JPWO2015016246A1 - 半導体発光素子の製造方法、および半導体発光素子 - Google Patents
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Abstract
半導体結晶からなる光取り出し面に、アルカリ溶液を用いたウェットエッチングによって凹凸パターンを形成する場合に、複数の凸部を所望の配列で形成できなかった。半導体結晶からなる光取り出し面７を備える半導体発光素子の製造方法であって、光取り出し面７に複数の凸部１５によって凹凸パターンを形成する場合に、まず、半導体結晶からなる半導体層６の光取り出し面７に加工基板１１を用いて複数の圧痕１４を形成し、次に、光取り出し面７をアルカリ溶液でウェットエッチングすることにより、圧痕１４が形成された箇所を頂部とし、かつ、半導体結晶の複数のファセット面を側面とする凸部１５を形成する。
Description
本発明は、半導体結晶からなる光取り出し面を備える半導体発光素子の製造方法、およびその半導体発光素子に関する。
半導体発光素子には、発光効率の向上と、光取り出し効率の向上とが求められている。このうち、光取り出し効率を向上させる技術として、半導体発光素子の光取り出し面に凹凸パターンを形成する技術が知られている。その一つとして、たとえば特許文献１には、光取り出し面を形成する窒化物半導体層の表面を、アルカリ溶液を用いてウェットエッチングすることにより、窒化物半導体層の表面に、複数の凸部による凹凸パターンを形成する技術が記載されている。
しかしながら、上記従来の技術においては、次のような不都合があった。
すなわち、窒化物半導体層の表面をアルカリ溶液でウェットエッチングすると、窒化物半導体層の面内でエッチングによる溶解侵食がばらばらに進行する。このため、エッチングによって形成される凸部の配列が不規則になる。規則的な配列を持つ数マイクロメートル以下の凹凸パターンを形成するためには一般的にフォトリソグラフィ法やナノインプリント法がある。しかしながら、これらの方法は装置、材料ともに高価である。またプロセスとしてもマスクの形成からエッチング加工まで複数のプロセスを経て凹凸パターンを形成するため時間がかかるという問題があった。したがって、光取り出し効率を向上させるうえで好ましい凸部の配列があったとしても、それを簡便に実現する術が求められていた。
すなわち、窒化物半導体層の表面をアルカリ溶液でウェットエッチングすると、窒化物半導体層の面内でエッチングによる溶解侵食がばらばらに進行する。このため、エッチングによって形成される凸部の配列が不規則になる。規則的な配列を持つ数マイクロメートル以下の凹凸パターンを形成するためには一般的にフォトリソグラフィ法やナノインプリント法がある。しかしながら、これらの方法は装置、材料ともに高価である。またプロセスとしてもマスクの形成からエッチング加工まで複数のプロセスを経て凹凸パターンを形成するため時間がかかるという問題があった。したがって、光取り出し効率を向上させるうえで好ましい凸部の配列があったとしても、それを簡便に実現する術が求められていた。
本発明の主な目的は、半導体結晶からなる光取り出し面にエッチングによって凹凸パターンを形成する場合に、複数の凸部を所望の配列で形成することができる半導体発光素子の製造方法と、この製造方法によって実現される半導体発光素子を提供することにある。
まず、本発明者が本願発明に想到するまでの経緯について述べる。
本発明者は、ある実験において、窒化物半導体層の光取り出し面にエッチングによって凹凸パターンを形成する場合に、光取り出し面の状態がどのように変化するかを確認するために、触針式の段差計を用いて光取り出し面の表面形状を測定した。その際、本発明者は、光取り出し面をアルカリ溶液でウェットエッチングするとともに、そのエッチングの前と後に、触針式の段差計を用いて光取り出し面の表面形状を測定した。また、本発明者は、エッチング後の光取り出し面の表面形状を電子顕微鏡によって拡大観察した。そうしたところ、エッチング後の光取り出し面の表面に非常に興味深い箇所が存在していることに気づいた。具体的には、エッチング後の光取り出し面の表面に、山脈の尾根のように連なった形状が存在していることに気づいた。
本発明者は、ある実験において、窒化物半導体層の光取り出し面にエッチングによって凹凸パターンを形成する場合に、光取り出し面の状態がどのように変化するかを確認するために、触針式の段差計を用いて光取り出し面の表面形状を測定した。その際、本発明者は、光取り出し面をアルカリ溶液でウェットエッチングするとともに、そのエッチングの前と後に、触針式の段差計を用いて光取り出し面の表面形状を測定した。また、本発明者は、エッチング後の光取り出し面の表面形状を電子顕微鏡によって拡大観察した。そうしたところ、エッチング後の光取り出し面の表面に非常に興味深い箇所が存在していることに気づいた。具体的には、エッチング後の光取り出し面の表面に、山脈の尾根のように連なった形状が存在していることに気づいた。
そこで、本発明者は、なぜ、エッチングによってそのような特異な形状が現れたのか種々検討してみた。その結果、エッチング前の形状測定において、段差計の触針により光取り出し面をなぞった箇所に上記の特異な形状が現れている、との知見を得た。しかしながら、光取り出し面を段差計の触針でなぞると、そのなぞった箇所は傷ついた状態になる。このため、エッチングに際して「傷があるところはエッチングされやすい」という一般な技術常識からすると、触針でなぞった箇所が上記の特異な形状として残存する現象は本発明者にとって想定外のものであった。光取り出し面の一部にそのような特異な形状が残存することは、単純に考えると、光取り出し効率の向上に特段寄与しないようにも思える。
しかしながら、本発明者は、上記の知見を得た後も鋭意検討を続けた。そして、「触針でなぞった箇所が上記の特異な形状として残存する現象」について深く考察した結果、光取り出し効率の向上につながる有益な着想を得るに至った。具体的には、触針で傷ついた箇所は、それ以外の箇所よりもエッチングされにくくなったと考えられ、そうであれば、凸部を形成したい箇所に意図的に傷をつけてからエッチングすれば、所望の配列で凸部を形成できるのではないか、との着想を得るに至った。そして、この着想に基づいて以下の発明を創出した。
本発明の第１の態様は、
半導体結晶からなる光取り出し面を備える半導体発光素子の製造方法であって、
前記光取り出し面に凹凸パターンを形成する凹凸パターン形成工程を有し、
前記凹凸パターン形成工程は、
前記光取り出し面に複数の圧痕を形成する第１の工程と、
前記複数の圧痕が形成された前記光取り出し面をエッチングすることにより、前記圧痕が形成された箇所を頂部とし、かつ、前記半導体結晶の複数のファセット面を側面とする凸部を形成する第２の工程と、を含む
ことを特徴とする半導体発光素子の製造方法である。
本発明の第２の態様は、
前記第１の工程では、
複数の突起部を有する加工基板を用いて、前記複数の突起部を前記光取り出し面に押し当てることにより、前記光取り出し面に前記複数の圧痕を形成する
ことを特徴とする上記第１の態様に記載の半導体発光素子の製造方法である。
本発明の第３の態様は、
前記第２の工程では、
前記光取り出し面をアルカリ溶液を用いてウェットエッチングする
ことを特徴とする上記第１又は第２の態様に記載の半導体発光素子の製造方法である。
本発明の第４の態様は、
前記第２の工程では、
少なくとも、前記凸部の頂部に前記圧痕を残すか、前記複数のファセット面同士が隣接する稜線のうち少なくとも１つの稜線が複線となるように、前記光取り出し面をエッチングする
ことを特徴とする上記第１〜第３の態様のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法である。
本発明の第５の態様は、
前記第２の工程では、
前記圧痕を形成した箇所を頂部とする六角錐形状に前記凸部を形成する
ことを特徴とする上記第１〜第４のいずれかの態様に記載の半導体発光素子の製造方法である。
本発明の第６の態様は、
前記第１の工程では、前記加工基板として、
前記半導体結晶よりも硬度が高い材料からなり、前記複数の突起部が幾何学的配列をなす加工基板を用いる
ことを特徴とする上記第２の態様に記載の半導体発光素子の製造方法である。
本発明の第７の態様は、
前記第１の工程では、
前記複数の突起部が一定間隔の幾何学的配列をなす加工基板を用いる
ことを特徴とする上記第６の態様に記載の半導体発光素子の製造方法である。
本発明の第８の態様は、
前記第１の工程では、
前記光取り出し面に加わる荷重を、前記加工基板の突起部１つあたり１ｍｇｆ以上４００ｍｇｆ以下に設定する
ことを特徴とする上記第２、第６または第７の態様に記載の半導体発光素子の製造方法である。
本発明の第９の態様は、
前記半導体結晶は、III属窒化物半導体の結晶である
ことを特徴とする上記第１〜第８の態様のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法である。
本発明の第１０の態様は、
前記III属窒化物半導体がＡｌＮである
ことを特徴とする上記第９の態様に記載の半導体発光素子の製造方法である。
本発明の第１１の態様は、
半導体結晶からなる光取り出し面を備える半導体発光素子であって、
前記光取り出し面には、複数の凸部が配列された凹凸パターンが形成され、
前記凸部は、前記半導体結晶の複数のファセット面からなる側面を有するものであって、少なくとも、前記凸部の頂部に圧痕を有するか、前記複数のファセット面同士が隣接する稜線のうち少なくとも１つの稜線が複線となっている
ことを特徴とする半導体発光素子である。
本発明の第１２の態様は、
前記半導体結晶は、III属窒化物半導体の結晶である
ことを特徴とする上記第１１の態様に記載の半導体発光素子である。
本発明の第１３の態様は、
前記凸部は、ＡｌＮで構成されている
ことを特徴とする上記第１１または第１２の態様に記載の半導体発光素子である。
半導体結晶からなる光取り出し面を備える半導体発光素子の製造方法であって、
前記光取り出し面に凹凸パターンを形成する凹凸パターン形成工程を有し、
前記凹凸パターン形成工程は、
前記光取り出し面に複数の圧痕を形成する第１の工程と、
前記複数の圧痕が形成された前記光取り出し面をエッチングすることにより、前記圧痕が形成された箇所を頂部とし、かつ、前記半導体結晶の複数のファセット面を側面とする凸部を形成する第２の工程と、を含む
ことを特徴とする半導体発光素子の製造方法である。
本発明の第２の態様は、
前記第１の工程では、
複数の突起部を有する加工基板を用いて、前記複数の突起部を前記光取り出し面に押し当てることにより、前記光取り出し面に前記複数の圧痕を形成する
ことを特徴とする上記第１の態様に記載の半導体発光素子の製造方法である。
本発明の第３の態様は、
前記第２の工程では、
前記光取り出し面をアルカリ溶液を用いてウェットエッチングする
ことを特徴とする上記第１又は第２の態様に記載の半導体発光素子の製造方法である。
本発明の第４の態様は、
前記第２の工程では、
少なくとも、前記凸部の頂部に前記圧痕を残すか、前記複数のファセット面同士が隣接する稜線のうち少なくとも１つの稜線が複線となるように、前記光取り出し面をエッチングする
ことを特徴とする上記第１〜第３の態様のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法である。
本発明の第５の態様は、
前記第２の工程では、
前記圧痕を形成した箇所を頂部とする六角錐形状に前記凸部を形成する
ことを特徴とする上記第１〜第４のいずれかの態様に記載の半導体発光素子の製造方法である。
本発明の第６の態様は、
前記第１の工程では、前記加工基板として、
前記半導体結晶よりも硬度が高い材料からなり、前記複数の突起部が幾何学的配列をなす加工基板を用いる
ことを特徴とする上記第２の態様に記載の半導体発光素子の製造方法である。
本発明の第７の態様は、
前記第１の工程では、
前記複数の突起部が一定間隔の幾何学的配列をなす加工基板を用いる
ことを特徴とする上記第６の態様に記載の半導体発光素子の製造方法である。
本発明の第８の態様は、
前記第１の工程では、
前記光取り出し面に加わる荷重を、前記加工基板の突起部１つあたり１ｍｇｆ以上４００ｍｇｆ以下に設定する
ことを特徴とする上記第２、第６または第７の態様に記載の半導体発光素子の製造方法である。
本発明の第９の態様は、
前記半導体結晶は、III属窒化物半導体の結晶である
ことを特徴とする上記第１〜第８の態様のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法である。
本発明の第１０の態様は、
前記III属窒化物半導体がＡｌＮである
ことを特徴とする上記第９の態様に記載の半導体発光素子の製造方法である。
本発明の第１１の態様は、
半導体結晶からなる光取り出し面を備える半導体発光素子であって、
前記光取り出し面には、複数の凸部が配列された凹凸パターンが形成され、
前記凸部は、前記半導体結晶の複数のファセット面からなる側面を有するものであって、少なくとも、前記凸部の頂部に圧痕を有するか、前記複数のファセット面同士が隣接する稜線のうち少なくとも１つの稜線が複線となっている
ことを特徴とする半導体発光素子である。
本発明の第１２の態様は、
前記半導体結晶は、III属窒化物半導体の結晶である
ことを特徴とする上記第１１の態様に記載の半導体発光素子である。
本発明の第１３の態様は、
前記凸部は、ＡｌＮで構成されている
ことを特徴とする上記第１１または第１２の態様に記載の半導体発光素子である。
本発明によれば、半導体結晶からなる光取り出し面にエッチングによって凹凸パターンを形成する場合に、複数の凸部を所望の配列で形成することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
本発明の実施の形態においては、次の順序で説明を行う。
１．半導体発光素子の製造方法
１−１．第１の工程
１−２．第２の工程
２．半導体発光素子の構成
３．実施の形態の効果
４．変形例等
本発明の実施の形態においては、次の順序で説明を行う。
１．半導体発光素子の製造方法
１−１．第１の工程
１−２．第２の工程
２．半導体発光素子の構成
３．実施の形態の効果
４．変形例等
＜１．半導体発光素子の製造方法＞
まず、本発明の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法について説明する。
本発明の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法は、一連の製造工程の中に凹凸パターン形成工程を有する。凹凸パターン形成工程は、半導体結晶からなる露出面を光取り出し面とする半導体発光素子の当該光取り出し面に凹凸パターンを形成する工程である。
まず、本発明の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法について説明する。
本発明の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法は、一連の製造工程の中に凹凸パターン形成工程を有する。凹凸パターン形成工程は、半導体結晶からなる露出面を光取り出し面とする半導体発光素子の当該光取り出し面に凹凸パターンを形成する工程である。
図１（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法を説明するもので、特に、上記の凹凸パターン形成工程の手順を示している。
まず、凹凸パターン形成工程で処理する前の半導体発光素子の構成例について、図１（Ａ）を用いて説明する。この図１（Ａ）においては、支持基板１上に接合層２を介して２つの発光素子３が実装されている。各々の発光素子３は、少なくとも、活性層となる発光層と、この発光層をサンドイッチ状に挟む第１導電型層および第２導電型層と、含む積層半導体４を有する。積層半導体４は、図示しない結晶成長用の基板（たとえば、サファイア基板等）上にエピタキシャル成長によって複数の半導体層を順に形成することにより得られる。結晶成長用の基板は、この基板を用いて形成した半導体発光素子３を上下反転させて支持基板１上に実装した後、ケミカルリフトオフにより除去（剥離）される。
まず、凹凸パターン形成工程で処理する前の半導体発光素子の構成例について、図１（Ａ）を用いて説明する。この図１（Ａ）においては、支持基板１上に接合層２を介して２つの発光素子３が実装されている。各々の発光素子３は、少なくとも、活性層となる発光層と、この発光層をサンドイッチ状に挟む第１導電型層および第２導電型層と、含む積層半導体４を有する。積層半導体４は、図示しない結晶成長用の基板（たとえば、サファイア基板等）上にエピタキシャル成長によって複数の半導体層を順に形成することにより得られる。結晶成長用の基板は、この基板を用いて形成した半導体発光素子３を上下反転させて支持基板１上に実装した後、ケミカルリフトオフにより除去（剥離）される。
発光層は、窒化物半導体層によって構成される。また、第１導電型層および第２導電型層のうち、たとえば、第１導電型層は、ｎ型の窒化物半導体層によって構成され、第２導電型層は、ｐ型の窒化物半導体層によって構成される。第１導電型層および第２導電型層は、それぞれIII属窒化物半導体によって構成される。一例を記述すると、発光層はＡｌＩｎＧａＮによって構成され、第１導電型層および第２導電型層は、ＡｌＧａＮによって構成される。これにより、発光素子３は、紫外発光素子として機能する。材料組成等は発光素子の発光波長により適宜選択される。
第１導電型層側（図中、上側）には半導体層６が形成されている。半導体層６の導電型は、上記の第１導電型層と同じｎ型となっている。半導体層６は、ｎ型の半導体層側に光取り出し面７を形成している。半導体層６は、半導体結晶のIII属窒化物半導体によって構成されている。ここでは一例として、半導体層６がＡｌＮ（窒化アルミニウム）層で構成され、その下層にＡｌＧａＮ（窒化ガリウムアルミニウム）層が形成されているものとする。この場合、半導体層６は六方晶の半導体結晶となる。半導体層６は、その表面を外部に露出させ、この露出面を光取り出し面７としている。光取り出し面７は、上記発光層で発光した光を外部に取り出すための面である。光取り出し面７はIII属窒化物半導体の窒素極性面側であることが好ましい。光取り出し面７が窒素極性面側であることにより、後述する凸部の形成が容易となるためである。
第２導電型層側（図中、下側）にはｐ側の電極８が形成されている。この電極８は、接合層２に電気的かつ機械的に接続されている。電極８の外周部には保護層９が形成されている。保護層９は、たとえば、ＳｉＯ２（酸化シリコン）によって構成される層である。
上記構成からなる半導体発光素子に対して、凹凸パターン形成工程では、少なくとも２つの工程を経て、半導体層６の光取り出し面７に凹凸パターンを形成する。以下、各工程について説明する。
（１−１．第１の工程）
第１の工程では、半導体層６の光取り出し面７に複数の圧痕を形成する。この工程では、図１（Ｂ）に示すように、圧痕形成のために加工基板１１を用いる。加工基板１１の主表面には、たとえば、一定間隔の幾何学的な配列で複数の突起部１２が形成されている。そこで、第１の工程においては、加工基板１１の複数の突起部１２を発光素子３の光取り出し面７に押し当てることにより、光取り出し面７に複数の圧痕を形成する。
第１の工程では、半導体層６の光取り出し面７に複数の圧痕を形成する。この工程では、図１（Ｂ）に示すように、圧痕形成のために加工基板１１を用いる。加工基板１１の主表面には、たとえば、一定間隔の幾何学的な配列で複数の突起部１２が形成されている。そこで、第１の工程においては、加工基板１１の複数の突起部１２を発光素子３の光取り出し面７に押し当てることにより、光取り出し面７に複数の圧痕を形成する。
本明細書で記述する「加工基板」とは、物理的な加工又は化学的な加工、あるいはその両方によって、少なくとも一方の主表面に複数の突起部が形成された基板をいう。また、本明細書で記述する「圧痕」とは、光取り出し面に局所的に荷重を加えたときに、その荷重を受けたところに痕跡として残るものをいう。典型的には、「圧痕」とは、荷重を受けてへこんだ部分をいう。ただし、「圧痕」とは、これに限らず、荷重を受けて半導体結晶の結晶構造（原子の配列）に歪み等が生じている部分も含む。
ここで、第１の工程で使用する加工基板１１について詳しく説明する。加工基板１１は、光取り出し面７を構成する半導体層（半導体結晶）６よりも硬度が高い材料で構成されている。硬度の尺度にはいくつかあるが、ここでは一例として、最も広く普及しているビッカース硬さ（ＨＶ）で「硬度」を規定するものとする。半導体層６をＡｌＮ層で構成した場合は、ＡｌＮの硬度はＨＶ＝１２３０となるため、加工基板１１の材料は、それよりも硬度が高い材料であればよい。具体的な材料名を挙げると、たとえば、ＴｉＢ２、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＺｒＢ２、ＺｒＣ、ＺｒＮ、ＶＢ２、ＶＣ、ＶＮ、ＮｂＢ２、ＮｂＣ、ＮｂＮ、ＴａＢ２、ＴａＣ、ＣｒＢ２、Ｃｒ３Ｃ２、Ｍｏ２Ｂ５、Ｍｏ２Ｃ、Ｗ２Ｂ５、ＷＣ、ＬａＢ６、Ｂ４Ｃ、Ｂ、ＡｌＢ１２、ＳｉＣ、ＳｉＢ６、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＴｉＯ４、ＢｅＯなどを、加工基板１１の材料に用いることができる。
ただし、使用する加工基板１１の表面には、複数の微細な突起部１２を幾何学的な配列で形成する必要がある。上述した硬度の条件を満たす基板の材料のうち、Ａｌ２Ｏ３（サファイア）基板に加工を行ったパターン化サファイア基板（Patterned Sapphire Substrate）は窒化物半導体の成長用基板として製造されており、入手が容易である。本実施の形態においては、配列のパターンの間隔（以下、「ピッチ」ともいう。）は、後に形成する凹凸パターンの形成に合わせて入手が可能な範囲で任意に設定することができる。例えばピッチが１μｍ乃至３μｍのパターン化サファイア基板（Patterned Sapphire Substrate）を加工基板１１に用いることができる。この加工基板１１においては、ナノインプリント等の技術を用いて各々の突起部１２が山形または半球状に形成される。
上記の加工基板１１を用意したら、図１（Ｂ）に示すように、加工基板１１の複数の突起部１２を各々の発光素子３の光取り出し面７に押し当てる。このとき、図２（Ａ）に示すように、適度な荷重をかけて加工基板１１の突起部１２を発光素子３の光取り出し面７に押し当て、その後、図２（Ｂ）に示すように、発光素子３の光取り出し面７から加工基板１１を分離させると、取り出し面７に複数の圧痕１４が残る。この圧痕１４は、加工基板１１の突起部１２が接触した箇所で、光取り出し面７が局所的にへこむことにより形成されたものである。このため、発光素子３の光取り出し面７に形成される複数の圧痕１４は、加工基板１１の複数の突起部１２と同じ配列になる。この工程に適用するプレス条件は、加工基板１１の大きさや光取り出し面７の面積にもよるが、たとえば、圧力＝６ＭＰａに設定するとよい。また、光取り出し面７に加える荷重は、加工基板１１の突起部１つあたり１ｍｇｆ以上４００ｍｇｆ以下の範囲内で設定するとよい（理由は後述）。図３（Ａ）は圧痕形成を行った後の表面形状を斜め方向から撮影した電子顕微鏡写真であり、同（Ｂ）は圧痕形成に用いた加工基板の表面形状を斜め方向から撮影した電子顕微鏡写真である。
なお、本実施の形態においては、複数の突起部１２を光取り出し面７に押し当てる場合に、発光素子３を支持する支持基板１を固定し、この支持基板１に近づく方向に加工基板１１を移動させることを想定している。しかし、これ以外にも、たとえば、加工基板１１を固定してこれに近づく方向に支持基板１を移動させたり、支持基板１と加工基板１１の両方を互いに近づく方向に移動させたりして、複数の突起部１２を光取り出し面７に押し当ててもかまわない。
また、プレス工程は複数回で行っても良い。例えば支持基板１に対して、サイズの小さい加工基板１１を複数回プレスすることで、支持基板１全体に圧痕の形成を行っても良い。
また、例えば三角形配置の２μｍピッチの加工基板１１を複数回プレスすることで１μｍピッチの圧痕を形成することも可能である。
複数回で行う利点は突起部１つあたりの荷重を同一とすれば、プレス時の荷重を減らすことが出来ることである。
また、プレス工程は複数回で行っても良い。例えば支持基板１に対して、サイズの小さい加工基板１１を複数回プレスすることで、支持基板１全体に圧痕の形成を行っても良い。
また、例えば三角形配置の２μｍピッチの加工基板１１を複数回プレスすることで１μｍピッチの圧痕を形成することも可能である。
複数回で行う利点は突起部１つあたりの荷重を同一とすれば、プレス時の荷重を減らすことが出来ることである。
（１−２．第２の工程）
次に、上記の工程で複数の圧痕１４が形成された半導体層６の光取り出し面７をエッチングすることにより、図１（Ｃ）に示すように、光取り出し面７に複数の凸部１５による凹凸パターンを形成する。凸部１５は、半導体結晶からなる半導体層６の一部が凸状に残ったものである。この工程では、エッチングマスク等を使用することなく、アルカリ溶液を用いて半導体層６の光取り出し面７をウェットエッチング（異方性ウェットエッチング）する。エッチング条件としては、たとえば、エッチング液としてＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）を含むアルカリ溶液を使用し、エッチング温度＝８０℃、エッチング時間＝３０秒に設定するとよい。なお、エッチング液としてＴＭＡＨを含むアルカリ水溶液を用いる場合、ＴＭＡＨの濃度は、半導体層６の構成材料や厚みなどに応じて適宜設定すればよい。
次に、上記の工程で複数の圧痕１４が形成された半導体層６の光取り出し面７をエッチングすることにより、図１（Ｃ）に示すように、光取り出し面７に複数の凸部１５による凹凸パターンを形成する。凸部１５は、半導体結晶からなる半導体層６の一部が凸状に残ったものである。この工程では、エッチングマスク等を使用することなく、アルカリ溶液を用いて半導体層６の光取り出し面７をウェットエッチング（異方性ウェットエッチング）する。エッチング条件としては、たとえば、エッチング液としてＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）を含むアルカリ溶液を使用し、エッチング温度＝８０℃、エッチング時間＝３０秒に設定するとよい。なお、エッチング液としてＴＭＡＨを含むアルカリ水溶液を用いる場合、ＴＭＡＨの濃度は、半導体層６の構成材料や厚みなどに応じて適宜設定すればよい。
ここで、上述のように半導体層６をＡｌＮ層で構成し、その下層にＡｌＧａＮ層が形成されている場合、エッチング液（アルカリ溶液）に対するエッチング速度は、ＡｌＮ層のほうがＡｌＧａＮ層よりも速くなる。このため、ＡｌＮ層によって形成された光取り出し面７をウェットエッチングする場合は、ＡｌＧａＮ層（ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層、０＜ｘ＜１）をエッチングストップ層として機能させることができる。
実際に半導体層６の光取り出し面７をウェットエッチングすると、図２（Ｃ）に示すように、圧痕１４が形成された箇所を頂部とし、かつ、半導体結晶の複数のファセット面を側面とする凸部１５が形成される。このとき、光取り出し面７の面内においては、圧痕１４が形成されている箇所が、それ以外の箇所よりもエッチングされにくくなる。つまり、圧痕１４の部分が、あたかもエッチングマスクのように機能する。このため、半導体層６の光取り出し面７には、圧痕１４が形成された箇所を頂部とする六角錐形状の凸部１５が形成される。なお、ＩＩＩ窒化物半導体のファセット面とは、｛１０−１ｎ｝面（ｎは整数）および｛１１−２ｍ｝面（ｍは整数）からなる群から選ばれる少なくとも１つの結晶幾何学的に等価な面であり、代表的には窒素極性面側の｛１０−１−１｝面または｛１１−２−２｝面である。
圧痕１４を形成した箇所がエッチングされにくくなる理由は、まだ明らかになっていない。本発明者がこれまでに実施した実験の結果から推測すると、次のように考えられる。すなわち、半導体結晶からなる光取り出し面７に局所的な荷重が加わったときに、その結晶系を構成している原子の配列に歪み等が生じ、これによって原子の配列が変化した部分がエッチングされにくくなったものと考えられる。
いずれにしても圧痕１４を形成した箇所はエッチングされにくくなるため、結果的に、半導体層６の光取り出し面７のエッチングは次のように進行する。まず、光取り出し面７の面内においては、圧痕１４を形成した箇所以外の箇所で、エッチングによる溶解侵食が始まる。その際、圧痕１４を形成した箇所では、圧痕１４の部分を残すかたちで、その周辺部から先にエッチングが進行する。これにより、光取り出し面７の面内においては、各々の圧痕１４の部分を起点に複数のファセット面が形成されていく。その結果、圧痕１４が形成された箇所を頂部とし、複数のファセット面を側面とする六角錐形状の凸部１５が形成される。
上記のアルカリ溶液を用いたウェットエッチングは、下層のＡｌＧａＮ層の表層部分がエッチングされるまで行う。これにより、光取り出し面７の面内において、圧痕１４を頂部とする凸部１５同士が隣り合う部分には、下層のＡｌＧａＮ層の表層部分が露出する。この露出部分の表面状態は、エッチングにより粗面化された状態、換言すると、凸部１５よりも高さ寸法が小さく、かつ、配列がランダムな微小な凹凸が形成された状態になる。
また、圧痕１４の形成によって得られる凸部１５は、少なくとも、凸部１５の頂部に圧痕１４が残るか、複数のファセット面同士が隣接する稜線のうち少なくとも１つの稜線が複線となる形態で、形成することが望ましい。以下、詳しく説明する。
まず、圧痕１４を形成した箇所は、他の箇所に比べてエッチングされにくくなるが、まったくエッチングされないわけではない。このため、エッチング時間が長くなると、エッチングの進行によって圧痕１４が小さくなり、消滅することもあり得る。圧痕１４が小さくなると、観察することが困難になる。ただし、圧痕１４がエッチングされると、最終的に形成される凸部１５の高さが低くなる。したがって、凸部１５の高さをできるだけ高くするには、凸部１５の頂部に圧痕１４を残すように、光取り出し面７をエッチングすることが望ましい。
また、六方晶の半導体結晶により得られる六角錐形の凸部１５には、エッチングによって６つのファセット面が形成される。このため、ファセット面同士が隣接する稜線の形成箇所は合計で６箇所になる。この稜線は、上述のように圧痕１４を起点に複数のファセット面を形成する場合、圧痕１４の影響で複線になりやすくなる。複線になる理由は、マスクとして作用する圧痕１４の形状が正六角形ではないため、６角錐のファセット面の間を補完する微小なファセット面が形成されるためであると推測される。但し、圧痕１４が消滅した後にエッチングが進むと、凸部１５の高さが徐々に低くなり、それにつれて稜線が複線から単線に変化する、または、稜が削れ、稜線が観察されにくくなることが考えられる。したがって、凸部１５の高さをできるだけ高くするには、少なくとも一つの稜線が複線となるように、光取り出し面７をエッチングすることが望ましい。凸部１５の稜線が複線となった具体例を図４に模式的な平面図として示す。この具体例では、６箇所の稜線１６ａ〜１６ｆのうち、圧痕１４を間に挟んで直線状をなす２つの稜線１６ｂ，１６ｅが複線になっている。
なお、凸部１５の高さを高くするための対応としては、凸部１５の頂部に圧痕１４を残したうえで、複数のファセット面同士が隣接する稜線のうち少なくとも１つの稜線が複線となるように、光取り出し面７をエッチングしてもよい。
以上述べた第１の工程および第２の工程により、各発光素子３の光取り出し面７に複数の凸部１５が形成され、これらの凸部１５の存在によって光取り出し面７に凹凸パターンが形成される。以降の製造工程（ｎ側の電極を形成する工程、保護膜を形成する工程など）の説明は省略する。なお、上記の凹凸パターン形成工程は、ｎ型の電極を形成した後に行うことも可能である。
＜２．半導体発光素子の構成＞
次に、本発明の実施の形態に係る半導体発光素子の構成について説明する。
本発明の実施の形態に係る半導体発光素子には、構成上の特徴はいくつかあるが、ここではその代表的な特徴について記述する。
次に、本発明の実施の形態に係る半導体発光素子の構成について説明する。
本発明の実施の形態に係る半導体発光素子には、構成上の特徴はいくつかあるが、ここではその代表的な特徴について記述する。
（第１の特徴）
第１の特徴は、光取り出し面７に形成された凸部１５の頂部に圧痕１４を有することである。この圧痕１４は、上記第１の工程で光取り出し面７に形成され、その後の第２の工程でエッチング処理した後も、凸部１５の頂部に残存したものである。凸部１５の頂部に圧痕１４があると、凸部１５の頂部が圧痕１４の存在により少し形状的につぶれた状態（典型的には、少しへこんだ状態）になる。これに対して、従来のように光取り出し面７に圧痕１４を形成せずにアルカリ溶液でウェットエッチングした場合は、エッチング後に残存する凸部の頂部が尖った形状になる。参考までに、圧痕を形成してエッチングしたときに得られた凸部を斜め方向から撮影した電子顕微鏡写真を図５（Ａ）に示し、圧痕を形成せずにエッチングしたときに得られた凸部を斜め方向から撮影した電子顕微鏡写真を図５（Ｂ）に示す。図５（Ａ）に示す凸部１５の頂部は圧痕１４の存在によって少しへこんでいるが、図５（ｂ）に示す凸部１５の頂部は尖っている。なお、図５（Ａ），（Ｂ）は圧痕を形成した場合と形成しない場合の凸部の形状的な違いを実験的に確認したものであり、凸部の配列に特段の意味はない。
第１の特徴は、光取り出し面７に形成された凸部１５の頂部に圧痕１４を有することである。この圧痕１４は、上記第１の工程で光取り出し面７に形成され、その後の第２の工程でエッチング処理した後も、凸部１５の頂部に残存したものである。凸部１５の頂部に圧痕１４があると、凸部１５の頂部が圧痕１４の存在により少し形状的につぶれた状態（典型的には、少しへこんだ状態）になる。これに対して、従来のように光取り出し面７に圧痕１４を形成せずにアルカリ溶液でウェットエッチングした場合は、エッチング後に残存する凸部の頂部が尖った形状になる。参考までに、圧痕を形成してエッチングしたときに得られた凸部を斜め方向から撮影した電子顕微鏡写真を図５（Ａ）に示し、圧痕を形成せずにエッチングしたときに得られた凸部を斜め方向から撮影した電子顕微鏡写真を図５（Ｂ）に示す。図５（Ａ）に示す凸部１５の頂部は圧痕１４の存在によって少しへこんでいるが、図５（ｂ）に示す凸部１５の頂部は尖っている。なお、図５（Ａ），（Ｂ）は圧痕を形成した場合と形成しない場合の凸部の形状的な違いを実験的に確認したものであり、凸部の配列に特段の意味はない。
（第２の特徴）
第２の特徴は、光取り出し面７に六角錐形状に形成された凸部１５の複数のファセット面同士が隣接する稜線のうち、少なくとも１つの稜線が複線となることである。六角錐形状の凸部１５の稜線は、上記第１の工程で光取り出し面７に圧痕１４を形成したことに起因して、その後の第２の工程でウェットエッチングしたときに複線になる。これに対して、従来のように光取り出し面７に圧痕１４を形成せずにウェットエッチングした場合は、上述のように凸部の頂部が尖った形状になり、そこを起点にファセット面と稜線が形成されていくので、もともとの結晶構造に欠陥等がないかぎり単線になる。
第２の特徴は、光取り出し面７に六角錐形状に形成された凸部１５の複数のファセット面同士が隣接する稜線のうち、少なくとも１つの稜線が複線となることである。六角錐形状の凸部１５の稜線は、上記第１の工程で光取り出し面７に圧痕１４を形成したことに起因して、その後の第２の工程でウェットエッチングしたときに複線になる。これに対して、従来のように光取り出し面７に圧痕１４を形成せずにウェットエッチングした場合は、上述のように凸部の頂部が尖った形状になり、そこを起点にファセット面と稜線が形成されていくので、もともとの結晶構造に欠陥等がないかぎり単線になる。
（第３の特徴）
第３の特徴は、光取り出し面７に形成された複数の凸部１５の配列が規則的な配列になることである。光取り出し面７に形成された複数の凸部１５の配列は、上記第１の工程で用いる加工基板１１の突起部１２の配列によって決まる。なぜなら、各々の凸部１５は、加工基板１１の突起部１２との接触によって形成された圧痕１４の位置を起点に形成されるからである。このため、たとえば、加工基板１１の複数の突起部１２が一定の間隔で幾何学的に配列されていた場合は、それと同じ間隔および配列で光取り出し面７に複数の凸部１５が形成される。これに対して、従来のように光取り出し面７に圧痕１４を形成せずにウェットエッチングした場合は、複数の凸部が不規則（ランダム）な配列になる。
第３の特徴は、光取り出し面７に形成された複数の凸部１５の配列が規則的な配列になることである。光取り出し面７に形成された複数の凸部１５の配列は、上記第１の工程で用いる加工基板１１の突起部１２の配列によって決まる。なぜなら、各々の凸部１５は、加工基板１１の突起部１２との接触によって形成された圧痕１４の位置を起点に形成されるからである。このため、たとえば、加工基板１１の複数の突起部１２が一定の間隔で幾何学的に配列されていた場合は、それと同じ間隔および配列で光取り出し面７に複数の凸部１５が形成される。これに対して、従来のように光取り出し面７に圧痕１４を形成せずにウェットエッチングした場合は、複数の凸部が不規則（ランダム）な配列になる。
（第４の特徴）
第４の特徴は、光取り出し面７に形成された複数の凸部１５の高さがほぼ一様な高さに揃うことである。言い換えれば、各々の凸部１５の高さのバラツキが小さいということである。これに対して、従来のように光取り出し面７に圧痕１４を形成せずにウェットエッチングした場合は、複数の凸部の高さが不揃いになる。言い換えれば、各々の凸部のサイズのバラツキが大きいということである。
第４の特徴は、光取り出し面７に形成された複数の凸部１５の高さがほぼ一様な高さに揃うことである。言い換えれば、各々の凸部１５の高さのバラツキが小さいということである。これに対して、従来のように光取り出し面７に圧痕１４を形成せずにウェットエッチングした場合は、複数の凸部の高さが不揃いになる。言い換えれば、各々の凸部のサイズのバラツキが大きいということである。
（第５の特徴）
第５の特徴は、光取り出し面７に形成された複数の凸部１５の相互間に、第１導電型層に相当するＡｌＧａＮ層の表層部分（エッチングにより粗面化された部分）が、規則的に存在することである。これに対して、従来のように光取り出し面７に圧痕１４を形成せずにウェットエッチングした場合は、複数の凸部の配列が不規則になるため、ＡｌＧａＮ層の表層部分も不規則に存在することになる。
第５の特徴は、光取り出し面７に形成された複数の凸部１５の相互間に、第１導電型層に相当するＡｌＧａＮ層の表層部分（エッチングにより粗面化された部分）が、規則的に存在することである。これに対して、従来のように光取り出し面７に圧痕１４を形成せずにウェットエッチングした場合は、複数の凸部の配列が不規則になるため、ＡｌＧａＮ層の表層部分も不規則に存在することになる。
（第６の特徴）
第６の特徴は、光取り出し面７に形成された複数の凸部１５が、ＡｌＮで構成されていることである。これは凸部１５を形成する元になる半導体層６をＡｌＮ層としたためである。半導体層６については、たとえばＧａＮ層としてもよいが、本発明者による実験では、ＡｌＮ層を採用したほうが好ましいという結果が得られた。具体的には、ＡｌＮ層を採用した場合に比べて、半導体層６をＧａＮ層として光取り出し面７に圧痕１４を形成した場合は、エッチング速度が遅くなることに加えて、エッチングによって得られる凸部１５の高さや配列のバラツキが大きいという実験結果が得られた。このため、半導体発光素子の製造方法としては、半導体層６の半導体結晶のＡｌ組成が０．５以上のＡｌＧａＮの結晶であることが好ましく、ＡｌＮの結晶であることが最も好ましい。半導体発光素子の構成としては、凸部１５のＡｌ組成が０．５以上のＡｌＧａＮで構成されていることが好ましく、ＡｌＮで構成されていることが最も好ましい。
第６の特徴は、光取り出し面７に形成された複数の凸部１５が、ＡｌＮで構成されていることである。これは凸部１５を形成する元になる半導体層６をＡｌＮ層としたためである。半導体層６については、たとえばＧａＮ層としてもよいが、本発明者による実験では、ＡｌＮ層を採用したほうが好ましいという結果が得られた。具体的には、ＡｌＮ層を採用した場合に比べて、半導体層６をＧａＮ層として光取り出し面７に圧痕１４を形成した場合は、エッチング速度が遅くなることに加えて、エッチングによって得られる凸部１５の高さや配列のバラツキが大きいという実験結果が得られた。このため、半導体発光素子の製造方法としては、半導体層６の半導体結晶のＡｌ組成が０．５以上のＡｌＧａＮの結晶であることが好ましく、ＡｌＮの結晶であることが最も好ましい。半導体発光素子の構成としては、凸部１５のＡｌ組成が０．５以上のＡｌＧａＮで構成されていることが好ましく、ＡｌＮで構成されていることが最も好ましい。
（第７の特徴）
第７の特徴は、光取り出し面７に形成された複数の凸部１５の平均高さが、その元になる半導体層６の厚さ以上となることである。その技術的根拠は、主に２つある。一つは、第１導電型層（ＡｌＧａＮ層）の表層部分がエッチングにより掘られることで、エッチングのトータルの掘り込み深さが、半導体層６の厚さ以上になるためである。もう一つは、光取り出し面７に形成された圧痕１４がエッチングマスクのように機能することにより、圧痕１４の部分が凸部１５の頂部に残るためである。これに対して、従来のように光取り出し面７に圧痕１４を形成せずにウェットエッチングした場合は、圧痕１４によるマスク機能が得られないため、凸部の平均高さは、その元になる半導体層の厚み未満となる。
第７の特徴は、光取り出し面７に形成された複数の凸部１５の平均高さが、その元になる半導体層６の厚さ以上となることである。その技術的根拠は、主に２つある。一つは、第１導電型層（ＡｌＧａＮ層）の表層部分がエッチングにより掘られることで、エッチングのトータルの掘り込み深さが、半導体層６の厚さ以上になるためである。もう一つは、光取り出し面７に形成された圧痕１４がエッチングマスクのように機能することにより、圧痕１４の部分が凸部１５の頂部に残るためである。これに対して、従来のように光取り出し面７に圧痕１４を形成せずにウェットエッチングした場合は、圧痕１４によるマスク機能が得られないため、凸部の平均高さは、その元になる半導体層の厚み未満となる。
（第８の特徴）
第８の特徴は、パターン形成工程の処理条件を適宜設定することにより、光取り出し面７に形成された複数の凸部１５の配列状態が、一定の規則性をもって非常に高密度になることである（詳細は後述）。
第８の特徴は、パターン形成工程の処理条件を適宜設定することにより、光取り出し面７に形成された複数の凸部１５の配列状態が、一定の規則性をもって非常に高密度になることである（詳細は後述）。
次に、凹凸パターン形成工程における処理条件について記述する。
（荷重の条件と凸部の配列の関係）
本発明者は、加工基板１１を用いて光取り出し面７に加える突起部１つあたりの荷重の条件を変えて、それぞれの条件ごとに、ウェットエッチングによって得られる凸部１５の配列の規則性を確認してみた。その結果を以下に記述する。
本発明者は、加工基板１１を用いて光取り出し面７に加える突起部１つあたりの荷重の条件を変えて、それぞれの条件ごとに、ウェットエッチングによって得られる凸部１５の配列の規則性を確認してみた。その結果を以下に記述する。
まず、光取り出し面７に加える荷重の条件として、突起部１つあたりの荷重を、第１の荷重＝０．１ｍｇｆ、第２の荷重＝０．７ｍｇｆ、第３の荷重＝４．６ｍｇｆ、第４の荷重＝６．３ｍｇｆ、第５の荷重＝３３２．９ｍｇｆに設定した。
なお、突起部１つあたりの荷重とは、たとえば、加工基板１１をプレスする場合のプレス荷重を、光取り出し面と点で接する加工基板の突起部の数で割った値である。第１の荷重と第２の荷重は、突起部の間隔が１μｍの加工基板を使用し、第３の荷重と第４の荷重は、突起部の間隔が３μｍの加工基板を使用している。そして、それぞれの荷重条件で圧痕形成を実施することにより、荷重条件の異なる複数の半導体発光素子を作製した。その際、各々の半導体発光素子には厚さ０．８μｍのＡｌＮ層を形成しておき、その表面に共通の加工基板を用いて圧痕を形成した後、以下のエッチング条件によりＡｌＮ層の表面（光取り出し面に相当する面であり、窒素極性面）をウェットエッチングした。
（エッチング条件）
エッチング液：ＴＭＡＨ（２２ｗｔ％）
エッチング温度：８０℃
エッチング時間：１５ｓｅｃ
なお、突起部１つあたりの荷重とは、たとえば、加工基板１１をプレスする場合のプレス荷重を、光取り出し面と点で接する加工基板の突起部の数で割った値である。第１の荷重と第２の荷重は、突起部の間隔が１μｍの加工基板を使用し、第３の荷重と第４の荷重は、突起部の間隔が３μｍの加工基板を使用している。そして、それぞれの荷重条件で圧痕形成を実施することにより、荷重条件の異なる複数の半導体発光素子を作製した。その際、各々の半導体発光素子には厚さ０．８μｍのＡｌＮ層を形成しておき、その表面に共通の加工基板を用いて圧痕を形成した後、以下のエッチング条件によりＡｌＮ層の表面（光取り出し面に相当する面であり、窒素極性面）をウェットエッチングした。
（エッチング条件）
エッチング液：ＴＭＡＨ（２２ｗｔ％）
エッチング温度：８０℃
エッチング時間：１５ｓｅｃ
その結果、第１の荷重に設定した場合は、凸部の配列にほとんど規則性がみられなかったが、第２の荷重に設定した場合は、部分的に規則性がみられた。これに対して、第３の荷重、第４の荷重および第５の荷重に設定した場合は、いずれも凸部１５の配列が規則的なものとなった。参考までに、ウェットエッチング後の光取り出し面の凹凸パターンを真上から撮影した電子顕微鏡写真を図６（Ａ）〜（Ｄ）に示す。図６（Ａ）は第２の荷重に設定した場合、同（Ｂ）は第３の荷重に設定した場合、同（Ｃ）は第４の荷重に設定した場合、同（Ｄ）は第５の荷重に設定した場合である。この実験結果から、光取り出し面７に形成される複数の凸部１５の配列を規則的なものとするためには、突起部１つあたりの荷重を１ｍｇｆ以上４００ｍｇｆ以下に設定することが好ましいといえる。突起部１つあたりの荷重が１ｍｇｆ未満では均一に圧痕を形成するには荷重が不足しており、４００ｍｇｆを超えると圧痕が大きくなりすぎ、さらに半導体層にクラックが生じる恐れがあるためである。突起部１つあたりの荷重を４ｍｇｆ以上４０ｍｇｆ以下とすることがより好ましい。
（半導体層６の厚みと凸部の高さの関係）
本発明者は、光取り出し面を形成する半導体層６の厚みとそれを元に形成される凸部１５の高さの関係について、実験的に確認してみた。その結果を以下に記述する。
本発明者は、光取り出し面を形成する半導体層６の厚みとそれを元に形成される凸部１５の高さの関係について、実験的に確認してみた。その結果を以下に記述する。
（実施例１）
サファイア基板上にＡｌＮ単結晶層を有するＡｌＮテンプレート基板上に、Ｓｃをスパッタし、その後にアンモニア雰囲気で熱処理を行ってＳｃＮリフトオフ層を形成した。次に、ＳｃＮリフトオフ層の上に半導体層６としてＡｌＮ層を、厚さ０．６μｍとして形成した。次に、ＡｌＮ層の上に、ｎ−ＡｌＧａＮ層、ＡｌＩｎＧａＮ量子井戸活性層（発光波長３４０ｎｍ）、ｐ−ＡｌＧａＮ層を順に形成した。その後、ｐ−ＡｌＧａＮ層の上にｐ型電極（Ｎｉ／Ａｕ）を形成し、Ａｕ接合により支持基板（Ｓｉ基板）を接合した。その後、塩酸によりＳｃＮリフトオフ層を除去して成長用基板であるＡｌＮテンプレート基板を剥離した。このとき露出する半導体層６のＡｌＮ層の表面は窒素極性面であり、光取り出し面となる。その面に以下に記述する条件で圧痕形成およびウェットエッチングを実施した。その際、ＡｌＮ層の下層にあるｎ−ＡｌＧａＮ層の表層部分までエッチングした。
サファイア基板上にＡｌＮ単結晶層を有するＡｌＮテンプレート基板上に、Ｓｃをスパッタし、その後にアンモニア雰囲気で熱処理を行ってＳｃＮリフトオフ層を形成した。次に、ＳｃＮリフトオフ層の上に半導体層６としてＡｌＮ層を、厚さ０．６μｍとして形成した。次に、ＡｌＮ層の上に、ｎ−ＡｌＧａＮ層、ＡｌＩｎＧａＮ量子井戸活性層（発光波長３４０ｎｍ）、ｐ−ＡｌＧａＮ層を順に形成した。その後、ｐ−ＡｌＧａＮ層の上にｐ型電極（Ｎｉ／Ａｕ）を形成し、Ａｕ接合により支持基板（Ｓｉ基板）を接合した。その後、塩酸によりＳｃＮリフトオフ層を除去して成長用基板であるＡｌＮテンプレート基板を剥離した。このとき露出する半導体層６のＡｌＮ層の表面は窒素極性面であり、光取り出し面となる。その面に以下に記述する条件で圧痕形成およびウェットエッチングを実施した。その際、ＡｌＮ層の下層にあるｎ−ＡｌＧａＮ層の表層部分までエッチングした。
（圧痕形成の条件）
加工基板：パターンピッチ３μｍのパターン化サファイア基板
加工基板に加えた荷重：６ＭＰａ
突起部１つあたりの荷重：６．３ｍｇｆ
（エッチングの条件）
エッチング液：ＴＭＡＨ（２２ｗｔ％）
エッチング温度：８０℃
エッチング時間：３０ｓｅｃ
加工基板：パターンピッチ３μｍのパターン化サファイア基板
加工基板に加えた荷重：６ＭＰａ
突起部１つあたりの荷重：６．３ｍｇｆ
（エッチングの条件）
エッチング液：ＴＭＡＨ（２２ｗｔ％）
エッチング温度：８０℃
エッチング時間：３０ｓｅｃ
（実施例２）
半導体層６のＡｌＮ層の厚さを１．０μｍとした以外は、実施例１と同様に行った。
（実施例３）
半導体層６のＡｌＮ層の厚さを２．０μｍとした以外は、実施例１と同様に行った。
半導体層６のＡｌＮ層の厚さを１．０μｍとした以外は、実施例１と同様に行った。
（実施例３）
半導体層６のＡｌＮ層の厚さを２．０μｍとした以外は、実施例１と同様に行った。
（比較例１）
光取り出し面に圧痕形成を行わなかった以外は実施例１と同様に行った。
（比較例２）
光取り出し面に圧痕形成を行わなかった以外は実施例２と同様に行った。
（比較例３）
光取り出し面に圧痕形成を行わなかった以外は実施例３と同様に行った。
（比較例４）
光取り出し面に圧痕形成とエッチングを行わなかった以外は実施例２と同様に行った。
光取り出し面に圧痕形成を行わなかった以外は実施例１と同様に行った。
（比較例２）
光取り出し面に圧痕形成を行わなかった以外は実施例２と同様に行った。
（比較例３）
光取り出し面に圧痕形成を行わなかった以外は実施例３と同様に行った。
（比較例４）
光取り出し面に圧痕形成とエッチングを行わなかった以外は実施例２と同様に行った。
図７（Ａ）は、厚さが２．０μｍのＡｌＮ層に上記の条件で圧痕形成およびエッチングを行ったときに得られた実施例２の凸部の形状および配列を示す電子顕微鏡写真である。図７（Ａ）のような断面の電子顕微鏡写真より、凸部の六角推形状の底面に対する側面の角度が約６２度であることから、側面を構成するファセット面は｛１０−１−１｝面であることが分かる。
いずれの実施例も、複数の凸部の高さが一様であり、図７（Ａ）のように横断面の顕微鏡写真を撮ると各々の凸部の底部と頂点とを直線近似できるため、その直線の間隔を平均高さとした。ＡｌＮ層の厚さが０．６μｍの実施例１における凸部の平均高さは１．０μｍであり、ＡｌＮ層の厚さが１．０μｍの実施例２における凸部の平均高さは１．２μｍであり、ＡｌＮ層の厚さが２．０μｍの実施例２における凸部の平均高さは２．０μｍであった。
図７（Ｂ）は、厚さが２．０μｍのＡｌＮ層に上記の条件で圧痕形成を行わずエッチングのみを行ったときに得られた比較例２の凸部の形状および配列を示す電子顕微鏡写真である。図７（Ｂ）のように、いずれの比較例も、複数の凸部の高さが一様ではなく凸部の高さが不揃いであるため、平均高さを求めることが難しい。そのため最大高さで評価すると、ＡｌＮ層の厚さが０．６μｍの比較例１における凸部の最大高さは０．６μｍ、ＡｌＮ層の厚さが１．０μｍの比較例２における凸部の最大高さは１．０μｍ、ＡｌＮ層の厚さが２．０μｍの比較例３における凸部の最大高さは１．２μｍであった。
以上の点を考慮して、実施例と比較例の凸部の高さを比べると、実施例のほうが凸部の高さが高くなっていることが分かる。実施例ではいずれの凸部もＡｌＮ層の厚さ以上の高さを有するのに対して、比較例では最も大きい凸部でもＡｌＮ層の厚さ以下であった。
（半導体発光素子の光出力特定）
実施例２の場合と比較例２の場合で、半導体発光素子の光の出力にどの程度の違いが生じるか測定を行うため、圧痕形成もエッチングも行わない比較例４を作製し、それぞれに電極を形成した。
電流５０ｍＡを流したときの発光出力は、比較例２が０．４０８ｍＷ、実施例２が０．４４６ｍＷであった。比較例４の出力（０．３２５ｍＷ）に対し凹凸形成による出力向上率を計算すると、比較例２が１２６％であったのに対して、実施例２はそれよりも大きい１３７％であった。実施例２の比較例２に対する出力比は１．０９であり、圧痕形成により９％の出力向上があった。すなわち、実施例の凹凸は比較例の凹凸より光取り出し効果が高いことが分かる。
実施例２の場合と比較例２の場合で、半導体発光素子の光の出力にどの程度の違いが生じるか測定を行うため、圧痕形成もエッチングも行わない比較例４を作製し、それぞれに電極を形成した。
電流５０ｍＡを流したときの発光出力は、比較例２が０．４０８ｍＷ、実施例２が０．４４６ｍＷであった。比較例４の出力（０．３２５ｍＷ）に対し凹凸形成による出力向上率を計算すると、比較例２が１２６％であったのに対して、実施例２はそれよりも大きい１３７％であった。実施例２の比較例２に対する出力比は１．０９であり、圧痕形成により９％の出力向上があった。すなわち、実施例の凹凸は比較例の凹凸より光取り出し効果が高いことが分かる。
（半導体層６の厚みと突起部１２のピッチの関係）
本発明の実施の形態に係る製造方法においては、加工基板１１の突起部１２の配列にしたがって光取り出し面７に凸部１５が形成される。このため、凸部１５のピッチは、加工基板１１の突起部１２のピッチに依存したものとなる。また、凸部１５の形状は六角錐形状になる。その場合、半導体層６の厚み寸法と突起部１２（圧痕１４）のピッチとがほぼ等しい条件で光取り出し面７をエッチングし、半導体層６の厚み寸法相当の高さで凸部１５を形成すると、複数の凸部１５の配列は、たとえば図８（Ａ），（Ｂ）のようになる。この例では、平面視六角形の凸部１５の相互間に平面視三角形の領域１７が介在している。領域１７は、下層の第１導電型層（ＡｌＧａＮ層）の表層部分がエッチングにより露出したものである。領域１７には微小な凹凸が形成されている。これに対して、半導体層６の厚み寸法よりも小さいピッチで配列された突起部１２を押し付けて圧痕１４を形成し、エッチングを行うと、半導体層６の厚み寸法相当のエッチング量に達する前に、各々の凸部１５の裾の部分が干渉し合う。以上のことから、半導体層６の厚みと加工基板１１の突起部１２のピッチとの関係は、相互に等しい関係に設定することが好ましい。
本発明の実施の形態に係る製造方法においては、加工基板１１の突起部１２の配列にしたがって光取り出し面７に凸部１５が形成される。このため、凸部１５のピッチは、加工基板１１の突起部１２のピッチに依存したものとなる。また、凸部１５の形状は六角錐形状になる。その場合、半導体層６の厚み寸法と突起部１２（圧痕１４）のピッチとがほぼ等しい条件で光取り出し面７をエッチングし、半導体層６の厚み寸法相当の高さで凸部１５を形成すると、複数の凸部１５の配列は、たとえば図８（Ａ），（Ｂ）のようになる。この例では、平面視六角形の凸部１５の相互間に平面視三角形の領域１７が介在している。領域１７は、下層の第１導電型層（ＡｌＧａＮ層）の表層部分がエッチングにより露出したものである。領域１７には微小な凹凸が形成されている。これに対して、半導体層６の厚み寸法よりも小さいピッチで配列された突起部１２を押し付けて圧痕１４を形成し、エッチングを行うと、半導体層６の厚み寸法相当のエッチング量に達する前に、各々の凸部１５の裾の部分が干渉し合う。以上のことから、半導体層６の厚みと加工基板１１の突起部１２のピッチとの関係は、相互に等しい関係に設定することが好ましい。
また、加工基板１１に関しては、突起部１２のピッチだけでなく、突起部１２の配列の方向性と、半導体層６の半導体結晶の結晶面の方向性との関係も重要になる。
具体的には、上記図８のように凸部１５が形成された場合、凸部１５の密度はかなり高くなっているものの、厳密には、上記領域１７の介在により、凸部１５の密度が最も高い、いわゆる最密構造になっているとはいえない。凸部１５の配列が図８のようになる場合は、圧痕形成に用いる加工基板１１の向きを９０°回転させることにより、最密構造が得られる。実際に本発明者が最密構造で複数の凸部１５を形成したときの電子顕微鏡写真を図９に示す。この例では、半導体層（ＡｌＮ層）６の厚み寸法と加工基板１１の突起部１２のピッチ寸法を、共に１μｍとして、光取り出し面７に複数の凸部１５を形成した。なお、図９の電子顕微鏡写真において、各々の凸部１５の周囲の高濃度部（黒っぽい部分）は、下地の層（ＡｌＧａＮ層）の表層部がエッチングで露出したものである。また、図９の電子顕微鏡写真では稜線が複数となっている凸部が多数観察されるのが分かる。
具体的には、上記図８のように凸部１５が形成された場合、凸部１５の密度はかなり高くなっているものの、厳密には、上記領域１７の介在により、凸部１５の密度が最も高い、いわゆる最密構造になっているとはいえない。凸部１５の配列が図８のようになる場合は、圧痕形成に用いる加工基板１１の向きを９０°回転させることにより、最密構造が得られる。実際に本発明者が最密構造で複数の凸部１５を形成したときの電子顕微鏡写真を図９に示す。この例では、半導体層（ＡｌＮ層）６の厚み寸法と加工基板１１の突起部１２のピッチ寸法を、共に１μｍとして、光取り出し面７に複数の凸部１５を形成した。なお、図９の電子顕微鏡写真において、各々の凸部１５の周囲の高濃度部（黒っぽい部分）は、下地の層（ＡｌＧａＮ層）の表層部がエッチングで露出したものである。また、図９の電子顕微鏡写真では稜線が複数となっている凸部が多数観察されるのが分かる。
（実施例４）
圧痕形成に用いる加工基板の向きを９０°回転させ、半導体層６のＡｌＮ層の厚さを１．０μｍとし、エッチング時間を４分とした以外は、実施例１と同様に行った。そのときに得られた凸部の電子顕微鏡写真を図１０（Ａ）に示す。なお、エッチング時間を長くしたためにＡｌＮ層の下のｎ−ＡｌＧａＮ層もエッチングされており、凸部の平均高さは３．０μｍであった。ＡｌＮ層に比べ、ｎ−ＡｌＧａＮ層がエッチングされた領域では形状が崩れ、ランダム形状になりやすい傾向があることが分かる。
圧痕形成に用いる加工基板の向きを９０°回転させ、半導体層６のＡｌＮ層の厚さを１．０μｍとし、エッチング時間を４分とした以外は、実施例１と同様に行った。そのときに得られた凸部の電子顕微鏡写真を図１０（Ａ）に示す。なお、エッチング時間を長くしたためにＡｌＮ層の下のｎ−ＡｌＧａＮ層もエッチングされており、凸部の平均高さは３．０μｍであった。ＡｌＮ層に比べ、ｎ−ＡｌＧａＮ層がエッチングされた領域では形状が崩れ、ランダム形状になりやすい傾向があることが分かる。
（比較例５）
光取り出し面に圧痕形成を行わなかった以外は実施例４と同様に行った。そのときに得られた凸部の電子顕微鏡写真を図１０（Ｂ）に示す。
光取り出し面に圧痕形成を行わなかった以外は実施例４と同様に行った。そのときに得られた凸部の電子顕微鏡写真を図１０（Ｂ）に示す。
（半導体発光素子の光出力特定）
実施例４の場合と比較例５の場合で、半導体発光素子の光の出力にどの程度の違いが生じるか測定を行った。電流５０ｍＡの流したときの発光出力の、実施例４の比較例５に対する出力比は１．１０であり、圧痕形成により１０％の出力向上があった。
実施例４の場合と比較例５の場合で、半導体発光素子の光の出力にどの程度の違いが生じるか測定を行った。電流５０ｍＡの流したときの発光出力の、実施例４の比較例５に対する出力比は１．１０であり、圧痕形成により１０％の出力向上があった。
＜３．実施の形態の効果＞
本発明の実施の形態によれば、次のような効果が得られる。
本発明の実施の形態によれば、次のような効果が得られる。
半導体発光素子の光取り出し面７に凹凸パターンを形成する場合に、光取り出し面７に複数の圧痕１４を形成してからウェットエッチングすることにより、複数の凸部１５が複数の圧痕１４の配列にしたがって形成されるようになる。このため、複数の圧痕１４の配列を制御パラメータとして複数の凸部１５の配列を制御することができる。その結果、光取り出し効率を向上させるために光取り出し面７に凹凸パターンを形成する場合に、複数の凸部１５を所望の配列で形成することが可能となる。また、半導体発光素子の光取り出し効率を向上させるうえで好ましい凸部１５の配列を容易に実現することが可能となる。
また、光取り出し面７に圧痕１４を形成すると、この圧痕１４の部分が他の部分よりもエッチングされにくくなる。このため、圧痕１４を形成せずにウェットエッチングした場合に比べて、凹凸パターンの凸部の高さを高くすることができる。これにより、光取り出し面７の実効的な面積が広くなるため、より多くの光を取り出すことができる。特に、凸部１５の頂部に圧痕１４を残すように、光取り出し面７をウェットエッチングすることにより、凸部１５の高さを高くすることができる。
以上のことから、本発明の実施の形態においては、非常に簡易な方法で凸部の高さや配列等を制御し、所望の凹凸パターンを実現することができる。マスク形成や研削等の方法に比べて簡易であり樹脂などによる表面の汚染もない。
以上のことから、本発明の実施の形態においては、非常に簡易な方法で凸部の高さや配列等を制御し、所望の凹凸パターンを実現することができる。マスク形成や研削等の方法に比べて簡易であり樹脂などによる表面の汚染もない。
＜４．変形例等＞
本発明の技術的範囲は上述した実施の形態に限定されるものではなく、発明の構成要件やその組み合わせによって得られる特定の効果を導き出せる範囲において、種々の変更や改良を加えた形態も含む。
本発明の技術的範囲は上述した実施の形態に限定されるものではなく、発明の構成要件やその組み合わせによって得られる特定の効果を導き出せる範囲において、種々の変更や改良を加えた形態も含む。
たとえば、III属窒化物半導体の半導体結晶をウェットエッチングする場合は、複数の凸部１５を高密に配列するために、加工基板１１の突起部１２の間隔を一定間隔とすることが好ましいが、本発明はこれに限らない。たとえば、加工基板１１の主表面において、突起部１２を配列する方向や領域によって突起部１２の間隔を変えてもよい。その場合、凹凸パターンを形成する面内において、たとえば、ある領域では相対的に狭い間隔で凸部１５を配列し、他の領域では相対的に広い間隔で凸部１５を配列するように、加工基板１１の突起部１２の配列を設定することにより、一つの面内に粗密度合いの異なる複数の凹凸領域を含む凹凸パターンを形成することができる。さらに、そのような凹凸パターンを１回のエッチング処理によって形成することが可能となる。
また、上記実施の形態においては、光取り出し面７のウェットエッチングに、ＴＭＡＨ溶液を使用したが、本発明はこれに限らず、たとえばＫＯＨまたはＮａＯＨを含むアルカリ溶液を使用してもよい。
また、上記実施の形態においては、光取り出し面７のエッチング方法としてウェットエッチングを例示したが、ウェットエッチングの後でドライエッチングを行うことで凸部の形状を変化させてもよい。具体的には、ドライエッチングの条件によってＡｌＮとＡｌＧａＮのエッチングレートが異なるため、例えば本実施の形態においてＡｌＮの凸部を形成した後でドライエッチングすることでＡｌＧａＮ層を優先的にエッチングし、さらに凸部を高くすることもできる。
また、上記実施の形態においては、III属窒化物半導体を用いた半導体発光素子の製造方法について説明したが、本発明はこれに限らず、たとえば、凹凸パターンの形成によって所定の機能（たとえば、光学的な機能、機械的な機能、電気的な機能、化学的な機能など）を付与することを目的に、結晶構造の半導体層をエッチングする半導体素子の製造方法として広く適用することが可能である。
また、バルクのＡｌＮ単結晶基板を成長基板や支持基板として使用する場合は、そのＡｌＮ単結晶基板に本発明の凹凸パターン形成を行っても良い。ＡｌＮ単結晶基板を成長基板とする場合には、成長基板をリフトオフせず、成長基板の裏面を光取り出し面とすることも可能である。
その場合の好ましい形態を以下に付記する。
また、バルクのＡｌＮ単結晶基板を成長基板や支持基板として使用する場合は、そのＡｌＮ単結晶基板に本発明の凹凸パターン形成を行っても良い。ＡｌＮ単結晶基板を成長基板とする場合には、成長基板をリフトオフせず、成長基板の裏面を光取り出し面とすることも可能である。
その場合の好ましい形態を以下に付記する。
［付記］
半導体結晶からなる半導体層の表面をエッチングすることにより凹凸パターンを形成する凹凸パターン形成工程を有する半導体素子の製造方法であって、
前記凹凸パターン形成工程は、
前記半導体層の表面に複数の圧痕を形成する第１の工程と、
前記複数の圧痕が形成された前記半導体層の表面をエッチングすることにより、前記圧痕が形成された箇所を頂部とし、かつ、前記半導体結晶の複数のファセット面を側面とする凸部を複数形成する第２の工程と、を含む
ことを特徴とする半導体素子の製造方法。
半導体結晶からなる半導体層の表面をエッチングすることにより凹凸パターンを形成する凹凸パターン形成工程を有する半導体素子の製造方法であって、
前記凹凸パターン形成工程は、
前記半導体層の表面に複数の圧痕を形成する第１の工程と、
前記複数の圧痕が形成された前記半導体層の表面をエッチングすることにより、前記圧痕が形成された箇所を頂部とし、かつ、前記半導体結晶の複数のファセット面を側面とする凸部を複数形成する第２の工程と、を含む
ことを特徴とする半導体素子の製造方法。
１…支持基板
３…発光素子
４…積層半導体
６…半導体層
７…光取り出し面
１１…加工基板
１２…突起部
１４…圧痕
１５…凸部
３…発光素子
４…積層半導体
６…半導体層
７…光取り出し面
１１…加工基板
１２…突起部
１４…圧痕
１５…凸部
Claims (13)
- 半導体結晶からなる光取り出し面を備える半導体発光素子の製造方法であって、
前記光取り出し面に凹凸パターンを形成する凹凸パターン形成工程を有し、
前記凹凸パターン形成工程は、
前記光取り出し面に複数の圧痕を形成する第１の工程と、
前記複数の圧痕が形成された前記光取り出し面をエッチングすることにより、前記圧痕が形成された箇所を頂部とし、かつ、前記半導体結晶の複数のファセット面を側面とする凸部を形成する第２の工程と、を含む
ことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 - 前記第１の工程では、
複数の突起部を有する加工基板を用いて、前記複数の突起部を前記光取り出し面に押し当てることにより、前記光取り出し面に前記複数の圧痕を形成する
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子の製造方法。 - 前記第２の工程では、
前記光取り出し面をアルカリ溶液を用いてウェットエッチングする
ことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光素子の製造方法。 - 前記第２の工程では、
少なくとも、前記凸部の頂部に前記圧痕を残すか、前記複数のファセット面同士が隣接する稜線のうち少なくとも１つの稜線が複線となるように、前記光取り出し面をエッチングする
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。 - 前記第２の工程では、
前記圧痕を形成した箇所を頂部とする六角錐形状に前記凸部を形成する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。 - 前記第１の工程では、前記加工基板として、
前記半導体結晶よりも硬度が高い材料からなり、前記複数の突起部が幾何学的配列をなす加工基板を用いる
ことを特徴とする請求項２に記載の半導体発光素子の製造方法。 - 前記第１の工程では、
前記複数の突起部が一定間隔の幾何学的配列をなす加工基板を用いる
ことを特徴とする請求項６に記載の半導体発光素子の製造方法。 - 前記第１の工程では、
前記光取り出し面に加わる荷重を、前記加工基板の突起部１つあたり１ｍｇｆ以上４００ｍｇｆ以下に設定する
ことを特徴とする請求項２、６または７に記載の半導体発光素子の製造方法。 - 前記半導体結晶は、III属窒化物半導体の結晶である
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。 - 前記III属窒化物半導体がＡｌＮである
ことを特徴とする請求項９に記載の半導体発光素子の製造方法。 - 半導体結晶からなる光取り出し面を備える半導体発光素子であって、
前記光取り出し面には、複数の凸部が配列された凹凸パターンが形成され、
前記凸部は、前記半導体結晶の複数のファセット面からなる側面を有するものであって、少なくとも、前記凸部の頂部に圧痕を有するか、前記複数のファセット面同士が隣接する稜線のうち少なくとも１つの稜線が複線となっている
ことを特徴とする半導体発光素子。 - 前記半導体結晶は、III属窒化物半導体の結晶である
ことを特徴とする請求項１１に記載の半導体発光素子。 - 前記凸部は、ＡｌＮで構成されている
ことを特徴とする請求項１１または１２に記載の半導体発光素子。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005043633A1 (ja) * | 2003-11-04 | 2005-05-12 | Pioneer Corporation | 半導体発光素子及びその製造方法 |
| JP2006049855A (ja) * | 2004-06-28 | 2006-02-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体発光素子およびその製造方法 |
| US20110155999A1 (en) * | 2009-12-08 | 2011-06-30 | Lehigh University | Semiconductor light-emitting devices having concave microstructures providing improved light extraction efficiency and method for producing same |
| JP2012186335A (ja) * | 2011-03-07 | 2012-09-27 | Stanley Electric Co Ltd | 光半導体素子および光半導体素子の製造方法 |
| JP2013138139A (ja) * | 2011-12-28 | 2013-07-11 | Dowa Electronics Materials Co Ltd | Ｉｉｉ族窒化物半導体素子およびその製造方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005043633A1 (ja) * | 2003-11-04 | 2005-05-12 | Pioneer Corporation | 半導体発光素子及びその製造方法 |
| JP2006049855A (ja) * | 2004-06-28 | 2006-02-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体発光素子およびその製造方法 |
| US20110155999A1 (en) * | 2009-12-08 | 2011-06-30 | Lehigh University | Semiconductor light-emitting devices having concave microstructures providing improved light extraction efficiency and method for producing same |
| JP2012186335A (ja) * | 2011-03-07 | 2012-09-27 | Stanley Electric Co Ltd | 光半導体素子および光半導体素子の製造方法 |
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