JP2008131001A - 半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】好適な光の外部への取り出し構造を有する半導体発光素子と、その製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】基板１上に第１導電型半導体２及び第２導電型半導体４をこの順に有する半導体構造１０と、第１導電型半導体２及び第２導電型半導体４にそれぞれ第１電極５及び第２電極６を設けた半導体発光素子構造３０を有する半導体発光素子１００であって、半導体構造１０に、基板１側から上方に向かって外方に傾斜した側面７を有し、当該傾斜した側面７の下方領域１ｂの露出した基板面１ａ上に凹凸構造９を有する構成とした。
【選択図】図２

Description

半導体を用いて発光素子構造を形成した半導体発光素子に係り、光取り出し面と光反射面を備えた半導体発光素子及びその製造方法に関する。

従来の半導体発光素子は、半導体発光素子によって発光した光を効率的に半導体発光素子の外部に取り出すために、光取り出し面と、当該光取り出し面に光を集めるための光反射面を、その構造面に備えた半導体発光素子が提案されている。

例えば、特許文献１〜特許文献６において、半導体層の側面に傾斜面を設ける半導体発光素子が開示されている。より詳しく説明すると、これらの特許文献には、（１）半導体構造を順メサ形状とするもの（特許文献２〜特許文献５）、（２）半導体構造を逆メサ形状とするもの（特許文献１）、（３）半導体構造の側面に凹凸を設けるもの（特許文献６）が記載されている。その他には、特許文献７において、基板面に凹凸を設ける半導体発光素子が記載されている。

特開平１０−３０８５３２号公報（段落００３２〜段落００４２、図３） 特開平１０−３４１０３５号公報（段落００１２〜段落００１７、図２） 特開２００２−０２６３８２号公報（段落００１４〜段落００１５、図１、図２） 特開２００４−０９５９５９号公報（段落００１５〜段落００１８、図１） 特開２００４−０７１６４４号公報（段落００１４〜段落００２０、図２） 特開２００４−００６６６２号公報（段落０００６〜段落０００９、図１） 特開２００３−３１８４４１号公報（段落００３０〜段落００３２、図１）

しかしながら、特許文献１及び特許文献６に記載されたＬＥＤ（Light Emitting Diode）のように、基板材料と半導体材料が異種の材料であるヘテロ構造体の場合には、一般的には、半導体層と基板に対する加工方法がそれぞれ異なるため、それぞれの主面に対して別々の工程において加工する必要がある。この加工上の制約のため、反射面や光取り出し構造などにも制約が生じることになる。

したがって、特許文献３の図２に示されるような半導体層と基板とを一体的に加工して連続した反射面を形成することは、ヘテロ構造体の場合には困難であった。特に、窒化物半導体を用いる半導体発光素子においては、その基板としてサファイア基板、ＳｉＣ基板が好適に用いられるが、これらの基板材料はそれぞれ硬度が高く（サファイアのモース硬度は９［修正モース硬度は１２］、ＳｉＣの修正モース硬度は１３）、機械加工が困難であった。このような基板に所望の反射面、傾斜面を形成するには、相応の加工時間を要し、生産性が低下する傾向があった。また、加工時における半導体への衝撃による損傷の問題もあった。

このため、半導体と基板とを一体的に加工して双方を覆う反射面（傾斜面）を形成することは困難であり、半導体、基板のいずれか一方の加工による反射面の形成に留まるのが実情であった。また、特許文献２の図１１及び特許文献５の図２に記載のＬＥＤのように、ｐ側電極及びｎ側電極を同一面側として基板を光取り出し方向にする場合には、基板上にメサ形状、すなわち側面の傾斜勾配の角度が９０°未満の半導体層を形成するため、基板主面上から比較的容易に加工することができる。

他方、特許文献１の図３に記載のＬＥＤのように、逆メサ形状の半導体層を形成するには、加工の制御が難しく、精度よく形状を形成することが困難であった。そして、傾斜面と発光構造とを好適に連携させた構造にしないと、良好な光取り出しが実現できず、従来の加工方法を用いたのでは製造コスト増につながる傾向にあった。また、特許文献４の図１に記載のＬＥＤのように、金属部材上に逆メサ形状の半導体層を形成するためには、基板上にメサ形状の半導体層を形成した後、この基板に代わる金属部材を形成し、元の基板を剥離するという複雑な工程が必要であった。

以上説明した特許文献１から特許文献６に記載のＬＥＤに対して、加工方法が容易で、光の外部への取り出し効率を更に向上する構造の半導体発光素子が必要であった。

また、特許文献７の図１に記載のＬＥＤでは、凹凸を設けた基板上に半導体層を形成し、半導体層内を伝播して基板面で反射する光の方向を偏向することで、外部への光取り出し効率を向上するものであるが、半導体層の側面からの光取り出し効率の向上が更に必要であった。

本発明は、このような問題を解決するために創案されたものであり、加工方法が容易で、好適な光の外部への取り出し構造を有する半導体発光素子と、その製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の半導体発光素子は、基板上に第１導電型半導体及び第２導電型半導体をこの順に有する半導体構造と、前記第１導電型半導体及び前記第２導電型半導体にそれぞれ第１電極及び第２電極とを設けた半導体発光素子であって、前記半導体構造は、前記基板側から上方に向かって外方に傾斜した傾斜面を有し、前記基板が、前記半導体構造の傾斜面の下方に少なくとも当該半導体構造から露出した露出領域を有すると共に、当該露出領域に凹凸構造を有する構成とした。

かかる構成によれば、半導体発光素子は、半導体構造の側面に設けられた半導体構造の基板側（下端面側）から上方に向かって外方に傾斜した傾斜面、すなわち、逆傾斜面によって、半導体構造内を横方向に伝播して当該逆傾斜面に到達した光の一部を上方向に反射して、半導体発光素子の外部に取り出すことができる。また、半導体発光素子は、当該逆傾斜面に到達した光の一部を、逆傾斜面を透過して下方向に出射し、逆傾斜面の下方の半導体構造から露出した基板上に設けられた凹凸構造によって散乱又は回折して、観測面方向である上方向に偏向することができる。

また、前記半導体構造の傾斜面が、少なくとも前記半導体構造の外周側面に設けることにより、半導体発光素子内で発生した光を効果的に観測面方向に反射することができ、外部への光取り出し効率を向上させることができる。

また、前記露出領域が、前記半導体構造の傾斜面の上端よりも内方に設けることにより、逆傾斜面から基板側に出る光を効果的に観測面方向に散乱又は回折して上方向に偏向することができ、外部への光取り出し効率を向上することができる。

前記半導体構造の側面において、前記半導体構造を上下方向に貫通する貫通孔を有する構成とすることにより、半導体構造内を横方向に伝播して側面に到達した光を散乱又は回折して、半導体発光素子の外部に取り出すことができるため、光取り出し効率を向上させることができる。

本発明の半導体発光素子の製造方法は、基板上に第１導電型半導体及び第２導電型半導体をこの順に有する半導体構造と、前記第１導電型半導体及び前記第２導電型半導体にそれぞれ第１電極及び第２電極とを設けた半導体発光素子であって、基板面上に前記半導体構造と、前記第１電極と、前記第２電極とを形成する半導体発光素子構造形成工程と、前記半導体構造の上端面と異なる結晶面を露出させる異結晶面露出工程と、前記基板面に凹凸構造を形成する凹凸構造形成工程と、前記露出させた半導体構造の上端面と異なる結晶面からウェットエッチングによって前記半導体構造の側面に前記基板側から上方に向かって外方に傾斜した傾斜面を形成する傾斜面形成工程と、を含み、前記凹凸構造形成工程は、前記傾斜面形成工程において形成される傾斜面の下方の前記基板面に、前記半導体構造の上端面から貫通して凹部を形成するようにした。

かかる手順によれば、基板上に半導体発光素子構造を形成し、半導体構造の側面に形成される逆傾斜面の下方の基板面に、半導体構造を上端面から貫通して凹部を形成することにより凹凸構造を形成することができる。

また、前記異結晶面露出工程は、前記半導体構造との界面を構成する前記基板面を露出させるようにすることで、逆傾斜した側面を半導体構造の下端面から安定して形成することができ、また、前記ウェットエッチングにおいて、前記半導体構造の前記露出させた結晶面側の端部が、前記半導体構造の上端面側の端部よりも内方になるまでウェットエッチングするようにすることで、半導体構造の厚み方向にわたって、逆傾斜した側面を安定して形成することができる。

また、半導体発光素子の製造方法は、前記異結晶面露出工程と、前記凹凸構造形成工程と、を同時に行うようにすることで、製造工程を簡略化することができる。

また、半導体発光素子の製造方法は、前記半導体構造の前記傾斜面に貫通孔を形成する貫通孔形成工程を含むようにすることで、光取り出し効率のよい半導体発光素子を形成することができる。

また、半導体発光素子の製造方法は、前記貫通孔形成工程と、前記異結晶面露出工程と、を同時に行うようにすることで、製造工程を簡略化することができる。

本発明の半導体発光素子によれば、半導体発光素子内で発光した光を、半導体構造の逆傾斜した側面及び当該逆傾斜した側面の下方の基板面に設けられた凹凸構造によって効果的に反射、散乱又は回折して偏向することができるため、光の外部への取り出し効率の良好な半導体発光素子とすることができる。

また、本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、ウェットエッチングによって逆傾斜した側面を形成するため、機械的加工をすることなく、容易に、かつ安定して形成することができる。

以下、本発明の第１実施形態について適宜図面を参照して説明する。
第１実施形態にかかる半導体発光素子は、サファイア基板上に窒化物半導体を積層してなるものであり、例えば、ＬＥＤ構造を有する発光素子である。

（第１実施形態）
＜構成＞
図１及び図２を参照して、第１実施形態の半導体発光素子１００の構成について説明する。ここで、図１は、第１実施形態に係る半導体発光素子の構成を示す模式図（斜視図）であり、図２は、第１実施形態に係る半導体発光素子の構成する模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。

第１実施形態の半導体発光素子１００は、サファイア、ＳｉＣ等からなる基板１と、その基板面１ａ上に、窒化物半導体からなるｎ型半導体層（第１導電型半導体）２と発光層３とｐ型半導体層（第２導電型半導体）４とを積層した積層構造（半導体構造）１０を有する半導体発光素子構造３０と、から構成される。

半導体発光素子構造３０若しくは積層構造（半導体構造）１０の外周を形成する側面７は、積層構造１０の下端面（すなわち基板面１ａ）から上端面（すなわちｐ型半導体層４の上端面４ａ）に向かって外方に傾斜する傾斜面として形成され、基板１上には、いわゆる逆メサ形状の半導体発光素子構造３０が構成される。
なお、本明細書において、半導体の順メサ形状あるいは積層方向に幅が狭くなる形状を構成する傾斜を順傾斜、逆メサ形状あるいは積層方向に幅が広くなる形状を構成する傾斜を逆傾斜ともいう。

積層構造１０の周縁部には平面視三角形であり、傾斜した側面７を上端面４ａに垂直方向に貫通する複数の貫通孔８が、積層構造１０の内側を取り囲むように配列されている。また、それぞれの貫通孔８の直下の基板面１ａには、貫通孔８と対応して平面視形状が同形の凹部９ａが形成されており、基板面１ａの傾斜した側面７の下方領域１ｂには、複数の凹部９ａ及びこの凹部９ａを取り囲む凸部９ｂからなる凹凸構造９が形成されている。

また、半導体発光素子構造３０は、ｎ型半導体層２の露出面である凹部２０の底面２０ａ上に金属等からなるｎ側電極（ｎ側パッド電極、第１電極）５が設けられ、積層構造１０上にはｐ側全面電極６ａ、ｐ側パッド電極６ｂとから構成されるｐ側電極（第２電極）６が設けられている。

引き続き、図１及び図２を参照して各部の構成について詳細に説明する。
（基板）
基板１は、半導体として窒化物半導体を用いた半導体発光素子用の基板として好適な、サファイア、ＳｉＣ等からなる厚さ５０〜２００μｍ程度の基板を用いることができる。
基板面１ａ上には、積層構造１０の周縁部に形成された複数の貫通孔８の直下に対応する位置に、それぞれ平面視三角形の凹部９ａと、この凹部９ａを取り囲む凸部９ｂとからなる凹凸構造９が形成されている。

また、より好適には、半導体発光素子構造３０の積層構造１０を構成する半導体の屈折率より、基板１の屈折率のほうが小さい基板を用いることができる。基板１の屈折率が半導体の屈折率より小さいと、半導体側から基板１側に向かって進行する光は、両者の界面において、入射角がスネルの法則によって算出される臨界角より大きいときには、この界面で全反射し、半導体内から外に出ることができず、半導体の積層構造１０内を横方向に伝播する。

半導体と基板１との界面で全反射するような低屈折率の基板を用いることで、基板１内を横方向に伝播する光が少ないため、基板１側に逆傾斜面を設けずとも、積層構造１０の外周の側面７に逆傾斜面を設け、基板面１ａ上に凹凸構造９を設けることで効果的に光を外部に取り出すことができる。

半導体として窒化物半導体であるＧａＮ系化合物半導体を用いた場合は、ＧａＮ系化合物半導体の屈折率は２．５であるから、これより小さな屈折率の基板を用いることが好ましい。例えば、サファイアの屈折率は１．８程度であり、ＳｉＣの屈折率は２．６程度であるから、サファイア基板を好適に用いることができる。

また、より好適には、ＧａＮ系化合物半導体との組み合わせにおいて、サファイアからなる基板１を用い、半導体の積層構造１０を設ける基板面１ａをサファイア結晶のＣ面とした基板１を用いることができる。このような基板１を用いることにより、基板面１ａ上には、（０００−１）面、すなわちＮ極性面を下面側とし、（０００１）面、すなわちＧａ極性面を上面側として、ｃ軸方向に成長したＧａＮ系化合物半導体結晶を形成することができる。このような半導体結晶を用いる利点については後記する。

（傾斜した側面の下方領域（露出領域）、凹凸構造）
基板面１ａ上の、積層構造１０の外周に形成された逆傾斜した側面７の下方領域（露出領域）１ｂには、積層構造１０の周縁部に形成された複数の貫通孔８の直下に対応する位置に、それぞれ平面視三角形の凹部９ａと、この凹部９ａを取り囲む凸部９ｂとからなる凹凸構造９が形成されている。平面視三角形の凹部９ａの一辺の長さは、０．５〜１０μｍ程度、凹部９ａの間隔は０．５〜１０μｍ程度、凹部９ａの高さは０．５〜５μｍ程度とすることができる。

なお、凹部９ａは、基板面１ａの傾斜した側面７の下方領域１ｂにおいて、１重に配列するように設けてもよいし、３重以上に配列するように設けてもよく、基板１の周縁領域である傾斜した側面７の下方領域１ｂの全周ではなく、その一部に設けるようにしてもよい。また、凹部９ａの断面形状は、三角形に限定されるものではなく、円形、楕円形、方形などの多角形としてもよい。

（半導体発光素子構造）
半導体発光素子構造３０は、基板１の基板面１ａ上に設けられ、窒化物半導体からなるｎ型半導体層２と発光層３とｐ型半導体層４とを積層した積層構造１０と、積層構造１０に電流を供給するためのｎ側電極５及びｐ側電極６と、から構成される。

（積層構造（半導体構造））
基板上に設けられる半導体構造は、第１導電型半導体及び第２導電型半導体を少なくとも有し、より好適には、その間に発光層を有する。半導体構造の具体的な例として、積層構造１０は、基板１側から順に、ｎ型半導体層２、発光層３及びｐ型半導体層４が積層された構成を有する。例えば窒化物半導体であるＧａＮ系化合物半導体を用い、基板面１ａをＣ面とした基板１上に、異種基板上では核形成層等のバッファ層を含む１〜２μｍ程度の厚さの下地層を介して、１〜２μｍ程度の厚さのｎ型半導体層２、５０〜１５０ｎｍ程度の厚さの発光層３、１００〜３００ｎｍ程度の厚さのｐ型半導体層４を形成する。各層は２層以上で構成されていてもよい。

ｎ型半導体層（第１導電型半導体）２は、例えばｎ型不純物としてＳｉがドープされたＧａＮ、又はＳｉがドープされたＧａＮからなるｎ型コンタクト層と、ｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層等を備える２層以上の構成としてもよい。

本第１実施形態の半導体発光素子構造３０は、発光層３としてダブルへテロ構造の活性層を有する構成としたが、ｎ型半導体層２とｐ型半導体層４の界面（ｐｎ接合面）を発光層とする半導体発光素子構造３０としてもよい。また、発光層３として、例えばアンドープＧａＮからなる障壁層とアンドープＩｎＧａＮからなる井戸層を交互に積層し、多重井戸構造からなる活性層を形成してもよい。

ｐ型半導体層（第２導電型半導体）４は、例えばｐ型不純物としてＭｇがドープされたＧａＮからなるｐ型半導体層４、又はｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層と、ＭｇがドープされたＧａＮからなるｐ型コンタクト層等を備える２層以上の構成としてもよい。

なお、ｎ型半導体層２、発光層３及びｐ型半導体層４は、半導体発光素子として機能する構成であれば、例えば、第１導電型半導体をｐ型半導体とし、第２導電型半導体としてｎ型半導体とするなど、他のどのような構成を採用してもよい。

（ｎ側電極（負電極、第１電極）、ｐ側電極（正電極、第２電極））
ｎ側電極（第１電極）５は、半導体発光素子構造３０の積層構造１０の上端面４ａから凹状に形成された凹部２０の底面２０ａ上に形成され、半導体発光素子１００に電流を供給するためのＡｕ線等の電流供給線と接続するための電極パッドを兼ねている。底面２０ａは、ｎ型半導体層２の露出面である。ｎ側電極５は、底面２０ａ側から順にＷ、Ｐｔ、Ａｕが積層されてなり、７００〜２３００ｎｍ程度の厚さに形成される。なお、ｎ側電極５を構成する材料は、ｎ型半導体層２とオーミック接触することができる材料であれば、他の金属を組み合わせた積層物、合金等、他の材料を用いることもできる。

ｐ側電極（第２電極）６は、半導体の積層構造１０の最上層であるｐ型半導体層４の上端面４ａの上に形成される。ｐ側電極６は、ｐ型半導体層４の上端面４ａの略全領域であって発光層３の略全領域に対応する領域に形成される透光性の導電性材料からなるｐ側全面電極６ａと、ｐ側全面電極６ａの一部の面上にｐ側パッド電極６ｂを設けて構成されている。ｐ側パッド電極６ｂは、半導体発光素子１００に電流を供給するためのＡｕ線等の電流供給線と接続するためのパッド電極である。ｎ側電極５と同様に、Ｗ、Ｐｔ、Ａｕを順に積層して形成することができる。ｐ側パッド電極６ｂは７００〜２３００ｎｍ程度の厚さに形成される。

ｐ側全面電極６ａは、ｐ側パッド電極６ｂなどを介して供給される電流を、発光層３が形成された発光領域に対応するｐ型半導体層４の略全面にムラなく拡散するために設けられ、電流拡散機能を有する。ｎ型半導体層２側では、ｎ側電極５の形成面と基板１との間に位置するｎ型半導体層２が、電流拡散機能を有する。また、第１実施形態の半導体発光素子１００は、主として電極配置面側から光を取り出す構成であるため、ｐ側全面電極６ａが、発光層３から放出される光の波長において透光性を有することが必要である。このような透光性と導電性とを兼ね備えた材料として、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、ＺｎＯ、ｐ型半導体層４側から順にＮｉ、Ａｕを積層した金属薄膜、Ｎｉ、Ａｕの合金の薄膜等を用いることができる。特にＩＴＯは透光性及び導電性が優れ、光の外部取り出し効率向上の点で好適である。なお、ｐ側全面電極６ａの材料は、ｐ型半導体層４と、オーミック接触できる材料であれば、前記した材料以外の材料を用いることもできる。

（傾斜した側面）
積層構造１０の外周の側面７は、半導体構造の端部、具体的には半導体発光素子構造３０における積層構造１０の外周を取り囲む側面であり、積層構造１０の厚さ方向全域にわたり、積層構造１０の下端面（すなわち、基板１との界面である基板面１ａ）から上端面４ａに向かって外方に傾斜する、逆傾斜した傾斜面として形成される。

このような傾斜面は、積層構造１０を構成する半導体の特定の結晶面として形成した場合には、傾斜面の傾斜角度の精度が結晶構造によって規制されるため、安定した傾斜面を形成することができる。結晶面はエッチング法によって形成することができる。結晶をエッチングすると、その結晶構造に依存してエッチングレートが異なり、特定の結晶面を形成することができる。とりわけウェットエッチング法により特定の結晶面を高精度に形成することができる。

エッチングによって形成される傾斜面について具体的に説明する。半導体として六方晶のＧａＮ系化合物半導体を用いた場合は、積層構造１０の側面７を、当該積層構造１０を構成する半導体結晶の結晶面として形成することができる。

詳細に説明すると、基板１としてサファイアを用い、さらにサファイア結晶のＣ面を基板面１ａとし、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）によってＧａＮ系化合物半導体の結晶を成長させると、半導体結晶のＮ極性面である（０００−１）面を基板１との界面とし、ｃ軸方向に成長した半導体結晶を形成することができる。このようにして形成した半導体結晶からなる半導体の積層構造１０の側面は、半導体結晶と基板１との界面を露出させ、半導体結晶の（０００−１）面からウェットエッチング法（化学エッチング法）によってエッチングすることにより、｛１−１０２｝面（Ｒ面）、若しくは当該面からｃ軸で３０°回転した面（以下、３０°回転Ｒ面という）を形成することができる。｛１−１０２｝面は（１−１０２）面と同価な６つの面の集合であり、積層構造１０の基板面１ａから上端面４ａに向かって外側に傾斜した傾斜面となる。十分な時間をかけてエッチングを行うことにより、半導体発光素子構造３０の側面７は、六角錐台若しくは、前記した３０°回転Ｒ面を加えた十二角錐台の形状、若しくはその一部形状となる。

側面７は、半導体結晶の｛１−１０２｝面又は３０°回転Ｒ面に属し、傾斜の向きの異なる複数の傾斜面の組み合わせによる多面体として構成することにより、傾斜角度が半導体結晶の結晶構造によって規制されるため、精度の安定した面を形成することができる。

（貫通孔）
積層構造１０の周縁部には、上端面４ａから側面７まで、上端面４ａに対して垂直に貫通する貫通孔８が形成されている。貫通孔８は平面視三角形の断面形状を有し、貫通孔８の延長線上の基板面１ａには、それぞれの貫通孔８に対応して凹部９ａが形成されている。貫通孔８の断面形状の一辺の長さは、０．５〜１０μｍ程度、貫通孔８の間隔は０．５〜１０μｍ程度とすることができる。

なお、貫通孔８は、積層構造１０の周縁部に１重に配列するように設けてもよいし、３重以上に配列するように設けてもよく、積層構造１０の周縁部の全周ではなく、その一部に設けるようにしてもよい。また、貫通孔８の断面形状は、三角形に限定されるものではなく、円形、楕円形、方形などの多角形としてもよい。
また、ｎ側電極５又はｐ側パッド電極６ｂの少なくとも一方の電極を積層構造１０の周縁部に配置して、例えば、図１１又は図１２のように積層構造１０の周縁部に、電極形成領域と、貫通孔領域とを配置してもよい。凹部９ａ₁についても同様である。

次に、図１０を参照して、第１実施形態に係る半導体発光素子を用いた半導体発光装置の構成について説明する。ここで、図１０は、第１実施形態に係る半導体発光素子を用いた半導体発光装置の構成を示す模式図（断面図）である。

半導体発光素子１００は、基板１を下側として、外部から電流を供給するための正電極側のリードフレーム１１１のカップ状に形成された凹部１１１ａ内に接着剤１１５によって固定されている。凹部１１１ａの内部の側面は上方に向かって外側に傾斜した傾斜面である。ｐ側パッド電極６ｂは、正電極側のリードフレーム１１１の一部とＡｕ線等からなるワイヤ１１３で接続されている。ｎ側電極５は負電極側のリードフレーム１１２とＡｕ線等からなるワイヤ１１４で接続されている。全体は樹脂１１６で封止され、砲弾型の外観を有する半導体発光装置１１０を構成している。

＜動作＞
次に、図２を参照して、本発明の実施の形態に係る半導体発光素子１００の動作について説明する。
半導体発光素子１００は、発光層３からランダムな方向に光が放出され、様々な方向に放出される光は、一部は半導体発光素子構造３０の上端面４ａからｐ側全面電極６ａを透過して半導体発光素子１００の外部に取り出され、一部は半導体発光素子構造３０の側面から半導体発光素子１００の外部に取り出される。

ここで、図３を参照して、本発明に係る半導体発光素子１００における、光の外部への取り出しについて説明する。図３は、図２に示した半導体発光素子において、発光層から放出された光が外部に取り出される様子を説明するための模式図（断面図）である。

発光層３から放出され、観測面方向である上方向に進行する光Ｌ１は、透光性のｐ側全面電極６ａを透過して、半導体発光素子１００の外部に取り出され、また、光Ｌ１の一部は反射され（光Ｌ７）、基板１側である下方向に進行する光は、相対的に高屈折率な積層構造１０と基板１等との界面（基板面１ａ）で全反射し、一部は透過する（光Ｌ８）。このように、積層構造１０内を横方向に伝播して、積層構造１０の端部、すなわち半導体発光素子構造３０の周縁部に到達した光Ｌ２は、一部は外周の逆傾斜した側面７によって観測面方向である上方向に反射され、光Ｌ３としてｐ側全面電極６ａを透過して外部に取り出される。

また、光Ｌ２の一部は、積層構造１０の周縁部に設けられた貫通孔８によって散乱又は回折され、光Ｌ６のように積層構造１０の側面７から出射して外部に取り出され、一部は側面７を透過して、光Ｌ４のように下方向に出射し、基板面１ａに向かって進行する。そして、基板面１ａに到達した光Ｌ４は、基板１内に進入せずに、傾斜した側面７の下方領域１ｂの基板面１ａ上に設けられた凹凸構造９によって散乱又は回折されて、光Ｌ５のように観測面方向である上方向に偏向される。
このように、積層構造１０の周縁部に到達した光は、積層構造１０の外周の逆傾斜した側面７と、側面７の下方領域１ｂの基板面１ａ上に設けられた凹凸構造９と、積層構造１０の周縁部に設けられた貫通孔８とによって、効果的に外部に取り出され、観測面方向である上方向に偏向される。

ここで、積層構造１０の半導体の屈折率よりも基板１の屈折率の方が小さい場合は、半導体発光素子構造３０内において基板１側に進行し、臨界角以上の入射角度で基板面１ａに入射する光は、界面（基板面１ａ）において全反射され、基板１内に進入する光が少なく、積層構造１０内を横方向に伝播する光が多くなる。そして、積層構造１０内を横方向に伝播してきた光は、前記したように、逆傾斜した側面７と、側面７の下方領域１ｂの基板面１ａ上に設けられた凹凸構造９と、積層構造１０の周縁部に設けられた貫通孔８とによって、より効果的に外部に取り出すことができる。
また、基板１内に入射した光Ｌ８も、基板１内を伝播して、凹凸構造９によって散乱、回折することによって、光取り出し効果を向上させる。

すなわち、積層構造１０の逆傾斜した側面７の下方領域１ｂの基板面１ａ上に形成された凹凸構造９によって、積層構造１０内及び基板１内を横方向に伝播する光を効果的に外部に取り出して観測面方向へ偏向することにより、半導体発光素子１００全体としてみれば、外部への取り出し光量を増加することができる。

次に、図１０を参照して、第１実施形態に係る半導体発光素子１００を用いた半導体発光装置１１０における光の外部への取り出しについて説明する。
第１実施形態に係る半導体発光素子１００は、積層構造１０の周縁部に設けられた貫通孔８等によって側面７から横方向にも光が取り出され、また基板面１ａ上に設けられた凹凸構造９によって横方向にも光が散乱又は回折される。このため、半導体発光素子１００の外部に取り出され、横方向に進行する光を観測面方向である上方向に向けるためのカップ状に形成された凹部１１１ａをリードフレーム１１１に設けた。凹部１１１ａの内部の側面は上方に向かって外側に傾斜した傾斜面であり、半導体発光素子１００から取り出されて横方向に進行する光を観測面方向である上方向に反射する。このように構成することで、半導体発光装置１１０として、観測面方向に有効に取り出される光量を増加することができる。

＜製造方法＞
次に、図４から図９を参照（適宜図２参照）して、第１実施形態に係る半導体発光素子１００の製造方法について説明する。ここで、図４から図９は、第１実施形態に係る半導体発光素子の製造工程を説明するための模式図（断面図）であり、各製造工程における半導体発光素子の加工の様子を示す図である。
なお、第１実施形態では、図２等に示す半導体発光素子１００が二次元的に配列されたウエハ状態で各工程が実施され、図９に示す工程においてチップ状に分割された半導体発光素子が得られる。したがって、図４から図９に示す図面においては、複数の半導体発光素子１００の加工の様子が描かれている。

第１実施形態に係る半導体発光素子１００の製造工程は、半導体発光素子構造を形成する工程と、積層構造（半導体構造）の上端面と異なる結晶面を露出させる工程と、基板面に凹凸構造を形成する工程と、傾斜した側面を形成する工程とを含む。以下、各工程について順次説明する。

（半導体発光素子構造を形成する工程（半導体発光素子構造形成工程）
まず、図４及び図５を参照して、半導体発光素子構造を形成する工程について説明する。ここで、図４は、基板上に半導体の積層構造を形成する工程を説明するための断面図であり、図５は、電極を形成する工程を説明するための断面図である。

半導体発光素子構造を形成する工程は、積層構造を形成する工程と、積層構造に凹部を形成する工程と、ｎ側電極を形成する工程と、ｐ側電極を形成する工程とを含む。

（積層構造（半導体構造）を形成する工程）
図４は、基板１上に半導体の積層構造１０を形成した状態を示している。図４に示したように、まず、サファイア、ＳｉＣ等からなる基板１の基板面１ａ上に、ＭＯＣＶＤ法等により、下地層を介して、ＳｉをドープしたＧａＮからなるｎ型半導体層２、ＩｎＧａＮからなる発光層３、ＭｇをドープしたＧａＮからなるｐ型半導体層４を順次積層し、窒化物半導体であるＧａＮ系化合物半導体からなる積層構造１０を形成する。

なお、基板１としてサファイアを用い、そのＣ面を基板面１ａとすることにより、基板面１ａ上に、後記する窒化物半導体からなる積層構造１０を形成する際に、（０００−１）面（Ｎ極性面）を基板面１ａとの界面とした窒化物半導体の結晶を形成することができる。
各半導体層は、異種基板、好ましくは、サファイア基板上に、ＭＯＣＶＤ法により、ｃ軸成長の窒化物半導体を用いて形成する。

（ｎ型半導体層（第１導電型半導体）露出及びｎ側電極（第１電極）を形成する工程）
図５に示したように、ｎ型半導体層（第１導電型半導体）２及びｐ型半導体層（第２導電型半導体）４を有する積層構造１０、具体的にはそれらを順次積層した積層構造１０において、下方に位置する導電型の半導体層（第１導電型半導体）に電極を設けるために、その一部領域が露出される。

凹部２０は、例えば、フォトリソグラフィ法により形成する。具体的には、凹部２０を形成する領域を除く領域にフォトレジストを用いてマスクを形成、若しくはマスクをパターニングしてレジストを除去し、塩素系ガスを用いたＲＩＥによって積層構造１０を、ｎ型半導体層２が露出するまで異方性エッチングをする。
前記したｎ型導電型半導体層２には、ｎ側電極５が形成される。ｎ側電極５は、蒸着法、スパッタリング法などによりｎ型半導体層２側から順にＷ、Ｐｔ、Ａｕを全面に積層する。そして、この金属層を所望の形状にパターニングすることによってｎ側電極５が形成される。他の金属や合金を用いることもできる。

（ｐ側電極（第２電極）を形成する工程）
ｐ側電極を形成する工程は、ｐ型半導体層４上にｐ側全面電極６ａを形成する工程と、ｐ側全面電極６ａの一部にｐ側パッド電極６ｂを形成する工程とを含む。ｐ側電極６の形成は、積層構造１０の上にスパッタリング法によりＩＴＯを成膜することにより、ｐ側全面電極６ａが形成される。次に、蒸着法、スパッタリング法等により、ｐ側全面電極６ａ側から順にＷ、Ｐｔ、Ａｕを全面に積層する。その後、フォトリソグラフィ法によって、この金属層を所望の形状にパターニングすることでｐ側パッド電極６ｂが形成される。電極材料として用いる材料は、Ｎｉ／Ａｕを積層して形成してもよいし、他の金属や合金を用いることもできる。なお、ｐ側パッド電極６ｂとｎ側電極５とに同じ材料を用いる場合には、ｐ側パッド電極６ｂとｎ側電極５とを同じ工程において形成することもできる。

（積層構造の上端面と異なる結晶面を露出する工程（異結晶面露出工程））
（積層構造に貫通孔を形成する工程（貫通孔形成工程））
（基板面に凹凸構造を形成する工程（凹凸構造形成工程）
次に、図６及び図７を参照して、積層構造の上端面と異なる結晶面を露出する工程、積層構造に貫通孔を形成する工程及び基板面に凹凸構造を形成する工程について説明する。
ここで、図６は、積層構造の外周を基板面が露出するまでエッチングすると共に基板面に凹凸構造を形成するためのマスクを形成する工程を説明するための断面図であり、図７は、積層構造の外周を基板面が露出するまでエッチングすると共に基板面に凹凸構造を形成する工程を説明するための図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。

まず、積層構造の上端面と異なる結晶面を露出する工程について説明する。
積層構造１０の外周に傾斜した側面７を形成するためのウェットエッチングは、主に基板１との界面から進行させるようにする。このため、エッチング時のマスクから露出された露出部の半導体結晶面が、基板１との界面における結晶面よりもエッチングレートが小さくなるように、互いに異なる結晶面とする。例えば、半導体発光素子構造３０の外周部に相当する部位、すなわち、図７において隣接する半導体発光素子構造３０の間に相当する領域１ｃの積層構造１０を、積層構造１０の上端面４ａ及びマスクから露出した端面（外周側面）と異なる結晶面を露出するまでエッチングによって除去する。好ましくは、当該領域１ｃの積層構造１０を基板面１ａ（図２参照）までエッチングし、積層構造１０の基板１との界面を露出する。

また、第１実施形態の半導体発光素子１００の製造方法においては、基板面に凹凸構造を形成する工程と、積層構造に貫通孔を形成する工程とを、積層構造の上端面と異なる結晶面を露出する工程と同じ工程において行う。

積層構造の上端面と異なる結晶面を露出する工程において、エッチングによって積層構造１０の外周部に相当する領域、すなわち、隣接する半導体発光素子構造３０の間に相当する領域１ｃの基板面１ａを露出する際に、積層構造１０の周縁部に、エッチングによって貫通孔８を形成すると共に、エッチングが基板面１ａに達した後も、更にエッチングを進め、基板面１ａに凹部９ａを形成する。

まず、エッチングのマスク材料となるＳｉＯ₂等を、例えばスパッタリング法などにより全面に形成する。その上にレジストを設けて、フォトリソグラフィ法によりレジスト膜をパターニングする。そして、マスクをパターニングしてレジスト膜を除去する。このようにして、図６に示したように、隣接する半導体発光素子構造３０の間に相当する領域１ｃと、貫通孔８を形成する平面視三角形の部位（図７（ａ）参照）とを除く領域を被覆するマスク５０を形成する。

次に、図７に示したように、塩素系ガスを用いたＲＩＥにより隣接する半導体発光素子構造３０の間に相当する領域１ｃを、所望の結晶面である基板１との界面、すなわち基板面１ａが露出するまでエッチングする。半導体発光素子構造３０の外周に形成された側面は、積層構造１０の上端面４ａ、すなわち基板面１ａに略垂直な面である。貫通孔８も同様に、また同時に形成され、ｐ側全面電極６ａを含めて、上端面４ａから基板面１ａまで、上端面４ａに略垂直に貫通する貫通孔８が形成される。

そして、このまま、更にエッチングを続け、貫通孔８を形成する部位の直下の基板面１ａをエッチングすることで、貫通孔８の断面形状と同じ形状の凹部９ａが基板面１ａ上に形成される。

（傾斜した側面を形成する工程（傾斜面形成工程））
次に、図８を参照して、積層構造の外周に傾斜した側面を形成する工程について説明する。ここで、図８は、積層構造の外周に傾斜した側面を形成する工程を説明するための断面図である。

積層構造の上端面と異なる結晶面を露出する工程によって、積層構造１０の外周部に相当する領域、すなわち、隣接する半導体発光素子構造３０の間に相当する領域１ｃの基板面１ａが露出すると、図８に示すように、半導体発光素子構造３０の上側のすべての面、すなわち、ｐ側電極６、ｎ側電極５、凹部２０及び貫通孔８を覆うＳｉＯ₂からなるマスク５１を、前記したマスク５０と同様にして形成する。このとき、マスク５０はフッ酸を用いて除去した後で、マスク５１を形成するが、マスク５０を除去せずに、更に上層にマスク５１を形成するようにしてもよい。

次に、マスク５１を形成した作製中の基板１及び半導体発光素子構造３０の全体を、ピロリン酸液、水酸化カリウム水溶液等を用いたエッチング液に浸漬することにより、マスク５１の形成されていない隣接する半導体発光素子構造３０の間に相当する領域１ｃからエッチング液が浸透し、積層構造１０の側面がウェットエッチングされる。これによって、積層構造１０の側面７として、当該積層構造１０を構成する半導体結晶の結晶性に応じた結晶面（エッチング面）が形成される。
なお、貫通孔８の開口幅が大きい場合には、貫通孔８において、マスク５１を貫通孔８の内部もしくは底部まで充填してもよい。

例えば、半導体としてＧａＮ系化合物半導体を用い、基板１と接する界面側を（０００−１）面、すなわちＮ極性面として形成した半導体の積層構造１０を用いた場合には、ウェットエッチングによって積層構造１０のＮ極性面側からエッチングが進行するため、半導体発光素子構造３０の積層構造１０の上端面４ａよりも、この上端面４ａと異なる結晶面として露出させた基板１との界面（基板面１ａ）側の結晶面（積層構造１０の下端面）の方が、エッチングレートが大きくなる。したがって、エッチングが進行するほど、積層構造１０の下端面の方が内側に削られ、積層構造１０には逆傾斜した側面が形成される。

さらに、エッチングを進めることにより、エッチング面は｛１−１０２｝面、３０°回転Ｒ面を形成するようになる。ここでエッチングを終了することにより、｛１−１０２｝面からなる側面７が形成される。

そして、積層構造１０に逆傾斜した側面７が形成されると、側面７の下方領域１ｂの基板面１ａが露出し、基板面１ａ上に形成された凹凸構造９が現れる。また、積層構造１０の上端面４ａから基板面１ａまで貫通する貫通孔８は、基板面１ａと逆傾斜した側面７との間の半導体がウェットエッチングによって除去されるため、貫通孔８の開口部が側面７に形成される。

ここで、図８はウェットエッチングが終了した状態を示しており、この後に、フッ酸を用いたエッチング等によりマスク５１を除去することで、半導体発光素子構造３０が基板１上に完成する。

（半導体発光素子チップに分割する工程）
最後に、図９を参照して、半導体発光素子チップに分割する工程について説明する。ここで、図９は、基板を切断して半導体発光素子チップに分割する工程を説明するための断面図である。
図９に示すように、必要に応じて基板１の裏面を研磨して薄肉化し、隣接する半導体発光素子構造３０の間に相当する領域１ｃ（図８参照）を、ダイシング、スクライブなどによって切断し、個々の半導体発光素子１００をチップ状に分割する。

以上、説明した製造方法によって、図２に示した第１実施形態の半導体発光素子１００を製造することができる。なお、以上は、一実施形態に係る製造工程を順に説明するものであり、他の実施形態として、積層構造の上端面と異なる結晶面を露出させる工程・積層構造に貫通孔を形成する工程・基板面に凹凸構造を形成する工程・傾斜した側面を形成する工程と、凹部を形成する工程・ｐ側電極を形成する工程・ｎ側電極を形成する工程とは、順序が入れ替わってもよく、例えば、積層構造の上端面と異なる結晶面を露出させる工程・積層構造に貫通孔を形成する工程・基板面に凹凸構造を形成する工程・傾斜した側面を形成する工程を実施した後に、凹部を形成する工程・ｐ側電極を形成する工程・ｎ側電極を形成る工程を実施するようにしてもよい。

（第２実施形態）
＜構成＞
次に、図１１を参照して、第２実施形態の半導体発光素子１００の構成について説明する。ここで、図１１は、第２実施形態に係る半導体発光素子の構成を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線における断面図である。
第２実施形態の半導体発光素子１００は、図２に示した第１実施形態とは、半導体発光素子構造３０の平面視形状において、主に凹部２０が形成された位置と、凹部２０の外側の基板面１ａ上の凹凸構造９₂が配置される領域とが異なる。その他の第１実施形態と同様の構成については適宜説明を省略する。

図１１に示した第２実施形態の半導体発光素子１００は、ｎ側電極５を設けるための凹部２０が、半導体発光素子構造３０の外周の側面に接するように形成され、図１１（ａ）において、凹部２０の外周側の内壁面がなく、外部に開放されている。そのため、当該部位の積層構造１０の側面７は、凹部２０の底面２０ａよりも上部が切除されている。そこで、当該部位を取り囲むべき凹凸構造９₂は、図１１（ｂ）に示すように、傾斜した側面７の下方領域１ｂではなく、更に外側の、隣接する半導体発光素子構造３０の間に相当する領域１ｃに形成されている。また、当該領域１ｃは、半導体発光素子構造３０の外周部であり、製造工程において基板面１ａを露出すべき領域であるため、周囲を凹部９ａ₂で取り囲まれて孤立した凸部９ｂ₂が形成されている。
積層構造１０の周縁部の他の領域には、第１実施例と同様に、貫通孔８が適宜な間隔で形成されており、積層構造１０の傾斜した側面７の下方領域１ｂの基板面１ａ上には、それぞれの貫通孔８に対応して、周囲を凸部９ｂ₁で取り囲まれて孤立した凹部９ａ₁が形成された凹凸構造９₁が形成されている。

また、ｎ側電極５を設けた箇所の外周部分だけでなく、他の外周部の領域１ｃに凹凸構造９₂を設けること、例えば、全周に設けることもできる。
これによって、ｎ側電極５を積層構造１０の周縁に配置して発光領域を大きくできると共に、ｎ側電極５の外周部の領域１ｃにおいても、基板１による散乱、回折作用を得られる効果がある。また、半導体発光素子構造３０の他の外周部の領域１ｃにも凹凸構造９₂を設けることで、半導体発光素子構造３０の内方側の領域１ｂに設けられた凹凸構造９₁との２重の凹凸構造とすることができ、基板１による散乱、回折の効果を高めることができる。

なお、このとき、基板１上で隣接する半導体発光素子構造３０の間に相当する領域１ｃを、第１実施形態よりも広くして、複数列の凸部９ｂ₂からなる凹凸構造９₂を形成するようにしてもよいし、傾斜した側面７の下方領域１ｂ内に形成できる凹凸構造９₁だけとして、領域１ｃには凹凸構造９₂を形成せず、半導体発光素子構造３０の間隔を狭くして、ウエハ当たりに形成できるチップ数を増やすようにしてもよい。

＜製造方法＞
第２実施形態の半導体発光素子１００の製造工程は、第１実施形態の半導体発光素子１００の製造工程に対して、図５に示した半導体発光素子構造３０を形成する工程内の凹部２０を形成する工程における凹部２０を形成するためのエッチングのマスクを形成する位置を変更する。更に、図６に示した積層構造（半導体構造）の上端面と異なる結晶面を露出する工程において、図１１（ａ）に示したように平面視で、隣接する半導体発光素子構造３０の間に相当する領域１ｃの凸部９ｂ₂に相当する部位を覆うようにマスク５０を形成する。このようにマスク５０を形成することで、領域１ｃにおいて、凸部９ｂ₂に相当する部位の基板がエッチングされないため、エッチングされて形成された凹部９ａ₂と、この凹部９ａ₂に取り囲まれた凸部９ｂ₂とからなる凹凸構造９₂が形成される。
その他の製造工程は、第１実施形態と同様の製造工程によって製造することができる。

（第３実施形態）
＜構成＞
次に、図１２を参照して、第３実施形態の半導体発光素子１００の構成について説明する。ここで、図１２は、第３実施形態に係る半導体発光素子の構成を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線における断面図である。
第３実施形態の半導体発光素子１００は、図１１に示した第２実施形態とは、半導体発光素子構造３０の平面視形状において、主に凹部２０が形成された位置と、ｐ側パッド電極６ｂの位置と、凹部２０の外側及びｐ側パッド電極６ｂを配置した位置の外側の基板面１ａ上に形成される凹凸構造９₂及び凹凸構造９₃が配置される領域とが異なる。その他の第２実施形態と同様の構成については適宜説明を省略する。

第３実施形態の半導体発光素子１００は、図１２（ａ）に示したように、ｎ側電極５（凹部２０）とｐ側パッド電極６ｂとが、平面視で略四角形の対角線上に対向する角部に配置されている。ｎ側電極５を設けるための凹部２０は、半導体発光素子構造３０の外周の角に接するように形成され、図１２（ａ）において、凹部２０の外周側の２辺に内壁面がなく、外部に開放されている。

また、ｎ側電極５及びｐ側パッド電極６ｂの外側の基板面１ａ上に設けられる凹凸構造９₂及び凹凸構造９₃は、傾斜した側面７の下方領域１ｂではなく、更に外側の、隣接する半導体発光素子構造３０の間に相当する領域１ｃに形成されている。第２実施形態の凹凸構造９₂と同様に、第３実施形態の当該凹凸構造９₂及び凹凸構造９₃は、それぞれ周囲を凹部９ａ₂及び凹部９ａ₃で取り囲まれて孤立した凸部９ｂ₂及び凸部９ｂ₃によって構成されている。

このように、ｎ側電極５及びｐ側パッド電極６ｂの両方の電極を半導体発光素子構造３０の角部に設けられた電極構造によって、図１１に示した第２実施形態よりも発光面積を大きくすることができると共に、両方の電極の外方の領域１ｃには、凹凸構造９₂、９₃が設けられているため、基板１の凹凸構造９₂、９₃による散乱、回折作用と併せて、光取り出し効率を高めることができる。また、その製造方法は、第２実施形態と同様にして、領域１ｃに凹凸構造９₂、９₃を作製することができる。

（第４実施形態）
＜構成＞
次に、図１３を参照して、第４実施形態の半導体発光素子１００の構造について説明する。ここで、図１３は、第４実施形態に係る半導体発光素子の構成を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ線における断面図である。
第４実施形態は、前記した各実施形態における外周側面の形態として、内方への凹欠部１２及び切り込み溝１１を設ける形態を示し、それを用いる変形例を示すものである。

図１３に示した第４実施形態の半導体発光素子１００は、ｎ側電極５を設けるための凹部２０が、半導体発光素子構造３０の上部の、略垂直に形成された外周側面に接するように形成され、図１３（ａ）において、凹部２０の上辺側の内壁面がなく、外部に開放されている。また、右側面には、図１３（ａ）の横方向において、略中央まで切り込まれた切り込み溝１１が設けられている。この切り込み溝１１は、積層構造１０の上端面４ａから基板面１ａまで切り取られており、切り込み溝１１の外周は、逆傾斜した側面が形成されている。更に、半導体発光素子構造３０の上部の略垂直に形成された外周側面の左側面には、凸部１２ａと凹部１２ｂとからなる、基板面１ａに対して垂直方向に延在するストライプ状の凹欠部１２が設けられている。切り込み溝１１の周縁部を含めた積層構造１０の周縁部には、積層構造１０の上端面４ａに垂直な貫通孔８が形成されており、貫通孔８の下方の基板面１ａ上には、凹部９ａと、この凹部９ａを取り囲む凸部９ｂとからなる凹凸構造９が設けられている。

＜動作＞
ここで、第４実施形態の半導体発光素子１００による光の外部への取り出しについて説明する。
第４実施形態においては、切り込み溝１１を設け、切り込み溝１１の外周には逆傾斜した側面が形成されており、他の外周の逆傾斜した側面７と同様に、積層構造１０の周縁部には貫通孔８と、貫通孔８の下方の基板面１ａには凹凸構造９が形成されている。このため、より広範囲に形成された傾斜した側面７から、積層構造１０内を伝播する光を、効率的に外部に取り出すことができる。

また、積層構造１０の上部の左側面に設けられ凹欠部１２により、積層構造１０内を伝播し、凹欠部１２に到達した光を散乱又は回折して外部に取り出すことができる。

このような、切り込み溝１１及び凹欠部１２は、半導体発光素子構造３０において、図１３に示した例に限定されることなく、任意の場所に、任意の形状で設けることができる。
また、凹欠部１２及び切り込み溝１１の寸法としては特に限定されないが、具体的には、凹部１２ｂの間隔が１０〜１００μｍ、好ましくは２０〜５０μｍ、凹部１２ｂ及び切り込み溝１１の幅が１〜３０μｍ、好ましくは５〜１５μｍ、外周からの深さ、例えば、切り込み溝１１の長手方向の長さが５〜５０μｍ、好ましくは１０〜３０μｍとすることができる。

（実施例１）
直径２インチ（５０．８ｍｍ）のＣ面サファイア基板上に、ＧａＮを用いたバッファ層（下地層）を設けて、その上に、ＧａＮ系化合物からなるｎ型半導体層、活性層（発光層）、及びＧａＮ系化合物からなるｐ型半導体層を積層して、積層構造を形成する。
次に、フォトリソグラフィ法によりマスクを形成し、積層構造の表面からｎ型半導体層が露出する深さまで、ＲＩＥによってエッチングをして、図２において凹部２０として示した内部露出部を形成する。その後、マスクを除去する。
次に、積層構造の表面にはＩＴＯによるｐ側全面電極を形成し、さらに蒸着法及びフォトリソグラフィ法を用いて、金属からなるｐ側パッド電極及びｎ側電極を、それぞれｐ側全面電極の一部及び内部露出部の底面に形成する。
続いて、フォトリソグラフィ法により図２（ａ）に示した平面視三角形の貫通孔を形成する部位を除く積層構造の上端面及び電極を覆うマスクを、ＳｉＯ₂を用いて形成し、各半導体発光素子構造の構成単位の外周部および半導体発光素子構造の周縁部の貫通孔を形成する部位を、基板表面が露出し、更に基板の上端面より下の深さまで、ＲＩＥによる異方性エッチングによってエッチングし、基板上で互いに分離された半導体発光素子構造を形成すると共に、各半導体発光素子構造の周縁部に貫通孔を形成する。このとき、それぞれのエッチング端面は、基板面（発光層）にほぼ垂直な面となる。
半導体発光素子構造の表面のＳｉＯ₂マスクを用いて、エッチング液である約２００℃のピロリン酸溶液に浸漬し、半導体発光素子構造を囲む外周側面に逆傾斜したエッチング面を形成する。このとき、逆傾斜したエッチング面の下方の基板面上には、平面視三角形の凹部と共に、半導体発光素子構造の周縁部には、上端面から外周側面に貫通する断面形状が三角形の貫通孔が露出する。
ＳｉＯ₂マスクを、フッ酸を用いて除去し、基板をダイシングによって割断して、半導体発光素子チップを得る。

（実施例２）
ウェットエッチング法のエッチング液として、実施例１におけるピロリン酸溶液の代わりに水酸化カリウム水溶液を用い、半導体発光素子構造を囲む外周側面に逆傾斜したエッチング面を形成して半導体発光素子を作製する。他の条件は、実施例１と同じとする。

実施例１及び実施例２による半導体発光素子は、積層構造の外周に逆傾斜した側面を形成すると共に、逆傾斜した側面の下方の基板面上に凹凸構造を形成し、更に、積層構造の周縁部に上端面から傾斜した側面まで貫通する貫通孔を形成するため、光の外部への取り出し効率が良好であり、実質的な発光出力を増加させることができる。

本発明の半導体発光素子は、可視領域だけでなく、窒化物半導体にあっては近紫外、紫外領域の発光にも利用でき、それ以外の波長の電磁波にも利用できる。また、ＬＥＤなどの発光素子に限らず、種々の半導体、例えば受光素子などの光半導体の他、その他の電子デバイスなどにも応用することができる。

第１実施形態に係る半導体発光素子の構成を示す模式図（斜視図）である。 第１実施形態に係る半導体発光素子の構成する模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。 第１実施形態に係る半導体発光素子において、光の外部への取り出しの様子を説明するための図である。 第１実施形態に係る半導体発光素子の製造工程において、基板上に半導体の積層構造を形成する工程を説明するための断面図である。 第１実施形態に係る半導体発光素子の製造工程において、電極を形成する工程を説明するための断面図である。 第１実施形態に係る半導体発光素子の製造工程において、積層構造の外周を基板面が露出するまでエッチングすると共に基板面に凹凸構造を形成するためのマスクを形成する工程を説明するための断面図である。 第１実施形態に係る半導体発光素子の製造工程において、積層構造の外周を基板面が露出するまでエッチングすると共に基板面に凹凸構造を形成する工程を説明するための図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。 第１実施形態に係る半導体発光素子の製造工程において、積層構造の外周に傾斜した側面を形成する工程を説明するための断面図である。 第１実施形態に係る半導体発光素子の製造工程において、基板を切断して素子に分割する工程を説明するための断面図である。 第１実施形態に係る半導体発光素子を用いた半導体発光装置の構成を示す模式図（断面図）である。 第２実施形態に係る半導体発光素子の構成を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線における断面図である。 第３実施形態に係る半導体発光素子の構成を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線における断面図である。 第４実施形態に係る半導体発光素子の構成を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ線における断面図である。

符号の説明

１ 基板
１ａ 基板面（半導体構造の下端面）
１ｂ 傾斜した側面の下方領域（露出領域）
１ｃ 隣接する半導体発光素子構造の間に相当する領域
２ ｎ型半導体層（第１導電型半導体）
３ 発光層
４ ｐ型半導体層（第２導電型半導体）
４ａ ｐ型半導体層の上端面（半導体構造の上端面）
５ ｎ側電極（第１電極）
６ ｐ側電極（第２電極）
６ａ ｐ側全面電極
６ｂ ｐ側パッド電極
７ 側面（端部）
８ 貫通孔
９、９₁、９₂、９₃ 凹凸構造
９ａ、９ａ₁、９ａ₂、９ａ₃ 凹部
９ｂ、９ｂ₁、９ｂ₂、９ｂ₃ 凸部
１０ 積層構造（半導体構造）
３０ 半導体発光素子構造
１００ 半導体発光素子

Claims (10)

1. 基板上に第１導電型半導体及び第２導電型半導体をこの順に有する半導体構造と、前記第１導電型半導体及び前記第２導電型半導体にそれぞれ第１電極及び第２電極とを設けた半導体発光素子であって、
   前記半導体構造は、前記基板側から上方に向かって外方に傾斜した傾斜面を有し、
   前記基板が、前記半導体構造の傾斜面の下方に少なくとも当該半導体構造から露出した露出領域を有すると共に、当該露出領域に凹凸構造を有することを特徴とする半導体発光素子。
2. 前記半導体構造の傾斜面が、少なくとも前記半導体構造の外周側面に設けられてい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. 前記露出領域が、前記半導体構造の傾斜面の上端よりも内方に設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体発光素子。
4. 前記半導体構造の側面において、前記半導体構造を上下方向に貫通する貫通孔を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の半導体発光素子。
5. 基板上に第１導電型半導体及び第２導電型半導体をこの順に有する半導体構造と、前記第１導電型半導体及び前記第２導電型半導体にそれぞれ第１電極及び第２電極とを設けた半導体発光素子であって、
   基板面上に前記半導体構造と、前記第１電極と、前記第２電極とを形成する半導体発光素子構造形成工程と、
   前記半導体構造の上端面と異なる結晶面を露出させる異結晶面露出工程と、
   前記基板面に凹凸構造を形成する凹凸構造形成工程と、
   前記露出させた半導体構造の上端面と異なる結晶面からウェットエッチングによって前記半導体構造の側面に前記基板側から上方に向かって外方に傾斜した傾斜面を形成する傾斜面形成工程と、を含み、
   前記凹凸構造形成工程は、前記傾斜面形成工程において形成される傾斜面の下方の前記基板面に、前記半導体構造の上端面から貫通して凹部を形成することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
6. 前記異結晶面露出工程は、前記半導体構造との界面を構成する前記基板面を露出させ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。
7. 前記ウェットエッチングにおいて、前記半導体構造の前記露出させた結晶面側の端部が、前記半導体構造の上端面側の端部よりも内方になるまでウェットエッチングす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。
8. 前記異結晶面露出工程と、前記凹凸構造形成工程と、を同時に行うことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の半導体発光素子の製造方法。
9. 前記半導体構造の前記傾斜面に貫通孔を形成する貫通孔形成工程を含むことを特徴とする請求項５乃至請求項８の何れか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。
10. 前記貫通孔形成工程と、前記異結晶面露出工程と、を同時に行う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。

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