発光素子及びその製造方法
【課題】素子の光取出面積をより拡大することができ、ひいては光取出効率の更なる向上を図ることができる発光素子を提供する。
【解決手段】 ＧａＰ光取出層の（１００）主表面を異方性エッチングして面粗し突起部Ｆを分散形成し、さらに、その頂面を平坦化して、該面粗し突起部Ｆよりも小さい微小突起ＳＦがさらに分散形成することで、面粗し突起部Ｆの頂面の総評面積が微小突起ＳＦにより拡大し、光取出効率を大幅に向上することができる。
【解決手段】 ＧａＰ光取出層の（１００）主表面を異方性エッチングして面粗し突起部Ｆを分散形成し、さらに、その頂面を平坦化して、該面粗し突起部Ｆよりも小さい微小突起ＳＦがさらに分散形成することで、面粗し突起部Ｆの頂面の総評面積が微小突起ＳＦにより拡大し、光取出効率を大幅に向上することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は発光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開２００３−２１８３８３号公報
【特許文献２】特開２００３−２０９２８３号公報
【０００３】
化合物半導体からなる発光素子においては、素子内部から素子の表面（光取出領域）に向かう光のうち、臨界角度よりも大角度で光取出領域に入射する光（入射角は、光束入射方向と領域面法線とのなす角度）が全反射により素子内部に戻るので、その全てを取り出せるわけではない。そこで、特許文献１あるいは特許文献２には、光取出層の第一主表面を適当なエッチング液により面粗し処理（フロスト処理とも称される）して微細な凹凸を形成し、発光光束が大角度入射する確率を減じて光取出し効率を高める技術が開示されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１，２に開示された異方性エッチングによる面粗し処理では、面粗し突起の形成密度の増大ひいてはそれによる光取出面積の拡大に限界があり、発光素子の光取出効率をさらに向上させる方法が求められている。
【０００５】
本発明の課題は、素子の光取出面積をより拡大することができ、ひいては光取出効率の更なる向上を図ることができる発光素子と、その製造方法とを提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明の発光素子は、一方の主表面に光取出面が形成される化合物半導体の積層体からなり、該光取出面をなす化合物半導体層がＧａＰ光取出層であり、かつ、該ＧａＰ光取出層の光取出面はＧａＰの（１００）面を基面とする形で異方性エッチング処理による面粗し突起部が分散形成されるとともに、該面粗し突起部の頂部が基面の向きに平坦化され、該平坦化された頂面に該面粗し突起部よりも小さい微小突起がさらに分散形成されてなることを特徴とする。
【０００７】
ＧａＰ光取出層の（１００）主表面を異方性エッチングして面粗し突起部を分散形成し、さらに、その頂面を平坦化して、該面粗し突起部よりも小さい微小突起をさらに分散形成することで、面粗し突起部の頂面の総評面積が微小突起により拡大し、光取出効率を大幅に向上することができる。
【０００８】
ＧａＰ光取出層の主表面が（１００）面であるということは、狭義に該ＧａＰ光取出層の結晶主軸が、ＧａＰ結晶の［１００］方向に一致していることを意味するが、本発明では、その結晶主軸が［１００］方向に対し１゜以上２５゜以下傾けてあっても（つまり、オフアングルが付与されていても）、「ＧａＰ光取出層の第一主表面が（１００）面である」概念に属するものとする。
【０００９】
また、本発明の発光素子の製造方法は、
ＧａＰ光取出層の光取出面をなす主表面を、酢酸と弗酸と硝酸とヨウ素と水とを、その合計が９０質量％以上となるように含有し、かつ酢酸と弗酸と硝酸とヨウ素との合計質量含有率が水の質量含有率よりも高い第一のエッチング液にて異方性エッチングすることにより面粗し突起部を形成する第一のエッチング工程と、
面粗し突起部を形成後の主表面に、有機酸、無機酸又はそれらの混合物の水溶液からなる第二のエッチング液を接触させることにより、面粗し突起部の頂部を平坦化しつつ、その平坦化された面粗し突起部の頂面に微小突起を分散形成する第二のエッチング工程と、
をこの順に実施することを特徴とする。
【００１０】
結晶粒界が存在しない化合物半導体単結晶の表面に、化学エッチングにより面粗し突起部が形成できるためには、用いるエッチング液が特定方位の結晶面上にて他の方位の結晶面よりもエッチング速度が速くなること（そのエッチングに有利となる面を、以下、優先エッチング面という）、すなわち面方位に依存した異方性エッチングが可能でなければならない。異方性エッチングが進行した結晶表面は、面指数は異なるが結晶学的には等価な優先エッチング面が組み合わさって結晶表面に表れ、結晶構造特有の幾何学に由来した凹凸形状を生ずる。立方晶系のＧａＰでは最密充填面である｛１１１｝グループの面が優先エッチング面となる。
【００１１】
酢酸と弗酸と硝酸とヨウ素とを含有する第一のエッチング液はＧａＰの｛１１１｝面に対する優先エッチング性が顕著であり、第一のエッチング工程において用いることで、（１００）面からなるＧａＰ光取出層の第一主表面に特にマスク処理などを施さなくとも凹凸形成が顕著に進行し、ひいてはＧａＰ光取出層の主表面に面粗し突起部を効率よく安価に形成することができる。酢酸と弗酸と硝酸とヨウ素と水の合計は９０質量％以上であり、これ以下の含有率では面粗し突起部を効率良く形成できない。また、酢酸と弗酸と硝酸とヨウ素との合計質量含有率が水の質量含有率より低くなっても、同様に面粗し突起部を効率良く形成できない。なお、酢酸と弗酸と硝酸とヨウ素と水との合計を１００質量％から差し引いた残部は、（１００）面上でのＧａＰに対する異方性エッチング効果が損なわれない範囲内で、他の成分（例えば酢酸以外のカルボン酸等）で占められていてもよい。
【００１２】
面指数の逆符号のものを同一面とみなせば、｛１１１｝グループには方位の異なる４つの面が存在し、第一のエッチング液による面粗し処理では、これらが組み合わさってピラミッド型の面粗し突起部を生じやすい傾向にある（図６Ａの破線部参照：ただし、種々の要因により、半球状（図６Ｂ）、楕円体状（図６Ｃ）、円錐状（図６Ｄ）、キノコ状（図６Ｅ）、三角錐状（図６Ｆ）など、実際には、さまざまな突起形態が生じうる）。
【００１３】
そして、上記のような面粗し突起部を第一のエッチング工程で形成した後、有機酸、無機酸又はそれらの混合物の水溶液からなる第二のエッチング液を接触させる第二のエッチング工程を行なう。このような酸水溶液からなる第二のエッチング液は、ＧａＰの｛１００｝面に対する優先エッチング性を有しており、エッチング電位の集中しやすい面粗し突起部の頂点に顕著なエッチング効果を発揮して、ＧａＰ光取出層の主表面と同じ（１００）面を出す形でこれを平坦化する。さらに、酸水溶液なのでＧａＰを酸化物に転換しながらエッチング反応が進み、生成した酸化物の介在によりエッチング進行の面内不均一化等も要因となって、平坦化された面粗し突起部の頂面に微小突起が効果的に分散形成される。すなわち、微小突起は、面粗し突起部を構成するＧａＰの酸化反応物に由来して形成されたものとなる。
【００１４】
第一のエッチング液は、
酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ換算）：３７．４質量％以上９４．８質量％以下、
弗酸（ＨＦ換算）：０．４質量％以上１４．８質量％以下、
硝酸（ＨＮＯ３換算）：１．３質量％以上１４．７質量％以下、
ヨウ素（Ｉ２換算）：０．１２質量％以上０．８４質量％以下
の範囲で含有し、かつ、水の含有量が２．４質量％以上４５質量％以下のものを採用するのがよい。いずれの成分も上記組成の範囲外になると、ＧａＰ単結晶の（１００）面に対する異方性エッチング効果が十分でなくなり、ＧａＰ光取出層の第一主表面へ面荒らし突起部を十分に形成できなくなる。第一のエッチング液は、より望ましくは、
酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ換算）：４５．８質量％以上９４．８質量％以下、
弗酸（ＨＦ換算）：０．５質量％以上１４．８質量％以下、
硝酸（ＨＮＯ３換算）：１．６質量％以上１４．７質量％以下、
ヨウ素（Ｉ２換算）：０．１５質量％以上０．８４質量％以下
の範囲で含有し、かつ、水の含有量が２．４質量％以上３２．７質量％以下のものを採用するのがよい。すなわち、ＧａＰ単結晶の（１００）面に対する異方性エッチング効果を高めるには、特に水の含有量を上記のように少なく留め、かつ、酸主溶媒の機能を水ではなく酢酸に担わせることが重要であるともいえる。なお、第一のエッチング液の液温は、例えば２０℃以上１００℃以下の範囲で適宜調整することが望ましい。
【００１５】
一方、第二のエッチング工程で使用する第二のエッチング液は有機酸として酢酸を含有するものが、第一のエッチング液で形成した面粗し突起部の頂面平坦化と、微小突起の形成性に優れ、本発明に好適に採用できる。この場合、第二のエッチング液の酢酸含有率は１質量％以上５０質量％以下で調整することが望ましい。第二のエッチング液の酢酸含有率が１質量％未満であると微小突起の形成が十分に進まなくなる。また、第二のエッチング液の酢酸含有率が５０質量％を超えると、ダイシング後のチップを支持している粘着シートの粘着力が劣化し、チップが脱落したりする不具合を招く場合がある。例えば、酸成分として上記範囲の酢酸のみを含有する水溶液も該第二のエッチング液として十分採用可能である。
【００１６】
また、第二のエッチング工程で使用する第二のエッチング液は無機酸として硝酸を含有するものも、同様に本発明に好適に採用できる。この場合、第二のエッチング液の硝酸含有率は０．０１質量％以上４０質量％以下で調整することが望ましい。第二のエッチング液の硝酸含有率が０．０１質量％未満になるとエッチング速度が低下し、面粗し突起部の頂面平坦化及び微小突起の形成が十分に進まなくなる。また、第二のエッチング液の硝酸含有率が４０質量％を超えると、電極を構成する金属が触媒となって電極周囲のＧａＰ単結晶のエッチングが顕著となり、電極が剥離したり、エッチングによりチップが傾斜したりする不具合につながる。例えば、酸成分として上記範囲の硝酸のみを含有する水溶液も該第二のエッチング液として十分採用可能である。他方、さらに、１質量％以上５０質量％以下の範囲で酢酸を混合した、硝酸／酢酸混合水溶液を採用することも可能である。
【００１７】
第二のエッチング液の液温は、例えば２０℃以上１００℃以下の範囲で適宜調整することが望ましい。また、酸化進行により微小突起を顕著に形成するために、第二のエッチング液による面粗し突起部のエッチング時間を少なくとも１０分は確保することが望ましい。
【００１８】
なお、第二のエッチング液に採用する有機酸としては、酢酸以外にも、蟻酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、マルガリン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキドン酸、ドコサヘキサエン酸、エイコサペンタン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、安息香酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、サリチル酸、没食子酸、メリト酸、ケイ皮酸、ピルビン酸、乳酸、リンゴ酸、クエン酸、フマル酸、マレイン酸、アコニット酸、グルタル酸、アジピン酸及びアミノ酸のいずれかを採用することもでき、無機酸としては、硝酸以外に、塩酸、リン酸、硫酸及び硼酸のいずれかを採用することもできる。また、酢酸及び硝酸も含めて、上記グループに属する２種以上の酸を混合して用いてもよい。
【００１９】
光取出効率改善効果を顕著化するために、面粗し突起部は、頂面までの平均的な高さが０．１μｍ以上５μｍ以下となるように形成するのがよい。また、微小突起は、頂面からの平均的な高さが０．０１μｍ以上０．７μｍ以下となるように形成するのがよい。さらに、微小突起は、平均的な平面寸法が０．０１μｍ以上０．７μｍ以下となるように形成するのがよい。なお、「微小突起の平面寸法」とは、微小突起を平面視したときの、突起領域と同面積の円の直径として定義する。
【００２０】
次に、ＧａＰ光取出層の主表面側の表層部に面粗し突起部よりも内部体積の大きい凹部を分散形成し、凹部の内表面に上記の（微小突起が形成された）面粗し突起部をさらに分散形成することができる。該構成によると、発光素子を構成する積層体の、光取出面をなす一方の主表面に凹部を分散形成し、その凹部の内面に異方性エッチング処理による微細な面粗し突起部を分散形成する。つまり、光取出面を平坦に形成する場合と比較して、面粗し対象面の総面積が凹部を形成する分だけ増大し、これにさらに面粗し突起部を重畳形成することによって、面粗し突起の総形成量を増加させることができる。その結果、異方性エッチングによる面粗し処理のみを行なう従来の手法と比較して、素子の光取出面積をより拡大することができ、ひいては光取出効率の更なる向上を図ることができる。
【００２１】
凹部は複数の孔として散点状に分散形成することができる。これにより、凹部を光取出面に一様に形成でき、凹部の形成密度や個々の凹部の寸法の調整も容易である。このような孔は、レーザービームにより穿孔形成することができる。レーザービームの採用により、寸法や深さの揃った多数の孔を迅速に形成でき、また、ビーム出力やビーム径により個々の孔の寸法や深さも容易に調整できる。
【００２２】
一方、上記の凹部を乾式エッチングにより形成することも可能である。この場合、ＧａＰ光取出層の主表面を適当なエッチングレジストで被覆し、露光・現像により凹部の形成領域に対応する窓部をパターニング形成し、その後、乾式エッチングを施すことにより、凹部を一括して形成することができる。
【００２３】
上記のレーザービーム穿孔ないし乾式エッチングにより凹部を形成したとき、凹部内面に変質層（化合物の組成変質層や酸化層）が残留することがある。このような変質層が形成されると、面粗しのための異方性エッチング処理が阻害される場合があるので、該変質層を湿式エッチングにより除去し、その後、当該凹部の内面を上記第一及び第二のエッチング液にて順次処理することが望ましい。
【００２４】
面粗し突起部は、光取出面の凹部の開口周縁をなす領域にも分散形成することができる。また、ＧａＰ光取出層の凹部が非形成となる側面部にも、上記第一及び第二のエッチング処理を施して面粗し突起部を分散形成することができる。これにより、凹部の開口周縁領域ないしＧａＰ光取出層の側面部における光取出効率をそれぞれ向上でき、素子全体の発光輝度をより高めることができる。
【００２５】
光取出面への凹部の形成は、前述の積層体として形成された発光素子ウェーハ（つまり、素子チップへのダイシング前）の状態で、その主表面全面に分散形成することが効率的である。他方、上記のごとく、面粗し突起部を凹部の内面以外（特に、チップ側面部）にも形成したい場合は、発光素子ウェーハを素子チップにダイシング後、個々の素子チップを上記第一及び第二のエッチング液に順次浸漬してエッチング処理を行なうようにすると効果的である。
【００２６】
上記の発光層部は、例えは、組成式（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）にて表される化合物のうち、ＧａＡｓと格子整合する組成を有する化合物にて各々構成された第一導電型クラッド層、活性層及び第二導電型クラッド層がこの順序で積層されたダブルへテロ構造を有するものとして形成さできる。また、ＧａＰ光取出層は、厚さ１０μｍ以上に形成することが望ましい。
【００２７】
（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ混晶（ただし、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１；以下、ＡｌＧａＩｎＰ混晶、あるいは単にＡｌＧａＩｎＰとも記載する）により発光層部が形成された発光素子は、薄いＡｌＧａＩｎＰ活性層を、それよりもバンドギャップの大きいｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層とｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層とによりサンドイッチ状に挟んだダブルへテロ構造を採用することにより、例えば緑色から赤色までの広い波長域にて高輝度の素子を実現できる。そして、電流拡散層を、ＧａＰにより一定以上（すなわち、１０μｍ以上）に厚みを増加した光取出層として形成すれば、素子面内の電流拡散効果が向上するばかりでなく、層側面からの光取出量も増加するので、光取出効率をより高めることができるようになる。光取出層は、発光光束を効率よく透過させ、光取出し効率を高めることができるよう、発光光束の光量子エネルギーよりもバンドギャップエネルギーの大きい化合物半導体で形成する必要がある。特にＧａＰはバンドギャップエネルギーが大きく発光光束の吸収が小さいので、ＡｌＧａＩｎＰ系発光素子の光取出層として好適である。
【００２８】
なお、本発明の適用対象となる発光素子において、発光層部を構成する化合物半導体はＡｌＧａＩｎＰ系に限定されず、例えばＧａＰで構成してもよい。
【００２９】
本発明においては、面粗し突起部を凹部内に分散形成するので、当然、凹部の凹部内空間体積を面粗し突起部の体積よりも大きく設定する必要がある。ＧａＰ光取出層に凹部を複数の孔として散点状に分散形成する場合、該孔の開口径（円形以外の開口を有する場合は、同面積の円の直径に換算した値とする）を１μｍ以上５０μｍ以下、孔深さを０．５μｍ以上２５μｍ以下に形成するとよい。
【００３０】
次に、本発明の発光素子においては、ＧａＰ光取出層の表層部において、光取出側金属電極の形成領域に凹部を分散形成し、光取出側金属電極が該凹部の内面を、その開口周囲領域とともに密着被覆する構成とすることもできる。この場合、通電用の光取出側金属電極の形成予定領域に凹部を分散形成する凹部形成工程と、該形成予定領域にて凹部の内面及びその開口周囲領域を、光取出側金属電極により密着被覆する光取出側金属電極形成工程とをこの順で実施する。
【００３１】
この構成によると、発光素子を構成する積層体の光取出側の主表面において、光取出側金属電極の形成領域に凹部を分散形成し、該凹部の内面をその開口周囲領域とともに密着被覆する形で光取出側金属電極を形成するようにした。これにより、予めＧａＰ光取出層の表層部に形成した凹部内に食い込む形で光取出側金属電極が形成され、密着面積が増大する結果、電極の接合強度を大幅に高めることができる。また、光取出側金属電極にワイヤーボンド部を接合してモールドし、その状態で熱サイクル等による繰り返し剪断応力が両者の間に作用しても、電極が凹部内に入り込んでいわゆるアンカー効果を生じ、剥離等を生じにくい。
【００３２】
この場合も凹部は複数の孔として光取出側金属電極の形成領域に散点状に分散形成することができる。該孔は、レーザービームにより穿孔形成してもよいし、乾式エッチングにより形成してもいずれでもよい。また、凹部内面に変質層が残留すると、光取出側電極との密着性が阻害される場合があるので、ここでも該変質層を湿式エッチングにより除去し、その後、光取出側金属電極を形成することが望ましい。
【００３３】
光取出側金属電極は、凹部の深さよりも小さい厚みを有するものとして形成できる。この場合、該凹部の内面形状に倣う形で光取出側金属電極が形成されると、該光取出側金属電極の凹部内面に密着しているのと反対側の主表面に、該凹部に対応する形状の電極凹部が生ずる。そして、このような光取出側金属電極の主表面に素子通電用ワイヤーをボンディングするためのワイヤーボンド部を接合すると、該ワイヤーボンド部は上記の電極凹部を充填する形で光取出側金属電極に密着接合される。つまり、下地の化合物半導体層の凹部形状を電極表面に電極凹部として転写し、これにワイヤーボンド部の接合側部分を充填する形でボンディングを行なうことで、ワイヤーボンド部が電極凹部に、ひいては光取出側金属電極を介してＧａＰ光取出層の凹部内に大きく食い込み、アンカー効果は一層高められる。例えば、ワイヤーボンド部をボンディング後、周知のシェアテストを実施すると、破断モードをボンド部／チップ間の界面剥離破断から、ボンド部内破断モード（例えば凹部食込部の付け根位置での破断）へ遷移させることができ、剪断接合強度が大幅に向上する。
【００３４】
上記の凹部は、電極形成領域及びその周囲の光取出面との双方、すなわちＧａＰ光取出層の主表面全面に形成することもできる。そこで、積層体として形成された化合物半導体ウェーハの主表面の全面に凹部を分散形成し、該凹部を形成後の化合物半導体ウェーハの各素子チップとなる領域に光取出側金属電極を個別に形成し、その後、化合物半導体ウェーハを素子チップにダイシングする工程を採用すると効率的である。また、凹部をウェーハひいては素子の全面に渡って一様に形成するには、凹部を所定の配列パターンに従って形成することが当然望ましい。この場合、凹部は、ＧａＰ光取出層の主表面に対し、光取出側金属電極による被覆領域と光取出面とにまたがる所定方向に沿って配列形成される形となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の実施の形態を添付の図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態である発光素子１００を示す概念図である。発光素子１００は、発光層部２４と、該発光層部２４の第一主表面側に形成されたＧａＰ光取出層（ここではｐ型）２０とを有する。また、発光層部２４の第二主表面側にはＧａＰ透明基板９０が配置されている。発光層部２４は、ノンドープ（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦０．５５，０．４５≦ｙ≦０．５５）混晶からなる活性層５を、ｐ型（ＡｌｚＧａ１−ｚ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただしｘ＜ｚ≦１）からなるｐ型クラッド層（第一導電型クラッド層）６とｎ型（ＡｌｚＧａ１−ｚ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただしｘ＜ｚ≦１）からなるｎ型クラッド層（第二導電型クラッド層）４とにより挟んだ構造を有する。図１の発光素子１００では、第一主表面側（図面上側）にｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６が配置されており、第二主表面側（図面下側）にｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４が配置されている。なお、ここでいう「ノンドープ」とは、「ドーパントの積極添加を行なわない」との意味であり、通常の製造工程上、不可避的に混入するドーパント成分の含有（例えば１×１０１３〜１×１０１６／ｃｍ３程度を上限とする）をも排除するものではない。この発光層部２４はＭＯＶＰＥ法により成長されたものである。ｎ型クラッド層４及びｐクラッド層６の厚さは、例えばそれぞれ０．８μｍ以上４μｍ以下（望ましくは０．８μｍ以上２μｍ以下）であり、活性層５の厚さは例えば０．４μｍ以上２μｍ以下（望ましくは０．４μｍ以上１μｍ以下）である。発光層部２４全体の厚さは、例えば２μｍ以上１０μｍ以下（望ましくは２μｍ以上５μｍ以下）である。
【００３６】
次に、ＧａＰ光取出層２０は、１０μｍ以上２００μｍ以下（望ましくは４０μｍ以上２００μｍ以下：本実施形態では例えば１００μｍ）の厚膜に形成され、図１に示すように、その第一主表面の一部（ここでは中央部）を覆う形で光取出側金属電極９が形成され、その周囲の主表面領域が光取出面２０ｐとされている。
【００３７】
ＧａＰ光取出層２０の第一主表面において光取出側金属電極９の被覆領域には凹部としての孔ＬＰが散点状に分散形成され、光取出側金属電極９が各孔ＬＰの内面を、その開口周囲領域とともに密着被覆している。光取出側金属電極９には、ワイヤーボンド部１６を介して電極ワイヤー１７の一端が接合されている。また、光取出側金属電極９とＧａＰ光取出層２０との間には、ＡｕＢｅ合金等からなる接合合金化層９ａが孔ＬＰの内面に倣う形状に形成されている。ワイヤーボンド部１６は、特許文献２に開示されているごとく、キャピラリ先端から突出するワイヤーの先端に火花放電によりワイヤーボールを形成し、これをキャピラリ先端面にて光取出側金属電極９（ボンディングパッド）に押し付けつつ、例えばサーモソニック法等により溶着することにより形成される。
【００３８】
ＧａＰ光取出層２０の表層部に形成した孔ＬＰ内に食い込む形で光取出側金属電極９が形成されることで、光取出側金属電極９とＧａＰ光取出層２０との密着面積が増大する結果、電極の接合強度を大幅に高めることができる。また、光取出側金属電極９にワイヤーボンド部１６を接合して素子全体をモールドし、その状態で熱サイクル等による繰り返し剪断応力が両者の間に作用しても、電極が孔ＬＰ内に入り込んでいわゆるアンカー効果を生じ、剥離等を生じにくい。
【００３９】
図２、図３及び図４に、図１にて各破線で囲んだＡ部、Ｂ部及びＣ部の拡大模式図を示す。光取出側金属電極９は、孔ＬＰの深さｄよりも小さい厚みに形成されている。該孔ＬＰの内面形状に倣う形で光取出側金属電極９が形成されると、該光取出側金属電極９の孔ＬＰ内面に密着しているのと反対側の主表面に、該孔ＬＰに対応する形状の電極凹部ＬＰＦが生ずる。ワイヤーボンド部１６は加熱軟化した状態で電極凹部ＬＰＦに向けて加圧され、電極凹部ＬＰＦ内への塑性流動を生じつつ接合される。その結果、ワイヤーボンド部１６は上記の電極凹部ＬＰＦを充填する形で光取出側金属電極９に密着接合される。つまり、下地の化合物半導体層の孔ＬＰ形状を電極表面に電極凹部ＬＰＦとして転写し、これにワイヤーボンド部１６の接合側部分を充填する形でボンディングを行なうことで、ワイヤーボンド部１６が電極凹部ＬＰＦひいては光取出側金属電極９を介してＧａＰ光取出層の孔ＬＰ内に大きく食い込み、アンカー効果が一層高められる。孔ＬＰ形成による剪断強度向上効果を十分に高めるため、孔ＬＰの深さｄは５μｍ以上確保しておくことが有効である。
【００４０】
次に、図１に示すように、光取出面２０ｐにも、光取出側電極９の被覆領域に形成したのと同様の孔ＬＰが多数分散形成されている。孔ＬＰは、光取出面２０ｐと光取出側電極９の被覆領域とにまたがる形で、縦横２方向に一定間隔で格子状に配列形成されている。そして、図２及び図３に示すように、光取出面２０ｐに開口する孔ＬＰの内表面には、異方性エッチング処理（後述の第一及び第二のエッチング工程）による面粗し突起部Ｆが一様に分散形成されている。また、該面粗し突起部Ｆは、光取出面２０ｐの孔ＬＰの開口周縁をなす領域ＰＡにも分散形成されている。さらに、図２及び図４に示すように、ＧａＰ光取出層２０及びＧａＰ透明基板９０の孔ＬＰが非形成となる側面部ＳＳにも面粗し突起部Ｆが分散形成されている。
【００４１】
ＧａＰ光取出層２０は上記のように厚く形成されることで、光取出側金属電極９を介した通電による発光駆動電流を素子面内に拡散させ、発光層部２４を面内にて均一に発光させる電流拡散層としての機能を果たす。また、層側面部ＳＳからの取出光束も増加させ、発光素子全体の輝度（積分球輝度）を高める役割を担う。ＧａＰは活性層５をなすＡｌＧａＩｎＰよりもバンドギャップエネルギーが大きく、発光光束の吸収が抑制されている。
【００４２】
そして、光取出面２０ｐの総表面積が孔ＬＰを形成する分だけ増大し、これにさらに面粗し突起部Ｆを重畳形成することによって、孔ＬＰを形成しない場合と比較して面粗し突起部Ｆの総形成量が増加する。その結果、素子の光取出面積をより拡大することができ、ひいては光取出効率の更なる向上を図ることができる。また、図２及び図４に示すように、側面部ＳＳにも同様の面粗し突起部Ｆが形成され、該側面からの光取出効率も向上している。なお、図３に示すように、光取出側金属電極９に被覆されている領域では、孔ＬＰの内面に面粗し突起部Ｆは形成されていない。
【００４３】
本実施形態にてＧａＰ光取出層２０はＨＶＰＥ法により成長されたものである（ＭＯＶＰＥ法でもよい）。なお、ＧａＰ光取出層２０と発光層部２４との間には、ＧａＰ層からなる接続層２０Ｊが、発光層部２４に続く形でＭＯＶＰＥ法により形成されてなる。なお、接続層２０Ｊは、ＡｌＧａＩｎＰからなる発光層部２４と、ＧａＰ光取出層２０との間で、格子定数差（ひいては混晶比）を漸次変化させるＡｌＧａＩｎＰ層としてもよい。なお、ＧａＰ光取出層２０はＨＶＰＥ法によるエピタキシャル成長層とする代わりに、ＧａＰ単結晶基板の貼り合わせにより形成することも可能である。
【００４４】
また、ＧａＰ透明基板９０はＧａＰ単結晶基板の貼り合わせにより形成されたものであり（ＨＶＰＥ法によるエピタキシャル成長層としてもよい：符号９１は、ＡｌＧａＩｎＰからなる接続層である）、第二主表面の全面がＡｕ電極等からなる裏面電極１５にて覆われている。ＧａＰ透明基板９０の結晶方位は、発光層部２４と一致させてある（つまり、オフアングル角度を合わせてある）。ＧａＰ透明基板９０の厚さは例えば１０μｍ以上２００μｍ以下である。裏面電極１５は、発光層部２４からＧａＰ透明基板９０を透過して到来する発光光束に対する反射層を兼ねており、光取出し効率の向上に寄与している。また、裏面電極１５とＧａＰ透明基板９０との間には、両者の接触抵抗を低減するためのＡｕＧｅＮｉ合金等からなる接合合金化層１５ｃが散点状に分散形成されている。ＧａＰ光取出層２０及びＧａＰ透明基板９０は、いずれも、ドーパント濃度が５×１０１６／ｃｍ３以上２×１０１８／ｃｍ３以下に調整されている（なお、接合合金化層９ａの直下に、接触抵抗を高めるための高濃度ドーピング領域が形成される場合は、これを除いた領域のドーパント濃度を意味する）。
【００４５】
ＧａＰ光取出層２０の主光取出領域（第一主表面）２０ｐは、凹凸をならした基準平面が、ＧａＰ単結晶の（１００）面とほぼ一致しており（ただし、１゜以上２５゜以下（例えば１５°）のオフアングルが付与されていてもよい）、面粗し突起部Ｆは、図５に示すように、平坦な（１００）結晶主表面を後述の第一のエッチング液と接触させることにより異方性エッチングして形成したものである。また、側面部ＳＳ（図１）も同様に｛１００｝面とほぼ一致する面となっている。
【００４６】
図６Ａに示すように、面粗し突起部Ｆの外面は、ＧａＰ単結晶の化学的な異方性エッチング特性により、｛１１１｝面を主体に（突起部表面の５０％以上）形成される。異方性エッチングが理想的に進行すれば、｛１００｝面上の面粗し突起部Ｆは、図６Ｂに示すごとく面方位の異なる４つの｛１１１｝面に囲まれたピラミッド状の外観形態をなすが、実際には種々の要因により、半球状（図６Ｂ）、楕円体状（図６Ｃ）、円錐状（図６Ｄ）、キノコ状（図６Ｅ）、三角錐状（図６Ｆ）など、さまざまな突起形態が生じうる。
【００４７】
そして、本発明においては、図６Ａ〜図６Ｆに示すごとく、面粗し突起部Ｆの頂部が基面（（１００）面：光取出面）とほぼ平行に平坦化され（従って、その平坦化された頂面も（１００）面である）、該平坦化された頂面に該面粗し突起部Ｆよりも小さい微小突起ＳＦがさらに分散形成されてなる。面粗し突起部Ｆの頂面を平坦化して、該面粗し突起部Ｆよりも小さい微小突起ＳＦをさらに分散形成することで、面粗し突起部Ｆの頂面の総評面積が微小突起ＳＦにより拡大し、光取出効率を大幅に向上することができる。該微小突起ＳＦは、後述のごとく、面粗し突起部Ｆを構成するＧａＰの酸化反応物に由来して形成されたものである。
【００４８】
なお、面粗し突起部Ｆは、頂面までの平均的な高さが０．１μｍ以上５μｍ以下となるように形成されている。また、微小突起ＳＦは、頂面からの平均的な高さと平面寸法とが、それぞれ０．０１μｍ以上０．７μｍ以下となるように形成されている。また、孔ＬＰは、例えば開口径が１μｍ以上５０μｍ以下、開口深さが０．５μｍ以上２５μｍ以下であり、配列間隔が０．１μｍ以上２０μｍ以下である。
【００４９】
以下、図１の発光素子１００の製造方法について説明する。
まず、図７の工程１に示すように、成長用基板として、主表面が（１００）面のＧａＡｓ単結晶基板１を用意する。次に、工程２に示すように、その基板１の主表面に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２を例えば０．５μｍエピタキシャル成長し、さらにＡｌＧａＩｎＰ接続層９１（４μｍ）を成長し、次いで、発光層部２４として、各々（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰよりなる、厚さ１μｍのｎ型クラッド層４（ｎ型ドーパントはＳｉ）、厚さ０．６μｍの活性層（ノンドープ）５及び厚さ１μｍのｐ型クラッド層６（ｐ型ドーパントはＭｇ：有機金属分子からのＣもｐ型ドーパントとして寄与しうる）を、この順序にてエピタキシャル成長させる。ｐ型クラッド層６とｎ型クラッド層４との各ドーパント濃度は、例えば１×１０１７／ｃｍ３以上２×１０１８／ｃｍ３以下である。さらに、図８の工程３に示すように、ｐ型クラッド層６上に接続層２０Ｊをエピタキシャル成長する。
【００５０】
上記各層のエピタキシャル成長は、公知のＭＯＶＰＥ法により行なわれる。Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ（インジウム）、Ｐ（リン）の各成分源となる原料ガスとしては以下のようなものを使用できる；
・Ａｌ源ガス；トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡｌ）など；
・Ｇａ源ガス；トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）など；
・Ｉｎ源ガス；トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリエチルインジウム（ＴＥＩｎ）など。
・Ｐ源ガス；トリメチルリン（ＴＭＰ）、トリエチルリン（ＴＥＰ）、ホスフィン（ＰＨ３）など。
【００５１】
工程４に進み、ｐ型ＧａＰよりなるＧａＰ光取出層２０を、ＨＶＰＥ法により成長させる。ＨＶＰＥ法は、具体的には、容器内にてＩＩＩ族元素であるＧａを所定の温度に加熱保持しながら、そのＧａ上に塩化水素を導入することにより、下記（１）式の反応によりＧａＣｌを生成させ、キャリアガスであるＨ2ガスとともに基板上に供給する。
Ｇａ（液体）＋ＨＣｌ（気体） → ＧａＣｌ（気体）＋１／２Ｈ２‥‥（１）
成長温度は例えば６４０℃以上８６０℃以下に設定する。また、Ｖ族元素であるＰは、ＰＨ３をキャリアガスであるＨ２とともに基板上に供給する。さらに、ｐ型ドーパントであるＺｎは、ＤＭＺｎ（ジメチルＺｎ）の形で供給する。ＧａＣｌはＰＨ３との反応性に優れ、下記（２）式の反応により、効率よくＧａＰ光取出層２０を成長させることができる：
ＧａＣｌ（気体）＋ＰＨ３（気体）
→ＧａＰ（固体）＋ＨＣｌ（気体）＋Ｈ２（気体）‥‥（２）
【００５２】
ＧａＰ光取出層２０の成長が終了したら、図９の工程５に進み、ＧａＡｓ基板１をアンモニア／過酸化水素混合液などのエッチング液を用いて湿式エッチングすることにより除去する。そして、ＧａＡｓ基板１が除去された発光層部２４の第二主表面側（接続層９１の第二主表面である）に、別途用意されたｎ型ＧａＰ単結晶基板を貼り合わせてＧａＰ透明基板９０とし、発光素子ウェーハＷを得る。
【００５３】
以上の工程が終了すれば、図１０の工程７に示すように、発光素子ウェーハＷに対し、ＧａＰ光取出層２０の第一主表面にレーザービームＬＢを、位置を変えつつ順次照射することにより複数の孔ＬＰを分散形成する。孔ＬＰの配列形態は特に限定されず、格子状、千鳥状、同心円状あるいは渦巻状など各種採用でき、形成すべき孔ＬＰの配列方向におけるレーザービームＬＢと発光素子ウェーハＷとの相対的な移動・停止を繰り返しつつ、レーザービームＬＢ断続的に照射することにより、所期のパターンに孔ＬＰを配列形成できる。例えば、発光素子ウェーハＷを固定し、レーザービームＬＢを走査移動する形で孔ＬＰを形成する方法を例示できるが、レーザービームＬＢを固定し、発光素子ウェーハＷを移動させてもよい。
【００５４】
なお、図１１に示すように、レーザービームＬＢにより穿孔形成した孔ＬＰの内面には、化合物組成が化学量論比からシフトした組成変質層（例えば、ＧａＰ光取出層２０の場合は、Ｐ組成が学量論比よりも少なくなるＰ欠乏層）や酸化膜が変質層ＤＬとして残留する場合がある。そこで、図１３に示すように、該組成変質層を湿式エッチングにより除去する。エッチング液ＳＥＡとしては硫酸−過酸化水素水溶液を使用できる。具体的には、例えば濃硫酸（硫酸濃度９８％）：過酸化水素水（過酸化水素濃度３０％）：水の体積配合比率が３：１：１のものを使用でき、液温は３０℃以上７０℃以下に調整するのがよい。なお、酸化膜を除去するだけであれば、フッ化水素酸を用いてもよい。
【００５５】
図１０に戻り、ＧａＰ光取出層２０の第一主表面及びＧａＰ透明基板９０の第二主表面に電極パターニング用のフォトレジスト層を形成し、露光・現像により電極用の窓部をパターニングする。そして、その上から接合合金化層形成用の金属層をスパッタリングや真空蒸着法により形成し、フォトレジスト層とともに不要な蒸着金属をリフトオフし、さらに合金化の熱処理（いわゆるシンター処理）を行なうことにより、接合合金化層９ａ，１５ｃ（図１参照；図１０では表示を省略）とする。そして、これら接合合金化層９ａ，１５ｃをそれぞれ覆うように、光取出側金属電極９及び裏面電極１５を形成する（工程８）。ＧａＰ光取出層２０の第一主表面側では、スパッタリングないし蒸着により孔ＬＰの内面にも一様に金属が付着し（特に、スパッタリングを用いた場合は、孔ＬＰの内側面にも比較的均一な厚みにて金属を堆積させることができる）、孔ＬＰの内面に倣う形状に接合合金化層９ａ及び光取出側金属電極９が形成される。
【００５６】
続いて工程９に進み、発光素子ウェーハＷを２つの＜１００＞方向に沿ってダイシングすることにより、個々の素子チップ１００’にダイシングする。本実施形態では、発光素子ウェーハＷの第二主表面（裏面）に柔軟性を有した樹脂製の粘着シートＡＳを貼り付け、第一主表面側からウェーハ厚さの途中位置までハーフダイシングを行い、その後、粘着シートＡＳを展張して素子チップ１００’に分離するエキスパンド処理を行なうようにしているが、フルダイシングを行なうようにしてもよい。なお、該ダイシング時には、各素子チップの側面部に、結晶欠陥密度の比較的高い加工ダメージ層が形成され、これが後述の面粗し処理を阻害する場合がある。そこで、ダイシング後の素子チップを、前述の硫酸−過酸化水素水溶液からなるエッチング液に浸漬して上記加工ダメージ層を除去することが望ましい。
【００５７】
次に、工程１０に示すように、個々の素子チップ１００’を第一のエッチング液ＥＡに浸漬して第一のエッチング工程を行なう。第一のエッチング液ＥＡは、素子チップ１００’の金属電極９，１５に覆われていない表面領域、具体的には、光取出面１０ｐと側面部ＳＳとの双方に接触する。その結果、各孔ＬＰの内面及びその開口周囲領域と側面部ＳＳの全体とに面粗し突起部Ｆが形成される。
【００５８】
第一のエッチング液は、酢酸と弗酸と硝酸とヨウ素とを含有する水溶液であり、具体的には、
酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ換算）：３７．４質量％以上９４．８質量％以下、
弗酸（ＨＦ換算）：０．４質量％以上１４．８質量％以下、
硝酸（ＨＮＯ３換算）：１．３質量％以上１４．７質量％以下、
ヨウ素（Ｉ２換算）：０．１２質量％以上０．８４質量％以下
の範囲で含有し、かつ、水の含有量が２．４質量％以上４５質量％以下のもの、より望ましくは、
酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ換算）：４５．８質量％以上９４．８質量％以下、
弗酸（ＨＦ換算）：０．５質量％以上１４．８質量％以下、
硝酸（ＨＮＯ３換算）：１．６質量％以上１４．７質量％以下、
ヨウ素（Ｉ２換算）：０．１５質量％以上０．８４質量％以下
の範囲で含有し、かつ、水の含有量が２．４質量％以上３２．７質量％以下のものを採用する。液温は４０℃以上６０℃以下が適当である。
【００５９】
第一のエッチング液はＧａＰの｛１１１｝面に対する優先エッチング性が顕著であり、面粗し突起部Ｆを効率よく安価に形成できる。該第一のエッチング工程が終了した時点では、図６Ａ〜図６Ｆに破線で示すように、面粗し突起部Ｆの頂部は平坦化されていない。そこで、上記のような面粗し突起部Ｆを第一のエッチング工程で形成した後、有機酸、無機酸又はそれらの混合物の水溶液からなる第二のエッチング液を接触させる第二のエッチング工程を行なう。このような酸水溶液からなる第二のエッチング液は、ＧａＰの｛１００｝面に対する優先エッチング性を有しており、エッチング電位の集中しやすい面粗し突起部Ｆの頂点に顕著なエッチング効果を発揮して、ＧａＰ光取出層２０の主表面と同じ（１００）面を出す形でこれを平坦化する。さらに、酸水溶液なのでＧａＰを酸化物に転換しながらエッチング反応が進み、生成した酸化物の介在によりエッチング進行の面内不均一化等も要因となって、平坦化された面粗し突起部Ｆの頂面に微小突起ＳＦが効果的に分散形成される。
【００６０】
該第二のエッチング工程で使用する第二のエッチング液は有機酸として酢酸を含有するものが使用される。具体的には、第二のエッチング液として酢酸を１質量％以上５０質量％以下（例えば５質量％）で含有する酢酸水溶液を使用できる。他方、第二のエッチング液は無機酸として硝酸を含有するものも使用可能である。具体的には、第二のエッチング液として硝酸を０．０１質量％以上４０質量％以下（例えば、０．０６質量％）で含有する硝酸水溶液を使用できる。また、１質量％以上５０質量％以下の範囲の酢酸と、０．０１質量％以上４０質量％以下の硝酸とを含有した、硝酸／酢酸混合水溶液（例えば、酢酸５質量％、硝酸０．０６質量％）を採用することもできる。第二のエッチング液の液温は、例えば２０℃以上１００℃以下の範囲で適宜調整され、酸化進行により微小突起ＳＦを顕著に形成するために、エッチング浸漬時間が少なくとも１０分は確保することが望ましい。
【００６１】
面粗し突起部Ｆの形成が終了すれば素子チップを水洗・乾燥し、さらに、ワイヤボンディングを経て図１の発光素子が完成する。
【００６２】
以下、本発明の発光素子の、種々の変形例について説明する。
孔ＬＰは、図１１に示すように、レーザービームＬＢを用いるとほぼ円状の開口形状を有するものが形成可能である。他方、図１２に示すように、ＧａＰ光取出層２０をエッチングレジストＥＲで被覆し、露光・現像により孔ＬＰの形成領域に対応する窓部をパターニング形成し、その後、乾式エッチングを施すことにより、孔ＬＰを一括して形成することも可能である。乾式エッチングを用いる場合も、孔ＬＰ内面には変質層ＤＬを生ずることがあり、図１３と同様に、該組成変質層を湿式エッチングにより除去することが望ましい。
【００６３】
この場合、窓部のパターニング形状に応じて所望の開口形態の孔ＬＰを形成できる。図１４は、方形の開口形状を有する孔ＬＰを格子状に配列形成した例である。このとき、孔ＬＰの内壁面が互いに直交する｛１００｝面（すなわち、ウェーハの主表面が（１００）面であれば、（０１０）面と（００１）面）となるように、発光素子ウェーハに対する孔ＬＰの形成方位を定めておくと、孔ＬＰの底面及び側面がいずれも異方性エッチングに有利な｛１００｝面となり、面粗し突起部をより顕著に形成することができる。
【００６４】
また、孔に代え、図１５に示すように、所定間隔で配列する溝ＬＧを凹部として形成することも可能である。図１６ではこのような溝ＬＧの組を互いに交差する２方向に格子状に形成した例を示す。溝ＬＧも乾式エッチングによりパターニング形成できるほか、レーザービームを溝形成方向に移動させながら連続照射することにより形成してもよい。
【００６５】
図１７は、光取出側電極９の被覆領域を、孔ＬＰを形成しない平坦面として形成した発光素子の例を示す。図１８は、光取出面２０ｐに孔（凹部）ＬＰを形成しない発光素子の例を示す。また、図１９は、光取出側電極９の被覆領域にも光取出面２０ｐにも孔（凹部）ＬＰを形成しない発光素子の例を示す。図１８及び図１９の構成では、光取出面２０ｐ（及び側面部ＳＳ）には面粗し突起部（及び微小突起）が全面に分散形成される。また、図２０は、不透明基板であるＧａＡｓ基板１を敢えて除去せず、そのまま素子基板として流用した発光素子の例を示す。いずれも、その余の点については、図１の発光素子と全く同一であり、共通部に同一の符号を付与して詳細な説明は略する。
【００６６】
本発明の効果を確認するために、以下の実験を行なった。まず、試験品として、ＧａＰ光取出層への孔形成（レーザー穿孔）と第一及び第二エッチングをいずれも行なわない発光素子チップ（番号１）、レーザー穿孔を行なわず、第一エッチングのみを行なった発光素子チップ（番号２）、レーザー穿孔を行なわず、第一エッチングと第二エッチングとを行なった発光素子チップ（番号３：第二エッチングは酢酸、番号４：第二エッチングは硝酸）、レーザー穿孔を行ない、第一エッチングと第二エッチングとを行なった発光素子チップ（番号５：第二エッチングは酢酸、番号６：第二エッチングは硝酸）をそれぞれ用意した。
【００６７】
なお、第一エッチングは、酢酸８１．７質量％、弗酸５質量％、硝酸５質量％、ヨウ素０．３質量％、水８質量％の組成からなるエッチング液を用い、液温２５℃にて１５０秒行なっている。また、第二エッチングは、酢酸５質量％水溶液により液温６０℃にて１３３時間、又は硝酸０．０６質量％水溶液により液温６０℃にて１３３時間行なっている。また、レーザー穿孔により形成した孔の深さは約６．０μｍであり、孔の開口径は１０μｍである。
【００６８】
上記の各チップに対し、金ワイヤーを用いて市販のワイヤーボンディング機によりワイヤーボンディングを行ない、駆動電流値２０ｍＡにて発光させたときの発光出力ＰＯ（ｍＷ）を測定した。また、原子間力顕微鏡による表面プロファイル解析、走査型電子顕微鏡による表面ならびに断面観察により、光取出面に形成されている面粗し突起部及び微小突起の平均的な高さ及び寸法を測定した。結果を表１に示す（測定値は、それぞれチップ１０個の平均値にて示している）。第一エッチングに続いて第二エッチングを行なったものは、いずれも発光出力が顕著に改善されており、レーザー穿孔を行なったものは発光出力がさらに向上していることがわかる。また、図２１は、番号３の光取出面に形成された面粗し突起部及び微小突起の実例を示す走査型電子顕微鏡による観察画像（倍率４００００倍）である。面粗し突起部の頂面は（１００）面を露出させる形で平坦化され、そこに多数の微小突起部が分散形成されていることがわかる。
【００６９】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の発光素子の第一例を示す側面断面模式図及び光取出側電極周辺の拡大平面図。
【図２】図１のＡ部拡大図。
【図３】同じくＢ部拡大図。
【図４】同じくＣ部拡大図。
【図５】ＧａＰ｛１００｝面上への異方性エッチングによる面粗し突起部の形成形態を概念的に示す図。
【図６Ａ】ＧａＰ｛１００｝面上の面粗し突起部の外形の第一例を示す斜視図。
【図６Ｂ】同じく第二例を示す斜視図。
【図６Ｃ】同じく第三例を示す斜視図。
【図６Ｄ】同じく第四例を示す斜視図。
【図６Ｅ】同じく第五例を示す斜視図。
【図６Ｆ】同じく第六例を示す斜視図。
【図７】図１の発光素子の製造方法を示す工程説明図。
【図８】図７に続く工程説明図。
【図９】図８に続く工程説明図。
【図１０】図９に続く工程説明図。
【図１１】レーザービームにより凹部を穿孔形成する様子を示す模式図。
【図１２】乾式エッチングにより凹部を穿孔形成する様子を示す模式図。
【図１３】湿式エッチングにより凹部内面の変質層を除去する様子を示す模式図。
【図１４】光取出面への凹部形成形態の第一変形例を示す平面図。
【図１５】同じく第二変形例を示す平面図。
【図１６】同じく第三変形例を示す平面図。
【図１７】本発明の発光素子の第二例を示す側面断面模式図及び光取出側電極周辺の拡大平面図。
【図１８】本発明の発光素子の第三例を示す側面断面模式図及び光取出側電極周辺の拡大平面図。
【図１９】本発明の発光素子の第四例を示す側面断面模式図。
【図２０】本発明の発光素子の第五例を示す側面断面模式図。
【図２１】面粗し突起部と微小突起との形成例を示す走査型電子顕微鏡観察画像。
【符号の説明】
【００７１】
４ 第一導電型クラッド層
５ 活性層
６ 第二導電型クラッド層
９ 光取出側金属電極
１６ ワイヤーボンド部
２０ ＧａＰ光取出層
２０ｐ 光取出面
ＳＳ 側面部
２４ 発光層部
Ｗ 発光素子ウェーハ
Ｆ 面粗し突起部
ＳＦ 微小突起
ＬＰ 孔（凹部）
ＬＧ 溝
１００ 発光素子
【技術分野】
【０００１】
この発明は発光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開２００３−２１８３８３号公報
【特許文献２】特開２００３−２０９２８３号公報
【０００３】
化合物半導体からなる発光素子においては、素子内部から素子の表面（光取出領域）に向かう光のうち、臨界角度よりも大角度で光取出領域に入射する光（入射角は、光束入射方向と領域面法線とのなす角度）が全反射により素子内部に戻るので、その全てを取り出せるわけではない。そこで、特許文献１あるいは特許文献２には、光取出層の第一主表面を適当なエッチング液により面粗し処理（フロスト処理とも称される）して微細な凹凸を形成し、発光光束が大角度入射する確率を減じて光取出し効率を高める技術が開示されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１，２に開示された異方性エッチングによる面粗し処理では、面粗し突起の形成密度の増大ひいてはそれによる光取出面積の拡大に限界があり、発光素子の光取出効率をさらに向上させる方法が求められている。
【０００５】
本発明の課題は、素子の光取出面積をより拡大することができ、ひいては光取出効率の更なる向上を図ることができる発光素子と、その製造方法とを提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明の発光素子は、一方の主表面に光取出面が形成される化合物半導体の積層体からなり、該光取出面をなす化合物半導体層がＧａＰ光取出層であり、かつ、該ＧａＰ光取出層の光取出面はＧａＰの（１００）面を基面とする形で異方性エッチング処理による面粗し突起部が分散形成されるとともに、該面粗し突起部の頂部が基面の向きに平坦化され、該平坦化された頂面に該面粗し突起部よりも小さい微小突起がさらに分散形成されてなることを特徴とする。
【０００７】
ＧａＰ光取出層の（１００）主表面を異方性エッチングして面粗し突起部を分散形成し、さらに、その頂面を平坦化して、該面粗し突起部よりも小さい微小突起をさらに分散形成することで、面粗し突起部の頂面の総評面積が微小突起により拡大し、光取出効率を大幅に向上することができる。
【０００８】
ＧａＰ光取出層の主表面が（１００）面であるということは、狭義に該ＧａＰ光取出層の結晶主軸が、ＧａＰ結晶の［１００］方向に一致していることを意味するが、本発明では、その結晶主軸が［１００］方向に対し１゜以上２５゜以下傾けてあっても（つまり、オフアングルが付与されていても）、「ＧａＰ光取出層の第一主表面が（１００）面である」概念に属するものとする。
【０００９】
また、本発明の発光素子の製造方法は、
ＧａＰ光取出層の光取出面をなす主表面を、酢酸と弗酸と硝酸とヨウ素と水とを、その合計が９０質量％以上となるように含有し、かつ酢酸と弗酸と硝酸とヨウ素との合計質量含有率が水の質量含有率よりも高い第一のエッチング液にて異方性エッチングすることにより面粗し突起部を形成する第一のエッチング工程と、
面粗し突起部を形成後の主表面に、有機酸、無機酸又はそれらの混合物の水溶液からなる第二のエッチング液を接触させることにより、面粗し突起部の頂部を平坦化しつつ、その平坦化された面粗し突起部の頂面に微小突起を分散形成する第二のエッチング工程と、
をこの順に実施することを特徴とする。
【００１０】
結晶粒界が存在しない化合物半導体単結晶の表面に、化学エッチングにより面粗し突起部が形成できるためには、用いるエッチング液が特定方位の結晶面上にて他の方位の結晶面よりもエッチング速度が速くなること（そのエッチングに有利となる面を、以下、優先エッチング面という）、すなわち面方位に依存した異方性エッチングが可能でなければならない。異方性エッチングが進行した結晶表面は、面指数は異なるが結晶学的には等価な優先エッチング面が組み合わさって結晶表面に表れ、結晶構造特有の幾何学に由来した凹凸形状を生ずる。立方晶系のＧａＰでは最密充填面である｛１１１｝グループの面が優先エッチング面となる。
【００１１】
酢酸と弗酸と硝酸とヨウ素とを含有する第一のエッチング液はＧａＰの｛１１１｝面に対する優先エッチング性が顕著であり、第一のエッチング工程において用いることで、（１００）面からなるＧａＰ光取出層の第一主表面に特にマスク処理などを施さなくとも凹凸形成が顕著に進行し、ひいてはＧａＰ光取出層の主表面に面粗し突起部を効率よく安価に形成することができる。酢酸と弗酸と硝酸とヨウ素と水の合計は９０質量％以上であり、これ以下の含有率では面粗し突起部を効率良く形成できない。また、酢酸と弗酸と硝酸とヨウ素との合計質量含有率が水の質量含有率より低くなっても、同様に面粗し突起部を効率良く形成できない。なお、酢酸と弗酸と硝酸とヨウ素と水との合計を１００質量％から差し引いた残部は、（１００）面上でのＧａＰに対する異方性エッチング効果が損なわれない範囲内で、他の成分（例えば酢酸以外のカルボン酸等）で占められていてもよい。
【００１２】
面指数の逆符号のものを同一面とみなせば、｛１１１｝グループには方位の異なる４つの面が存在し、第一のエッチング液による面粗し処理では、これらが組み合わさってピラミッド型の面粗し突起部を生じやすい傾向にある（図６Ａの破線部参照：ただし、種々の要因により、半球状（図６Ｂ）、楕円体状（図６Ｃ）、円錐状（図６Ｄ）、キノコ状（図６Ｅ）、三角錐状（図６Ｆ）など、実際には、さまざまな突起形態が生じうる）。
【００１３】
そして、上記のような面粗し突起部を第一のエッチング工程で形成した後、有機酸、無機酸又はそれらの混合物の水溶液からなる第二のエッチング液を接触させる第二のエッチング工程を行なう。このような酸水溶液からなる第二のエッチング液は、ＧａＰの｛１００｝面に対する優先エッチング性を有しており、エッチング電位の集中しやすい面粗し突起部の頂点に顕著なエッチング効果を発揮して、ＧａＰ光取出層の主表面と同じ（１００）面を出す形でこれを平坦化する。さらに、酸水溶液なのでＧａＰを酸化物に転換しながらエッチング反応が進み、生成した酸化物の介在によりエッチング進行の面内不均一化等も要因となって、平坦化された面粗し突起部の頂面に微小突起が効果的に分散形成される。すなわち、微小突起は、面粗し突起部を構成するＧａＰの酸化反応物に由来して形成されたものとなる。
【００１４】
第一のエッチング液は、
酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ換算）：３７．４質量％以上９４．８質量％以下、
弗酸（ＨＦ換算）：０．４質量％以上１４．８質量％以下、
硝酸（ＨＮＯ３換算）：１．３質量％以上１４．７質量％以下、
ヨウ素（Ｉ２換算）：０．１２質量％以上０．８４質量％以下
の範囲で含有し、かつ、水の含有量が２．４質量％以上４５質量％以下のものを採用するのがよい。いずれの成分も上記組成の範囲外になると、ＧａＰ単結晶の（１００）面に対する異方性エッチング効果が十分でなくなり、ＧａＰ光取出層の第一主表面へ面荒らし突起部を十分に形成できなくなる。第一のエッチング液は、より望ましくは、
酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ換算）：４５．８質量％以上９４．８質量％以下、
弗酸（ＨＦ換算）：０．５質量％以上１４．８質量％以下、
硝酸（ＨＮＯ３換算）：１．６質量％以上１４．７質量％以下、
ヨウ素（Ｉ２換算）：０．１５質量％以上０．８４質量％以下
の範囲で含有し、かつ、水の含有量が２．４質量％以上３２．７質量％以下のものを採用するのがよい。すなわち、ＧａＰ単結晶の（１００）面に対する異方性エッチング効果を高めるには、特に水の含有量を上記のように少なく留め、かつ、酸主溶媒の機能を水ではなく酢酸に担わせることが重要であるともいえる。なお、第一のエッチング液の液温は、例えば２０℃以上１００℃以下の範囲で適宜調整することが望ましい。
【００１５】
一方、第二のエッチング工程で使用する第二のエッチング液は有機酸として酢酸を含有するものが、第一のエッチング液で形成した面粗し突起部の頂面平坦化と、微小突起の形成性に優れ、本発明に好適に採用できる。この場合、第二のエッチング液の酢酸含有率は１質量％以上５０質量％以下で調整することが望ましい。第二のエッチング液の酢酸含有率が１質量％未満であると微小突起の形成が十分に進まなくなる。また、第二のエッチング液の酢酸含有率が５０質量％を超えると、ダイシング後のチップを支持している粘着シートの粘着力が劣化し、チップが脱落したりする不具合を招く場合がある。例えば、酸成分として上記範囲の酢酸のみを含有する水溶液も該第二のエッチング液として十分採用可能である。
【００１６】
また、第二のエッチング工程で使用する第二のエッチング液は無機酸として硝酸を含有するものも、同様に本発明に好適に採用できる。この場合、第二のエッチング液の硝酸含有率は０．０１質量％以上４０質量％以下で調整することが望ましい。第二のエッチング液の硝酸含有率が０．０１質量％未満になるとエッチング速度が低下し、面粗し突起部の頂面平坦化及び微小突起の形成が十分に進まなくなる。また、第二のエッチング液の硝酸含有率が４０質量％を超えると、電極を構成する金属が触媒となって電極周囲のＧａＰ単結晶のエッチングが顕著となり、電極が剥離したり、エッチングによりチップが傾斜したりする不具合につながる。例えば、酸成分として上記範囲の硝酸のみを含有する水溶液も該第二のエッチング液として十分採用可能である。他方、さらに、１質量％以上５０質量％以下の範囲で酢酸を混合した、硝酸／酢酸混合水溶液を採用することも可能である。
【００１７】
第二のエッチング液の液温は、例えば２０℃以上１００℃以下の範囲で適宜調整することが望ましい。また、酸化進行により微小突起を顕著に形成するために、第二のエッチング液による面粗し突起部のエッチング時間を少なくとも１０分は確保することが望ましい。
【００１８】
なお、第二のエッチング液に採用する有機酸としては、酢酸以外にも、蟻酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、マルガリン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキドン酸、ドコサヘキサエン酸、エイコサペンタン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、安息香酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、サリチル酸、没食子酸、メリト酸、ケイ皮酸、ピルビン酸、乳酸、リンゴ酸、クエン酸、フマル酸、マレイン酸、アコニット酸、グルタル酸、アジピン酸及びアミノ酸のいずれかを採用することもでき、無機酸としては、硝酸以外に、塩酸、リン酸、硫酸及び硼酸のいずれかを採用することもできる。また、酢酸及び硝酸も含めて、上記グループに属する２種以上の酸を混合して用いてもよい。
【００１９】
光取出効率改善効果を顕著化するために、面粗し突起部は、頂面までの平均的な高さが０．１μｍ以上５μｍ以下となるように形成するのがよい。また、微小突起は、頂面からの平均的な高さが０．０１μｍ以上０．７μｍ以下となるように形成するのがよい。さらに、微小突起は、平均的な平面寸法が０．０１μｍ以上０．７μｍ以下となるように形成するのがよい。なお、「微小突起の平面寸法」とは、微小突起を平面視したときの、突起領域と同面積の円の直径として定義する。
【００２０】
次に、ＧａＰ光取出層の主表面側の表層部に面粗し突起部よりも内部体積の大きい凹部を分散形成し、凹部の内表面に上記の（微小突起が形成された）面粗し突起部をさらに分散形成することができる。該構成によると、発光素子を構成する積層体の、光取出面をなす一方の主表面に凹部を分散形成し、その凹部の内面に異方性エッチング処理による微細な面粗し突起部を分散形成する。つまり、光取出面を平坦に形成する場合と比較して、面粗し対象面の総面積が凹部を形成する分だけ増大し、これにさらに面粗し突起部を重畳形成することによって、面粗し突起の総形成量を増加させることができる。その結果、異方性エッチングによる面粗し処理のみを行なう従来の手法と比較して、素子の光取出面積をより拡大することができ、ひいては光取出効率の更なる向上を図ることができる。
【００２１】
凹部は複数の孔として散点状に分散形成することができる。これにより、凹部を光取出面に一様に形成でき、凹部の形成密度や個々の凹部の寸法の調整も容易である。このような孔は、レーザービームにより穿孔形成することができる。レーザービームの採用により、寸法や深さの揃った多数の孔を迅速に形成でき、また、ビーム出力やビーム径により個々の孔の寸法や深さも容易に調整できる。
【００２２】
一方、上記の凹部を乾式エッチングにより形成することも可能である。この場合、ＧａＰ光取出層の主表面を適当なエッチングレジストで被覆し、露光・現像により凹部の形成領域に対応する窓部をパターニング形成し、その後、乾式エッチングを施すことにより、凹部を一括して形成することができる。
【００２３】
上記のレーザービーム穿孔ないし乾式エッチングにより凹部を形成したとき、凹部内面に変質層（化合物の組成変質層や酸化層）が残留することがある。このような変質層が形成されると、面粗しのための異方性エッチング処理が阻害される場合があるので、該変質層を湿式エッチングにより除去し、その後、当該凹部の内面を上記第一及び第二のエッチング液にて順次処理することが望ましい。
【００２４】
面粗し突起部は、光取出面の凹部の開口周縁をなす領域にも分散形成することができる。また、ＧａＰ光取出層の凹部が非形成となる側面部にも、上記第一及び第二のエッチング処理を施して面粗し突起部を分散形成することができる。これにより、凹部の開口周縁領域ないしＧａＰ光取出層の側面部における光取出効率をそれぞれ向上でき、素子全体の発光輝度をより高めることができる。
【００２５】
光取出面への凹部の形成は、前述の積層体として形成された発光素子ウェーハ（つまり、素子チップへのダイシング前）の状態で、その主表面全面に分散形成することが効率的である。他方、上記のごとく、面粗し突起部を凹部の内面以外（特に、チップ側面部）にも形成したい場合は、発光素子ウェーハを素子チップにダイシング後、個々の素子チップを上記第一及び第二のエッチング液に順次浸漬してエッチング処理を行なうようにすると効果的である。
【００２６】
上記の発光層部は、例えは、組成式（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）にて表される化合物のうち、ＧａＡｓと格子整合する組成を有する化合物にて各々構成された第一導電型クラッド層、活性層及び第二導電型クラッド層がこの順序で積層されたダブルへテロ構造を有するものとして形成さできる。また、ＧａＰ光取出層は、厚さ１０μｍ以上に形成することが望ましい。
【００２７】
（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ混晶（ただし、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１；以下、ＡｌＧａＩｎＰ混晶、あるいは単にＡｌＧａＩｎＰとも記載する）により発光層部が形成された発光素子は、薄いＡｌＧａＩｎＰ活性層を、それよりもバンドギャップの大きいｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層とｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層とによりサンドイッチ状に挟んだダブルへテロ構造を採用することにより、例えば緑色から赤色までの広い波長域にて高輝度の素子を実現できる。そして、電流拡散層を、ＧａＰにより一定以上（すなわち、１０μｍ以上）に厚みを増加した光取出層として形成すれば、素子面内の電流拡散効果が向上するばかりでなく、層側面からの光取出量も増加するので、光取出効率をより高めることができるようになる。光取出層は、発光光束を効率よく透過させ、光取出し効率を高めることができるよう、発光光束の光量子エネルギーよりもバンドギャップエネルギーの大きい化合物半導体で形成する必要がある。特にＧａＰはバンドギャップエネルギーが大きく発光光束の吸収が小さいので、ＡｌＧａＩｎＰ系発光素子の光取出層として好適である。
【００２８】
なお、本発明の適用対象となる発光素子において、発光層部を構成する化合物半導体はＡｌＧａＩｎＰ系に限定されず、例えばＧａＰで構成してもよい。
【００２９】
本発明においては、面粗し突起部を凹部内に分散形成するので、当然、凹部の凹部内空間体積を面粗し突起部の体積よりも大きく設定する必要がある。ＧａＰ光取出層に凹部を複数の孔として散点状に分散形成する場合、該孔の開口径（円形以外の開口を有する場合は、同面積の円の直径に換算した値とする）を１μｍ以上５０μｍ以下、孔深さを０．５μｍ以上２５μｍ以下に形成するとよい。
【００３０】
次に、本発明の発光素子においては、ＧａＰ光取出層の表層部において、光取出側金属電極の形成領域に凹部を分散形成し、光取出側金属電極が該凹部の内面を、その開口周囲領域とともに密着被覆する構成とすることもできる。この場合、通電用の光取出側金属電極の形成予定領域に凹部を分散形成する凹部形成工程と、該形成予定領域にて凹部の内面及びその開口周囲領域を、光取出側金属電極により密着被覆する光取出側金属電極形成工程とをこの順で実施する。
【００３１】
この構成によると、発光素子を構成する積層体の光取出側の主表面において、光取出側金属電極の形成領域に凹部を分散形成し、該凹部の内面をその開口周囲領域とともに密着被覆する形で光取出側金属電極を形成するようにした。これにより、予めＧａＰ光取出層の表層部に形成した凹部内に食い込む形で光取出側金属電極が形成され、密着面積が増大する結果、電極の接合強度を大幅に高めることができる。また、光取出側金属電極にワイヤーボンド部を接合してモールドし、その状態で熱サイクル等による繰り返し剪断応力が両者の間に作用しても、電極が凹部内に入り込んでいわゆるアンカー効果を生じ、剥離等を生じにくい。
【００３２】
この場合も凹部は複数の孔として光取出側金属電極の形成領域に散点状に分散形成することができる。該孔は、レーザービームにより穿孔形成してもよいし、乾式エッチングにより形成してもいずれでもよい。また、凹部内面に変質層が残留すると、光取出側電極との密着性が阻害される場合があるので、ここでも該変質層を湿式エッチングにより除去し、その後、光取出側金属電極を形成することが望ましい。
【００３３】
光取出側金属電極は、凹部の深さよりも小さい厚みを有するものとして形成できる。この場合、該凹部の内面形状に倣う形で光取出側金属電極が形成されると、該光取出側金属電極の凹部内面に密着しているのと反対側の主表面に、該凹部に対応する形状の電極凹部が生ずる。そして、このような光取出側金属電極の主表面に素子通電用ワイヤーをボンディングするためのワイヤーボンド部を接合すると、該ワイヤーボンド部は上記の電極凹部を充填する形で光取出側金属電極に密着接合される。つまり、下地の化合物半導体層の凹部形状を電極表面に電極凹部として転写し、これにワイヤーボンド部の接合側部分を充填する形でボンディングを行なうことで、ワイヤーボンド部が電極凹部に、ひいては光取出側金属電極を介してＧａＰ光取出層の凹部内に大きく食い込み、アンカー効果は一層高められる。例えば、ワイヤーボンド部をボンディング後、周知のシェアテストを実施すると、破断モードをボンド部／チップ間の界面剥離破断から、ボンド部内破断モード（例えば凹部食込部の付け根位置での破断）へ遷移させることができ、剪断接合強度が大幅に向上する。
【００３４】
上記の凹部は、電極形成領域及びその周囲の光取出面との双方、すなわちＧａＰ光取出層の主表面全面に形成することもできる。そこで、積層体として形成された化合物半導体ウェーハの主表面の全面に凹部を分散形成し、該凹部を形成後の化合物半導体ウェーハの各素子チップとなる領域に光取出側金属電極を個別に形成し、その後、化合物半導体ウェーハを素子チップにダイシングする工程を採用すると効率的である。また、凹部をウェーハひいては素子の全面に渡って一様に形成するには、凹部を所定の配列パターンに従って形成することが当然望ましい。この場合、凹部は、ＧａＰ光取出層の主表面に対し、光取出側金属電極による被覆領域と光取出面とにまたがる所定方向に沿って配列形成される形となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の実施の形態を添付の図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態である発光素子１００を示す概念図である。発光素子１００は、発光層部２４と、該発光層部２４の第一主表面側に形成されたＧａＰ光取出層（ここではｐ型）２０とを有する。また、発光層部２４の第二主表面側にはＧａＰ透明基板９０が配置されている。発光層部２４は、ノンドープ（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦０．５５，０．４５≦ｙ≦０．５５）混晶からなる活性層５を、ｐ型（ＡｌｚＧａ１−ｚ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただしｘ＜ｚ≦１）からなるｐ型クラッド層（第一導電型クラッド層）６とｎ型（ＡｌｚＧａ１−ｚ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただしｘ＜ｚ≦１）からなるｎ型クラッド層（第二導電型クラッド層）４とにより挟んだ構造を有する。図１の発光素子１００では、第一主表面側（図面上側）にｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６が配置されており、第二主表面側（図面下側）にｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４が配置されている。なお、ここでいう「ノンドープ」とは、「ドーパントの積極添加を行なわない」との意味であり、通常の製造工程上、不可避的に混入するドーパント成分の含有（例えば１×１０１３〜１×１０１６／ｃｍ３程度を上限とする）をも排除するものではない。この発光層部２４はＭＯＶＰＥ法により成長されたものである。ｎ型クラッド層４及びｐクラッド層６の厚さは、例えばそれぞれ０．８μｍ以上４μｍ以下（望ましくは０．８μｍ以上２μｍ以下）であり、活性層５の厚さは例えば０．４μｍ以上２μｍ以下（望ましくは０．４μｍ以上１μｍ以下）である。発光層部２４全体の厚さは、例えば２μｍ以上１０μｍ以下（望ましくは２μｍ以上５μｍ以下）である。
【００３６】
次に、ＧａＰ光取出層２０は、１０μｍ以上２００μｍ以下（望ましくは４０μｍ以上２００μｍ以下：本実施形態では例えば１００μｍ）の厚膜に形成され、図１に示すように、その第一主表面の一部（ここでは中央部）を覆う形で光取出側金属電極９が形成され、その周囲の主表面領域が光取出面２０ｐとされている。
【００３７】
ＧａＰ光取出層２０の第一主表面において光取出側金属電極９の被覆領域には凹部としての孔ＬＰが散点状に分散形成され、光取出側金属電極９が各孔ＬＰの内面を、その開口周囲領域とともに密着被覆している。光取出側金属電極９には、ワイヤーボンド部１６を介して電極ワイヤー１７の一端が接合されている。また、光取出側金属電極９とＧａＰ光取出層２０との間には、ＡｕＢｅ合金等からなる接合合金化層９ａが孔ＬＰの内面に倣う形状に形成されている。ワイヤーボンド部１６は、特許文献２に開示されているごとく、キャピラリ先端から突出するワイヤーの先端に火花放電によりワイヤーボールを形成し、これをキャピラリ先端面にて光取出側金属電極９（ボンディングパッド）に押し付けつつ、例えばサーモソニック法等により溶着することにより形成される。
【００３８】
ＧａＰ光取出層２０の表層部に形成した孔ＬＰ内に食い込む形で光取出側金属電極９が形成されることで、光取出側金属電極９とＧａＰ光取出層２０との密着面積が増大する結果、電極の接合強度を大幅に高めることができる。また、光取出側金属電極９にワイヤーボンド部１６を接合して素子全体をモールドし、その状態で熱サイクル等による繰り返し剪断応力が両者の間に作用しても、電極が孔ＬＰ内に入り込んでいわゆるアンカー効果を生じ、剥離等を生じにくい。
【００３９】
図２、図３及び図４に、図１にて各破線で囲んだＡ部、Ｂ部及びＣ部の拡大模式図を示す。光取出側金属電極９は、孔ＬＰの深さｄよりも小さい厚みに形成されている。該孔ＬＰの内面形状に倣う形で光取出側金属電極９が形成されると、該光取出側金属電極９の孔ＬＰ内面に密着しているのと反対側の主表面に、該孔ＬＰに対応する形状の電極凹部ＬＰＦが生ずる。ワイヤーボンド部１６は加熱軟化した状態で電極凹部ＬＰＦに向けて加圧され、電極凹部ＬＰＦ内への塑性流動を生じつつ接合される。その結果、ワイヤーボンド部１６は上記の電極凹部ＬＰＦを充填する形で光取出側金属電極９に密着接合される。つまり、下地の化合物半導体層の孔ＬＰ形状を電極表面に電極凹部ＬＰＦとして転写し、これにワイヤーボンド部１６の接合側部分を充填する形でボンディングを行なうことで、ワイヤーボンド部１６が電極凹部ＬＰＦひいては光取出側金属電極９を介してＧａＰ光取出層の孔ＬＰ内に大きく食い込み、アンカー効果が一層高められる。孔ＬＰ形成による剪断強度向上効果を十分に高めるため、孔ＬＰの深さｄは５μｍ以上確保しておくことが有効である。
【００４０】
次に、図１に示すように、光取出面２０ｐにも、光取出側電極９の被覆領域に形成したのと同様の孔ＬＰが多数分散形成されている。孔ＬＰは、光取出面２０ｐと光取出側電極９の被覆領域とにまたがる形で、縦横２方向に一定間隔で格子状に配列形成されている。そして、図２及び図３に示すように、光取出面２０ｐに開口する孔ＬＰの内表面には、異方性エッチング処理（後述の第一及び第二のエッチング工程）による面粗し突起部Ｆが一様に分散形成されている。また、該面粗し突起部Ｆは、光取出面２０ｐの孔ＬＰの開口周縁をなす領域ＰＡにも分散形成されている。さらに、図２及び図４に示すように、ＧａＰ光取出層２０及びＧａＰ透明基板９０の孔ＬＰが非形成となる側面部ＳＳにも面粗し突起部Ｆが分散形成されている。
【００４１】
ＧａＰ光取出層２０は上記のように厚く形成されることで、光取出側金属電極９を介した通電による発光駆動電流を素子面内に拡散させ、発光層部２４を面内にて均一に発光させる電流拡散層としての機能を果たす。また、層側面部ＳＳからの取出光束も増加させ、発光素子全体の輝度（積分球輝度）を高める役割を担う。ＧａＰは活性層５をなすＡｌＧａＩｎＰよりもバンドギャップエネルギーが大きく、発光光束の吸収が抑制されている。
【００４２】
そして、光取出面２０ｐの総表面積が孔ＬＰを形成する分だけ増大し、これにさらに面粗し突起部Ｆを重畳形成することによって、孔ＬＰを形成しない場合と比較して面粗し突起部Ｆの総形成量が増加する。その結果、素子の光取出面積をより拡大することができ、ひいては光取出効率の更なる向上を図ることができる。また、図２及び図４に示すように、側面部ＳＳにも同様の面粗し突起部Ｆが形成され、該側面からの光取出効率も向上している。なお、図３に示すように、光取出側金属電極９に被覆されている領域では、孔ＬＰの内面に面粗し突起部Ｆは形成されていない。
【００４３】
本実施形態にてＧａＰ光取出層２０はＨＶＰＥ法により成長されたものである（ＭＯＶＰＥ法でもよい）。なお、ＧａＰ光取出層２０と発光層部２４との間には、ＧａＰ層からなる接続層２０Ｊが、発光層部２４に続く形でＭＯＶＰＥ法により形成されてなる。なお、接続層２０Ｊは、ＡｌＧａＩｎＰからなる発光層部２４と、ＧａＰ光取出層２０との間で、格子定数差（ひいては混晶比）を漸次変化させるＡｌＧａＩｎＰ層としてもよい。なお、ＧａＰ光取出層２０はＨＶＰＥ法によるエピタキシャル成長層とする代わりに、ＧａＰ単結晶基板の貼り合わせにより形成することも可能である。
【００４４】
また、ＧａＰ透明基板９０はＧａＰ単結晶基板の貼り合わせにより形成されたものであり（ＨＶＰＥ法によるエピタキシャル成長層としてもよい：符号９１は、ＡｌＧａＩｎＰからなる接続層である）、第二主表面の全面がＡｕ電極等からなる裏面電極１５にて覆われている。ＧａＰ透明基板９０の結晶方位は、発光層部２４と一致させてある（つまり、オフアングル角度を合わせてある）。ＧａＰ透明基板９０の厚さは例えば１０μｍ以上２００μｍ以下である。裏面電極１５は、発光層部２４からＧａＰ透明基板９０を透過して到来する発光光束に対する反射層を兼ねており、光取出し効率の向上に寄与している。また、裏面電極１５とＧａＰ透明基板９０との間には、両者の接触抵抗を低減するためのＡｕＧｅＮｉ合金等からなる接合合金化層１５ｃが散点状に分散形成されている。ＧａＰ光取出層２０及びＧａＰ透明基板９０は、いずれも、ドーパント濃度が５×１０１６／ｃｍ３以上２×１０１８／ｃｍ３以下に調整されている（なお、接合合金化層９ａの直下に、接触抵抗を高めるための高濃度ドーピング領域が形成される場合は、これを除いた領域のドーパント濃度を意味する）。
【００４５】
ＧａＰ光取出層２０の主光取出領域（第一主表面）２０ｐは、凹凸をならした基準平面が、ＧａＰ単結晶の（１００）面とほぼ一致しており（ただし、１゜以上２５゜以下（例えば１５°）のオフアングルが付与されていてもよい）、面粗し突起部Ｆは、図５に示すように、平坦な（１００）結晶主表面を後述の第一のエッチング液と接触させることにより異方性エッチングして形成したものである。また、側面部ＳＳ（図１）も同様に｛１００｝面とほぼ一致する面となっている。
【００４６】
図６Ａに示すように、面粗し突起部Ｆの外面は、ＧａＰ単結晶の化学的な異方性エッチング特性により、｛１１１｝面を主体に（突起部表面の５０％以上）形成される。異方性エッチングが理想的に進行すれば、｛１００｝面上の面粗し突起部Ｆは、図６Ｂに示すごとく面方位の異なる４つの｛１１１｝面に囲まれたピラミッド状の外観形態をなすが、実際には種々の要因により、半球状（図６Ｂ）、楕円体状（図６Ｃ）、円錐状（図６Ｄ）、キノコ状（図６Ｅ）、三角錐状（図６Ｆ）など、さまざまな突起形態が生じうる。
【００４７】
そして、本発明においては、図６Ａ〜図６Ｆに示すごとく、面粗し突起部Ｆの頂部が基面（（１００）面：光取出面）とほぼ平行に平坦化され（従って、その平坦化された頂面も（１００）面である）、該平坦化された頂面に該面粗し突起部Ｆよりも小さい微小突起ＳＦがさらに分散形成されてなる。面粗し突起部Ｆの頂面を平坦化して、該面粗し突起部Ｆよりも小さい微小突起ＳＦをさらに分散形成することで、面粗し突起部Ｆの頂面の総評面積が微小突起ＳＦにより拡大し、光取出効率を大幅に向上することができる。該微小突起ＳＦは、後述のごとく、面粗し突起部Ｆを構成するＧａＰの酸化反応物に由来して形成されたものである。
【００４８】
なお、面粗し突起部Ｆは、頂面までの平均的な高さが０．１μｍ以上５μｍ以下となるように形成されている。また、微小突起ＳＦは、頂面からの平均的な高さと平面寸法とが、それぞれ０．０１μｍ以上０．７μｍ以下となるように形成されている。また、孔ＬＰは、例えば開口径が１μｍ以上５０μｍ以下、開口深さが０．５μｍ以上２５μｍ以下であり、配列間隔が０．１μｍ以上２０μｍ以下である。
【００４９】
以下、図１の発光素子１００の製造方法について説明する。
まず、図７の工程１に示すように、成長用基板として、主表面が（１００）面のＧａＡｓ単結晶基板１を用意する。次に、工程２に示すように、その基板１の主表面に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２を例えば０．５μｍエピタキシャル成長し、さらにＡｌＧａＩｎＰ接続層９１（４μｍ）を成長し、次いで、発光層部２４として、各々（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰよりなる、厚さ１μｍのｎ型クラッド層４（ｎ型ドーパントはＳｉ）、厚さ０．６μｍの活性層（ノンドープ）５及び厚さ１μｍのｐ型クラッド層６（ｐ型ドーパントはＭｇ：有機金属分子からのＣもｐ型ドーパントとして寄与しうる）を、この順序にてエピタキシャル成長させる。ｐ型クラッド層６とｎ型クラッド層４との各ドーパント濃度は、例えば１×１０１７／ｃｍ３以上２×１０１８／ｃｍ３以下である。さらに、図８の工程３に示すように、ｐ型クラッド層６上に接続層２０Ｊをエピタキシャル成長する。
【００５０】
上記各層のエピタキシャル成長は、公知のＭＯＶＰＥ法により行なわれる。Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ（インジウム）、Ｐ（リン）の各成分源となる原料ガスとしては以下のようなものを使用できる；
・Ａｌ源ガス；トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡｌ）など；
・Ｇａ源ガス；トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）など；
・Ｉｎ源ガス；トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリエチルインジウム（ＴＥＩｎ）など。
・Ｐ源ガス；トリメチルリン（ＴＭＰ）、トリエチルリン（ＴＥＰ）、ホスフィン（ＰＨ３）など。
【００５１】
工程４に進み、ｐ型ＧａＰよりなるＧａＰ光取出層２０を、ＨＶＰＥ法により成長させる。ＨＶＰＥ法は、具体的には、容器内にてＩＩＩ族元素であるＧａを所定の温度に加熱保持しながら、そのＧａ上に塩化水素を導入することにより、下記（１）式の反応によりＧａＣｌを生成させ、キャリアガスであるＨ2ガスとともに基板上に供給する。
Ｇａ（液体）＋ＨＣｌ（気体） → ＧａＣｌ（気体）＋１／２Ｈ２‥‥（１）
成長温度は例えば６４０℃以上８６０℃以下に設定する。また、Ｖ族元素であるＰは、ＰＨ３をキャリアガスであるＨ２とともに基板上に供給する。さらに、ｐ型ドーパントであるＺｎは、ＤＭＺｎ（ジメチルＺｎ）の形で供給する。ＧａＣｌはＰＨ３との反応性に優れ、下記（２）式の反応により、効率よくＧａＰ光取出層２０を成長させることができる：
ＧａＣｌ（気体）＋ＰＨ３（気体）
→ＧａＰ（固体）＋ＨＣｌ（気体）＋Ｈ２（気体）‥‥（２）
【００５２】
ＧａＰ光取出層２０の成長が終了したら、図９の工程５に進み、ＧａＡｓ基板１をアンモニア／過酸化水素混合液などのエッチング液を用いて湿式エッチングすることにより除去する。そして、ＧａＡｓ基板１が除去された発光層部２４の第二主表面側（接続層９１の第二主表面である）に、別途用意されたｎ型ＧａＰ単結晶基板を貼り合わせてＧａＰ透明基板９０とし、発光素子ウェーハＷを得る。
【００５３】
以上の工程が終了すれば、図１０の工程７に示すように、発光素子ウェーハＷに対し、ＧａＰ光取出層２０の第一主表面にレーザービームＬＢを、位置を変えつつ順次照射することにより複数の孔ＬＰを分散形成する。孔ＬＰの配列形態は特に限定されず、格子状、千鳥状、同心円状あるいは渦巻状など各種採用でき、形成すべき孔ＬＰの配列方向におけるレーザービームＬＢと発光素子ウェーハＷとの相対的な移動・停止を繰り返しつつ、レーザービームＬＢ断続的に照射することにより、所期のパターンに孔ＬＰを配列形成できる。例えば、発光素子ウェーハＷを固定し、レーザービームＬＢを走査移動する形で孔ＬＰを形成する方法を例示できるが、レーザービームＬＢを固定し、発光素子ウェーハＷを移動させてもよい。
【００５４】
なお、図１１に示すように、レーザービームＬＢにより穿孔形成した孔ＬＰの内面には、化合物組成が化学量論比からシフトした組成変質層（例えば、ＧａＰ光取出層２０の場合は、Ｐ組成が学量論比よりも少なくなるＰ欠乏層）や酸化膜が変質層ＤＬとして残留する場合がある。そこで、図１３に示すように、該組成変質層を湿式エッチングにより除去する。エッチング液ＳＥＡとしては硫酸−過酸化水素水溶液を使用できる。具体的には、例えば濃硫酸（硫酸濃度９８％）：過酸化水素水（過酸化水素濃度３０％）：水の体積配合比率が３：１：１のものを使用でき、液温は３０℃以上７０℃以下に調整するのがよい。なお、酸化膜を除去するだけであれば、フッ化水素酸を用いてもよい。
【００５５】
図１０に戻り、ＧａＰ光取出層２０の第一主表面及びＧａＰ透明基板９０の第二主表面に電極パターニング用のフォトレジスト層を形成し、露光・現像により電極用の窓部をパターニングする。そして、その上から接合合金化層形成用の金属層をスパッタリングや真空蒸着法により形成し、フォトレジスト層とともに不要な蒸着金属をリフトオフし、さらに合金化の熱処理（いわゆるシンター処理）を行なうことにより、接合合金化層９ａ，１５ｃ（図１参照；図１０では表示を省略）とする。そして、これら接合合金化層９ａ，１５ｃをそれぞれ覆うように、光取出側金属電極９及び裏面電極１５を形成する（工程８）。ＧａＰ光取出層２０の第一主表面側では、スパッタリングないし蒸着により孔ＬＰの内面にも一様に金属が付着し（特に、スパッタリングを用いた場合は、孔ＬＰの内側面にも比較的均一な厚みにて金属を堆積させることができる）、孔ＬＰの内面に倣う形状に接合合金化層９ａ及び光取出側金属電極９が形成される。
【００５６】
続いて工程９に進み、発光素子ウェーハＷを２つの＜１００＞方向に沿ってダイシングすることにより、個々の素子チップ１００’にダイシングする。本実施形態では、発光素子ウェーハＷの第二主表面（裏面）に柔軟性を有した樹脂製の粘着シートＡＳを貼り付け、第一主表面側からウェーハ厚さの途中位置までハーフダイシングを行い、その後、粘着シートＡＳを展張して素子チップ１００’に分離するエキスパンド処理を行なうようにしているが、フルダイシングを行なうようにしてもよい。なお、該ダイシング時には、各素子チップの側面部に、結晶欠陥密度の比較的高い加工ダメージ層が形成され、これが後述の面粗し処理を阻害する場合がある。そこで、ダイシング後の素子チップを、前述の硫酸−過酸化水素水溶液からなるエッチング液に浸漬して上記加工ダメージ層を除去することが望ましい。
【００５７】
次に、工程１０に示すように、個々の素子チップ１００’を第一のエッチング液ＥＡに浸漬して第一のエッチング工程を行なう。第一のエッチング液ＥＡは、素子チップ１００’の金属電極９，１５に覆われていない表面領域、具体的には、光取出面１０ｐと側面部ＳＳとの双方に接触する。その結果、各孔ＬＰの内面及びその開口周囲領域と側面部ＳＳの全体とに面粗し突起部Ｆが形成される。
【００５８】
第一のエッチング液は、酢酸と弗酸と硝酸とヨウ素とを含有する水溶液であり、具体的には、
酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ換算）：３７．４質量％以上９４．８質量％以下、
弗酸（ＨＦ換算）：０．４質量％以上１４．８質量％以下、
硝酸（ＨＮＯ３換算）：１．３質量％以上１４．７質量％以下、
ヨウ素（Ｉ２換算）：０．１２質量％以上０．８４質量％以下
の範囲で含有し、かつ、水の含有量が２．４質量％以上４５質量％以下のもの、より望ましくは、
酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ換算）：４５．８質量％以上９４．８質量％以下、
弗酸（ＨＦ換算）：０．５質量％以上１４．８質量％以下、
硝酸（ＨＮＯ３換算）：１．６質量％以上１４．７質量％以下、
ヨウ素（Ｉ２換算）：０．１５質量％以上０．８４質量％以下
の範囲で含有し、かつ、水の含有量が２．４質量％以上３２．７質量％以下のものを採用する。液温は４０℃以上６０℃以下が適当である。
【００５９】
第一のエッチング液はＧａＰの｛１１１｝面に対する優先エッチング性が顕著であり、面粗し突起部Ｆを効率よく安価に形成できる。該第一のエッチング工程が終了した時点では、図６Ａ〜図６Ｆに破線で示すように、面粗し突起部Ｆの頂部は平坦化されていない。そこで、上記のような面粗し突起部Ｆを第一のエッチング工程で形成した後、有機酸、無機酸又はそれらの混合物の水溶液からなる第二のエッチング液を接触させる第二のエッチング工程を行なう。このような酸水溶液からなる第二のエッチング液は、ＧａＰの｛１００｝面に対する優先エッチング性を有しており、エッチング電位の集中しやすい面粗し突起部Ｆの頂点に顕著なエッチング効果を発揮して、ＧａＰ光取出層２０の主表面と同じ（１００）面を出す形でこれを平坦化する。さらに、酸水溶液なのでＧａＰを酸化物に転換しながらエッチング反応が進み、生成した酸化物の介在によりエッチング進行の面内不均一化等も要因となって、平坦化された面粗し突起部Ｆの頂面に微小突起ＳＦが効果的に分散形成される。
【００６０】
該第二のエッチング工程で使用する第二のエッチング液は有機酸として酢酸を含有するものが使用される。具体的には、第二のエッチング液として酢酸を１質量％以上５０質量％以下（例えば５質量％）で含有する酢酸水溶液を使用できる。他方、第二のエッチング液は無機酸として硝酸を含有するものも使用可能である。具体的には、第二のエッチング液として硝酸を０．０１質量％以上４０質量％以下（例えば、０．０６質量％）で含有する硝酸水溶液を使用できる。また、１質量％以上５０質量％以下の範囲の酢酸と、０．０１質量％以上４０質量％以下の硝酸とを含有した、硝酸／酢酸混合水溶液（例えば、酢酸５質量％、硝酸０．０６質量％）を採用することもできる。第二のエッチング液の液温は、例えば２０℃以上１００℃以下の範囲で適宜調整され、酸化進行により微小突起ＳＦを顕著に形成するために、エッチング浸漬時間が少なくとも１０分は確保することが望ましい。
【００６１】
面粗し突起部Ｆの形成が終了すれば素子チップを水洗・乾燥し、さらに、ワイヤボンディングを経て図１の発光素子が完成する。
【００６２】
以下、本発明の発光素子の、種々の変形例について説明する。
孔ＬＰは、図１１に示すように、レーザービームＬＢを用いるとほぼ円状の開口形状を有するものが形成可能である。他方、図１２に示すように、ＧａＰ光取出層２０をエッチングレジストＥＲで被覆し、露光・現像により孔ＬＰの形成領域に対応する窓部をパターニング形成し、その後、乾式エッチングを施すことにより、孔ＬＰを一括して形成することも可能である。乾式エッチングを用いる場合も、孔ＬＰ内面には変質層ＤＬを生ずることがあり、図１３と同様に、該組成変質層を湿式エッチングにより除去することが望ましい。
【００６３】
この場合、窓部のパターニング形状に応じて所望の開口形態の孔ＬＰを形成できる。図１４は、方形の開口形状を有する孔ＬＰを格子状に配列形成した例である。このとき、孔ＬＰの内壁面が互いに直交する｛１００｝面（すなわち、ウェーハの主表面が（１００）面であれば、（０１０）面と（００１）面）となるように、発光素子ウェーハに対する孔ＬＰの形成方位を定めておくと、孔ＬＰの底面及び側面がいずれも異方性エッチングに有利な｛１００｝面となり、面粗し突起部をより顕著に形成することができる。
【００６４】
また、孔に代え、図１５に示すように、所定間隔で配列する溝ＬＧを凹部として形成することも可能である。図１６ではこのような溝ＬＧの組を互いに交差する２方向に格子状に形成した例を示す。溝ＬＧも乾式エッチングによりパターニング形成できるほか、レーザービームを溝形成方向に移動させながら連続照射することにより形成してもよい。
【００６５】
図１７は、光取出側電極９の被覆領域を、孔ＬＰを形成しない平坦面として形成した発光素子の例を示す。図１８は、光取出面２０ｐに孔（凹部）ＬＰを形成しない発光素子の例を示す。また、図１９は、光取出側電極９の被覆領域にも光取出面２０ｐにも孔（凹部）ＬＰを形成しない発光素子の例を示す。図１８及び図１９の構成では、光取出面２０ｐ（及び側面部ＳＳ）には面粗し突起部（及び微小突起）が全面に分散形成される。また、図２０は、不透明基板であるＧａＡｓ基板１を敢えて除去せず、そのまま素子基板として流用した発光素子の例を示す。いずれも、その余の点については、図１の発光素子と全く同一であり、共通部に同一の符号を付与して詳細な説明は略する。
【００６６】
本発明の効果を確認するために、以下の実験を行なった。まず、試験品として、ＧａＰ光取出層への孔形成（レーザー穿孔）と第一及び第二エッチングをいずれも行なわない発光素子チップ（番号１）、レーザー穿孔を行なわず、第一エッチングのみを行なった発光素子チップ（番号２）、レーザー穿孔を行なわず、第一エッチングと第二エッチングとを行なった発光素子チップ（番号３：第二エッチングは酢酸、番号４：第二エッチングは硝酸）、レーザー穿孔を行ない、第一エッチングと第二エッチングとを行なった発光素子チップ（番号５：第二エッチングは酢酸、番号６：第二エッチングは硝酸）をそれぞれ用意した。
【００６７】
なお、第一エッチングは、酢酸８１．７質量％、弗酸５質量％、硝酸５質量％、ヨウ素０．３質量％、水８質量％の組成からなるエッチング液を用い、液温２５℃にて１５０秒行なっている。また、第二エッチングは、酢酸５質量％水溶液により液温６０℃にて１３３時間、又は硝酸０．０６質量％水溶液により液温６０℃にて１３３時間行なっている。また、レーザー穿孔により形成した孔の深さは約６．０μｍであり、孔の開口径は１０μｍである。
【００６８】
上記の各チップに対し、金ワイヤーを用いて市販のワイヤーボンディング機によりワイヤーボンディングを行ない、駆動電流値２０ｍＡにて発光させたときの発光出力ＰＯ（ｍＷ）を測定した。また、原子間力顕微鏡による表面プロファイル解析、走査型電子顕微鏡による表面ならびに断面観察により、光取出面に形成されている面粗し突起部及び微小突起の平均的な高さ及び寸法を測定した。結果を表１に示す（測定値は、それぞれチップ１０個の平均値にて示している）。第一エッチングに続いて第二エッチングを行なったものは、いずれも発光出力が顕著に改善されており、レーザー穿孔を行なったものは発光出力がさらに向上していることがわかる。また、図２１は、番号３の光取出面に形成された面粗し突起部及び微小突起の実例を示す走査型電子顕微鏡による観察画像（倍率４００００倍）である。面粗し突起部の頂面は（１００）面を露出させる形で平坦化され、そこに多数の微小突起部が分散形成されていることがわかる。
【００６９】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の発光素子の第一例を示す側面断面模式図及び光取出側電極周辺の拡大平面図。
【図２】図１のＡ部拡大図。
【図３】同じくＢ部拡大図。
【図４】同じくＣ部拡大図。
【図５】ＧａＰ｛１００｝面上への異方性エッチングによる面粗し突起部の形成形態を概念的に示す図。
【図６Ａ】ＧａＰ｛１００｝面上の面粗し突起部の外形の第一例を示す斜視図。
【図６Ｂ】同じく第二例を示す斜視図。
【図６Ｃ】同じく第三例を示す斜視図。
【図６Ｄ】同じく第四例を示す斜視図。
【図６Ｅ】同じく第五例を示す斜視図。
【図６Ｆ】同じく第六例を示す斜視図。
【図７】図１の発光素子の製造方法を示す工程説明図。
【図８】図７に続く工程説明図。
【図９】図８に続く工程説明図。
【図１０】図９に続く工程説明図。
【図１１】レーザービームにより凹部を穿孔形成する様子を示す模式図。
【図１２】乾式エッチングにより凹部を穿孔形成する様子を示す模式図。
【図１３】湿式エッチングにより凹部内面の変質層を除去する様子を示す模式図。
【図１４】光取出面への凹部形成形態の第一変形例を示す平面図。
【図１５】同じく第二変形例を示す平面図。
【図１６】同じく第三変形例を示す平面図。
【図１７】本発明の発光素子の第二例を示す側面断面模式図及び光取出側電極周辺の拡大平面図。
【図１８】本発明の発光素子の第三例を示す側面断面模式図及び光取出側電極周辺の拡大平面図。
【図１９】本発明の発光素子の第四例を示す側面断面模式図。
【図２０】本発明の発光素子の第五例を示す側面断面模式図。
【図２１】面粗し突起部と微小突起との形成例を示す走査型電子顕微鏡観察画像。
【符号の説明】
【００７１】
４ 第一導電型クラッド層
５ 活性層
６ 第二導電型クラッド層
９ 光取出側金属電極
１６ ワイヤーボンド部
２０ ＧａＰ光取出層
２０ｐ 光取出面
ＳＳ 側面部
２４ 発光層部
Ｗ 発光素子ウェーハ
Ｆ 面粗し突起部
ＳＦ 微小突起
ＬＰ 孔（凹部）
ＬＧ 溝
１００ 発光素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の主表面に光取出面が形成される化合物半導体の積層体からなり、該光取出面をなす化合物半導体層がＧａＰ光取出層であり、かつ、該ＧａＰ光取出層の前記光取出面がＧａＰの（１００）面を基面とする形で異方性エッチング処理による面粗し突起部が分散形成されるとともに、該面粗し突起部の頂部が前記基面の向きに平坦化され、該平坦化された頂面に該面粗し突起部よりも小さい微小突起がさらに分散形成されてなることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記面粗し突起部は、前記頂面までの平均的な高さが０．１μｍ以上５μｍ以下となるように形成されてなる請求項１記載の発光素子。
【請求項３】
前記微小突起は、前記頂面からの平均的な高さが０．０１μｍ以上０．７μｍ以下となるように形成されてなる請求項２記載の発光素子。
【請求項４】
前記微小突起は平均的な平面寸法が０．０１μｍ以上０．７μｍ以下となるように形成されてなる請求項２又は請求項３に記載の発光素子。
【請求項５】
前記ＧａＰ光取出層の前記主表面側の表層部に前記面粗し突起部よりも内部体積の大きい凹部が分散形成されるとともに、前記凹部の内表面に前記面粗し突起部がさらに分散形成されてなる請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項６】
前記面粗し突起部が、前記光取出面の前記凹部の開口周縁をなす領域にも分散形成されてなる請求項５記載の発光素子。
【請求項７】
前記ＧａＰ光取出層の、前記凹部が非形成となる側面部にも前記面粗し突起部が分散形成されてなる請求項５又は請求項６に記載の発光素子。
【請求項８】
前記発光層部が、組成式（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）にて表される化合物のうち、ＧａＡｓと格子整合する組成を有する化合物にて各々構成された第一導電型クラッド層、活性層及び第二導電型クラッド層がこの順序で積層されたダブルへテロ構造を有するものとして形成され、
前記電流拡散層が、厚さ１０μｍ以上のＧａＰ光取出層として形成されてなる請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法であって、
前記ＧａＰ光取出層の前記光取出面をなす前記主表面を、酢酸と弗酸と硝酸とヨウ素と水とを、その合計が９０質量％以上となるように含有し、かつ酢酸と弗酸と硝酸とヨウ素との合計質量含有率が水の質量含有率よりも高い第一のエッチング液にて異方性エッチングすることにより前記面粗し突起部を形成する第一のエッチング工程と、
前記面粗し突起部を形成後の前記主表面に、有機酸、無機酸又はそれらの混合物の水溶液からなる第二のエッチング液を接触させることにより、前記面粗し突起部の頂部を平坦化しつつ、その平坦化された面粗し突起部の頂面に前記微小突起を分散形成する第二のエッチング工程と、
をこの順に実施することを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記第二のエッチング工程で使用する前記第二のエッチング液は前記有機酸として酢酸を含有するものである請求項９記載の発光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記第二のエッチング液の酢酸含有率は１質量％以上５０質量％以下のものが使用される請求項１０記載の発光素子の製造方法。
【請求項１２】
前記第二のエッチング工程で使用する前記第二のエッチング液は前記無機酸として硝酸を含有するものである請求項９ないし請求項１１のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１３】
前記第二のエッチング液の硝酸含有率は０．０１質量％以上４０質量％以下のものが使用される請求項１２記載の発光素子の製造方法。
【請求項１】
一方の主表面に光取出面が形成される化合物半導体の積層体からなり、該光取出面をなす化合物半導体層がＧａＰ光取出層であり、かつ、該ＧａＰ光取出層の前記光取出面がＧａＰの（１００）面を基面とする形で異方性エッチング処理による面粗し突起部が分散形成されるとともに、該面粗し突起部の頂部が前記基面の向きに平坦化され、該平坦化された頂面に該面粗し突起部よりも小さい微小突起がさらに分散形成されてなることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記面粗し突起部は、前記頂面までの平均的な高さが０．１μｍ以上５μｍ以下となるように形成されてなる請求項１記載の発光素子。
【請求項３】
前記微小突起は、前記頂面からの平均的な高さが０．０１μｍ以上０．７μｍ以下となるように形成されてなる請求項２記載の発光素子。
【請求項４】
前記微小突起は平均的な平面寸法が０．０１μｍ以上０．７μｍ以下となるように形成されてなる請求項２又は請求項３に記載の発光素子。
【請求項５】
前記ＧａＰ光取出層の前記主表面側の表層部に前記面粗し突起部よりも内部体積の大きい凹部が分散形成されるとともに、前記凹部の内表面に前記面粗し突起部がさらに分散形成されてなる請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項６】
前記面粗し突起部が、前記光取出面の前記凹部の開口周縁をなす領域にも分散形成されてなる請求項５記載の発光素子。
【請求項７】
前記ＧａＰ光取出層の、前記凹部が非形成となる側面部にも前記面粗し突起部が分散形成されてなる請求項５又は請求項６に記載の発光素子。
【請求項８】
前記発光層部が、組成式（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）にて表される化合物のうち、ＧａＡｓと格子整合する組成を有する化合物にて各々構成された第一導電型クラッド層、活性層及び第二導電型クラッド層がこの順序で積層されたダブルへテロ構造を有するものとして形成され、
前記電流拡散層が、厚さ１０μｍ以上のＧａＰ光取出層として形成されてなる請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法であって、
前記ＧａＰ光取出層の前記光取出面をなす前記主表面を、酢酸と弗酸と硝酸とヨウ素と水とを、その合計が９０質量％以上となるように含有し、かつ酢酸と弗酸と硝酸とヨウ素との合計質量含有率が水の質量含有率よりも高い第一のエッチング液にて異方性エッチングすることにより前記面粗し突起部を形成する第一のエッチング工程と、
前記面粗し突起部を形成後の前記主表面に、有機酸、無機酸又はそれらの混合物の水溶液からなる第二のエッチング液を接触させることにより、前記面粗し突起部の頂部を平坦化しつつ、その平坦化された面粗し突起部の頂面に前記微小突起を分散形成する第二のエッチング工程と、
をこの順に実施することを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記第二のエッチング工程で使用する前記第二のエッチング液は前記有機酸として酢酸を含有するものである請求項９記載の発光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記第二のエッチング液の酢酸含有率は１質量％以上５０質量％以下のものが使用される請求項１０記載の発光素子の製造方法。
【請求項１２】
前記第二のエッチング工程で使用する前記第二のエッチング液は前記無機酸として硝酸を含有するものである請求項９ないし請求項１１のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１３】
前記第二のエッチング液の硝酸含有率は０．０１質量％以上４０質量％以下のものが使用される請求項１２記載の発光素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図６Ｅ】
【図６Ｆ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図６Ｅ】
【図６Ｆ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２０１０−５０１５７（Ｐ２０１０−５０１５７Ａ）
【公開日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２１０９２５（Ｐ２００８−２１０９２５）
【出願日】平成２０年８月１９日（２００８．８．１９）
【出願人】（０００１９０１４９）信越半導体株式会社 (867)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月１９日（２００８．８．１９）
【出願人】（０００１９０１４９）信越半導体株式会社 (867)
【Ｆターム（参考）】
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