JP2016134440A - 半導体発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】光放出面のうち、電極パッドに接する部分に電極パッド以外の部分の凹凸の高さよりも低い高さの凹凸を形成することにより凹凸パターンによる光取出し効率の改善と、電極形成工程における欠陥が少ない半導体発光素子を提供する。
【解決手段】半導体発光素子１０は、発光層１４と、発光層１４から発せられた光を放出する光放出面２１と、光放出面２１を覆うように形成された透光性無機化合物層１６と、発光層１４に電流を注入するための金属薄膜からなる電極パッド１９と、を有する。透光性無機化合物層１６は複数の凸部又は凹部からなるパターン構造を有し、かつ電極パッド１９に接する部分の凹凸部１７の頂部と底部の距離ｂ、それ以外の部分の凹凸部１８の頂部と底部の距離ａとした時にａとｂが、ｂ＜ａかつ５０ｎｍ≦ｂ≦１００ｎｍを満たす。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体発光素子に関する。

例えば、窒化ガリウム系半導体で作成される半導体発光素子では、約２．５の屈折率を有する半導体層から、１．５前後の屈折率を有する樹脂層に光が放出される。このように屈折率の高い媒質から低い媒質に光が入射する場合、臨界角以上の角度で入射する光は界面を透過せず全反射される。

半導体発光素子の半導体層と封止樹脂層のように大きな屈折率差がある場合、その臨界角は小さくなる。上記の窒化ガリウム系半導体の例では、屈折率２．５の半導体層中から３８°以上の角度で樹脂との界面に入射する光は全反射され、反射された光は半導体発光素子中で減衰するため、樹脂層中に取り出すことができない光のロスが発生する。

光として取り出されないエネルギーは熱に変換されるため、ＬＥＤ製品には放熱対策が必要であり、コスト増の一因となっている。そこで、半導体発光素子からの光取出し効率を上げるために、微細な凹凸パターンを設けることで、光の回折、散乱効果により、半導体発光素子内部での光の多重反射を抑制し、ＬＥＤの光取出し効率を向上させる技術の検討がなされている。

例えば、特許文献１、２には電極表面に凹凸を形成した発光素子に関する発明が開示されている。また、特許文献３には発光体近傍の透光性無機化合物層表面に凹凸を形成した発光素子に関する発明が開示されている。

特許文献１では、まず公知のフォトリソグラフィ法を用いてレジストパターンを形成し、レジストパターンをマスクとしてエッチングすることで、半導体発光素子の光放出面全体に凹凸部を形成している。

特許文献２では、公知のエッチング技術やリフトオフ技術を用いることによって、半導体発光素子の光放出面の一部に凹凸を形成している。

特許文献３では、ヒートモードの形状変化が可能な有機層を用いる方法により透光性無機化合物層に凹凸を形成している。

特開２００６−１２８２２７号公報 特開２００８−２４４４２５号公報 特開２０１０−１７７５８６号公報

前記のような方法で、光放出面に凹凸部を形成した半導体発光素子をＬＥＤ製品として用いる場合には、特許文献１に示すように、電気的接続を取るために金属を蒸着した電極パッドを凹凸部が形成された光放出面に形成してワイヤボンディングする。このとき、半導体発光素子の光放出面に形成された凹凸部により、電極パッドの接着不良や電極の剥がれが生じやすくなり、ＬＥＤ製品の歩留まりが低下する場合があった。

特許文献２では、金属電極の吸収を減らし反射光量を増加させる目的で二つのコンタクト部を形成し、そのコンタクト部以外の領域には凹凸を含むような構造が開示されている。しかしコンタクト部は基本的には平坦であり、コンタクト部にも凹凸がある場合に比べてそれほど発光効率を高めることができないと考えられる。

特許文献３では、透明導電体層表面に凹凸構造を設け、その凹凸構造を最適化することによって光取出し効率のさらなる向上を目指したものであるが、電極パッドに関しては何ら記載が無く、全面に凹凸が存在するため、電極パッドの剥がれが生じ収率が悪くなる問題点があると考えられる。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、光放出面のうち、電極パッドに接する部分に電極パッド以外の部分の凹凸の高さよりも低い高さの凹凸を形成することにより凹凸パターンによる光取出し効率の改善と、電極形成工程における欠陥が少ない半導体発光素子を提供することを目的とする。

本発明の半導体発光素子は、発光層と、前記発光層から発せられた光を放出する光放出面と、前記光放出面を覆うように形成された透光性無機化合物層と、前記発光層に電流を注入するための金属薄膜からなる電極パッドと、を有する半導体発光素子であって、前記透光性無機化合物層は複数の凸部又は凹部からなるパターン構造を有し、かつ電極パッドに接する部分の前記凸部又は凹部の頂部と底部の距離ｂ、それ以外の部分の前記凸部又は凹部の頂部と底部の距離ａとした時にａとｂが、ｂ＜ａかつ５０ｎｍ≦ｂ≦１００ｎｍを満たすことを特徴とする。

この構成によれば、半導体発光素子の光放出面に複数の凸部又は凹部からなるパターン構造を有することにより、光を回折させて半導体発光素子内部での多重反射を抑制する結果、半導体発光素子の発光効率を高めることが可能になる。電極パッドに接する部分には最適化された高さを持つ凹凸を作製することにより、電極パッドにより反射される光の角度の変化を最大化させることができるので、発光効率をより高めることができる。また電極パッドに接する部分では比較的低い高さを持つ凹凸を形成することにより、電極パッド形成時の剥がれを抑制することができ、本発明の半導体発光素子を用いた半導体発光装置の歩留りを高めることができる。

本発明の半導体発光素子は、前記凸部又は凹部のパターンのピッチＰが１００ｎｍ＜Ｐ＜１００００ｎｍを満たすことが好ましい。

本発明の半導体発光素子は、前記透光性無機化合物層が透明導電膜層で形成されることが好ましい。

本発明の半導体発光素子は、前記透明導電膜層がＩＴＯで形成されることが好ましい。

本発明によれば、光放出面のうち、電極パッドに接する部分に電極パッド以外の部分の凹凸の高さよりも低い高さの凹凸を形成することにより凹凸パターンによる光取出し効率の改善と、電極形成工程における欠陥が少ない半導体発光素子を提供することができる。

本実施の形態に係る半導体発光素子を示す断面概略図である。 実施例１に係る半導体発光素子を作製する時のプロセスの模式図である。 実施例２に係る半導体発光素子を作製する時のプロセスの模式図である。

以下、本発明の実施の形態について、以下詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。

図１は、本実施の形態に係る半導体発光素子を示す断面概略図である。図１に示すように、本実施の形態に係る半導体発光素子１０は、基材１１の一つの主面には微細構造層１１１が設けられている。微細構造層１１１は複数の凸部又は凹部からなる凹凸部である。基材１１の微細構造層１１１は形成されていなくても良い。

基材１１の微細構造層１１１を配置する側の主面上にはバッファ層１２、ｎ型半導体層１３、発光層１４及びｐ型半導体層１５が順次積層されている。ｎ型半導体層１３の一部にはＬＥＤを駆動するための電極パッド２０が設けられている。ｐ型半導体層１５の主面上には光放出面２１が設けられており、光放出面２１の上に透光性無機化合物層１６が設けられている。

透光性無機化合物層１６の発光層１４側とは逆の主面上には複数の凸部及び凹部からなるパターン構造である凹凸部１７、１８が設けられており、その一部にはＬＥＤを駆動するための電極パッド１９が設けられている。電極パッド１９に接する凹凸部１７の凹凸の高さはその他の凹凸部１８の凹凸の高さよりも低い構造となっている。

すなわち、本実施の形態に係る半導体発光素子１０において、電極パッド１９に接する部分（凹凸部１７）の凸部又は凹部の頂部と底部の距離ｂ、それ以外の部分の凸部又は凹部（凹凸部１８）の頂部と底部の距離ａとした時にａとｂが、ｂ＜ａかつ５０ｎｍ≦ｂ≦１００ｎｍを満たす。

基材１１は、半導体発光素子として使用できるものであれば、特に制限は無い。例えば、石英ガラス、サファイア、ＳｉＣ、ＳｉＮ、ＧａＮ、シリコン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化マンガン、酸化ジルコニウム、酸化マンガン亜鉛鉄、酸化マグネシウムアルミニウム、ホウ化ジルコニウム、酸化ガリウム、酸化インジウム、酸化リチウムガリウム、酸化リチウムアルミニウム、酸化ネオジウムガリウム、酸化ランタンストロンチウムアルミニウムタンタル、酸化ストロンチウムチタン、酸化チタン、ハフニウム、タングステン、モリブデン及びＧａ系半導体（例えば、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ等）を用いることができる。なかでも半導体層との格子マッチングの観点から、サファイア、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＳｉＣの半導体発光素子用基材等を適用することが好ましい。さらに、単体で用いてもよく、これらを用いた半導体発光素子用基材本体上に別の半導体発光素子用基材を設けたヘテロ構造の半導体発光素子用基材としてもよい。また、これらの半導体発光素子用基材の積層半導体層と接する面には、半導体発光素子内部での光の導波方向を変えて外部量子効率を上げる目的や、積層半導体層中に生じる結晶の転位欠陥を低減する目的のために、ナノメートルオーダー又はミクロンオーダーの凹凸構造が形成されていてもよい。

ｎ型半導体層１３の材質は、半導体発光素子に適したｎ型半導体層として使用できるものであれば、特に制限はない。例えば、シリコン、ゲルマニウム等の元素半導体、及び、ＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族、ＶＩ−ＶＩ族等の化合物半導体に適宜、種々の元素をドープしたものを適用できる。

ｐ型半導体層１５の材質は、半導体発光素子に適したｐ型半導体層として使用できるものであれば、特に制限はない。例えば、シリコン、ゲルマニウム等の元素半導体、及び、ＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族、ＶＩ−ＶＩ族等の化合物半導体に適宜、種々の元素をドープしたものを適用できる。

また、ｎ型半導体層１３及びｐ型半導体層１５には、適宜、図示しないｎ型クラッド層及びｐ型クラッド層を設けることができる。

本実施の形態に係る半導体発光素子１０においては、積層半導体層を形成した後、半導体発光素子用基材を、レーザーリフトオフ法等の公知の技術により、剥離して用いてもよい。すなわち半導体発光素子に上記した半導体発光素子用基材はなくてもよい。

本実施の形態に係る半導体発光素子１０においては、光放出面２１側の半導体層に、透光性無機化合物層１６が積層されていることが必要である。本発明において透光性無機化合物は、ＩＴＯ、ＡＺＯ、ＧＺＯ、ＦＴＯ、ＮＴＯ、ＡＴＯ、ＴＴＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、ＩＺＯ、ＩＧＺＯ等の公知の透明導電膜層（透明導電性無機酸化物層）からなる群、あるいは、発光層から発生する波長の光に対して吸収がほとんどなく、実質的に透明である無機化合物からなる群より選択される。例えば、該当する波長の光に対する吸収がほとんどない状態とは、具体的には、該当する波長の光に対する吸収率が１０％以下であり、好ましくは５％以下であり、より好ましくは２％以下である。また、実質的に透明とは、該当する波長の光の透過率が、８０％以上であり、好ましくは、８５％以上であり、より好ましくは、９０％以上であると定義される。すなわち、可視光領域に光の吸収を有し着色している物質であっても、発光層から発生する波長の光に対する吸収率が低ければ、透光性無機化合物として利用可能である。

透光性無機化合物層１６として透明導電膜層が半導体層の上に積層されていると、導電性が無い場合に比べて、電流を面内方向に広げることができ、発光のムラを無くし、均一な発光特性を持つ発光素子を作製でき、電極パッド１９と半導体層の接触抵抗を低減し、効率的に電流を流すことができる。

さらに、透光性無機化合物層１６は、高屈折率であることが好ましい。例えば、窒化ガリウム系半導体（屈折率約２．５）や、リン化アルミニウムガリウムインジウム系半導体（屈折率約３．４）よりも低い屈折率を有する場合、半導体層と透光性無機化合物層１６との屈折率差が大きいほど、界面における臨界角が小さくなり、半導体発光素子１０内部で多重反射を繰り返して減衰する光の割合が増えるので好ましくない。高屈折率を示す透光性無機化合物としては、前記の透明導電膜層からなる群に加え、酸化チタン、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、二酸化テルル、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、五酸化ニオブ、ヒ化アルミニウム、ヒ化アルミニウムガリウム、ヒ化ガリウム、ヒ化ガリウムインジウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、三ホウ酸ビスマス、ケイ酸ビスマス、ニオブ酸リチウム、酸窒化アルミニウム、リン化アルミニウムガリウムインジウム、リン化ガリウム、及びリン化インジウム等が例示されるが、これらに限定されるものではない。また、透光性無機化合物は単体で用いてもよく、複数の透光性無機化合物を積層して用いてもよい。

透光性無機化合物層１６を成膜する方法としては、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）、分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ）、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、液相エピタキシャル成長法、液相析出法、塗布法、及びゾルゲル法等を適用できる。

本実施の形態における半導体発光素子１０に用いられる透光性無機化合物層１６としては、光放出面２１に凹凸部１７を形成する加工性の観点から、公知のドライエッチング、又はウェットエッチングを容易に行うことができる材質であることが好ましい。上記に挙げた材質の中では、ＩＴＯ、ＡＺＯ、ＧＺＯ、ＦＴＯ、ＮＴＯ、ＡＴＯ、ＴＴＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、ＩＺＯ、ＩＧＺＯ、酸化チタン、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、五酸化ニオブ、ヒ化アルミニウム、ヒ化アルミニウムガリウム、ヒ化ガリウム、ヒ化ガリウムインジウム、リン化アルミニウムガリウムインジウム、リン化ガリウム及びリン化インジウムが好ましい。特に、透明性、及び導電性の観点からＩＴＯが好ましい。

パターン構造を構成する複数の凸部又は凹部のピッチＰは、特に限定されないが、１００ｎｍ以上１００００ｎｍ以下であることが好ましい。より好ましくは１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である。ピッチＰが前記範囲中であると、発光部からの光の波長と同程度のピッチとなり、光の回折や散乱の効果が大きくなるため、より光取り出し効率が向上する。

また凸部又は凹部のピッチＰが周期的な間隔であった場合、回折効果が効率よく発現し、回折による光取り出し効率が向上する。つまり、発光素子の特性と用途等により凹凸パターンのピッチＰやパターン形状を種々選択し、最適な構造を選択することができる。

凸部の表面は、円形状、楕円形状、正方形状、矩形上、台形状、ラインアンドスペース形状等を選択することができる。

配列した凹凸部を形成する方法としては特に制限されるものではなく、フォトリソグラフィ法やナノインプリントリソグラフィ法などが挙げられる。例えば、ナノインプリントリソグラフィ法の一つの形態として、ナノインプリントによって、凹凸構造が配列したモールドを作成し、予めモールド上にレジストを積層したレジストシートを作成する。次に、透光性無機化合物層１６の表面にレジストシートを貼り付ける。そして、モールドを剥離することにより、半導体発光素子１０の光放出面２１に配列構造を有するレジスト層を転写することができる。前記転写されたレジスト層をマスクとして、透光性無機化合物層１６の表面をエッチングすることで、所定の周期配列パターンを転写し、配列した凹凸部１７を形成することができる。

凹凸部１７を形成するためのエッチング方法としては、レジスト層をマスクとして透光性無機化合物層１６の表面に凹凸を形成できれば、特に限定されるものではなく、ウェットエッチング、ドライエッチング等が適用できる。特に、凹凸構造を深く形成できるためドライエッチング法が好ましい。ドライエッチング法の中でも異方性ドライエッチングが好ましく、ＩＣＰ−ＲＩＥやＥＣＭ−ＲＩＥが好ましい。ドライエッチングに使用する反応ガスとしては、半導体層又は透光性無機化合物層１６の材質と反応すれば、特に限定されるものではないが、ＢＣｌ_３、Ｃｌ_２、ＣＨＦ_３、ＣＦ_４、ＳＦ_６、又はこれらの混合ガスが好ましく、適宜、Ａｒ、Ｏ_２等、その他のガスを混合できる。

また、前記転写されたレジスト層をマスクとして、半導体層表面、もしくは透光性無機化合物層１６の表面に、さらに透光性無機化合物を積層し、マスクを溶解又は膨潤剥離することで、凹凸部１７を形成することもできる。

凹凸部１７を形成した後、残存するレジスト層がある場合はそれを除去する工程、ドライエッチング後の表面を洗浄する工程が、適宜行われる。

残存するレジスト層を除去する工程は、剥離液を用いたウェットプロセス、光励起アッシングやプラズマアッシング等のドライプロセスで行うことができる。表面の酸化等による劣化を低減する目的や生産性の観点から、剥離液を用いたウェットプロセスが好ましい。剥離液としては、公知の有機溶剤系及び水系剥離液を、特に制限なく用いることができる。

また、ドライエッチング法で凹凸部１７を形成した場合、ドライエッチング工程では、副生成物の堆積とエッチングが常に競争して起きているので、有機レジスト存在下でドライエッチングされた表面には、有機薄膜が残存していることがある。凹凸部１７を形成する層が透明導電膜層である場合、有機薄膜が残存していると、界面の接触抵抗が高くなったり、表面に積層される電極パッド１９との密着性が悪くなり、剥離不良の発生頻度が高くなったりすることがある。また、塩素系ガスを用いたドライエッチングで凹凸部１７が形成された場合は、凹凸部１７の表面に塩素原子を含む層が残存する。このような残留塩素があると、ＬＥＤ製品の金属部品を腐食する原因となり、ＬＥＤ製品の長期信頼性を低下させることがある。凹凸部１７が、半導体発光素子１０の電気的特性に影響しない透光性無機化合物層１６に形成される場合であっても、有機薄膜が残存することで、ＬＥＤ製品の着色の原因になるなど、長期信頼性の低下を招くことがある。したがって、透光性無機化合物層１６の表面を洗浄することが好ましい。ドライエッチング後の表面を洗浄する方法としては、公知の洗浄液を用いる方法が利用できる。

本実施の形態における半導体発光素子１０は、前記の方法で光放出面２１に凹凸部１７を形成すると同時、又は、電極パッド１９を配置する予定以外の部分の凹凸を形成した後に、その凹凸部１７の高さよりも低い高さを持つ凹凸部１８を作製する。

部分的により低い高さを持つ凹凸部１８の作製方法としては特に限定されるものではなく、公知の方法を用いることができる。例えばフォトリソグラフィ法やナノインプリントリソグラフィ法で低い凹凸部１８を作製する部分のレジストのみを除去し、その後ドライエッチングやウェットエッチングを行う方法がある。またリフトオフプロセスにより凹凸部１８を後から形成することもできる。

本実施の形態に係る半導体発光素子１０においては、電極パッド１９に接する部分以外の凹凸部１７の高さよりも低い高さを持つ凹凸部１８が形成された透光性無機化合物層１６の表面に、電極パッド材料が成膜されて電極パッド１９が形成される。

上記のような構成とすることで、光放出面２１に一様な凹凸が作製されている場合と比べて、凹部の底部と凸部の頂部の高さの差が小さくなるので、電極パッド１９形成時に凹凸と電極パッド１９の間のボイドを低減し、透光性無機化合物層１６の表面に金属が均一に形成される確率が上がり、電極パッド１９が透光性無機化合物層１６から剥がれる確率を少なくすることができる。

また、電極パッド１９と接する部分が平坦となっている場合と比べて、実質的な表面積が大きくなるため、ぬれに伴う表面エネルギーの変化が強調され、撥液性の表面はより撥液性になり、親液性の表面はより親液性が増す効果により電極パッド１９が剥がれづらくなる。さらに電極パッド１９と透光性無機化合物層１６とが接している面積が増加するので、接触抵抗を下げることができる。

また、凹凸部１７、１８の高さが異なっているとはいえ、光放出面２１全体に凹凸部１７、１８が作製されているため、主面の面積を効率よく利用し、光放出面２１全面で凹凸部１７、１８による効果を得ることができるので、より発光効率を高めることができる。

また、凹凸部１７、１８の高さを最適化することにより０次反射以外の例えば−１次反射の総量を高めることができ、角度変化の効果を最大限に発揮することができる。

電極パッド１９が無い部分では凹凸パターンによる出射光の角度の変化で全反射を低減する効果と反射光の角度の変化で多重反射の反射回数を減らす効果により発光効率を高めることができる。

本発明の半導体発光素子基板は公知の方法で素子化することができる。

フェースアップ型の窒化ガリウム系ＬＥＤの場合を例に取って説明すると、半導体発光素子基板にフォトレジストを成膜し、フォトリソグラフィを行って素子区画をパターニングする。レジストで覆われていない部分の積層半導体層を、塩素系ドライエッチング法でｎ型半導体層までエッチングした後、レジストを除去する。再度、フォトレジストを成膜して、フォトリソグラフィを行って電極パッド形成部位をパターニングする。次に、真空蒸着法で電極パッド材料（Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｕ、ＩＴＯ等）を全面に成膜する。その後、レジストマスクとレジスト上に成膜された電極パッド材料を除去して、ｐ型半導体層又は透明導電膜上にｐ電極パッドが形成され、ｎ型半導体層上にｎ電極パッドが形成された半導体発光素子基板が得られる。

次に、半導体発光素子基板をチップ化する工程が行われる。半導体発光素子用基材を研削・研磨して、個別の素子に裁断し易い薄さに加工する。ダイヤモンド刃やレーザーを用いて、素子区画に沿ってスクライビングを行い、スクライブラインを起点として、素子区画ごとに裁断される。裁断された素子はチップボンディング、ワイヤボンディング、蛍光体と封止樹脂の充填、及び樹脂硬化工程を経て、ＬＥＤパッケージが製造される。

本実施の形態に係る半導体発光素子１０を封止する封止樹脂としては、一般的なエポキシ系封止樹脂やシリコーン系封止樹脂を用いることができる。本発明においては光放出面２１に凹凸部１７、１８が形成されているので、平滑面の場合に比べて実質的な表面積が大きくなり、ぬれに伴う表面エネルギーの変化が強調され、親液性の表面はより親液性が増す効果により、本実施の形態に係る半導体発光素子１０の光放出面２１は、封止樹脂に対するぬれ性が向上し、樹脂封止工程における空隙の発生が抑制される。

以下、本発明の効果を明確にするために行った実施例をもとに本発明をより詳細に説明する。なお、下記実施の形態における材料、使用組成、処理工程等は例示的なものであり、適宜変更して実施することが可能である。その他、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、適宜変更して実施することが可能である。そのため、本発明は以下の実施例によって何ら限定されるものではない。

［作製例１］
（積層半導体基板の形成）
サファイア半導体発光素子用基材上に、ＭＯＣＶＤにより、（１）ＧａＮ低温バッファ層、（２）ｎ型ＧａＮ層、（３）ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、（４）ＩｎＧａＮ発光層（ＭＱＷ）、（５）ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層及び（６）ｐ型ＧａＮ層を連続的に積層し、電子ビーム蒸着法で（７）ＩＴＯ層を積層した。上記構成により、半導体層からの発光は４６０ｎｍであり、ＩＴＯ層の膜厚は、６００ｎｍとした。

［作製例２］
（感光性樹脂材の調整）
下記の表１に示すように感光性樹脂材（Ａ）及び（Ｂ）を調整した。

なお、表１に記載されたＥＡ−ＨＧ００１は、９，９’−ビス（４−（アクリロキシエトキシ）フェニル）フルオレン（大阪ガスケミカル社製）である。また、ＥＡ−６３４０は、酸変性ノボラックエポキシアクリレート（新中村化学社製、商品名）である。また３−ＡＰＴＭＳは、３−アクリロキシプロピルトリメトキシシランである。またＴＴＢは、テトラｎ−ブトキシチタン（東京化成工業社製）である。またＳＨ７１０は、トリメチル末端フェニルメチルシロキサン（東レダウコーニング社製）である。また、Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）１８４は、１−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニルケトン（ＢＡＳＦ社製）である。また、Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）３６９は、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）−ブタノン（ＢＡＳＦ社製）である。また、Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）８１９はビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）−フェニルフォスフィンオキサイド（ＢＡＳＦ社製）である。また、ＰＧＭＥは、プロピレングリコールモノメチルエーテルである。

［作製例３］
（レジストシートの作製）
半導体パルスレーザを用いた直接描画リソグラフィー法にて微細なドットパターンを備える樹脂モールド作製用鋳型を形成した。続いて、前記樹脂モールド作製用鋳型を用いた転写工程を経て、以下の凹部からなるドットパターンを有するフィルムモールドを作製した。
凹部の直径：６５０ｎｍ
凹部深さ：８００ｎｍ
ピッチＰ：７００ｎｍ

作製例２で調整した感光性樹脂材（Ｂ）を、上記のフィルムモールド上にバーコーター（Ｎｏ４）を用いて塗布しシートを得た。そしてシートを、１０５℃のオーブンで１０分乾燥させた。得られたシートに、さらに感光性樹脂材（Ａ）を、バーコーター（Ｎｏ４）を用いて塗布しシートを得た。そしてシートを、１２０℃のオーブンで１５分乾燥させて、レジストシートを作製した。

［実施例１］
（レジストシート転写）
作製例１で作製した積層半導体基板の一番上部のＩＴＯ層２２（図２Ａ）に公知のフォトリソグラフィ技術を用いて透光性無機化合物層のうち電極パッドが接しない部分に上記感光性樹脂材（Ａ）層２３のパターンを形成した（図２Ａ）。次にＩＴＯ面が上になるようにホットプレート上に置いて、基板表面温度が８５℃になるように加熱した。そのまま基板を加熱しながら、作製例３で作成したレジストシートの感光性樹脂材（Ｂ）層２４の塗工面がＩＴＯ面に接する向きで接触させ、ゴムローラーで加圧して熱圧着させた。ホットプレート上から取り上げ、フィルムモールド側から紫外線を２５００ｍＪ／ｃｍ^２で照射し、感光性樹脂材（Ａ）層２３及び感光性樹脂材（Ｂ）層２４からなるレジスト層を硬化させた。硬化後、フィルムモールドを剥離し、ＩＴＯ表面にフィルムモールドのパターンが転写されたレジスト（感光性樹脂材（Ａ）層２３及び感光性樹脂材（Ｂ）層２４）／ＩＴＯ層２２／積層半導体基板を得た（図２Ｂ）。

（酸素プラズマアッシング：レジスト層）
ＲＦエッチング装置（神港精機株式会社製）を用い、下記エッチング条件でレジスト層をエッチングした。
エッチングガス：Ｏ_２
ガス流量：５０ｓｃｃｍ
エッチング圧力：１Ｐａ
ＲＩＥパワー：３００ｗ
処理時間：１５分

酸素プラズマアッシング後、フィルムモールドの凹部と同様のパターンを有するピラー状のレジストパターン（感光性樹脂材（Ａ）層２３及び感光性樹脂材（Ｂ）層２４からなる）がＩＴＯ層２２の表面に形成された（図２Ｃ）。

（エッチング：ＩＴＯ層）
反応性イオンエッチング装置（ＲＩＥ−１０１ｉＰＨ、サムコ株式会社製）を用い、下記エッチング条件でＩＴＯ層２２をエッチングした。
エッチングガス：ＢＣｌ_３
ガス流量：２０ｓｃｃｍ
エッチング圧力：０．２Ｐａ
アンテナ：１５０ｗ
バイアス：１００ｗ
処理時間：７分

エッチング後、感光性樹脂材（Ａ）層２３の高さが低い部分では、先に感光性樹脂材（Ａ）がエッチングされる。感光性樹脂材（Ａ）層２３のパターンが無くなった部分のエッチングレートは増加するので、より深くまでＩＴＯ層２２がエッチングされることになる（図２Ｄ）。

（残存レジスト除去）
エッチング後の半導体発光素子基板のＩＴＯ層２２の表面の凸部の上には、感光性樹脂材（Ａ）層２３が残存している。ＫＯＨを１５部、純水を１０部、ＰＧＭＥを７５部、トリエタノールアミンを１０部混合したレジスト剥離液を６０℃に加温した液中に、ドライエッチング後の半導体発光素子基板を３０分浸漬した。その後、塩酸と硝酸の混酸であるＩＴＯエッチング液（ＩＴＯ−０２：関東科学株式会社製）を３５℃に加温した液中に、ドライエッチング後の半導体発光素子基板を５秒浸漬した。その後、純水で洗浄を行った（図２Ｅ）。

走査型電子顕微鏡により作製したパターンの断面を観察したところ、電極に接している部分のパターンの高さｂは７５ｎｍ、それ以外の領域のパターンの高さａは３５０ｎｍであった。

（電極パッドの取り付け、裁断）
さらに、公知の方法で電極パッドを取り付け、各素子区画に裁断して半導体発光素子とした。

（半導体発光装置）
上記のように得られた半導体発光素子をパッケージに配置し、電極パッドにＡｕワイヤを介して電気的に接続した。次に、パッケージ内に配置された半導体発光素子を、屈折率１．５４のシリコーン系封止剤で半球型の樹脂封止を行い、半導体発光装置を作製した。

［実施例２］
（レジストシート転写）
作製例１で作製した積層半導体基板をＩＴＯ面が上になるようにホットプレート上に置いて、基板表面温度が８５℃になるように加熱した。そのまま基板を加熱しながら、作製例３で作成したレジストシートの感光性樹脂塗工面がＩＴＯ層の表面に接する向きで接触させ、ゴムローラーで加圧して熱圧着させた。ホットプレート上から取り上げ、フィルムモールド側から紫外線を２５００ｍＪ／ｃｍ^２で照射し、レジスト層を硬化させた。この際、感光性樹脂層（Ａ）はポジレジストであり、電極パッドの部分を遮光するようなマスクパターンを用いる。硬化後、フィルムモールドを剥離し、０．０１％のＴＭＡＨ水溶液を用いて現像を行う。この工程によって、電極パッドの部分を平坦部にして、パターンが作製されないようにする。このようにしてＩＴＯ表面の一部にフィルムモールドのパターンが転写されたレジスト（感光性樹脂材（Ａ）層２３及び感光性樹脂材（Ｂ）層２４）／ＩＴＯ層２２／積層半導体基板を得た（図３Ａ）。

（酸素プラズマアッシング：レジスト層）
実施例１と同様の条件で酸素プラズマアッシングを行った。酸素プラズマアッシング後、前記フィルムモールドの凹部と同様のパターンを有するピラー状のレジストパターン（感光性樹脂材（Ａ）層２３及び感光性樹脂材（Ｂ）層２４）がＩＴＯ層２２の表面に形成された（図３Ｂ）。

（エッチング：ＩＴＯ層）
実施例１と同様の条件でＩＴＯ層２２のエッチングを行った。電極パッドが配置される部分はパターンが無いため、大きくエッチングされる（図３Ｃ）。

（残存レジスト除去）
実施例１と同様の条件で残存レジスト（感光性樹脂材（Ａ）層２３）の除去を行った（図３Ｄ）。

（凹凸の高さが低い部分の作製）
公知のフォトリソグラフィ技術を用いて電極パッドが配置される部分以外のパターンの部分をレジストで覆う。その上に前記レジストシートを転写し、酸素プラズマアッシング工程を行う。この際、酸素プラズマアッシング工程の時間は、最初にフォトリソグラフィ工程により作製したレジストが残る程度の時間とした。その後、公知のスパッタ技術を用いて、ＩＴＯ層２２を堆積させ、前記残存レジスト除去工程を行う。すると電極パッドに接する部分のパターン高さがそれ以外の領域の高さよりも低いパターン構造が作製できる（図３Ｅ）。

走査型電子顕微鏡により作製したパターンの断面を観察したところ電極に接している部分のパターンの高さｂは８０ｎｍ、それ以外の領域のパターンの高さａは３６０ｎｍであった。

（電極パッドの取り付け、裁断）
前記実施例１と同様の方法、条件で電極パッドを取り付け、各素子区画に裁断して半導体発光素子とした。

（半導体発光装置）
前記実施例１と同様の方法、条件で得られた半導体発光素子をパッケージに配置し、電極パッドにＡｕワイヤを介して電気的に接続し、屈折率１．５４のシリコーン系封止剤で半球型の樹脂封止を行い、半導体発光装置を作製した。

［比較例１］
配列した凹凸部の形成を行わず、透明導電体層表面が平滑なままで半導体発光装置を作製した。

［比較例２］
実施例１と同様の方法で、全て一様な高さを持つ凹凸部を形成した後、凹凸の高さが低い部分の作製の工程を含めずに半導体発光装置を作製した。

（良品率の測定）
得られた半導体発光装置の電極脱落の発生率を観察した。電極脱落が観察されなかったサンプルを良品とし、良品率を表２に示した。

（発光出力の測定）
実施例１、実施例２、比較例１及び比較例２の各半導体発光装置に対し、カソードとアノードの間に２０ｍＡの電流を流し発光出力を測定した。表２には、比較例１の半導体発光装置からの発光出力を１としたときの発光出力比が示されている。

表２から分かる通り、実施例１、実施例２及び比較例１では良品率は１００％であるのに対し、比較例２では９０％と歩留りが悪くなっている。これは表面の凹凸が大きすぎるので多くの電極で電極剥がれが生じたためである。

出力比を比較すると、実施例１、実施例２及び比較例２の出力比は比較例１と比べて大きくなっており、さらに実施例１と実施例２の方が出力比が高くなっている。

（電極パッドに接する領域のパターン高さｂの最適値）
ＩＴＯ層上にＣｒの電極パッドが配置されており、ＩＴＯ層の表面に凹凸パターンがあり、その凹凸パターンのうち電極パッドに接する領域のパターン高さｂがその他の領域のパターン高さよりも低い構造を想定し、Ｇｒａｔｉｎｇ Ｓｏｌｖｅｒ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｏｍｐａｎｙ社製のＧｓｏｌｖｅｒによるコンピュータシミュレーションを行った。パターンのピッチを３００ｎｍと７００ｎｍとし、それぞれの電極パッドに接する領域のパターン高さｂを０ｎｍ（パターン無し）、２５ｎｍ、５０ｎｍ、７５ｎｍ、１００ｎｍ、１５０ｎｍと変化させ、その時の−１次反射光の反射率の総量を計算した。この値が大きくなれば、電極パッド領域に入射する光の反射光の角度をより変化させることができる。結果を表３に示す。

表３よりピッチ３００ｎｍ及び７００ｎｍのいずれの場合においても電極パッドに接する部分のパターン高さｂが５０ｎｍ≦ｂ≦１００ｎｍの時に−１次反射光の反射率の和が他の値よりも大きい値となり、最適な高さであることが分かる。さらに好ましくは５０ｎｍ≦ｂ≦７５ｎｍであることが分かる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、さまざまに変更して実施可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状等については、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更が可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施可能である。

本発明の半導体発光素子は、発光体近傍の透明導電体層表面に凹凸を形成し、電極パッドに接する部分の透明導電体層の凹凸の高さをその他の部分の凹凸の高さよりも低く、かつ最適な高さに形成することによって、反射光の角度をより変化させることができ、より光取出し効率の向上が可能となる。また金属電極や封止樹脂の剥がれを抑制できる。よって、例えば、ＬＥＤ、蛍光灯、ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子、プラズマディスプレイなどに好適に用いられるが、これらの中でも、ＬＥＤが特に好ましい。

１０ 半導体発光素子
１１ 基材
１２ バッファ層
１３ ｎ型半導体層
１４ 発光層
１５ ｐ型半導体層
１６ 透光性無機化合物層
１７、１８ 凹凸部
１９、２０ 電極パッド
２１ 光放出面
２２ ＩＴＯ層
２３ 感光性樹脂材（Ａ）層
２４ 感光性樹脂材（Ｂ）層

Claims (4)

1. 発光層と、前記発光層から発せられた光を放出する光放出面と、前記光放出面を覆うように形成された透光性無機化合物層と、前記発光層に電流を注入するための金属薄膜からなる電極パッドと、を有し、
   前記透光性無機化合物層は、複数の凸部又は凹部からなるパターン構造を有し、かつ、前記電極パッドに接する部分の前記凸部又は凹部の頂部と底部の距離ｂ、それ以外の部分の前記凸部又は凹部の頂部と底部の距離ａとした時にａとｂが、
   ｂ＜ａ
   かつ
   ５０ｎｍ≦ｂ≦１００ｎｍ
   を満たすことを特徴とする半導体発光素子。
2. 前記凸部又は凹部のパターンのピッチＰが１００ｎｍ＜Ｐ＜１００００ｎｍを満たすことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
3. 前記透光性無機化合物層が透明導電膜層で形成されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の半導体発光素子。
4. 前記透明導電膜層がＩＴＯで形成されることを特徴とする請求項３記載の半導体発光素子。

Images