JP2006344710A - 半導体発光素子及びその製造方法、並びに半導体発光装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体発光素子内部を循環したり側壁側へ漏れ出したりする光を減少させ、光取り出し面からの光取り出し効率を向上させることのできる半導体発光素子及びその製造方法、並びに半導体発光装置及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】 III−Ｖ族化合物半導体層からなる半導体発光素子において、例えば、ｎ型半導体層１の（００１）面に光取り出し面２０を形成し、活性層３を間に挟んで光取り出し面２０の反対側に存在するｐ型半導体層４および５に、それぞれ（１１１）面および（１１−１）面からなる、活性層３に達しない傾斜反射面２４および２５を形成する。傾斜反射面２４および２５は、同様にそれぞれ（１１１）面および（１１−１）面からなる素子分離面２１および２２とともに、低温の塩酸をエッチャントとするウエットエッチングによって形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体発光素子及びその製造方法、並びに半導体発光装置及びその製造方法に関するものであり、より詳しくは、光取り出し構造に関するものである。

従来から、基板上に複数の化合物半導体層を積層して形成した化合物半導体発光素子が知られている。例えば、赤色発光ダイオードや、１．３〜１．５μｍ帯の光通信に用いられる赤外レーザ・ダイオードなどが、基板上にエピタキシャル成長によって形成された、ガリウム砒素（ＧaＡs）系あるいはインジウム・リン（ＩnＰ）系などのIII−Ｖ族化合物半導体層を材料にして形成されている。

これらの化合物半導体発光素子の作製では、基板上に複数の化合物半導体層を積層して形成した後に、ウエットエッチングによって各化合物半導体層を選択的に除去して、各発光素子の発光領域をメサ構造に成形したり、発光素子間を素子分離したりする方法がよく用いられる。エッチングに用いられるエッチャントは、除去しようとする化合物半導体層の構成元素に応じて適宜選択される。

例えば、後述の特許文献１では、（１００）面を主面とするｎ型ＩnＰ基板の上に、ｎ型ＩnＰバッファ層、ｎｏｎ−ＩnＧaＡsＰ活性層、ｐ型ＩnＰクラッド層、およびｐ型ＩnＧaＡsＰエッチングダミー層を順次積層して形成した後、酸化シリコンからなるエッチングマスクを用いたウエットエッチングによって、［０１１］方向に延在したストライプ状の活性層を形成する半導体発光素子の製造方法が示されている。

この際、臭素と臭化水素を含むエッチャント（ＨＢr−Ｂr₂−Ｈ₂Ｏ）を用い、エッチング時間を制御しながら、ｐ型ＩnＧaＡsＰエッチングダミー層、ｐ型ＩnＰクラッド層、ｎｏｎ−ＩnＧaＡsＰ活性層、ｎ型ＩnＰバッファ層、およびｎ型ＩnＰ基板の一部をエッチングして、上記ストライプ状の活性層を含むメサ構造を形成する。

また、後述の特許文献２では、ＧaＡs基板の上に、ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）層、ｎ型ＡlＩnＰ下クラッド層、ＡlＧaＩnＰ活性層、ｐ型ＡlＩnＰ上クラッド層、ｐ型ＧaＡs層、ｐ型ＡlＧaＡs窓層、絶縁膜、および電極を順次積層して形成した後、フォトレジストをエッチングマスクとして用いたウエットエッチングによって素子分離する半導体発光素子の製造方法が示されている。

この例では、まずヨウ素系エッチャント（例えば、ヨウ素１５０ｇ、ヨウ化アンモニウム１５００ｇ、エタノール４５０ｍｌおよび水３０００ｍｌの比率で混合して作製されたエッチャント）を用いてｐ型ＡlＧaＡs窓層をエッチング処理し、次に硫酸系エッチャント（例えば硫酸：過酸化水素：水＝１：２：５０の比率で混合された、硫酸、過酸化水素および水の混合物）を用いてｐ型ＧaＡs層のエッチング処理を行い、次にリン酸系エッチャント（６０℃の熱リン酸）を用いてｐ型ＡlＩnＰ上クラッド層をエッチング処理する。

特許文献２には、上記のように適切なエッチャントを使い分けることで、良好なメサ形状を形成することができ、リン酸系エッチャントの代わりに、塩化水素系エッチャント（塩化水素：酢酸：過酸化水素＝３１：６２：７の比率で混合された、塩化水素、酢酸および過酸化水素の混合物）を用いてもよく、また、ヨウ素系エッチャントの代わりに、フッ酸系エッチャント（例えばフッ化水素：水＝１：４の比率で混合された、フッ化水素および水の混合物）を用いてもよいと記されている。

また、後述の特許文献３では、ｎ型ＩnＰ基板の上に、ＩnＧaＡsＰ／ＩnＧaＡsＰ多重量子井戸活性層、ｐ型ＩnＰクラッド層、およびｐ型ＩnＧaＡsコンタクト層を順次積層し、［０１１］方向に延在したストライプ状の活性層メサストライプをドライエッチングによって形成した後、その周囲にＦeドープＩnＰ埋込層を形成し、その表面をウエットエッチングによって平坦化する半導体装置の製造方法が示されている。

この例では、エッチャントとして塩化水素と酢酸との混合物を用い、その他に水または過酸化水素が含まれていてもよいとされている。特許文献３には、このようなエッチャントを用いると、ＩnＰ埋込層の［０−１１］方向へのエッチングが［１００］方向あるいは［０１１］方向へのエッチングに比べて速やかに起こるため、ＩnＰ埋込層の表面を（１００）面に平坦化できると記されている。

ところで、ＰやＡsを構成元素として有し、閃亜鉛鉱型結晶構造をもつ、ＧａＡｓやＧａＩｎＰなどのIII−Ｖ族化合物半導体からなる発光素子では、材料の屈折率が高いため、発光ダイオード（ＬＥＤ）として構成した場合に、ＬＥＤ内部の光がＬＥＤと外気との界面でＬＥＤ側に反射されることが多くなる。このため、発光層で発生した光がＬＥＤ内部を循環したり、側壁側へ光漏れしたりすることが多く、発生した光を光取り出し面から効率よくＬＥＤ外部に取り出すことが困難であるという問題がある。

そこで、後述の非特許文献１および特許文献４には、光取り出し面に光の進路を発散させる反射面を形成したり、光取り出し面の対向面側に例えば角錐台形の埋め込み型光反射体（ＢＭＲ：buried micro-reflectors）を形成したりすることにより、ＬＥＤ内部を循環したり側壁側へ漏れ出したりする光を減少させ、光取り出し面からの光取り出し効率を向上させるＬＥＤが提案されている。

しかしながら、上述の様々なエッチャントを用いて発明者が試みたところ、酢酸系のエッチャントではレジストが変質する問題点があった。また、これらのエッチャントを用いるエッチングでは、ＧaＩnＰとＡlＧaＩnＰとでエッチングレートが著しく違うため制御性が悪くなる。このため、光取り出し面の表面ラフネスを増大させた場合には、その形状は均一性に欠けていた。また、光取り出し面の対向面側に、一定のユニフォーミティを持つ凹凸を形成することは、困難であった。これらの結果、光取り出し効率を劇的に上げるというところまで至らなかった。

特開平１０−３２１９４４号公報（第４及び５頁、図１−１０） 特開２００３−３１８４３号公報（第５及び６頁、図１−３） 特開２００２−１９８６１６号公報（第１１及び１２頁、図６−９） 特表２００４−５０６３３１号公報（第７−９頁、図１−３） S.Ｉllek et al.，Buried micro-reflectors boost performance of AlGaInP LEDs，Compound Semiconductor，p.39-42，(2002)（図２，４及び５）

上記のように、エッチャントを選択するだけでは、ＬＥＤの光取り出し面の対向面に規則的な凹凸を形成し、ＬＥＤの光取り出し効率を向上させることは難しいことが判明した。特にマイクロＬＥＤなどの微細な化合物半導体発光素子に対しては、表面テクスチャや表面ラフネスの作製は困難である。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、半導体発光素子内部を循環したり側壁側へ漏れ出したりする光を減少させ、光取り出し面からの光取り出し効率を向上させることのできる半導体発光素子及びその製造方法、並びに半導体発光装置及びその製造方法を提供することにある。

即ち、本発明は、III−Ｖ族化合物半導体層からなる半導体発光素子において、
第１導電型半導体層の（００１）面に光取り出し面が形成され、
活性層を間に挟んで前記光取り出し面の反対側に存在する第２導電型半導体層に、前 記活性層に達しない（１１１）面及び（１１−１）面からなる傾斜反射面が形成されて いる
ことを特徴とする、半導体発光素子に係わり、また、前記半導体発光素子が複数個、少なくとも前記第１導電型半導体層の最下層からなる同一基板上にアレイ状に形成されている、半導体発光装置に係わるものである。

また、前記半導体発光素子又は前記半導体発光装置の製造方法であって、前記（１１１）面及び（１１−１）面からなる傾斜反射面を、低温の塩酸をエッチャントとするウエットエッチングによって形成する、半導体発光素子又は半導体発光装置の製造方法に係わるものである。

本発明の半導体発光素子は、閃亜鉛鉱型結晶構造をもつIII−Ｖ族化合物半導体層からなる半導体発光素子であって、第１導電型半導体層の（００１）面に光取り出し面が形成され、活性層を間に挟んで前記光取り出し面の反対側に存在する第２導電型半導体層に、前記活性層に達しない（１１１）面及び（１１−１）面からなる傾斜反射面が形成されている。前記（１１１）面からなる傾斜反射面及び前記（１１−１）面からなる傾斜反射面は、それぞれ、エッチング速度などの作製条件によらず、前記（００１）面である光取り出し面に対し、一定の傾き（約５５度）を有しているので、これらの規則的に形成された前記傾斜反射面による反射によって、前記半導体発光素子の内部を循環したり側壁側へ漏れ出したりする光を減少させ、前記光取り出し面からの光取り出し効率を向上させることができる。

また、本発明の半導体発光装置は、前記半導体発光素子が複数個、少なくとも前記第１導電型半導体層の最下層からなる同一基板上にアレイ状に形成されているので、光取り出し効率が向上した前記半導体発光素子を用いて、線状又は面上などの様々な形状を有する光源を形成できるばかりでなく、自発光型の表示装置を形成することもできる。

また、前記半導体発光素子又は前記半導体発光装置の製造方法によれば、前記（１１１）面及び（１１−１）面からなる傾斜反射面を、低温の塩酸をエッチャントとするウエットエッチングによって形成する。この製造方法は、塩酸によるエッチングでは、（１１１）面および（１１−１）面に平行な方向へのエッチングが、（１１１）面および（１１−１）面に交わる方向へのエッチングに比べてはるかに速く進行することを利用しているため、確実に前記（１１１）面及び（１１−１）面からなる傾斜反射面を形成することができる。また、低温でエッチング反応を行わせているので、反応速度が遅くなり、小さいエッチングレートで長い時間をかけてエッチングを行うことができ、エッチングによる各半導体層の除去量を簡易かつ良好に制御することができる。

なお、閃亜鉛鉱型結晶構造は立方晶系に属し、結晶方位のａ軸方向、ｂ軸方向およびｃ軸方向が互いに等価であるので、本発明は、ａ軸方向、ｂ軸方向およびｃ軸方向の交換に関して何ら制限されないものである。例えば、本発明は、前記光取り出し面を（００１）面ではなく（１００）面や（０１０）面に形成する場合も含むものである。

本発明の半導体発光素子又は半導体発光装置において、前記（１１１）面からなる傾斜反射面と前記（１１−１）面からなる傾斜反射面とが、前記第２導電型半導体層の表面に断面Ｖ字形の溝を形成しているのがよい。実施の形態１で詳述するように、表面がマスクされている前記（１１１）面からなる傾斜反射面と前記（１１−１）面からなる傾斜反射面とが交わり、断面Ｖ字形の前記溝が形成されると、これ以後のエッチングははるかに遅くなり、これらの傾斜反射面が実効的なエッチングストップ面に近い働きをする。このため、サイドエッチングの量は少なくなり、前記溝の深さはマスクの間隔によってほぼ自動的に決まることになるので、前記第２導電型半導体層がエッチングレートの異なる多層膜であっても、あるいは、エッチングレートを制御することなしでも、所定の深さの前記溝を制御性よく形成することができる。また、素子分離のための深い素子分離溝と同時に、前記溝を、過剰なエッチングを生じることなしに形成することができる。

この際、前記溝が［１−１０］方向に沿って線状パターンに延びており、前記線状パターンが複数本並設されているのがよい。このような形状にすることで、前記第２導電型半導体層の上の広い領域に、前記（１１１）面および前記（１１−１）面からなる傾斜反射面を効果的に配置することができる。また、前記溝によって前記第２導電型半導体層における電流拡散が抑制され、前記溝で挟まれた前記第２導電型半導体層に電流が集中するので、電流密度が向上し発光効率が高められる。

また、前記第２導電型半導体層上の一部に電極が設けられており、前記電極が設けられていない領域に、前記溝の少なくとも一部が存在しているのがよい。下地の半導体層に対する密着性とオーミック接触性とを実現できる電極として、例えば、チタン、白金および金が積層された３層構造からなる電極を設けると、チタン層が発光光の一部を吸収するので、前記電極を前記第２導電型半導体層上の全面に設けるのではなく、一部に設けるのがよい。この場合、前記電極が設けられていない領域にも前記溝を設けることで、この領域を伝播する光を前記光取り出し面に反射するようにするのがよい。

また、前記第２導電型半導体層が構成元素としてリンを含んでいるのがよい。リンを含むIII−Ｖ族化合物半導体層は、塩酸をエッチャントとするエッチングにおいて、（１１１）面および（１１−１）面に平行な方向へのエッチングが、（１１１）面および（１１−１）面に交わる方向へのエッチングに比べてはるかに速く進行する。従って、本発明を最も効果的に適用することができる。

また、（１１１）面である傾斜面及び／又は（１１−１）面である傾斜面によって、前記第２導電型半導体層と、前記活性層と、前記第１導電型半導体層の少なくとも一部とが、メサ形状に形成されているのがよい。前記（１１１）面からなる傾斜面及び／又は前記（１１−１）面からなる傾斜面は、上述した特徴、すなわち、前記傾斜面がエッチングレートの異なる複数の半導体層にわたって形成される場合でも、前記（００１）面である光取り出し面に対し一定の傾き（約５５度）をもって形成され、サイドエッチングが前記傾斜面に交わる方向のエッチングになるため、サイドエッチングの量が少なくなるといった特徴を備えている。このため、前記傾斜面は、前記第２導電型半導体層と、前記活性層と、前記第１導電型半導体層の少なくとも一部とを、メサ形状に形成する際の側面として好適である。また、前記傾斜面は前記傾斜反射面の一部として利用することもできる。前記傾斜面は、前記傾斜反射面と同時に形成することができ、作製工程を簡略化することができる。

この際、前記第１導電型半導体層の少なくとも一部に前記傾斜面を形成するには、前記第２導電型半導体層と同様に、前記第１導電型半導体層が構成元素としてリンを含んでいるのがよい。

本発明の半導体発光装置において、前記半導体発光素子間が、前記傾斜面によって素子分離されているのがよい。この半導体発光装置では、前記半導体発光素子のメサを形成する前記傾斜面を素子分離面として用いれば、工程を簡略化できる利点がある。また、ダイシングや劈開などの物理的外力を加えるよりも前記半導体発光素子に与えるダメージを小さくすることができ、前記半導体発光素子の特性悪化を防止することができる。

また、前記第２導電型半導体層上に光反射手段が設けられているのがよい。そして、前記光反射手段が前記第２導電型半導体層上に被着された光反射メタルからなるものや、前記第２導電型半導体層の上方に離間して配された凹面鏡からなるものであるのがよい。断面Ｖ字形の前記溝に低屈折率材料をモールドして、その上に光反射メタルを被着することによって、全方向反射材（ＯＤＲ）としての応用も可能である。

本発明の半導体発光素子又は半導体発光装置の製造方法において、前記第２導電型半導体層と、前記活性層と、前記第２導電型半導体層の少なくとも一部とを、低温の塩酸をエッチャントとするウエットエッチングによってエッチングして、（１１１）面及び／又は（１１−１）面からなる傾斜面を側面とするメサ形状に成形するのがよい。このメサ形状の形成を前記傾斜反射面の形成と同時に行うのがよい。上述したように、前記（１１１）面からなる傾斜面及び／又は前記（１１−１）面からなる傾斜面は前記メサの側面として好適であり、前記傾斜反射面と同時に形成することができるので、作製工程を簡略化することができる。

次に、本発明の好ましい実施の形態を図面参照下に具体的かつ詳細に説明する。

実施の形態１
実施の形態１では、請求項１〜９に記載した半導体発光素子と、請求項１５〜１７に記載した半導体発光素子の製造方法とに関わる例として、マイクロ発光ダイオード（以下、マイクロＬＥＤと略記する。）およびその製造方法について説明する。

図１は、実施の形態１に基づくマイクロＬＥＤ１０の平面図（Ａ）と、平面図（Ａ）に１Ｂ−１Ｂ線で示した位置における断面図（Ｂ）とである。ただし、断面図（Ｂ）は、平面図（Ａ）に比べてやや拡大して示している。マイクロＬＥＤ１０は、略長方形の平面形状をもち、１Ｂ−１Ｂ線断面が略台形であるメサ形状に形成されている。

マイクロＬＥＤ１０の一例を挙げれば、赤色発光の発光ダイオードであって、図１（Ｂ）の拡大図に示すように、図示省略した適当な基板の上に、ｎ型ガリウム砒素（ＧaＡs）層１、ｎ型アルミニウム・ガリウム・インジウム・リン（ＡlＧaＩnＰ）クラッド層２、薄いアルミニウム・ガリウム・インジウム・リン（ＡlＧaＩnＰ）層とガリウム・インジウム・リン（ＧaＩnＰ）層とが多数、交互に積層されて多重量子井戸（ＭＱＷ：Multi Quantum Well）を構成している活性層３、ｐ型アルミニウム・ガリウム・インジウム・リン（ＡlＧaＩnＰ）クラッド層４、ｐ型ガリウム・インジウム・リン（ＧaＩnＰ）バッファ層５、およびｐ型ガリウム砒素（ＧaＡs）コンタクト層６が積層して形成されている。半導体層１と２が前記第１導電型半導体層に相当し、半導体層４〜６が前記第２導電型半導体層に相当する。なお、半導体層５は、積層されている半導体層を４元素材料半導体層４から２元素材料半導体層６へ移行させる際にバッファ層として挟む３元素材料半導体層である。

マイクロＬＥＤ１０の大きさは、例えば、長辺が２５μｍ、短辺が２０μｍ、厚さ（高さ）が２．５μｍであり、ｐ型半導体層４および５の厚さの合計は１μｍほどである。

本実施の形態では、まず、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）などを用いたエピタキシャル成長法によって、基板の上に半導体層１〜６に対応する各半導体構成材料層を積層して形成し、次に、各半導体構成材料層をウエットエッチングによって選択的に除去してパターニングすることにより、半導体層１〜６を有するマイクロＬＥＤ１０を多数、基板上に形成するとともに、各マイクロＬＥＤ１０の間を素子分離する。

図１（Ａ）において、ａおよびｂの矢印で示した方向が結晶方位のａ軸方向およびｂ軸方向であり、紙面から垂直に立ち上がる方向が結晶方位のｃ軸方向である。図１（Ｂ）に示すように、マイクロＬＥＤ１０は、（００１）面を主面とし、この（００１）面に光取り出し面２０が形成され、主として［００−１］方向に光が取り出される。また、図１（Ａ）に示すように、マイクロＬＥＤ１０の長辺は［１−１０］方向に形成されている。

マイクロＬＥＤ１０を構成する半導体層のうち、半導体層２〜５はリンを含有しており、エッチャントとして塩酸を用いて半導体層２〜５の構成材料層をウエットエッチングすると、（１１１）面および（１１−１）面に平行な方向へのエッチングが、（１１１）面および（１１−１）面に交わる方向へのエッチングに比べてはるかに速く進行する。このため、［１−１０］方向に長辺をもつ長方形のレジストマスクを設け、エッチャントとして塩酸を用いて、半導体層２〜５の構成材料層のウエットエッチングを行うと、（１１１）面および（１１−１）面を傾斜面（以下、これらの面をそれぞれ素子分離面２１および２２と呼ぶ。）とするメサ形状の半導体層２〜５が形成される。（１１１）面および（１１−１）面からなる素子分離面２１および２２は、エッチング条件によらず、（００１）面である光取り出し面２０に対し一定の傾き（約５５度）をもって形成される。

この際、［１−１０］方向に長辺をもつ細長い長方形の開口部をレジストマスクに設けておくと、この開口部の下方の半導体構成材料層も上記と同様の異方性エッチングを受け、開口部の下方に（１１１）面および（１１−１）面を傾斜面（以下、これらの面をそれぞれ傾斜反射面２４および２５と呼ぶ。）とするＶ字形溝２６が形成される。Ｖ字形溝２６では、長方形の開口部の短辺が短いため、開口部左右の長辺に隣接するレジストマスクの端部からそれぞれ成長してきた（１１１）面と（１１−１）面とが活性層３に到達する前に交わり、適切なエッチング条件下ではそれ以上エッチングが進むことがない。素子分離面２１および２２と同様、Ｖ字形溝２６の傾斜壁面をなす傾斜反射面２４および２５は、エッチング条件によらず、（００１）面である光取り出し面２０に対し一定の傾き（約５５度）をもって形成される。

なお、開口部は一本の長いストライプ状であるのがよい。開口部が複数の長方形に分割されていると、端部からのエッチングによって、パターンくずれが生じやすくなる。

本実施の形態のマイクロＬＥＤ１０の特徴は、光取り出し面２０の対向面側に傾斜反射面２４および２５を有するＶ字形溝２６を形成し、この規則的に形成された傾斜反射面２４および２５と、素子分離面２１および２２とによる反射によって、ＬＥＤ１０の内部を循環したり側壁側へ漏れ出したりする光を減少させ、光取り出し面２０からの光取り出し効率を向上させることにある。

ｐ型半導体層４〜６の上には、例えばチタン、白金および金がこの順に積層されたＴi／Ｐt／Ａuの３層構造からなるｐ電極７を形成する。電極をこのような積層構造にすることで、下地の半導体層に対する密着性とオーミック接触性とを実現することができる。

ただし、チタン層はマイクロＬＥＤ１０の発光光の一部を吸収するので、ｐ電極７をｐ型半導体層４〜６上の全面に設けるのではなく、図１に示すように、半導体層４〜６上の一部に設けるのがよい。ｐ電極７が形成されていない領域から漏えいしようとする光は、傾斜反射面２４および２５あるいは別の光反射手段によって反射することによって、全出射光量を向上させるのがよい。

図２と図３は、実施の形態１に基づくマイクロＬＥＤ１０を作製するフローを示す平面図（Ａ）と断面図（Ｂ）とである。なお、これらの断面図は、図１（Ｂ）の断面図と同じ位置における断面図であり、図１（Ｂ）と同様、平面図（Ａ）に比べてやや拡大して示している。

初めに、図２（１）に示すように、ＭＯＣＶＤ法などを用いたエピタキシャル成長法によって、基板の上にｎ型ガリウム砒素（ＧaＡs）構成材料層１１、ｎ型アルミニウム・ガリウム・インジウム・リン（ＡlＧaＩnＰ）構成材料層１２、薄いアルミニウム・ガリウム・インジウム・リン（ＡlＧaＩnＰ）層とガリウム・インジウム・リン（ＧaＩnＰ）層とが多数、交互に積層された活性層構成材料層１３、ｐ型アルミニウム・ガリウム・インジウム・リン（ＡlＧaＩnＰ）構成材料層１４、ｐ型ガリウム・インジウム・リン（ＧaＩnＰ）構成材料層１５、およびｐ型ガリウム砒素（ＧaＡs）構成材料層１６を積層して形成する。

そしてその上にフォトリソグラフィによってパターニングして、形成しようとするマイクロＬＥＤ１０の形状に対応したレジストマスク５１を形成する。この際、マイクロＬＥＤ１０の長辺の向きが［１−１０］方向になるようにレジストマスク５１を形成する。また、レジストマスク５１には、マイクロＬＥＤ１０のｐ型半導体層４および５に形成するＶ字形溝２６に対応した細長い長方形の開口部５２を複数、長辺の向きが［１−１０］方向になるように形成する。

続いて、半導体構成材料層１２〜１６をウエットエッチングによって選択的に除去してパターニングすることにより、半導体層２〜６を有するマイクロＬＥＤ１０を多数形成するとともに、各マイクロＬＥＤ１０の間を素子分離する。下記に詳述する工程での加工処理をまとめると、次の表の通りである。

まず、例えばリン酸と過酸化水素水と水とを体積比で６：２：１００の割合で混合したリン酸混合溶液をエッチャントとして用意し、半導体構成材料層１１〜１６およびレジストマスク５１を形成した基板をこのエッチャント中に約９０秒間浸漬する。これによって、図２（２）に示すように、レジストマスク５１に形成した開口部５２に対応した位置のｐ型ガリウム砒素構成材料層１６をエッチング除去し、ｐ型ガリウム砒素コンタクト層６を形成する。この後、表面を流水で水洗し、続いて窒素ガスで約２分間ブローして乾燥させる。

次に、例えば３５質量％以上の濃度の塩酸を−１０℃以下まで冷却したエッチング溶液をエッチャントとして用意する。この塩酸中には、後述するエッチング異方性を損なわない範囲で、リン酸などの他のエッチャントが微量含まれていてもよい。半導体構成材料層１１〜１５、ｐ型ガリウム砒素コンタクト層６およびレジストマスク５１を形成した基板をこのエッチャント中に約１２０秒間浸漬した後、表面を流水で水洗し、続いて窒素ガスで約２分間ブローして乾燥させる。そして再度基板をこのエッチャント中に約１８０秒間浸漬した後、表面を流水で水洗し、続いて窒素ガスで約２分間ブローして乾燥させる。なお、このエッチングは、厳密には、レジストマスク５１下に形成されたｐ型ガリウム砒素コンタクト層６を実質的なエッチングマスクとして行われるが、レジストマスク５１とｐ型ガリウム砒素コンタクト層６とを特に区別する必要がない場合には、「レジストマスク５１をマスクとしてエッチングする」というように略記することにする。

さて、この塩酸によるエッチングでは、低温でエッチング反応を行わせているので、反応速度が遅くなり、低いエッチングレートで長い時間をかけてエッチングを行うことができ、エッチングによる各半導体層の除去量を良好に制御することが容易となる。なお、エッチング中に基板をエッチャント内で揺動させるなどの操作の必要はない。

また、エッチング反応によって水素とみられる気泡がエッチング面に付着することがある。これを放置したままエッチング反応を継続すると、気泡が付着した領域ではエッチング反応が進まず、エッチング残渣が発生するなどのエッチングむらが生じ、表面が乱れることがある。この対策として、上記のエッチングではエッチングを２回にわけて実行し、１度目のエッチングと２度目のエッチングとの合間に基板１をエッチャントから引き上げ、流水で洗浄し、気泡の除去を行う。この結果、エッチング反応によって気泡が発生する場合にも、気泡の影響によるエッチングむらの発生を抑制して、均一なエッチング面を形成することができる。

前述したように、リンを含有している半導体構成材料層１２〜１５では、塩酸をエッチャントとして用いてエッチングすると、（１１１）面および（１１−１）面に平行な方向へのエッチングが、（１１１）面および（１１−１）面に交わる方向へのエッチングに比べ、はるかに速く進行する。このため、長辺の向きが［１−１０］方向に形成された長方形のレジストマスク５１を用いて半導体構成材料層１２〜１５の異方性エッチングを行うと、（１１１）面および（１１−１）面方向にエッチング面が形成され、最終的には、これらの面を傾斜面（素子分離面２１および２２）とするメサ形状の半導体層２〜５が形成される。

また、レジストマスク５１に設けた複数の細長い長方形の開口部５２からもエッチングが進み、開口部５２の下方の半導体構成材料層でも上記と同様の異方性エッチングが行われ、開口部５２の下方に（１１１）面および（１１−１）面を傾斜面（傾斜反射面２４および２５）とするＶ字形溝２６が形成される。

この異方性エッチング工程をより詳しく説明すれば次の通りである。

半導体構成材料層１２〜１５のエッチングは、最上部層であるｐ型ガリウム・インジウム・リン構成材料層１５の表面から始まる。この際、レジストマスク５１およびｐ型ガリウム砒素コンタクト層６で被覆されていないｐ型ガリウム・インジウム・リン構成材料層１５の表面を形成しているすべての粒子がエッチングの起点となり得る。そして、その後のエッチングは、主として（１１１）面または（１１−１）面方向に進む。

このため、レジストマスク５１で被覆されていない領域では、エッチング開始直後からエッチング進行中のすべての期間において、微細な（１１１）面や（１１−１）面、あるいはこれらを傾斜面とする微細なＶ字形溝が無数に形成される。しかし、これらの傾斜面の上部はレジストマスク５１で被覆されていないので、これらの傾斜面を構成する粒子は間もなく、（１１１）面方向または（１１−１）面方向に進む速いエッチングによって除去され、これらの傾斜面が長く保存されることはない。このように、微細な（１１１）面や（１１−１）面の生成と消滅を繰り返しながら、全体としてのエッチングは、半導体構成材料層１１〜１５を下方（［００−１］方向）へ進行して行き、素子分離溝２３が形成されて行く。ｎ型ガリウム砒素構成材料層１１は、塩酸からなるエッチャントとは反応しないので、エッチングストップ層として機能し、下方へのエッチングはｎ型ガリウム砒素構成材料層１１の表面に達したところで停止する。

上記のようにレジストマスク５１で被覆されていない領域でエッチングが下方へ進行して行くと、レジストマスク５１で被覆されている領域との境界近傍では、実質的なマスクであるｐ型ガリウム砒素コンタクト層６によって上部が被覆されている（１１１）面または（１１−１）面に、エッチング面が到達する。これらの（１１１）面や（１１−１）面では、上部が被覆されているため（１１１）面方向や（１１−１）面方向に進む速いエッチングが不可能であり、かつ、（１１１）面または（１１−１）面に交わる方向へのエッチングは遅いため、エッチングされにくい。一方、これらの（１１１）面および（１１−１）面よりもエッチャント側にある粒子は、（１１１）面方向または（１１−１）面方向に進む速いエッチングチングによってすみやかに除かれる。このため、これらの（１１１）面および（１１−１）面が横方向における実効的なエッチングストップ面となる。この結果、最上部が上記境界近傍のｐ型ガリウム砒素コンタクト層６によって被覆されている（１１１）面および（１１−１）面を傾斜面（素子分離面２１および２２）とするメサ形状の半導体層２〜５が形成される。

素子分離面２１および２２をそれぞれ形成する（１１１）面および（１１−１）面に交わる方向へのエッチングの進行は遅いが、不可能というわけではない。このようなエッチングが生じ、（１１１）面または（１１−１）面を構成する粒子の一部が除去された場合には、この欠落部を起点にして（１１１）面方向または（１１−１）面方向に進む速いエッチングが進行し、上記欠落部を生じた（１１１）面または（１１−１）面全体がすみやかに除去される。そして、上記（１１１）面または（１１−１）面の次の層の（１１１）面または（１１−１）面が、メサ構造の新しい傾斜面（素子分離面２１または２２）となる。このようにして横方向へのエッチングが徐々に進行する。

このように、面方位によってエッチングレートが異なることを利用して、半導体層２〜５からなるメサの形状は、面方位に即した形状にエッチングされる。すなわち、素子分離終了後には、マイクロＬＥＤ１０の長辺側に、（１１１）面および（１１−１）面からなる傾斜面（素子分離面２１および２２）が形成される。この傾斜面は、エッチング条件によらず、（００１）面である光取り出し面２０に対し一定の傾き（約５５度）をもって形成されるばかりでなく、欠落部などの乱れのない平坦面として形成される。これはエッチングレートの異なる複数の半導体層にまたがって素子分離面２１および２２を形成する場合に特に効果的である。

これに対して、レジストマスク５１の短辺側では、結晶学的には等価な面であっても混晶では面を構成する原子の比率が方位によって異なるため、（１１１）面および（１１−１）面に相当するエッチングストップ面が形成されず、レジストマスク５１の短辺位置までエッチングが進み、光取り出し面２０に垂直なエッチング面が形成される。

一方、レジストマスク５１に設けた複数の細長い長方形の開口部５２からもエッチングが進み、開口部５２の下方の半導体構成材料層も上記と同様の異方性エッチングを受ける。この結果、表面が開口部５２の左右の長辺に隣接するレジストマスク５１（厳密にはその下部のｐ型ガリウム砒素コンタクト層６）によって被覆されている（１１１）面からなる傾斜反射面２４および（１１−１）面からなる傾斜反射面２５とが実効的なエッチングストップ面として形成され、これらを傾斜面とする断面Ｖ字形の溝２６が開口部５２の下方に形成される。

上述したように、（１１１）面または（１１−１）面に交わる方向へのエッチングは遅いため、Ｖ字形溝２６はこれ以上エッチングされにくい。このため、サイドエッチングの量は少なくなり、Ｖ字形溝２６の深さはレジストマスク５１の短辺の長さによってほぼ自動的に決まることになる。このため、Ｖ字形溝２６が、エッチングレートの異なるｐ型アルミニウム・ガリウム・インジウム・リン（ＡlＧaＩnＰ）構成材料層１４とｐ型ガリウム・インジウム・リン（ＧaＩnＰ）構成材料層１５とにまたがって形成される場合でも、エッチングレートを制御することなしに、所定の深さのＶ字形溝２６を制御性よく形成することができる。また、素子分離のための深い素子分離溝２３と同時に形成しても、過剰なエッチングを生じることなしにＶ字形溝２６を形成することができるので、作製工程数を減らすことが可能になる。

素子分離溝２３とＶ字形溝２６の形成機構は同じであるが、素子分離溝２３の主たる目的はマイクロＬＥＤ１０間を素子分離することにあるので、レジストマスク５１間の距離を十分大きく取り、素子分離溝２３の（１１１）面と（１１−１）面とが、ｎ型ガリウム砒素構成材料層１１の表面に達する前に交わることがないようにする。これに対し、Ｖ字形溝２６では、Ｖ字形溝２６活性層３を損傷したり、Ｖ字形溝２６に設ける電極がｎ型半導体層１および２と短絡したりすることがないように、開口部５２の短辺の長さを十分短くし、開口部５２左右の長辺に隣接するレジストマスク５１の端部からそれぞれ成長してきた（１１１）面と（１１−１）面とが、活性層３に到達する前に交わるようにする。

Ｖ字形溝２６の傾斜面をなす傾斜反射面２４および２５に交わる方向へのエッチングの進行は遅いが、不可能というわけではない。このようなエッチングが生じ、（１１１）面または（１１−１）面を構成する粒子の一部が除去された場合には、この欠落部を起点にして（１１１）面方向または（１１−１）面方向に進む速いエッチングが進行し、上記欠落部を生じた（１１１）面または（１１−１）面全体がすみやかに除去される。そして、上記（１１１）面または（１１−１）面の次の層の（１１１）面または（１１−１）面が、Ｖ字形溝２６の新しい傾斜反射面２４または２５となる。このようにしてＶ字形溝２６を拡大するエッチングが徐々に進行するが、Ｖ字形溝２６の傾斜面をなす傾斜反射面２４および２５は、エッチング条件によらず、（００１）面である光取り出し面２０に対し一定の傾き（約５５度）をもった、欠落部などの乱れのない平坦面として形成される。

図４は、上記のようにしてアルミニウム・ガリウム・インジウム・リン（ＡlＧaＩnＰ）層をエッチングして形成した、溝幅１．５μｍ、深さ１．１μｍのＶ字形溝２６を、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したＳＥＭ画像である。図４（ａ）は、６０秒間エッチングした後の画像であり、図４（ｂ）は、１２０秒間エッチングした後の画像である。両者を比較すると、本実施の形態のエッチング方法によれば、Ｖ字形溝２６が形成された後は、エッチング時間を追加してもＶ字形溝２６の溝や深さが変化せず、無駄なエッチングが生じないことがわかる。

以上に説明したようにして、素子分離面２１および２２と、傾斜反射面２４および２５とが形成される。この後は、ｐ型半導体層４〜６の上の所定の領域に、リフトオフ法によってｐ電極７を形成する。

まず、図３（４）に示すように、フォトグラフィでパターニングして、ｐ電極形成領域５４に開口を設けたレジストマスク５３を形成する。

次に、図３（５）に示すように、真空蒸着法やスパッタリング法によって全面に、例えばチタン、白金および金がこの順に積層されたＴi／Ｐt／Ａuの３層構造からなる電極材料層１７を形成する。電極をこのような積層構造にすることで、下地の半導体層に対する密着性とオーミック接触性とを実現することができる。

次に、図３（６）に示すように、フォトレジスト５３を除去することにより、その上に堆積した電極材料層１７を除去して、ｐ電極７となる電極材料層１７のみを残す。続いて、ｐ電極７の周囲の不要なｐ型ガリウム砒素コンタクト層６を除去する。

この後、基板上に形成された各半導体層２〜６は、基板を切断して互いに分離し、ｎ電極の形成や保護膜の形成などの後工程を行い、個片化したマイクロＬＥＤ１０を作製する。一方、実施の形態２では、基板上に形成された各半導体層２〜６を個片化せず、少なくともｎ型ガリウム砒素（ＧaＡs）構成材料層１１を共通基板として有する多数のマイクロＬＥＤ１０からなる半導体発光装置を形成する。

図５は、実施の形態１に基づくマイクロＬＥＤ１０において、光取り出し面２０からの光取り出し効率が向上することを説明するための断面図である。ただし、光の進路がわかりやすくなるように、半導体層２、４および５のハッチングは省略した。

図５では、一例として発光点Ｌ₁から上方に出射された光ｄおよびｅと、発光点Ｌ₂から下方に出射された光ｆおよびｇとの進路を示す。これらの光ｄ〜ｇは、光取り出し面２０の対向面が光取り出し面２０に平行な平面であれば、両者の間で反射を繰り返しながら横方向へ進み、マイクロＬＥＤ１０の内部を循環したり、側壁側へ漏れ出したりするのみで、光取り出し面２０から取り出される可能性は低い。それに対し、本実施の形態では、光取り出し面２０の対向面側に、光取り出し面２０に一定の角度（約５５度）で交わる多数の傾斜反射面２４および２５が形成されているので、光ｄ〜ｇの進路は傾斜反射面２４および２５での反射によって大きく方向変換され、光取り出し面２０から取り出される確立が大幅に高められる。

この際、図５からわかるように、マイクロＬＥＤ１０のメサの傾斜面をなす素子分離面２１および２２も反射面の一部として機能し、マイクロＬＥＤ１０内部を横方向へ進む光の進路を光取り出し面２０の方向へと反射させ、光取り出し面２０から光を取り出す効率を向上させる効果を有している。

図６は、実施の形態１に基づくマイクロＬＥＤと比較例において、光線追跡法で光取り出し効率を計算した結果を比較して説明するための断面図である。断面の位置は図１（Ｂ）の断面の位置と同じである。

図６（Ａ）は、光取り出し面２０の対向面が光取り出し面２０に平行な平面であり、ｐ電極７の下部にｐ型ガリウム砒素コンタクト層６を完全に残した比較例１の場合で、このマイクロＬＥＤにおける光取り出し効率は１１．０％である。

図６（Ｂ）は、光取り出し面２０の対向面が光取り出し面２０に平行な平面であるが、マイクロＬＥＤ１０に対応してｐ電極７の下部の一部にのみｐ型ガリウム砒素コンタクト層６をライン・アンド・スペース形に残した比較例２の場合で、このマイクロＬＥＤにおける光取り出し効率は１７．６％である。比較例１における光取り出し効率と比べると、光取り出し効率は６．６％（比較例２の光取り出し効率の６０％分に相当）改善されており、ｐ型ガリウム砒素コンタクト層６の存在が光取り出し効率の向上の障害になることがわかる。

図６（Ｃ）は、光取り出し面２０に対向して傾斜反射面を設けた本実施の形態に基づくマイクロＬＥＤ１０の場合で、マイクロＬＥＤ１０における光取り出し効率は２２．８％である。比較例２における光取り出し効率と比べると、光取り出し効率が５．２％（比較例２の光取り出し効率の３０％分に相当）改善されていることがわかる。これは、ｐ型半導体層４および５に、活性層３を間に挟んで光取り出し面２０に対向する傾斜反射面２４および２５を設けた効果である。

図６（Ｄ）は、マイクロＬＥＤ１０からｐ型ガリウム砒素コンタクト層６を除いてしまった、マイクロＬＥＤ１０の変形例の場合で、このマイクロＬＥＤにおける光取り出し効率は４０．６％である。図６（Ｄ）に示したマイクロＬＥＤ１０における光取り出し効率と比べると、１７．８％改善されていることがわかる。これは、傾斜反射面２４および２５が設けられたマイクロＬＥＤ１０では、光取り出し効率を向上させる上で、ｐ型ガリウム砒素コンタクト層６を除去する効果がきわめて大きいことを示している。

図６（Ｅ）〜（Ｇ）は、本実施の形態に基づくマイクロＬＥＤ１０の他の変形例の場合である。図６（Ｅ）および（Ｆ）に示したマイクロＬＥＤでは、それぞれ、図６（Ｃ）および（Ｄ）に示したマイクロＬＥＤの背面側に、メタル反射鏡２７が設けられており、光取り出し効率はそれぞれ２８．５％および５１．９％である。図６（Ｅ）に示したマイクロＬＥＤの光取り出し効率は、図６（Ｃ）に示したマイクロＬＥＤに比べ５．７％向上しているのに対し、図６（Ｆ）に示したマイクロＬＥＤの光取り出し効率は、図６（Ｄ）のマイクロＬＥＤに比べ１１．３％向上している。図６（Ｄ）に示したマイクロＬＥＤの方が図６（Ｄ）のマイクロＬＥＤに比べて、メタル反射鏡２７を設ける効果が高いのは、ｐ型ガリウム砒素コンタクト層６を省略し、光取り出し効率が向上した結果、背面側に漏れ出す光も多くなっていたからである。

図６（Ｇ）に示したマイクロＬＥＤは、図６（Ｆ）に示したマイクロＬＥＤの光取り出し面２０にもＶ字形溝２８を形成し、その側面として傾斜反射面を設けた例であり、光取り出し効率は５４．６％である。図６（Ｇ）のマイクロＬＥＤを図６（Ｆ）のマイクロＬＥＤに比べると、Ｖ字形溝２８によって光取り出し効率が２．７％向上している。

以上のように、種々の改善策を組み合わせることで光取り出し効率を格段に向上させることができる。

マイクロＬＥＤ１０では、Ｖ字形溝２６が［１−１０］方向に沿って線状パターンに延びており、このＶ字形溝２６が複数本並設されている。このような形状にすることで、ｐ型半導体層４および５の上の広い領域に、（１１１）面からなる傾斜反射面２４、および（１１−１）面からなる傾斜反射面２５を効果的に配置することができる。Ｖ字形溝２６には、光を反射するだけではなく、ｐ型半導体層５および４における電流の拡散を抑制し、活性層３の限定された領域に電流を集中し、活性層３における電流密度を増加させ、その結果として発光効率を高める働きがある。以下、この作用について説明する。

図７（a）は、マイクロＬＥＤ１０と同じ構成材料層からなるものの、Ｖ字形溝２６のない比較例のマイクロＬＥＤにおいて、電流密度と、ｐ型半導体層５および４における電流拡散距離との関係を計算で求めた結果を示すグラフであり、図７（ｂ）は電流拡散距離を説明する断面図である。ただし、光の進路がわかりやすくなるように、半導体層４および５のハッチングは省略した。図７（ｂ）に示すように、ｐ型半導体層５および４における電流拡散距離とは、ｐ型半導体層５および４に電流を注入する電極の端部の位置と、活性層３に到達した電流の広がりの端部の位置のずれのことであり、電極から注入された電流が、ｐ型半導体層５および４を図の下方向へ流れる間に、図の左右方向へ広がった距離のことである。

図７（ａ）のグラフによれば、例えば、マイクロＬＥＤ１０の定格電流密度である４４（Ａ／ｃｍ²）において、電流拡散距離は３．７μｍである。これは、電流密度が４４（Ａ／ｃｍ²）であるとき、電極から注入された電流が、ｐ型半導体層５および４を流れる間に、電極の端部から３．７μｍ離れた位置まで、図の左右方向に広がることを示している。

図８は、Ｖ字形溝２６による電流狭窄作用を説明する断面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）の点線で囲んだ部分の拡大断面図である。ただし、光の進路がわかりやすくなるように、半導体層４および５のハッチングは省略した。電流はＶ字形溝２６が形成されている領域を流れることはできないから、図８（ｂ）と図７（ｂ）とを比べれば明らかなように、Ｖ字形溝２６の存在によって電流の拡散は抑制される。例えば、電流がＶ字形溝２６の側壁に接する位置まで広がるとした場合、電流拡散距離はＶ字形溝２６の側壁部の幅にほぼ等しく、Ｖ字形溝２６の深さ約１μｍと大略同程度であり、比較例の３．７μｍに比べてはるかに小さい。このように、Ｖ字形のメサ溝２６によって電流の広がりを抑制し、活性層３の限定された領域に電流を狭窄することによって、素子端面など、非発光再結合が支配的な領域に電流が広がることを防止し、結果的に発光効率を高めることができる。

実施の形態２
実施の形態２では、請求項１０〜１４に記載した半導体発光装置と、請求項１５〜１７に記載した半導体発光装置の製造方法とに関わる例として、多数個のマイクロ発光ダイオードからなる半導体発光装置およびその製造方法について説明する。

この半導体発光装置４０は、マイクロ発光ダイオード３０が複数個、少なくともｎ型ガリウム砒素（ＧaＡs）層１からなる同一基板上にアレイ状に形成されており、線状又は面上などの様々な形状を有する光源を形成できるばかりでなく、自発光型の表示装置を形成することもできる。

図９は、実施の形態２に基づく半導体発光装置４０におけるマイクロＬＥＤ３０の実装状態を示す断面図である。断面の位置は、図１（Ｂ）の断面位置と同じである。

図９に示すように、半導体発光装置４０では、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などからなる透明電極３１に凹部が形成され、その凹部に、例えば金ゲルマニウムと金が積層されたＡuＧe／Ａuの二層構造からなるｎ電極３２が埋め込まれた後、表面がＣＭＰ法（化学的機械研磨法）などによって平坦化されている。そしてその上に実施の形態１で述べたマイクロＬＥＤ１０と同じ層構成を有するマイクロ発光ダイオード３０が多数個、少なくともｎ型ガリウム砒素（ＧaＡs）層１からなる基板上に形成され、マイクロ発光ダイオード３０のアレイを形成している。マイクロ発光ダイオード３０のアレイの作製方法は、実施の形態１におけるマイクロ発光ダイオード１０の作製方法の説明において言及した通りである。

半導体発光装置４０を構成するマイクロＬＥＤ３０では、マイクロＬＥＤ１０に比べ、さらに出射光量を増大させる手段が設けられている。マイクロＬＥＤ３０のｐ形半導体層５（または４）の上部表面のうち、ｐ電極７が形成されていない領域では、酸化シリコンＳiＯ₂などの低屈折率材料からなる低屈折率膜３３がＶ字形溝２６に埋め込まれた上で、その上に銀Ａgなどからなる光反射メタル３４が前記光反射手段として設けられている。

光反射メタル３４が設けられたマイクロＬＥＤ３０は、ｎ型ガリウム砒素（ＧaＡs）層１を除いて、シリコーン樹脂などからなる保護用モールド樹脂３３によって封止され、そのモールド樹脂３３を貫いてｐ電極７に接続するための引き出し電極３６が設けられている。そしてマイクロＬＥＤ１０の後方に漏れ出た光を前方に反射するために、複数のマイクロＬＥＤ３０に共通に曲率半径の大きい凹面鏡３７が、別の前記光反射手段として、複数のマイクロＬＥＤ３０から離間した状態で設けられている。

図１０は、半導体発光装置４０の作製工程の途中におけるマイクロＬＥＤ３０の状態を示す平面図である。図１０（Ａ）は、マイクロＬＥＤ３０のｐ形半導体層５（または４）の上部に、銀Ａgなどからなる光反射メタル３４を蒸着などで形成した状態を示す。図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）に示したマイクロＬＥＤ３０を保護用のモールド樹脂３３によって封止し、引き出し電極３６を形成するための開口部３８を形成した状態を示す。

なお、断面Ｖ字形の前記溝に低屈折率材料をモールドして、その上に光反射メタルを被着することによって全方向反射材（ＯＤＲ：omni-directional reflector）としての応用も可能である。全方向反射材を備えたＬＥＤでは、方向に依存することなく光取り出し効率を向上させることができる（T. Gessmann, E. F. Schubert, J. W. Graff, K. Streubel and C. Karnutsch，Omnidirectional Reflective Contacts for Light-Emitting Diodes，IEEE Electron Device Letters, 24, 683-685（2003）、Jong Kyu Kim, Thomas Gessmann, Hong Luo and E. Fred Schubert，GaInN light-emitting diodes with RuO₂／SiO₂／Ag omni-directional reflector、APPLIED PHYSICS LETTERS，84，4508-4510（2004））。

以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれらの例に何ら限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることは言うまでもない。

本発明の半導体発光素子及びその製造方法は、マイクロ発光ダイオードなどの半導体発光素子の出射光量の向上に寄与することができる。そしてマイクロ発光ダイオードが複数個、同一基板上にアレイ状に形成され、線状又は面上などの様々な形状を有する光源を形成できるばかりでなく、自発光型の表示装置をも提供することができる半導体発光装置及びその製造方法に応用され、出射光量の向上に寄与することができる。

本発明の実施の形態１に基づくマイクロＬＥＤの平面図（Ａ）と、平面図（Ａ）に１Ｂ−１Ｂ線で示した位置における断面図（Ｂ）とである。 同、マイクロＬＥＤの作製工程のフローを示す断面図である。 同、マイクロＬＥＤの作製工程のフローを示す断面図である。 同、Ｖ字形溝２６を、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したＳＥＭ画像である。 同、マイクロＬＥＤにおいて、光取り出し面からの光取り出し効率が向上することを説明するための断面図である。 実施の形態１に基づくマイクロＬＥＤと比較例とにおいて、光線追跡法で光取り出し効率を計算した結果を比較して説明するための断面図である。 同、Ｖ字形溝のない比較例のマイクロＬＥＤにおける、電流密度と電流拡散距離との関係を示すグラフ（ａ）と、電流拡散距離を説明する断面図（ｂ）とである。 同、マイクロＬＥＤにおける電流狭窄作用を説明する断面図である。 実施の形態２に基づく半導体発光装置におけるマイクロＬＥＤの実装状態を示す断面図である。 同、半導体発光装置の作製工程の途中におけるマイクロＬＥＤの状態を示す平面図である。

符号の説明

１…ｎ型ガリウム砒素（ＧaＡs）層、
２…ｎ型アルミニウム・ガリウム・インジウム・リン（ＡlＧaＩnＰ）クラッド層、
３…ＡlＧaＩnＰ層とＧaＩnＰ層とが多数、交互に積層されたＭＱＷ活性層、
４…ｐ型アルミニウム・ガリウム・インジウム・リン（ＡlＧaＩnＰ）クラッド層、
５…ｐ型ガリウム・インジウム・リン（ＧaＩnＰ）バッファ層、
６…ｐ型ガリウム砒素（ＧaＡs）コンタクト層、７…ｐ電極、
１０…マイクロ発光ダイオード、１１…ｎ型ガリウム砒素構成材料層、
１２…ｎ型アルミニウム・ガリウム・インジウム・リン構成材料層、
１３…ＭＱＷ活性層構成材料層、
１４…ｐ型アルミニウム・ガリウム・インジウム・リン構成材料層、
１５…ｐ型ガリウム・インジウム・リン構成材料層、
１６…ｐ型ガリウム砒素構成材料層、１７…ｐ電極材料層、２０…光取り出し面、
２１、２２…素子分離面、２３…素子分離溝、２４、２５…傾斜反射面、
２６…Ｖ字形溝、２７…メタル反射鏡、２８…Ｖ字形溝、３０…マイクロＬＥＤ、
３１…透明電極（ＩＴＯなど）、３２…ｎ電極、３３…低屈折率膜、
３４…光反射メタル、３５…モールド樹脂、３６…引き出し電極、
３７…曲率半径の大きい凹面鏡、３８…引き出し電極を形成するための開口部、
４０…半導体発光装置、５１、５３…フォトレジスト、５２…開口部、
５４…ｐ電極形成領域、Ｌ₁、Ｌ₂…発光点、ｄ〜ｇ…光の進路

Claims (17)

1. III−Ｖ族化合物半導体層からなる半導体発光素子において、
   第１導電型半導体層の（００１）面に光取り出し面が形成され、
   活性層を間に挟んで前記光取り出し面の反対側に存在する第２導電型半導体層に、前 記活性層に達しない（１１１）面及び（１１−１）面からなる傾斜反射面が形成されて いる
   ことを特徴とする、半導体発光素子。
2. 前記（１１１）面からなる傾斜反射面と前記（１１−１）面からなる傾斜反射面とが、前記第２導電型半導体層の表面に断面Ｖ字形の溝を形成している、請求項１に記載した半導体発光素子。
3. 前記溝が［１−１０］方向に沿って線状パターンに延びている、請求項２に記載した半導体発光素子。
4. 前記線状パターンが複数本並設されている、請求項３に記載した半導体発光素子。
5. 前記第２導電型半導体層上の一部に電極が設けられている、請求項１に記載した半導体発光素子。
6. 前記電極が設けられていない領域に、前記溝の少なくとも一部が存在している、請求項５に記載した半導体発光素子。
7. 前記第２導電型半導体層が構成元素としてリンを含んでいる、請求項１に記載した半導体発光素子。
8. （１１１）面である傾斜面及び／又は（１１−１）面である傾斜面によって、前記第２導電型半導体層と、前記活性層と、前記第１導電型半導体層の少なくとも一部とが、メサ形状に形成されている、請求項１に記載した半導体発光素子。
9. 前記第１導電型半導体層が構成元素としてリンを含んでいる、請求項７に記載した半導体発光素子。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載した半導体発光素子が複数個、少なくとも前記第１導電型半導体層の最下層からなる同一基板上にアレイ状に形成されている、半導体発光装置。
11. 前記半導体発光素子間が、請求項８に記載した前記傾斜面によって素子分離されている、請求項１０に記載した半導体発光装置。
12. 前記第２導電型半導体層上に光反射手段が設けられている、請求項１０に記載した半導体半導体発光装置。
13. 前記光反射手段が前記第２導電型半導体層上に被着された光反射メタルからなる、請求項１２に記載した半導体半導体発光装置。
14. 前記光反射手段が前記第２導電型半導体層に離間して配された凹面鏡からなる、請求項１２に記載した半導体半導体発光装置。
15. 請求項１〜請求項１２のいずれか１項に記載した半導体発光素子又は半導体発光装置の製造方法であって、前記（１１１）面及び前記（１１−１）面からなる傾斜反射面を、低温の塩酸をエッチャントとするウエットエッチングによって形成する、半導体発光素子又は半導体発光装置の製造方法。
16. 前記第２導電型半導体層と、前記活性層と、前記第２導電型半導体層の少なくとも一部とを、低温の塩酸をエッチャントとするウエットエッチングによってエッチングして、（１１１）面及び／又は（１１−１）面からなる傾斜面を側面とするメサ形状に成形する、請求項１５に記載した半導体発光素子又は半導体発光装置の製造方法。
17. 前記メサ形状の形成を前記傾斜反射面の形成と同時に行う、請求項１６に記載した半導体発光素子又は半導体発光装置の製造方法。