JP5727271B2 - 半導体発光素子 - Google Patents

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体発光素子に関し、特に半導体発光素子の電極構造及び光取り出し構造に関する。

半導体発光素子の光出力いわゆる光取り出し出力は、半導体材料と周囲媒体、例えば、空気やエポキシ樹脂との屈折率差が大きいため制限される。例として、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体発光素子（屈折率ｓｅｍｉ＝３．３）材料と樹脂（屈折率ｒｅｇｉｎ＝１．５）の場合、臨界角は２７°、界面の反射率は１５％程度、となり外部へ取り出せる光は４．５％程度に制限される。

さらに、半導体発光素子の半導体層は、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ＡｌＧａＩｎＰ層ではＧａＡｓ基板、またＧａＮ層ではサファイヤ基板などの成長基板上に製造されるが、活性層から発光した光の成長基板への吸収や閉じ込めが生じるため光出力の低下が高効率化への課題となっている。

特に、ＡｌＧａＩｎＰ系材料で構成される半導体発光素子は、ＡｌＧａＩｎＰ系材料と格子整合するＧａＡｓ基板上にＭＯＣＶＤ法により作製される。しかし、ＡｌＧａＩｎＰ系材料で構成される半導体発光素子は、ＧａＡｓ基板のバンドギャップより活性層のバンドギャップの方が大きい。そのため、発光した光のうち、光取り出し面側に向かう光の一部は取り出すことができるが、ＧａＡｓ基板側に向かう光はＧａＡｓ基板により吸収され、効率が低下する。

従来から、ＧａＡｓ成長基板上にＭＯＣＶＤ法を用いて半導体素子が作製されるが、ＧａＡｓ成長基板を除去し成長基板と異なる支持基板を金属を介して設けた半導体発光素子（ＭＢ構造とも呼ばれる）が知られている。例えば、かかる構造の半導体発光素子は、特許文献１に開示されている。かかる半導体発光素子は光取り出し面の反対側に反射ミラーを取り付けることで成長基板に吸収されていた光を反射させ外部へと光を取り出し光出力の向上を図るものである。さらに、かかる半導体発光素子は光取り出し面側の半導体層表面に形状、配置、サイズがランダムな粗面化した表面を更に備えている。これは、粗面化により半導体内部で伝播する光の伝搬方向を変換させ、臨界角以上の光成分を取り出すことで光出力の向上を図ったものである。特にＭＢ構造の半導体発光素子では半導体内部で光が多重反射を繰り返すため、粗面化による光出力の改善効果は大きい。

また、光取り出し面側の電極と反射面側の電極を上面視野で重ならないようにずらして配置した半導体発光素子（カウンタ電極構造とも呼ばれる）が知られている。かかるカウンタ電極構造の半導体発光素子では、少ない電極被覆率で均一な電流拡散ができるため、光出力が向上する（特許文献２、参照）。

特開２００７−２２７８９５号公報 特開２０１０−１９２７０９号公報

特許文献１に記載されたようなＭＢ構造の半導体発光素子においては、光取り出し面にランダムな粗面化を行うことで、半導体発光素子の光出力を向上させることができる。しかし、光取り出し面を単純な粗面化を行うと、形成される粗面表面の複数の突起はその先端がランダムに全方向に向いているため、素子内を流れる電流（電流経路という）の方向と同方向に先端が向いている突起が形成される。一般に、反射ミラーをもつＭＢ構造の半導体発光素子の場合、半導体発光積層体はＭＯＣＶＤ法により作製された層のみで構成されるため、層の厚み（１０μｍ以下）が光取り出し面側電極と反射面側電極の間の距離に比べ非常に薄いため、面内方向の電流経路が垂直方向（層の厚み方向）と比較して長くなる。よって、面内方向の電流経路と平行に先端が向いている突起が形成される場合、かかる突起先端に電界集中が起こり、静電耐圧が低下するという問題が生じる。

さらに、電流経路の向きと同方向に向いている粗面表面の突起と表面電極片までの距離が近ければ近いほど、突起近傍の電流密度が高くなるため、電界集中はさらに大きくなり静電耐圧の更なる低下が生じる。光取り出し面側半導体層の粗面化を行う面積（粗面化被覆率）を大きくしたほうが光出力は向上するが、突起と表面電極片までの距離を縮めることとなるので、粗面化被覆率の点で光出力と静電気耐圧の向上の両方を満足することができないという問題が従来のＭＢ構造の半導体発光素子では残る。

本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、光取り出し面における局所的な電界集中を防止して光出力と静電気耐圧を向上できる半導体発光素子を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明の半導体発光素子は、支持基板と、
前記支持基板上に形成された第１半導体層、前記第１半導体層の上に形成された活性層、及び、前記活性層の上に形成された第２半導体層、からなる半導体発光積層体と、を含む半導体発光素子であって、
前記第１半導体層の前記支持基板側に設けられ、前記第１半導体層とオーミック接触し、少なくとも１つの線状の第１電極片を含む第１電極と、
前記第２半導体層の上に設けられ、前記第２半導体層とオーミック接触し、少なくとも１つの線状の第２電極片を含む第２電極と、
前記第２の半導体層上に形成された複数の錐状突起と、を有し、
前記第１電極片と前記第２電極片とは、前記半導体発光積層体の積層方向に重ならずに配置され、
前記第１電極片と前記第２電極片とは、上面視において平行に配置され、
前記複数の錐状突起のうち、上面視において、相互に平行に配置された前記第１電極片と前記第２電極片との間に位置する錐状突起は、その軸が、いずれも、前記第１電極片と前記第２電極片の伸長方向をＹ軸とし該Ｙ軸に垂直な電流経路の主方向をＸ軸としたＸ−Ｙ平面投影像における該Ｙ軸との成す角度θが、±２６度の範囲内で配向するように、形成されていることを特徴とする。

また、上述した課題を解決するために、本発明の半導体発光素子の製造方法は、成長基板の表面上に第１半導体層、前記第１半導体層の上に形成された活性層、及び、前記活性層の上に形成された第２半導体層、からなる半導体発光積層体を形成する工程と、
前記第２半導体層の上に、前記第２半導体層とオーミック接触する線状の第２電極片を含む第２電極を形成する工程と、
前記第２電極の形成された半導体発光積層体に、支持基板を接合する工程と、
前記半導体発光積層体から前記成長基板を除去する工程と、
前記第１半導体層の上に、前記第１半導体層とオーミック接触する線状の第１電極片を含む第１電極を形成する工程と、
前記第１半導体層の上の前記第１電極の形成されていない領域に複数の錐状突起を形成する工程と、を含み、
前記第１電極形成工程において、前記第１電極片は、前記第２電極片と、前記半導体発光積層体の積層方向に重ならずに配置され、
前記第１電極片と前記第２電極片とは、上面視において平行に配置され、
前記第１電極形成工程において、前記第１電極片と前記第２電極片とは、上面視において平行に配置され、
前記錐状突起を形成する工程において、前記複数の錐状突起のうち、上面視において、相互に平行に配置された前記第１電極片と前記第２電極片との間に位置する錐状突起は、その軸が前記第１電極片と前記第２電極片の伸長方向をＹ軸とし該Ｙ軸に垂直な電流経路の主方向をＸ軸としたＸ−Ｙ平面投影像における該Ｙ軸との成す角度θが、±２６度の範囲内で配向するように、形成されること、を特徴とする。

本発明の半導体発光素子においては、ＭＢ構造の半導体発光積層体において上下電極を特定な配置としたカウンタ電極を用い半導体層の面内の電流経路を制御するとともに、単純な粗面化によるランダムな突起でなく、電流経路の主方向に対し突起の向きを１軸方向（電流経路の主方向にほぼ垂直方向）に配向する異方性のある粗面化を施すことにより、突起先端の電界集中を抑制し、素子の静電耐圧を向上させることができる。

また、本発明の構成を用いることで、粗面化被覆率を大きくしても静電気耐圧を低下させることなく、光出力を向上させることができる。さらに、電流経路と突起の向きを制御したことで、突起先端に電界集中が生じなくなるため、電極と突起形成領域との距離を短くしても静電耐圧の低下を招くことがない。

本発明による実施例の半導体発光素子の概略平面図である。 図１における２−２線に沿った断面図である。 図１における３−３線に沿った断面図である。 図１における粗面を省略して実施例の表面電極の構成と反射面側コンタクト電極の構成を示す半導体発光素子の概略平面図である。 本発明による実施例の半導体発光素子の概略斜視図である。 本発明による実施例の半導体発光素子の粗面における錐状突起の傾く方向を説明するための模式的な断面図である。 本発明による実施例の半導体発光素子の粗面における錐状突起の傾く方向を説明するための模式的な斜視図である。 （ａ）〜（ｄ）は、本発明による実施例の半導体発光素子の製造方法を示す断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、本発明による実施例の半導体発光素子の製造方法を示す断面図である。 本発明による実施例の半導体発光素子の一方向（Ｙ）に突起が配向された光取り出し構造の粗面を撮影した顕微鏡写真、その拡大図及び素子の断面写真である。 実施例、比較例１及び比較例２の半導体発光素子について測定した静電耐圧の値と明るさの値の結果を示す表１である。 比較例１及び比較例２の半導体発光素子の静電破壊電圧と電極保護領域幅の関係を示すグラフである。 本発明による実施例の半導体発光素子の静電破壊電圧と電極保護領域幅の関係を示すグラフである。 比較例１及び比較例２の半導体発光素子の光束と電極保護領域幅の関係を示すグラフである。 本発明による実施例の半導体発光素子の光束と電極保護領域幅の関係を示すグラフである。 （ａ）本発明による実施例の変形例１の半導体発光素子の概略平面図と、（ｂ）変形例１の粗面を省略した半導体発光素子を示す概略平面図である。 （ａ）本発明による実施例の変形例２の半導体発光素子の概略平面図と、（ｂ）変形例１の粗面を省略した半導体発光素子を示す概略平面図である。

以下、本発明の実施例について添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下に示す図において、実質的に同一又は等価な構成要素、部分には同一の参照符を付している。

［半導体発光素子の構成］
図１は、本発明による実施例の半導体発光素子１の平面図である。図２は、図１における２−２線（一点鎖線で示す）に沿った断面図である。図３は、図１における３−３線（一点鎖線で示す）に沿った断面図である。図４は、かかる半導体発光素子１の電極構成（上記の第１電極である反射面側電極及び上記の第２電極である表面電極：後述する）を示す平面図である。図５は、該実施例の半導体発光素子１の概略斜視図である。

図１乃至図３に示すように、半導体発光素子１は、半導体発光積層体１０、反射絶縁層２０、上記の第１電極であるコンタクト電極２１、接合膜３０、支持体４０、上記の第２電極である表面電極５０（ショットキー電極５１、及びオーミック電極５２（表面電極片５２Ａ〜５２Ｄ、すなわち第２電極片））、並びに接続配線５３を含む。半導体発光素子１は、半導体発光積層体１０と支持体４０とが反射絶縁層２０及び接合膜３０を介して接合する、いわゆる貼り合わせ構造を有している。

図１乃至図５に示すように、半導体発光素子１は、表面電極片５２Ａ〜５２Ｄの間の半導体発光積層体１０の上に、複数の錐状突起ＰＴからなる粗面ＲＳを有する。複数の錐状突起ＰＴは、それらの軸方向が反射面側電極片及び表面電極片５２Ａ〜５２Ｄの長手伸長方向に垂直な方向に交差する方向に配向されている。図面において、錐状突起ＰＴの各々を鋭角で交わる線分で示してあるが、実施の突起形状や大きさを示すものではなく説明するために示してあるだけである。また、図面において、表面電極片５２Ａ〜５２Ｄの長手伸長方向をＹ方向とし、Ｙ方向に垂直な向をＸ方向とし、ＸＹ平面に垂直な向をＺ方向とする。かかる錐状突起ＰＴ及び粗面ＲＳについては後に詳述する。

図２に示すように、半導体発光積層体１０は、光取り出し面側から順にｎ型クラッド層１１、活性層１２、ｐ型クラッド層１３が積層された構造を有する。

ｎ型クラッド層１１は、例えば、層厚３μｍのＳｉがドープされた（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層（キャリア濃度：１×１０^１８ｃｍ^−３）である。なお、ショットキー電極５１、オーミック電極５２及び接続配線５３と接するように、ｎ型コンタクト層をｎ型クラッド層上に電極側に積層することもできる。

活性層１２は、例えばＡｌＧａＩｎＰで構成される多重量子井戸構造を有し、（Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐからなる層厚１０ｎｍの井戸層と（Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐからなる層厚１０ｎｍの障壁層とが交互に１５回繰り返して積層されている。なお、井戸層のＡｌ組成は発光波長に合わせて０≦ｚ≦０．４の範囲で調整することができる。

ｐ型クラッド層１３は、例えば、層厚１μｍのＭｇがドープされたＡｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層（キャリア濃度：５×１０^１７ｃｍ^−３）である。

ｐ型コンタクト層１４は、例えば、層厚１μｍのＭｇがドープされたＧａＰ層（キャリア濃度：３×１０^１８ｃｍ^−３）である。なお、ｐ型コンタクト層にＩｎを添加して、活性層１２からの光を吸収しない範囲で調整することができる。

ｐ型コンタクト層１４に接して反射絶縁層２０が設けられ、反射絶縁層２０に接して接合膜３０が設けられている。なお、上記の第１半導体層がｐ型クラッド層１３及びｐ型コンタクト層１４に対応し、上記の第２半導体層はｎ型クラッド層１１に対応するが、これらの材料と層数には限定されず、活性層の両側に活性層よりもエネルギーギャップが大きい材料があれば限定されない。

支持体４０は、支持基板４１、支持基板４１の両面に形成されたオーミック金属層４２及び４３から構成されている。支持基板４１は、例えばｐ型不純物を高濃度で添加することによって導電性が付与されたＳｉ基板である。オーミック金属層４２及び４３は、例えばＰｔから構成されている。オーミック金属層４３の上には、第２接合層３２が設けられている。なお、支持基板４１の材料としては、Ｓｉ以外にもＧｅ、Ａｌ、Ｃｕなどの他の導電性材料を用いることができる。

反射絶縁層２０は例えばＳｉＯ_２などの誘電体層からなる誘電体反射膜である。反射絶縁層２０の両側界面（ｐ型コンタクト層１４及び接合膜３０）において部分的に電気的な接触を得るため、反射絶縁層２０を貫通するＡｕＺｎなどからなるコンタクト電極２１がエッチング方法により形成された貫通孔に挿入されている。なお、反射絶縁層２０の材料としては、ＳｉＯ_２以外にもＳｉ_３Ｎ_４やＡｌ_２Ｏ_３などの他の透明な誘電体材料を用いることができる。なお、誘電体層の成膜方法として熱ＣＶＤ法やスパッタ法を用いることもできる。また、誘電体層の多層膜のエッチング方法としてドライエッチング法を用いることも可能である。コンタクト電極２１は反射絶縁層２０の開口部においてｐ型コンタクト１４に接触し、この接触は、オーミック接触となっている。コンタクト電極２１の材料は、ＡｕＺｎに限定されず、ｐ型クラッド層１３との間でオーミック接触を形成することができる材料であれば限定されない。誘電体からなる反射絶縁層２０は、半導体発光積層体１０との界面において活性層１２から放射された光を光取り出し面側に向けて反射する反射面を形成する。コンタクト電極２１は、半導体発光積層体１０に電流を供給する。なお、コンタクト電極２１の詳細な構成については後述する。

反射絶縁層２０には、支持基板４１側にコンタクト電極２１に接するバリアメタル層（図示せず）と共晶半田層（図示せず）とからなる２層構造の第１接合層３１が設けられる。また、支持体４０上には、第１接合層３１と接合するように第２接合層３２が設けられている。なお、第１接合層３１及び第２接合層３２から接合膜３０が構成されている。バリアメタル層は、例えばＴａ、Ｔｉ、Ｗなどの高融点金属又はこれらの窒化物を含む単層若しくは２以上の層により構成することができる。バリアメタル層は、コンタクト電極２１に含まれるＺｎがコンタクト電極２１から拡散するのを防止するとともに、第２接合層３２に含まれる共晶接合材（例えばＡｕＳｎ）がコンタクト電極２１内に拡散するのを防止する。共晶半田層には、例えばＮｉ及びＡｕが含まれており、当該Ｎｉ及びＡｕは第１接合層３１と第２接合層３２と接合時において第２接合層３２に含まれる共晶接合材に対する濡れ性を向上させる機能を有する。これにより、支持体４０と半導体発光積層体１０との接合を良好に行うことができる。説明簡略化のため図示していないが、接合層３１と３２は、少なくとも一部が拡散混合されて接合膜３０が形成されている。第２接合層３２は、例えば、Ｔｉ、Ｎｉ、ＡｕＳｎを含む金属層である。

光取り出し面となるｎ型クラッド層１１の表面には、表面電極を構成するショットキー電極５１、及びオーミック電極５２が形成されている。ショットキー電極５１は、ボンディングパッドを構成しており、ｎ型クラッド層１１との間でショットキー接触を形成し得る材料、例えばＴａ、Ｔｉ、Ｗ又はこれらの合金から構成されている。また、ショットキー電極５１は、金属材料のみならず、ＳｉＯ_２などの絶縁誘電体から構成されてもよい。ショットキー電極５１の最表面には、ワイヤボンディング性及び導電性を向上させるためにＡｕ層が形成されていてもよい。オーミック電極５２は、ｎ型クラッド層１１との間でオーミック接触を形成し得る材料、例えばＡｕＧｅＮｉ、ＡｕＳｎ、ＡｕＳｎＮｉなどからなる。ショットキー電極５１とオーミック電極５２は、両電極間を繋ぐ接続配線５３により電気的に接続される。接続配線５３は、ショットキー電極５１と同一の材料（絶縁性のものは除く）からなり、ｎ型クラッド層１１との間でショットキー接触を形成する。ショットキー電極５１は、ｎ型クラッド層１１に対してショットキー接触を形成しているため、ショットキー電極５１直下の半導体発光積層体１０には電流が流れないようになっている。すなわち、電流は、オーミック電極５２とコンタクト電極２１との間を流れる。図２において、オーミック電極（ｎ−電極）５２からコンタクト電極（ｐ−電極）２１への電流経路を破線の矢印で示している。なお、ショットキー電極５１及びオーミック電極５２の詳細な構成については後述する。

以下に、光取り出し面及び反射面側に設けられた各電極の構成について詳細に説明する。

図４は、理解を容易にするために、半導体発光素子１の導体発光積層体１０の上に、複数の錐状突起ＰＴからなる粗面ＲＳを省略した平面図である。

半導体発光素子の平面形状は、１辺３１０μｍの正方形をなしている。ショットキー電極５１は、例えば直径１００μｍの円形状をなしており、半導体発光積層体１０の表面中央に配置されている。オーミック電極５２は、ショットキー電極５１を挟んだ両側において、半導体発光素子の互いに対向する２つの辺と平行となるように配置された直線状の表面電極片５２Ａ、５２Ｂと、ショットキー電極５１の中心線上において表面電極片５２Ａ、５２Ｂと平行となるように配置された表面電極片５２Ｃ、５２Ｄにより構成される。表面電極片５２Ａ〜５２Ｄは接続配線５３によってショットキー電極５１に電気的に接続されている。各電極片の線幅は被覆率を小さくするために１０μｍ以下、好ましくは、５μｍ以下で構成されている。本実施例では各電極片の線幅を５μｍ、ショットキー電極５１は直径１００μｍとし、接続配線５３はそこから十字（ＸＹ方向）に伸びる細線としてある。

コンタクト電極２１（すなわち上記の第１電極）は、幅５μｍの線状をなしており、３つの連続した反射面電極片（すなわち上記の第１電極片）から構成されている。コンタクト電極２１は、半導体発光素子の外縁部分に沿い且つＸ方向に伸長した第１反射面電極片２１Ａと、半導体発光素子の外縁部分に沿い且つＹ方向に伸長した第２反射面電極片２１Ｂと、第１反射面電極片２１Ａ同士を接続するようにＹ方向に伸長した第３反射面電極片２１Ｃと、から構成されている。このような構成から、第１反射面電極片２１Ａは、半導体発光素子のＸ方向に伸長している縁部と平行に形成され、第２反射面電極片２１Ｂ及び第３反射面電極片２１Ｃは半導体発光素子のＹ方向に伸長している縁部と平行に形成されている。また、第１反射面電極片２１Ａと第２反射面電極片２１Ｂによって囲まれた領域は、２本の第３反射面電極片２１Ｃによって３つの区画に分けられている。なお、コンタクト電極２１は、各構成部である第１反射面電極片２１Ａ〜第３反射面電極片２１Ｃが他の構成部を介して相互に接続されており、連続的な形状を有している。

図４において、ショットキー電極５１は中央の区画に配置され、表面電極片５２Ａ〜５２Ｄ（すなわち第２電極片）は第２反射面電極片２１Ｂ及び第３反射面電極片２１Ｃと平行に配置されている。また、表面電極片５２Ａ〜５２Ｄと、第２反射面電極片２１Ｂ及び第３反射面電極片２１Ｃとは、等間隔で配置されている。すなわち、第２反射面電極片２１Ｂと表面電極片５２Ａとの間隔（水平電極間距離Ｌ）、第３反射面電極片２１Ｃと表面電極片５２Ａとの間隔（水平電極間距離Ｌ）、第３反射面電極片２１Ｃと表面電極片５２Ｃ、５２Ｄとの間隔（水平電極間距離Ｌ）、第３反射面電極片２１Ｃと表面電極片５２Ｂとの間隔（水平電極間距離Ｌ）、第２反射面電極片２１Ｂと表面電極片５２Ｂとの間隔（水平電極間距離Ｌ）はすべて等しい。ここで、水平電極間距離とは、オーミック電極５２とコンタクト電極２１を半導体発光積層体１０の主面と平行な同一平面に投影した場合における距離を意味しており、半導体発光積層体１０の厚みを考慮した実際の距離を意味するものではない。

本実施例においては、コンタクト電極２１の配線形状は、半導体発光素子１の中心点を回転中心としたときに２回回転対称となるようにパターニングされている。

オーミック電極５２を挟む両側にコンタクト電極２１が配置される。すなわち、コンタクト電極２１は、オーミック電極５２を囲むように形成され、オーミック電極５２の各電極片は、コンタクト電極２１によって囲まれた領域の中央に配置されている。

以上のことから、本実施例の半導体発光素子１においては、オーミック電極５２と、コンタクト電極２１とは、半導体発光積層体１０の厚み方向において互いに重ならないように配置され、いわゆるカウンタ電極が構成されている。まず、ＭＢ構造の半導体発光素子１では、半導体発光積層体の厚みが、上面視におけるオーミック電極５２とコンタクト電極２１との距離と比較して極めて小さいため、面内（Ｘ−Ｙ）の電流経路と垂直方向（Ｚ）の電流経路を比較した場合、面内の電流経路が支配的となる（垂直方向の電流経路＜＜面内方向の電流経路）。カウンタ電極の配置を、表面電極片５２Ａ、５２Ｂ、に対し、反射面電極片２１Ｂ、２１Ｃを平行に配置することにより、表面電極片５２Ａ、５２Ｂと反射面電極片２１Ｂ、２１Ｃとの間を最短距離で通る電流経路であって、表面電極片５２Ａ、５２Ｂと反射面電極片２１Ｂ、２１Ｃの伸長方向と垂直な方向の電流経路を、面内の電流経路の主として生じさせることができる。つまり、カウンタ電極における表面電極片と反射面電極片を平行に配置することで、面内方向の電流経路を該電極片に垂直な一方向を主とするように制御することができる。尚、反射面電極片２１Ａと表面電極片５２Ａ、５２Ｂとの間においても、電流経路は生じ、表面電極片５２Ａ、５２Ｂと反射面電極片２１Ｂ、２１Ｃの伸長方向と垂直な方向以外の電流経路も多少は生じている。かかる電極構成とすることで、オーミック電極５２の面積を小さくしても、半導体層１０内に広く電流を拡散させることが可能となる。従って、光取り出し面における電極の被覆率を低減することができ、光取り出し効率を向上させることが可能となる。また、かかるカウンタ電極構成を用いることにより、光取り出し面側電極と反射面側電極の間の距離を短くすることができるため、順方向電圧を小さくすることが可能になる。

図５に示すように、粗面化による光取り出し粗面ＲＳの複数の錐状突起ＰＴは、主電流経路にほぼ垂直に配向されている。すなわち、図５において、破線の矢印で示す主電流経路の主方向をＸ方向、Ｘ方向に垂直な、表面電極片５２Ａ、５２Ｂと反射面電極片２１Ｂ、２１Ｃの伸張方向をＹ方向として示すと、複数の錐状突起ＰＴは、それらの軸方向が反射面側電極片２１Ｂ，２１Ｃ及び表面電極片５２Ａ〜５２Ｄの長手伸長方向に垂直な方向Ｘに交差又は傾く方向に配向されている。よって、図２に示すように、電流経路の主方向と突起の向きが制御されているため、粗面ＲＳにおいて電流経路（Ｘ方向）に向いている突起がなくなる。これより、突起ＰＴの先端に電界集中が生じなくなり、素子の静電耐圧は向上する。

ここで、錐状突起ＰＴの軸は、突起の底面（支持基板に平行な面）の重心と突起の頂点を結ぶ軸である。錐状突起の底面や底面の重心を画定することが難しい場合には、図６に示すように、錐状突起ＰＴの頂点を含み主電流経路を画定する電極伸長方向に沿った半導体発光積層体の断面を切り出し、突起の頂角を二等分する線分を作成し、かかる二等分線分を錐状突起ＰＴの軸とする。

錐状突起ＰＴの軸と主電流経路の方向とのなす角度は、９０度±２６度とされる。これは、電流経路の主方向と突起の軸の方向を略垂直とすることで、電界集中の生じ易い突起先端への電界集中が生じにくくなるためである。

支持基板の半導体発光積層体上における、錐状突起の軸は、主電流経路の方向に対して９０度±２６度、すなわち、相互に平行な反射面側電極片と表面電極片の伸長方向に対し±２６度とされている。つまり、図７に示すように、錐状突起ＰＴの軸のＸ−Ｙ平面上で作る角度θは、カウンタ電極（反射面側電極片２１Ｂ，２１Ｃ及び表面電極片５２Ａ〜５２Ｄの伸長方向）の長手伸長方向に対して±２６°好ましくは±１０°である。なお、図７において、Ｘ軸は電流経路の主方向であり、Ｙ軸は電極片伸長方向であり、Ｚ軸は半導体発光積層体厚さ方向である。錐状突起ＰＴの軸の傾きは、錐状突起ＰＴの軸のＸ−Ｙ平面投影像（一点鎖線矢印）のＹ軸とのなす角度θと錐状突起ＰＴの軸のＹ−Ｚ平面投影像（二点鎖線矢印）のＹ軸とのなす角度Φと、で表される。

錐状突起ＰＴの軸と支持基板４０の面とのなす角度を錐状突起ＰＴの傾斜角Φとすると、傾斜角Φは、９０°未満であれば、特に制限されない。

本実施例の素子について、突起の傾斜角を変化させて、傾斜角Φと輝度や静電破壊電圧との関係を確認したところ、少なくとも、錐状突起ＰＴの傾斜角Φが４０°以上６２°以下の範囲において、高い光取り出し効率と高い静電耐圧を得ることができた。

錐状突起ＰＴの傾斜角Φは、本実施例の４０°≦Φ≦６２°に限られず、０°≦Φ≦８０°の範囲で高い静電耐圧を得ることができると考えられるが、高い光取り出し効率と高い静電耐圧の両立することができる領域を考慮して、３０°≦Φ≦７０°の範囲が好ましい。

本実施例では、Ｓｉ基板などの支持基板支持基板上に接合層、反射層、半導体発光積層体（第１半導体層、活性層及び第２半導体層）で構成された半導体発光素子において、半導体発光積層体の両面で反射面側電極（反射面側電極片、すなわち第１電極片）と光取り出し面側電極（表面電極片、すなわち第２電極片）が配置されており、これら電極は上面視野で対向しているＭＢ構造で構成される。これより、半導体発光積層体の面内（ＸＹ）の電流経路を１方向に制御する。さらに、本実施例では、光取り出し面側半導体層表面の粗面化による突起の構造は、突起の先端方向がカウンタ電極の電流経路の主方向に対し直交し、１軸方向（垂直方向）に向いて配向されている形状を持つ。

突起は、軸が電流経路の主方向に対し直交（±２６度は許容）していれば良く、突起のサイズや配置は一定に制御されていても、ランダムでも良い。ただし、突起のサイズは２００〜１０００ｎｍ（サイズが発光波長の１／４以下になると効果が減少、また数μｍ以上では電流拡散に支障がでる）の範囲で、錐状の突起を持っていることが光取り出し効率向上においては好ましい。

粗面化により作製された突起と電極との距離を短くすることは、光取り出し面側の粗面化被覆率を向上できるため、極力短くすることが望ましい。一方、半導体発光素子の製造面では電極の位置精度など工程上の公差が必要であるため、突起と電極との距離は３μｍ以下、または、表面電極片の電極幅の１／２程度以下とすることがより好ましい。突起端から電極端までの距離すなわち、粗面表面の突起と表面電極片までの最短の距離は、図５に示すように、表面電極片５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄのそれぞれの周りの粗面化されていない表面（電極保護領域ＮＲＳ）の幅Ｗとなる。電流経路の主方向と突起の向きが制御されて電流経路（Ｘ方向）に向いている突起がなくなるため、突起の向きが電流経路に対して制御されていないものと比較して、かかる電極保護領域幅Ｗを狭くすることができ、電極保護領域幅Ｗを狭くしても静電耐圧の低下が生じなくなる。

次に、半導体発光素子の製造方法について説明する。図８（ａ）〜（ｄ）、図９（ａ）〜（ｃ）は、半導体発光素子の製造方法を示す断面図である。

［半導体発光積層体形成工程］
半導体発光積層体は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により形成される。半導体発光積層体の結晶成長に使用する成長基板として、例えば、（１００）面から［０１１］方向に１５°傾斜させた厚さ３００μｍのｎ型ＧａＡｓ基板を使用する。

先ず、図８（ａ）に示すように、成長基板６０上に層厚３μｍのｎ型クラッド層１１を形成する。例えば、成長基板６０の上に、Ｓｉがドープされた（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ（キャリア濃度：１×１０^１８ｃｍ^−３）のｎ型クラッド層１１を積層する。続いて、ｎ型クラッド層１１上に活性層１２を形成する。活性層１２は、（Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐからなる厚さ１０ｎｍの井戸層と（Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐからなる厚さ１０ｎｍの障壁層とを交互に１５回繰り返して積層する。

続いて、活性層１２上に、層厚１μｍのＭｇがドープされたＡｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ（キャリア濃度：５×１０^１７ｃｍ^−３）のｐ型クラッド層１３を積層する。更に、ｐ型クラッド層１３上に層厚１μｍのＭｇがドープされたＧａＰ（キャリア濃度：３×１０^１８ｃｍ^−３）のｐ型コンタクト層１４を積層する。

これらの各層により半導体発光積層体１０が構成される（図８（ａ））。

なお、Ｖ族原料としてホスフィン（ＰＨ_３）を使用し、ＩＩＩ族原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）の有機金属を使用することができる。また、ｎ型不純物であるＳｉの原料としてシラン（ＳｉＨ_４）を使用し、ｐ型不純物であるＭｇの原料としてビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ_２Ｍｇ）を使用することができる。成長温度は７５０〜８５０℃であり、キャリアガスに水素を使用し、成長圧力は１０ｋＰａである。

なお、本実施例では、ＡｌＧａＩｎＰ系を用いたが、本発明はこれに限られるものではなく、ＩｎＧａＮ系材料など、他の材料を用いることができる。

また、本実施例では、成長基板として１５°傾斜したものを用いたが、オフ角は、ＡｌＧａＩｎＰが成長可能な範囲であればよく、４°オフ基板を用いても同様に成長可能であることを確認している。後述する光取り出し構造の形成工程において、異方性エッチングにより突起を形成することを考慮すれば、１０°以上２５°以下のオフ基板を用いることで、より光取り出し効率の高い傾斜角をもつ突起が作製されるため、好ましい。

また、本実施例においては、成長基板として、（１００）面から［０１１］方向に傾斜した基板を用いたが、（１００）面に限定されず、これに等価な結晶面｛１００｝面（（１００）、（−１００）、（０１０）、（０−１０）、（００１）、（００−１）面を含む）から任意の方向に傾斜した基板を用いることができる。

［反射絶縁層形成工程］
次に、図８（ｂ）に示すように、プラズマＣＶＤ法により、ｐ型コンタクト層１４上に反射絶縁層２０を構成するＳｉＯ_２膜をｐ型クラッド層１３上に形成する。

［反射面側コンタクト電極形成工程］
続いて、ＳｉＯ_２の反射絶縁層２０上に所定開口パターンを有するレジストマスクを形成した後、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）を用いたエッチングを反射絶縁層２０に施すことにより、反射絶縁層２０にコンタクト電極用のパターンに対応した貫通開口部を形成し、当該開口部においてｐ型コンタクト層１４が露出させ、抵抗加熱蒸着法、スパッタ法又はＥＢ蒸着法の公知の成膜技術により、ＡｕＺｎからなるコンタクト電極２１を充填し、レジストマスクを除去して、図８（ｃ）に示すように、反射絶縁層２０に形成された貫通開口においてｐ型コンタクト層１４と接触する。主電流経路を画定するための線状の反射面側電極片が形成されるよう反射面側コンタクト電極を配置する。

［第１接合層形成工程］
次に、スパッタ法によって反射絶縁層２０上にＴａＮ（層厚：１００ｎｍ）、ＴｉＷ（層厚：１００ｎｍ）、ＴａＮ（層厚：１００ｎｍ）を順次堆積させ、バリアメタル層を形成する。なお、バリアメタル層は、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗなどの他の高融点金属若しくはこれらの窒化物を含む単層又は２以上の層により構成されていてもよい。また、バリアメタル層の形成には、スパッタ法以外にＥＢ蒸着法を用いることが可能である。その後、約５００℃の窒素雰囲気下で熱処理を行う。これにより、コンタクト電極２１とｐ型コンタクト層１４との間で良好なオーミック接触が形成される。

次に、抵抗加熱蒸着法、スパッタ法又はＥＢ蒸着法の公知の成膜技術によりバリアメタル層の上にＮｉ（層厚：３００ｎｍ）、Ａｕ（層厚：３０ｎｍ）を順次形成し、共晶半田層を形成する。これにより、図８（ｄ）に示すように、バリアメタル層と共晶半田層とからなる第１接合層３１が反射絶縁層２０上に積層される。

［支持基板接合工程］
次に、半導体発光積層体１０を支持するための支持体４０を形成する。例えば、支持基板４１として、ｐ型不純物を添加することにより導電性が付与されたＳｉ基板を準備し、ＥＢ蒸着法により、支持基板４１の両面にＰｔからなる厚さ２００ｎｍのオーミック金属層４２及び４３を形成する。これにより、支持基板４１、オーミック金属層４２及び４３からなる支持体４０が形成される。オーミック金属層４２及び４３は、Ｐｔに限らずＳｉ基板との間でオーミック接触を形成し得る他の材料、例えばＡｕ、Ｎｉ、Ｔｉなどを用いることができる。また、支持基板４１は、導電性及び高熱伝導性を備えた他の材料、例えばＧｅ、Ａｌ、Ｃｕなどで構成されていてもよい。

次に、スパッタ法により、オーミック金属層４３の上にＴｉ（層厚：１５０ｎｍ）、Ｎｉ（層厚：１００ｎｍ）、ＡｕＳｎ（層厚：６００ｎｍ）を順次堆積して第２接合層３２を形成する。ＡｕＳｎ層は、共晶接合材として使用され、組成はＡｕが７０〜８０ｗｔ％、Ｓｎが２０〜３０ｗｔ％であることが望ましい。Ｎｉ層は、共晶接合材に対する濡れ性を向上させる機能を有する。Ｎｉの代替としてＮｉＶやＰｔを使用することも可能である。Ｔｉ層は、Ｎｉとオーミック金属層４３との密着性を向上させる機能を有する。

次に、半導体発光積層体１０と支持体４０とを熱圧着により接合する。半導体発光積層体１０側の第１接合層３１と支持体４０側の第２接合層３２とを密着させ、１ＭＰａ（メガパスカル）、３３０℃の窒素雰囲気下で１０分間保持する。支持体４０側の第２接合層３２に含まれる共晶接合材（ＡｕＳｎ）が溶融して、半導体発光積層体１０側の共晶半田層（Ｎｉ／Ａｕ）との間でＡｕＳｎＮｉを形成することにより、図９（ａ）に示すように、支持体４０と半導体発光積層体１０とが接合される。すなわち、当該熱圧着により第１接合層３１と第２接合層３２とからなる接合膜３０が形成される。

［成長基板除去工程］
次に、半導体発光積層体１０の結晶成長に使用した成長基板６０をアンモニア水と過酸化水素水との混合液を用いたウェットエッチングにより、図９（ｂ）に示すように、除去する。なお、成長基板６０を除去する方法として、ドライエッチング法、機械研磨法、化学機械研磨法（ＣＭＰ）を用いてもよい。

［光取り出し面側電極形成］
成長基板１０を除去することにより表出したｎ型クラッド層１１上にオーミック電極５２、ショットキー電極５１及び接続配線５３を形成する。主電流経路を画定するため、反射面側電極片に平行となるような線状の表面電極片が形成されるようオーミック電極５２を配置する。例えば、ｎ型クラッド層１１との間でオーミック接触を形成するＡｕＧｅＮｉをＥＢ蒸着法によりｎ型クラッド層１１上に堆積させた後、リフトオフ法によりパターニングを行ってオーミック電極５２を形成する。続いて、ＥＢ蒸着法によりｎ型クラッド層１１との間でショットキー接触を形成するＴｉ（１００ｎｍ）をｎ型クラッド層１１上に堆積させ、更にＴｉ上にＡｕ（１．５μｍ）を堆積する。その後、リフトオフ法によりパターニングを行って、図９（ｃ）に示すように、ショットキー電極５１及び接続配線５３をｎ型クラッド層１１上に形成する。オーミック電極５２の材料としてＡｕＧｅ、ＡｕＳｎ、ＡｕＳｎＮｉなどを使用することも可能である。また、ショットキー電極４３としてＴａ、Ｗ若しくはこれらの合金又はこれらの窒化物を使用することも可能である。

次に、ｎ型クラッド層１１とオーミック電極５２との間でオーミック接触の形成を促進させるために４００℃の窒素雰囲気下で熱処理を施す。

［光取り出し構造の形成工程］
次に、ｎ型クラッド層１１の表面を微細加工することにより光取り出し効率向上のための光取り出し構造の粗面ＲＳを形成する。例えば、光取り出し面側の電極形成領域（ショットキー電極５１、オーミック電極５２及び接続配線５３）上にマスクを設けた後に、ウェットエッチングによりｎ型クラッド層１１の表面を粗面化することにより、図９（ｄ）に示すように、光取り出し構造の粗面ＲＳを形成できる。粗面ＲＳに複数の錐状突起を形成し、電流経路の主方向に対し突起の向きを１軸方向（電流経路の主方向にほぼ垂直方向）に配向する異方性エッチングを施すことにより、突起先端の電界集中を抑制し、素子の静電耐圧を向上させることができる。異方性エッチング（粗面化）については後述する。

また、フォトリソグラフィ及びリフトオフ法によりｎ型クラッド層１１上に人工的周期構造のマスクを形成した後に、ドライエッチングによりｎ型クラッド層１１の表面に三角格子配列、周期３００〜１０００ｎｍ（例えば、５００）ｎｍ、高さ６００ｎｍ、アスペクト比０．７〜１．５（例えば、１．２）の複数の円錐状の突起を形成して光取り出し構造の粗面ＲＳを形成することもできる。なお、マスクパターンの形成には、電子線描画（ＥＢ）リソグラフィ、ナノインプリントなどの微細加工技術を使用することも可能である。また、光取り出し構造の粗面ＲＳを構成する突起の形状は、円錐状に限らず円柱状や角錐状であってもよい。

以上の各工程を経て半導体発光素子１が完成する。

［本実施例で作製した半導体発光素子の構成］
本実施例の半導体発光素子は、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）により、結晶主軸が（１００）方向から１５度オフしたｎ型ＧａＡｓ基板からなる半導体基板上で作製した。この基板上に作製されたｎ型（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層からなるｎ型クラッド層（約３μｍ、Ｓｉドープ、キャリア濃度 １×１０^１８ｃｍ^−３）と、ＡｌＧａＩｎＰで構成される活性層（井戸層（Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ、１０ｎｍ、障壁層（Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ、１０ｎｍからなる多層量子井戸構造）と、Ｍｇを添加したＡｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐからなるｐ型クラッド層（約１μｍ、Ｍｇドープ、キャリア濃度５×１０^１７ｃｍ^−３）と、ｐ型のＧａＰからなるｐ型コンタクト層（約１μｍ、Ｍｇドープ、３×１０^１８ｃｍ^−３）と、で構成されている（図１乃至図５、参照）。

ＧａＡｓ基板上に作製された半導体発光素子をＧａＡｓ基板とは異なる材料からなるＳｉ支持基板に、ＡｕＳｎ層を含む多層金属接合層を介した熱圧着により貼り合わせを行った。半導体発光素子と多重金属接合層の間には、反射絶縁層（ＳｉＯ_２）が導入されており、電気的な接触を得るため、反射絶縁層は一部エッチングにより除去され、ＡｕＺｎからなるコンタクト層が挿入されている。

次に、成長に用いたＧａＡｓ基板をアンモニア、過酸化水素水系のエッチング混合液により除去することで、金属接合層、反射絶縁層及び上記ＭＯＣＶＤ法で結晶成長させたＡｌＧａＩｎＰ半導体積層構造の半導体発光積層体がＳｉ支持基板上に形成されることになる。

成長基板には１５度オフしたｎ型ＧａＡｓ基板を用いたがオフ角はＡｌＧａＩｎＰが成長できる範囲であれば構わなく、４度オフ基板を用いても同様な効果が得られることを確認している。また上記層厚み、キャリア濃度でなくても本効果を得られることは明白である。

［本実施例で作製したカウンタ電極の構成］
半導体層に電流を注入する光取り出し面側オーミック電極と反射面側コンタクト電極は上面視野で重ならないよう対向して配置されている（図１乃至３、参照）。

各々の電極片の線幅は被覆率を小さくするために１０μｍ以下、好ましくは、５μｍ以下で構成されている。

また、本実施例では、光取り出し面側ショットキー電極は、直径が１００μｍのボンディングパッド部とそこから十字に伸びる細線からなる。光取り出し面側オーミック電極の電極片は、該ショットキー電極の細線の端部に接続して、線幅５μｍの直線状に形成され、相互に平行に配置されている。反射面側コンタクト電極も直線状の電極片から形成され、その一部は、上面視において光取り出し面側オーミック電極の電極片に対し平行となるよう配置されている。
これにより、半導体発光積層体の面内の電流経路の主方向を一方向に制御した。

尚、光取り出し面上への突起形成を異方性エッチングにより形成する場合には、突起の軸の方向に、主の電流経路を画定する電極片の伸長方向が沿うものとなるように、カウンタ電極を配置する。

［本実施例で作製した突起の構成］
ＡｌＧａＩｎＰの結晶の持つ異方性を利用して、一方向に配向された光取り出し構造の粗面を形成した。光取り出し面側の粗面化の突起はハロゲン系のエッチャント、即ちＣｌ、Ｂｒ、Ｉ、Ｆを含むエッチャント（例えば、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＨＩ、ＢＣｌ_３、Ｃｌ_２等のＨＢｒ、ＨＣｌ、ＨＦ系のエッチング液）を用いて作製できる。

本実施例では、（１００）面から［０１１］方向に１５°傾斜させたＧａＡｓ成長基板（いわゆる１５°オフ基板）を使用して、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体発光積層体を成長させている。その後、その半導体発光積層体を支持基板へ接合した後に半導体発光積層体から成長基板を剥がしているので、半導体発光積層体の表面（光取り出し面）の（−１００）面から（０−１−１）面に１５°傾斜した面が現れている。ここで、光取り出し面を、混合比がＨＢｒ：Ｈ_２Ｏ＝１：３のエッチャントで異方性エッチング（粗面化）を施すと、光取り出し面の（１１１）Ｂ面が（１１１）Ａ面より早くエッチングが進行するため、結果として（１１１）Ａ面が光取り出し面に形成され、（−１００）面上に（１１１）Ａの面方位を持つ錐状突起が形成される。

このように、異方性エッチングを利用し作製された錐状突起はカウンタ電極の電流経路の主方向に対して垂直方向に先端が配向される。

粗面化による突起の向きは、光取り出し面の（−１００）面上の［０１１］方位に平行（また［０−１−１］の方位とも等価）に作製されている。カウンタ電極の長軸方向が［０１１］と平行な場合、電流経路との関係は垂直となり、電界集中が抑制される。またカウンタ電極の長軸方向が［０１１］と垂直な場合、電流経路との関係は平行となり、電界が集中し静電耐圧が低下することになる。

図１０に、一方向（Ｙ）に突起が配向された光取り出し構造の粗面を撮影した顕微鏡写真、その拡大図及び素子の断面写真を示す。図１０には、作製した素子の結晶方位を附記してある。

また、本実施例では突起のサイズ（差し渡し）を５００ｎｍ程度の大きさとしたが、２００〜１０００ｎｍ（サイズが発光波長の１／４以下になると効果が減少、また数μｍ以上では電流拡散に支障がでる）程度で、錐状の突起であればこのサイズに限定されるものではない。

尚、本実施例においては、成長基板として、（１００）面から［０１１］方向に傾斜した基板を用いたため、成長基板を除去して露出した面であって、突起形成のための異方性エッチングを施す面が、（−１００）面から（０−１−１）面方向に１５°傾斜した面であったが、これに限定されず、｛１００｝面から任意の方向に傾斜した面を用いることができる。また、当該露出面の｛１００｝面からの傾斜角度は、１０°以上２５°以下の角度であることが好ましい。

また、本実施例においては、（−１００）面から（０−１−１）面方向に１５°傾斜した面にエッチングを施したため、（１１１）Ａ面と（１１１）Ｂ面とのエッチングレートの差を利用したが、上記の通り、｛１００｝面から任意の方向に傾斜した面をエッチングすることができるため、｛１１１｝Ａ面と｛１１１｝Ｂ面とのエッチングレートの差を利用することができる。

［本実施例で作製した光取り出し面電極保護領域の構成］
光取り出し面の異方性エッチングによる粗面化の工程を考えると電極保護領域幅Ｗ（図５、参照）は広い方が好ましいが、光取り出し効率向上の観点からは、粗面化面積を広く取ることが好ましいため、電極保護領域幅Ｗは狭いほうが好ましい。本実施例では光取り出し面側の表面電極片の電極保護領域幅Ｗを２．００μｍ乃至３．２５μｍまでの３パターンサンプルを作製した。粗面化されていない被覆率は、それぞれ２．００μｍの時１０．８％、２．２５μｍの時１１．４％、また３．２５μｍの時１３．８％となる。

［本実施例以外のカウンタ電極と錐状突起の関係］
本実施例では粗面化より作製される突起の軸の向きと、カウンタ電極の電流経路の主方向を画定する相互に平行な反射面側電極片と表面電極片の伸長方向とのなす角度θが略０°（平行方向）となるように作製したが、静電耐圧向上の効果は、角度θが０°±２６°の範囲で得ることができ、角度θが０°±１０°の範囲が好ましい。つまり、突起の軸の向きは、電流経路の主方向に対して、９０°±２６°の範囲とすることができ、９０°±１０°の範囲が好ましい。

［比較例１：光取り出し面粗面化（ランダム）］
比較例１では、光取り出し面側の粗面化にドライエッチングを用いて突起を作製した。光取り出し面がランダムに構成され突起の形状及びサイズは制御されず、大小さまざまな突起を電流経路の主方向に対しランダムに形成した以外、他の工程は上記実施例と同一である。

電極保護領域幅Ｗについては本実施例と同様に３パターン作製した。

［比較例２：突起傾斜電流経路に垂直でない場合］
比較例２では、光取り出し面の突起の向きがカウンタ電極の電流経路の主方向に対して平行となるように異方性エッチングを利用し突起を作製した以外、他の工程は上記実施例と同一である。電極保護領域幅Ｗ（図５）については本実施例と同様に３パターン作製した。

［実施例と比較例の静電耐圧と明るさの関係］
ダイシングなどによりチップ分離を行い、切り分けられた発光素子をステムにダイボンディングし、光取り出し面側電極にワイヤーボンディングを行い結線した。

その後、発光素子の明るさの評価や静電耐圧試験を行い、特性評価を行った。

また、実施例、比較例１及び比較例２の素子のそれぞれについて、電極保護領域幅Ｗが２μｍ、２．２５μｍ、および３．２５μｍとした素子を作製し、各素子の輝度と静電破壊電圧を測定した。静電破壊電圧の試験は、ＪＥＤＥＣの規格のＪＥＳＤ２２−Ａ１１４−Ｂに基づいて行った。測定結果について、輝度については、本発明の実施例の構成で電極保護領域幅が２μｍの素子の測定結果を１．０として、静電破壊電圧については、本発明の実施例の構成で電極保護領域幅が３．２５μｍの素子の測定結果を１．０として、規格化した値を、表にまとめ、図１１に示した。

［静電耐圧と電極保護領域幅Ｗの関係］
図１２に比較例１の光取り出し面の粗面化をランダムに行った場合、及び比較例２の粗面化に異方性エッチングを利用した突起の軸の方向が電流経路の主方向に対し、垂直でなく平行な場合の静電破壊電圧と電極保護領域幅Ｗ（図５）の関係を示す。突起と電極間の距離が狭くなるほど静電破壊電圧が低く、静電耐圧が低くなることが分かる。これは突起の向きが電極方向に向くと電界集中を起こし、さらに、突起と電極との距離が近くなると電流密度が高くなるため静電破壊を起こし易いためである。

次に、図１３に、本発明の実施例である、光取り出し面の粗面化に異方性エッチングを利用し、突起の軸の方向を電流経路の主方向に垂直となるよう揃えた場合の結果を示す。この場合、突起先端に電界集中が起こらないように突起の軸の向きを制御しているため、電極保護領域幅Ｗ（図５）を狭くしても静電耐圧の低下が起こらないことが分かる。これらの結果より電流経路の１軸方向への制御と電流経路に対し作製される突起の向きを１軸方向（電流経路の主方向に略垂直方向）に配向することで、電界集中を抑制し静電耐圧を向上させることができる。

［明るさと電極保護領域幅Ｗの関係］
図１４に比較例１の光取り出し面の粗面化をランダムに行った場合、及び比較例２の粗面化に異方性エッチングを利用し、突起先端の向き（突起の軸の向き）が電流経路の主方向に平行な場合における、素子の光束と、電極保護領域形成幅Wとの関係を示す。電極保護領域幅Ｗ（図５）が狭くなるほど粗面化の面積（突起被覆面積）が増えるため明るくなる。しかし、突起の軸がランダムの場合、電流経路の主方向に平行な場合のいずれにおいても、静電耐圧との関係は、明るさと静電耐圧の向上を同時に満たせない。

次に、図１５に、本発明の実施例である、光取り出し面の粗面化に異方性エッチングを利用し、突起先端の向き（突起の軸の向き）が電流経路の主方向に垂直となるようにそろえた場合における、素子の光束と、電極保護領域幅Ｗとの関係を示す。この場合も粗面化された領域と電極との間の距離（電極保護領域幅Ｗ）が狭くなるほど粗面化による粗面化被覆率（粗面化される面積）が増えるため明るくなることがわかる。また、静電耐圧との関係は、図１３を参照しても、比較例１、２のようなトレードオフの関係ではなく、静電耐圧を維持したまま明るさを向上することができ、静電耐圧と明るさの向上が両立することができることがわかる。

以上、本発明の本実施例の半導体発光素子は静電耐圧の低下を招くことなく、光出力を向上させることが可能なものである。

［変形例１］
図１６（ａ）は、半導体発光素子１における電極パターンを変更した変形例の半導体発光素子の平面図である。なお、変形例１は光取り出し面側と反射面側の各電極のレイアウト以外は、半導体発光素子１と同様である。変形例１では、上述した半導体発光素子１と同様に、正方形の光取り出し面側において円形のショットキー電極５１、オーミック電極５２（表面電極片５２Ｅ（第１表面電極片部５２Ｅ１〜第３表面電極片部５２Ｅ３），表面電極片５２Ｆ）、接続配線５３が形成され、反射面側においてコンタクト電極２１（第１反射面電極片２１Ｄ１〜第８反射面電極片２１Ｄ８）が形成されている。ショットキー電極５１は光取り出し面の中央に配置されている。ショットキー電極５１には、半導体発光素子１の各コーナ部に向けて伸びる４本の線状の接続配線５３が接続している。４本の接続配線５３の各々には、これらと交差するように線状のオーミック電極５２が設けられている。ショットキー電極５１及びオーミック電極５２からなる表面電極は、半導体発光素子１の中心点を回転中心としたときに、４回回転対称（９０°回転すると重なる）となるようにパターニングされている。よって、図１６に示す半導体発光素子１の正方形の光取り出し面は対称な上下左右部分に分けて電極構造を説明する。

例えば、図１６（ｂ）の変形例１に形成された突起を省略した半導体発光素子１の図の右上部分について説明すると、第１表面電極片部５２Ｅ１に対し、第４反射面電極片２１Ｄ４、及び第６反射面電極片２１Ｄ６は平行に配置され、第１表面電極片部５２Ｅ１と第４反射面電極片２１Ｄ４との水平電極間距離Ｌが、第１表面電極片部５２Ｅ１と第６反射面電極片２１Ｄ６との水平電極間距離Ｌと等しくなるように第１表面電極片部５２Ｅ１が配置されている。また、第２表面電極片部５２Ｅ２に対し、第５反射面電極片２１Ｄ５、及び第７反射面電極片２１Ｄ７は平行に配置され、第２表面電極片部５２Ｅ２と第５反射面電極片２１Ｄ５との水平電極間距離Ｌが、第２表面電極片部５２Ｅ２と第７反射面電極片２１Ｄ７との水平電極間距離Ｌと等しくなるように第２表面電極片部５２Ｅ２が配置されている。更に、第３表面電極片部５２Ｅ３、および表面電極片５２Ｆに対し、第１反射面電極片２１Ｄ１、および第８反射面電極片２１Ｄ８は、同心円上の円弧として平行に配置され、第３表面電極片部５２Ｅ３と第１反射面電極片２１Ｄ１との水平電極間距離Ｌが、第３表面電極片部５２Ｅ３と第８反射面電極片２１Ｄ８との水平電極間距離Ｌ、及び第８反射面電極片２１Ｄ８と表面電極片５２Ｆとの水平電極間距離Ｌと略等しくなるようにそれぞれが形成されている。本変形例の半導体発光素子１においては、ショットキー電極５１及びオーミック電極５２からなる表面電極と、コンタクト電極２１とは、半導体発光素子１の中心点を回転中心としたときに４回回転対称となるようにパターニングされているため、図１６に示された半導体発光素子１の他の部分（すなわち、右下、左上、左下の部分）も上述した構成と同一である。上記の各電極の配置とすることにより、上面視において、相互に平行に配置された光取り出し側の電極片と反射面電極片によって、各領域における電流経路の主方向が画定される。

図１６（ａ）に示すように、粗面ＲＳにおける複数の錐状突起ＰＴは、それらの軸方向が反射面側反射面電極片２１Ｄ１〜２１Ｄ８及び表面電極片５２Ｅ，５２Ｆ２の長手伸長方向に略平行にそれぞれ配向されている。かかる突起は異方性エッチングではなく、パターニングとドライエッチングで作製することができるため、錐状突起ＰＴを同心円の周縁に沿うように円弧状に配向したり、部分的に平行に配向させる配置も可能となる。

また、本例の半導体発光素子１は、反射面側電極片及び表面電極片が平行となるように配置された部分（第１表面電極片部５２Ｅ１、第２反射面電極片２１Ｄ２、第４反射面電極片２１Ｄ４及び第６反射面電極片２１Ｄ６と第２表面電極片部５２Ｅ２、第３反射面電極片２１Ｄ３、第５反射面電極片２１Ｄ５及び第７反射面電極片２１Ｄ７）を含み、さらに、同心円の円弧となるように配置された部分（、第１反射面電極片２１Ｄ１、第３表面電極片部５２Ｅ３、第８反射面電極片２１Ｄ８及び表面電極片５２Ｆ）を含むので、電流経路の制御も可能となり、光取り出し面側の電極の面積の増加や半導体発光積層体の厚さの増加を抑えつつ、局所的な電流集中を防止して均一な発光分布を得ることができる。

また、本例では、光取り出し面側の電極と反射面側の電極を含めた全体の電極形状が、半導体発光素子１の中心点を回転中心としたときに４回回転対称となるようにパターン形成されている。これにより、本例の半導体発光素子１とレンズなどとを組み合わせて照明装置を構成した場合に、等方的な配光を得ることができる。

［変形例２］
図１７（ａ）は、半導体発光素子１における電極パターンを変更した他の変形例の半導体発光素子の平面図である。本例は、変形例１の反射面側電極片及び表面電極片が平行となるように配置された部分を形成せずに反射面側電極片及び表面電極片すべてが同心円となるように配置された以外、変形例１と同一である。変形例２では、正方形の光取り出し面側において、円形のショットキー電極５１と、十字に伸びる接続配線５３を介してショットキー電極に接続された同心の円環状のオーミック電極５２が形成され、反射面側においてオーミック電極に内外で等距離（水平電極間距離Ｌ）離れた２つの円環状のコンタクト電極２１（図１７（ｂ））が形成されている。

電極が円状のカウンタ電極となり、突起の向きもドライエッチングにて制御することで電流経路も制御できるため変形例２は、光取り出し面側の電極の面積の増加や半導体発光積層体の厚さの増加を抑えつつ、局所的な電界集中を防止して光出力と静電気耐圧を向上できる。

なお、上記の半導体発光素子においても、各層の導電型を入れ替（各層におけるｎ型とｐ型とを入れ替）えても良い。更に、上述した半導体発光素子おける各層の層厚及びキャリア濃度は例示にすぎず、適宜変更することが可能である。

１ 半導体発光素子
１０ 半導体発光積層体
１１ ｎ型クラッド層
１２ 活性層
１３ ｐ型クラッド層
２０ 反射絶縁層
２１ コンタクト電極
２２ 誘電体膜
３０ 接合膜
４０ 支持体
５１ ショットキー電極
５２ オーミック電極
５３ 接続配線
ＲＳ 粗面

Claims (6)

1. 支持基板と、
   前記支持基板上に形成された第１半導体層、前記第１半導体層の上に形成された活性層、及び、前記活性層の上に形成された第２半導体層、からなる半導体発光積層体と、を含む半導体発光素子であって、
   前記第１半導体層の前記支持基板側に設けられ、前記第１半導体層とオーミック接触し、少なくとも１つの線状の第１電極片を含む第１電極と、
   前記第２半導体層の上に設けられ、前記第２半導体層とオーミック接触し、少なくとも１つの線状の第２電極片を含む第２電極と、
   前記第２の半導体層上に形成された複数の錐状突起と、を有し、
   前記第１電極片と前記第２電極片とは、前記半導体発光積層体の積層方向に重ならずに配置され、
   前記第１電極片と前記第２電極片とは、上面視において平行に配置され、
   前記複数の錐状突起のうち、上面視において、相互に平行に配置された前記第１電極片と前記第２電極片との間に位置する錐状突起は、その軸が、いずれも、前記第１電極片と前記第２電極片の伸長方向をＹ軸とし該Ｙ軸に垂直な電流経路の主方向をＸ軸としたＸ−Ｙ平面投影像における該Ｙ軸との成す角度θが、±２６度の範囲内で配向するように、形成されていることを特徴とする半導体発光素子。
2. 前記複数の錐状突起の軸の前記半導体発光積層体の積層方向をＺ軸としたＹ−Ｚ平面投影像における前記Ｙ軸との成す角度Φは、３０度以上７０度以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
3. 前記第１電極片及び前記第２電極片は、支持基板の対向する二辺に平行に複数設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体発光素子。
4. 成長基板の表面上に第１半導体層、前記第１半導体層の上に形成された活性層、及び、前記活性層の上に形成された第２半導体層、からなる半導体発光積層体を形成する工程と、
   前記第２半導体層の上に、前記第２半導体層とオーミック接触する線状の第２電極片を含む第２電極を形成する工程と、
   前記第２電極の形成された半導体発光積層体に、支持基板を接合する工程と、
   前記半導体発光積層体から前記成長基板を除去する工程と、
   前記第１半導体層の上に、前記第１半導体層とオーミック接触する線状の第１電極片を含む第１電極を形成する工程と、
   前記第１半導体層の上の前記第１電極の形成されていない領域に複数の錐状突起を形成する工程と、を含み、
   前記第１電極形成工程において、前記第１電極片は、前記第２電極片と、前記半導体発光積層体の積層方向に重ならずに配置され、
   前記第１電極片と前記第２電極片とは、上面視において平行に配置され、
   前記第１電極形成工程において、前記第１電極片と前記第２電極片とは、上面視において平行に配置され、
   前記錐状突起を形成する工程において、前記複数の錐状突起のうち、上面視において、相互に平行に配置された前記第１電極片と前記第２電極片との間に位置する錐状突起は、その軸が前記第１電極片と前記第２電極片の伸長方向をＹ軸とし該Ｙ軸に垂直な電流経路の主方向をＸ軸としたＸ−Ｙ平面投影像における該Ｙ軸との成す角度θが、±２６度の範囲内で配向するように、形成されること、を特徴とする半導体発光素子の製造方法。
5. 前記錐状突起を形成する工程は、前記第１半導体層の上に異方性エッチングにより形成されることを特徴とする請求項４に記載の半導体発光素子の製造方法。
6. 前記成長基板には、｛１００｝面から１０°以上２５°以下の角度で傾斜したＧａＡｓ基板を用い、
   前記半導体発光積層体は、ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなり、
   前記第１半導体層は、ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなり、
   前記第２半導体層は、ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなり、
   前記錐状突起を形成する工程は、前記成長基板を取り除いて露出した前記第２半導体層の表面に、ＨＢｒ、ＨＣｌ、ＨＦ系のエッチング液を用いて、面方位｛１１１｝Ａと面方位｛１１１｝Ｂのエッチングレートの差を用いて行われること、を特徴とする請求項５に記載の半導体発光素子の製造方法。