 5F045 AA04 AB17 AC01 AF04 CA10 DA53

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主面を有する基板と、前記基板の主面上に
形成された、発光層を含む半導体多層膜と、前記半導体
多層膜の前記基板と反対側の光取り出し面側に設けられ
た複数の錐体状の突起物とを具備してなる面発光型の半
導体発光素子であって、前記複数の突起物における底面と側面との交差角度は、
３０度以上で７０度以下に設定されていることを特徴と
する半導体発光素子。
【請求項２】前記半導体多層膜は活性層をクラッド層で
挟んだダブルへテロ構造部を有し、このダブルへテロ構造部の前記基板と反対側のクラッド
層上に透明電極が形成され、前記突起物は前記透明電極
の直下のクラッド層の表面に形成されていることを特徴
とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】前記半導体多層膜は活性層をクラッド層で
挟んだダブルへテロ構造部を有し、このダブルへテロ構造部の前記基板と反対側のクラッド
層上に電流拡散層が形成されたものであり、前記突起物
は前記電流拡散層の表面に形成されていることを特徴と
する請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項４】前記活性層はＩｎＧａＡｌＰであり、前記
クラッド層はＩｎＡｌＰであることを特徴とする請求項
２又は３記載の半導体発光素子。
【請求項５】前記突起物は、円錐又は角錐であることを
特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の半導体発光素
子。
【請求項６】前記光取り出し面側における前記突起物の
占有面積の割合は、５０％以上であることを特徴とする
請求項１〜３の何れかに記載の半導体発光素子。
【請求項７】前記突起物は周期的に設けられており、周
期は０．５μｍ以上であることを特徴とする請求項１〜
３の何れかに記載の半導体発光素子。
【請求項８】前記突起物は、その９０％以上が前記交差
角度３０度以上７０度以下を満足するものであることを
特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の半導体発光素
子。
【請求項９】主面を有する基板と、前記基板の主面上に
形成された、発光層を含む半導体多層膜とを具備してな
る半導体発光素子であって、前記半導体多層膜の前記基板と反対側の光取り出し面が
多数の凹凸形状を有するように粗面加工され、この粗面
加工された面における各凹凸の頂部と底部との距離（凹
凸の高さ）は、５０ｎｍ以上で且つ前記発光層における
発光波長以下に設定されていることを特徴とする半導体
発光素子。
【請求項１０】主面を有する基板と、前記基板の主面上
に形成された、発光層を含む半導体多層膜と、前記半導
体多層膜の前記基板と反対側の光取り出し面側に設けら
れ、表面が複数の凹凸形状を有するように粗面加工され
た反射防止膜とを具備してなる半導体発光素子であっ
て、前記反射防止膜の各凹凸における頂部と底部との距離
（凹凸の高さ）は、５０ｎｍ以上で且つ前記発光層にお
ける発光波長以下に設定されていることを特徴とする半
導体発光素子。
【請求項１１】主面を有する基板と、前記基板の主面上
に形成された、発光層を含む半導体多層膜と、前記半導
体多層膜の前記基板と反対側の光取り出し面側に部分的
に形成された第１の電極と、前記半導体多層膜の光取り
出し面側に前記第１の電極を除く部分に設けられ、表面
が多数の凹凸形状を有するように粗面加工された反射防
止膜と、前記基板の裏面側の全面に形成された第２の電
極とを具備してなる半導体発光素子であって、前記反射防止膜の凹凸における頂部と底部との距離（凹
凸の高さ）は、５０ｎｍ以上で且つ前記発光層における
発光波長以下に設定されていることを特徴とする半導体
発光素子。
【請求項１２】前記半導体多層膜は活性層をクラッド層
で挟んだダブルへテロ構造部を有し、このダブルへテロ
構造部の前記基板と反対側のクラッド層上に透明電極が
形成され、前記透明電極の直下のクラッド層の表面が粗
面加工されていることを特徴とする請求項９記載の半導
体発光素子。
【請求項１３】前記半導体多層膜は活性層をクラッド層
で挟んだダブルへテロ構造部を有し、このダブルへテロ
構造部の前記基板と反対側のクラッド層上に電流拡散層
が形成されたものであり、前記電流拡散層の表面が粗面
加工されていることを特徴とする請求項９記載の半導体
発光素子。
【請求項１４】前記半導体多層膜は活性層をクラッド層
で挟んだダブルへテロ構造部を有し、このダブルへテロ
構造部の基板と反対側のクラッド層上に電流拡散層が形
成されていることを特徴とする請求項１０記載の半導体
発光素子。
【請求項１５】前記半導体多層膜は活性層をクラッド層
で挟んだダブルへテロ構造部を有し、このダブルへテロ
構造部の前記基板と反対側のクラッド層上に電流拡散層
が形成されたものであり、前記第１の電極及び反射防止
膜は前記電流拡散層の表面に形成されていることを特徴
とする請求項１１記載の半導体発光素子。
【請求項１６】前記活性層はＩｎＧａＡｌＰであり、前
記クラッド層はＩｎＡｌＰであることを特徴とする請求
項１２〜１５の何れかに記載の半導体発光素子。
【請求項１７】前記粗面加工による凹凸は周期的に形成
されており、前記発光波長をλとしたとき、凹凸の周期
は０．５λ以下であることを特徴とする請求項９〜１１
の何れかに記載の半導体発光素子。
【請求項１８】前記反射防止膜の屈折率は、前記半導体
多層膜の光取り出し面側に充填する透明樹脂よりも高
く、且つ前記半導体多層膜の最上層よりも低く設定され
ていることを特徴とする請求項１０又は１１記載の半導
体発光素子。
【請求項１９】第１導電型の化合物半導体基板と、前記
基板上に第１導電型のクラッド層，活性層，及び第２導
電型のクラッド層を形成してなるダブルへテロ構造部
と、前記ダブルへテロ構造部の第２導電型クラッド層上
に形成された第２導電型の電流拡散層と、前記電流拡散
層上に形成された第２導電型のコンタクト層と、前記コ
ンタクト層上に選択的に形成された上部電極と、前記基
板の裏面側に形成された下部電極と、前記コンタクト層
上で前記電極が形成されてない部分に形成された反射防
止膜とを具備してなる半導体発光素子であって、前記反射防止膜の表面は多数の凹凸を有する形状に粗面
加工され、粗面加工による凹凸における頂部と底部との
距離（凹凸の高さ）は、５０ｎｍ以上で且つ前記発光層
における発光波長以下に設定されていることを特徴とす
る半導体発光素子。
【請求項２０】請求項１記載の半導体発光素子を製造す
る方法であって、前記半導体多層膜の光取り出し面側に位置しＶ族元素と
してＰを含む層を成長する際に、成長時のＰＨ₃分圧を
１〜２０Ｐａに設定し、成長表面に前記突起物を形成す
ることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項２１】請求項１記載の半導体発光素子を製造す
る方法であって、前記半導体多層膜の光取り出し面側に位置する所定の層
を、先端角が１２０度以下のグラインダーでランダム方
向に表面を荒らすことにより、前記突起物を形成するこ
とを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項２２】請求項１記載の半導体発光素子を製造す
る方法であって、前記半導体多層膜の光取り出し面側に位置しＶ族元素と
してＰを含む層を、該層のＶ族元素とは異なるＶ族元素
と水素ガスを用いてアニールすることにより、前記突起
物を形成することを特徴とする半導体発光素子の製造方
法。
【請求項２３】請求項１０又は１１記載の半導体発光素
子を製造する方法であって、前記反射防止膜の形成に際して、該反射防止膜を塗布形
成した後に、凹凸を有する金型でプレス加工することを
特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項２４】請求項１０又は１１記載の半導体発光素
子を製造する方法であって、前記反射防止膜の形成に際して、該反射防止膜を成膜し
た後に、グラインダーでランダム方向に表面を荒らすこ
とを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項２５】第１導電型の化合物半導体基板上に、活
性層を第１導電型のクラッド層及び第２導電型のクラッ
ド層で挟んだダブルへテロ構造部を形成する工程と、前
記ダブルへテロ構造部の第２導電型クラッド層上に第２
導電型の電流拡散層を形成する工程と、前記電流拡散層
上に第２導電型のコンタクト層を形成する工程と、前記
コンタクト層上に表面ラフネス（ＰＶ値（max-min））
が前記発光層における発光波長以下に設定された反射防
止膜を形成する工程と、前記反射防止膜を一部除去して
露出された前記コンタクト層上に上部電極を形成する工
程と、前記基板の裏面側に下部電極を形成する工程とを
含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項２６】前記凹凸の高さが２００ｎｍ以上に設定
されていることを特徴とする請求項９，１０，１１，１
９の何れかに記載の半導体発光素子。