JP6812790B2 - Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 - Google Patents

Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 Download PDF

Info

Publication number
JP6812790B2
JP6812790B2 JP2016257144A JP2016257144A JP6812790B2 JP 6812790 B2 JP6812790 B2 JP 6812790B2 JP 2016257144 A JP2016257144 A JP 2016257144A JP 2016257144 A JP2016257144 A JP 2016257144A JP 6812790 B2 JP6812790 B2 JP 6812790B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor layer
light emitting
layer
emitting device
protrusion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2016257144A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2018110173A (ja
Inventor
浩司 奥野
浩司 奥野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyoda Gosei Co Ltd
Original Assignee
Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyoda Gosei Co Ltd filed Critical Toyoda Gosei Co Ltd
Priority to JP2016257144A priority Critical patent/JP6812790B2/ja
Priority to US15/848,529 priority patent/US10475952B2/en
Publication of JP2018110173A publication Critical patent/JP2018110173A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6812790B2 publication Critical patent/JP6812790B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
    • H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
    • H01L33/0066—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound
    • H01L33/007—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound comprising nitride compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
    • H01L33/0093—Wafer bonding; Removal of the growth substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/20—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/58—Optical field-shaping elements
    • H01L33/60—Reflective elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2933/0083—Periodic patterns for optical field-shaping in or on the semiconductor body or semiconductor body package, e.g. photonic bandgap structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
    • H01L33/40—Materials therefor
    • H01L33/405—Reflective materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
    • H01L33/40—Materials therefor
    • H01L33/42—Transparent materials

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Description

本明細書の技術分野は、III 族窒化物半導体発光素子に関する。
半導体発光素子は、発光層で発生する光を外部に取り出す素子である。発光層から発せられた光を外部に効率よく取り出すために、素子外部との境界に光取り出し面が形成されることが多い。光取り出し側の基板に凹凸を形成したり、ＩＴＯ等の導電性酸化物膜の表面に凹凸を形成する技術が開発されてきている。
例えば、特許文献１には、凹凸形状の光取り出し構造が形成された第２クラッド層を有する半導体発光素子が開示されている（特許文献１の図６等参照）。これにより、光取り出し効率が向上する旨が記載されている（特許文献１の段落［００１０］）。
特開２０１２−３３６９５号公報
特許文献１等に示すように、光取り出し面の凹凸は、凹部と凸部とが交互に表出している。しかし、より複雑な凹凸形状を設けることにより、光取り出し効率がより向上する可能性がある。
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。すなわちその課題とするところは、光取り出し面に複雑な凹凸形状を有するIII 族窒化物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III 族窒化物半導体発光素子は、第１導電型の第１半導体層と、第１半導体層の上の発光層と、発光層の上の第２導電型の第２半導体層と、を有する。このIII 族窒化物半導体発光素子は、第２半導体層の上に第２半導体層の表面から突出する第１の突出部を有する。第１の突出部は、第２半導体層の表面に対して交差する向きに配置された壁部を有する。第１の突出部は、ＡｌX ＧａY ＩｎZ Ｎ（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１，Ｘ＞０，Ｙ≧０，Ｚ≧０）である。壁部は、筒形状である。壁部における筒形状の内径は、第２半導体層の表面から遠ざかるほど大きい。壁部は、第２半導体層に対面する第１面を有する。第１面と第２半導体層とがなす角の角度が１０°以上８５°以下である。第２半導体層は、第１の突出部の第１面が囲む領域を埋めている。
このIII 族窒化物半導体発光素子は、光取り出し面に複雑な凹凸形状を有する。発光層から発せられた光の少なくとも一部は、ｎ型半導体層から素子外部に出た後に第１の突出部の壁部の第１面に再び入射し、第２面から再び素子外部に取り出される。その際に、光は好適に散乱される。したがって、このIII 族窒化物半導体発光素子では、光が好適に外部に取り出される。
第２の態様におけるIII 族窒化物半導体発光素子は、第１導電型の第１半導体層と、第１半導体層の上の発光層と、発光層の上の第２導電型の第２半導体層と、を有する。このIII 族窒化物半導体発光素子は、第２半導体層の上に第２半導体層の表面から突出する第１の突出部を有する。第１の突出部は、第２半導体層の表面に対して交差する向きに配置された壁部を有する。第１の突出部は、ＡｌX ＧａY ＩｎZ Ｎ（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１，Ｘ＞０，Ｙ≧０，Ｚ≧０）である。壁部は、筒形状である。壁部における筒形状の内径は、第２半導体層の表面から遠ざかるほど小さい。壁部は、第２半導体層に対面する第１面を有する。第１面と第２半導体層とがなす角の角度が１０°以上８５°以下である。第２半導体層は、第１の突出部の第１面が囲む領域を埋めている。
第３の態様におけるIII 族窒化物半導体発光素子においては、第１の突出部よりも小さい第２の突出部を有する。第２の突出部は、第２半導体層の表面から突出しているとともに、第１の突出部における筒形状の内側に配置されている。この場合には、光取り出し面は、より複雑な凹凸形状を有している。
第４の態様におけるIII 族窒化物半導体発光素子においては、第１の突出部は、第２半導体層に接触している平坦部を有する。壁部は、平坦部を介して互いにつながっている。
第５の態様におけるIII 族窒化物半導体発光素子は、第１導電型の第１半導体層と、第１半導体層の上の発光層と、発光層の上の第２導電型の第２半導体層と、を有する。このIII 族窒化物半導体発光素子は、第２半導体層の上に第２半導体層の表面から突出する第１の突出部を有する。第１の突出部は、第２半導体層の表面に対して交差する向きに配置された壁部を有する。第１の突出部は、第２半導体層に接触している平坦部を有する。第１の突出部は、ＡｌX ＧａY ＩｎZ Ｎ（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１，Ｘ＞０，Ｙ≧０，Ｚ≧０）である。壁部は、向かい合う２枚の板部材である。板部材同士の間隔は、第２半導体層の表面から遠ざかるほど狭い。壁部は、第２半導体層に対面する第１面を有する。第１面と第２半導体層とがなす角の角度が１０°以上８５°以下である。第２半導体層は、第１の突出部の第１面が囲む領域を埋めている。
第６の態様におけるIII 族窒化物半導体発光素子においては、壁部は、第１の貫通孔を有する。平坦部は、第２の貫通孔を有する。第１の貫通孔の密度は、第２の貫通孔の密度よりも高い。光は第１の貫通孔および第２の貫通孔の箇所でも散乱する。そのため、この発光素子の光取り出し効率は従来に比べて十分に高い。
第７の態様におけるIII 族窒化物半導体発光素子においては、第１の貫通孔の両端は開口している。第２の貫通孔は第２半導体層により塞がれている。この場合には、半導体層の貫通転位密度が十分に低い。そのため、半導体層の結晶性がよい。
第８の態様におけるIII 族窒化物半導体発光素子においては、第１の突出部の平坦部の膜厚は、第１の突出部の壁部の膜厚よりも厚い。
第９の態様におけるIII 族窒化物半導体発光素子においては、第１の突出部は、第２半導体層の上に非周期的に配置されている。
第１０の態様におけるIII 族窒化物半導体発光素子においては、第１の突出部は、その表面にファセット面を有する。この場合には、第１の突出部の形状は安定である。
第１１の態様におけるIII 族窒化物半導体発光素子においては、第１の突出部は、ＡｌＧａＮまたはＡｌＮである。
本明細書では、光取り出し面に複雑な凹凸形状を有するIII 族窒化物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の斜視図である。 第１の実施形態の発光素子の突出部の周辺を拡大した図である。 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の実施形態の変形例における発光素子の成長基板を示す斜視図である。 第２の実施形態の発光素子の概略構成を示す図である。 第２の実施形態の発光素子をｎ電極の側から視た図である。 第２の実施形態の発光素子の製造方法を説明するための図である。 第３の実施形態の発光素子の概略構成を示す図である。 第３の実施形態の発光素子の製造方法を説明するための図である。 第４の実施形態の発光素子の斜視図である。 第４の実施形態の発光素子の製造方法を説明するための図である。 突出部に相当する箇所を示す走査型顕微鏡写真（その１）である。 突出部に相当する箇所を示す走査型顕微鏡写真（その２）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。また、一部の図においては、膜厚が無視されている。
（第１の実施形態）
１．半導体発光素子
図１は、本実施形態における発光素子１００の構造を示す概略構成図である。発光素子１００は、III 族窒化物半導体から成る半導体発光素子である。また、発光素子１００は、成長基板をレーザーにより除去されている（レーザーリフトオフ法）。そのため、サファイア基板等の成長基板は、発光素子１００には残っていない。そして、光取り出し面Ｚ１は、ｎ型半導体層の側にある。
図１に示すように、発光素子１００は、ｐ電極Ｐ１と、支持基板１１０と、第１の導電性金属層１２０と、導電性接合材層１３０と、第２の導電性金属層１４０と、導電性反射膜１５０と、ｐ型半導体層１６０と、発光層１７０と、ｎ型半導体層１８０と、突出部１９０と、ｎ電極Ｎ１とを、有する。
ｐ電極Ｐ１は、支持基板１１０の上に形成された電極である。ｐ電極Ｐ１は、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｏ、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、これ以外の構成であってもよい。ｐ電極Ｐ１は、ｐ型半導体層１６０と導通している。
支持基板１１０は、半導体層を支持するための基板である。支持基板１１０は、導電性の支持基板である。支持基板１１０の材質は、例えば、Ｓｉである。また、その材質は、ＧａＡｓ、Ｇｅ、その他の金属製であってもよい。
第１の導電性金属層１２０は、支持基板１１０と、導電性接合材層１３０との密着性を向上させるためのものである。第１の導電性金属層１２０の材質として、例えば、Ａｕが挙げられる。
導電性接合材層１３０は、発光素子１００の製造過程において、形成した半導体層と支持基板１１０とを接合するための接合材を含む層である。また、発光素子１００となった後に、発光層に電流を流す必要がある。そのため、導電性接合材層１３０の材質は、導電性のものである。導電性接合材層１３０の材質は、例えば、ＡｕＳｎ系の半田である。もちろん、これ以外の半田合金であってもよい。
第２の導電性金属層１４０は、導電性接合材層１３０と導電性反射膜１５０との密着性を向上させるための層である。そして、導電性接合材層１３０の半田が、半導体層に拡散するのを防止する役割も担っている。第２の導電性金属層１４０の材質として、例えば、Ａｕが挙げられる。
導電性反射膜１５０は、発光層１７０により発せられた光を反射するための膜である。また、導電性反射膜１５０は、もちろん導電性を示す。発光素子１００の発光層１７０に十分な電流が流れるようにするためである。このため、導電性反射膜１５０は、光を反射する反射性と、電流の流れる導電性との両方の性質を備えるものである。
導電性反射膜１５０の材質は、例えば、Ａｇ、Ａｌの他、Ａｌ又はＡｇを主成分として含む合金である。または、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、もしくは、これらの金属を少なくとも１種類以上含んだ合金であっても良い。また、屈折率の異なる２つの材料の複数の層から形成される分布ブラッグ反射膜（ＤＢＲ）であってもよい。
ｐ型半導体層１６０は、基板１１０より上方の第１導電型の第１半導体層である。ｐ型半導体層１６０は、電子が導電性反射膜１５０側に拡散するのを防止するためのものである。これにより、発光層１７０での発光効率を上昇させる。ｐ型半導体層１６０は、例えば、発光層１７０の側からｐ側クラッド層と、ｐ型コンタクト層と、を有する。
発光層１７０は、ｐ型半導体層１６０の上に配置されている。発光層１７０は、電子と正孔とが再結合することにより発光する層である。そのために、発光層１７０は、バンドギャップの小さい井戸層と、バンドギャップの大きい障壁層とが交互に形成された多重量子井戸構造を有している。また、発光層として、単一量子井戸層を用いてもよい。ただし、これらは例示であり、これ以外の構造であってもよい。
ｎ型半導体層１８０は、発光層１７０の上の第２導電型の第２半導体層である。ｎ型半導体層１８０は、ｎ電極Ｎ１に接触するコンタクト層であるとともに、発光層１７０に応力が加わるのを抑制するための層である。また、ｎ型半導体層１８０は、発光層１７０のＩｎが拡散するのを防止するための層である。ｎ型半導体層１８０は、例えば、発光層１７０の側からｎ側超格子層と、ｎ側静電耐圧層と、ｎ型コンタクト層と、を有する。
突出部１９０は、ｎ型半導体層１８０の上でｎ型半導体層１８０の表面から突出している。突出部１９０の材質は、ＡｌＧａＮである。突出部の詳細については、後述する。
ｎ電極Ｎ１は、ｎ型半導体層１８０の上に形成されている。突出部１９０が導電性材料であれば、ｎ電極Ｎ１を突出部１９０の上に形成してもよい。ｎ電極Ｎ１は、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｏ、等から１以上を組み合わせて形成したものである。つまり、ｎ電極Ｎ１とｎ型半導体層１８０とは導通している。ｎ電極Ｎ１は、金属製の電極であり、一般に透明ではない。
２．突出部
２−１．突出部の構成
突出部１９０およびｎ型半導体層１８０は、光取り出し面Ｚ１を構成する。突出部１９０は、ｎ型半導体層１８０の上に設けられている。そして、突出部１９０は、ｎ型半導体層１８０の表面１８１から突出している。突出部１９０は、壁部１９１と、平坦部１９２と、を有する。平坦部１９２は、ｎ型半導体層１８０と接触している。壁部１９１は、ｎ型半導体層１８０から突出している。壁部１９１は、ｎ型半導体層１８０の表面に対して交差する向きに配置されている。
２−２．突出部の形状
図２は、発光素子１００の斜視図である。ただし、図２にはｎ型半導体層１８０から突出部１９０およびｎ電極Ｎ１までを抜き出して描いてある。壁部１９１は、ｎ型半導体層１８０の上にハニカム状に配置されている。壁部１９１は、テーパ状の円筒形状に近い筒形状である。図１および図２に示すように、壁部１９１における筒形状の内径は、ｎ型半導体層１８０の表面１８１から遠ざかるほど小さい。図２に示すように、壁部１９１のテーパ状の円筒形状の内部では、ｎ型半導体層１８０の表面１８１が露出している。壁部１９１のテーパ状の円筒形状の外部では、平坦部１９２が、露出している。平坦部１９２は、複数の壁部１９１とつながっている。壁部１９１は、平坦部１９２により支持されている。
図３は、突出部１９０の周辺を拡大した拡大図である。図３に示すように、突出部１９０の壁部１９１は、第１面１９１ａと第２面１９１ｂとを有している。第１面１９１ａは、発光素子１００のｎ型半導体層１８０に対面する面である。第２面１９１ｂは、発光素子１００の外部に対面する面である。第２面１９１ｂは、第１面１９１ａの反対側の面である。壁部１９１同士の間隔は、ｎ型半導体層１８０の表面１８１から遠ざかるほど狭くなっている。第１面１９１ａは、ｎ型半導体層１８０の表面１８１から遠ざかるほど狭くなる円筒の内側面である。
第１面１９１ａとｎ型コンタクト層１８０とがなす角の角度θ１は、１０°以上８５°以下の範囲内である。好ましくは、角度θ１は、３０°以上８０°以下の範囲内である。さらに好ましくは、角度θ１は、４５°以上６５°以下の範囲内である。このように、突出部１９０は、ｎ型半導体層１８０に対面するとともにｎ型半導体層１８０に対して鋭角の第１面１９１ａを有する。
突出部１９０は、周期的に形成されている。また、突出部１９０の壁部１９１の高さは、ほぼ揃っている。つまり、複数の壁部１９１のうちの１つの壁部１９１におけるｎ型半導体層１８０からの高さは、複数の壁部１９１のｎ型半導体層１８０からの高さの平均値から−１０％以上１０％以下の範囲内にある。また、複数の壁部１９１は、平坦部１９２を介して互いにつながっている。
２−３．突出部の膜厚
突出部１９０における最も厚い箇所の膜厚は、０．２５ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。好ましくは、０．５ｎｍ以上６０ｎｍ以下である。さらに好ましくは、１ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。また、平坦部１９２の膜厚は、壁部１９１の膜厚よりも厚いとよい。
２−４．突出部の貫通孔
突出部１９０の壁部１９１は、複数の貫通孔１９３を有している。突出部１９０の平坦部１９２は、複数の貫通孔１９４を有している。壁部１９１の複数の貫通孔１９３の密度は、平坦部１９２の複数の貫通孔１９４の密度よりも高い。この場合に、後述するように、各半導体層の貫通転位密度は小さい。すなわち、各半導体層の結晶性はよい。
壁部１９１の複数の貫通孔１９３の両端は開口している。平坦部１９２の複数の貫通孔１９４の一方の端部は開口している。平坦部１９２の複数の貫通孔１９４の他方の端部はｎ型半導体層１８０により塞がれている。
２−５．突出部の効果
図２および図３に示すように、本実施形態の発光素子１００は、複雑な形状の光取り出し面Ｚ１を有する。そのため、発光層１７０から発せられる光の一部Ｌ１は、図３に示すように、ｎ型コンタクト層１８０から発光素子１００の外部に出る。そして、突出部１９０の壁部１９１の第１面１９１ａに入る。そして、突出部１９０の壁部１９１の第２面１９１ｂから再び発光素子１００の外部に出る。この過程において、発光層１７０から発せられる光は、突出部１９０の第１面１９１ａおよび第２面１９１ｂにより複雑に反射される。したがって、この発光素子１００の外部量子効率は高い。また、突出部１９０の円筒形状がエスケープコーンのような役割を担う。そのため、突出部１９０は、素子外部からの戻り光も効果的に反射する。
また、突出部１９０は、複数の貫通孔１９３、１９４を有する。つまり、突出部１９０における光取り出し面Ｚ１はより複雑な凹凸形状を有している。したがって、発光素子１００の外部量子効率は非常に高い。
３．半導体発光素子の製造方法
３−１．成長基板準備工程
まず、図４に示すように、基板Ａ１０を準備する。基板Ａ１０は、半導体発光素子の製造方法に用いられる成長基板である。基板Ａ１０は凹凸形状部Ａ１１を有する。基板Ａ１０の凹凸形状部Ａ１１は、複数の凸部Ａ１１ａと底面部Ａ１１ｂとを有する。凸部Ａ１１ａは円錐形状である。凸部Ａ１１ａは基板Ａ１０の主面にハニカム状に配置されている。凹凸形状部Ａ１１を形成するために基板にエッチングを施してもよいし、凹凸形状部Ａ１１を形成済みの基板Ａ１０を用意してもよい。基板Ａ１０の材質は、例えば、サファイアである。または、ＳｉやＳｉＣ等その他の材質であってもよい。
３−２．バッファ層形成工程
次に、図５に示すように、基板Ａ１０の上にバッファ層Ｂ１０を形成する。その際に、例えば、ＭＯＣＶＤ法を用いるとよい。バッファ層Ｂ１０は、基板Ａ１０の凹凸に比べて十分に薄い。そのため、バッファ層Ｂ１０は、基板Ａ１０の凹凸に沿って形成される。このようにして、斜面部Ｂ１０ａと底面部Ｂ１０ｂとを有するバッファ層Ｂ１０を形成する。バッファ層Ｂ１０の材質はＡｌＮである。
３−３．分解層形成工程
そして、図６に示すように、バッファ層Ｂ１０の底面部Ｂ１０ｂと斜面部Ｂ１０ａとの上に分解層Ｅ１を形成する。そのために、ＭＯＣＶＤ法により分解層Ｅ１としてＩｎＧａＮ層を形成する。ＩｎＧａＮ層は、比較的低い温度で熱分解する。分解層Ｅ１は、一旦は成膜されるが、後述するエッチング工程により除去される半導体層である。つまり、分解層Ｅ１は、熱分解による分解とエッチングによる分解との少なくとも一方を受ける。
分解層Ｅ１の成長の初期には分解層Ｅ１を主に縦方向成長させ、分解層Ｅ１の成長の後期には分解層Ｅ１を主に横方向成長させる。これにより、貫通転位Ｑ１は、傾斜面Ｅ１ａに向かって伸びる。分解層Ｅ１は、基板Ａ１０の上のバッファ層Ｂ１０の底面部Ｂ１０ｂから成長する。そのため、分解層Ｅ１は、基板Ａ１０の底面部Ａ１１ｂと複数の凸部Ａ１１ａの一部の上に形成される。
ここで、分解層Ｅ１の熱分解温度は、後述する架橋部Ｃ１０（突出部１９０）の熱分解温度よりも低い。分解層Ｅ１の成長温度は７５０℃以上１１５０℃以下の範囲内であるとよい。好ましくは、９００℃以上１１５０℃以下である。さらに好ましくは、１０００℃以上１１２０℃以下である。
３−４．突出部形成工程（架橋部形成工程）
次に、図７に示すように、分解層Ｅ１の上に架橋部Ｃ１０を形成する。この架橋部Ｃ１０は、後に突出部１９０となる箇所である。架橋部Ｃ１０は、脚部Ｃ１０ａと上面部Ｃ１０ｂとを有する。架橋部Ｃ１０を形成する際にＭＯＣＶＤ法を用いればよい。または、スパッタリング法により架橋部Ｃ１０を形成してもよい。架橋部Ｃ１０の材質は、前述したようにＡｌＧａＮである。これにより、架橋部Ｃ１０は、分解層Ｅ１を覆うように形成される。また、貫通転位Ｑ１は、架橋部Ｃ１０の脚部Ｃ１０ａに向かって伸びる。
３−５．エッチング工程
次に、図８に示すように、分解層Ｅ１をエッチングする。そのために、Ｎ2 ガスとＮＨ3 ガスとの少なくとも一方と、Ｈ2 ガスとの混合ガスを供給する。Ｈ2 ガスは、分解層Ｅ１をエッチングする。そのため、Ｈ2 ガスの分圧が高いことが好ましい。ただし、Ｈ2 ガスのみを供給すると、Ｇａ金属がドロップレットとして表出するおそれがある。そのため、Ｈ2 ガスに加えてＮ2 ガスとＮＨ3 ガスとの少なくとも一方を供給することが好ましい。
また、基板温度を分解層Ｅ１の熱分解温度以上架橋部Ｃ１０の熱分解温度未満とする。そのため、架橋部Ｃ１０の表面が貫通転位Ｑ１の箇所を起点としてエッチングされる。これにより、架橋部Ｃ１０の脚部Ｃ１０ａには貫通孔Ｃ１１ａが形成され、架橋部Ｃ１０の上面部Ｃ１０ｂには貫通孔Ｃ１１ｂが形成される。
この後、分解層Ｅ１は、貫通孔Ｃ１１ａ、Ｃ１１ｂの箇所から熱分解およびエッチングされる。そのため、分解層Ｅ１は、熱により熱分解するとともにＨ2 ガスによりエッチングされる。一方、架橋部Ｃ１０は熱分解しない。そのため、架橋部Ｃ１０は、貫通孔Ｃ１１ａ、Ｃ１１ｂを形成されるのみで、架橋部Ｃ１０自体は残留する。その結果、基板Ａ１０と架橋部Ｃ１０とで囲まれた第１の空隙Ｘ１が形成される。
このエッチング工程において、供給するガスは酸素を含まないことが好ましい。酸素は、架橋部Ｃ１０の表面のＡｌＮを酸化し、ＡｌＯＮを形成する。ＡｌＯＮが存在すると、それより上層の半導体層の極性が反転する可能性が高い。そのため、架橋部Ｃ１０の表面にＡｌＯＮが発生すると、半導体層Ｄ１０の内部に極性が反転している箇所と極性が反転していない箇所とが発生する。そうすると、架橋部Ｃ１０より上層の半導体層の結晶性が悪化する。ゆえに、この工程においては、酸素を含まないことが好ましい。基板Ａ１０として酸素原子を含有するものを用いる場合には、反応炉内に酸素原子が残存している可能性がある。そのため、そのような酸素原子が架橋部Ｃ１０の表面で反応してＡｌＯＮを形成するおそれがある。このＡｌＯＮの形成を抑制するために、エッチング工程の後に速やかに次の工程を実施することが好ましい。
３−６．ｎ型半導体層形成工程
次に、架橋部Ｃ１０（突出部１９０）の上にｎ型半導体層１８０を形成する。例えば、ｎ型コンタクト層、ｎ側静電耐圧層、ｎ側超格子層、の順で形成する。ｎ型半導体層１８０は、架橋部Ｃ１０の上面部Ｃ１０ｂを起点として成長する。架橋部Ｃ１０の脚部Ｃ１０ａからは半導体層はわずかに成長する。しかし、その成長の度合いは上面部Ｃ１０ｂに比べて十分に小さい。貫通転位Ｑ１のほとんどは、架橋部Ｃ１０の脚部Ｃ１０ａに向かって伸びている。そのため、ｎ型半導体層１８０の上には、ほとんど貫通転位は伸びない。また、ｎ型半導体層１８０は、少なくとも初期には横方向成長する。そのため、上面部Ｃ１０ｂの貫通孔Ｃ１１ｂを好適に埋める。これにより、貫通転位密度が非常に低い半導体層が形成される。
なお、ｎ型半導体層１８０の成長とともに、第２の空隙Ｘ２が形成される（図９参照）。第２の空隙Ｘ２は、架橋部Ｃ１０の脚部Ｃ１０ａと、基板Ａ１０の頂部周辺と、ｎ型半導体層１８０とで囲まれている。
３−７．発光層形成工程
次に、ｎ型半導体層１８０の上に発光層１７０を形成する。
３−８．ｐ型半導体層形成工程
次に、発光層１７０の上にｐ型半導体層１６０を形成する。例えば、ｐ側クラッド層、ｐ型コンタクト層、の順で形成する。
３−９．導電性反射膜形成工程
次に、ｐ型半導体層１６０の上に導電性反射膜１５０を形成する。
３−１０．接合層形成工程
次に、図９に示すように、導電性反射膜１５０の上に第２の導電性金属層１４０と低融点金属層Ｋ１とをこの順序で形成する。一方、支持基板１１０の上に第１の導電性金属層１２０と低融点金属層Ｋ２とをこの順序で形成する。そして、基板Ａ１０側に形成された低融点金属層Ｋ１と、支持基板１１０側に形成された低融点金属層Ｋ２と、を対面させる。そして、低融点金属層Ｋ１と低融点金属層Ｋ２とを接合する。ここで、低融点金属層Ｋ１、Ｋ２は、例えば半田である。そのため、接合後には、低融点金属層Ｋ１、Ｋ２は、一体の導電性接合層１３０となる。
３−１１．成長基板分離工程
次に、基板Ａ１０を分離する。例えば、基板Ａ１０の主面にレーザーを照射する。ここで照射するレーザーは、波長が２４８ｎｍのＫｒＦ高出力パルスレーザーである。また、ＹＡＧレーザー（３５５ｎｍ、２６６ｎｍ）、ＸｅＣｌレーザー（３０８ｎｍ）、ＡｒＦレーザー（１５５ｎｍ）、などのいずれを用いてもよい。３６５ｎｍよりも波長の短いレーザーであれば、その他のレーザーを用いてもよい。
基板Ａ１０と突出部１９０との間の結合箇所の面積は十分に小さい。そのため、基板Ａ１０は、突出部１９０から容易に剥離する。これにより、基板Ａ１０が分離される。そして、突出部１９０が露出される。
３−１２．洗浄工程
次に、ｎ型半導体層１８０および突出部１９０の表面を洗浄する。具体的には、例えば、ＨＣｌ水溶液もしくはＴＭＡＨ水溶液を用いる。
３−１３．電極形成工程
続いて、支持基板１１０における第１の導電性金属層１２０の反対側の面にｐ電極Ｐ１を形成する。また、突出部１９０の上にｎ電極Ｎ１を形成する。
３−１４．その他の工程
その他に、発光素子１００の表面に全体的に保護膜を形成してもよい。
４．変形例
４−１．突出部の材質
本実施形態の突出部１９０はＡｌＧａＮ層である。突出部１９０の熱分解温度は、分解層Ｅ１の熱分解温度よりも高い。突出部１９０はＡｌＧａＩｎＮ層であってもよい。突出部１９０は、Ａｌを含有するIII 族窒化物を有するとよい。また、分解層Ｅ１の材質との兼ね合いになるが、突出部１９０の材質は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮであってもよい。
突出部１９０は、ＡｌＮ層であってもよい。ここで、ＡｌＮは絶縁体である。この場合には、ｎ電極Ｎ１は、ｎ型半導体層１８０の上に形成される。そのために、突出部１９０の一部を除去してもよい。
４−２．突出部の平坦部の面積
突出部１９０の平坦部１９２におけるｎ型半導体層１８０と接触している面の面積は、基板Ａ１０の主面の面積の半分より小さいとよい。基板Ａ１０から伸びる貫通転位がｎ型半導体層１８０に伝播しにくいからである。基板Ａ１０の主面とは、基板Ａ１０における突出部１９０が架橋されている側の面である。
４−３．突出部に平坦部がない場合
平坦部１９２がほとんど存在しない突出部を形成してもよい。その場合には、壁部１９１の端部付近から半導体層が成長する。また、この場合には戻り光を反射する効果が高い。
４−４．架橋部における脚部と上面部との膜厚
突出部１９０の平坦部１９２の膜厚は、突出部１９０の壁部１９１の膜厚よりも厚いとよい。この場合には、平坦部１９２から結晶性のよい半導体層が成長しやすい。
４−５．複数層の突出部
本実施形態では、突出部１９０は単一のＡｌＧａＮ層である。突出部１９０は、複数層を有していてもよい。また、突出部１９０は、超格子構造であってもよい。ただし、突出部１９０の全体の膜厚は、厚すぎないことが好ましい。
４−６．突出部のファセット面
突出部１９０の壁部１９１は、表面にファセット面を有していてもよい。ファセット面として例えば、（１０−１Ｘ）面や、（１１−２Ｘ）面が挙げられる。また、突出部１９０の平坦部１９２は、表面にファセット面を有していてもよい。ファセット面として例えば、（０００１）面が挙げられる。これらの場合には、突出部１９０の形状が安定する。
４−７．突出部のクラック
突出部１９０にあえてクラックを生じさせることもできる。このとき突出部１９０は、少なくとも１箇所以上のクラックを有する。この場合には、光取り出し面Ｚ１は、より複雑な形状を有する。そのため、発光素子の光取り出し効率はより高い。一方、クラックを発生させない場合には、半導体層の結晶性が優れている。
４−８．分解層の材質
本実施形態の分解層Ｅ１はＩｎＧａＮ層である。分解層Ｅ１はＧａＮ層であってもよい。また、分解層Ｅ１は、ＳｉやＭｇをドープされていてもよい。特に、Ｓｉは、３次元的な成長モードを促進する（アンチサーファクタント効果）。そのため、分解層Ｅ１は、Ｓｉをドープされているとよい。もちろん、分解層Ｅ１の熱分解温度は低いほうが好ましい。そのため、分解層Ｅ１は、Ｉｎを含有するとよい。なお、Ａｌを含有すると、熱分解温度は上昇する傾向がある。分解層Ｅ１としてＡｌを含有する層を形成する際には、分解層Ｅ１のＡｌ組成は、突出部１９０のＡｌ組成よりも小さいほうが好ましい。また、突出部１９０の熱分解温度よりも低ければ、ＴｉＮ、ＳｉＮｘのようなIII 族窒化物以外の材料を用いてもよい。ただし、分解層Ｅ１は、後に形成する半導体層の組成に近いIII 族窒化物半導体が好ましい。後に形成する半導体層への不純物の混入を防止できるからである。そのため、分解層Ｅ１はＩｎＧａＮであるとよい。
４−９．バッファ層の材質
本実施形態のバッファ層Ｂ１０の材質は、ＡｌＮである。このＡｌＮは、低温バッファ層と高温バッファ層とを含む。また、バッファ層Ｂ１０の材質は、ＡｌＮの他に、低温ＧａＮバッファ層、ＢＮ層、ＴｉＮ層、ＳｉＮｘ層、またはこれらの混晶であってもよい。
４−１０．基板の凹凸形状
本実施形態の基板Ａ１０は、複数の凸部Ａ１１ａと底面部Ａ１１ｂとを有する。凸部Ａ１１ａは、円錐形状である。しかし、凸部Ａ１１ａは、円錐台形状、多角錐形状、多角錐台形状のいずれであってもよい。この場合であっても、基板Ａ１０の凹凸形状部は、底面部と底面部から突出する複数の凸部とを有する。また、基板は、凸部Ａ１１ａの代わりに凹部を有してもよい。
図１０は、第１の実施形態の変形例における発光素子の基板Ｊ１０を示す斜視図である。図１０に示すように、ストライプ状の凹凸形状を有する基板Ｊ１０を用いてもよい。基板Ｊ１０は、尾根状の凸部Ｊ１１と底面Ｊ１２とを有する。
この場合であっても、断面形状は図３のようになる。ただし、壁部１９１は筒形状ではなく、２枚の向かい合う板部材である。そして、その向かい合う板部材同士の間隔は、ｎ型半導体層１８０の表面１８１から遠ざかるほど狭くなっている。
このように、凹凸形状を有しているその他の基板に対して、本実施形態の技術を適用することができる。また、凹凸形状があれば、非周期構造であってもよい。
４−１１．分解工程（エッチング工程）
エッチング工程では、Ｈ2 ガスとＮ2 ガスとの混合ガスを供給する。しかし、供給するガスをＮ2 ガスとしてもよい。この場合には、Ｈ2 ガスによる分解層Ｅ１のエッチングは生じない。分解層Ｅ１の熱分解のみが生じる。この場合であっても、架橋部Ｃ１０の膜厚が十分に薄ければ、分解層Ｅ１を除去することができる。
４−１２．成長基板の剥離方法（基板リフトオフ）
本実施形態では、基板Ａ１０をレーザーリフトオフ法により半導体層から分離する。突出部１９０と基板Ａ１０との間の密着力は低い。そのため、基板Ａ１０を半導体層から分離することは容易である。例えば、エッチング、テープリフトオフ、超音波を用いて基板Ａ１０を半導体層から分離してもよい。また、その他の方法を用いてもよい。
４−１３．導電性透明膜
また、ｐ型半導体層１６０と導電性反射膜１５０との間に導電性透明膜を形成してもよい。この導電性透明膜は、例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＩＣＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ2 、ＮｂＴｉＯ2 、ＴａＴｉＯ2 である。
４−１４．第２の空隙がない場合
本実施形態の発光素子１００の製造途中において、第２の空隙Ｘ２が形成される。しかし、第２の空隙Ｘ２を半導体層で埋めてしまってもよい。その場合には、ｎ型半導体層１８０が、突出部１９０の第１面１９１ａが囲む領域を埋める。そのために、上面部Ｃ１０ｂの基板Ａ１０からの高さを低くするとともに、上面部Ｃ１０ｂから横方向に半導体層を成長させて架橋部Ｃ１０の脚部Ｃ１０ａや基板Ａ１０の凸部Ａ１１ａに半導体層をまわりこませるように成長させればよい。この場合には、脚部Ｃ１０ａの貫通孔Ｃ１１ａおよび上面部Ｃ１０ｂの貫通孔Ｃ１１ｂは、ｎ型半導体層１８０に塞がれている。
この場合には、機械的強度の高くない突出部１９０が、ｎ型半導体層１８０により補強される。そのため、半導体層から基板Ａ１０を分離する際に、突出部１９０が破壊されることを抑制できる。そのため、突出部１９０の形状をより複雑化することができる。これにより、外部量子効率のより高い発光素子１００が実現される。
４−１５．半導体層の積層構造
発光素子１００の半導体層の積層構造は、図１に示したものと異なっていても構わない。発光素子の半導体層の積層構造は、その他のどのような構造であってもよい。
４−１６．支持基板の有無
本実施形態の発光素子１００は、支持基板１１０を有している。しかし、半導体層を厚く形成等することにより、支持基板１１０を省略することもできる。
４−１７．組み合わせ
上記の変形例を自由に組み合わせてもよい。
５．本実施形態のまとめ
本実施形態の発光素子１００は、複雑な形状の突出部１９０を有する。そのため、発光層１７０からの光が突出部１９０の箇所で好適に散乱する。したがって、光取り出し効率の高い発光素子１００が実現されている。また、突出部１９０がｎ型半導体層１８０から突出しているため、半導体層が素子外部に面する面積が比較的大きい。そのため、この発光素子１００の放熱性は高い。
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。
（第２の実施形態）
第２の実施形態について説明する。第２の実施形態においては、円錐台形状の凸部を有する成長基板を用いる。そのため、第１の実施形態と異なる点について説明する。
１．半導体発光素子
図１１は、第２の実施形態の発光素子２００の概略構成を示す図である。発光素子２００は、ｐ電極Ｐ１と、支持基板１１０と、第１の導電性金属層１２０と、導電性接合材層１３０と、第２の導電性金属層１４０と、導電性反射膜１５０と、ｐ型半導体層１６０と、発光層１７０と、ｎ型半導体層１８０と、突出部１９０と、突出部２９０と、ｎ電極Ｎ１とを、有する。
２．突出部
本実施形態の発光素子２００は、突出部１９０と、突出部１９０より小さい突出部２９０と、を有する。突出部１９０は、第１の突出部である。突出部２９０は、第２の突出部である。突出部２９０は、ｎ型半導体層１８０の表面から突出している。突出部２９０は、壁部２９１と平坦部２９２とを有する。壁部２９１は、第１面２９１ａと第２面２９１ｂとを有する。第１面２９１ａは、発光素子２００のｎ型半導体層１８０に対面する面である。第２面２９１ｂは、発光素子２００の外部に対面する面である。第２面２９１ｂは、第１面２９１ａの反対側の面である。平坦部２９２でつながっている壁部２９１同士の間隔は、ｎ型半導体層１８０の表面１８１から遠ざかるほど広くなっている。第１面２９１ａは、ｎ型半導体層１８０の表面１８１から遠ざかるほど広くなる円筒の外側面である。
第１面２９１ａとｎ型コンタクト層１８０とがなす角の角度θ１は、１０°以上８５°以下の範囲内である。好ましくは、角度θ１は、３０°以上８０°以下の範囲内である。さらに好ましくは、角度θ１は、４５°以上６５°以下の範囲内である。このように、突出部２９０は、ｎ型半導体層１８０に対面するとともにｎ型半導体層１８０に対して鋭角の第１面２９１ａを有する。
図１２は、発光素子２００をｎ電極Ｎ１の側から視た図である。図１２に示すように、突出部１９０は、ｎ型半導体層１８０の上にハニカム状に配置されている。突出部１９０の壁部１９１は、ｎ型半導体層１８０の表面１８１から遠ざかるほど径が小さくなる円筒形状である。突出部２９０の壁部２９１は、ｎ型半導体層１８０の表面１８１から遠ざかるほど径が大きくなる円筒形状である。テーパ状の円筒形状の突出部２９０は、テーパ状の円筒形状の突出部１９０の内部に配置されている。つまり、突出部２９０は、突出部１９０における筒形状の内側に配置されている。
３．半導体発光素子の製造方法
第１の実施形態と異なる点のみ説明する。
図１３は、第２の実施形態の発光素子２００の製造方法を説明するための図である。前述したように、本実施形態では、成長基板として円錐台形状の基板Ａ２０を用いる。基板Ａ２０は、斜面部Ａ２１ａと底面部Ａ２１ｂと上面部Ａ２１ｃとを有する。
本実施形態では、分解層が基板Ａ２０の上面部Ａ２１ｃからも成長する。そのため、図１３に示すように、斜面部Ａ２１ａの上から架橋部Ｃ１０が成長するとともに上面部Ａ２１ｃの上から架橋部Ｃ２０が成長する。架橋部Ｃ１０は、後に突出部１９０となる箇所である。架橋部Ｃ２０は、後に突出部２９０となる箇所である。架橋部Ｃ２０は、架橋部Ｃ１０に比べて小さい。
４．変形例
第１の実施形態の変形例を自由に組み合わせてもよい。
５．本実施形態のまとめ
本実施形態の発光素子２００は、複雑な形状の突出部１９０および突出部２９０を有する。そのため、発光層１７０からの光が突出部１９０および突出部２９０の箇所で好適に散乱する。したがって、光取り出し効率の高い発光素子２００が実現されている。また、突出部１９０の円筒形状がエスケープコーンのような役割を担う。そのため、突出部１９０は、素子外部からの戻り光も効果的に反射する。
（第３の実施形態）
第３の実施形態について説明する。第３の実施形態においては、基板の主面には凹凸形状が形成されていない平坦な成長基板を用いる。そのため、第１の実施形態と異なる点について説明する。
１．半導体発光素子
図１４は、第３の実施形態の発光素子３００の概略構成を示す図である。発光素子３００は、ｐ電極Ｐ１と、支持基板１１０と、第１の導電性金属層１２０と、導電性接合材層１３０と、第２の導電性金属層１４０と、導電性反射膜１５０と、ｐ型半導体層１６０と、発光層１７０と、ｎ型半導体層３８０と、突出部３９０と、ｎ電極Ｎ１とを、有する。
２．突出部
突出部３９０は、ｎ型半導体層３８０の上に不規則かつ非周期的に配置されている。また、第１の突出部３９０の壁部３９１もしくは平坦部３９２を起点にして第２の突出部３９０の壁部３９１が形成されている。つまり、突出部３９０のうちの１つの壁部３９１の第１面３９１ａが、突出部３９０のうちの別の壁部３９１と接触している。
３．半導体発光素子の製造方法
第１の実施形態と異なる点のみ説明する。
図１５は、第３の実施形態の発光素子２００の製造方法を説明するための図である。前述したように、本実施形態では、成長基板として平坦な基板Ａ３０を用いる。基板Ａ３０は、平坦面Ａ３１を有する。平坦面Ａ３１は基板Ａ３０の主面である。
本実施形態では、基板Ａ３０の平坦面Ａ３１の上からランダムに架橋部Ｃ４０が成長する。架橋部Ｃ４０は、後に突出部３９０となる箇所である。架橋部Ｃ４０がランダムに発生する。そして、それぞれの架橋部Ｃ４０の大きさは不揃いである。その架橋部Ｃ４０の上に、ｎ型半導体層３８０を成長させる。ｎ型半導体層３８０は、不規則な架橋部Ｃ４０の形状に対応して基板Ａ３０の側に不規則な凹凸を有している。
４．変形例
第１の実施形態の変形例を自由に組み合わせてもよい。
５．本実施形態のまとめ
本実施形態の発光素子３００は、複雑な形状の突出部３９０を有する。そのため、発光層１７０からの光が突出部３９０の箇所で好適に散乱する。したがって、光取り出し効率の高い発光素子３００が実現されている。
（第４の実施形態）
第４の実施形態について説明する。第４の実施形態においては、ＥＬＯ（Ｅｐｉｔａｘｉａｌ Ｌａｔｅｒａｌ Ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）技術を用いる。そのため、第１の実施形態と異なる点について説明する。
１．半導体発光素子
図１６は、第４の実施形態の発光素子４００の概略構成を示す斜視図である。図１６に示すように、発光素子４００は、ｎ型半導体層１８０の上に突出部４９０を有している。突出部４９０は、壁部４９１と平坦部とを有する。壁部４９１は、筒形状である。壁部４９１における筒形状の内径は、ｎ型半導体層１８０の表面から遠ざかるほど大きい。
２．半導体発光素子の製造方法
第１の実施形態と異なる点のみ説明する。
図１７は、第４の実施形態の発光素子の製造方法を説明するための図である。本実施形態では、成長基板として平坦な基板Ａ４０を用いる。基板Ａ４０は、平坦面Ａ４１を有する。平坦面Ａ４１は基板Ａ４０の主面である。
２−１．マスク層形成工程
分解層を成長させる前に、図１７に示すように、基板Ａ４０の平坦面Ａ４１の一部の上にマスク層Ｍ１を形成する。マスク層Ｍ１は、周期的かつ規則的であるとよい。マスク層Ｍ１の材質は、例えばＳｉＯ2 である。半導体の結晶核とならない材質であればその他の材質を用いてもよい。
２−２．分解層形成工程
次に、分解層を形成する。その際に、分解層がマスク層Ｍ１の上面の一部を覆うように分解層を成長させる。
２−３．突出部形成工程（架橋部形成工程）
分解層の上に架橋部Ｃ５０を形成する。その際に、架橋部Ｃ５０は、マスク層Ｍ１に接触している。架橋部Ｃ５０がマスク層Ｍ１に接触する箇所は、マスク層Ｍ１の平坦面と端面とのどちらかもしくは両方である。この段階で、架橋部Ｃ５０は、突出部４９０と同様の形状を有している。なお、架橋部Ｃ５０とマスク層Ｍ１との間の結合は十分に弱い。
３．本実施形態の効果
ＥＬＯ技術により、より複雑な形状の突出部を形成することができる。マスク層Ｍ１のパターンを適宜選択すれば、非常に多くのバリエーションの突出部を形成することができる。また、マスク層Ｍ１とｎ型半導体層１８０との間の結合は十分に弱いため、半導体層から基板Ａ４０を容易に剥離させることができる。
４．変形例
第１の実施形態の変形例を自由に組み合わせてもよい。
５．本実施形態のまとめ
本実施形態の発光素子４００は、複雑な形状の突出部４９０を有する。そのため、発光層１７０からの光が突出部１９０の箇所で好適に散乱する。したがって、光取り出し効率の高い発光素子１００が実現されている。
１．サンプルの製造
第１の実施形態の発光素子１００の製造方法によりサンプルを作製した。そのため、成長基板は、円錐形状の凸部がハニカム状に配置された基板である。バッファ層は、低温ＡｌＮバッファ層である。突出部（架橋部）として、スパッタリングによりＡｌＮを成膜した。その後、ｎ型半導体層等を成膜した。そして、エッチングにより、ｎ型半導体層から成長基板を剥離した。
２．画像
図１８は、突出部に相当する箇所を示す走査型顕微鏡写真（その１）である。図１９は、突出部に相当する箇所を示す走査型顕微鏡写真（その２）である。図１８および図１９に示すように、突出部は、円筒に近い形状をしている。また、その円筒形状の内径は、ｎ型半導体層の表面から遠ざかるほど小さくなっている。
１００…発光素子
１１０…支持基板
１２０…第１の導電性金属層
１３０…導電性接合材層
１４０…第２の導電性金属層
１５０…導電性反射膜
１６０…ｐ型半導体層
１７０…発光層
１８０…ｎ型半導体層
１９０、２９０、３９０、４９０…突出部
１９１、２９１、３９１、４９１…壁部
１９１ａ、２９１ａ…第１面
１９１ｂ、２９１ｂ…第２面
１９２、２９２、３９２…平坦部
Ｎ１…ｎ電極
Ｐ１…ｐ電極
Ｅ１…分解層

Claims (11)

  1. 第１導電型の第１半導体層と、
    前記第１半導体層の上の発光層と、
    前記発光層の上の第２導電型の第２半導体層と、
    を有するIII 族窒化物半導体発光素子において、
    前記第２半導体層の上に前記第２半導体層の表面から突出する第１の突出部を有し、
    前記第１の突出部は、
    前記第２半導体層の前記表面に対して交差する向きに配置された壁部を有し、
    前記第１の突出部は、
    ＡｌX ＧａY ＩｎZ Ｎ（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１，Ｘ＞０，Ｙ≧０，Ｚ≧０）であり、
    前記壁部は、
    筒形状であり、
    前記壁部における前記筒形状の内径は、
    前記第２半導体層の前記表面から遠ざかるほど大きく、
    前記壁部は、
    前記第２半導体層に対面する第１面を有し、
    前記第１面と前記第２半導体層とがなす角の角度が
    １０°以上８５°以下であり、
    前記第２半導体層は、前記第１の突出部の前記第１面が囲む領域を埋めていること
    を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
  2. 第１導電型の第１半導体層と、
    前記第１半導体層の上の発光層と、
    前記発光層の上の第２導電型の第２半導体層と、
    を有するIII 族窒化物半導体発光素子において、
    前記第２半導体層の上に前記第２半導体層の表面から突出する第１の突出部を有し、
    前記第１の突出部は、
    前記第２半導体層の前記表面に対して交差する向きに配置された壁部を有し、
    前記第１の突出部は、
    ＡｌX ＧａY ＩｎZ Ｎ（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１，Ｘ＞０，Ｙ≧０，Ｚ≧０）であり、
    前記壁部は、
    筒形状であり、
    前記壁部における前記筒形状の内径は、
    前記第２半導体層の前記表面から遠ざかるほど小さく、
    前記壁部は、
    前記第２半導体層に対面する第１面を有し、
    前記第１面と前記第２半導体層とがなす角の角度が
    １０°以上８５°以下であり、
    前記第２半導体層は、前記第１の突出部の前記第１面が囲む領域を埋めていること
    を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
  3. 請求項２に記載のIII 族窒化物半導体発光素子において、
    前記第１の突出部よりも小さい第２の突出部を有し、
    前記第２の突出部は、
    前記第２半導体層の前記表面から突出しているとともに、
    前記第１の突出部における前記筒形状の内側に配置されていること
    を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
  4. 請求項２または請求項３に記載のIII 族窒化物半導体発光素子において、
    前記第１の突出部は、
    前記第２半導体層に接触している平坦部を有し、
    前記壁部は、
    前記平坦部を介して互いにつながっていること
    を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
  5. 第１導電型の第１半導体層と、
    前記第１半導体層の上の発光層と、
    前記発光層の上の第２導電型の第２半導体層と、
    を有するIII 族窒化物半導体発光素子において、
    前記第２半導体層の上に前記第２半導体層の表面から突出する第１の突出部を有し、
    前記第１の突出部は、
    前記第２半導体層の前記表面に対して交差する向きに配置された壁部を有し、
    前記第１の突出部は、
    前記第２半導体層に接触している平坦部を有し、
    前記第１の突出部は、
    ＡｌX ＧａY ＩｎZ Ｎ（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１，Ｘ＞０，Ｙ≧０，Ｚ≧０）であり、
    前記壁部は、
    向かい合う２枚の板部材であり、
    前記板部材同士の間隔は、
    前記第２半導体層の前記表面から遠ざかるほど狭く、
    前記壁部は、
    前記第２半導体層に対面する第１面を有し、
    前記第１面と前記第２半導体層とがなす角の角度が
    １０°以上８５°以下であり、
    前記第２半導体層は、前記第１の突出部の前記第１面が囲む領域を埋めていること
    を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
  6. 請求項４または請求項５に記載のIII 族窒化物半導体発光素子において、
    前記壁部は、
    第１の貫通孔を有し、
    前記平坦部は、
    第２の貫通孔を有し、
    前記第１の貫通孔の密度は、
    前記第２の貫通孔の密度よりも高いこと
    を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
  7. 請求項６に記載のIII 族窒化物半導体発光素子において、
    前記第１の貫通孔の両端は開口しており、
    前記第２の貫通孔は前記第２半導体層により塞がれていること
    を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
  8. 請求項４から請求項７までのいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子において、
    前記第１の突出部の前記平坦部の膜厚は、
    前記第１の突出部の前記壁部の膜厚よりも厚いこと
    を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
  9. 請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子において、
    前記第１の突出部は、
    前記第２半導体層の上に非周期的に配置されていること
    を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
  10. 請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子において、
    前記第１の突出部は、
    その表面にファセット面を有すること
    を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
  11. 請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体発光素子において、
    前記第１の突出部は、
    ＡｌＧａＮまたはＡｌＮであること
    を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子。
JP2016257144A 2016-12-28 2016-12-28 Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 Active JP6812790B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016257144A JP6812790B2 (ja) 2016-12-28 2016-12-28 Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子
US15/848,529 US10475952B2 (en) 2016-12-28 2017-12-20 Group III nitride semiconductor light-emitting device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016257144A JP6812790B2 (ja) 2016-12-28 2016-12-28 Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018110173A JP2018110173A (ja) 2018-07-12
JP6812790B2 true JP6812790B2 (ja) 2021-01-13

Family

ID=62845215

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016257144A Active JP6812790B2 (ja) 2016-12-28 2016-12-28 Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10475952B2 (ja)
JP (1) JP6812790B2 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102492533B1 (ko) 2017-09-21 2023-01-30 삼성전자주식회사 지지 기판, 이를 이용한 반도체 패키지의 제조방법 및 이를 이용한 전자 장치의 제조 방법
US20220278250A1 (en) 2021-02-26 2022-09-01 Nichia Corporation Semiconductor light emitting element and method of manufacturing semiconductor light emitting element

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5687858B2 (ja) 2010-07-30 2015-03-25 スタンレー電気株式会社 半導体発光装置
KR101957816B1 (ko) * 2012-08-24 2019-03-13 엘지이노텍 주식회사 발광 소자
JP2015153826A (ja) 2014-02-12 2015-08-24 ウシオ電機株式会社 窒化物半導体発光素子及びその製造方法
US9871171B2 (en) * 2014-11-07 2018-01-16 Epistar Corporation Light-emitting device and manufacturing method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
US10475952B2 (en) 2019-11-12
US20180182914A1 (en) 2018-06-28
JP2018110173A (ja) 2018-07-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8552441B2 (en) AlGaInP light-emitting diode having vertical structure with transparent multilayered reflective films
JP4637781B2 (ja) ＧａＮ系半導体発光素子の製造方法
JP2005116794A (ja) 窒化物半導体発光素子
JP5997373B2 (ja) 窒化物半導体発光素子
JP2011211075A (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子の製造方法
AU2327200A (en) Nitride semiconductor device and manufacturing method thereof
US20100237357A1 (en) Light Emitting Device Having Pillar Structure with Roughness Surface and the Forming Method Thereof
JP6686876B2 (ja) 半導体構造体および半導体素子
JP2006216772A (ja) 光集積型半導体発光素子
JP4937599B2 (ja) 窒化物半導体発光素子及びその製造方法
JP5098135B2 (ja) 半導体レーザ素子
JP2009054693A (ja) 発光ダイオードの製造方法
JP4959184B2 (ja) 窒化物系半導体発光素子の製造方法
JP6812790B2 (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子
JP6712405B2 (ja) 半導体素子の製造方法
JP2015061010A (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子とその製造方法と実装体の製造方法
JP4493041B2 (ja) 窒化物半導体発光素子
JP6642805B2 (ja) 半導体構造体の製造方法および半導体素子の製造方法
JP2011091251A (ja) 窒化物半導体発光素子
JP5644753B2 (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子
JP2009135192A (ja) 発光素子
JP2008016685A (ja) 窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子
JP2008277430A (ja) 窒化物半導体発光素子
JP2006286817A (ja) 半導体レーザ素子およびその製造方法
JPWO2018020793A1 (ja) 半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190128

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20191023

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20191126

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200122

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200430

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200625

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20201117

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20201130

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6812790

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150