JP2003124504A - 半導体発光装置、および半導体発光装置の製造方法 - Google Patents
半導体発光装置、および半導体発光装置の製造方法Info
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- JP2003124504A JP2003124504A JP2001321148A JP2001321148A JP2003124504A JP 2003124504 A JP2003124504 A JP 2003124504A JP 2001321148 A JP2001321148 A JP 2001321148A JP 2001321148 A JP2001321148 A JP 2001321148A JP 2003124504 A JP2003124504 A JP 2003124504A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体多層膜の最上層とその上層（透明樹脂
等）との境界での全反射による光取り出し効率の低下を
防止し、光取り出し効率の向上を図れる半導体装置およ
びその製造方法を提供する。 【解決手段】 発光層を含む半導体多層膜上に屈折率が
２．０以上のＢＰＳＧ膜を形成する。ＢＰＳＧ膜の屈折
率が２．０以上と高いことから、半導体多層膜の最上層
とＢＰＳＧ膜との境界における全反射の臨界角が増大す
る。その結果、より多くの光がこの境界で全反射される
ことなく通過できるようになる。
等）との境界での全反射による光取り出し効率の低下を
防止し、光取り出し効率の向上を図れる半導体装置およ
びその製造方法を提供する。 【解決手段】 発光層を含む半導体多層膜上に屈折率が
２．０以上のＢＰＳＧ膜を形成する。ＢＰＳＧ膜の屈折
率が２．０以上と高いことから、半導体多層膜の最上層
とＢＰＳＧ膜との境界における全反射の臨界角が増大す
る。その結果、より多くの光がこの境界で全反射される
ことなく通過できるようになる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオード
（ＬＥＤ： Light Emitting Diode）、半導体レーザ
（ＬＤ： Laser Diode）等の半導体発光装置、および
半導体発光装置の製造方法に関し、特に光取り出しの高
効率化を図った半導体発光装置、および半導体発光装置
の製造方法に関する。
（ＬＥＤ： Light Emitting Diode）、半導体レーザ
（ＬＤ： Laser Diode）等の半導体発光装置、および
半導体発光装置の製造方法に関し、特に光取り出しの高
効率化を図った半導体発光装置、および半導体発光装置
の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１７に示すように従来の発光ダイオー
ド５００は、ＧａＡｓ基板５０１上に半導体多層膜（下
部クラッド層５０２，活性層（発光層）５０３，上部ク
ラッド層５０４、電流拡散層５０５）、電流ブロック層
５０７を形成し、さらに上部電極５０８，下部電極５０
９を形成して構成される。発光ダイオード５００を透明
樹脂５１０により封止するときには、電流拡散層５０５
の上部は、素子保護のための透明樹脂で覆われた構造と
なる。この構造では、電流拡散層５０５（通例ＧａＡｓ
からなり、屈折率：３．５前後）と透明樹脂（屈折率：
１．５程度）との屈折率の差に起因して、この間での全
反射の臨界角は２５．３７°となる。この臨界角より入
射角の大きな光は全反射し、発光ダイオード５００の外
部に放出される確率は著しく低下する。この結果、発光
ダイオード５００からの発光光のうちその外部に取り出
される光取り出し効率は２０％前後となる。
ド５００は、ＧａＡｓ基板５０１上に半導体多層膜（下
部クラッド層５０２，活性層（発光層）５０３，上部ク
ラッド層５０４、電流拡散層５０５）、電流ブロック層
５０７を形成し、さらに上部電極５０８，下部電極５０
９を形成して構成される。発光ダイオード５００を透明
樹脂５１０により封止するときには、電流拡散層５０５
の上部は、素子保護のための透明樹脂で覆われた構造と
なる。この構造では、電流拡散層５０５（通例ＧａＡｓ
からなり、屈折率：３．５前後）と透明樹脂（屈折率：
１．５程度）との屈折率の差に起因して、この間での全
反射の臨界角は２５．３７°となる。この臨界角より入
射角の大きな光は全反射し、発光ダイオード５００の外
部に放出される確率は著しく低下する。この結果、発光
ダイオード５００からの発光光のうちその外部に取り出
される光取り出し効率は２０％前後となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の発
光ダイオードでは、発光層を含む半導体多層膜の最上層
と透明樹脂との境界面に斜め方向から入射する光が全反
射し、光取り出し効率が低下する問題があった。この問
題は、発光ダイオードに限らず半導体レーザ等半導体発
光装置一般に共通するものであり、半導体発光装置の高
輝度化への障害となっていた。本発明はこのような課題
を解決するためになされたもので、半導体多層膜の最上
層とその上層（透明樹脂等）との境界での全反射による
光取り出し効率の低下を防止し、光取り出し効率の向上
を図れる半導体装置およびその製造方法を提供すること
を目的としている。
光ダイオードでは、発光層を含む半導体多層膜の最上層
と透明樹脂との境界面に斜め方向から入射する光が全反
射し、光取り出し効率が低下する問題があった。この問
題は、発光ダイオードに限らず半導体レーザ等半導体発
光装置一般に共通するものであり、半導体発光装置の高
輝度化への障害となっていた。本発明はこのような課題
を解決するためになされたもので、半導体多層膜の最上
層とその上層（透明樹脂等）との境界での全反射による
光取り出し効率の低下を防止し、光取り出し効率の向上
を図れる半導体装置およびその製造方法を提供すること
を目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】（１）上記目的を達成す
るために本発明に係る半導体発光装置は、基板と、前記
基板上に形成され、発光層を含み、かつ該発光層からの
発光光を出射させる出射面を有する半導体多層膜と、前
記半導体多層膜上に形成された屈折率が２．０以上のＣ
ＶＤ酸化膜とを具備することを特徴とする。半導体多層
膜上に形成されたＣＶＤ酸化膜の屈折率が２．０以上と
高いことから、半導体多層膜の最上層とＣＶＤ酸化膜と
の境界における全反射の臨界角が増大する。その結果、
より多くの光がこの境界で全反射されることなく通過で
きるようになる。
るために本発明に係る半導体発光装置は、基板と、前記
基板上に形成され、発光層を含み、かつ該発光層からの
発光光を出射させる出射面を有する半導体多層膜と、前
記半導体多層膜上に形成された屈折率が２．０以上のＣ
ＶＤ酸化膜とを具備することを特徴とする。半導体多層
膜上に形成されたＣＶＤ酸化膜の屈折率が２．０以上と
高いことから、半導体多層膜の最上層とＣＶＤ酸化膜と
の境界における全反射の臨界角が増大する。その結果、
より多くの光がこの境界で全反射されることなく通過で
きるようになる。
【０００５】前記ＣＶＤ酸化膜が、ＴｉまたはＺｒを
含有することができる。ＣＶＤ酸化膜に適量のＴｉまた
はＺｒを含有させることで、ＣＶＤ酸化膜を高屈折率に
することができる。 前記ＣＶＤ酸化膜が、２×１０２１［ａｔｍ／ｃ
ｍ３］以上のＢを含有することができる。ＣＶＤ酸化膜
が適量のＢを含有することで、例えば熱処理の際に適度
な流動性を有し、ＣＶＤ酸化膜の平滑化（透明度の向
上）を図ることができる。
含有することができる。ＣＶＤ酸化膜に適量のＴｉまた
はＺｒを含有させることで、ＣＶＤ酸化膜を高屈折率に
することができる。 前記ＣＶＤ酸化膜が、２×１０２１［ａｔｍ／ｃ
ｍ３］以上のＢを含有することができる。ＣＶＤ酸化膜
が適量のＢを含有することで、例えば熱処理の際に適度
な流動性を有し、ＣＶＤ酸化膜の平滑化（透明度の向
上）を図ることができる。
【０００６】（２）本発明に係る半導体発光装置は、基
板と、前記基板上に形成され、発光層を含み、かつ該発
光層からの発光光を出射させる出射面を有する半導体多
層膜と、前記半導体多層膜上に形成され、かつ屈折率が
２．０以上のＢＰＳＧからなるレンズ部とを具備するこ
とを特徴とする。ＢＰＳＧからなるレンズ部は、ＢＰＳ
Ｇが２．０以上と高屈折率であることから、半導体多層
膜の最上層との境界での全反射による光の取り出し効率
低下を防止する。これに加えて、レンズ効果により光の
集光性を高め、光の利用効率の向上が図られる。ここ
で、前記レンズ部が、前記半導体多層膜の最上層と同一
の材質からなるレンズ核部の上面に生成することができ
る。レンズ核部を基礎として、レンズ部の形成を行え
る。このレンズ核部が半導体多層膜の最上層と同一の材
質であることから、この最上層をエッチングすること
で、容易にレンズ核部を形成できる。
板と、前記基板上に形成され、発光層を含み、かつ該発
光層からの発光光を出射させる出射面を有する半導体多
層膜と、前記半導体多層膜上に形成され、かつ屈折率が
２．０以上のＢＰＳＧからなるレンズ部とを具備するこ
とを特徴とする。ＢＰＳＧからなるレンズ部は、ＢＰＳ
Ｇが２．０以上と高屈折率であることから、半導体多層
膜の最上層との境界での全反射による光の取り出し効率
低下を防止する。これに加えて、レンズ効果により光の
集光性を高め、光の利用効率の向上が図られる。ここ
で、前記レンズ部が、前記半導体多層膜の最上層と同一
の材質からなるレンズ核部の上面に生成することができ
る。レンズ核部を基礎として、レンズ部の形成を行え
る。このレンズ核部が半導体多層膜の最上層と同一の材
質であることから、この最上層をエッチングすること
で、容易にレンズ核部を形成できる。
【０００７】（３）本発明に係る半導体発光装置の製造
方法は、半導体基板上に発光層を含む半導体多層膜を形
成する多層膜形成工程と、前記多層膜形成工程で形成さ
れた前記半導体多層膜上に、ＢＰＳＧ前駆体層を形成す
る前駆体形成工程と、前記前駆体形成工程で形成された
前記ＢＰＳＧ前駆体層を熱処理して、屈折率が２．０以
上のＢＰＳＧ層を形成する熱処理工程と、を具備するこ
とを特徴とする。半導体多層膜上に２．０以上と高屈折
率のＢＰＳＧ層を形成することで、半導体多層膜の上面
での全反射による光の取り出し効率の低下を防止でき
る。なお、ＢＰＳＧ前駆体層の形成は、ＳｉＨ４、Ｂ２
Ｈ６、ＰＨ３、およびＯ２の混合ガスを用いたＣＶＤ法
によって行える。
方法は、半導体基板上に発光層を含む半導体多層膜を形
成する多層膜形成工程と、前記多層膜形成工程で形成さ
れた前記半導体多層膜上に、ＢＰＳＧ前駆体層を形成す
る前駆体形成工程と、前記前駆体形成工程で形成された
前記ＢＰＳＧ前駆体層を熱処理して、屈折率が２．０以
上のＢＰＳＧ層を形成する熱処理工程と、を具備するこ
とを特徴とする。半導体多層膜上に２．０以上と高屈折
率のＢＰＳＧ層を形成することで、半導体多層膜の上面
での全反射による光の取り出し効率の低下を防止でき
る。なお、ＢＰＳＧ前駆体層の形成は、ＳｉＨ４、Ｂ２
Ｈ６、ＰＨ３、およびＯ２の混合ガスを用いたＣＶＤ法
によって行える。
【０００８】前記ＢＰＳＧ前駆体層が、２×１０２１
［ａｔｍ／ｃｍ３］以上のＢを含有することができる。
熱処理の際にＢＰＳＧ前駆体が適量のＢを含有すること
で、ＢＰＳＧ前駆体に適度な流動性を付与し、ＢＰＳＧ
膜の平滑化（透明度の向上）を図ることができる。 前記熱処理工程は、ＡｓＨ３を含有する雰囲気中で行
うことができる。半導体基板等にＡｓが含まれている場
合、熱処理雰囲気がＡｓＨ３を含有することで半導体基
板等からのＡｓの抜け出しを防止できる。 前記熱処理工程は、９００℃以上で行うことができ
る。９００℃以上で熱処理を行うことで、ＢＰＳＧ前駆
体をＢＰＳＧに変化することができ、かつＢＰＳＧ前駆
体に適度な流動性を付与することによるＢＰＳＧ層の平
滑化（透明度の向上）を図ることができる。
［ａｔｍ／ｃｍ３］以上のＢを含有することができる。
熱処理の際にＢＰＳＧ前駆体が適量のＢを含有すること
で、ＢＰＳＧ前駆体に適度な流動性を付与し、ＢＰＳＧ
膜の平滑化（透明度の向上）を図ることができる。 前記熱処理工程は、ＡｓＨ３を含有する雰囲気中で行
うことができる。半導体基板等にＡｓが含まれている場
合、熱処理雰囲気がＡｓＨ３を含有することで半導体基
板等からのＡｓの抜け出しを防止できる。 前記熱処理工程は、９００℃以上で行うことができ
る。９００℃以上で熱処理を行うことで、ＢＰＳＧ前駆
体をＢＰＳＧに変化することができ、かつＢＰＳＧ前駆
体に適度な流動性を付与することによるＢＰＳＧ層の平
滑化（透明度の向上）を図ることができる。
【０００９】（４）本発明に係る半導体発光装置の製造
方法は、半導体基板上に発光層を含む半導体多層膜を形
成する多層膜形成工程と、前記多層膜形成工程で形成さ
れた前記半導体多層膜上に、前記レンズを形成する核と
なるレンズ核部を形成する核形成工程と、前記核形成工
程で前記レンズ核部が形成された前記半導体多層膜上に
ＢＰＳＧ前駆体層を形成する層形成工程と、前記層形成
工程で形成されたＢＰＳＧ前駆体層を熱処理して、ＢＰ
ＳＧからなり、かつ前記レンズ核部に対応したＢＰＳＧ
レンズ部を形成する熱処理工程と、とを具備することを
特徴とする。ＢＰＳＧレンズ部がＢＰＳＧから構成され
ることで、半導体多層膜の上面での全反射による光の取
り出し効率低下を防止する。これに加えて、レンズ効果
により光の集光性を高め、光の利用効率の向上が図られ
る。なお、レンズ核部は、ＢＰＳＧ前駆体層の厚さの分
布を形成する起因となる構造物一般をいう。レンズ核部
の存在によって形成されたＢＰＳＧ前駆体層の厚い箇所
が熱処理によってＢＰＳＧレンズ部となる。
方法は、半導体基板上に発光層を含む半導体多層膜を形
成する多層膜形成工程と、前記多層膜形成工程で形成さ
れた前記半導体多層膜上に、前記レンズを形成する核と
なるレンズ核部を形成する核形成工程と、前記核形成工
程で前記レンズ核部が形成された前記半導体多層膜上に
ＢＰＳＧ前駆体層を形成する層形成工程と、前記層形成
工程で形成されたＢＰＳＧ前駆体層を熱処理して、ＢＰ
ＳＧからなり、かつ前記レンズ核部に対応したＢＰＳＧ
レンズ部を形成する熱処理工程と、とを具備することを
特徴とする。ＢＰＳＧレンズ部がＢＰＳＧから構成され
ることで、半導体多層膜の上面での全反射による光の取
り出し効率低下を防止する。これに加えて、レンズ効果
により光の集光性を高め、光の利用効率の向上が図られ
る。なお、レンズ核部は、ＢＰＳＧ前駆体層の厚さの分
布を形成する起因となる構造物一般をいう。レンズ核部
の存在によって形成されたＢＰＳＧ前駆体層の厚い箇所
が熱処理によってＢＰＳＧレンズ部となる。
【００１０】前記核形成工程で形成される前記レンズ
核部を、前記半導体多層膜の最上層と同一の材質から構
成できる。半導体多層膜の最上層をエッチングすること
で、レンズ核部を形成できる。 前記核形成工程において、前記レンズ核部を前記半導
体多層膜上に複数形成することができる。レンズ核部を
複数形成することで、これに対応してＢＰＳＧレンズ部
を複数形成することによる集光性の向上が可能となる。
ここで、前記層形成工程において、異なる前記レンズ核
部上に形成されたＢＰＳＧ前駆体層が、互いに接触しな
いようにすることが好ましい。ＢＰＳＧレンズ部は、Ｂ
ＰＳＧ前駆体層に厚さの分布を作り出すことで作成され
る。異なるレンズ核部上に形成されたＢＰＳＧ前駆体層
が互いに接触しないようにすることで、ＢＰＳＧ前駆体
層の厚さの分布を大きくして、効率よいＢＰＳＧレンズ
部の形成が可能となる。 ＢＰＳＧ前駆体層の厚さの分布を大きくする手段とし
ては、ＢＰＳＧ前駆体層を形成する際のガス圧を大きく
して、ガス交換（ガス中の拡散）を起こり難くすること
が挙げられる。また、ＢＰＳＧ前駆体層の厚さの分布を
大きくする他の手段として、核形成工程で形成されるレ
ンズ核部が、前記半導体多層膜の上面に略平行な上面
と、該上面から内側に傾斜する側面を有するようにする
ことが挙げられる。レンズ核部をいわゆる逆テーパ形状
とすることで、レンズ核部の上面と側面におけるＢＰＳ
Ｇ前駆体層の厚さの違いを大きくできる。
核部を、前記半導体多層膜の最上層と同一の材質から構
成できる。半導体多層膜の最上層をエッチングすること
で、レンズ核部を形成できる。 前記核形成工程において、前記レンズ核部を前記半導
体多層膜上に複数形成することができる。レンズ核部を
複数形成することで、これに対応してＢＰＳＧレンズ部
を複数形成することによる集光性の向上が可能となる。
ここで、前記層形成工程において、異なる前記レンズ核
部上に形成されたＢＰＳＧ前駆体層が、互いに接触しな
いようにすることが好ましい。ＢＰＳＧレンズ部は、Ｂ
ＰＳＧ前駆体層に厚さの分布を作り出すことで作成され
る。異なるレンズ核部上に形成されたＢＰＳＧ前駆体層
が互いに接触しないようにすることで、ＢＰＳＧ前駆体
層の厚さの分布を大きくして、効率よいＢＰＳＧレンズ
部の形成が可能となる。 ＢＰＳＧ前駆体層の厚さの分布を大きくする手段とし
ては、ＢＰＳＧ前駆体層を形成する際のガス圧を大きく
して、ガス交換（ガス中の拡散）を起こり難くすること
が挙げられる。また、ＢＰＳＧ前駆体層の厚さの分布を
大きくする他の手段として、核形成工程で形成されるレ
ンズ核部が、前記半導体多層膜の上面に略平行な上面
と、該上面から内側に傾斜する側面を有するようにする
ことが挙げられる。レンズ核部をいわゆる逆テーパ形状
とすることで、レンズ核部の上面と側面におけるＢＰＳ
Ｇ前駆体層の厚さの違いを大きくできる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。 （第１実施形態）図１（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ、本発
明の第１の実施形態に係る発光ダイオード（ＬＥＤ）１
００の断面、上面を表す断面図および上面図である。図
１に示すように、発光ダイオード１００は、ＧａＡｓ基
板１０１、下部クラッド層１０２，活性層１０３，上部
クラッド層１０４，電流拡散層１０５、ＢＰＳＧ層１０
６、電流ブロック層１０７，上部電極１０８、下部電極
１０９から構成され、透明樹脂１１０で封止されてい
る。上部電極１０８は、さらに略円板状の中央電極１８
１，略矩形状の内周および外周を有する周辺電極１８
２，中央電極１８１と周辺電極１８２とを接続する接続
電極１８３から構成され、開口部１８４を有する。
を参照して詳細に説明する。 （第１実施形態）図１（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ、本発
明の第１の実施形態に係る発光ダイオード（ＬＥＤ）１
００の断面、上面を表す断面図および上面図である。図
１に示すように、発光ダイオード１００は、ＧａＡｓ基
板１０１、下部クラッド層１０２，活性層１０３，上部
クラッド層１０４，電流拡散層１０５、ＢＰＳＧ層１０
６、電流ブロック層１０７，上部電極１０８、下部電極
１０９から構成され、透明樹脂１１０で封止されてい
る。上部電極１０８は、さらに略円板状の中央電極１８
１，略矩形状の内周および外周を有する周辺電極１８
２，中央電極１８１と周辺電極１８２とを接続する接続
電極１８３から構成され、開口部１８４を有する。
【００１２】ＧａＡｓ基板１０１上に下部クラッド層１
０２，活性層１０３，上部クラッド層１０４，電流拡散
層１０５が順に積層され（半導体多層膜の形成）、電流
拡散層１０５上に略円板状の電流ブロック層１０７およ
び周辺電極１８２が形成され、電流ブロック層１０７上
に中央電極１８１が形成されている。
０２，活性層１０３，上部クラッド層１０４，電流拡散
層１０５が順に積層され（半導体多層膜の形成）、電流
拡散層１０５上に略円板状の電流ブロック層１０７およ
び周辺電極１８２が形成され、電流ブロック層１０７上
に中央電極１８１が形成されている。
【００１３】ＧａＡｓ基板１０１は、例えばＧａＡｓか
らなる半導体基板である。下部クラッド層１０２、上部
クラッド層１０４はそれぞれ，例えばｎ型Ｉｎ０ ．５Ａ
ｌ０．５Ｐおよびｐ型Ｉｎ０．５Ａｌ０．５Ｐからな
り、活性層１０３内に光を閉じ込め、活性層１０３から
の発光を促進する。この一方、上部クラッド層１０４
は、一定の割合で活性層１０３からの光を透過させ、発
光ダイオード１００の上面から発光光を放射させる。
らなる半導体基板である。下部クラッド層１０２、上部
クラッド層１０４はそれぞれ，例えばｎ型Ｉｎ０ ．５Ａ
ｌ０．５Ｐおよびｐ型Ｉｎ０．５Ａｌ０．５Ｐからな
り、活性層１０３内に光を閉じ込め、活性層１０３から
の発光を促進する。この一方、上部クラッド層１０４
は、一定の割合で活性層１０３からの光を透過させ、発
光ダイオード１００の上面から発光光を放射させる。
【００１４】活性層１０３は，例えばノンドープのＩｎ
ＧａＡｌＰからなり、光を発光する発光層として機能す
る。電流拡散層１０５は、例えばｐ型ＧａＡｓからな
り、上部電極１０８から注入された電流を発光ダイオー
ド１００の面内方向に拡散させ、広い発光面積を得られ
るようにする。
ＧａＡｌＰからなり、光を発光する発光層として機能す
る。電流拡散層１０５は、例えばｐ型ＧａＡｓからな
り、上部電極１０８から注入された電流を発光ダイオー
ド１００の面内方向に拡散させ、広い発光面積を得られ
るようにする。
【００１５】ＣＶＤ酸化膜たるＢＰＳＧ層１０６は、透
明かつ高屈折率（屈折率：２．０以上）のＢＰＳＧ（Bo
ro−Pospho Silicate Glass）からなり、発光ダイオ
ード１００からの出射光の損失を低減する。なお、この
詳細は後述する。
明かつ高屈折率（屈折率：２．０以上）のＢＰＳＧ（Bo
ro−Pospho Silicate Glass）からなり、発光ダイオ
ード１００からの出射光の損失を低減する。なお、この
詳細は後述する。
【００１６】電流ブロック層１０７は，例えばｐ型Ｉｎ
０．５Ａｌ０．５Ｐからなり、中央電極１８１直下に流
れる電流を制限する。活性層１０３からの発光光のうち
中央電極１８１で遮られる成分を低減して、発光の利用
効率の向上を図るためである。上部電極１０８、下部電
極１０９は、例えばＺｎを含むＡｕからなり、活性層１
０３へ電流を注入し、発光ダイオード１００を動作させ
る。
０．５Ａｌ０．５Ｐからなり、中央電極１８１直下に流
れる電流を制限する。活性層１０３からの発光光のうち
中央電極１８１で遮られる成分を低減して、発光の利用
効率の向上を図るためである。上部電極１０８、下部電
極１０９は、例えばＺｎを含むＡｕからなり、活性層１
０３へ電流を注入し、発光ダイオード１００を動作させ
る。
【００１７】（光の取り出し効率の向上の説明）本発明
に係る発光ダイオード１００は、電流拡散層１０５上に
透明かつ高屈折率のＢＰＳＧ層１０６が形成されている
ことから、出射光の損失が低減される。活性層１０３で
発光した発光光は、上部クラッド層１０４，電流拡散層
１０５、ＢＰＳＧ層１０６を通過して、上部電極１０８
上の開口部１８４から出射する。ここで、電流拡散層１
０５が一般に高屈折率であることから（ｐ型ＧａＡｓで
は屈折率が３．５程度）、電流拡散層１０５とその上層
との境界で全反射が生じやすくなっているが、透明かつ
高屈折率のＢＰＳＧ層１０６が電流拡散層１０５上に形
成されていることからから電流拡散層１０５とＢＰＳＧ
層１０６（電流拡散層１０５の上層）との境界における
全反射が低減される。
に係る発光ダイオード１００は、電流拡散層１０５上に
透明かつ高屈折率のＢＰＳＧ層１０６が形成されている
ことから、出射光の損失が低減される。活性層１０３で
発光した発光光は、上部クラッド層１０４，電流拡散層
１０５、ＢＰＳＧ層１０６を通過して、上部電極１０８
上の開口部１８４から出射する。ここで、電流拡散層１
０５が一般に高屈折率であることから（ｐ型ＧａＡｓで
は屈折率が３．５程度）、電流拡散層１０５とその上層
との境界で全反射が生じやすくなっているが、透明かつ
高屈折率のＢＰＳＧ層１０６が電流拡散層１０５上に形
成されていることからから電流拡散層１０５とＢＰＳＧ
層１０６（電流拡散層１０５の上層）との境界における
全反射が低減される。
【００１８】ＢＰＳＧ層１０６上には透明樹脂１１０が
形成されているが、ＢＰＳＧ層１０６の屈折率（２．０
以上程度）が透明樹脂の屈折率（１．５程度）に近似し
ていることから、ＢＰＳＧ層１０６と透明樹脂との境界
における全反射はほぼ無視できる。このように、ＢＰＳ
Ｇ層１０６の屈折率を電流拡散層１０５および透明樹脂
の屈折率の中間的な値とすることによって、電流拡散層
１０５とＢＰＳＧ層１０６との境界およびＢＰＳＧ層１
０６と透明樹脂との境界の双方における全反射による光
の損失を低減できる。
形成されているが、ＢＰＳＧ層１０６の屈折率（２．０
以上程度）が透明樹脂の屈折率（１．５程度）に近似し
ていることから、ＢＰＳＧ層１０６と透明樹脂との境界
における全反射はほぼ無視できる。このように、ＢＰＳ
Ｇ層１０６の屈折率を電流拡散層１０５および透明樹脂
の屈折率の中間的な値とすることによって、電流拡散層
１０５とＢＰＳＧ層１０６との境界およびＢＰＳＧ層１
０６と透明樹脂との境界の双方における全反射による光
の損失を低減できる。
【００１９】（光の取り出し効率の向上の定量的説明）
上記は、光の取り出し効率の向上についての定性的説明
であるが、以下に定量的な説明を行う。電流拡散層１０
５の屈折率ｎ１、その上層（図１ではＢＰＳＧ層１０
６）の屈折率ｎ２と、その境界における全反射の臨界角
θcとは次式（１）に示される関係で結ばれる。 θc＝sin-1(ｎ2／ｎ1) ……式（１） 電流拡散層１０５を透過して放射される光の放射束Φ
は、放射光の放射強度Ｉと放射光の成す立体角ωによっ
て次式で表される。 Φ＝∫Ｉdω ……式（２） ここで、放射光の成す立体角ωは、頂角２θの円錐の立
体角と考えられることから、全ての方向に対して放射強
度Ｉが一定とすると、放射束Φは次の式（３）で表され
る。 Φ＝２πＩ(１−cosθ) ……式（３）
上記は、光の取り出し効率の向上についての定性的説明
であるが、以下に定量的な説明を行う。電流拡散層１０
５の屈折率ｎ１、その上層（図１ではＢＰＳＧ層１０
６）の屈折率ｎ２と、その境界における全反射の臨界角
θcとは次式（１）に示される関係で結ばれる。 θc＝sin-1(ｎ2／ｎ1) ……式（１） 電流拡散層１０５を透過して放射される光の放射束Φ
は、放射光の放射強度Ｉと放射光の成す立体角ωによっ
て次式で表される。 Φ＝∫Ｉdω ……式（２） ここで、放射光の成す立体角ωは、頂角２θの円錐の立
体角と考えられることから、全ての方向に対して放射強
度Ｉが一定とすると、放射束Φは次の式（３）で表され
る。 Φ＝２πＩ(１−cosθ) ……式（３）
【００２０】電流拡散層１０５からの放射束Φ1はθ＝
πを式（３）に代入して、 式（３）で表される。 Φ1＝４πＩ ……式（４） 電流拡散層１０５とその上層との境界面で全反射されず
に放射される放射束をΦ2とすると、Φ2は頂角２θcの
円錐内の放射束となるから、θ＝θcを式（３）に代入
して式（５）で表される。 Φ2＝２πＩ(１−cosθc) ……式（５） 従って、電流拡散層１０５を透過した放射束Φ1が全反
射されずにその上層に透過した放射束Φ2となる割合、
即ち光取り出し効率ηは、 次の式（６）で表される。 η＝Φ2／Φ1 ＝(１−cosθc)／２ ……式（６）
πを式（３）に代入して、 式（３）で表される。 Φ1＝４πＩ ……式（４） 電流拡散層１０５とその上層との境界面で全反射されず
に放射される放射束をΦ2とすると、Φ2は頂角２θcの
円錐内の放射束となるから、θ＝θcを式（３）に代入
して式（５）で表される。 Φ2＝２πＩ(１−cosθc) ……式（５） 従って、電流拡散層１０５を透過した放射束Φ1が全反
射されずにその上層に透過した放射束Φ2となる割合、
即ち光取り出し効率ηは、 次の式（６）で表される。 η＝Φ2／Φ1 ＝(１−cosθc)／２ ……式（６）
【００２１】電流拡散層１０５（屈折率ｎ１＝３．５）
の上層を透明樹脂（屈折率ｎ２１＝１．５）としたとき
の臨界角をθ１ｃ、光取り出し効率をη１とする。ま
た、電流拡散層１０５の上層をＢＰＳＧ層１０６（屈折
率ｎ２２＝２．０）としたときの臨界角をθ２ｃ、光取
り出し効率をη２とする。このとき光取り出し効率η１
とη２の比Ａは以下の式（７）で表される。 Ａ＝η２／η１＝(１−cosθ２c)／(１−cosθc) ＝(１−cos３４．８５°)／(１−cos２５．３７°) ＝１．８６ ……式（７）
の上層を透明樹脂（屈折率ｎ２１＝１．５）としたとき
の臨界角をθ１ｃ、光取り出し効率をη１とする。ま
た、電流拡散層１０５の上層をＢＰＳＧ層１０６（屈折
率ｎ２２＝２．０）としたときの臨界角をθ２ｃ、光取
り出し効率をη２とする。このとき光取り出し効率η１
とη２の比Ａは以下の式（７）で表される。 Ａ＝η２／η１＝(１−cosθ２c)／(１−cosθc) ＝(１−cos３４．８５°)／(１−cos２５．３７°) ＝１．８６ ……式（７）
【００２２】即ち、電流拡散層１０５とその上層間での
全反射に起因する光の取り出し効率は、上層をＢＰＳＧ
層１０６とすることで８６％向上する。この値は、ＢＰ
ＳＧ層１０６と透明樹脂１１０との境界での全反射を考
慮しても大きな影響を受けることはない。何故なら、Ｂ
ＰＳＧ層１０６と透明樹脂１１０との全反射の臨界角θ
３ｃは、臨界角θ２ｃより大きいためである。即ち、臨
界角θ２ｃで全反射されなかった光（入射角がθ２ｃよ
り小さい光）は、臨界角θ３ｃよりも小さい角度で透明
樹脂１１０に入射するので、透明樹脂１１０との境界で
全反射されることはない。
全反射に起因する光の取り出し効率は、上層をＢＰＳＧ
層１０６とすることで８６％向上する。この値は、ＢＰ
ＳＧ層１０６と透明樹脂１１０との境界での全反射を考
慮しても大きな影響を受けることはない。何故なら、Ｂ
ＰＳＧ層１０６と透明樹脂１１０との全反射の臨界角θ
３ｃは、臨界角θ２ｃより大きいためである。即ち、臨
界角θ２ｃで全反射されなかった光（入射角がθ２ｃよ
り小さい光）は、臨界角θ３ｃよりも小さい角度で透明
樹脂１１０に入射するので、透明樹脂１１０との境界で
全反射されることはない。
【００２３】（発光ダイオード１００の製造工程）次に
本発明に係る発光ダイオード１００の製造工程の１例を
説明する。図２は発光ダイオード１００の製造工程の１
例を表すフロー図であり、図３〜６は製造工程中での発
光ダイオード１００を表す断面図である。 （１）厚さ２５０μｍのｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、
ドーピング用Ｖ属元素の原料ガスとしてＰＨ３（フォス
フィン）を用いたＭＯＣＶＤ法により、厚さ０．６μｍ
のｎ型Ｉｎ０．５Ａｌ０．５Ｐからなる下部クラッド層
１０２、厚さ１．０μｍのノンドープＩｎＧａＡｌＰか
らなる活性層１０３を形成する（ステップＳ１１および
図３）。
本発明に係る発光ダイオード１００の製造工程の１例を
説明する。図２は発光ダイオード１００の製造工程の１
例を表すフロー図であり、図３〜６は製造工程中での発
光ダイオード１００を表す断面図である。 （１）厚さ２５０μｍのｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、
ドーピング用Ｖ属元素の原料ガスとしてＰＨ３（フォス
フィン）を用いたＭＯＣＶＤ法により、厚さ０．６μｍ
のｎ型Ｉｎ０．５Ａｌ０．５Ｐからなる下部クラッド層
１０２、厚さ１．０μｍのノンドープＩｎＧａＡｌＰか
らなる活性層１０３を形成する（ステップＳ１１および
図３）。
【００２４】（２）続いてＰＨ３を用いたＭＯＣＶＤ法
により、厚さ１．０μｍのｐ型Ｉｎ０ ．５Ａｌ０．５Ｐ
からなる上部クラッド層１０４を形成する。その後、ド
ーピング用Ｖ属元素の原料ガスとしてＡｓＨ３を用いた
ＭＯＣＶＤ法により、上部クラッド層上に厚さ１．５μ
ｍのｐ型ＧａＡｓからなる電流拡散層１０５を形成する
（ステップＳ１２および図４）。
により、厚さ１．０μｍのｐ型Ｉｎ０ ．５Ａｌ０．５Ｐ
からなる上部クラッド層１０４を形成する。その後、ド
ーピング用Ｖ属元素の原料ガスとしてＡｓＨ３を用いた
ＭＯＣＶＤ法により、上部クラッド層上に厚さ１．５μ
ｍのｐ型ＧａＡｓからなる電流拡散層１０５を形成する
（ステップＳ１２および図４）。
【００２５】（３）ＳｉＨ４（シラン）を主成分としＢ
２Ｈ６（ジボラン）、ＰＨ３（フォスフィン）、Ｏ
２（酸素）、ＴｉＣｌ４を含むガスを用いた常圧ＣＶＤ
法により、電流拡散層１０５上にＢＰＳＧ前駆体層１６
１を例えば、８０〜１００ｎｍ程度形成する。なお、キ
ャリアガスとして、例えばＮ２（窒素）ガスを用いるこ
とができる。このＢＰＳＧ前駆体層１６１は、ＳｉＨ４
を主成分としＢ２Ｈ６、ＰＨ３）、Ｏ２を含むガスを用
いた常圧ＣＶＤ法により形成されたＣＶＤ膜（次のステ
ップＳ１３での熱処理前のＣＶＤ膜）であり、ＢＰＳＧ
熱処理前層といっても差し支えない。ここで、原料ガス
がＴｉＣｌ４を含み（ＢＰＳＧ前駆体層１６１がＴｉを
含む）、かつ形成されるＢＰＳＧ前駆体層１６１に含有
されるＢ（ボロン）の濃度が２×１０２１［ａｔｍ／ｃ
ｍ３］以上とすることが重要である。これは、次工程で
の熱処理で形成されるＢＰＳＧ層１０６の膜質を良好な
ものとするためであるが、詳細は後述する。
２Ｈ６（ジボラン）、ＰＨ３（フォスフィン）、Ｏ
２（酸素）、ＴｉＣｌ４を含むガスを用いた常圧ＣＶＤ
法により、電流拡散層１０５上にＢＰＳＧ前駆体層１６
１を例えば、８０〜１００ｎｍ程度形成する。なお、キ
ャリアガスとして、例えばＮ２（窒素）ガスを用いるこ
とができる。このＢＰＳＧ前駆体層１６１は、ＳｉＨ４
を主成分としＢ２Ｈ６、ＰＨ３）、Ｏ２を含むガスを用
いた常圧ＣＶＤ法により形成されたＣＶＤ膜（次のステ
ップＳ１３での熱処理前のＣＶＤ膜）であり、ＢＰＳＧ
熱処理前層といっても差し支えない。ここで、原料ガス
がＴｉＣｌ４を含み（ＢＰＳＧ前駆体層１６１がＴｉを
含む）、かつ形成されるＢＰＳＧ前駆体層１６１に含有
されるＢ（ボロン）の濃度が２×１０２１［ａｔｍ／ｃ
ｍ３］以上とすることが重要である。これは、次工程で
の熱処理で形成されるＢＰＳＧ層１０６の膜質を良好な
ものとするためであるが、詳細は後述する。
【００２６】ＢＰＳＧ前駆体層１６１をＡｓＨ３（アル
シン）を含むガス中において９００℃以上の温度で３０
分以上熱処理して、ＢＰＳＧ前駆体層１６１をＢＰＳＧ
層１０６に変化させる。ＢＰＳＧ前駆体層１６１中の
Ｂ、Ｐ、Ｓｉ、Ｏが反応することでＢＰＳＧ層１０６が
形成される（ステップＳ１３および図５）。このように
して、可視光領域で透明かつ屈折率２．０前後のＢＰＳ
Ｇ層１０６を得ることができる。
シン）を含むガス中において９００℃以上の温度で３０
分以上熱処理して、ＢＰＳＧ前駆体層１６１をＢＰＳＧ
層１０６に変化させる。ＢＰＳＧ前駆体層１６１中の
Ｂ、Ｐ、Ｓｉ、Ｏが反応することでＢＰＳＧ層１０６が
形成される（ステップＳ１３および図５）。このように
して、可視光領域で透明かつ屈折率２．０前後のＢＰＳ
Ｇ層１０６を得ることができる。
【００２７】このとき形成されるＢＰＳＧ層１０６の膜
厚ｄは、ＢＰＳＧ層１０６の上下面で反射された光の干
渉を考慮すると、光の波長λと以下の式（８）に表され
た関係にあることが望ましい。 ｄ＝λ／（４・ｎ） …… 式（８） ここで、ｎ：ＢＰＳＧ層１０６の屈折率 である。反射防止膜の基本理論から、膜厚がλ／（４・
ｎ）のとき光が一往復すると光の波が１／２波長ずれ、
波の山と谷が反転する。この結果、透明樹脂層とＢＰＳ
Ｇ層１０６の界面、ＢＰＳＧ層１０６と電流拡散層１０
５の界面それぞれで生じる反射光が打ち消し合う。この
ように式（８）は、界面での反射を低減するための膜厚
条件を意味する。先に示したＢＰＳＧ前駆体層１６１の
膜厚８０〜１００ｎｍは、光の波長λおよび形成される
ＢＰＳＧ層１０６の屈折率、さらにはＢＰＳＧ前駆体層
１６１がＢＰＳＧ層１０６に変化したときの膜厚の変化
をも考慮して決定される。
厚ｄは、ＢＰＳＧ層１０６の上下面で反射された光の干
渉を考慮すると、光の波長λと以下の式（８）に表され
た関係にあることが望ましい。 ｄ＝λ／（４・ｎ） …… 式（８） ここで、ｎ：ＢＰＳＧ層１０６の屈折率 である。反射防止膜の基本理論から、膜厚がλ／（４・
ｎ）のとき光が一往復すると光の波が１／２波長ずれ、
波の山と谷が反転する。この結果、透明樹脂層とＢＰＳ
Ｇ層１０６の界面、ＢＰＳＧ層１０６と電流拡散層１０
５の界面それぞれで生じる反射光が打ち消し合う。この
ように式（８）は、界面での反射を低減するための膜厚
条件を意味する。先に示したＢＰＳＧ前駆体層１６１の
膜厚８０〜１００ｎｍは、光の波長λおよび形成される
ＢＰＳＧ層１０６の屈折率、さらにはＢＰＳＧ前駆体層
１６１がＢＰＳＧ層１０６に変化したときの膜厚の変化
をも考慮して決定される。
【００２８】（４）上部電極を形成する領域のＢＰＳＧ
層１０６をエッチングで除去する（ＢＰＳＧ層１０６の
パターニング）。このパターニングは、例えばレジスト
のパターンを形成した後、これをマスクとしてＮＨ４Ｆ
によるウェットエッチング、ＣＦ４系ガスによるドライ
エッチング等することで行える。その後、電流ブロック
層１０７の形成、パターニングを行った後、ＡｕＺｎ電
極層１８５の形成、パターニングを行い上部電極１０８
を形成する。さらに、ＧａＡｓ基板１０１の裏面を研磨
して１００μｍ程度の厚さにした後、下部電極１０９と
してＧｅを含むＡｕ膜を形成する（ステップＳ１４およ
び図６）。その後、個々の半導体発光装置として切り出
し（チップ化）、透明樹脂１１０による封止を行う。こ
の封止の結果、ＢＰＳＧ層１０６の表面は透明樹脂１１
０によって覆われることになる。
層１０６をエッチングで除去する（ＢＰＳＧ層１０６の
パターニング）。このパターニングは、例えばレジスト
のパターンを形成した後、これをマスクとしてＮＨ４Ｆ
によるウェットエッチング、ＣＦ４系ガスによるドライ
エッチング等することで行える。その後、電流ブロック
層１０７の形成、パターニングを行った後、ＡｕＺｎ電
極層１８５の形成、パターニングを行い上部電極１０８
を形成する。さらに、ＧａＡｓ基板１０１の裏面を研磨
して１００μｍ程度の厚さにした後、下部電極１０９と
してＧｅを含むＡｕ膜を形成する（ステップＳ１４およ
び図６）。その後、個々の半導体発光装置として切り出
し（チップ化）、透明樹脂１１０による封止を行う。こ
の封止の結果、ＢＰＳＧ層１０６の表面は透明樹脂１１
０によって覆われることになる。
【００２９】（ＢＰＳＧ層１０６の形成工程の詳細）以
下、ステップＳ１３におけるＢＰＳＧ前駆体層１６１お
よびＢＰＳＧ層１０６を形成の詳細を述べる。 （１）ＢＰＳＧ前駆体層１６１がＴｉを含む。ＢＰＳＧ
前駆体層１６１がＴｉを含む必要があるのは、形成され
るＢＰＳＧ層１０６を高屈折率とするためである。形成
されたＢＰＳＧ層１０６中のＴｉ濃度はＢＰＳＧ層１０
６の屈折率と密接な関係をもち、Ｔｉ濃度を制御するこ
とでＢＰＳＧ層１０６の屈折率を１．４程度から（Ｔｉ
濃度が０のとき）、２．０以上まで（Ｔｉ濃度が、例え
ば酸素原子に対して原子数比で０．２５〜０．５程度の
とき）変化させることができる。ＢＰＳＧ前駆体層１６
１にＴｉを含有させるために、ＣＶＤの原料ガスにＴｉ
Ｃｌ４を混合する。
下、ステップＳ１３におけるＢＰＳＧ前駆体層１６１お
よびＢＰＳＧ層１０６を形成の詳細を述べる。 （１）ＢＰＳＧ前駆体層１６１がＴｉを含む。ＢＰＳＧ
前駆体層１６１がＴｉを含む必要があるのは、形成され
るＢＰＳＧ層１０６を高屈折率とするためである。形成
されたＢＰＳＧ層１０６中のＴｉ濃度はＢＰＳＧ層１０
６の屈折率と密接な関係をもち、Ｔｉ濃度を制御するこ
とでＢＰＳＧ層１０６の屈折率を１．４程度から（Ｔｉ
濃度が０のとき）、２．０以上まで（Ｔｉ濃度が、例え
ば酸素原子に対して原子数比で０．２５〜０．５程度の
とき）変化させることができる。ＢＰＳＧ前駆体層１６
１にＴｉを含有させるために、ＣＶＤの原料ガスにＴｉ
Ｃｌ４を混合する。
【００３０】（２）ＢＰＳＧ前駆体層１６１が２×１０
２１［ａｔｍ／ｃｍ３］以上のＢを含む。ＢＰＳＧ前駆
体層１６１に含有されるＢ濃度は、熱処理中のＢＰＳＧ
前駆体層１６１の流動性、ひいては形成されるＢＰＳＧ
層１０６の表面形状等に影響を及ぼす。熱処理前のＢＰ
ＳＧ前駆体層１６１は、グレイン等の微細部構造があ
り、表面形状から見ても荒れた状態にあるのが通例であ
る。熱処理は、ＢＰＳＧ層１０６の形成を促進する他
に、ＢＰＳＧ前駆体層１６１に流動性を付与して、ＢＰ
ＳＧ層１０６を均一化する役割も有する。ＢＰＳＧ層１
０６がグレイン等微細構造を有すると、グレイン等の境
界が光を散乱し、ＢＰＳＧ層１０６を透過する光の減少
（透明度の低下）、即ち光の取り出し効率の低下を招く
ことになる。ＢＰＳＧ層１０６の均一化によって、発光
ダイオード１００からの光の取り出し効率が向上する。
２１［ａｔｍ／ｃｍ３］以上のＢを含む。ＢＰＳＧ前駆
体層１６１に含有されるＢ濃度は、熱処理中のＢＰＳＧ
前駆体層１６１の流動性、ひいては形成されるＢＰＳＧ
層１０６の表面形状等に影響を及ぼす。熱処理前のＢＰ
ＳＧ前駆体層１６１は、グレイン等の微細部構造があ
り、表面形状から見ても荒れた状態にあるのが通例であ
る。熱処理は、ＢＰＳＧ層１０６の形成を促進する他
に、ＢＰＳＧ前駆体層１６１に流動性を付与して、ＢＰ
ＳＧ層１０６を均一化する役割も有する。ＢＰＳＧ層１
０６がグレイン等微細構造を有すると、グレイン等の境
界が光を散乱し、ＢＰＳＧ層１０６を透過する光の減少
（透明度の低下）、即ち光の取り出し効率の低下を招く
ことになる。ＢＰＳＧ層１０６の均一化によって、発光
ダイオード１００からの光の取り出し効率が向上する。
【００３１】ＢＰＳＧ前駆体層１６１中のＢ濃度が低い
と、熱処理時におけるＢＰＳＧ前駆体層１６１の流動性
が低く、均一なＢＰＳＧ層１０６が形成されにくくな
る。Ｂ濃度を２×１０２１［ａｔｍ／ｃｍ３］以上とす
ることで、熱処理中のＢＰＳＧ前駆体層１６１に流動性
を付与して均質なＢＰＳＧ層１０６が形成される。な
お、ＢＰＳＧ前駆体層１６１中のＢ濃度は、５×１０
２１［ａｔｍ／ｃｍ３］以上であるのがより好ましい。
Ｂ濃度を大きくすることで熱処理温度を低下することが
可能となる。即ち、Ｂ濃度を大きくすると低い熱処理温
度でも、ＢＰＳＧ前駆体層１６１に適度な流動性を付与
することができる。
と、熱処理時におけるＢＰＳＧ前駆体層１６１の流動性
が低く、均一なＢＰＳＧ層１０６が形成されにくくな
る。Ｂ濃度を２×１０２１［ａｔｍ／ｃｍ３］以上とす
ることで、熱処理中のＢＰＳＧ前駆体層１６１に流動性
を付与して均質なＢＰＳＧ層１０６が形成される。な
お、ＢＰＳＧ前駆体層１６１中のＢ濃度は、５×１０
２１［ａｔｍ／ｃｍ３］以上であるのがより好ましい。
Ｂ濃度を大きくすることで熱処理温度を低下することが
可能となる。即ち、Ｂ濃度を大きくすると低い熱処理温
度でも、ＢＰＳＧ前駆体層１６１に適度な流動性を付与
することができる。
【００３２】（３）ＢＰＳＧ前駆体層１６１の熱処理
は、ＡｓＨ３を含む雰囲気中において９００℃以上の温
度で３０分以上行われる。 熱処理がＡｓＨ３を含む雰囲気中で行われるのは、Ｇ
ａＡｓ基板１０１等Ａｓを含む基板および層からのＡｓ
の抜け出しを防止するためである。Ａｓは蒸気圧が高い
ので熱処理中に抜け出し、ＧａＡｓ等のストイキオメト
リー（化学量論）が変化する可能性がある。熱処理をＡ
ｓ元素を含むガス雰囲気中で行うことで、ＧａＡｓ基板
１０１等からのＡｓの抜け出しを防止できる。なお、Ａ
ｓＨ３はキャリアガスとしてのＮ２ガスに混合した混合
ガスとして供給できる。
は、ＡｓＨ３を含む雰囲気中において９００℃以上の温
度で３０分以上行われる。 熱処理がＡｓＨ３を含む雰囲気中で行われるのは、Ｇ
ａＡｓ基板１０１等Ａｓを含む基板および層からのＡｓ
の抜け出しを防止するためである。Ａｓは蒸気圧が高い
ので熱処理中に抜け出し、ＧａＡｓ等のストイキオメト
リー（化学量論）が変化する可能性がある。熱処理をＡ
ｓ元素を含むガス雰囲気中で行うことで、ＧａＡｓ基板
１０１等からのＡｓの抜け出しを防止できる。なお、Ａ
ｓＨ３はキャリアガスとしてのＮ２ガスに混合した混合
ガスとして供給できる。
【００３３】熱処理温度を９００℃以上としたのは、
ＢＰＳＧ前駆体層１６１からＢＰＳＧ層１０６を形成
し、かつＢＰＳＧ層１６の均一化を図るのに適した温度
であることに基づく。なお、既述のようにＢＰＳＧ前駆
体層１６１の流動性はＢ濃度と関連性があることから、
Ｂ濃度を増大すると熱処理温度をある程度まで低下する
ことが可能であり、Ｂ濃度の低下は熱処理温度の上昇に
結びつくことになる。一方、熱処理温度が１１００℃以
上になると（熱処理温度が高すぎると）、ＡｓＨ３を含
む雰囲気中であってもＧａＡｓ基板１０１等からのＡｓ
の抜け出しが抑え難くなる。
ＢＰＳＧ前駆体層１６１からＢＰＳＧ層１０６を形成
し、かつＢＰＳＧ層１６の均一化を図るのに適した温度
であることに基づく。なお、既述のようにＢＰＳＧ前駆
体層１６１の流動性はＢ濃度と関連性があることから、
Ｂ濃度を増大すると熱処理温度をある程度まで低下する
ことが可能であり、Ｂ濃度の低下は熱処理温度の上昇に
結びつくことになる。一方、熱処理温度が１１００℃以
上になると（熱処理温度が高すぎると）、ＡｓＨ３を含
む雰囲気中であってもＧａＡｓ基板１０１等からのＡｓ
の抜け出しが抑え難くなる。
【００３４】熱処理温度は熱処理時間とも密接な関連
性を有する。一般的に、熱処理温度の上昇は反応速度の
上昇を意味する。従って、熱処理温度を上昇することで
熱処理時間の短縮が可能となり、一方熱処理時間を長く
すれば熱処理温度の低減が可能となる。
性を有する。一般的に、熱処理温度の上昇は反応速度の
上昇を意味する。従って、熱処理温度を上昇することで
熱処理時間の短縮が可能となり、一方熱処理時間を長く
すれば熱処理温度の低減が可能となる。
【００３５】以上のように、ＢＰＳＧ前駆体層１６１
中のＢ濃度、熱処理温度、熱処理時間は互いに密接な関
連性を有するのであり、本実施形態におけるＢ濃度２×
１０ ２１［ａｔｍ／ｃｍ３］以上、熱処理温度９００℃
以上、熱処理時間３０分以上は、必ずしも全ての条件が
満たされなければならないというものではない。
中のＢ濃度、熱処理温度、熱処理時間は互いに密接な関
連性を有するのであり、本実施形態におけるＢ濃度２×
１０ ２１［ａｔｍ／ｃｍ３］以上、熱処理温度９００℃
以上、熱処理時間３０分以上は、必ずしも全ての条件が
満たされなければならないというものではない。
【００３６】（第２実施形態）次に本発明の第２の実施
形態について説明する。図７（Ａ），（Ｂ）はそれぞ
れ、本発明の第２の実施形態に係る発光ダイオード（Ｌ
ＥＤ）２００の断面、上面を表す断面図および上面図で
ある。図２に示すように、発光ダイオード２００は、Ｇ
ａＡｓ基板２０１、下部クラッド層２０２，活性層２０
３，上部クラッド層２０４，電流拡散層２０５、レンズ
核部２１１，ＢＰＳＧ層２１２、電流ブロック層２０
７，上部電極２０８、下部電極２０９から構成され、透
明樹脂２１０で封止されている。ＢＰＳＧ層２１２は、
さらにレンズ核部２１１に対応して形成されたＢＰＳＧ
レンズ部２１３および電流拡散層２０５上のＢＰＳＧ平
板部２１４に区分できる。また、上部電極２０８は、さ
らに略円板状の中央電極２８１，略矩形状の内周および
外周を有する周辺電極２８２，中央電極２８１と周辺電
極２８２とを接続する接続電極２８３から構成され、開
口部２８４を有する。
形態について説明する。図７（Ａ），（Ｂ）はそれぞ
れ、本発明の第２の実施形態に係る発光ダイオード（Ｌ
ＥＤ）２００の断面、上面を表す断面図および上面図で
ある。図２に示すように、発光ダイオード２００は、Ｇ
ａＡｓ基板２０１、下部クラッド層２０２，活性層２０
３，上部クラッド層２０４，電流拡散層２０５、レンズ
核部２１１，ＢＰＳＧ層２１２、電流ブロック層２０
７，上部電極２０８、下部電極２０９から構成され、透
明樹脂２１０で封止されている。ＢＰＳＧ層２１２は、
さらにレンズ核部２１１に対応して形成されたＢＰＳＧ
レンズ部２１３および電流拡散層２０５上のＢＰＳＧ平
板部２１４に区分できる。また、上部電極２０８は、さ
らに略円板状の中央電極２８１，略矩形状の内周および
外周を有する周辺電極２８２，中央電極２８１と周辺電
極２８２とを接続する接続電極２８３から構成され、開
口部２８４を有する。
【００３７】本実施形態は、レンズ核部２１１およびＢ
ＰＳＧレンズ部２１３を有する点が前述の第１実施形態
との最大の相違点である。レンズ核部２１１は、上部電
極２０８上の開口部２８４に形成された例えば高さが数
μｍで互いの間隔が２０μｍの略四角柱形状をなし、Ｂ
ＰＳＧレンズ部２１３を形成する際の核（基礎）とな
る。後述するようにレンズ核部２１１は、ＧａＡｓ等を
パターニングすることで、電流拡散層２０５と共に形成
できる。
ＰＳＧレンズ部２１３を有する点が前述の第１実施形態
との最大の相違点である。レンズ核部２１１は、上部電
極２０８上の開口部２８４に形成された例えば高さが数
μｍで互いの間隔が２０μｍの略四角柱形状をなし、Ｂ
ＰＳＧレンズ部２１３を形成する際の核（基礎）とな
る。後述するようにレンズ核部２１１は、ＧａＡｓ等を
パターニングすることで、電流拡散層２０５と共に形成
できる。
【００３８】ＢＰＳＧ層２１２（ひいては、ＢＰＳＧレ
ンズ部２１３とＢＰＳＧ平板部２１４）は、透明かつ高
屈折率（屈折率：２．０以上）のＢＰＳＧからなる。Ｂ
ＰＳＧレンズ部２１３は、レンズ核部２１１に沿って形
成され断面が略半円形状をなす。ＢＰＳＧ平板部２１４
は、略平板形状であるが、レンズ核部２１１の側面に向
かって傾斜する窪みを有する。ＢＰＳＧ層２１２は、発
光ダイオード２００からの出射光の損失を低減する。Ｂ
ＰＳＧレンズ部２１３はこれに加えて、出射光を集光す
ることにより、発光ダイオード１００からの出射した光
の利用効率の向上を図る。
ンズ部２１３とＢＰＳＧ平板部２１４）は、透明かつ高
屈折率（屈折率：２．０以上）のＢＰＳＧからなる。Ｂ
ＰＳＧレンズ部２１３は、レンズ核部２１１に沿って形
成され断面が略半円形状をなす。ＢＰＳＧ平板部２１４
は、略平板形状であるが、レンズ核部２１１の側面に向
かって傾斜する窪みを有する。ＢＰＳＧ層２１２は、発
光ダイオード２００からの出射光の損失を低減する。Ｂ
ＰＳＧレンズ部２１３はこれに加えて、出射光を集光す
ることにより、発光ダイオード１００からの出射した光
の利用効率の向上を図る。
【００３９】活性層２０３で発光した発光光は、上部ク
ラッド層２０４，電流拡散層２０５を通過して、上部電
極２０８上の開口部２８４から出射する。第１の実施形
態でも述べたように、電流拡散層２０５が高屈折率であ
ることに基づき、電流拡散層２０５とその上層との境界
で全反射が生じやすくなっている。透明かつ高屈折率の
ＢＰＳＧ平板部２１４が電流拡散層２０５上に形成され
ていることからから電流拡散層２０５とＢＰＳＧ層２１
２との境界における全反射が低減される。さらに、ＢＰ
ＳＧレンズ部２１３の上面が球面形状（断面で見れば半
円状）をなすことにより、ＢＰＳＧレンズ部２１３から
出射される光が発光ダイオード２００の上面法線方向に
向かって集光される。
ラッド層２０４，電流拡散層２０５を通過して、上部電
極２０８上の開口部２８４から出射する。第１の実施形
態でも述べたように、電流拡散層２０５が高屈折率であ
ることに基づき、電流拡散層２０５とその上層との境界
で全反射が生じやすくなっている。透明かつ高屈折率の
ＢＰＳＧ平板部２１４が電流拡散層２０５上に形成され
ていることからから電流拡散層２０５とＢＰＳＧ層２１
２との境界における全反射が低減される。さらに、ＢＰ
ＳＧレンズ部２１３の上面が球面形状（断面で見れば半
円状）をなすことにより、ＢＰＳＧレンズ部２１３から
出射される光が発光ダイオード２００の上面法線方向に
向かって集光される。
【００４０】このように、ＢＰＳＧ層２１２の屈折率を
電流拡散層２０５および透明樹脂の屈折率の中間的な値
とすることによって、電流拡散層２０５（さらにはレン
ズ核部２１１）とＢＰＳＧ層２１２との境界での全反射
による光の損失を低減できる。これに加えて、ＢＰＳＧ
レンズ部２１３からの出射光の集光がなされる。
電流拡散層２０５および透明樹脂の屈折率の中間的な値
とすることによって、電流拡散層２０５（さらにはレン
ズ核部２１１）とＢＰＳＧ層２１２との境界での全反射
による光の損失を低減できる。これに加えて、ＢＰＳＧ
レンズ部２１３からの出射光の集光がなされる。
【００４１】（発光ダイオード２００の製造工程）次に
発光ダイオード２００の製造工程の１例を説明する。図
８は発光ダイオード２００の製造工程の１例を表すフロ
ー図であり、図９〜１３は製造工程中での発光ダイオー
ド２００を表す断面図である。 （１）ｎ型ＧａＡｓ基板２０１上に、ｎ型Ｉｎ０．５Ａ
ｌ０．５Ｐからなる下部クラッド層２０２、ノンドープ
ＩｎＧａＡｌＰからなる活性層２０３、ｐ型Ｉｎ ０．５
Ａｌ０．５Ｐからなる上部クラッド層２０４、およびｐ
型ＧａＡｓ層２１５を順に形成する（ステップＳ２１お
よび図９）。ここで、ｐ型ＧａＡｓ層２１５は第１の実
施形態における電流拡散層１０５に対応し、電流拡散層
２０５およびレンズ核部２１１の双方を形成する基礎と
なるものである。従って、ｐ型ＧａＡｓ層２１５は第１
の実施形態における電流拡散層１０５よりも厚く形成さ
れる。その他の点では、第１の実施形態と特に変わると
ころがないことから、下部クラッド層２０２〜電流拡散
層２０５の作成工程についての詳細な説明を省略する。
発光ダイオード２００の製造工程の１例を説明する。図
８は発光ダイオード２００の製造工程の１例を表すフロ
ー図であり、図９〜１３は製造工程中での発光ダイオー
ド２００を表す断面図である。 （１）ｎ型ＧａＡｓ基板２０１上に、ｎ型Ｉｎ０．５Ａ
ｌ０．５Ｐからなる下部クラッド層２０２、ノンドープ
ＩｎＧａＡｌＰからなる活性層２０３、ｐ型Ｉｎ ０．５
Ａｌ０．５Ｐからなる上部クラッド層２０４、およびｐ
型ＧａＡｓ層２１５を順に形成する（ステップＳ２１お
よび図９）。ここで、ｐ型ＧａＡｓ層２１５は第１の実
施形態における電流拡散層１０５に対応し、電流拡散層
２０５およびレンズ核部２１１の双方を形成する基礎と
なるものである。従って、ｐ型ＧａＡｓ層２１５は第１
の実施形態における電流拡散層１０５よりも厚く形成さ
れる。その他の点では、第１の実施形態と特に変わると
ころがないことから、下部クラッド層２０２〜電流拡散
層２０５の作成工程についての詳細な説明を省略する。
【００４２】（２）ｐ型ＧａＡｓ層２１５をパターニン
グすることにより、電流拡散層２０５およびレンズ核部
２１１が形成される（ステップＳ２２および図１０）。
このパターニングは、例えばレジストをパターニングし
て、これをマスクとして塩酸もしくは硫酸によるウェッ
トエッチングまたは塩素（Ｃｌ２）系ガスを用いたドラ
イエッチング等によって行うことができる。このレンズ
核部２１１は、後述するように、ＢＰＳＧ前駆体層２６
１に膜厚分布を作り出し、ＢＰＳＧレンズ部２１３を形
成する基礎となる構造物である。
グすることにより、電流拡散層２０５およびレンズ核部
２１１が形成される（ステップＳ２２および図１０）。
このパターニングは、例えばレジストをパターニングし
て、これをマスクとして塩酸もしくは硫酸によるウェッ
トエッチングまたは塩素（Ｃｌ２）系ガスを用いたドラ
イエッチング等によって行うことができる。このレンズ
核部２１１は、後述するように、ＢＰＳＧ前駆体層２６
１に膜厚分布を作り出し、ＢＰＳＧレンズ部２１３を形
成する基礎となる構造物である。
【００４３】（３）ＳｉＨ４を主成分としＢ２Ｈ６、Ｐ
Ｈ３、Ｏ２、ＴｉＣｌ４を含む混合ガスを用いた常圧Ｃ
ＶＤ法により、電流拡散層２０５およびレンズ核部２１
１上にＢＰＳＧ前駆体層２６１を５〜１０μｍ程度形成
する（ステップＳ２３および図１１）。なお、キャリア
ガスとして、例えばＮ２（窒素）ガスを用いることがで
きる。このＢＰＳＧ前駆体層２６１は、ＢＰＳＧレンズ
部２１３を形成する関係で、第１の実施形態におけるＢ
ＰＳＧ前駆体層１６１よりも厚く形成される。ＢＰＳＧ
前駆体層２６１は、レンズ核部２１１の上面では厚く、
その側面およびレンズ核部２１１間の電流拡散層２０５
上では薄く形成される。これは、混合ガス（キャリアガ
スを含めた）のガス圧（全圧）が常圧であることに起因
する。この詳細は後述する。
Ｈ３、Ｏ２、ＴｉＣｌ４を含む混合ガスを用いた常圧Ｃ
ＶＤ法により、電流拡散層２０５およびレンズ核部２１
１上にＢＰＳＧ前駆体層２６１を５〜１０μｍ程度形成
する（ステップＳ２３および図１１）。なお、キャリア
ガスとして、例えばＮ２（窒素）ガスを用いることがで
きる。このＢＰＳＧ前駆体層２６１は、ＢＰＳＧレンズ
部２１３を形成する関係で、第１の実施形態におけるＢ
ＰＳＧ前駆体層１６１よりも厚く形成される。ＢＰＳＧ
前駆体層２６１は、レンズ核部２１１の上面では厚く、
その側面およびレンズ核部２１１間の電流拡散層２０５
上では薄く形成される。これは、混合ガス（キャリアガ
スを含めた）のガス圧（全圧）が常圧であることに起因
する。この詳細は後述する。
【００４４】ここで、原料ガスがＴｉＣｌ４を含み（Ｂ
ＰＳＧ前駆体層２６１がＴｉを含む）、かつ形成される
ＢＰＳＧ前駆体層２６１に含有されるＢの濃度が２×１
０２ １［ａｔｍ／ｃｍ３］以上であることが重要である
のは、第１の実施形態と同様である。但し、ＢＰＳＧレ
ンズ部２１３の形状の関係でＢ濃度をより大きくした方
がより好ましい。なお、この詳細は後述する。
ＰＳＧ前駆体層２６１がＴｉを含む）、かつ形成される
ＢＰＳＧ前駆体層２６１に含有されるＢの濃度が２×１
０２ １［ａｔｍ／ｃｍ３］以上であることが重要である
のは、第１の実施形態と同様である。但し、ＢＰＳＧレ
ンズ部２１３の形状の関係でＢ濃度をより大きくした方
がより好ましい。なお、この詳細は後述する。
【００４５】（４）ＢＰＳＧ前駆体層１６１をＡｓＨ３
（アルシン）を含むガス中において９００℃以上の温度
で３０分以上熱処理して、ＢＰＳＧ前駆体層１６１をＢ
ＰＳＧ層２１２に変化させる。この結果、ＢＰＳＧレン
ズ部２１３等が形成される（ステップＳ２４および図１
２）。ＢＰＳＧ前駆体層２６１中のＢ、Ｐ、Ｓｉ、Ｏが
反応することでＢＰＳＧ層２１２が形成される。このよ
うにして、可視光領域で透明かつ屈折率２．０以上のＢ
ＰＳＧ層２１２を得ることができる。このとき、ＢＰＳ
Ｇレンズ部２１３の断面形状が略半円状に形成される。
これは、熱処理中におけるＢＰＳＧ前駆体層１６１の流
動性に起因し、前述の様にＢＰＳＧ前駆体層２６１中の
Ｂ濃度の影響を受ける。
（アルシン）を含むガス中において９００℃以上の温度
で３０分以上熱処理して、ＢＰＳＧ前駆体層１６１をＢ
ＰＳＧ層２１２に変化させる。この結果、ＢＰＳＧレン
ズ部２１３等が形成される（ステップＳ２４および図１
２）。ＢＰＳＧ前駆体層２６１中のＢ、Ｐ、Ｓｉ、Ｏが
反応することでＢＰＳＧ層２１２が形成される。このよ
うにして、可視光領域で透明かつ屈折率２．０以上のＢ
ＰＳＧ層２１２を得ることができる。このとき、ＢＰＳ
Ｇレンズ部２１３の断面形状が略半円状に形成される。
これは、熱処理中におけるＢＰＳＧ前駆体層１６１の流
動性に起因し、前述の様にＢＰＳＧ前駆体層２６１中の
Ｂ濃度の影響を受ける。
【００４６】（５）上部電極２０８を形成する領域のＢ
ＰＳＧ層２１２をエッチングで除去する（ＢＰＳＧ層２
１２のパターニング）。このパターニングは、例えばレ
ジストをパターニングし、これをマスクとしてＮＨ４Ｆ
によるウェットエッチングまたはＣＦ４系ガスを用いた
ドライエッチング等することで行うことができる。そし
て、電流ブロック層２０７の形成、パターニングを行っ
た後、ＡｕＺｎ電極層２８５の形成、パターニングを行
い上部電極２０８を形成する。さらに、ＧａＡｓ基板２
０１の裏面を研磨して１００μｍ程度の厚さにした後、
下部電極２０９としてＧｅを含むＡｕ膜を形成する（ス
テップＳ２５および図１３）。その後、個々の半導体発
光装置として切り出し（チップ化）、透明樹脂２１０に
よる封止を行う。この封止の結果、ＢＰＳＧ層２１２の
表面は透明樹脂２１０によって覆われることになる。
ＰＳＧ層２１２をエッチングで除去する（ＢＰＳＧ層２
１２のパターニング）。このパターニングは、例えばレ
ジストをパターニングし、これをマスクとしてＮＨ４Ｆ
によるウェットエッチングまたはＣＦ４系ガスを用いた
ドライエッチング等することで行うことができる。そし
て、電流ブロック層２０７の形成、パターニングを行っ
た後、ＡｕＺｎ電極層２８５の形成、パターニングを行
い上部電極２０８を形成する。さらに、ＧａＡｓ基板２
０１の裏面を研磨して１００μｍ程度の厚さにした後、
下部電極２０９としてＧｅを含むＡｕ膜を形成する（ス
テップＳ２５および図１３）。その後、個々の半導体発
光装置として切り出し（チップ化）、透明樹脂２１０に
よる封止を行う。この封止の結果、ＢＰＳＧ層２１２の
表面は透明樹脂２１０によって覆われることになる。
【００４７】（ＢＰＳＧ層２１２の形成工程の詳細）以
下、ステップＳ２３およびＳ２４におけるＢＰＳＧ前駆
体層２６１およびＢＰＳＧ層２１２の形成の詳細を述べ
る。 （１）レンズ核部２１１の側面上に形成されたＢＰＳＧ
前駆体層２６１が互いに接触しない。これはＢＰＳＧレ
ンズ部２１３を形成する関係で重要なことである。これ
に反する例を図１４に示す。図１４（Ａ）ではレンズ核
部２１１の側面上に形成されたＢＰＳＧ前駆体層２７１
が互いに接触している。図１４（Ａ）に示したＢＰＳＧ
前駆体層２７１を熱処理すると図１４（Ｂ）のようなＢ
ＰＳＧ層２７２が形成される。熱処理によってＢＰＳＧ
前駆体層２７１に流動性が付与される結果、ＢＰＳＧ層
２７２は平滑化され、図１２に示したＢＰＳＧレンズ部
２１３に対応する曲面形状が形成され難くなる。この結
果、ＢＰＳＧ層２７２にはその形状からして集光効果は
発揮され難くなる。このように、レンズ核部２１１の側
面上に形成されたＢＰＳＧ前駆体層２７１が互いに接触
していては、レンズ核部２１１はＢＰＳＧレンズ部２１
３を形成する核（基礎）として機能しなくなる。
下、ステップＳ２３およびＳ２４におけるＢＰＳＧ前駆
体層２６１およびＢＰＳＧ層２１２の形成の詳細を述べ
る。 （１）レンズ核部２１１の側面上に形成されたＢＰＳＧ
前駆体層２６１が互いに接触しない。これはＢＰＳＧレ
ンズ部２１３を形成する関係で重要なことである。これ
に反する例を図１４に示す。図１４（Ａ）ではレンズ核
部２１１の側面上に形成されたＢＰＳＧ前駆体層２７１
が互いに接触している。図１４（Ａ）に示したＢＰＳＧ
前駆体層２７１を熱処理すると図１４（Ｂ）のようなＢ
ＰＳＧ層２７２が形成される。熱処理によってＢＰＳＧ
前駆体層２７１に流動性が付与される結果、ＢＰＳＧ層
２７２は平滑化され、図１２に示したＢＰＳＧレンズ部
２１３に対応する曲面形状が形成され難くなる。この結
果、ＢＰＳＧ層２７２にはその形状からして集光効果は
発揮され難くなる。このように、レンズ核部２１１の側
面上に形成されたＢＰＳＧ前駆体層２７１が互いに接触
していては、レンズ核部２１１はＢＰＳＧレンズ部２１
３を形成する核（基礎）として機能しなくなる。
【００４８】以上のように、レンズ核部２１１の側面上
に形成されたＢＰＳＧ前駆体層２６１が互いに接触しな
いことによって、レンズ核部２１１を基礎としてＢＰＳ
Ｇレンズ部２１３が形成される。
に形成されたＢＰＳＧ前駆体層２６１が互いに接触しな
いことによって、レンズ核部２１１を基礎としてＢＰＳ
Ｇレンズ部２１３が形成される。
【００４９】（２）ＢＰＳＧ前駆体層２６１の形成が常
圧下で行われる。 （１）で既述のように、レンズ核部２１１の側面上に
形成されたＢＰＳＧ前駆体層２６１が互いに接触しない
ようにする必要がある。従って、ＢＰＳＧレンズ部２１
３をできるだけ高密度に形成するためには、ＢＰＳＧ前
駆体層２６１はレンズ核部２１１の上面では厚く、その
側面上では薄く形成されることが好ましい。何故なら、
レンズ核部２１１の間隔を狭くしても（これはＢＰＳＧ
レンズ部２１３を高密度に形成することを意味する）、
レンズ核部２１１の側面上に形成されたＢＰＳＧ前駆体
層２６１が互いに接触しないようにし易いからである。
圧下で行われる。 （１）で既述のように、レンズ核部２１１の側面上に
形成されたＢＰＳＧ前駆体層２６１が互いに接触しない
ようにする必要がある。従って、ＢＰＳＧレンズ部２１
３をできるだけ高密度に形成するためには、ＢＰＳＧ前
駆体層２６１はレンズ核部２１１の上面では厚く、その
側面上では薄く形成されることが好ましい。何故なら、
レンズ核部２１１の間隔を狭くしても（これはＢＰＳＧ
レンズ部２１３を高密度に形成することを意味する）、
レンズ核部２１１の側面上に形成されたＢＰＳＧ前駆体
層２６１が互いに接触しないようにし易いからである。
【００５０】ＢＰＳＧ前駆体層２６１の形成を常圧下
で行うことによって、ＢＰＳＧ前駆体層２６１はレンズ
核部２１１の上面では厚く、その側面上では薄くして、
ひいてはＢＰＳＧレンズ部２１３の高密度形成が可能と
なる。レンズ核部２１１の上面と側面におけるＢＰＳＧ
前駆体層２６１の膜厚比ｋ（ｋ＝ｄ１／ｄ０、ｄ０：レ
ンズ核部２１１の上面におけるＢＰＳＧ前駆体層２６１
の膜厚、ｄ１：レンズ核部２１１の側面におけるＢＰＳ
Ｇ前駆体層２６１の膜厚）はＣＶＤ成膜時におけるガス
圧と密接な関係があることが知られている。
で行うことによって、ＢＰＳＧ前駆体層２６１はレンズ
核部２１１の上面では厚く、その側面上では薄くして、
ひいてはＢＰＳＧレンズ部２１３の高密度形成が可能と
なる。レンズ核部２１１の上面と側面におけるＢＰＳＧ
前駆体層２６１の膜厚比ｋ（ｋ＝ｄ１／ｄ０、ｄ０：レ
ンズ核部２１１の上面におけるＢＰＳＧ前駆体層２６１
の膜厚、ｄ１：レンズ核部２１１の側面におけるＢＰＳ
Ｇ前駆体層２６１の膜厚）はＣＶＤ成膜時におけるガス
圧と密接な関係があることが知られている。
【００５１】ガス圧が小さくなるとこの膜厚比ｋは１に
近づき、ガス圧が大きくなると膜厚比ｋは０に近づく。
これは、ガス圧の増大によってガス交換（ガス中での拡
散）の頻度が低下することに起因する。ＢＰＳＧ前駆体
層２６１の形成はＣＶＤによるガスの消費によって行わ
れることから、ＢＰＳＧ前駆体層２６１の形成にはその
形成箇所への新鮮なガスの供給が必要となる。従って、
ガス交換の頻度低下はガスの供給方向から離れた箇所に
おけるガスの供給、ひいては成膜速度の低下をもたらす
原因となる。この成膜速度の低下はガスの供給方向、即
ちＧａＡｓ基板２０１の上方から遠ざかるほど大きい。
このため、ガス圧の増大が膜厚比ｋの減少に結びつく。
なお、レンズ核部２１１の側面上でも成膜速度が一定で
はなく、レンズ核部２１１の上面から離れるほど（Ｇａ
Ａｓ基板２０１の上方から遠ざかるほど）成膜速度、ひ
いては膜厚が減少する。
近づき、ガス圧が大きくなると膜厚比ｋは０に近づく。
これは、ガス圧の増大によってガス交換（ガス中での拡
散）の頻度が低下することに起因する。ＢＰＳＧ前駆体
層２６１の形成はＣＶＤによるガスの消費によって行わ
れることから、ＢＰＳＧ前駆体層２６１の形成にはその
形成箇所への新鮮なガスの供給が必要となる。従って、
ガス交換の頻度低下はガスの供給方向から離れた箇所に
おけるガスの供給、ひいては成膜速度の低下をもたらす
原因となる。この成膜速度の低下はガスの供給方向、即
ちＧａＡｓ基板２０１の上方から遠ざかるほど大きい。
このため、ガス圧の増大が膜厚比ｋの減少に結びつく。
なお、レンズ核部２１１の側面上でも成膜速度が一定で
はなく、レンズ核部２１１の上面から離れるほど（Ｇａ
Ａｓ基板２０１の上方から遠ざかるほど）成膜速度、ひ
いては膜厚が減少する。
【００５２】ガス圧の増大と共に膜厚比ｋが小さくなる
理由は次のように説明することもできる。ガス圧が高く
なるとガス分子の平均自由行程が短くなる。反応性のガ
ス分子がレンズ核部２１１に近づいてきたとき、ガス圧
が高いと平均自由行程が短いことからレンズ核部２１１
の表面（上面）付近で反応して膜形成を行いやすくな
る。このため、レンズ核部２１１の下方（側面）まで到
達する未反応のガス分子が少なくなる。このようにし
て、レンズ核部２１１の表面（上面）には、側面に比べ
て厚い膜が形成される。ここで、「平均自由行程」と
は、ガス分子が他のガス分子に妨げられずに自由に移動
できる距離（行程）を画する概念であり、具体的にはあ
るガス分子が他のガス分子に衝突してから次に別のガス
分子に衝突するまでに移動する距離の平均をいう。ガス
圧が高くなると、ガス分子の密度が大きくなるので、平
均自由行程は小さく（短く）なる。
理由は次のように説明することもできる。ガス圧が高く
なるとガス分子の平均自由行程が短くなる。反応性のガ
ス分子がレンズ核部２１１に近づいてきたとき、ガス圧
が高いと平均自由行程が短いことからレンズ核部２１１
の表面（上面）付近で反応して膜形成を行いやすくな
る。このため、レンズ核部２１１の下方（側面）まで到
達する未反応のガス分子が少なくなる。このようにし
て、レンズ核部２１１の表面（上面）には、側面に比べ
て厚い膜が形成される。ここで、「平均自由行程」と
は、ガス分子が他のガス分子に妨げられずに自由に移動
できる距離（行程）を画する概念であり、具体的にはあ
るガス分子が他のガス分子に衝突してから次に別のガス
分子に衝突するまでに移動する距離の平均をいう。ガス
圧が高くなると、ガス分子の密度が大きくなるので、平
均自由行程は小さく（短く）なる。
【００５３】以上のように、ガス圧を大きくすること
で、ＢＰＳＧ前駆体層２６１の膜厚比ｋを小さくして
（レンズ核部２１１の側面におけるＢＰＳＧ前駆体層２
６１の膜厚の相対値を小さくして）、ＢＰＳＧレンズ部
２１３の高密度形成を可能としている。以上から判るよ
うに、ＢＰＳＧ前駆体層２６１の形成は必ずしも常圧
（大気圧）下で行わなければならない訳ではなく、ある
程度以上高い圧力、例えば大気圧の数分の１程度の圧力
下であれば足りる。
で、ＢＰＳＧ前駆体層２６１の膜厚比ｋを小さくして
（レンズ核部２１１の側面におけるＢＰＳＧ前駆体層２
６１の膜厚の相対値を小さくして）、ＢＰＳＧレンズ部
２１３の高密度形成を可能としている。以上から判るよ
うに、ＢＰＳＧ前駆体層２６１の形成は必ずしも常圧
（大気圧）下で行わなければならない訳ではなく、ある
程度以上高い圧力、例えば大気圧の数分の１程度の圧力
下であれば足りる。
【００５４】（３）ＢＰＳＧ前駆体層２６１がＴｉを含
む。第１の実施形態と同様に、形成されるＢＰＳＧ層２
１２の屈折率を高くするために、ＢＰＳＧ前駆体層２６
１がＴｉを含む必要がある。ＣＶＤの原料ガスにＴｉＣ
ｌ４を混合して、ＢＰＳＧ前駆体層２６１にＴｉを含有
させることで、形成されるＢＰＳＧ層２１２の屈折率を
２．０以上とすることができる。
む。第１の実施形態と同様に、形成されるＢＰＳＧ層２
１２の屈折率を高くするために、ＢＰＳＧ前駆体層２６
１がＴｉを含む必要がある。ＣＶＤの原料ガスにＴｉＣ
ｌ４を混合して、ＢＰＳＧ前駆体層２６１にＴｉを含有
させることで、形成されるＢＰＳＧ層２１２の屈折率を
２．０以上とすることができる。
【００５５】（４）ＢＰＳＧ前駆体層２６１が２×１０
２１［ａｔｍ／ｃｍ３］以上のＢを含む。第１の実施形
態と同様に、ＢＰＳＧ前駆体層２６１に含有されるＢ濃
度は、熱処理中のＢＰＳＧ前駆体層２６１の流動性に大
きな影響を与え、形成されるＢＰＳＧ層２１２の表面形
状等に影響を及ぼす。第１の実施形態では主としてＢＰ
ＳＧ前駆体層１６１の均一化、表面の荒れを除去するた
めに熱処理中の前駆体層１６１に流動性が要求されてい
た（ＢＰＳＧ層１０６中での散乱等による透過光の減少
防止による発光ダイオード１０からの光の取り出し効率
の向上）。これに加えて、本実施形態ではＢＰＳＧレン
ズ部２１３による集光性を向上するため（即ち、レンズ
としての機能を発揮させるため）、ＢＰＳＧレンズ部２
１３の上面の曲率半径をある程度小さくする（平面から
より曲面に近くする）ことが要求される。このため本実
施形態では、ＢＰＳＧ前駆体層２６１中のＢ濃度をより
高めて、熱処理中のＢＰＳＧ前駆体層２６１により大き
な流動性を付与することが好ましい。この観点からする
と、ＢＰＳＧ前駆体層２６１中のＢ濃度を５×１０２１
［ａｔｍ／ｃｍ３］以上程度とすることがより好まし
い。
２１［ａｔｍ／ｃｍ３］以上のＢを含む。第１の実施形
態と同様に、ＢＰＳＧ前駆体層２６１に含有されるＢ濃
度は、熱処理中のＢＰＳＧ前駆体層２６１の流動性に大
きな影響を与え、形成されるＢＰＳＧ層２１２の表面形
状等に影響を及ぼす。第１の実施形態では主としてＢＰ
ＳＧ前駆体層１６１の均一化、表面の荒れを除去するた
めに熱処理中の前駆体層１６１に流動性が要求されてい
た（ＢＰＳＧ層１０６中での散乱等による透過光の減少
防止による発光ダイオード１０からの光の取り出し効率
の向上）。これに加えて、本実施形態ではＢＰＳＧレン
ズ部２１３による集光性を向上するため（即ち、レンズ
としての機能を発揮させるため）、ＢＰＳＧレンズ部２
１３の上面の曲率半径をある程度小さくする（平面から
より曲面に近くする）ことが要求される。このため本実
施形態では、ＢＰＳＧ前駆体層２６１中のＢ濃度をより
高めて、熱処理中のＢＰＳＧ前駆体層２６１により大き
な流動性を付与することが好ましい。この観点からする
と、ＢＰＳＧ前駆体層２６１中のＢ濃度を５×１０２１
［ａｔｍ／ｃｍ３］以上程度とすることがより好まし
い。
【００５６】（５）ＢＰＳＧ前駆体層２６１は、ＡｓＨ
３を含む雰囲気中において９００℃以上の温度で３０分
以上行われる。熱処理がＡｓＨ３を含む雰囲気中で行わ
れるのは、第１の実施形態と同様にＧａＡｓ基板２０１
等Ａｓを含む基板および層からのＡｓの抜け出しを防止
するためである。熱処理温度を９００℃以上としたの
は、ＢＰＳＧ前駆体層２６１からＢＰＳＧ層２１２を形
成し、かつＢＰＳＧ層２１２の均一化およびＢＰＳＧレ
ンズ部２１３の曲面形状の形成を図るのに適した温度で
あることに基づく。
３を含む雰囲気中において９００℃以上の温度で３０分
以上行われる。熱処理がＡｓＨ３を含む雰囲気中で行わ
れるのは、第１の実施形態と同様にＧａＡｓ基板２０１
等Ａｓを含む基板および層からのＡｓの抜け出しを防止
するためである。熱処理温度を９００℃以上としたの
は、ＢＰＳＧ前駆体層２６１からＢＰＳＧ層２１２を形
成し、かつＢＰＳＧ層２１２の均一化およびＢＰＳＧレ
ンズ部２１３の曲面形状の形成を図るのに適した温度で
あることに基づく。
【００５７】なお、Ｂ濃度を増大すると熱処理温度をあ
る程度まで低下することが可能であり、また熱処理温度
が１１００℃以上になるとＧａＡｓ基板２０１等からの
Ａｓの抜け出しが抑え難くなるのは、第１の実施形態と
同様である。さらに本実施形態におけるＢ濃度２×１０
２１［ａｔｍ／ｃｍ３］以上、熱処理温度９００℃以
上、熱処理時間３０分以上は、必ずしも全ての条件を満
たさなければならないものでないことは、第１の実施形
態と同様である。
る程度まで低下することが可能であり、また熱処理温度
が１１００℃以上になるとＧａＡｓ基板２０１等からの
Ａｓの抜け出しが抑え難くなるのは、第１の実施形態と
同様である。さらに本実施形態におけるＢ濃度２×１０
２１［ａｔｍ／ｃｍ３］以上、熱処理温度９００℃以
上、熱処理時間３０分以上は、必ずしも全ての条件を満
たさなければならないものでないことは、第１の実施形
態と同様である。
【００５８】（その他の実施形態）本発明の実施形態は
上記実施形態には限られず拡張、変更できる。拡張、変
更された実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。 （１）例えば、上記実施形態では半導体発光装置として
発光ダイオードを例にとって説明したが、半導体レーザ
に適用してもよい。
上記実施形態には限られず拡張、変更できる。拡張、変
更された実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。 （１）例えば、上記実施形態では半導体発光装置として
発光ダイオードを例にとって説明したが、半導体レーザ
に適用してもよい。
【００５９】（２）上記実施形態では半導体基板の上面
側にＢＰＳＧ膜を形成したが、半導体基板の側面（端
面）に形成しても差し支えない。半導体発光装置には半
導体基板の上面から光を取り出す平面発光型の他に、半
導体基板の側面方向から光を取り出す端面発光型があ
り、端面発光型であっても本発明を適用する意義があ
る。また、平面発光型でも側面からの発光強度は比較的
大きいため、側面にＢＰＳＧ膜を形成するのは有効であ
る。
側にＢＰＳＧ膜を形成したが、半導体基板の側面（端
面）に形成しても差し支えない。半導体発光装置には半
導体基板の上面から光を取り出す平面発光型の他に、半
導体基板の側面方向から光を取り出す端面発光型があ
り、端面発光型であっても本発明を適用する意義があ
る。また、平面発光型でも側面からの発光強度は比較的
大きいため、側面にＢＰＳＧ膜を形成するのは有効であ
る。
【００６０】（３）本発明は、ＧａＡｓからなる電流拡
散層を有する半導体発光装置には限られない。要する
に、半導体発光装置で光が出射される面が高屈折率の材
料から形成されていれば適用可能である。高屈折率の材
料はＧａＡｓには限られない、例えばＳｉＣ、ＧａＰ、
ＧａＡｓＰ、ＧａＡｌＡｓ、ＩｎＡｌＧａＰ、ＧａＮ等
各種の化合物半導体の多くが発光波長において例えば
３．２〜３．７程度と高屈折率である。このため、この
ような高屈折率の材料と低屈折率の材料（封止用の透明
樹脂に限らず、大気、真空も含む）との境界における全
反射が問題となる。本発明に係るＢＰＳＧ層をこのよう
な高屈折材料と低屈折材料の間に形成することで、高屈
折材料、ＢＰＳＧ層、低屈折材料へと屈折率の段階的低
下を可能として、全反射による光の取り出し効率の低下
を防止できる。
散層を有する半導体発光装置には限られない。要する
に、半導体発光装置で光が出射される面が高屈折率の材
料から形成されていれば適用可能である。高屈折率の材
料はＧａＡｓには限られない、例えばＳｉＣ、ＧａＰ、
ＧａＡｓＰ、ＧａＡｌＡｓ、ＩｎＡｌＧａＰ、ＧａＮ等
各種の化合物半導体の多くが発光波長において例えば
３．２〜３．７程度と高屈折率である。このため、この
ような高屈折率の材料と低屈折率の材料（封止用の透明
樹脂に限らず、大気、真空も含む）との境界における全
反射が問題となる。本発明に係るＢＰＳＧ層をこのよう
な高屈折材料と低屈折材料の間に形成することで、高屈
折材料、ＢＰＳＧ層、低屈折材料へと屈折率の段階的低
下を可能として、全反射による光の取り出し効率の低下
を防止できる。
【００６１】（４）さらには、高屈折の材料とＢＰＳＧ
層が必ずしも直接接触しなくてもよい。場合により中間
層の介在が認められる。例えば、中間層が光の波長に比
べて薄ければ高屈折率の材料とこの中間層間で全反射は
生じない。全反射が生じている境界面（高屈折率の材料
とこの中間層間の境界）の外側，すなわちこの中間層に
はエバネッセント波として光がしみ出している。この境
界面の外側に光の波長程度の間隔を置いてＢＰＳＧ層を
形成すればエバネッセント波を介して光は透過し，境界
面での反射は全反射ではなくなる。以上のように、中間
層が光の波長に比べて薄ければ、中間層の存在は高屈折
の材料上にＢＰＳＧ層を形成する意義を失わせることに
はならない。中間層の一例として、ＩＴＯ（Indium Tin
Oxide）が考えられる。電流拡散層上に透明電極たるＩ
ＴＯを形成することで、上部電極の開口部上の活性層に
対して、効率良く電流を注入することが可能となる。
層が必ずしも直接接触しなくてもよい。場合により中間
層の介在が認められる。例えば、中間層が光の波長に比
べて薄ければ高屈折率の材料とこの中間層間で全反射は
生じない。全反射が生じている境界面（高屈折率の材料
とこの中間層間の境界）の外側，すなわちこの中間層に
はエバネッセント波として光がしみ出している。この境
界面の外側に光の波長程度の間隔を置いてＢＰＳＧ層を
形成すればエバネッセント波を介して光は透過し，境界
面での反射は全反射ではなくなる。以上のように、中間
層が光の波長に比べて薄ければ、中間層の存在は高屈折
の材料上にＢＰＳＧ層を形成する意義を失わせることに
はならない。中間層の一例として、ＩＴＯ（Indium Tin
Oxide）が考えられる。電流拡散層上に透明電極たるＩ
ＴＯを形成することで、上部電極の開口部上の活性層に
対して、効率良く電流を注入することが可能となる。
【００６２】（５）レンズ核部の形状は主軸が半導体基
板の面と並行の４角柱形状には限られない。 例えば、半導体基板の面に垂直な主軸を持つ角柱、や
円柱でも差し支えない。図１５に円柱形状のレンズ核部
３１１を点在させＢＰＳＧレンズ部３１３を形成した例
を示す。このようにするとＢＰＳＧレンズ部３１３が半
球状になるので、集光性が向上する（例えば、図７に示
したＢＰＳＧレンズ部２１３は略半円筒形状なので、円
筒の主軸方向については集光性が弱い）。
板の面と並行の４角柱形状には限られない。 例えば、半導体基板の面に垂直な主軸を持つ角柱、や
円柱でも差し支えない。図１５に円柱形状のレンズ核部
３１１を点在させＢＰＳＧレンズ部３１３を形成した例
を示す。このようにするとＢＰＳＧレンズ部３１３が半
球状になるので、集光性が向上する（例えば、図７に示
したＢＰＳＧレンズ部２１３は略半円筒形状なので、円
筒の主軸方向については集光性が弱い）。
【００６３】レンズ核部の側面がその上面法線方向と
平行でなくても差し支えない。図１６は、上面から下方
に向かうに従って断面が小さくなるように側面が傾斜し
た逆テーパ形状のレンズ核部４１１およびレンズ核部４
１１に形成されたＢＰＳＧレンズ部４１３の一例を表
す。レンズ核部４１１が逆テーパであることから、レン
ズ核部４１１の上面と側面の形成されるＢＰＳＧ前駆体
層の膜厚の相違が大きくなる。この結果、ＢＰＳＧレン
ズ部４１３の高密度化が容易になる。また、逆テーパ形
状のレンズ核部２８１を利用することで、電流拡散層２
０５およびＢＰＳＧ平板部２１４を透過した光を上ＢＰ
ＳＧレンズ部４１３内を通過させ、ＢＰＳＧレンズ部４
１３の集光性能を向上することも可能となる。
平行でなくても差し支えない。図１６は、上面から下方
に向かうに従って断面が小さくなるように側面が傾斜し
た逆テーパ形状のレンズ核部４１１およびレンズ核部４
１１に形成されたＢＰＳＧレンズ部４１３の一例を表
す。レンズ核部４１１が逆テーパであることから、レン
ズ核部４１１の上面と側面の形成されるＢＰＳＧ前駆体
層の膜厚の相違が大きくなる。この結果、ＢＰＳＧレン
ズ部４１３の高密度化が容易になる。また、逆テーパ形
状のレンズ核部２８１を利用することで、電流拡散層２
０５およびＢＰＳＧ平板部２１４を透過した光を上ＢＰ
ＳＧレンズ部４１３内を通過させ、ＢＰＳＧレンズ部４
１３の集光性能を向上することも可能となる。
【００６４】ａ．レンズ核部４１１を逆テーパにするに
は、レンズ核部４１１を形成するエッチング工程（図８
のステップＳ２２に対応）において、エッチング側壁
（エッチング孔の側壁）への堆積物の生成を抑制する異
方性エッチングを行えばよい。エッチング中に側壁へ堆
積物（例えば、酸化物）が形成されると、側壁方向への
エッチング速度が低減する。側壁への堆積物の形成の抑
制は、側壁方向へのエッチング速度の向上をもたらし、
逆テーパのパターン形成を可能とする。具体的には、Ｃ
ｌ２やＢＣｌ３等のガスを使用してドライエッチングす
ることで、逆テーパ形状のレンズ核部４１１を形成でき
る。堆積物が生じにくいガス種を用いることで、側壁方
向のエッチングが促進される。
は、レンズ核部４１１を形成するエッチング工程（図８
のステップＳ２２に対応）において、エッチング側壁
（エッチング孔の側壁）への堆積物の生成を抑制する異
方性エッチングを行えばよい。エッチング中に側壁へ堆
積物（例えば、酸化物）が形成されると、側壁方向への
エッチング速度が低減する。側壁への堆積物の形成の抑
制は、側壁方向へのエッチング速度の向上をもたらし、
逆テーパのパターン形成を可能とする。具体的には、Ｃ
ｌ２やＢＣｌ３等のガスを使用してドライエッチングす
ることで、逆テーパ形状のレンズ核部４１１を形成でき
る。堆積物が生じにくいガス種を用いることで、側壁方
向のエッチングが促進される。
【００６５】ｂ．このとき、ガス圧をドライエッチング
（例えば、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching））に用いら
れる通常の条件よりも高圧（例えば、数十ｍｔｏｒｒ：
数Ｐａ程度）とするのが好ましい。ドライエッチングに
おいて反応性ガス分子は基板面に垂直な方向に電界や磁
界等で加速されるのが通例である。このとき、ガス圧を
高くすると、反応性ガス分子の平均自由行程が小さくな
り基板面に平行な方向の速度成分が生じ易くなる。この
結果、基板面に平行な方向、即ち側壁方向へのエッチン
グが促進される。反応性ガス分子の平均自由行程が大き
ければ（ガス圧：小）、反応性ガス分子は加速方向（基
板面に垂直な方向）のみに速度成分を有する。これに対
して、反応性ガス分子の平均自由行程が小さくなると
（ガス圧：大）、基板に到達する以前に反応性ガス分子
が互いに衝突することで基板面に平行な速度成分を有す
るようになる（一種の散乱効果）。
（例えば、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching））に用いら
れる通常の条件よりも高圧（例えば、数十ｍｔｏｒｒ：
数Ｐａ程度）とするのが好ましい。ドライエッチングに
おいて反応性ガス分子は基板面に垂直な方向に電界や磁
界等で加速されるのが通例である。このとき、ガス圧を
高くすると、反応性ガス分子の平均自由行程が小さくな
り基板面に平行な方向の速度成分が生じ易くなる。この
結果、基板面に平行な方向、即ち側壁方向へのエッチン
グが促進される。反応性ガス分子の平均自由行程が大き
ければ（ガス圧：小）、反応性ガス分子は加速方向（基
板面に垂直な方向）のみに速度成分を有する。これに対
して、反応性ガス分子の平均自由行程が小さくなると
（ガス圧：大）、基板に到達する以前に反応性ガス分子
が互いに衝突することで基板面に平行な速度成分を有す
るようになる（一種の散乱効果）。
【００６６】レンズ核部を形成することなくＢＰＳＧ
レンズ部を形成することも可能である。例えば、ＢＰＳ
Ｇ前駆体層を形成した後に、例えば図２のレンズ核部２
１１の上面に対応した形状にＢＰＳＧ前駆体層をパター
ニングして熱処理を行うことで、ＢＰＳＧレンズ部を形
成することができる。即ち、ＢＰＳＧ前駆体からなる突
起を形成することで、ＢＰＳＧレンズ部の形成が可能と
なる。このレンズ部の形成は、例えば熱処理の前にＢＰ
ＳＧ前駆体層を部分的にマスクしてエッチング（パター
ニング）することで行える。また、半導体多層膜上に何
らかの構造物（例えば、レンズ核部）が存在する状態で
ＢＰＳＧ前駆体層を作成することで、ＢＰＳＧ前駆体層
内に厚さの分布を形成することによって行っても差し支
えない。ＢＰＳＧ前駆体層のうちマスクで保護されエッ
チングされなかった部分や厚さの厚い部分が、熱処理に
よりレンズ部となる。
レンズ部を形成することも可能である。例えば、ＢＰＳ
Ｇ前駆体層を形成した後に、例えば図２のレンズ核部２
１１の上面に対応した形状にＢＰＳＧ前駆体層をパター
ニングして熱処理を行うことで、ＢＰＳＧレンズ部を形
成することができる。即ち、ＢＰＳＧ前駆体からなる突
起を形成することで、ＢＰＳＧレンズ部の形成が可能と
なる。このレンズ部の形成は、例えば熱処理の前にＢＰ
ＳＧ前駆体層を部分的にマスクしてエッチング（パター
ニング）することで行える。また、半導体多層膜上に何
らかの構造物（例えば、レンズ核部）が存在する状態で
ＢＰＳＧ前駆体層を作成することで、ＢＰＳＧ前駆体層
内に厚さの分布を形成することによって行っても差し支
えない。ＢＰＳＧ前駆体層のうちマスクで保護されエッ
チングされなかった部分や厚さの厚い部分が、熱処理に
よりレンズ部となる。
【００６７】（６）上記実施形態では、ＢＰＳＧ層、Ｂ
ＰＳＧレンズ部を高屈折率とするのにＴｉを含有させて
いたが、これを他の材料に換えることも可能である。例
えば、Ｚｒを利用してＢＰＳＧ層等に高屈折率を付与で
きる。このときには、ＢＰＳＧ前駆体を形成するＣＶＤ
ガスにＴｉＣｌ４に換えてＺｒＣｌ４を混合すればよ
い。なお、ＴｉとＺｒの双方を同時に用いることも可能
である。
ＰＳＧレンズ部を高屈折率とするのにＴｉを含有させて
いたが、これを他の材料に換えることも可能である。例
えば、Ｚｒを利用してＢＰＳＧ層等に高屈折率を付与で
きる。このときには、ＢＰＳＧ前駆体を形成するＣＶＤ
ガスにＴｉＣｌ４に換えてＺｒＣｌ４を混合すればよ
い。なお、ＴｉとＺｒの双方を同時に用いることも可能
である。
【００６８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば半
導体発光装置において、半導体多層膜の最上層上面での
全反射による光取り出し効率の低下を防止し、光取り出
し効率の向上を図ることができる。
導体発光装置において、半導体多層膜の最上層上面での
全反射による光取り出し効率の低下を防止し、光取り出
し効率の向上を図ることができる。
【図１】 本発明の第１実施形態に係る発光ダイオード
の構成を表す断面図および上面図である。
の構成を表す断面図および上面図である。
【図２】 本発明の第１実施形態に係る発光ダイオード
の製造工程の１例を表すフロー図である。
の製造工程の１例を表すフロー図である。
【図３】 製造工程中における第１実施形態に係る発光
ダイオードを表す断面図である。
ダイオードを表す断面図である。
【図４】 製造工程中における第１実施形態に係る発光
ダイオードを表す断面図である。
ダイオードを表す断面図である。
【図５】 製造工程中における第１実施形態に係る発光
ダイオードを表す断面図である。
ダイオードを表す断面図である。
【図６】 製造工程中における第１実施形態に係る発光
ダイオードを表す断面図である。
ダイオードを表す断面図である。
【図７】 本発明の第２実施形態に係る発光ダイオード
の構成を表す断面図および上面図である。
の構成を表す断面図および上面図である。
【図８】 本発明の第２実施形態に係る発光ダイオード
の製造工程の１例を表すフロー図である。
の製造工程の１例を表すフロー図である。
【図９】 製造工程中における第２実施形態に係る発光
ダイオードを表す断面図である。
ダイオードを表す断面図である。
【図１０】 製造工程中における第２実施形態に係る発
光ダイオードを表す断面図である。
光ダイオードを表す断面図である。
【図１１】 製造工程中における第２実施形態に係る発
光ダイオードを表す断面図である。
光ダイオードを表す断面図である。
【図１２】 製造工程中における第２実施形態に係る発
光ダイオードを表す断面図である。
光ダイオードを表す断面図である。
【図１３】 製造工程中における第２実施形態に係る発
光ダイオードを表す断面図である。
光ダイオードを表す断面図である。
【図１４】 レンズ核部の側面上に形成されたＢＰＳＧ
前駆体層が互いに接触する場合の熱処理前後の状態を表
す断面図である。
前駆体層が互いに接触する場合の熱処理前後の状態を表
す断面図である。
【図１５】 本発明の第２実施形態の１変形例に係る発
光ダイオードを表す断面図である。
光ダイオードを表す断面図である。
【図１６】 本発明の第２実施形態の他の変形例に係る
発光ダイオードを表す断面図である。
発光ダイオードを表す断面図である。
【図１７】 従来の発光ダイオードを表す断面図であ
る。
る。
１００、２００…発光ダイオード、 １０１、２０１…
ＧａＡｓ基板、 １０２、２０２…下部クラッド層、
１０３、２０３…活性層、 １０４、２０４…上部クラ
ッド層、 １０５、２０５…電流拡散層、 １０６…Ｂ
ＰＳＧ層、 １０７、２０７…電流ブロック層、 １０
８、２０８…上部電極、 １０９、２０９…下部電極、
１１０、２１０…透明樹脂、 １６１…ＢＰＳＧ前駆
体層、 １８１、２８１…中央電極、 １８２、２８２
…周辺電極、 １８３、２８３…接続電極、 １８４、
２８４…開口部、 １８５、２８５…ＡｕＺｎ電極層、
２１１…レンズ核部、 ２１２…ＢＰＳＧ層、 ２１
３…ＢＰＳＧレンズ部、 ２１４…ＢＰＳＧ平板部、
２１５…ＧａＡｓ層
ＧａＡｓ基板、 １０２、２０２…下部クラッド層、
１０３、２０３…活性層、 １０４、２０４…上部クラ
ッド層、 １０５、２０５…電流拡散層、 １０６…Ｂ
ＰＳＧ層、 １０７、２０７…電流ブロック層、 １０
８、２０８…上部電極、 １０９、２０９…下部電極、
１１０、２１０…透明樹脂、 １６１…ＢＰＳＧ前駆
体層、 １８１、２８１…中央電極、 １８２、２８２
…周辺電極、 １８３、２８３…接続電極、 １８４、
２８４…開口部、 １８５、２８５…ＡｕＺｎ電極層、
２１１…レンズ核部、 ２１２…ＢＰＳＧ層、 ２１
３…ＢＰＳＧレンズ部、 ２１４…ＢＰＳＧ平板部、
２１５…ＧａＡｓ層
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フロントページの続き
(72)発明者 山下 敦子
神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株
式会社東芝マイクロエレクトロニクスセン
ター内
(72)発明者 小林 仁
神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株
式会社東芝マイクロエレクトロニクスセン
ター内
(72)発明者 野崎 秀樹
神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株
式会社東芝マイクロエレクトロニクスセン
ター内
Ｆターム(参考） 5F041 AA04 CA37 CA46 CA65 CA74
CA93 CB14
5F058 BA20 BB02 BC04 BC05 BF03
BF23 BF24 BF29 BH02 BJ03
Claims (14)
- 【請求項１】 基板と、 前記基板上に形成され、発光層を含み、かつ該発光層か
らの発光光を出射させる出射面を有する半導体多層膜
と、 前記半導体多層膜上に形成された屈折率が２．０以上の
ＣＶＤ酸化膜とを具備することを特徴とする半導体発光
装置。 - 【請求項２】 前記ＣＶＤ酸化膜が、ＴｉまたはＺｒを
含有することを特徴とする請求項１記載の半導体発光装
置。 - 【請求項３】 前記ＣＶＤ酸化膜が、２×１０２１［ａ
ｔｍ／ｃｍ３］以上のＢを含有することを特徴とする請
求項１記載の半導体発光装置。 - 【請求項４】 基板と、 前記基板上に形成され、発光層を含み、かつ該発光層か
らの発光光を出射させる出射面を有する半導体多層膜
と、 前記半導体多層膜上に形成され、かつ屈折率が２．０以
上のＣＶＤ酸化膜からなるレンズ部とを具備することを
特徴とする半導体発光装置。 - 【請求項５】 前記レンズ部が、前記半導体多層膜の最
上層と同一の材質からなるレンズ核部の上面に生成され
ていることを特徴とする請求項４記載の半導体発光装
置。 - 【請求項６】 半導体基板上に発光層を含む半導体多層
膜を形成する多層膜形成工程と、 前記多層膜形成工程で形成された前記半導体多層膜上
に、ＢＰＳＧ前駆体層を形成する前駆体形成工程と、 前記前駆体形成工程で形成された前記ＢＰＳＧ前駆体層
を熱処理して、屈折率が２．０以上のＢＰＳＧ層を形成
する熱処理工程と、を具備することを特徴とする半導体
発光装置の製造方法。 - 【請求項７】 前記ＢＰＳＧ前駆体層が、２×１０２１
［ａｔｍ／ｃｍ３］以上のＢを含有することを特徴とす
る請求項６記載の半導体発光装置の製造方法。 - 【請求項８】 前記熱処理工程が、ＡｓＨ３を含有する
雰囲気中で行われることを特徴とする請求項６記載の半
導体発光装置の製造方法。 - 【請求項９】 前記熱処理工程が、９００℃以上で行わ
れることを特徴とする請求項６記載の半導体発光装置の
製造方法。 - 【請求項１０】 半導体基板上に発光層を含む半導体多
層膜を形成する多層膜形成工程と、 前記多層膜形成工程で形成された前記半導体多層膜上
に、前記レンズを形成する核となるレンズ核部を形成す
る核形成工程と、 前記核形成工程で前記レンズ核部が形成された前記半導
体多層膜上にＢＰＳＧ前駆体層を形成する層形成工程
と、 前記層形成工程で形成されたＢＰＳＧ前駆体層を熱処理
して、ＢＰＳＧからなり、かつ前記レンズ核部に対応し
たＢＰＳＧレンズ部を形成する熱処理工程と、を具備す
ることを特徴とする半導体発光装置の製造方法。 - 【請求項１１】 前記核形成工程で形成される前記レン
ズ核部が、前記半導体多層膜の最上層と同一の材質から
なることを特徴とする請求項１０記載の半導体発光装置
の製造方法。 - 【請求項１２】 前記核形成工程において、前記レンズ
核部が前記半導体多層膜上に複数形成されることを特徴
とする請求項１０記載の半導体発光装置の製造方法。 - 【請求項１３】 前記層形成工程において、異なる前記
レンズ核部上に形成されたＢＰＳＧ前駆体層が、互いに
接触しないことを特徴とする請求項１２記載の半導体発
光装置の製造方法。 - 【請求項１４】 前記核形成工程で形成される前記レン
ズ核部が、前記半導体多層膜の上面に略平行な上面と、
該上面から内側に傾斜する側面を有することを特徴とす
る請求項１２記載の半導体発光装置の製造方法。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2001321148A JP2003124504A (ja) | 2001-10-18 | 2001-10-18 | 半導体発光装置、および半導体発光装置の製造方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2001321148A JP2003124504A (ja) | 2001-10-18 | 2001-10-18 | 半導体発光装置、および半導体発光装置の製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003124504A true JP2003124504A (ja) | 2003-04-25 |
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ID=19138422
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001321148A Withdrawn JP2003124504A (ja) | 2001-10-18 | 2001-10-18 | 半導体発光装置、および半導体発光装置の製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003124504A (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2001
- 2001-10-18 JP JP2001321148A patent/JP2003124504A/ja not_active Withdrawn
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| US9793440B2 (en) | 2010-01-07 | 2017-10-17 | Seoul Viosys Co., Ltd. | Light emitting diode having electrode pads |
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