JP6747353B2

JP6747353B2 - 半導体発光素子とその製造方法

Info

Publication number: JP6747353B2
Application number: JP2017064772A
Authority: JP
Inventors: 尚嗣溝渕; 洋平佐村
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2017-03-29
Filing date: 2017-03-29
Publication date: 2020-08-26
Anticipated expiration: 2037-03-29
Also published as: JP2018170318A; US20180287016A1

Description

本明細書の技術分野は、半導体発光素子とその製造方法に関する。

電子機器類のバックライトにおいては、半導体発光素子は素子間の距離を十分にあけて配置されることが多い。半導体発光素子から発せられる光は、発光面に垂直な軸上方向から素子外部に放出されやすい。そのため、半導体発光素子のある箇所と半導体発光素子のない箇所とで、明るさの差が大きくなってしまう。

例えば、特許文献１には、光を電極で反射する半導体発光素子が開示されている。この半導体発光素子では、軸上方向（正面方向）に光の成分の多くが取り出されている。そのため、レンズを用いることにより、配向の広い光を得ることができる。また、レンズの代わりに蛍光体等を用いてもよい。

特開２００１−７３９９号公報

しかし、この場合には、レンズや蛍光体等を用いる分だけ半導体発光素子の大きさは大きくなってしまう。近年、電子機器類の小型化の要請から、レンズや蛍光体等を用いずに半導体発光素子の配向を広げることが求められている。

本明細書の技術は、前述した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。本明細書の技術が解決しようとする課題は、発光素子の小型化と広い配向とを兼ね備える半導体発光素子を提供することである。

第１の態様における半導体発光素子は、第１面と第２面とを有する基板と、基板の第１面の上のｎ型半導体層と、ｎ型半導体層の上の発光層と、発光層の上のｐ型半導体層と、ｎ型半導体層と導通するｎ電極とｐ型半導体層と導通するｐ電極と、を有する。この半導体発光素子は、基板の第２面の上に誘電体多層膜と、発光層からみて誘電体多層膜の反対側の位置に分布ブラッグ反射膜と、を有する。誘電体多層膜は光取り出し面を有する。ｎ電極およびｐ電極は、基板の側面の一部を覆っている。基板における厚み方向に垂直な長辺方向の長さが５０μｍ以上２５０μｍ以下である。誘電体多層膜における光取り出し面の側の面積を表面積Ｓｄｍとし、半導体発光素子の側面であって第２面から発光層における中心を通るとともに第２面に平行な面までの面の面積を側面積Ｓｓｕｂとすると、表面積Ｓｄｍおよび側面積Ｓｓｕｂは、次式
１．２ ≦ Ｓｓｕｂ／Ｓｄｍ ≦ ２．０
を満たす。

この半導体発光素子においては、光取り出し面の側では誘電体多層膜により光の一部が半導体層に向かって反射される。そのため、発光層から軸上方向に発せられる光の成分は抑制される。また、誘電体多層膜と分布ブラッグ反射膜との間で反射を繰り返した光の一部は、基板の側面から素子外部に取り出される。そのため、基板の側面から素子外部に取り出される光の成分は増大する。したがって、この半導体発光素子の配向は十分に広い。

第２の態様における半導体発光素子は、第１面と第２面とを有する基板と、基板の第１面の上のｎ型半導体層と、ｎ型半導体層の上の発光層と、発光層の上のｐ型半導体層と、ｎ型半導体層と導通するｎ電極とｐ型半導体層と導通するｐ電極と、を有する。この半導体発光素子は、基板の第２面の上に誘電体多層膜と、発光層からみて誘電体多層膜の反対側の位置に分布ブラッグ反射膜と、を有する。誘電体多層膜は光取り出し面を有する。ｎ電極およびｐ電極は、基板の側面の一部を覆っている。基板における厚み方向に垂直な長辺方向の長さが５０μｍ以上２５０μｍ以下である。発光層における中心を通るとともに長辺方向に平行な断面では、発光層の発光面に平行な方向と、発光層における中心と基板における第２面上であって長辺方向の端部とを結ぶ線と、がなす角の角度θが、次式
０．６ ≦ ｔａｎθ ≦ １．０
を満たす。

第３の態様における半導体発光素子においては、発光層における中心を通るとともに長辺方向に平行な断面では、発光層の発光面に平行な方向と、発光層における中心と基板における第２面上であって長辺方向の端部とを結ぶ線と、がなす角の角度θが、次式
０．６ ≦ ｔａｎθ ≦ １．０
を満たす。

第４の態様における半導体発光素子においては、誘電体多層膜における光取り出し面の側の面積を表面積Ｓｄｍとし、半導体発光素子の側面であって第２面から発光層における中心を通るとともに第２面に平行な面までの面の面積を側面積Ｓｓｕｂとすると、表面積Ｓｄｍおよび側面積Ｓｓｕｂは、次式
１．２ ≦ Ｓｓｕｂ／Ｓｄｍ ≦ ２．０
を満たす。

本明細書では、発光素子の小型化と広い配向とを兼ね備える半導体発光素子が提供されている。

第１の実施形態の発光素子の概略構成を示す図である。第１の実施形態の発光素子を光取り出し面の反対側から視た図である。第１の実施形態の発光素子を光取り出し面の側から視た図である。図３のIV-IV 断面を示す断面図である。第１の実施形態の発光素子における発光層から発せられる光の光路を説明するための図である。第１の実施形態の発光素子の製造方法を説明するための図（その１）である。第１の実施形態の発光素子の製造方法を説明するための図（その２）である。第１の実施形態の発光素子の製造方法を説明するための図（その３）である。第１の実施形態の発光素子の製造方法を説明するための図（その４）である。第１の実施形態の発光素子の製造方法を説明するための図（その５）である。第１の実施形態の発光素子の製造方法を説明するための図（その６）である。第１の実施形態の発光素子の製造方法を説明するための図（その７）である。第１の実施形態の発光素子の製造方法を説明するための図（その８）である。第１の実施形態の変形例における発光素子を光取り出し面の側から視た図である。第１の実施形態の変形例における発光素子を光取り出し面の反対側から視た図（その１）である。第１の実施形態の変形例における発光素子を光取り出し面の反対側から視た図（その２）である。第１の実施形態の変形例における発光素子の凹凸形状のある基板を示す図（その１）である。第１の実施形態の変形例における発光素子の凹凸形状のある基板を示す図（その２）である。実施例における半導体発光素子の配向を示すグラフである。

以下、具体的な実施形態について、半導体発光素子とその製造方法を例に挙げて図を参照しつつ説明する。しかし、本明細書の技術はこれらの実施形態に限定されるものではない。また、後述する半導体発光素子の各層の積層構造および電極構造は、例示である。実施形態とは異なる積層構造であってももちろん構わない。そして、それぞれの図における各層の厚みの比は、概念的に示したものであり、実際の厚みの比を示しているわけではない。

（第１の実施形態）
１．半導体発光素子
図１は、本実施形態の発光素子１００を示す概略構成図である。発光素子１００は、基板からみて半導体層の反対側に光取り出し面を有するフリップチップ型の半導体発光素子である。図１に示すように、発光素子１００は、誘電体多層膜ＤＭ１と、基板１１０と、バッファ層１２０と、ｎ型コンタクト層１３０と、ｎ側クラッド層１４０と、発光層１５０と、ｐ側クラッド層１６０と、ｐ型コンタクト層１７０と、透明電極ＴＥ１と、分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１と、ｐ電極Ｐ１と、ｎ電極Ｎ１と、を有している。

基板１１０は、サファイア基板である。そして、発光層１５０で発光した光を半導体層の反対側に透過するためのものである。基板１１０は、直方体形状である。基板１１０は、第１面１１０ａと第２面１１０ｂとを有する。第１面１１０ａは、半導体層を形成するための主面である。第２面１１０ｂは、第１面１１０ａの反対側の面である。つまり、第２面１１０ｂは、光取り出し面側の面である。第１面１１０ａおよび第２面１１０ｂは、いずれも平坦である。基板１１０における第１面１１０ａに平行な断面の形状は、正方形である。基板１１０における厚み方向に垂直な一辺方向の長さ、すなわち、第１面１１０ａにおける一辺方向の長さは、５０μｍ以上２５０μｍ以下である。

誘電体多層膜ＤＭ１は、光取り出し面ＬＥ１を有する。誘電体多層膜ＤＭ１は、２種類以上の誘電体膜を積層した膜である。誘電体多層膜ＤＭ１は、発光層１５０から発せられる光の一部を透過するとともに発光層１５０から発せられる光の残部を反射するためのものである。誘電体多層膜ＤＭ１は、基板１１０の第２面１１０ｂの上に形成されている。誘電体多層膜ＤＭ１は、例えば、ＳｉＯ₂とＴｉＯ₂とを交互に積層した多層膜である。誘電体多層膜ＤＭ１の材質は、これら以外の組み合わせであってもよい。また、誘電体多層膜ＤＭ１の積層数は、いずれであってもよい。

バッファ層１２０は、基板１１０の第１面１１０ａの上に形成されている。バッファ層１２０の材質は、例えば、低温ＡｌＮ層または低温ＧａＮ層である。ｎ型コンタクト層１３０は、ｎ電極Ｎ１と接触している半導体層である。ｎ型コンタクト層１３０は、バッファ層１２０の上に形成されている。ｎ型コンタクト層１３０は、例えば、ｎ型ＧａＮである。ｎ側クラッド層１４０は、ｎ型コンタクト層１３０の上に形成されている。ｎ側クラッド層１４０は、例えば、ｎ型ＧａＮ層とｎ型ＩｎＧａＮ層とを繰り返し形成した超格子層を有する。ｎ型コンタクト層１３０およびｎ側クラッド層１４０は、ｎ型半導体層である。ｎ型半導体層は、基板１１０の第１面１１０ａの上に形成されている。

発光層１５０は、正孔と電子とを再結合させて発光させるための半導体層である。発光層１５０は、ｎ側クラッド層１４０の上に形成されている。発光層１５０は、井戸層と障壁層とを有する。井戸層は、例えば、ＩｎＧａＮ層である。障壁層は、例えば、ＧａＮ層である。

ｐ側クラッド層１６０は、発光層１５０の上に形成されている。ｐ側クラッド層１６０は、例えば、ｐ型ＩｎＧａＮ層とｐ型ＡｌＧａＮ層とを交互に繰り返し形成したものである。ｐ型コンタクト層１７０は、透明電極ＴＥ１と接触している半導体層である。ｐ型コンタクト層１７０は、ｐ側クラッド層１６０の上に形成されている。ｐ側クラッド層１６０およびｐ型コンタクト層１７０は、ｐ型半導体層である。

透明電極ＴＥ１は、ｐ型コンタクト層１７０とコンタクトをとるための電極である。透明電極ＴＥ１は、ｐ型コンタクト層１７０の上に形成されている。透明電極ＴＥ１の材質は、ＩＺＯである。また、ＩＺＯの他に、ＩＴＯ、ＩＣＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ₂、ＮｂＴｉＯ₂、ＴａＴｉＯ₂等の透明な導電性酸化物を用いることができる。

分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１は、透明電極ＴＥ１の上に形成されている。つまり、分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１は、発光層１５０からみて誘電体多層膜ＤＭ１の反対側の位置に配置されている。分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１は、透明電極ＴＥ１の一部と半導体層の側面と基板１１０の側面の一部とを覆っている。分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１は、絶縁膜である。分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１は、１以上の貫通孔を有する。１以上の貫通孔においては、透明電極ＴＥ１が露出している。分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１は、例えば、ＳｉＯ₂とＴｉＯ₂とを交互に積層した多層膜である。分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１の材質は、これら以外の組み合わせであってもよい。また、分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１の積層数は、いずれであってもよい。

ｐ電極Ｐ１は、透明電極ＴＥ１と接触している電極である。ｐ電極Ｐ１は、分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１の貫通孔を貫通している状態で透明電極ＴＥ１と接触している。そのため、ｐ電極Ｐ１は、ｐ型コンタクト層１７０と導通している。ｐ電極Ｐ１は、発光素子１００の側面を覆っている。ｐ電極Ｐ１と半導体層の側面との間には分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１が位置している。そのため、ｐ電極Ｐ１と半導体層とは直接接触していない。つまり、ｐ電極Ｐ１は、分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１を介して、基板１１０の側面の一部および半導体層の側面を覆っている。ｐ電極Ｐ１は、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｏ、Ｃｒ等から１以上を組み合わせて形成したものである。もちろん、これら以外の材料を用いてもよい。

ｎ電極Ｎ１は、ｎ型コンタクト層１３０と導通する電極である。ｎ電極Ｎ１は、ｎ型コンタクト層１３０の上に接触して形成されている。ｎ電極Ｎ１は、発光素子１００の側面を覆っている。ｎ電極Ｎ１と半導体層の側面との間には分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１が位置している。そのため、ｎ電極Ｎ１と半導体層とは直接接触していない。つまり、ｎ電極Ｎ１は、分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１を介して、基板１１０の側面の一部および半導体層の側面を覆っている。ｎ電極Ｎ１は、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｏ、Ｃｒ等から１以上を組み合わせて形成したものである。もちろん、これら以外の材料を用いてもよい。

以上の各層については例示である。そのため、各層の材質については上記以外の材質であってもよい。また、半導体層の積層構造等については上記と異なっていてもよい。

図２は、発光素子１００を光取り出し面ＬＥ１の反対側から視た図である。図２に示すように、発光素子１００を光取り出し面ＬＥ１の反対側から視ると、ｐ電極Ｐ１およびｎ電極Ｎ１は正方形形状である。また、ｐ電極Ｐ１およびｎ電極Ｎ１は、四角形形状の対角となる位置に配置されている。

２．発光層とサファイア基板との間の関係
図３は、発光素子１００を光取り出し面ＬＥ１の側から視た図である。図３に示すように、発光素子１００は、光取り出し面ＬＥ１から視ると正方形形状をしている。

図４は、図３のIV-IV 断面を示す断面図である。図３のIV-IV 断面は、発光層１５０における中心点Ｏ１を通るとともに正方形形状の一辺方向に平行な断面である。中心点Ｏ１は、直方体形状の発光層１５０の重心である。つまり、中心点Ｏ１は、発光層１５０の中心である。中心面Ｊ１は、発光層１５０における中心点Ｏ１を通るとともに発光層１５０の発光面に平行な面である。また、中心面Ｊ１は、第１面１１０ａおよび第２面１１０ｂに平行である。

端部Ｑ１は、基板１１０の第２面１１０ｂ上であって基板１１０の一辺方向の端部である。法線方向Ｘ１は、発光層１５０の発光面に垂直な方向である。発光層１５０における中心点Ｏ１と端部Ｑ１とを結ぶ線Ｍ１と、発光層１５０の発光面に平行な方向（法線方向Ｘ１に垂直な方向）とがなす角の角度θは、次式を満たす。
０．６ ≦ ｔａｎθ ≦ １．０ ………（１）

発光層１５０における中心点Ｏ１と端部Ｑ１とを結ぶ線Ｍ１と、発光層１５０の発光面に平行な方向（法線方向Ｘ１に垂直な方向）とがなす角の角度θは、次式を満たすとなおよい。
０．７ ≦ ｔａｎθ ≦ ０．９

３．誘電体多層膜の表面積と発光素子の側面積との間の関係
誘電体多層膜ＤＭ１における光取り出し面ＬＥ１の側の面積を表面積Ｓｄｍとする。発光素子１００の側面であって第２面１１０ｂから中心面Ｊ１までの面の面積を側面積Ｓｓｕｂとする。表面積Ｓｄｍおよび側面積Ｓｓｕｂは次式を満たす。
１．２ ≦ Ｓｓｕｂ／Ｓｄｍ ≦ ２．０ ………（２）

表面積Ｓｄｍおよび側面積Ｓｓｕｂは次式を満たすとなおよい。
１．４ ≦ Ｓｓｕｂ／Ｓｄｍ ≦ １．８

４．発光層から発せられる光
図５は、発光層１５０から発せられる光の光路を説明するための図である。図５では、発光素子１００において中心面Ｊ１から誘電体多層膜ＤＭ１までが抜き出されて描かれている。図５では、半導体層同士の境界と、バッファ層１２０と基板１１０との間の境界と、を省略している。

図５に示すように、中心点Ｏ１から角度θより大きい角度θ１で発せられる光Ｌ１は、誘電体多層膜ＤＭ１に達する。図５に示すように、誘電体多層膜ＤＭ１に入射する光Ｌ１は、誘電体多層膜ＤＭ１で反射される。また、中心点Ｏ１から角度θより大きい角度θ２で発せられる光Ｌ２は、誘電体多層膜ＤＭ１に達する。そして、誘電体多層膜ＤＭ１に入射する光Ｌ２は、誘電体多層膜ＤＭ１を透過する。このように、誘電体多層膜ＤＭ１に入射する光の一部は反射され、光の残部は透過する。

なお、誘電体多層膜ＤＭ１で反射された光Ｌ１は、分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１で反射される。そのため、光Ｌ１は、再び光取り出し面ＬＥ１に向かう。このようにして、誘電体多層膜ＤＭ１と分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１とにより反射される光は、誘電体多層膜ＤＭ１を透過して素子外部に進行するか、誘電体多層膜ＤＭ１の形成されていない側面から素子外部に進行する。

一方、中心点Ｏ１から角度θより小さい角度θ３で発せられる光Ｌ３は、誘電体多層膜ＤＭ１に入射することなく素子側面から素子外部に進行する。

このように、中心点Ｏ１から発せられる光においては、法線方向Ｘ１の成分が減衰するともに素子の側面方向の成分が増加する。また、発光層１５０における中心点Ｏ１以外の箇所においても、同様に、法線方向Ｘ１の光の成分が減衰するともに素子の側面方向の光の成分が増加する。

このため、発光素子１００から発せられる光の強度は、法線方向Ｘ１から７０°近傍の位置でピークを持つ。つまり、発光素子１００の配向は十分に広い。また、法線方向Ｘ１（０°）における強度は、ピークの最大値における強度の４０％以下であることが好ましい。より好ましくは、ピークの最大値における強度の２０％以下である。この発光素子１００は、電子機器類のバックライトとして好適である。この場合には、発光素子１００同士の間隔を十分にあけて配置しても、発光素子１００と発光素子１００との中間の位置の光量は十分である。

５．半導体発光素子の製造方法
５−１．半導体層形成工程
まず、図６に示すように、成長基板Ｓ１の第１面１１０ａの上にバッファ層１２０と、ｎ型コンタクト層１３０と、ｎ側クラッド層１４０と、発光層１５０と、ｐ側クラッド層１６０と、ｐ型コンタクト層１７０とを、この順序で形成する。そのためにＭＯＣＶＤ法を用いればよい。なお、成長基板Ｓ１は、後に基板１１０になる。また、成長基板Ｓ１は、第２面を有する。しかしこの段階では、成長基板Ｓ１の第２面は、基板１１０の第２面１１０ｂではない。

５−２．透明電極形成工程
次に、図７に示すように、ｐ型コンタクト層１７０の上に透明電極ＴＥ１を形成する。そのために、スパッタリングを用いればよい。

５−３．ｎ型半導体層露出工程
次に、図８に示すように、ｎ型コンタクト層１３０が露出する凹部を形成する。この凹部は、ｎ電極Ｎ１を形成するためのものである。そのために、レーザーもしくはエッチングを用いればよい。

５−４．半導体層区画工程
次に、図９に示すように、凹部を形成することにより半導体層を区画する。この凹部は、発光素子１００のサイズに半導体層を区画するためのものである。この凹部は、半導体層の側から半導体層の厚みの全部および成長基板Ｓ１の厚みの一部を除去することにより形成されたものである。この凹部を形成するためにレーザーを照射し、そのレーザーを照射した箇所をエッチングにより除去すればよい。

５−５．分布ブラッグ反射膜形成工程
次に、図１０に示すように、透明電極ＴＥ１の上に分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１を形成する。つまり、ｐ型半導体層の側に分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１を形成する。成膜方法については、スパッタリングやその他の成膜方法を用いることができる。これにより、透明電極ＴＥ１および半導体層の側面および露出している成長基板Ｓ１の表面の上に分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１が形成される。

５−６．電極形成工程
次に、図１１に示すように、ｐ電極Ｐ１およびｎ電極Ｎ１を形成する。そのためにまず、分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１の一部を開口してｎ型コンタクト層１３０およびｐ型コンタクト層１７０を露出させる。例えば、エッチングにより分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１の一部を開口すればよい。その後、ｐ電極Ｐ１およびｎ電極Ｎ１を形成する。その際に、ｐ電極Ｐ１およびｎ電極Ｎ１は、分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１を介して半導体層の側面および成長基板Ｓ１の側面の一部にも形成される。

５−７．研磨工程
次に、図１２に示すように、成長基板Ｓ１における第１面１１０ａの反対側の面を研磨する。これにより、基板１１０の第２面１１０ｂに相当する面が露出する。そして、成長基板Ｓ１の膜厚は、基板１１０の膜厚になる。

５−８．誘電体多層膜形成工程
次に、図１３に示すように、研磨済みの成長基板Ｓ１（基板１１０）の第２面１１０ｂの上に誘電体多層膜ＤＭ１を形成する。成膜方法については、スパッタリングやその他の成膜方法を用いることができる。

５−９．素子分離工程
そして、レーザーやブレーキング装置を用いて、成長基板Ｓ１を分割する。これにより、発光素子１００が製造される。

５−１０．その他の工程
上記の他に、熱処理工程や保護膜形成工程を実施してもよい。

６．本実施形態の効果
本実施形態の発光素子１００は、一辺の長さが短い小型の半導体発光素子である。そして、発光素子１００は、発光層１５０からみて光取り出し面ＬＥ１の側に誘電体多層膜ＤＭ１を有し、発光層１５０からみて光取り出し面ＬＥ１の反対側に分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１を有する。

そのため、光取り出し面ＬＥ１の側では、誘電体多層膜ＤＭ１により光の一部が半導体層に向かって反射される。また、誘電体多層膜ＤＭ１と分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１との間で反射された光の一部は、基板１１０の側面から素子外部に取り出される。そのため、発光層１５０から法線方向Ｘ１の方向に発せられる光の成分は抑制されるとともに、基板１１０の側面から素子外部に進行する光の成分は増大する。

したがって、複数の発光素子１００をある程度の間隔をあけて配置する場合に、発光素子１００と発光素子１００との中間の位置の光量は十分である。

また、ｐ電極Ｐ１およびｎ電極Ｎ１が発光素子１００の表面および側面に形成されている。そのため、ｐ電極Ｐ１およびｎ電極Ｎ１は、分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１に十分に密着している。

７．変形例
７−１．発光面が長方形である場合
図１４は、発光面が長方形である場合について説明するための図である。この場合には、発光素子１００を光取り出し面ＬＥ１の側から視た場合に、発光素子１００の形状が長方形である。光取り出し面ＬＥ１の側から視ると、発光素子１００は、２つの長辺Ｋ２ａと２つの短辺Ｋ２ｂとを有している。この場合には、長辺Ｋ２ａに平行な断面が図４のようであればよい。この場合の断面は、発光層１５０における中心点Ｏ１を通るとともに長辺方向に平行な断面である。この場合の端部Ｑ１は、基板１１０の第２面１１０ｂ上であって基板１１０の長辺方向の端部である。そして、発光層１５０における中心点Ｏ１と端部Ｑ１とを結ぶ線Ｍ１と、中心面Ｊ１とがなす角の角度θは、次（１）を満たせばよい。また、基板１１０における厚み方向に垂直な長辺方向の長さ、すなわち、第１面１１０ａにおける長辺方向の長さは、５０μｍ以上２５０μｍ以下である。

７−２．電極の形状
図１５は、第１の実施形態の変形例におけるパッド電極の形状を示す図（その１）である。図１６は、第１の実施形態の変形例におけるパッド電極の形状を示す図（その２）である。図１５および図１６に示すように、ｐ電極Ｐ１およびｎ電極Ｎ１の形状は、五角形または三角形であってもよい。また、その他の多角形形状であってもよい。ただし、ｐ電極Ｐ１およびｎ電極Ｎ１は、発光素子１００の光取り出し面ＬＥ１の反対側の面の一部を覆うとともに発光素子１００の側面の一部を覆っている。

７−３．メサ形成工程
素子区画工程の前後に、半導体層にメサを形成するメサ形成工程を実施してもよい。そのために、エッチング等を用いればよい。

７−４．基板の凹凸形状
図１７に示すように、基板１１０の第１面１１０ａと第２面１１０ｂとの少なくとも一方に凹凸形状が形成されていてもよい。また、図１８に示すような凹凸形状が形成されていてもよい。図１８における平坦面と傾斜面との間のなす角の角度θｂは、図１７における平坦面と傾斜面との間のなす角の角度θａよりも大きい。図１８のように平坦面と傾斜面との間のなす角の角度が大きいほうが、発光素子の配向は広い。

７−５．絶縁層
分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１の上に別の絶縁層を設けてもよい。電極と半導体層との間の絶縁性を高めるためである。また、分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１を透明電極ＴＥ１の上にのみ設けることとしてもよい。その場合には、電極と半導体層との間に別途絶縁層を設けることが好ましい。

７−６．反射膜
分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１における透明電極ＴＥ１の反対側の面に反射膜を形成してもよい。反射膜の材質は、Ａｇ、Ａｌ、またはこれらを含む合金である。これにより、分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１を透過した光を反射することができる。

７−７．組み合わせ
上記の変形例を自由に組み合わせてもよい。

８．本実施形態のまとめ
本実施形態の発光素子１００は、一辺の長さが短い小型の半導体発光素子である。そして、発光素子１００は、発光層１５０からみて光取り出し面ＬＥ１の側に誘電体多層膜ＤＭ１を有し、発光層１５０からみて光取り出し面ＬＥ１の反対側に分布ブラッグ反射膜ＤＢＲ１を有する。

なお、以上に説明した実施形態は単なる例示にすぎない。したがって当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能である。例えば、半導体層の成膜方法は有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）に限らない。キャリアガスを用いて結晶を成長させる方法であれば、他の方法を用いてもよい。また、液相エピタキシー法、分子線エピタキシー法等、その他のエピタキシャル成長法により半導体層を形成することとしてもよい。

１．実験
１−１．サンプルの作製
一辺の長さが１８０μｍの正方形形状の基板を用いて発光素子を製造した。発光素子の光取り出し面の側には誘電体多層膜を形成した。誘電体多層膜は、ＳｉＯ₂とＴｉＯ₂とを交互に積層したものである。発光層からみて基板の反対側には分布ブラッグ反射膜を形成した。分布ブラッグ反射膜は、ＳｉＯ₂とＴｉＯ₂とを交互に積層したものである。ここで、サファイア基板の厚みの異なる４種類の発光素子を作製した。これらの４種類の発光素子において、誘電体多層膜を形成した基板の面（第２面１１０ｂに相当）と発光層の中心面（中心面Ｊ１に相当）との間の距離Ｄｘは、４０μｍ、６０μｍ、８０μｍ、１００μｍの４種類である。これらの発光素子（サンプル）について表１にまとめる。

［表１］
サンプル名一辺の長さ膜厚ｔａｎθ Ｓｓｕｂ／Ｓｄｍ
サンプルＡ１１８０μｍ４０μｍ０．４４０．８９
サンプルＡ２１８０μｍ６０μｍ０．６７１．３３
サンプルＡ３１８０μｍ８０μｍ０．８９１．７８
サンプルＡ４１８０μｍ１００μｍ１．１１２．２２

１−２．配向
これらの発光素子のうち距離Ｄｘが６０μｍの発光素子（サンプルＡ３）においては、法線方向Ｘ１から７０°にピークをもつ。この場合の配向を図１９に示す。７０°にピークをもつ場合の配向の例を図１９に示す。バックライト用の発光素子としては、７０°近傍にピークを持つものが好ましい。さらには、図１９に示すように、法線方向Ｘ１（０°）における強度は、ピークの最大値における強度の４０％以下であることが好ましい。より好ましくは、ピークの最大値における強度の２０％以下である。サンプルＡ２およびサンプルＡ３は、式（１）および式（２）を満たす。

２．計算
２−１．計算方法
次に、計算を行った。簡単のために、誘電体多層膜と分布ブラッグ反射膜との間の材質は、サファイアであると近似した。これらの条件下において、法線方向Ｘ１からどの角度にピークをもつかについて計算した。

２−２．計算結果
多数の組み合わせのうち、６５°以上７５°以下の範囲にピークをもつ組み合わせを抽出したものを表２にまとめる。

［表２］
サンプル名一辺の長さ膜厚ｔａｎθ Ｓｓｕｂ／Ｓｄｍ
サンプルＢ１１００μｍ４０μｍ０．８１．６
サンプルＢ２１５０μｍ６０μｍ０．８１．６
サンプルＢ３１８０μｍ７０μｍ０．７８１．５６
サンプルＢ４２００μｍ６０μｍ０．６１．２
サンプルＢ５２００μｍ７０μｍ０．７１．４
サンプルＢ６２００μｍ１００μｍ１．０２．０
サンプルＢ７２５０μｍ９０μｍ０．７２１．４４

多数の組み合わせのうち、６５°未満または７５°より大きい範囲にピークをもつ組み合わせを抽出したものを表３にまとめる。

［表３］
サンプル名一辺の長さ膜厚ｔａｎθ Ｓｓｕｂ／Ｓｄｍ
サンプルＣ１２００μｍ５０μｍ０．５１．０
サンプルＣ２１５０μｍ９０μｍ１．２２．４
サンプルＣ３５００μｍ１４０μｍ０．５６１．１２

したがって、式（１）、（２）を満たす発光素子においては、法線方向Ｘ１から７０°近辺にピークをもつ。

なお、計算において、光の強度がピークをとる角度は、一辺の長さによらず、ｔａｎθまたはＳｓｕｂ／Ｓｄｍに依存することが分かった。

１００…発光素子
１１０…基板
１１０ａ…第１面
１１０ｂ…第２面
１２０…バッファ層
１３０…ｎ型コンタクト層
１４０…ｎ側クラッド層
１５０…発光層
１６０…ｐ側クラッド層
１７０…ｐ型コンタクト層
ＴＥ１…透明電極
ＤＢＲ１…分布ブラッグ反射膜
ＤＭ１…誘電体多層膜
Ｐ１…ｐ電極
Ｎ１…ｎ電極
Ｏ１…中心点
Ｊ１…中心面
Ｑ１…端部
Ｘ１…法線方向

Claims

第１面と第２面とを有する基板と、
前記基板の前記第１面の上のｎ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層の上の発光層と、
前記発光層の上のｐ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層と導通するｎ電極と前記ｐ型半導体層と導通するｐ電極と、
を有する半導体発光素子において、
前記基板の前記第２面の上に誘電体多層膜を有し、
前記発光層からみて前記誘電体多層膜の反対側の位置に分布ブラッグ反射膜を有し、
前記誘電体多層膜は光取り出し面を有し、
前記ｎ電極および前記ｐ電極は、前記基板の側面の一部を覆っており、
前記基板における厚み方向に垂直な長辺方向の長さが５０μｍ以上２５０μｍ以下であり、
前記誘電体多層膜における前記光取り出し面の側の面積を表面積Ｓｄｍとし、前記半導体発光素子の側面であって前記第２面から前記発光層における中心を通るとともに前記第２面に平行な面までの面の面積を側面積Ｓｓｕｂとすると、前記表面積Ｓｄｍおよび前記側面積Ｓｓｕｂは、次式
１．２ ≦ Ｓｓｕｂ／Ｓｄｍ ≦ ２．０
を満たすこと
を特徴とする半導体発光素子。
第１面と第２面とを有する基板と、
前記基板の前記第１面の上のｎ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層の上の発光層と、
前記発光層の上のｐ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層と導通するｎ電極と前記ｐ型半導体層と導通するｐ電極と、
を有する半導体発光素子において、
前記基板の前記第２面の上に誘電体多層膜を有し、
前記発光層からみて前記誘電体多層膜の反対側の位置に分布ブラッグ反射膜を有し、
前記誘電体多層膜は光取り出し面を有し、
前記ｎ電極および前記ｐ電極は、前記基板の側面の一部を覆っており、
前記基板における厚み方向に垂直な長辺方向の長さが５０μｍ以上２５０μｍ以下であり、
前記発光層における中心を通るとともに前記長辺方向に平行な断面では、
前記発光層の発光面に平行な方向と、前記発光層における前記中心と前記基板における前記第２面上であって前記長辺方向の端部とを結ぶ線と、がなす角の角度θが、次式
０．６ ≦ ｔａｎθ ≦ １．０
を満たすこと
を特徴とする半導体発光素子。
請求項１に記載の半導体発光素子において、
前記発光層における前記中心を通るとともに前記長辺方向に平行な断面では、
前記発光層の発光面に平行な方向と、前記発光層における前記中心と前記基板における前記第２面上であって前記長辺方向の端部とを結ぶ線と、がなす角の角度θが、次式
０．６ ≦ ｔａｎθ ≦ １．０
を満たすこと
を特徴とする半導体発光素子。
請求項２に記載の半導体発光素子において、
前記誘電体多層膜における前記光取り出し面の側の面積を表面積Ｓｄｍとし、前記半導体発光素子の側面であって前記第２面から前記発光層における前記中心を通るとともに前記第２面に平行な面までの面の面積を側面積Ｓｓｕｂとすると、前記表面積Ｓｄｍおよび前記側面積Ｓｓｕｂは、次式
１．２ ≦ Ｓｓｕｂ／Ｓｄｍ ≦ ２．０
を満たすこと
を特徴とする半導体発光素子。