JP2014229648A

JP2014229648A - 半導体発光素子

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Publication number: JP2014229648A
Application number: JP2013105893A
Authority: JP
Inventors: 修三大渕; Shuzo Obuchi
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2013-05-20
Filing date: 2013-05-20
Publication date: 2014-12-08

Abstract

【課題】発光層から放出された光の取り出し効率に優れ、半導体層および電極などが形成された母材基板を効率良く半導体発光素子に分割可能な構造を有する半導体発光素子の提供。
【解決手段】半導体発光素子は、基板と、基板の第１面上に順に設けられた第１導電型半導体層、発光層および第２導電型半導体層とを備える。基板は、発光層が発する光が透過するように構成され、第１面とは反対側に位置する第２面に凹凸領域を有する。凹凸領域は、第２面上に設けられ、大きさ若しくは外形が異なる２種以上の凸状部材を含む、または、第２面上に設けられた複数の凸状部材の数密度が異なる２種以上の領域を含む。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体発光素子に関し、好適には発光層が発する光を透過する基板を備えた半導体発光素子に関する。

従来、ＧａＮ系材料を用いた、青色光または青色光よりも短波長な光を発する半導体発光素子が知られている。このような半導体発光素子は、ＧａＮまたはＡｌもしくはＩｎがＧａＮに添加されたものからなる多層が基板上に結晶成長されて構成されており、その基板としては、サファイア（Ａｌ₂Ｏ₃）基板またはＧａＮ基板などが用いられている。

このような半導体発光素子は次に示す方法にしたがって製造される。まず、母材基板上に、発光層を含む半導体層（多層）を形成する。そののち、電極を形成してから、半導体層および電極などが形成された母材基板を所要の厚さに研削および研磨する。なお、本明細書では、「母材基板」は分割される前の基板を意味し、単なる「基板」は分割された後の基板を意味する。つまり、母材基板が分割されて基板となる。

次に、半導体層および電極などが形成された母材基板を所定の大きさのチップに分割する。レーザ光を用いて母材基板を溶融することにより母材基板を分割しても良いし、ダイシング加工により母材基板を分割しても良い。レーザ光を用いて母材基板を分割する場合、半導体層および電極などが形成された母材基板の面（母材基板の第１面）からレーザ光を入射しても良いし、第１面とは反対側に位置する母材基板の面（母材基板の第２面）からレーザ光を入射しても良い。しかし、母材基板の第１面からレーザ光を入射すると、半導体層を構成する結晶がレーザ光により溶解することがあり、溶解した結晶が半導体発光素子の表面に付着することがある。これにより、半導体発光素子の外観上の出来栄えに悪影響を与える場合がある。また、半導体発光素子の製造歩留まり又はその品質に悪影響を与える懸念もある。よって、母材基板の第２面からレーザ光を入射する方が好ましい。そののち、配線を半導体発光素子に形成して、当該半導体発光素子をパッケージングする。

半導体発光素子の発光層から放出された光は、最終的には半導体発光素子の外部へ取り出されるが、その光の一部は、半導体発光素子の外部へ取り出されずに電極または発光層などに吸収される。そのため、発光層から放出された光を半導体発光素子の外部へ効率良く取り出す方法について提案されている（たとえば特許文献１〜５）。

特開２００６−２８７１１３号公報特開２００９−２００５２２号公報特開２０１２−２３１１２２号公報特開２００８−１３１０００号公報特開２００８−３００５８０号公報

たとえば特許文献２には、凹凸構造体を基板の第２面に形成することにより、より多くの光をＧａＮ系半導体発光素子の外部に取り出すことができるということが記載されている。しかし、凹凸構造体が基板の第２面に形成されていれば、母材基板を分割するためにレーザ光を母材基板の第２面に照射したときに当該レーザ光が凹凸構造体により散乱するおそれがある。そのため、母材基板を十分に溶解させることができない場合があり、よって、母材基板の分割が難しくなる場合がある。また、凹凸構造体がレーザ光により破壊される場合があり、よって、基板の第２面（半導体層および電極などが形成された基板の面とは反対側に位置する面）が汚染される場合がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、発光層から放出された光の取り出し効率に優れ、半導体層および電極などが形成された母材基板を効率良く半導体発光素子に分割可能な構造を有する半導体発光素子の提供にある。

本発明に係る半導体発光素子は、基板と、基板の第１面上に順に設けられた第１導電型半導体層、発光層および第２導電型半導体層とを備える。基板は、発光層が発する光が透過するように構成され、第１面とは反対側に位置する第２面に凹凸領域を有する。凹凸領域は、第２面上に設けられ、大きさ若しくは外形が異なる２種以上の凸状部材を含む、または、第２面上に設けられた複数の凸状部材の数密度が異なる２種以上の領域を含む。

基板は、第２面のうち当該第２面の周縁部分とは異なる部分に凹凸領域を有することが好ましい。

凸状部材の大きさ、外形または数密度は、第２面の周縁から当該第２面の中央に向かって徐々に変化することが好ましい。また、凸状部材の大きさ、外形または数密度は、発光層の外形に合わせて変化することが好ましい。

凸状部材の外形は、好ましくは円錐形または多角錐形であり、より好ましくは当該凸状部材の側面が側面視において曲線である円錐形または多角錐形である。凸状部材の底面の形状は、円形であっても良いし、三角形、四角形または六角形などの多角形であっても良い。隣り合う凸状部材は、当該凸状部材のそれぞれの底面を構成する辺のうちの一辺が重なり合うように設けられていることが好ましい。

本発明では、発光層から放出された光の取り出し効率に優れ、半導体層および電極などが形成された母材基板を効率良く半導体発光素子に分割可能な構造を有する半導体発光素子を提供することができる。

本発明に係る半導体発光素子の一例を示す斜視図である。図１に示す半導体発光素子における積層構造を示す側面図である。図１に示す半導体発光素子を基板の第２面側から見た斜視図である。（ａ）〜（ｄ）は、凹凸領域が奏する効果を説明するための模式図である。（ａ）は凹凸領域の一例を模式的に示す平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）に示すＶＢ−ＶＢ線における断面図である。（ａ）は凹凸領域の別の一例を模式的に示す平面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）に示すＶＩＢ−ＶＩＢ線における断面図である。（ａ）は凹凸領域のまた別の一例を模式的に示す平面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）に示すＶＩＩＢ−ＶＩＩＢ線における断面図である。凹凸領域のまた別の一例を模式的に示す平面図である。凹凸領域のまた別の一例を模式的に示す平面図である。凹凸領域のまた別の一例を模式的に示す平面図である。凹凸領域のまた別の一例を模式的に示す平面図である。凹凸領域のまた別の一例を模式的に示す平面図である。（ａ）は半導体発光素子の上面の一例を示す平面図であり、図１３（ｂ）は図１３（ａ）に示す半導体発光素子の下面を示す平面図である。（ａ）〜（ｆ）は、第１の方法による凹凸領域の形成方法を工程順に示す断面図である。（ａ）〜（ｃ）は、第１の方法による凹凸領域の形成方法を工程順に示す断面図である。（ａ）〜（ｃ）は、第２の方法による凹凸領域の形成方法を工程順に示す断面図である。（ａ）〜（ｃ）は、第２の方法による凹凸領域の形成方法を工程順に示す断面図である。（ａ）〜（ｅ）は、第３の方法による凹凸領域の形成方法を工程順に示す断面図である。

以下、本発明の半導体発光素子について図面を用いて説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、実際の寸法関係を表すものではない。

＜半導体発光素子の構成＞
図１は、本発明に係る半導体発光素子の一例を示す斜視図である。図２は、図１に示す半導体発光素子における積層構造を示す側面図である。図３は、図１に示す半導体発光素子を基板の第２面側から見た斜視図である。なお、図１および図３では、図面が煩雑になることを避けるために、半導体発光素子を簡略化して記載している。

図１に示す半導体発光素子は、当該半導体発光素子が発する光を透過するように構成された基板３（図２参照）を備える。基板３は、その第１面３Ａ上に図２に示す積層構造を有し、その第２面３Ｂには凹凸領域３１を有する。

＜積層構造＞
図２に示す積層構造は、バッファ層５と下地層７と第１導電型半導体層９と発光層１１と第２導電型半導体層１３とが基板３の第１面３Ａ上に順に形成されてなるメサ構造２５を有する。第１導電型半導体層９の一部は発光層１１および第２導電型半導体層１３から露出しており、第１導電型半導体層９の露出面には第１電極１５が設けられている。第２導電型半導体層１３上には、透明導電膜１７を挟んで第２電極１９が設けられている。そして、保護膜２１が、第１電極１５および第２電極１９を露出するように第１導電型半導体層９の露出面などを覆っている。

基板３は、発光層１１が発する光が透過するように構成されており、好ましくは発光層１１が発する光のうちの７０％以上を透過するように構成されていることであり、より好ましくは発光層１１が発する光のうちの８０％以上を透過するように構成されていることであり、さらに好ましくは発光層１１が発する光のうちの９０％以上を透過するように構成されていることである。基板３は、たとえば、サファイア、ＧａＡｓまたはＧａＰなどの絶縁性材料からなる基板であっても良いし、ＧａＮ、ＳｉＣまたはＺｎＯなどの導電性材料からなる基板であっても良い。基板３は、ジャスト基板であっても良いし、オフ基板であっても良い。基板３の厚さは、５０μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましい。基板３の面方位などは特に限定されない。

バッファ層５、下地層７、第１導電型半導体層９、発光層１１および第２導電型半導体層１３のそれぞれに含まれる窒化物半導体材料は、基板３の材料に応じて選択されることが好ましい。基板３がサファイア基板である場合、上記窒化物半導体材料はＡｌ_sＧａ_tＩｎ_uＮ_1-vＭ_v（０≦ｓ≦１、０≦ｔ≦１、０≦ｕ≦１、ｓ＋ｔ＋ｕ≒１、０≦ｖ＜１、Ｍは、窒素元素以外の第Ｖ族元素である）であることが好ましい。基板３がＧａＡｓ単結晶基板である場合、上記窒化物半導体材料はＡｌ_xＧａ_yＡｓ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ＝１）またはＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）であることが好ましい。基板３がＧａＰ基板である場合、上記窒化物半導体材料はＧａＰであることが好ましい。以下では、基板３がサファイア基板である場合におけるバッファ層５、下地層７、第１導電型半導体層９、発光層１１および第２導電型半導体層１３のそれぞれの構成を示す。

バッファ層５は、好ましくはＡｌ_s0Ｇａ_toＮ（０≦ｓ０≦１、０≦ｔ０≦１、ｓ０＋ｔ０≠０）層であり、より好ましくはＡｌＮ層である。ただし、Ｎのごく一部（０．５〜２％）は酸素に置き換えられていても良い。これにより、基板３の成長面の法線方向に伸長するようにバッファ層５が形成されるので、結晶粒の揃った柱状結晶の集合体からなるバッファ層５が得られる。バッファ層５の厚さは、３ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましく、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることがより好ましい。

下地層７は、好ましくはＡｌ_s1Ｇａ_t1Ｉｎ_u1Ｎ（０≦ｓ１≦１、０≦ｔ１≦１、０≦ｕ１≦１、ｓ１＋ｔ１＋ｕ１≠０）層であり、より好ましくはＡｌ_s1Ｇａ_t1Ｎ（０≦ｓ１≦１、０≦ｔ１≦１、ｓ１＋ｔ１≠０）層であり、さらに好ましくはＧａＮ層である。これにより、バッファ層５中に存在する結晶欠陥（たとえば転位など）がバッファ層５と下地層７との界面付近でループされ易くなり、よって、その結晶欠陥がバッファ層５から下地層７へ引き継がれることを防止できる。下地層７の厚さは、１μｍ以上８μｍ以下であることが好ましい。

第１導電型半導体層９は、好ましくはＡｌ_s2Ｇａ_t2Ｉｎ_u2Ｎ_1-xＭ_x（０≦ｓ２≦１、０≦ｔ２≦１、０≦ｕ２≦１、ｓ２＋ｔ２＋ｕ２≒１、０≦ｘ＜１、Ｍは窒素元素以外の第Ｖ族元素である）層にｎ型不純物がドーピングされた層であり、より好ましくはＡｌ_s2Ｇａ_1-s2Ｎ（０≦ｓ２≦１、好ましくは０≦ｓ２≦０．５、より好ましくは０≦ｓ２≦０．１）層にｎ型不純物がドーピングされた層である。ｎ型不純物は、好ましくはＳｉ、Ｐ、ＡｓまたはＳｂなどであり、より好ましくはＳｉである。第１導電型半導体層９におけるｎ型不純物の濃度は、１×１０¹⁷ｃｍ^-3以下であることが好ましい。第１導電型半導体層９の厚さは、１μｍ以上１０μｍ以下であれば良い。なお、第１導電型半導体層９は、ｎ型不純物ではなくｐ型不純物を含んでいてもよい。その場合、第２導電型半導体層１３は、ｐ型不純物ではなくｎ型不純物を含んでいる。

発光層１１は、井戸層とバリア層とを含むことが好ましく、単一量子井戸構造（ＳＱＷ）からなってもよいし、多重量子井戸構造（ＭＱＷ）からなってもよい。井戸層の材料は図１に示す窒化物半導体発光素子に求められる発光波長に合わせて調整されることが好ましい。たとえば、井戸層は、好ましくはＡｌ_aＧａ_bＩｎ_(1-a-b)Ｎ（０≦ａ＜１、０＜ｂ≦１）層であり、より好ましくはＡｌを含まないＩｎ_cＧａ_(1-c)Ｎ（０＜ｃ≦１）層である。バリア層は、井戸層よりも大きなバンドギャップエネルギーを有することが好ましく、たとえば、Ａｌ_aＧａ_bＩｎ_(1-a-b)Ｎ（０≦ａ＜１、０＜ｂ≦１）層であることが好ましく、ＧａＮ層であることがより好ましい。井戸層およびバリア層はｎ型不純物を含んでいることが好ましく、井戸層およびバリア層のそれぞれにおけるｎ型ドーピング濃度は好ましくは１×１０¹⁷ｃｍ^-3以上であり、より好ましくは３×１０¹⁷ｃｍ^-3以上３×１０¹⁸ｃｍ^-3以下である。井戸層の厚さは、１．５ｎｍ以上５．５ｎｍ以下であることが好ましく、バリア層の厚さは、好ましくは３ｎｍ以上であり、より好ましくは４ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。

第２導電型半導体層１３は、好ましくはＡｌ_s4Ｇａ_t4Ｉｎ_u4Ｎ（０≦ｓ４≦１、０≦ｔ４≦１、０≦ｕ４≦１、ｓ４＋ｔ４＋ｕ４≠０）層にｐ型不純物がドーピングされた層であれば良く、より好ましくはＡｌ_s4Ｇａ_1-s4Ｎ（０＜ｓ４≦０．４、好ましくは０．１≦ｓ４≦０．３）層にｐ型不純物がドーピングされた層である。ｐ型不純物は、マグネシウムであることが好ましい。第２導電型半導体層１３におけるｐ型不純物の濃度は、１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上であることが好ましい。第２導電型半導体層１３の厚さは、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることが好ましい。

第１電極１５は、ニッケル層とアルミニウム層と白金層またはチタン層と金層とがこの順序で積層されて構成されていることが好ましく、１μｍ程度の厚さを有することが好ましい。第２電極１９は、ニッケル層とアルミニウム層と白金層またはチタン層と金層とがこの順序で積層されて構成されていることが好ましく、１μｍ程度の厚さを有することが好ましい。透明導電膜１７は、ＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）またはＩＺＯ（ＩｎｄｉｕｍＺｉｎｃＯｘｉｄｅ）などからなることが好ましく、２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の厚さを有することが好ましい。保護膜２１は、ＳｉＯ₂などからなることが好ましく、２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の厚さを有することが好ましい。

なお、バッファ層５および下地層７は設けられていなくても良い。また、上記以外の層が基板３の第１面３Ａ上に設けられていても良い。

＜凹凸領域＞
凹凸領域３１は、第２面３Ｂ上に設けられ、大きさ若しくは外形が異なる２種以上の凸状部材を含んでいても良いし、第２面３Ｂ上に設けられた複数の凸状部材の数密度が異なる２種以上の領域を含んでいても良い。基板３の第２面３Ｂがこのような凹凸領域３１を有していれば、半導体発光素子の外部への光の取り出し効率を高めることができる。

ここで、「凸状部材の大きさ」とは、凸状部材の高さ、または、凸状部材の底面の大きさを意味する。「凹凸領域は、高さが異なる２種以上の凸状部材を含む」とは、凹凸領域３１に形成された凸状部材の高さの最低値を基準の高さとしたときに、凹凸領域が、基準の高さの１．２倍以上３倍以下の高さを有する凸状部材を含むことを意味する。「凹凸領域は、底面の大きさが異なる２種以上の凸状部材を含む」とは、凹凸領域３１に形成された凸状部材の底面積の最小値を基準の底面積としたときに、凹凸領域が、基準の底面積の１．４倍以上１０倍以下の底面積を有する凸状部材を含むことを意味する。凸状部材の高さは、ＡＦＭ（Atomic Force Microscope）またはレーザ顕微鏡などを用いて３次元の形状を評価するという方法により測定されても良いし、断面ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）などを用いて断面の形状を評価するという方法により測定されても良い。凸状部材の底面の大きさは、光学顕微鏡または測長ＳＥＭなどを用いて測定されても良い。

「凸状部材の外形」とは、凸状部材の外形、または、凸状部材の底面の形状を意味する。「凸状部材の外形が異なる」とは、凸状部材の外形および凸状部材の底面の形状の少なくとも一方が異なることを意味する。凸状部材の外形は、ＡＦＭまたはレーザ顕微鏡などを用いて３次元の形状を評価するという方法により測定されても良いし、断面ＳＥＭなどを用いて断面の形状を評価するという方法により測定されても良い。凸状部材の底面の形状の測定方法についても同様のことが言える。

「凸状部材の数密度」とは、基板３の第２面３Ｂの単位面積当たりの凸状部材の個数を意味する。基板３は、大きさおよび外形が同一である凸状部材の数密度が異なる２種以上の領域を含んでいても良いし、大きさおよび外形が互いに異なる二種以上の凸状部材の数密度が異なる２種以上の領域を含んでいても良い。「凹凸領域は、複数の凸状部材の数密度が異なる２種以上の領域を含む」とは、凹凸領域３１における凸状部材の数密度の最低値を基準の数密度としたときに、凹凸領域が、数密度が基準の数密度の１．４倍以上１０倍以下である領域を含むことを意味する。凸状部材の数密度は、光学顕微鏡または測長ＳＥＭなどを用いて単位面積当たりの凸状部材の数を計測することにより求めることができる。

図４（ａ）〜（ｄ）は、凹凸領域３１が奏する効果を説明するための模式図である。図４（ａ）では、大きさおよび外形が同一の凸状部材３３１Ａが基板の第２面に形成されている。この場合、発光層が発した光は凸状部材３３１Ａの外面または内面で繰り返し反射され、発光層が発した光の一部は基板側へ再入射される。そのため、半導体発光素子の外部への光の取り出し効率を高めることが難しい。一方、図４（ｂ）では、第１の凸状部材３１Ａと第２の凸状部材３１Ｂとが基板３の第２面３Ｂに形成されており、第２の凸状部材３１Ｂは第１の凸状部材３１Ａよりも低い。そのため、第２の凸状部材３１Ｂの外面で反射した光は、図４（ａ）に示す場合よりも鉛直方向に進む。よって、第２の凸状部材３１Ｂの外面で反射した光が、その第２の凸状部材３１Ｂの隣に位置する第１の凸状部材３１Ａに入射することを防止できる。したがって、半導体発光素子の外部への光の取り出し効率を高めることができる。

図４（ｃ）には、発光層１１が発した光が図４（ａ）に示す場合よりも凸状部材３３１Ａの先端側を通過する場合を示しており、図４（ｄ）には、発光層１１が発した光が図４（ｂ）に示す場合よりも第１の凸状部材３１Ａの先端側を通過する場合を示している。図４（ｃ）では、発光層１１が発した光が凸状部材３３１Ａの外面または内面で反射する回数は図４（ａ）に示す場合に比べて減少する。一方、図４（ｄ）では、第１の凸状部材３１Ａの先端側を通過した光が第２の凸状部材３１Ｂの外面または別の第１の凸状部材３１Ａの外面で反射することを防止することができる。よって、半導体発光素子の外部への光の取り出し効率を高めることができる。

図５（ａ）は凹凸領域３１を模式的に示す平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）に示すＶＢ−ＶＢ線における断面図である。凹凸領域３１は、第１の凸状部材３１Ａと第２の凸状部材３１Ｂとを含む。第１の凸状部材３１Ａと第２の凸状部材３１Ｂとは互いに間隔をあけて配置されており、それらの外形はいずれも円錐形である。しかし、第２の凸状部材３１Ｂは、第１の凸状部材３１Ａよりも低い。

凹凸領域３１の構成は図５（ａ）〜（ｂ）に示す構成に限定されない。図６（ａ）は凹凸領域の別の一例（凹凸領域４１）を模式的に示す平面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）に示すＶＩＢ−ＶＩＢ線における断面図である。凹凸領域４１は、凹凸領域３１と同じく、第１の凸状部材４１Ａと第２の凸状部材４１Ｂとを含む。第１の凸状部材４１Ａと第２の凸状部材４１Ｂとは互いに間隔をあけて配置されており、それらの外形はいずれも円錐形である。しかし、第２の凸状部材４１Ｂは、第１の凸状部材４１Ａよりも低く、第１の凸状部材４１Ａよりも小さな底面を有する。

図７（ａ）は凹凸領域のまた別の一例（凹凸領域５１）を模式的に示す平面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）に示すＶＩＩＢ−ＶＩＩＢ線における断面図である。凹凸領域５１は、互いに同一の外形および大きさからなる複数の凸状部材５１Ａを含み、凸状部材５１Ａの数密度が異なる２種以上の領域を含む。図７（ａ）に示す凹凸領域５１では、発光層１１が発した光が凸状部材５１Ａの付け根側を通過した場合であっても、その光が別の凸状部材５１Ａの外面で反射することを防止することができる。よって、半導体発光素子の外部への光の取り出し効率をさらに高めることができる。

図８は、凹凸領域のまた別の一例（凹凸領域６１）を模式的に示す平面図である。凹凸領域６１は、第１の凸状部材６１Ａと第２の凸状部材６１Ｂとを含む。第１の凸状部材６１Ａおよび第２の凸状部材６１Ｂのそれぞれの外形は円錐形である。しかし、第２の凸状部材６１Ｂの底面の大きさは、第１の凸状部材６１Ａの底面の大きさよりも小さい。第１の凸状部材６１Ａは、六角形の各頂点の位置に配置されており、第２の凸状部材６１Ｂを取り囲んでいる。

図９は、凹凸領域のまた別の一例（凹凸領域７１）を模式的に示す平面図である。凹凸領域７１は第１の凸状部材７１Ａと第２の凸状部材７１Ｂとを含み、第１の凸状部材７１Ａおよび第２の凸状部材７１Ｂのそれぞれの外形は三角錐であるが、第１の凸状部材６１Ａの底面の大きさは第２の凸状部材６１Ｂの底面の大きさの約３倍である。第１の凸状部材７１Ａは、その６つが集まって、全体として、外形が六角錐である凸状部材を形成している。外形が六角錐である凸状部材では、隣り合う第１の凸状部材７１Ａは、それぞれの底面を構成する一辺が互いに重なり合うように配置されている。第２の凸状部材７１Ｂは、その３つが集まって、全体として、外形が三角錐である凸状部材を形成している。外形が三角錐である凸状部材では、隣り合う第２の凸状部材７１Ｂは、それぞれの底面を構成する一辺が互いに重なり合うように配置されている。

外形が三角錐である凸状部材は、六角形の各頂点の位置に２つずつ配置されており、六角形の中心の位置に６つ配置されている。外形が六角錐である凸状部材は、六角形の中心の位置に配置された、外形が三角錐である凸状部材を取り囲むように配置されている。

このように、図９に示す凹凸領域７１では、隣り合う第１の凸状部材７１Ａは、それぞれの底面を構成する一辺が互いに重なり合うように配置されており、隣り合う第２の凸状部材７１Ｂは、それぞれの底面を構成する一辺が互いに重なり合うように配置されている。これにより、基板３の第２面３Ｂには、第１の凸状部材７１Ａと第２の凸状部材７１Ｂとにより隙間なく覆われる部分が存在することになる。よって、半導体発光素子の外部への光の取り出し効率をさらに高めることができる。

図１０は、凹凸領域のまた別の一例（凹凸領域８１）を模式的に示す平面図である。凹凸領域８１は第１の凸状部材８１Ａと第２の凸状部材８１Ｂとを含み、第１の凸状部材８１Ａの外形は三角錐であるのに対して、第２の凸状部材８１Ｂの外形は円錐である。第１の凸状部材８１Ａは、その４つが集まって、全体として、外形が四角錐である凸状部材を形成している。外形が四角錐である凸状部材では、隣り合う第１の凸状部材８１Ａは、それぞれの底面を構成する一辺が互いに重なり合うように配置されている。そして、外形が四角錐である凸状部材と第２の凸状部材８１Ｂとは交互に配置されている。

このように、図１０に示す凹凸領域８１においても、隣り合う第１の凸状部材８１Ａは、それぞれの底面を構成する一辺が互いに重なり合うように配置されている。これにより、基板３の第２面３Ｂには、第１の凸状部材８１Ａと第２の凸状部材８１Ｂとにより隙間なく覆われる部分が存在することになる。よって、半導体発光素子の外部への光の取り出し効率をさらに高めることができる。

図９および図１０において示したように、基板３の第２面３Ｂには、凹凸領域を構成する凸状部材により隙間なく覆われる部分が存在することが好ましい。凸状部材の底面の大きさが互いに等しい場合には、凸状部材の数密度が高い方が、基板３の第２面３Ｂが凸状部材により隙間なく覆われる。これらのことから、凸状部材の外形は、好ましくは円錐形であり、より好ましくは三角錐形、四角錐形または六角錐形などの角錐形である。

凸状部材の外形は円錐形または多角錐形などに限定されず、柱形状であっても良いし、球状であっても良い。しかし、凹凸領域を構成する凸状部材の外形が円錐形または多角錐形などであれば、光が凸状部材の側面で反射される確率が高くなるので、半導体発光素子の外部への光の取り出し効率をさらに高めることができる。よって、凹凸領域を構成する凸状部材の外形は円錐形または多角錐形などであることが好ましい。

また、凸状部材の側面が側面視において直線である場合を示したが、凸状部材は、その側面が側面視において曲線である円錐形または多角錐形であることが好ましい。これにより、凸状部材の形成方法によっては、凸状部材を形成し易いという効果が得られる。また、凸状部材の外形によっては、半導体発光素子の外部への光の取り出し効率がより高くなるという効果が得られる。

図１１は、凹凸領域のまた別の一例（凹凸領域９１）を模式的に示す平面図である。凹凸領域９１は第１の凸状部材９１Ａと第２の凸状部材９１Ｂとを含む。第１の凸状部材９１Ａおよび第２の凸状部材９１Ｂの外形はいずれも円錐形であるが、第２の凸状部材９１Ｂの底面は第１の凸状部材９１Ａの底面よりも小さい。第１の凸状部材９１Ａは凹凸領域９１の一部分にのみ設けられており、第２の凸状部材９１Ｂは凹凸領域９１の残りの一部分にのみ設けられている。凹凸領域９１では、第２の凸状部材９１Ｂの底面は第１の凸状部材９１Ａの底面よりも小さいが、第１の凸状部材９１Ａの数密度と第２の凸状部材９１Ｂの数密度とは同じである。そのため、基板３の第２面３Ｂのうち第１の凸状部材９１Ａが形成された領域は、第１の凸状部材９１Ａにより隙間なく覆われる。一方、基板３の第２面３Ｂのうち第２の凸状部材９１Ｂが形成された領域は、第２の凸状部材９１Ｂにより相対的に隙間を開けて覆われる。よって、第１の凸状部材９１Ａが形成された領域の方が、第２の凸状部材９１Ｂが形成された領域に比べて、半導体発光素子の外部への光の取り出し効率は高くなる。したがって、光の強度分布が半導体発光素子内で生じる。

図１２は、凹凸領域のまた別の一例（凹凸領域１０１）を模式的に示す平面図である。凹凸領域１０１は第１の凸状部材１０１Ａと第２の凸状部材１０１Ｂとを含む。第１の凸状部材１０１Ａおよび第２の凸状部材１０１Ｂの外形はいずれも円錐形であるが、第２の凸状部材１０１Ｂの底面は第１の凸状部材１０１Ａの底面よりも小さく、第２の凸状部材１０１Ｂの数密度は第１の凸状部材１０１Ａの数密度よりも高い。第１の凸状部材１０１Ａは凹凸領域１０１の一部分にのみ設けられており、第２の凸状部材１０１Ｂは凹凸領域１０１の残りの一部分にのみ設けられている。凹凸領域１０１では、第２の凸状部材１０１Ｂの底面は第１の凸状部材１０１Ａの底面よりも小さいが、第２の凸状部材１０１Ｂの数密度は第１の凸状部材１０１Ａの数密度よりも高い。第１の凸状部材１０１Ａの底面と第２の凸状部材１０１Ｂの底面との大小関係、および、第１の凸状部材１０１Ａの数密度と第２の凸状部材１０１Ｂの数密度との大小関係を調整すれば、半導体発光素子内における光の強度分布を調整することができる。

基板３の第２面３Ｂでは、特定の凹凸領域が繰り返し形成されていても良いし、２種以上の凹凸領域が混在して形成されていても良い。好ましくは、凸状部材の大きさが基板３の第２面３Ｂの周縁から中央に向かって徐々に変化する（たとえば、大きくなる又は小さくなる）ことである。「凸状部材の大きさが基板３の第２面３Ｂの周縁から中央に向かって徐々に大きくなる」とは、基板３の第２面３Ｂの中央の凸状部材の高さが基板３の第２面３Ｂの周縁の凸状部材の高さの１．２倍以上３倍以下となるように凸状部材の高さが基板３の第２面３Ｂの周縁から中央に向かって単調増加すること、または、基板３の第２面３Ｂの中央の凸状部材の底面の大きさが基板３の第２面３Ｂの周縁の凸状部材の底面の大きさの１．４倍以上１０倍以下となるように凸状部材の底面の大きさが基板３の第２面３Ｂの周縁から中央に向かって単調増加すること、を意味する。「凸状部材の大きさが基板３の第２面３Ｂの周縁から中央に向かって徐々に小さくなる」とは、基板３の第２面３Ｂの中央の凸状部材の高さが基板３の第２面３Ｂの周縁の凸状部材の高さの１．２倍以上４倍以下となるように凸状部材の高さが基板３の第２面３Ｂの周縁から中央に向かって単調減少すること、または、基板３の第２面３Ｂの中央の凸状部材の底面の大きさが基板３の第２面３Ｂの周縁の凸状部材の底面の大きさの１．４倍以上１０倍以下となるように凸状部材の底面の大きさが基板３の第２面３Ｂの周縁から中央に向かって単調減少すること、を意味する。

凸状部材の大きさが基板３の第２面３Ｂの周縁から中央に向かって徐々に大きくなれば、基板３の第２面３Ｂの中央は凸状部材により隙間なく覆われるのに対し、その周縁は凸状部材により相対的に隙間を開けて覆われる。よって、半導体発光素子の外部への光の取り出し効率は、基板３の第２面３Ｂの中央の方が基板３の第２面３Ｂの周縁よりも高くなるので、半導体発光素子の光強度は、基板３の第２面３Ｂの中央の方が基板３の第２面３Ｂの周縁よりも高くなる。一方、凸状部材の大きさが基板３の第２面３Ｂの周縁から中央に向かって徐々に小さくなれば、基板３の第２面３Ｂの中央は凸状部材により相対的に隙間を開けて覆われるのに対し、その周縁は凸状部材により隙間なく覆われる。よって、半導体発光素子の外部への光の取り出し効率は、基板３の第２面３Ｂの中央の方が基板３の第２面３Ｂの周縁よりも低くなるので、半導体発光素子の光強度は、基板３の第２面３Ｂの中央の方が基板３の第２面３Ｂの周縁よりも低くなる。このように、凸状部材の大きさが基板３の第２面３Ｂの周縁から中央に向かって徐々に変化すれば、光の強度分布が半導体発光素子内で生じる。

同様に、凸状部材の外形は、基板３の第２面３Ｂの周縁から中央に向かって徐々に変化することが好ましい。たとえば、凸状部材の外形は、基板３の第２面３Ｂの周縁側では円錐形であり、その中央側では六角錐形であることが好ましい。これにより、基板３の第２面３Ｂの中央では凸状部材の数密度が相対的に高いのに対し、その周縁では凸状部材の数密度が相対的に低い。よって、半導体発光素子の外部への光の取り出し効率は、基板３の第２面３Ｂの中央の方が基板３の第２面３Ｂの周縁よりも高くなるので、半導体発光素子の光強度は、基板３の第２面３Ｂの中央の方が基板３の第２面３Ｂの周縁よりも高くなる。一方、基板３の第２面３Ｂの周縁側の凸状部材の外形が六角錐形であり、その中央側の凸状部材の外形が円錐形であれば、半導体発光素子の外部への光の取り出し効率は、基板３の第２面３Ｂの中央の方が基板３の第２面３Ｂの周縁よりも低くなるので、半導体発光素子の光強度は、基板３の第２面３Ｂの中央の方が基板３の第２面３Ｂの周縁よりも低くなる。このように凸状部材の外形が基板３の第２面３Ｂの周縁から中央に向かって徐々に変化すれば、光の強度分布が半導体発光素子内で生じる。

同様に、凸状部材の数密度は、基板３の第２面３Ｂの周縁から中央に向かって徐々に変化する（たとえば高くなる又は低くなる）ことが好ましい。「凸状部材の数密度が基板３の第２面３Ｂの周縁から中央に向かって徐々に高くなる」とは、基板３の第２面３Ｂの中央における凸状部材の数密度が基板３の第２面３Ｂの周縁における凸状部材の数密度の１．４倍以上１０倍以下となるように凸状部材の数密度が基板３の第２面３Ｂの周縁から中央に向かって単調増加することを意味する。「凸状部材の数密度が基板３の第２面３Ｂの周縁から中央に向かって徐々に低くなる」とは、基板３の第２面３Ｂの中央における凸状部材の数密度が基板３の第２面３Ｂの周縁における凸状部材の数密度の１．４倍以上１０倍以下となるように凸状部材の数密度が基板３の第２面３Ｂの周縁から中央に向かって単調減少することを意味する。

凸状部材の数密度が基板３の第２面３Ｂの周縁から中央に向かって徐々に高くなれば、半導体発光素子の外部への光の取り出し効率は、基板３の第２面３Ｂの中央の方が基板３の第２面３Ｂの周縁よりも高くなるので、半導体発光素子の光強度は、基板３の第２面３Ｂの中央の方が基板３の第２面３Ｂの周縁よりも高くなる。一方、凸状部材の数密度が基板３の第２面３Ｂの周縁から中央に向かって徐々に低くなければ、半導体発光素子の外部への光の取り出し効率は、基板３の第２面３Ｂの中央の方が基板３の第２面３Ｂの周縁よりも低くなるので、半導体発光素子の光強度は、基板３の第２面３Ｂの中央の方が基板３の第２面３Ｂの周縁よりも低くなる。このように基板３の第２面３Ｂの周縁から中央に向かって徐々に変化すれば、光の強度分布が半導体発光素子内で生じる。

基板３は、図１３（ｂ）に示すように、第２面３Ｂの周縁部分とは異なる部分に凹凸領域１３１を有することが好ましい。後述するように、半導体発光素子は、半導体層を母材基板上に形成してから当該母材基板を分割することにより製造される。凹凸領域１３１が第２面３Ｂのうち当該第２面３Ｂの周縁部分とは異なる部分に形成されていれば、レーザ光を照射することにより母材基板を分割する場合であっても当該レーザ光が凹凸領域１３１に照射されることなく半導体発光素子を製造することができる。よって、凸状部材の外面でのレーザ光の散乱を防止することができるので、レーザ光により母材基板を十分に溶解させることができる。したがって、母材基板の分割が困難となることを防止できる。また、凸状部材がレーザ光により破壊されることを防止できるので、基板３の第２面３Ｂが汚染されることを防止できる。ここで、「基板３の第２面３Ｂの周縁部分」とは、母材基板をレーザ光で分割するときに当該レーザ光が照射される部分であり、基板３の第２面３Ｂの縁から基板３の第２面３Ｂの内部へ向かってＡ×０．５％以上Ａ×２０％以下（Ａは、基板３の第２面３Ｂの一辺の大きさ、または、基板３の直径の大きさ）離れた部分を意味する。「第２面３Ｂのうち当該第２面３Ｂの周縁部分とは異なる部分」とは、基板３の第２面３Ｂのうち当該第２面３Ｂの周縁部分を除く部分を意味する。凹凸領域１３１の構成は特に限定されない。

また、凸状部材の大きさは、発光層１１の外形に合わせて変化することが好ましい。ここで、「凸状部材の大きさが発光層１１の外形に合わせて変化する」とは、たとえば、発光層１１の周縁部とは反対側に位置する凸状部材の大きさが相対的に小さく、発光層１１の周縁部からその中心部へ向かうにつれて凸状部材の大きさが大きくなることを意味する。これにより、母材基板のうち当該母材基板を分割するときにレーザ光が照射される部分におけるレーザ光の透過率を下げることができる。また、半導体発光素子の外部への光の取り出し効率を高めることができる。よって、半導体発光素子の外部への光の取り出し効率を高めつつ母材基板の分割の作業効率を高めることができる。

同様に、凸状部材の外形は、発光層１１の外形に合わせて変化することが好ましい。ここで、「凸状部材の外形が発光層１１の外形に合わせて変化する」とは、たとえば、発光層１１の周縁部とは反対側に位置する凸状部材の底面の形状が円形であり、発光層１１の中心部とは反対側に位置する凸状部材は、その底面の形状が多角形であり、当該凸状部材のそれぞれの底面を構成する辺のうちの一辺が互いに重なり合っていることを意味する。これによっても、半導体発光素子の外部への光の取り出し効率を高めつつ母材基板の分割の作業効率を高めることができる。

同様に、凸状部材の数密度は、発光層１１の外形に合わせて変化することが好ましい。ここで、「凸状部材の数密度が発光層１１の外形に合わせて変化する」とは、たとえば、発光層１１の周縁部とは反対側に位置する凸状部材の数密度が相対的に低く、発光層１１の周縁部からその中心部へ向かうにつれて凸状部材の数密度が高くなることを意味する。これによっても、半導体発光素子の外部への光の取り出し効率を高めつつ母材基板の分割の作業効率を高めることができる。

凹凸領域は、基板３の第２面３Ｂ全体に形成されていても良いし、基板３の第２面３Ｂの一部分に形成されていても良い。図１３（ａ）は半導体発光素子の上面の一例を示す平面図であり、図１３（ｂ）は図１３（ａ）に示す半導体発光素子の下面（基板３の第２面３Ｂ側）を示す平面図である。

母材基板がオフ基板である場合、その母材基板を分割すると、その切断面は、レーザ光の照射により溶解した位置から基板のオフ角分だけ傾く。この場合、第１面の電極の真下にレーザ光の照射により溶解した部分を設けると、母材基板の第１面における分割予定ラインは、隣り合うチップの電極位置の中間位置よりも外れた位置となってしまう。この問題を改善するためには、凹凸領域１３１は、第２面３Ｂの周縁部分とは異なる部分であって第１電極１５の反対側に位置する部分とは異なる部分に形成されていることが好ましい。これにより、母材基板がオフ基板であることに起因して母材基板の第１面とその第２面とでずれる分割位置のずれ分を、あらかじめずらしておくことができる。よって、母材基板の第１面における分割予定ラインを、隣り合うチップの電極位置の中間位置に設けることができる。

＜半導体発光素子の製造＞
以下に示す方法にしたがって本発明の半導体発光素子を製造することができる。まず、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法により、母材基板上に複数の半導体層を結晶成長させる。次に、複数の半導体層の最上層上に透明導電膜を形成し、透明導電膜上に第２電極を形成する。また、複数の半導体層の一部分をエッチングにより除去して第１導電型半導体層となる層の一部分を露出し、第１導電型半導体層となる層の露出面上に第１電極を形成する。その後、第１電極および第２電極を露出するように保護膜で第１導電型半導体層となる層の露出面などを覆う。

次に、必要に応じて、母材基板を所定の厚さとなるまで研削し、研削後の母材基板を研磨する。そして、後述のいずれかの方法にしたがって研磨後の母材基板の第２面に凹凸領域を形成してから、レーザ光を母材基板の第２面側から照射して当該母材基板を分割する。このようにして本発明の半導体発光素子を製造することができる。

＜凹凸領域の形成＞
凹凸領域の形成方法は特に限定されない。レジストマスクを用いて母材基板の一部分をエッチングすることにより凹凸領域を形成することができ、たとえば下記第１〜第３の方法にしたがって凹凸領域を形成することができる。ここで、上記エッチングとしては、ウエットエッチングであってもよいし、ドライエッチングであっても良い。しかし、母材基板の一部分をドライエッチングすれば、母材基板の第１面上に形成された複数の半導体層などをマスクなどで保護しなくても母材基板の一部分をエッチングすることができる。なお、母材基板の一部分をドライエッチングする場合であっても、レジストマスク、誘電体膜または金属膜などで上記複数の半導体層などを保護することが好ましい。これにより、上記複数の半導体層などが凹凸領域の形成時にエッチングされることを阻止できる。

なお、以下では、凹凸領域３１，４１を例に挙げて凹凸領域の形成方法を示すが、凹凸領域３１，４１とは異なる凹凸領域（たとえば凹凸領域５１など）も下記第１〜第３のいずれかの方法にしたがって形成することができる。

＜第１の方法＞
レジストマスクを用いて母材基板の一部をドライエッチングする場合、ドライエッチングの条件を調整すれば、マスクの体積が小さい方が当該マスクが早く消失し、よって、低い又は小さい凸状部材を形成することができる。この方法を使えば、大きさが互いに異なる２種類以上の凸状部材を母材基板の第２面に同時且つ容易に形成することができる。また、単位面積あたりのマスクの占有面積が異なることによっても、エッチング選択性は異なる。よって、マスクの体積、単位面積あたりのマスクの占有面積またはマスクの形状などを適宜変更して、大きさが互いに異なる２種類以上の凸状部材を形成することができる。第１の方法および後述の第３の方法は、この方法により凹凸領域３１を形成するというものである。

図１４（ａ）〜図１５（ｃ）は、第１の方法による凹凸領域３１の形成方法を工程順に示す断面図である。なお、図１４（ａ）〜図１５（ｃ）では、図が煩雑になることを回避するために、母材基板３０の第１面上に形成された複数の半導体層などを図示していない。このことは、後述の図１６〜図１８においてもいえる。

まず、図１４（ａ）に示すように、複数の半導体層などが形成された母材基板３０の上下を反転させて、母材基板３０の第２面３０Ｂを上記半導体層よりも上に配置する。

次に、図１４（ｂ）に示すように、母材基板３０の第２面３０Ｂ上にマスク４０１を形成する。マスク４０１はたとえばＳｉＯ₂などからなることが好ましく、マスク４０１の形成方法は特に限定されない。マスク４０１の厚さが第１の凸状部材３１Ａと第２の凸状部材３１Ｂとの高さの差に反映されるので、そのことを考慮してマスク４０１の厚さを決定することが好ましい。

続いて、図１４（ｃ）に示すように、マスク４０１上にレジストマスク４０３をパターニングする。レジストマスク４０３はたとえば感光性有機材料などからなることが好ましく、レジストマスク４０３の形成方法は特に限定されない。図１４（ｄ）に示す工程においてレジストマスク４０３の直下のマスク４０１が除去されないように、レジストマスク４０３の厚さを決定することが好ましい。

続いて、図１４（ｄ）に示すように、レジストマスク４０３をマスクとしてマスク４０１をエッチングする。エッチングの条件は、マスク４０１を選択的にエッチング可能な条件であることが好ましい。以下では、エッチング後のマスク４０１を「マスク４０２」と記す。

続いて、図１４（ｅ）に示すように、レジストマスク４０３を除去する。レジストマスク４０３を除去する条件は、レジストマスク４０３を選択的にエッチング可能な条件であることが好ましい。

続いて、図１４（ｆ）に示すように、レジストマスク４０５をパターニングする。レジストマスク４０５はたとえば感光性有機材料などからなることが好ましく、レジストマスク４０５の形成方法は特に限定されない。レジストマスク４０５の厚さが第２の凸状部材３１Ｂの高さに反映されるので、そのことを考慮してレジストマスク４０５の厚さを決定することが好ましい。このとき、レジストマスク４０５は、マスク４０２上と、隣り合うマスク４０２の間に位置する母材基板３０の第２面３０Ｂ上とに、形成される。これにより、母材基板３０の第２面３０Ｂ上には、マスク４０２とレジストマスク４０５とが積層されてなるマスク（以下では「積層構造を有するマスク」と記す）と、レジストマスク４０５のみからなるマスク（以下では「単層のマスク」と記す）とが形成されることとなる。

続いて、図１５（ａ）に示すように、マスク４０２およびレジストマスク４０５をマスクとして母材基板３０をエッチングする。このとき、図１５（ｂ）に示すように、単層のマスクは、積層構造を有するマスクよりも早くエッチングされて消失する。よって、単層のマスクの直下に位置する母材基板３０のエッチング量は、積層構造を有するマスクの直下に位置する母材基板３０のエッチング量よりも多くなる。したがって、図１５（ｃ）に示すように、単層のマスクの直下に位置する母材基板３０には第２の凸状部材３１Ｂが形成され、積層構造を有するマスクの直下に位置する母材基板３０には第１の凸状部材３１Ａが形成される。このようにして凹凸領域３１が形成される。母材基板３０をエッチングする条件は、マスク４０２とレジストマスク４０５と母材基板３０とを選択的にエッチング可能な条件であることが好ましい。

＜第２の方法＞
大きさ、形状および単位面積あたりの占有面積が互いに同一であるマスクを用いて凹凸領域を形成する場合には、マスクの一部を積層構造（たとえば、誘電体膜からなるマスクとレジストマスクとの積層構造）とすればよい。第２の方法は、この方法により凹凸領域３１を形成するというものである。

図１６（ａ）〜図１７（ｃ）は、第２の方法による凹凸領域３１の形成方法を工程順に示す断面図である。まず、図１６（ａ）に示すように、複数の半導体層などが形成された母材基板３０の上下を反転させて、母材基板３０の第２面３０Ｂを上記半導体層よりも上に配置する。

次に、図１６（ｂ）に示すように、母材基板３０の第２面３０Ｂ上に、第１のレジストマスク５０１をパターニングする。第１のレジストマスク５０１は、たとえば感光性有機材料などからなることが好ましい。第１のレジストマスク５０１の形成方法は、成膜後、１４０℃以上の温度で硬化させるという方法であることが好ましい。第１のレジストマスク５０１の厚さが第１の凸状部材３１Ａと第２の凸状部材３１Ｂとの高さの差に反映されるので、そのことを考慮して第１のレジストマスク５０１の厚さを決定することが好ましい。

続いて、図１６（ｃ）に示すように、一部の第１のレジストマスク５０１の上に第２のレジストマスク５０３を形成する。第２のレジストマスク５０３はたとえば感光性有機材料などからなることが好ましく、第２のレジストマスク５０３の形成方法は特に限定されない。第２のレジストマスク５０３の厚さが第２の凸状部材３１Ｂの高さに反映されるので、そのことを考慮して第２のレジストマスク５０３の厚さを決定することが好ましい。

続いて、図１７（ａ）に示すように、第１のレジストマスク５０１および第２のレジストマスク５０３をマスクとして母材基板３０をエッチングする。このとき、図１７（ｂ）に示すように、第２のレジストマスク５０３のみからなるマスク（以下では「単層のマスク」と記す）は、第１のレジストマスク５０１と第２のレジストマスク５０３とが積層されてなるマスク（以下では「積層構造を有するマスク」と記す）よりも早くエッチングされて消失する。よって、単層のマスクの直下に位置する母材基板３０のエッチング量は、積層構造を有するマスクの直下に位置する母材基板３０のエッチング量よりも多くなる。したがって、図１７（ｃ）に示すように、単層のマスクの直下に位置する母材基板３０には第２の凸状部材３１Ｂが形成され、積層構造を有するマスクの直下に位置する母材基板３０には第１の凸状部材３１Ａが形成される。このようにして凹凸領域３１が形成される。母材基板３０をエッチングする条件は、第１のレジストマスク５０１と第２のレジストマスク５０３と母材基板３０とを選択的にエッチング可能な条件であることが好ましい。

＜第３の方法＞
図１８（ａ）〜（ｅ）は、第３の方法による凹凸領域４１の形成方法を工程順に示す断面図である。まず、図１８（ａ）に示すように、複数の半導体層などが形成された母材基板３０の上下を反転させて、母材基板３０の第２面３０Ｂを上記半導体層よりも上に配置する。

次に、図１８（ｂ）に示すように、母材基板３０の第２面３０Ｂ上に、底面の大きさが相対的に大きな第１のレジストマスク６０１と底面の大きさが相対的に小さな第２のレジストマスク６０３とをパターニングする。第１および第２のレジストマスク６０１，６０３はたとえば感光性有機材料などからなることが好ましく、その形成方法は特に限定されない。第１のレジストマスク６０１の底面の大きさが第１の凸状部材４１Ａの底面の大きさに反映され、第２のレジストマスク６０３の底面の大きさが第２の凸状部材４１Ｂの底面の大きさに反映されるので、これらのことを考慮して第１および第２のレジストマスク６０１，６０３のそれぞれの底面の大きさを決定することが好ましい。

続いて、図１８（ｃ）に示すように、第１のレジストマスク６０１および第２のレジストマスク６０３をマスクとして母材基板３０をエッチングする。このとき、図１８（ｄ）に示すように、第２のレジストマスク６０３は、第１のレジストマスク６０１よりも早くエッチングされて消失する。よって、第２のレジストマスク６０３の直下に位置する母材基板３０のエッチング量は、第１のレジストマスク６０１の直下に位置する母材基板３０のエッチング量よりも多くなる。したがって、図１８（ｅ）に示すように、第２のレジストマスク６０３の直下に位置する母材基板３０には第２の凸状部材４１Ｂが形成され、第１のレジストマスク６０１の直下に位置する母材基板３０には第１の凸状部材４１Ａが形成される。このようにして凹凸領域４１が形成される。母材基板３０をエッチングする条件は、第１のレジストマスク６０１と第２のレジストマスク６０３と母材基板３０とを選択的にエッチング可能な条件であることが好ましい。

上記第１〜第３の方法において凸状部材を形成するために設けられるレジストマスクは、母材基板の分割予定ライン上には形成されないパターンを有することが好ましい。この分割予定ライン上のレジスト膜はレジスト膜を残すデザインでもかまわないし、レジスト膜を除去するデザインでもかまわない。

以上説明したように、図１に示す半導体発光素子は、基板３と、基板３の第１面３Ａ上に順に設けられた第１導電型半導体層９、発光層１１および第２導電型半導体層１３とを備える。基板３は、発光層１１が発する光が透過するように構成され、第１面３Ａとは反対側に位置する第２面３Ｂに凹凸領域３１などを有する。凹凸領域３１などは、第２面３Ｂ上に設けられ、大きさ若しくは外形が異なる２種以上の凸状部材３１Ａ，３１Ｂなどを含む、または、第２面上に設けられた複数の凸状部材３１Ａなどの数密度が異なる２種以上の領域を含む。このような凹凸領域３１が基板３の第２面３Ｂに形成されているので、半導体発光素子の外部への光の取り出し効率を高めることができる。

基板３は、第２面３Ｂのうち当該第２面３Ｂの周縁部分とは異なる部分に凹凸領域３１などを有することが好ましい。これにより、凸状部材３１Ａなどの外面でのレーザ光の散乱を防止することができるので、レーザ光により母材基板を十分に溶解させることができる。したがって、母材基板の分割が困難となることを防止できる。また、凸状部材３１Ａなどがレーザ光により破壊されることを防止できるので、基板３の第２面３Ｂが汚染されることを防止できる。

凸状部材３１Ａなどの大きさ、外形または数密度は、第２面３Ｂの周縁から当該第２面３Ｂの中央に向かって徐々に変化することが好ましい。これにより、半導体発光素子の外部への光の取り出し効率が基板３の第２面３Ｂの場所によって異なるので、光の強度分布が半導体発光素子内で生じることとなる。

凸状部材３１Ａなどの大きさ、外形または数密度は、発光層１１の外形に合わせて変化することが好ましい。これにより、半導体発光素子の外部への光の取り出し効率を高めつつ母材基板の分割の作業効率を高めることができる。

凸状部材３１Ａなどの外形は、円錐形または多角錐形であることが好ましい。これにより、光が凸状部材の側面で反射される確率が高くなるので、半導体発光素子の外部への光の取り出し効率をさらに高めることができる。

凸状部材３１Ａなどは、その側面が側面視において曲線であることが好ましい。これにより、凸状部材の形成方法によっては、凸状部材を形成し易いという効果が得られる。また、凸状部材の外形によっては、半導体発光素子の外部への光の取り出し効率がより高くなるという効果が得られる。

凸状部材３１Ａなどの底面の形状は、円形であることが好ましく、多角形であることがより好ましい。凸状部材３１Ａなどの底面の形状が多角形であれば、凸状部材３１Ａなどの底面の形状が円形である場合に比べて、凸状部材３１Ａなどの数密度を高めることができる。よって、半導体発光素子の外部への光の取り出し効率をさらに高めることができる。

隣り合う凸状部材３１Ａなどは、当該凸状部材３１Ａなどのそれぞれの底面を構成する辺のうちの一辺が重なり合うように設けられていることが好ましい。これにより、基板３の第２面３Ｂには、第１の凸状部材３１Ａなどにより隙間なく覆われる部分が存在することになる。よって、半導体発光素子の外部への光の取り出し効率をさらに高めることができる。

以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

＜実施例１＞
まず、サファイアからなる母材基板（直径１００ｍｍ、厚さ９００μｍ）を準備した。母材基板の上面上に、ＡｌＮ層（バッファ層５となる層）をスパッタ法により形成した。

次に、母材基板を第１のＭＯＣＶＤ装置に入れて、原料ガスとしてＴＭＧ（ｔｒｉｍｅｔｈｙｌｇａｌｌｉｕｍ）とＮＨ₃とを用いてアンドープＧａＮ層（厚さ４μｍ、下地層７となる層）をＭＯＣＶＤ法により結晶成長させた。このとき、母材基板の温度は１０００℃であった。引き続き、ドーパント用ガスとしてＳｉＨ₄を加えてｎ型ＧａＮ層（厚さ３μｍ、第１導電型半導体層９となる層）を結晶成長させた。形成されたｎ型ＧａＮ層におけるｎ型ドーピング濃度は６×１０¹⁸ｃｍ^-3であった。

次に、母材基板の温度を８５０℃に下げて、ｎ型ＧａＮ層上に発光層１１となる層を結晶成長させた。具体的には、ＳｉドープＧａＮ層（厚さ６．５ｎｍ、バリア層となる層）とアンドープＩｎ_0.13Ｇａ_0.87Ｎ層（厚さ３．９ｎｍ、井戸層となる層）とを交互に３周期、結晶成長させた。バリア層となる層は原料ガスとしてＴＭＧとＮＨ₃とＳｉＨ₄とを用いて結晶成長され、その成長速度は１００ｎｍ／ｈｏｕｒであり、各層におけるｎ型ドーピング濃度は３．４×１０¹⁷ｃｍ^-3であった。井戸層となる層は、原料ガスとしてＴＭＩガスとＮＨ₃ガスとを用い、キャリアガスとして窒素ガスを用いて結晶成長され、その成長速度は１００ｎｍ／ｈｏｕｒであった。

次に、原料ガスとしてＴＭＡ（ｔｒｉｍｅｔｈｙｌａｌｕｍｉｎｉｕｍ）とＴＭＧとＮＨ₃とを用い、ドーパント用ガスとしてＣｐ₂Ｍｇ（ビスシクロペンタジエチルマグネシウム）を用いて、ｐ型Ａｌ_0.18Ｇａ_0.82Ｎ層（第２導電型半導体層１３となる層）を結晶成長させた。

次に、ｎ型ＧａＮ層の一部分が露出するように、ｐ型Ａｌ_0.18Ｇａ_0.82Ｎ層、発光層１１となる層およびｎ型ＧａＮ層の一部分をエッチングした。ｎ型ＧａＮ層の露出面上に、Ａｕからなる第１電極１５を形成した。ｐ型Ａｌ_0.18Ｇａ_0.82Ｎ層上に、ＩＴＯからなる透明導電膜１７とＡｕからなる第２電極１９とを順に形成した。また、主として透明導電膜１７および上記エッチングによって露出した各層の側面を覆うように、ＳｉＯ₂からなる保護膜２１を形成した。

次に、厚さが１００μｍとなるまで母材基板を研削し、研削後の母材基板を研磨した。上記第１の方法にしたがって、研磨後の母材基板の第２面に凹凸領域を形成した。このとき、マスク４０１はプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法またはスパッタ法により形成されたＳｉＯ₂膜（厚さ５０〜３０００ｎｍ）であり、図１４（ｃ）に示す工程において希釈されたフッ酸またはフッ化アンモニウムを含む薬液を用いてエッチングされた。レジストマスク４０３はフォトリソグラフィー法により形成されたフォトレジスト膜（厚さ１０００〜２０００ｎｍ）であり、図１４（ｅ）に示す工程においてＴＭＡＨ(テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド)を用いてエッチングされた。レジストマスク４０５はフォトリソグラフィー法により形成されたフォトレジスト膜（厚さ１０００〜２０００ｎｍ）であった。図１５（ａ）〜（ｃ）に示す工程では、ドライエッチング法を用いて母材基板などをエッチングした。このようにして、母材基板の第２面の全面に凹凸領域３１が形成された。第１の凸状部材３１Ａの外形は、底面の直径が２０００ｎｍであり高さが１２００ｎｍである円錐形であった。第２の凸状部材３１Ｂの外形は、底面の直径が２０００ｎｍであり高さが６００ｎｍである円錐形であった。

続いて、レーザ光を母材基板の第２面側から照射して当該母材基板を分割した。このようにして、実施例１の半導体発光素子を製造した。

＜実施例２＞
上記第２の方法にしたがって研磨後の母材基板の第２面に凹凸領域を形成したことを除いては上記実施例１の方法にしたがって、半導体発光素子を製造した。このとき、第１のレジストマスク５０１はフォトリソグラフィー法により形成されたフォトレジスト膜（厚さ１０００〜２０００ｎｍ）であり、第２のレジストマスク５０３はフォトリソグラフィー法により形成されたフォトレジスト膜（厚さ１０００〜２０００ｎｍ）であった。図１７（ａ）〜（ｃ）に示す工程では、ドライエッチング法を用いて母材基板などをエッチングした。このようにして、母材基板の第２面の全面に凹凸領域３１が形成された。第１の凸状部材３１Ａの外形は、底面の直径が２０００ｎｍであり高さが１２００ｎｍである円錐形であった。第２の凸状部材３１Ｂの外形は、底面の直径が２０００ｎｍであり高さが６００ｎｍである円錐形であった。

＜実施例３＞
上記第３の方法にしたがって研磨後の母材基板の第２面に凹凸領域を形成したことを除いては上記実施例１の方法にしたがって、半導体発光素子を製造した。このとき、第１のレジストマスク６０１はフォトリソグラフィー法により形成されたフォトレジスト膜（底面の直径２０００ｎｍ）であり、第２のレジストマスク６０３の底面の直径は１０００ｎｍであった。図１８（ｃ）〜（ｅ）に示す工程では、ドライエッチング法を用いて母材基板などをエッチングした。このようにして、母材基板の第２面の全面に凹凸領域４１が形成された。第１の凸状部材４１Ａの外形は、底面の直径が２０００ｎｍであり高さが１２００ｎｍである円錐形であった。第２の凸状部材４１Ｂの外形は、底面の直径が１０００ｎｍであり高さが６００ｎｍである円錐形であった。

＜実施例４＞
間隔が互いに異なるようにして第１のレジストマスク５０１のみを形成して凹凸領域を形成したことを除いては上記実施例２の方法にしたがって、半導体発光素子を製造した。このとき、母材基板の第２面上には、凸状部材５１Ａのみが形成された。凸状部材５１Ａの外形は、底面の直径が２０００ｎｍであり高さが１２００ｎｍである円錐形であった。凹凸領域５１には、数密度が１６００００個／ｍｍ²である領域と、数密度が８００００個／ｍｍ²である領域とが存在した。

＜実施例５＞
マスク４０１、レジストマスク４０３およびレジストマスク４０５を母材基板の分割予定ライン上に形成することなく凹凸領域を形成したことを除いては上記実施例１の方法にしたがって、半導体発光素子を製造した。凹凸領域は、基板の第２面のうち当該第２面の周縁部分には形成されず、基板の第２面の周縁部分とは異なる部分にのみ形成された。

＜実施例６＞
母材基板の第２面の周縁の方が当該第２面の中央よりも小さくなるように第１のレジストマスク６０１および第２のレジストマスク６０３のそれぞれを形成して凹凸領域を形成したことを除いては上記実施例３の方法にしたがって、半導体発光素子を製造した。母材基板の第２面の周縁側に形成された第２の凸状部材９１Ｂは、その底面の直径が１０００ｎｍであり、その高さが６００ｎｍであった。母材基板の第２面の中央側に形成された第１の凸状部材９１Ａは、その底面の直径が２０００ｎｍであり、その高さが１２００ｎｍであった。

＜実施例７＞
母材基板の第２面の周縁の方が当該第２面の中央よりも大きくなるように第１のレジストマスク５０１および第２のレジストマスク５０３のそれぞれを形成して凹凸領域を形成したことを除いては上記実施例２の方法にしたがって、半導体発光素子を製造した。母材基板の第２面の周縁側に形成された第１の凸状部材９１Ａは、その底面の直径が２０００ｎｍであり、その高さが１２００ｎｍであった。母材基板の第２面の中央側に形成された第２の凸状部材９１Ｂは、その底面の直径が１０００ｎｍであり、その高さが６００ｎｍであった。

＜実施例８＞
外形が母材基板の第２面の周縁では円錐形であるのに対し母材基板の第２面の中央では六角錐形であるように第１のレジストマスク５０１および第２のレジストマスク５０３のそれぞれを形成して凹凸領域を形成したことを除いては上記実施例２の方法にしたがって、半導体発光素子を製造した。母材基板の第２面の周縁側に形成された凸状部材の底面の形状はいずれも円形であった。母材基板の第２面の中央側に形成された凸状部材の底面の形状はいずれも六角形であった。

＜実施例９＞
母材基板の第２面の周縁の方が当該第２面の中央よりも数密度が低くなるように第１のレジストマスク５０１および第２のレジストマスク５０３のそれぞれを形成して凹凸領域を形成したことを除いては上記実施例２の方法にしたがって、半導体発光素子を製造した。凸状部材の数密度は、母材基板の第２面の周縁側では８００００個／ｍｍ²であったが、母材基板の第２面の中央側では１２００００個／ｍｍ²であった。

＜実施例１０＞
母材基板の第２面の周縁の方が当該第２面の中央よりも数密度が高くなるように第１のレジストマスク５０１および第２のレジストマスク５０３のそれぞれを形成して凹凸領域を形成したことを除いては上記実施例２の方法にしたがって、半導体発光素子を製造した。凸状部材の数密度は、母材基板の第２面の周縁側では１２００００個／ｍｍ²であったが、母材基板の第２面の中央側では８００００個／ｍ²であった。

＜比較例１＞
大きさおよび形状が同一のマスクを等間隔に形成して凹凸領域を形成したことを除いては上記実施例２の方法にしたがって、半導体発光素子を製造した。

＜評価＞
製造された実施例１〜１０および比較例１の半導体発光素子の光取り出し効率を測定した。実施例１〜１０の半導体発光素子は、比較例１の半導体発光素子よりも光取り出し効率に優れていた。その理由としては、次に示すことが考えられる。実施例１〜１０の凹凸領域は、大きさ若しくは外形が異なる２種以上の凸状部材を含む、または、複数の凸状部材の数密度が異なる２種以上の領域を含む。一方、比較例１の凹凸領域では、大きさおよび外形が同一の複数の凸状部材が等間隔に配置されている。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

３基板、３Ａ第１面、３Ｂ，３０Ｂ第２面、５バッファ層、７下地層、９第１導電型半導体層、１１発光層、１３第２導電型半導体層、１５第１電極、１７透明導電膜、１９第２電極、２１保護膜、２５メサ構造、３０母材基板、３１，４１，５１，６１，７１，８１，９１，１０１，１３１凹凸領域、３１Ａ，４１Ａ，６１Ａ，７１Ａ，８１Ａ，９１Ａ，１０１Ａ第１の凸状部材、３１Ｂ，４１Ｂ，６１Ｂ，７１Ｂ，８１Ｂ，９１Ｂ，１０１Ｂ第２の凸状部材、５１Ａ凸状部材、４０１，４０２マスク、４０３，４０５レジストマスク、５０１，６０１第１のレジストマスク、５０３，６０３第２のレジストマスク。

Claims

基板と、前記基板の第１面上に順に設けられた第１導電型半導体層、発光層および第２導電型半導体層とを備えた半導体発光素子であって、
前記基板は、前記発光層が発する光が透過するように構成され、前記第１面とは反対側に位置する第２面に凹凸領域を有し、
前記凹凸領域は、前記第２面上に設けられ、大きさ若しくは外形が異なる２種以上の凸状部材を含む、または、前記第２面上に設けられた複数の凸状部材の数密度が異なる２種以上の領域を含む半導体発光素子。
前記基板は、前記第２面のうち当該第２面の周縁部分とは異なる部分に前記凹凸領域を有する請求項１に記載の半導体発光素子。
前記凸状部材の大きさ、外形または数密度は、前記第２面の周縁から当該第２面の中央に向かって徐々に変化する請求項１または２に記載の半導体発光素子。
前記凸状部材の外形は、円錐形または多角錐形である請求項１〜３のいずれかに記載の半導体発光素子。
前記凸状部材の外形は、当該凸状部材の側面が側面視において曲線である円錐形または多角錐形である請求項４に記載の半導体発光素子。
隣り合う前記凸状部材は、当該凸状部材のそれぞれの底面を構成する辺のうちの一辺が重なり合うように設けられている請求項１〜５のいずれかに記載の半導体発光素子。