JP2021141140A - 半導体発光素子および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】光の利用効率を向上することができる半導体発光素子を提供する。【解決手段】半導体発光素子１は、半導体発光素子本体２と、半導体発光素子本体の周囲を覆う保護層３と、半導体発光素子本体の側面２ｃと保護層との間に設けられた低屈折率層４とを備える。低屈折率層の屈折率が、０．９以上１．４５以下である。低屈折率層の屈折率を半導体発光素子本体の屈折率よりも低くし、かつ、半導体発光素子本体との屈折率差を大きくできるので、半導体発光素子本体の側面と低屈折率層との間での光の界面反射率を高めることができる。【選択図】図１

Description

本開示は、半導体発光素子およびそれを備える電子機器に関する。

近年、半導体発光素子では、半導体発光素子本体の活性層から放出された光の利用効率を向上することが望まれている。

例えば、特許文献１の技術では、半導体発光素子として、活性層を基板上に備え、基板と活性層の間に第１の光反射層を備えたものが提案されている。第１の光反射層は、アルミニウムを含む誘電体または空間を含む主反射部分と、アルミニウムを含む半導体層からなる副反射部分とを有する。

特許文献２の技術では、半導体発光素子として、一導電型半導体層と逆導電型半導体層からなる島状半導体層と、一導電型半導体層内に屈折率の異なる複数の反射層とを設け、反射層の一部の周縁部を除去したものが提案されている。

特開２００３−１６３３６８号公報 特開２００１−２８４６３８号公報

特許文献１、２の技術では、活性層等の発光部から生じた光のうち半導体発光素子本体の側面へ向かう光を外部に取り出す観点で、光の利用効率向上の余地がある。

本開示は、光の利用効率を向上することができる半導体発光素子およびそれを備える電子機器を目的の一つとする。

第１の開示は、
半導体発光素子本体と、
半導体発光素子本体の周囲を覆う保護層と、
半導体発光素子本体の側面と保護層との間に設けられた低屈折率層と
を備え、
低屈折率層の屈折率が、０．９以上１．４５以下である半導体発光素子である。

第２の開示は、第１の開示の半導体発光素子を備える電子機器である。

図１Ａは、第１の実施形態に係る半導体発光素子の構成の一例を示す平面図である。図１Ｂは、図１ＡのＩＢ−ＩＢ線に沿った断面図である。 図２は、図１Ｂの領域Ｒを拡大して表す断面図である。 図３は、第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の一例を説明するための断面図である。 図４Ａは、第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の一例を説明するための平面図である。図４Ｂは、図４ＡのＩＶＢ−ＩＶＢ線に沿った断面図である。 図５Ａは、第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の一例を説明するための平面図である。図５Ｂは、図５ＡのＶＢ−ＶＢ線に沿った断面図である。 図６Ａは、第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の一例を説明するための平面図である。図６Ｂは、図６ＡのＶＩＢ−ＶＩＢ線に沿った断面図である。 図７Ａは、第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の一例を説明するための平面図である。図７Ｂは、図７ＡのＶIIＢ−ＶIIＢ線に沿った断面図である。 図８Ａは、第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の一例を説明するための平面図である。図８Ｂは、図８ＡのＶIIIＢ−ＶIIIＢ線に沿った断面図である。 図９Ａは、第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の一例を説明するための平面図である。図９Ｂは、図９ＡのＩＸＢ−ＩＸＢ線に沿った断面図である。 図１０Ａは、第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の一例を説明するための平面図である。図１０Ｂは、図１０ＡのＸＢ−ＸＢ線に沿った断面図である。 図１１Ａは、第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の一例を説明するための平面図である。図１１Ｂは、図１１ＡのＸＩＢ−ＸＩＢ線に沿った断面図である。 図１２は、第２の実施形態に係る半導体発光素子の構成の一例を示す平面図である。 図１３Ａ、図１３Ｂはそれぞれ、第２の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の一例を説明するための断面図である。 図１４は、第３の実施形態に係る半導体発光素子の構成の一例を示す平面図である。 図１５Ａ、図１５Ｂはそれぞれ、第３の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の一例を説明するための断面図である。 図１６Ａ、図１６Ｂはそれぞれ、第３の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の一例を説明するための断面図である。 図１７は、変形例１に係る半導体発光素子の構成の一例を示す断面図である。 図１８Ａは、変形例２に係る半導体発光素子の構成の一例を示す平面図である。図１８Ｂは、図１８ＡのＸＶIIIＢ−ＸＶIII線に沿った断面図である。

本開示の実施形態について以下の順序で説明する。なお、以下の実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。
１ 第１の実施形態
１．１ 半導体発光素子の構成
１．２ 半導体発光素子の製造方法
１．３ 作用効果
２ 第２の実施形態
２．１ 半導体発光素子の構成
２．２ 半導体発光素子の製造方法
２．３ 作用効果
３ 第３の実施形態
３．１ 半導体発光素子の構成
３．２ 半導体発光素子の製造方法
３．３ 作用効果
４ 変形例
５ 応用例
６ 実施例

＜１ 第１の実施形態＞
［１．１ 半導体発光素子の構成］
図１Ａは、第１の実施形態に係る半導体発光素子１の構成の一例を示す平面図である。図１Ｂは、図１ＡのＩＡ−ＩＡ線に沿った断面図である。半導体発光素子１は、半導体発光素子本体（以下単に「素子本体」という。）２と、保護層３と、低屈折率層４と、支持体５ａと、支持体５ｂと、中間層６とを備える。第１の実施形態では、半導体発光素子１が支持体５ａと支持体５ｂとの２つの支持体を備える例について説明するが、半導体発光素子１に備えられる支持体の数はこれに限定されるものではなく、１または３以上であってもよい。

（素子本体２）
素子本体２は、光を放射する。素子本体２は、第１の主面２ａと第２の主面２ｂと側面２ｃとを有する板状の素子である。第２の主面２ｂ側が、光の取り出し面となる。側面２ｃは、第１の主面２ａの面積が第２の主面２ｂの面積より小さくなるように、素子本体２の厚み方向に対して傾斜した傾斜面を有している。この傾斜面の角度を調整することにより、正面の光放射分布の形状を制御することができる。

素子本体２は、第１化合物半導体層２２ａと、活性層２１と、第２化合物半導体層２２ｂと、第１電極２３ａと、第２電極２３ｂとを備える。

（第１化合物半導体層２２ａ、第２化合物半導体層２２ｂ）
第１化合物半導体層２２ａの主面のうち、活性層２１側とは反対側となる面が、素子本体２の第１の主面２ａとなり、第２化合物半導体層２２ｂの主面のうち、活性層２１側とは反対側となる面が、素子本体２の第２の主面２ｂとなる。

第１化合物半導体層２２ａは第１導電型を有し、第２化合物半導体層２２ｂは、第１導電型と反対の導電型である第２導電型を有する。具体的には、第１化合物半導体層２２ａはｎ型を有し、第２化合物半導体層２２ｂはｐ型を有する。

第１化合物半導体層２２ａおよび第２化合物半導体層２２ｂは、化合物半導体を含む。化合物半導体としては、例えば、ＧａＮ系化合物半導体（ＡｌＧａＮ混晶、ＡｌＩｎＧａＮ混晶またはＩｎＧａＮ混晶を含む）、ＩｎＮ系化合物半導体、ＩｎＰ系化合物半導体、ＡｌＮ系化合物半導体、ＧａＡｓ系化合物半導体、ＡｌＧａＡｓ系化合物半導体、ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体、ＡｌＧａＩｎＡｓ系化合物半導体、ＡｌＡｓ系化合物半導体、ＧａＩｎＡｓ系化合物半導体、ＧａＩｎＡｓＰ系化合物半導体、ＧａＰ系化合物半導体またはＧａＩｎＰ系化合物半導体が例示される。

第１化合物半導体層２２ａには、ｎ型不純物が添加されている。ｎ型不純物としては、例えば、ケイ素（Ｓｉ）、セレン（Ｓｅ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、錫（Ｓｎ）、炭素（Ｃ）またはチタン（Ｔｉ）が例示される。

第２化合物半導体層２２ｂには、ｐ型不純物が添加されている。ｐ型不純物としては、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ベリリウム（Ｂｅ）、カドミウム（Ｃｄ）、カルシウム（Ｃａ）、バリウム（Ｂａ）または酸素（Ｏ）が例示される。

（活性層２１）
活性層２１は、光を放射する発光層として機能する。活性層２１は、図１Ａの例に示すように、第１化合物半導体層２２ａと第２化合物半導体層２２ｂの間に設けられている。

活性層２１は、化合物半導体を含む。化合物半導体としては、上記したような第１化合物半導体層２２ａおよび第２化合物半導体層２２ｂの材料として使用可能な材料を例示することができる。活性層２１は、単一の化合物半導体層から構成されていてもよいし、単一量子井戸構造（ＳＱＷ構造）または多重量子井戸構造（ＭＱＷ構造）を有していてもよい。

（第１電極２３ａ）
第１電極２３ａは、第１の主面２ａ上に設けられている。第１電極２３ａは、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、タングステン（Ｗ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、Ｚｎ（亜鉛）、錫（Ｓｎ）およびインジウム（Ｉｎ）からなる群より選ばれる少なくとも１種の金属（合金を含む）を含む。

第１電極２３ａは、例えば、単層構成または多層構成を有する。多層構成としては、Ｔｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｌ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｌ／Ａｕ、Ｎｉ／Ａｕ、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ、Ｎｉ／Ａｕ／Ｐｔ、Ｎｉ／Ｐｔ、Ｐｄ／ＰｔまたはＡｇ／Ｐｄ等を例示することができる。第１電極２３ａが多層構成である場合、多層構成における「／」の前の層ほど、より活性層側に位置する。このことは、第２電極２３ｂが多層構成である場合の例においても同じである。

（第２電極２３ｂ）
第２電極２３ｂは、第２の主面２ｂ上に設けられている。第２電極２３ｂは、透明電極であることが好ましい。第２電極２３ｂは、例えば、透明導電材料を含むことが好ましい。透明導電材料は、例えば、酸化インジウム、インジウム−錫酸化物（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide、ＳｎドープのＩｎ_２Ｏ_３、結晶性ＩＴＯおよびアモルファスＩＴＯを含む）、インジウム−亜鉛酸化物（ＩＺＯ：Indium Zinc Oxide）、インジウム−ガリウム酸化物（ＩＧＯ）、インジウム・ドープのガリウム−亜鉛酸化物（ＩＧＺＯ、Ｉｎ−ＧａＺｎＯ_４）、ＩＦＯ（ＦドープのＩｎ_２Ｏ_３）、酸化錫（ＳｎＯ_２）、ＡＴＯ（ＳｂドープのＳｎＯ_２）、ＦＴＯ（ＦドープのＳｎＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ、ＡｌドープのＺｎＯやＢドープのＺｎＯ、ＧａドープのＺｎＯを含む）、酸化アンチモン、スピネル型酸化物またはＹｂＦｅ_２Ｏ_４構造を有する酸化物である。第２電極２３ｂは、ガリウム酸化物、チタン酸化物、ニオブ酸化物またはニッケル酸化物等を母層とする透明導電層であってもよい。

第２電極２３ｂは、不透明導電材料（金属）を含んでいてもよい。不透明導電材料は、例えば、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）および銀（Ａｇ）からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属を含む。

第２電極２３ｂは、単層構成であってもよいし、多層構成（例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ）であってもよい。

（保護層３）
保護層３は、素子本体２の周囲を覆い、素子本体２を保護する。具体的には、保護層３は、素子本体２の第１の主面２ａ、第２の主面２ｂおよび側面２ｃを覆う。保護層３は、絶縁性を有していることが好ましい。

保護層３は、孔部３ａと孔部３ｂとを有する。孔部３ａは、第１電極２３ａを露出させる通電穴であり、第１電極２３ａに対応する部分に設けられる。孔部３ｂは、第２電極２３ｂを露出させる通電穴であり、第２電極２３ｂに対応する部分に設けられる。

保護層３は、誘電体、樹脂および金属からなる群から選ばれる少なくとも１種を含むことが好ましい。誘電体は、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）および酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む。樹脂は、例えば、レジスト、ポリイミド、シリコーンおよびスピンオンガラス（ＳＯＧ）からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む。金属は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）およびルテニウム（Ｒｕ）からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む。

保護層３が金属を含む場合、保護層３は反射層として機能してもよい。反射層は、保護層３の内部に設けられていてもよいし、保護層３の内側面（素子本体２に対向する側の面）またはそれとは反対側の外側面に設けられていてもよい。例えば、保護層３は、誘電体層または樹脂層の内部に反射層が設けられた積層構造体であってもよいし、誘電体層または樹脂層の表面に反射層が設けられた積層構造体であってもよい。保護層３は、多孔質により構成されていてもよい。この場合、半導体発光素子１の製造工程において、開口部３ｃ（図１０Ａ、図１０Ｂ参照）を形成する工程を省くことができる。

保護層３は、第１保護層３１と第２保護層３２とを備えていてもよい。第１保護層３１は、素子本体２の第１の主面２ａと側面２ｃとを覆っている。第２保護層３２は、素子本体２の第２の主面２ｂを覆っている。第２保護層３２と第１保護層３１とは異なる材料により構成されていてもよいし、同一の材料により構成されていてもよい。

保護層３は、低屈折率層４と連通する１または２以上の開口部３ｃ（図１０Ａ、図１０Ｂ、図１１Ａ、図１１Ｂ参照）を有していてもよい。開口部３ｃは、半導体発光素子１の製造工程において、犠牲層６ａ（図１０Ａ、図１０Ｂ参照）を除去する際に発生するガスを外部に放出すための放出孔として用いられてもよい。開口部３ｃは、封止材等により封止されていることが好ましい。開口部３ｃが封止材により封止されていることで、素子本体２が外気に触れることを抑制することができる。したがって、半導体発光素子１の耐久性を向上することができる。

（低屈折率層４）
低屈折率層４は、素子本体２の側面２ｃと保護層３との間に設けられている。低屈折率層４の屈折率は、素子本体２の屈折率よりも低い。具体的には、低屈折率層４の屈折率は、素子本体２を構成する各層（すなわち、活性層２１、第１化合物半導体層２２ａおよび第２化合物半導体層２２ｂのいずれの層）の屈折率よりも低い。低屈折率層４と素子本体２の屈折率がこのような関係を満たすことで、全反射を利用することができるので、素子本体２の側面２ｃと低屈折率層４との間での光の界面反射率を高めることができる。

低屈折率層４の屈折率は、０．９以上１．４５以下である。低屈折率層４の屈折率が、この範囲にあることで、低屈折率層４の屈折率を素子本体２の屈折率よりも低くし、かつ、素子本体２と低屈折率層４との屈折率差を大きくできるので、素子本体２の側面２ｃと低屈折率層４との間での光の界面反射率を高めることができる。この観点から、低屈折率層４の屈折率は、０．９以上１．４０以下であることが好ましい。

低屈折率層４の屈折率は、素子本体２から出射される光の主波長に対する屈折率を意味する。なお、“主波長”とは、半導体発光素子１の発光スペクトルにおいて発光強度が最大となる波長を意味している。低屈折率層４の屈折率の測定方法としては、最小偏角法、臨界角法またはＶブロック法が用いられる。

低屈折率層４は、絶縁性を有することが好ましい。低屈折率層４は、上記の屈折率範囲を満たすものであればその状態に特に限定されず、例えば、気体、液体、ゲルおよび固体からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む。なお、図１Ａの例では、低屈折率層４が空気等の気体により構成された例が示されている。

気体は、例えば、窒素ガス、アルゴンガス、水素ガス、ヘリウムガス、酸素ガスおよび空気からなる群から選ばれる少なくとも１種を含む。製造コストの抑制の観点からは、気体は、空気であることが好ましい。空気は、乾燥空気（ドライエア）であることがより好ましい。気体が乾燥空気であることで、素子本体２が水蒸気により影響を受けることを抑制することができる。

液体は、例えば、水、液状シリコーンおよび液状エポキシ樹脂からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む。ゲルは、例えば、高分子ゲルを含む。

固体は、例えば、樹脂（例えば高分子樹脂等）およびレジスト材料のうちの少なくとも１種を含む。

低屈折率層４の厚みＷ（図１Ａ、図２参照）は、約（ｍ＋（１／２））λ／（２ｎ）（但し、ｍは０以上の整数、ｎ：低屈折率層４の屈折率、λ：素子本体２から放出される光の主波長）であることが好ましい。ここで、“主波長”とは、上述のように、半導体発光素子１の発光スペクトルにおいて発光強度が最大となる波長を意味している。また、低屈折率層４の厚みＷが一定でない場合には、低屈折率層４の厚みＷとは、活性層２１の側面と保護層３との間における低屈折率層４の厚みを意味するものとする。低屈折率層４の厚みＷが上記の関係を満たすことで、界面反射光Ｌ１と戻り光Ｌ２とが強め合うため、光の利用効率をより高めることができる。なお、界面反射光Ｌ１は、図２に示すように、素子本体２の側面２ｃと低屈折率層４との間での界面反射による反射光である。戻り光Ｌ２は、素子本体２の側面２ｃから放出された光が低屈折率層４と保護層３との間で界面反射され、素子本体２の側面２ｃに戻る光である。

（支持体５ａ、５ｂ）
支持体５ａ、５ｂは、素子本体２と保護層３との間に設けられ、保護層３を支持する。具体的には、支持体５ａは、素子本体２の第１の主面２ａと保護層３との間に設けられ、第１の主面２ａ上において保護層３を支持する。支持体５ａは、例えば、第１の主面２ａの周縁部に沿って設けられている。支持体５ｂは、素子本体２の側面２ｃと保護層３との間に設けられ、側面２ｃ上において保護層３を支持する。支持体５ｂは、例えば、側面２ｃのうち第２の主面側の一端に沿って設けられている。なお、支持体５ａ、５ｂの配置位置は、上述の配置位置に限定にされるものではなく、支持体５ａ、５ｂが上述の配置位置以外の位置に設けられていてもよい。上述のように素子本体２と保護層３との間に支持体５ａ、５ｂが設けられていることで、低屈折率層４が空気等の気体で構成されている場合にも、半導体発光素子１の構造を安定化させることができる。

支持体５ｂは、素子本体２の側面２ｃのうち、活性層２１に隣接する位置を避けて設けられていることが好ましい。支持体５ｂがこのような位置に設けられていることで、素子本体２の側面２ｃのうちでも放射光量が特に多い活性層２１の側面の部分に低屈折率層４を隣接させることができる。したがって、低屈折率層４による光の利用効率の向上効果をより高めることができる。

支持体５ａ、５ｂは、例えば、壁状、角柱状または円柱状を有している。図１Ａでは、支持体５ａ、５ｂが壁状を有する例が示されている。

支持体５ａ、５ｂは、誘電体、樹脂および金属からなる群から選ばれる少なくとも１種を含むことが好ましい。誘電体、樹脂および金属の具体例としては、保護層３と同様のものを例示することができる。

（中間層６）
中間層６は、後述する犠牲層６ａ（図９Ｂ、図１０Ｂ参照）の一部の除去することにより形成される層であってもよい。中間層６は、素子本体２の第１の主面２ａと保護層３との間に設けられている。中間層６は孔部を有し、この孔部から第１電極２３ａが露出している。なお、中間層６は必要に応じて備えられるものであり、備えられていなくてもよい。

中間層６は、樹脂およびレジスト材料のうちの少なくとも１種を含んでいてもよい。中間層６がこのような材料を含む場合、光照射（アブレーション）、加熱または薬液等により犠牲層６ａ（図１０Ａ、図１０Ｂ参照）の一部を除去することで中間層６を形成することができる。

［１．２ 半導体発光素子の製造方法］
以下、図３から図１１Ｂを参照して、半導体発光素子１の製造方法の一例について説明する。

（積層工程）
まず、図３に示すように、基板７上に第２保護層３２、第２電極２３ｂ、第２化合物半導体層２２ｂ、活性層２１、第１化合物半導体層２２ａ、第１電極２３ａを順次積層することにより、基板７上に積層体９を形成する。積層の際、第１電極２３ａおよび第２電極２３ｂは、所定の形状にパターニングされる。基板７上には、積層工程の前に下地層８が予め形成されていてもよい。

（側面２ｃの形成工程）
次に、レジストパターン（図示せず）を積層体９上に形成し、熱処理する。これにより、レジストパターンのエッジ部分が丸みを帯び、レジストパターン形状が全体として曲面形状となる。次に、レジストパターンをマスクとして、積層体９をプラズマエッチングし、傾斜面である側面２ｃを形成する。これにより、図４Ａ、図４Ｂに示すように、基板７上に複数の素子本体２が形成される。

（支持体５ａ、５ｂの形成工程）
次に、図５Ａ、図５Ｂに示すように、複数の素子本体２が形成された基板７上に支持体形成用層１０を成膜する。次に、図６Ａ、図６Ｂに示すように、レジストパターン１１を支持体形成用層１０上に形成する。次に、レジストパターン１１をマスクとして、支持体形成用層１０をプラズマエッチングする。これにより、図７Ａ、図７Ｂに示すように、素子本体２の第１の主面２ａ上に支持体５ａが形成されると共に、素子本体２の側面２ｃ上に支持体５ｂが形成される。

（犠牲層６ａの形成工程）
次に、例えばスプレーコーティング等のコーティング法により、図８Ａ、図８Ｂに示すように、複数の素子本体２が形成された基板７上に犠牲層６ａを成膜する。

（第１保護層３１の形成工程）
次に、図９Ａ、図９Ｂに示すように、犠牲層６ａ上に第１保護層３１を成膜する。第１保護層３１の形成方法は、第１保護層３１の材料に応じて選択される。第１保護層３１が誘電体を含む場合には、第１保護層３１の形成方法としては、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法が用いられる。第１保護層３１が樹脂を含む場合には、第１保護層３１の形成方法としては、例えばコーティング法が用いられる。第１保護層３１が金属を含む場合には、第１保護層３１の形成方法としては、例えば蒸着法またはスパッタリング法が用いられる。

（孔部３ａおよび開口部３ｃの形成工程）
次に、レジストパターン（図示せず）を第１保護層３１上に形成する。次に、レジストパターンをマスクとして第１保護層３１をプラズマエッチングする。これにより、図１０Ａ、図１０Ｂに示すように、孔部３ａおよび開口部３ｃが形成されると共に、隣接する素子本体２の間に溝部７ａが形成される。この溝部７ａによって各素子本体２の間が分離される。図１０Ｂでは、第１保護層３１のうち素子本体２の側面２ｃに対応する箇所に、４つの開口部３ｃを設ける例が示されているが、開口部３ｃの数はこれに限定されるものではなく、単数であってもよいし、４以外の複数であってもよい。

（低屈折率層４の形成工程）
次に、例えば、光照射（アブレーション）、熱処理または薬液処理により、図１１Ａ、図１１Ｂに示すように、犠牲層６ａのうち素子本体２の側面（傾斜面）２ｃを覆う部分６ｂ（すなわち、素子本体２の側面２ｃと保護層３の間の部分６ｂ）を除去する。これにより、素子本体２の第１の主面２ａと保護層３との間に残存する犠牲層６ａにより中間層６が形成されると共に、側面２ｃと保護層３との間に空間が形成される。この空間が低屈折率層４となる。上記の光照射等の処理により発生したガスは、矢印Ｇで示すように、開口部３ｃから外部に排出される。以上により、複数の半導体発光素子１が基板７上に形成される。

（封止工程）
次に、必要に応じて、保護層３の開口部３ｃを封止材等により封止する。低屈折率層４を空気以外の気体で形成する場合には、上記空間を空気以外の所定の気体で満たしたのち、開口部３ｃを封止材等により封止すればよい。

（半導体発光素子１の剥離工程）
次に、複数の半導体発光素子１を基板７から剥離したのち、第２保護層３２に孔部３ｂを形成する。以上により、図１Ａ、図１Ｂに示す半導体発光素子１が得られる。

[１．３ 作用効果]
上述したように、第１の実施形態に係る半導体発光素子１は、素子本体２の周囲を覆う保護層３を備えるので、半導体発光素子１を保護することができる。したがって、半導体発光素子１の耐久性を向上することができる。

また、素子本体２の側面２ｃと保護層３との間に設けられた低屈折率層４を備え、低屈折率層４の屈折率が、０．９以上１．４５以下である。これにより、低屈折率層４の屈折率を素子本体２の屈折率よりも低くし、かつ、素子本体２と低屈折率層４の屈折率差を大きくすることができる。したがって、素子本体２と低屈折率層４の界面において、素子本体２の内部から側面２ｃに入射する光をより多く反射（例えば全反射）させることができるので、光の利用効率を向上することができる。すなわち、発光強度を向上することができる。

第１の実施形態において、犠牲層６ａを成膜したのち、支持体５ａ、５ｂ間に金属層を成膜し、熱処理等を用いて金属層の内部の犠牲層６ａを除去するようにしてもよい。この場合、支持体５ａ、５ｂの密着のみで空中配線を作製することができる。

＜２ 第２の実施形態＞
［２．１ 半導体発光素子の構成］
図１２は、第２の実施形態に係る半導体発光素子１０１の概略構成を示す断面図である。半導体発光素子１０１は、素子本体２の第１の主面２ａと保護層３との間に中間層６（図１Ｂ参照）に代えて低屈折率層１０４を備えると共に、支持体５ａに代えて支持体１０５を備える点において、第１の実施形態に係る半導体発光素子１とは異なっている。図１２では、素子本体２の側面２ｃと保護層３との間に支持体５ｂが設けられていない例が示されているが、素子本体２の側面２ｃと保護層３との間に支持体５ｂが設けられていてもよい。

（低屈折率層１０４）
低屈折率層１０４は、第１の実施形態における低屈折率層４と同様である。すなわち、低屈折率層２０４の材料、屈折率および厚み等は、第１の実施形態に係る低屈折率層４と同様である。なお、図１２では、低屈折率層１０４が空気等の気体により構成された例が示されている。

（支持体１０５）
支持体１０５は、第１支持部材１０５ａと第２支持部材１０５ｂとを備える。第１支持部材１０５ａと第２支持部材１０５ｂとは、半導体発光素子１０１の厚み方向に重ね合わされている。重ね合わされた第１支持部材１０５ａと第２支持部材１０５ｂとは、金属接合等により接合されている。第１支持部材１０５ａと第２支持部材１０５ｂとは金属を含むことが好ましい。

［２．２ 半導体発光素子の製造方法］
以下、図４Ａ〜図７Ｂ、図１３Ａ、図１３Ｂを参照して、第２の実施形態に係る半導体発光素子１０１の製造方法の一例について説明する。ここでは、第１支持部材１０５ａと第２支持部材１０５ｂとが金属を含み、第１支持部材１０５ａと第２支持部材１０５ｂとが金属接合される場合について説明する。

（積層工程および側面２ｃの形成工程）
まず、積層工程および側面２ｃの形成工程を第１の実施形態と同様に実施する。これにより、図４Ａ、図４Ｂに示すように、基板７上に複数の素子本体２が形成される。次に、必要に応じて、隣接する素子本体２の間に溝を形成し、隣接する素子本体２の間で第２保護層３２を予め分離しておくようにしてもよい。

（第１支持部材１０５ａの形成工程）
次に、第１の実施形態における支持体５ａ、５ｂの形成工程（図５Ａ〜図７Ｂ参照）と同様にして、支持体５ａに代えて第１支持部材１０５ａを素子本体２の第１の主面２ａ上に形成する。この際、第１支持部材１０５ａと共に、素子本体２の側面２ｃ上に支持体５ｂ（図５Ａ〜図７Ｂ参照）を形成するようにしてもよい。

（接合工程）
次に、図１３Ａに示すように、別工程にて基板１２上に形成された複数の第１保護層３１を準備する。この第１保護層３１のうち、貼り合わせ後に内側となる面には、第２支持部材１０５Ｂが予め形成されている。次に、図１３Ａ、図１３Ｂに示すように、基板１２に向けて基板７を相対的に移動し、第１支持部材１０５ａと第２支持部材１０５ｂの頂部同士を当接させ金属接合する。

（半導体発光素子１０１の剥離工程）
次に、基板７および基板１２から複数の半導体発光素子１０１を剥離したのち、第２保護層３２に孔部３ｂを形成する。以上により、図１２に示す半導体発光素子１０１が得られる。

［２．３ 作用効果］
上述したように、第２の実施形態に係る半導体発光素子１０１では、素子本体２の第１の主面２ａと保護層３との間に低屈折率層１０４が設けられている。これにより、素子本体２と低屈折率層１０４の界面において、素子本体２の内部から第１の主面２ａに入射する光をより多く反射（例えば全反射）させることができる。したがって、光の利用効率をさらに向上することができる。すなわち、発光強度をさらに向上することができる。

第２の実施形態に係る半導体発光素子１０１の製造方法では、第１の実施形態における犠牲層６ａの形成工程、孔部３ａおよび開口部３ｃの形成工程、ならびに低屈折率層４の形成工程等を省略することができる。したがって、製造工程を簡略化することができる。

＜３ 第３の実施形態＞
［３．１ 半導体発光素子の構成］
図１４は、第３の実施形態に係る半導体発光素子２０１の概略構成を示す断面図である。半導体発光素子２０１は、低屈折率層４および支持体５ａ、５ｂ（図１Ｂ参照）に代えて、低屈折率層２０４を備える点において、第１の実施形態に係る半導体発光素子１とは異なっている。

（低屈折率層２０４）
低屈折率層２０４は、保護層３を支持する支持体としての機能を有する。低屈折率層２０４は、素子本体２と保護層３の間に設けられている。具体的には、低屈折率層２０４は、素子本体２の側面２ｃと保護層３の間、および素子本体２の第１の主面２ａと保護層３の間に設けられている。低屈折率層２０４は、多孔質により構成されている。低屈折率層４は、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）および酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）のうちの少なくとも１種を含む。多孔質は、無機粒子により構成されていてもよい。

低屈折率層２０４は、上記以外の点において、第１の実施形態に係る低屈折率層４と同様である。すなわち、低屈折率層２０４の屈折率や厚み等は、第１の実施形態に係る低屈折率層４と同様である。

［３．２ 半導体発光素子の製造方法］
以下、図４Ａ、図４Ｂ、図１５Ａ〜図１６Ｂを参照して、第３の実施形態に係る半導体発光素子２０１の製造方法の一例について説明する。

（積層工程、側面２ｃの形成工程）
まず、第１の実施形態に係る半導体発光素子１の製造方法と同様に、積層工程および側面２ｃの形成工程を実施する。これにより、図４Ａ、図４Ｂに示すように、基板７上に複数の素子本体２が形成される。

（粒子含有層２０４ａの形成工程）
次に、微粒子および樹脂を溶剤に分散させることにより塗料を調製する。微粒子としては、例えば、酸化ケイ素を含む粒子、および酸化アルミニウムを含む粒子のうちの少なくとも１種が用いられる。樹脂としては、例えば、紫外線または電子線等のエネルギー線で分解する性質を有するもの（分解性樹脂）が用いられる。次に、調製した塗料を複数の素子本体２上に塗布し乾燥させる。これにより、図１５Ａに示すように、複数の素子本体２上に粒子含有層２０４ａが形成される。

（第１保護層３１の形成工程）
次に、第１の実施形態に係る半導体発光素子１の製造方法と同様に、第１保護層３１の形成工程を実施する。これにより、図１５Ａに示すように、粒子含有層２０４ａ上に第１保護層３１が形成される

（孔部３ａおよび開口部３ｃの形成工程）
次に、第１の実施形態に係る半導体発光素子１の製造方法と同様に、孔部３ａおよび開口部３ｃの形成工程を実施する。これにより、図１６Ａに示すように、孔部３ａおよび開口部３ｃが形成されると共に、隣接する素子本体２の間に溝部７ａが形成される。

（樹脂の除去工程）
次に、図１６Ｂに示すように、例えば保護層３を介して粒子含有層２０４ａに紫外線または電子線等のエネルギー線Ｌを照射する。これにより、粒子含有層２０４ａに含まれる樹脂が分解し消失し、素子本体２と保護層３の間に微粒子が残存する。この残存した微粒子により多孔質の低屈折率層２０４が形成される。樹脂の分解により発生したガスは、矢印Ｇで示すように、開口部３ｃから外部に排出される。

（半導体発光素子２０１の剥離工程）
次に、複数の半導体発光素子２０１を基板７から剥離したのち、第２保護層３２に孔部３ｂを形成する。以上により、図１４に示す半導体発光素子２０１が得られる。

［３．３ 作用効果］
第３の実施形態に係る半導体発光素子２０１では、低屈折率層２０４は、素子本体２と保護層３の間に設けられ、低屈折率層２０４は、多孔質により構成されている。これにより、低屈折率層２０４に支持体５ａ、５ｂ（図１Ｂ参照）の機能を兼ねさせることができる。また、パターニング技術により支持体５ａ、５ｂを形成する工程を省くことができるため、半導体発光素子２０１の製造工程を簡略化することができる。

＜４ 変形例＞
（変形例１）
第１の実施形態では、素子本体２の側面２ｃが傾斜面を有する例（図１Ｂ参照）について説明したが、素子本体２の側面２ｃの形状はこれに限定されるものではない。例えば、図１７に示すように、素子本体２の側面２ｃが、素子本体２または活性層２１の厚み方向に対して平行な面（以下、「垂直面」という。）であってもよい。第２、第３の実施形態においても同様に、素子本体２の側面２ｃが、垂直面であってもよい。

（変形例２）
第１の実施形態では、素子本体２の第１の主面２ａ、第２の主面２ｂにそれぞれ、第１電極２３ａおよび第２電極２３ｂが設けられている例について説明したが、半導体発光素子１の構成はこれに限定されるものではない。例えば、図１８Ａ、図１８Ｂに示すように、素子本体２の第１の主面２ａに第１電極２３ａおよび第２電極２３ｂが設けられた構造（フリップチップ構造）を有していてもよい。また、図１６Ａ、図１６Ｂの例では、素子本体２の側面２ｃが垂直面を有しているが、傾斜面を有していてもよい。第２、第３の実施形態においても同様に、半導体発光素子１０１、２０１が、フリップチップ構造を有していてもよい。

＜５ 応用例＞
上述の第１から第３の実施形態およびそれらの変形例に係る半導体発光素子１、１０１、２０１（以下、「半導体発光素子１等」という。）は、例えば、光信号の授受を行う装置、機器または部品等に適用することができる。具体的には、フォトカプラ、ドラム感光型プリンタ用光源、スキャナ用光源、光ファイバ用光源、光ディスク用光源、光リモコン、光計測機器等に用いることができる。実装用基板に実装される半導体発光素子１等の数は１または複数であり、発光素子を備えた装置に要求される仕様や用途、機能等に応じて、半導体発光素子１等の数、種類、実装（配置）および間隔等を決めればよい。実装用基板に半導体発光素子１等を実装することで得られる装置として、上記の装置の他、例えば、画像表示装置、バックライトまたは照明装置等を挙げることができる。表示装置ユニットが、複数配列されたタイリング形式の表示装置における表示装置ユニットも、実装用基板に半導体発光素子１等を実装することで得られる装置に包含される。

半導体発光素子１等は、各種の電子機器に適用することもできる。電子機器の具体例としては、パーソナルコンピュータ、モバイル機器、携帯電話、タブレット型コンピュータ、撮影装置、ゲーム機器、工業用器具、ロボット等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

半導体発光素子１等は、赤色発光素子、緑色発光素子および青色発光素子のいずれであってもよい。赤色発光素子、緑色発光素子および青色発光素子として、例えば、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いたものを用いることができ、赤色発光素子として、例えば、ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体を用いたものを用いることもできる。半導体発光素子１等は、モーションセンサ等に用いられる非可視域の紫外線発光素子（窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から構成されている）、赤外線発光素子（ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ系化合物半導体から構成されている）であってもよい。

＜６ 実施例＞
以下、実施例により本開示を具体的に説明するが、本開示はこの実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
上述した第１の実施形態に係る半導体発光素子１の製造方法により、図１に示す半導体発光素子を作製した。なお、低屈折率層は空気層とした。

［比較例１］
素子本体と保護層の間に低屈折率層を形成せずに、素子本体上に保護層を直接形成したこと以外は実施例１と同様にして、半導体発光素子を作製した。

上述のようにして得られた実施例１、比較例１の半導体発光素子の輝度を求めた。比較例１の半導体発光素子の輝度を１００％とした場合に、実施例１の半導体発光素子の相対輝度は１２０．６％であった。したがって、実施例１の半導体発光素子では、比較例１の半導体発光素子に対して光の利用効率を向上することができる。

以上、本開示の実施形態および変形例について具体的に説明したが、本開示は、上述の実施形態および変形例に限定されるものではなく、本開示の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。

例えば、上述の実施形態および変形例において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値等はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値等を用いてもよい。

上述の実施形態および変形例の構成、方法、工程、形状、材料および数値等は、本開示の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。

上述の実施形態および変形例に例示した材料は、特に断らない限り、１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて用いることができる。

本開示は、以下の構成も採ることができる。
（１）
半導体発光素子本体と、
前記半導体発光素子本体の周囲を覆う保護層と、
前記半導体発光素子本体の側面と前記保護層との間に設けられた低屈折率層と
を備え、
前記低屈折率層の屈折率が、０．９以上１．４５以下である半導体発光素子。
（２）
前記半導体発光素子本体と前記保護層との間に設けられた支持体をさらに備える（１）に記載の半導体発光素子。
（３）
前記半導体発光素子本体は、活性層を備え、
前記支持体は、前記半導体発光素子本体の側面のうち、前記活性層に隣接する位置を避けて設けられている（２）に記載の半導体発光素子。
（４）
前記支持体は、誘電体、樹脂および金属からなる群から選ばれる少なくとも１種を含む（２）または（３）に記載の半導体発光素子。
（５）
前記保護層は、前記低屈折率層と連通する開口部を有する（１）から（４）のいずれかに記載の半導体発光素子。
（６）
前記開口部が、封止されている（５）に記載の半導体発光素子。
（７）
前記保護層は、誘電体、樹脂および金属からなる群から選ばれる少なくとも１種を含む（１）から（６）のいずれかに記載の半導体発光素子。
（８）
前記保護層は、多孔質により構成されている（１）から（６）のいずれかに記載の半導体発光素子。
（９）
前記低屈折率層の屈折率は、前記半導体発光素子本体の屈折率よりも低い（１）から（８）のいずれかに記載の半導体発光素子。
（１０）
前記低屈折率層の厚みＷが、Ｗ＝λ／４ｎ（但し、ｎ：前記低屈折率層の屈折率、λ：前記半導体発光素子本体から放出される光の主波長）の関係を満たす（１）から（９）のいずれかに記載の半導体発光素子。
（１１）
前記低屈折率層は、気体、液体、ゲルおよび固体からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む（１）から（１０）のいずれかに記載の半導体発光素子。
（１２）
前記低屈折率層は、多孔質により構成されている（１）から（１０）のいずれかに記載の半導体発光素子。
（１３）
前記低屈折率層は、窒素ガス、アルゴンガス、水素ガス、ヘリウムガス、酸素ガスおよび空気からなる群から選ばれる少なくとも１種を含む（１）から（１０）のいずれかに記載の半導体発光素子。
（１４）
前記半導体発光素子本体と前記保護層の間に設けられた中間層をさらに備え、
前記中間層は、樹脂およびレジスト材料のうちの少なくとも１種を含む（１）から（１３）のいずれかに記載の半導体発光素子。
（１５）
前記半導体発光素子本体の前記側面は、前記半導体発光素子本体の厚み方向に対して傾斜する傾斜面を有している（１）から（１４）のいずれかに記載の半導体発光素子。
（１６）
前記半導体発光素子本体の前記側面は、前記半導体発光素子本体の厚み方向に対して平行な面を有している（１）から（１４）のいずれかに記載の半導体発光素子。
（１７）
（１）から（１６）のいずれかに記載の半導体発光素子を備える電子機器。

１、１０１、２０１ 半導体発光素子
２ 半導体発光素子本体
２ａ 第１の主面
２ｂ 第２の主面
２ｃ 側面
３ 保護層
３ａ、３ｂ 孔部
３ｃ 開口部
４、１０４、２０４ 低屈折率層
５ａ、５ｂ 支持体
６ 中間層
６ａ 犠牲層
６ｂ 部分
７、１２ 基板
７ａ 溝部
８ 下地層
９ 積層体
１０ 支持体形成用層
１１ レジストパターン
２１ 活性層
２２ａ 第１化合物半導体層
２２ｂ 第２化合物半導体層
２３ａ 第１電極
２３ｂ 第２電極
３１ 第１保護層
３２ 第２保護層
２０４ａ 粒子含有層
Ｌ エネルギー線

Claims (17)

1. 半導体発光素子本体と、
   前記半導体発光素子本体の周囲を覆う保護層と、
   前記半導体発光素子本体の側面と前記保護層との間に設けられた低屈折率層と
   を備え、
   前記低屈折率層の屈折率が、０．９以上１．４５以下である半導体発光素子。
2. 前記半導体発光素子本体と前記保護層との間に設けられた支持体をさらに備える請求項１に記載の半導体発光素子。
3. 前記半導体発光素子本体は、活性層を備え、
   前記支持体は、前記半導体発光素子本体の側面のうち、前記活性層に隣接する位置を避けて設けられている請求項２に記載の半導体発光素子。
4. 前記支持体は、誘電体、樹脂および金属からなる群から選ばれる少なくとも１種を含む請求項２に記載の半導体発光素子。
5. 前記保護層は、前記低屈折率層と連通する開口部を有する請求項１に記載の半導体発光素子。
6. 前記開口部が、封止されている請求項５に記載の半導体発光素子。
7. 前記保護層は、誘電体、樹脂および金属からなる群から選ばれる少なくとも１種を含む請求項１に記載の半導体発光素子。
8. 前記保護層は、多孔質により構成されている請求項１に記載の半導体発光素子。
9. 前記低屈折率層の屈折率は、前記半導体発光素子本体の屈折率よりも低い請求項１に記載の半導体発光素子。
10. 前記低屈折率層の厚みが、約（ｍ＋（１／２））λ／（２ｎ）（但し、ｍは０以上の整数、ｎ：前記低屈折率層の屈折率、λ：前記半導体発光素子本体から放出される光の主波長）である請求項１に記載の半導体発光素子。
11. 前記低屈折率層は、気体、液体、ゲルおよび固体からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む請求項１に記載の半導体発光素子。
12. 前記低屈折率層は、多孔質により構成されている請求項１に記載の半導体発光素子。
13. 前記低屈折率層は、窒素ガス、アルゴンガス、水素ガス、ヘリウムガス、酸素ガスおよび空気からなる群から選ばれる少なくとも１種を含む請求項１に記載の半導体発光素子。
14. 前記半導体発光素子本体と前記保護層の間に設けられた中間層をさらに備え、
    前記中間層は、樹脂およびレジスト材料のうちの少なくとも１種を含む請求項１に記載の半導体発光素子。
15. 前記半導体発光素子本体の前記側面は、前記半導体発光素子本体の厚み方向に対して傾斜する傾斜面を有している請求項１に記載の半導体発光素子。
16. 前記半導体発光素子本体の前記側面は、前記半導体発光素子本体の厚み方向に対して平行な面を有している請求項１に記載の半導体発光素子。
17. 請求項１に記載の半導体発光素子を備える電子機器。

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