JP3782357B2 - 半導体発光素子の製造方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザ（ＬＤ）等の半導体発光素子に係わり、特に光取り出し面の粗面化をはかった半導体発光素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、高輝度の発光ダイオードは、半導体基板上にダブルへテロ構造等からなる発光部を形成し、その上に電流拡散層を形成して構成される。この発光ダイオードを樹脂にてパッケージする場合、電流拡散層の上部は、素子保護のための透明樹脂で覆われた構造となっている。
【０００３】
この構造では、電流拡散層（屈折率：３．１〜３．５）と透明樹脂（屈折率：１．５程度）との間の臨界角は２５〜２９度となり、これより入射角が大きくなる光は全反射し、発光素子外部に放出される確率が著しく低下する。このため、実際に発生した光の取り出し効率は２０％程度になっているのが現状である。
【０００４】
なお、電流拡散層の表面を粗面化する方法として、塩酸，硫酸，過酸化水素，若しくはこれらの混合液で処理してチップ表面を粗面化する方法が知られている（特開２０００−２９９４９４号，特開平４−３５４３８２号公報）。しかしながら、これらの方法では、基板の結晶性の影響を受け、露出面方位により粗面化できる面とできない面が発生する。このため、常にチップ上面が粗面化できるとは限らず、光取り出し効率の向上に制約があり、高輝度化が困難であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来、樹脂にてパッケージする発光ダイオードにおいては、発光層を含む半導体多層膜の最上層と透明樹脂との境界で、界面に斜め方向から入射する光が全反射し、光取り出し効率が低下するという問題があった。また、この問題は発光ダイオードに限るものではなく、面発光型の半導体レーザに関しても同様に言えることである。
【０００６】
本発明は、上記事情を考慮して成されたもので、その目的とするところは、光取り出し面における光の全反射の影響で光取り出し効率が低下するのを防止することができ、光取り出し効率の向上をはかり得る半導体発光素子及びその製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（構成）
上記課題を解決するために本発明は次のような構成を採用している。
【０００９】
また本発明は、基板上に、発光層を含む半導体積層膜を形成する工程、前記発光層からの光を外部に取り出すための光取り出し面に、ブロックコポリマーを含有するマスク材料層を形成する工程、前記マスク材料層にアニール処理を施して、前記ブロックコポリマーを相分離させる工程、前記相分離したブロックコポリマーの一方の相を除去して、残りの相からなるパターンを有するマスクを形成する工程、および，前記マスクのパターンを前記光取り出し面に転写して、前記光取り出し面に微小凹凸を形成する工程を含むことを特徴とする。
【００１０】
（作用）
本発明によれば、上記のように規定された微小凹凸を光取り出し面に形成することにより、光取り出し面における光の全反射の影響で光取り出し効率が低下するのを防止することができ、光取り出し効率の向上をはかることが可能となる。また、半導体結晶内部での多重反射による内部吸収損失を小さくでき、温度上昇が極めて小さい発光素子を実現することができる。また、光取り出し面に対してブロックコポリマーを用いた粗面化処理を行うことにより、下地の結晶方位に依存することなく、微小凹凸を均一に形成することが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係わるＬＥＤの素子構造を示す断面図である。
【００１３】
図中１０はｎ型のＧａＰ基板であり、この基板１０上にｎ型ＩｎＡｌＰクラッド層１１，ＩｎＧａＡｌＰ活性層１２，ｐ型ＩｎＡｌＰクラッド層１３等を含むヘテロ構造部１４が形成され、その上にｐ型のＧａＰ電流拡散層１５が形成されている。電流拡散層１５上の一部にはｐ側電極（上部電極）１６が形成され、基板１０の裏面側にはｎ側電極（下部電極）１７が形成されている。そして、活性層１２における発光光は、電流拡散層１５の電極１６を形成していない面から取り出すようになっている。
【００１４】
ここまでの基本構成は従来素子と実質的に同じであるが、これに加えて本実施形態では、電流拡散層１５の電極１６を形成していない露出表面に微小凹凸１８が形成されている。この微小凹凸１８は、後述するブロックコポリマーを用いた処理により形成され、図２（ａ）に示すような形状となっている。なお、図２において、ｈは微小凹凸１８における凸部の高さ、ｄは凸部の底辺の長さ（幅）を示している。
【００１５】
ここで、凸部の断面形状は三角錐形状であり、この凸部の幅ｄは１０〜５００ｎｍ、高さｈは１００ｎｍ以上の分布、頂角は２５〜８０度の範囲であれば、光取り出し効率向上の効果が十分に認められた。また、その形状の素子内のばらつきは、例えば幅１００±５０ｎｍ、高さ２００±１００ｎｍの範囲であった（素子内の幅の分布±５０％、高さの分布±５０％）。
【００１６】
また、微小凹凸１８の形状は図２（ａ）に示す形状に限らず、図２（ｂ）に示すように凸部の先端に微小透明部が残ったものでもよく、図２（ｃ）に示すように凸部の先端部が平坦に加工されたものであってもよい。さらに、図２（ｄ）に示すように、凸部の先端部が平坦に加工されると共にその部分に微小透明部が残ったものであってもよい。
【００１７】
次に、本実施形態のＬＥＤの製造工程について説明する。
【００１８】
まず、図３（ａ）に示すように、ｎ−ＧａＰ基板１０上に、ヘテロ構造部１４と電流拡散層１５をエピタキシャル成長させ、電流拡散層１５上の一部にｐ側電極１６を形成し、基板１０の裏面側にｎ側電極１７を形成する。ここまでの工程は従来方法と基本的に同様である。
【００１９】
次いで、図３（ａ）に示す基板に対し、図３（ｂ）に示すように、ブロックコポリマーを溶剤に溶解した溶液をスピンコートで回転数２５００ｒｐｍで塗布した後、１１０℃，９０秒でプリベークして溶剤を気化することにより、マスク材料層３１を形成する。ここで、ブロックコポリマーはポリスチレン（ＰＳ）とポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）で構成されている。続いて、窒素雰囲気中で２１０℃，４時間のアニールを行い、ブロックコポリマーのＰＳとＰＭＭＡの相分離を行った。
【００２０】
次いで、相分離したブロックコポリマー付き基板を、ＣＦ4 ：３０sccm、圧力１．３３Ｐａ、パワー１００ＷでＲＩＥすることにより、相分離した膜のＰＳとＰＭＭＡをエッチングする。このとき、ＰＳとＰＭＭＡのエッチング速度差によりＰＭＭＡが選択的にエッチングされるため、図３（ｃ）に示すように、ＰＳのパターン３２が残る。
【００２１】
次いで、図３（ｄ）に示すように、ＰＳのパターン３２をマスクにして、ＢＣｌ3 ＝２３sccm，Ｎ2 ＝７sccmのガスを用い、圧力０．２Ｐａ，パワー５００Ｗの条件で約１００秒だけＲＩＥすると、電流拡散層１５の表面に微細な凹凸パターンが形成される。この代わりに、ＢＣｌ3 ＝８sccm，Ｃｌ2 ＝５sccm、Ａｒ＝３７sccmのガスで、圧力０．２Ｐａ，パワー５００Ｗの条件で約１００秒だけＲＩＥしてもよい。この後、Ｏ2 アッシャーにより残ったＰＳを除去することにより、前記図１に示す構造が得られる。
【００２２】
本実施形態では、上記したようなブロックコポリマーを用いた処理により、光取り出し面に、凸部の底辺の長さが１００±５０ｎｍ程度、高さが２００±１００ｎｍ程度の三角錐形状の微小凹凸を均一性良く形成することができた。また、凸部の頂角は２０〜４０度であった。そして、このような微小凹凸の存在により、光取り出し面における入射角が大きくなっても光を外部に取り出すことが可能となり、透明樹脂にて封止した場合にあっても光取り出し効率の向上をはかることができる。
【００２３】
本発明者らの実験によれば、微小凹凸における凸部の高さｈ＝１００ｎｍで約１．３倍、ｈ＝２００ｎｍで約１．５倍の光取り出し効率の向上が確認された。また、光取り出し効率の向上効果は、凸部の高さｈが１００ｎｍ以上で有意差（１割以上の向上）が認められ、高さｈが２００ｎｍを越えると１．５倍から１．６倍になりそれ以上は殆ど変わらなかった。また、凸部の幅ｄは１０〜５００ｎｍの範囲であれば、光取り出し効率向上の効果が十分に認められた。
【００２４】
なお、微小凹凸に関して、必ずしも凹凸の全てが上記の条件に入っている必要はなく、大部分（例えば９０％以上）が上記の条件を満足するものであれば十分な効果が得られる。さらに、上記のような微小凹凸はブロックコポリマーを用いた処理によって初めて得られるものであり、従来の粗面加工やエッチング加工では到底得られないものであった。ＥＢのような微細化リソグラフィ技術を用いれば上記の微小凹凸を作成することも可能ではあるが、大幅なコストアップにつながるので、本実施形態のようにポリマーを用いた形成方法で安価に作る方法が現実的である。
【００２５】
また、ドライエッチング速度の差が大きい典型的なブロックコポリマーは、芳香環含有ポリマー鎖とアクリル系ポリマー鎖とを含有するものである。芳香環含有ポリマー鎖の例には、ビニルナフタレン，スチレン及びこれらの誘導体から選択される少なくとも１種のモノマーを重合することにより合成されたポリマー鎖が含まれる。アクリル系ポリマー鎖の例には、アクリル酸，メタクリル酸，クロトン酸及びこれらの誘導体から選択される少なくとも１種のモノマーを重合することにより合成されたポリマー鎖が含まれる。典型的なものとして、ポリスチレンとポリメチルメタクリレートのブロックポリマーがあり、本実施形態ではこれを使用している。
【００２６】
このように本実施形態によれば、光取り出し面に微小凹凸を均一性良く形成できるので、光取り出し面における光の全反射の影響で光取り出し効率が低下するのを防止することができ、光取り出し効率の向上をはかることができる。従って、ＬＥＤの高輝度化に寄与することができる。また、単に塩酸，硫酸，過酸化水素若しくはこれらの混合液を用いて基板表面を粗面化する処理とは異なり、基板の面方位などに拘わらず微小凹凸を効率良く形成することができる。
【００２７】
また、光取り出し面に形成された微小凹凸により、従来では内部多重反射により活性層で再吸収された光も外部に取り出されるので、より高温まで（〜１００℃以上）の動作が可能になった。
【００２８】
（第２の実施形態）
本実施形態の特徴は、第１の実施形態におけるＰＳパターンの形成工程（図３（ｃ））として、ＣＦ4 でＲＩＥする代わりにＯ2 でＲＩＥすることにある。
【００２９】
第１の実施形態と同様に、電流拡散層１５上にブロックコポリマーのマスク材料層３１を形成し、ブロックコポリマーの相分離を行った後、Ｏ2 ：３０sccm、圧力１３．３Ｐａ、パワー１００ＷでＲＩＥすることにより、相分離した膜のＰＳとＰＭＭＡをエッチングする。Ｏ2 でドライエッチングした場合、ＣＦ4 と比べ下地基板まで削ることはできないが、ＰＳ−ＰＭＭＡブロックのＰＭＭＡを比較的忠実に削り取ることができた。この後、第１の実施形態と同様のプロセスを行った。即ち、ＰＳのパターン３２をマスクにして、Ｃｌ2 でＲＩＥすることにより、電流拡散層１５の表面に微細な凹凸パターンを形成した。この後、Ｏ2 アッシャーにより残ったＰＳを除去した。
【００３０】
この結果、光取り出し面である電流拡散層１５の表面の電極、配線パターン以外の表面に、第１の実施形態と同様に、幅が１００±５０ｎｍ程度の分布で、高さが２００±１００ｎｍ程度の凹凸パターンを形成することができた。従って、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００３１】
（第３の実施形態）
本実施形態の特徴は、第１の実施形態におけるＰＳパターンの形成工程（図３（ｃ））として、ＣＦ4 でＲＩＥする代わりに、電子線の照射による主鎖切断を利用することにある。
【００３２】
第１の実施形態と同様に、電流拡散層１５上にブロックコポリマーのマスク材料層３１を形成し、ブロックコポリマーの相分離を行った後、電子線を一括全面照射することによりＰＭＭＡの主鎖を切断する。続いて、現像液（例えばＭＩＢＫとＩＰＡの混合液）で現像し、さらにリンスし、ＰＭＭＡだけ溶解除去することにより、ＰＳのパターン３２を残す。
【００３３】
次いで、第１の実施形態と同様に、ＰＳのパターン３２をマスクにして、Ｃｌ2 でＲＩＥすることにより、電流拡散層１５の表面に微細な凹凸パターンを形成した。その後、残ったＰＳパターンをアセトンで除去することによって、第１の実施形態と同様な微小な凹凸パターンを電流拡散層１５の表面に形成することができた。
【００３４】
この結果、光取り出し面である電流拡散層１５の表面の電極、配線パターン以外の表面に、幅が１００±５０ｎｍ程度の分布で、高さが２００±１００ｎｍ程度の凹凸パターンを形成することができた。従って、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００３５】
（第４の実施形態）
本実施形態は、ブロックコポリマーとして、芳香環含有ポリマー鎖と脂肪族二重結合ポリマー鎖から構成される材料を用いたことを特徴とする。
【００３６】
脂肪族二重結合ポリマーとは、ポリマー主鎖中に二重結合を含むポリマーであり、オゾンなどの酸化によりこの二重結合が切断される性質を持つ。このため、芳香環含有ポリマー鎖と脂肪族二重結合ポリマー鎖で構成されたブロックコポリマーの片方を選択的に除去することができる。具体的には、ポリジエン系ポリマーとその誘導体が挙げられる。典型的なものとして、ポリスチレンとポリブタジエンのブロックコポリマーやポリスチレンとポリイソプレンのブロックコポリマーがある。
【００３７】
本実施形態では、ブロックコポリマーに、ポリスチレン（ＰＳ）−ポリイソプレンの共重合体を用いて、第１の実施形態と同様の方法で形成し相分離したブロックコポリマー付き基板を作成した。これをオゾンを発生させた中に放置し、ポリイソプレンを除去した。その結果、ＰＳのパターンが残った。この後、第１の実施形態と同様のプロセスを行った。
【００３８】
その結果、光取り出し面である電流拡散層１５の表面の電極、配線パターン以外の表面に、幅が１００±５０ｎｍ程度の分布で、高さが２００±１００ｎｍ程度の凹凸パターンを形成することができた。従って、第１の実施形態と同様の効果が得られる。なお、ブロックコポリマーにポリスチレン−ポリブタジエンの共重合体を用いても、同様のプロセスで同程度の凹凸が形成できた。
【００３９】
（第５の実施形態）
図４は、本発明の第５の実施形態に係わるＬＥＤの製造工程を示す断面図である。なお、図３と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
【００４０】
本実施形態が、先に説明した第１の実施形態と異なる点は、電流拡散層の表面に微小凹凸を形成する代わりに、電流拡散層上に形成された透明層に微小凹凸を形成することにある。
【００４１】
まず、前記図３（ａ）に示す構造を作成した後に、図４（ａ）に示すように、電流拡散層１５上にＳｉＯ2 膜，ＳｉＮ2 膜，或いはＴｉＯ2 膜などの透明膜４１をスパッタ或いはＣＶＤ法、或いは塗布法などで形成した。
【００４２】
次いで、図４（ｂ）に示すように、第１の実施形態と同様に、ＰＳとＰＭＭＡからなるブロックコポリマーを溶剤に溶解した溶液を透明膜４１上にスピンコートで塗布した後、プリベークして溶剤を気化することにより、マスク材料層３１を形成した。さらに、窒素雰囲気中でアニールを行い、ブロックコポリマーのＰＳとＰＭＭＡの相分離を行った。
【００４３】
次いで、図４（ｃ）に示すように、相分離したブロックコポリマー付き基板を、ＣＦ4 ，ＣＨＦ3 ，Ｃ4 Ｆ8 ，ＳＦ6 等のガス、圧力５〜１０Ｐａ、パワー１００〜１０００ＷでＲＩＥすることにより、ＰＳのパターン３２を形成すると共に、透明膜４１にＰＳのパターン３２を転写した。
【００４４】
その後、図４（ｄ）に示すように、Ｏ2 アッシャーにより残ったＰＳを除去することにより、透明膜４１の表面に微小凹凸を有する構造が得られた。この微小凹凸は、第１の実施形態と同様に、幅が１００±５０ｎｍ程度、高さｈが２００±１００ｎｍ程度で均一性の良いものであった。
【００４５】
なお、図４（ｄ）に示す工程の後に、透明膜４１のパターンをマスクにして第１の実施形態と同様に、電流拡散層１５をエッチングし、ＨＦ，ＮＨ4 Ｆ等の薬液で透明膜４１を除去することにより、第１の実施形態と同様に電流拡散層１５の表面に微小な凹凸を形成することができる。
【００４６】
このように本実施形態によれば、光取り出し面としての透明膜４１又は電流拡散層１５の表面に微小凹凸を均一性良く形成できるので、光取り出し面における光の全反射の影響で光取り出し効率が低下するのを防止することができる。従って、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００４７】
（第６の実施形態）
図５は、本発明の第６の実施形態に係わるＬＥＤの素子構造を示す断面図である。
【００４８】
図５（ａ）では、ｎ型ＧａＮ基板５０上に、ｎ型ＧａＮバッファ層５１、ｎ型ＧａＮクラッド層５２、ＩｎＧａＮ／ＧａＮからなるＭＱＷ活性層５３、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層５４、ｐ型ＧａＮコンタクト層５５が成長形成され、コンタクト層５５上の一部にｐ側電極５６が形成され、基板５０の裏面にｎ側電極５７が形成されている。そして、コンタクト層５５の電極５７を形成していない露出面に、第１〜第５の実施形態で説明したようなブロックコポリマーを用いた方法で微小凹凸５５ａが形成されている。
【００４９】
これはは、基板５０と反対側の面から光を取り出す方式（Junction Up タイプ）であり、光取り出し面であるコンタクト層５５（必ずしもコンタクト層ではなくてもよく、誘電体膜でもよい）の表面に微小凹凸５５ａが均一性良く形成されるため、光取り出し効率の向上をはかることができる。
【００５０】
図５（ｂ）では、（ａ）と同様に、ｎ型ＧａＰ基板５０上に各層５１〜５５を形成した後に、コンタクト層５５上の全面にｐ側電極５７が形成され、基板５０の裏面側の一部にｎ側電極５８が形成されている。そして、基板５０の裏面側の電極５８を形成していない露出面に、第１〜第５の実施形態で説明したような方法で微小凹凸５０ａが形成されている。
【００５１】
これは、基板５０側から光を取り出す方式（Junction Down タイプ）であり、光取り出し面である基板５０の裏面に微細凹凸５０ａが均一性良く形成されるため、光取り出し効率の向上をはかることができる。
【００５２】
また、ＭＱＷ活性層５３から出た光は、各端面で反射され、上面の微小凹凸５０ａから取り出すことができ、チップ側面の光密度を低減することができるため、チップ側面にある樹脂劣化を防止することができ、長時間動作しても樹脂変色が起こらない発光素子が実現できる。
【００５３】
（第７の実施形態）
図６は、本発明の第７の実施形態に係わるＬＥＤの素子構造を示す断面図である。
【００５４】
図６（ａ）では、サファイア基板６０上に、ＡｌＧａＮバッファ層６１、ｎ型ＧａＮコンタクト層６２、ＩｎＧａＮ／ＧａＮからなるＭＱＷ活性層６３、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層６４、ｐ型ＧａＮコンタクト層６５が成長形成され、コンタクト層６５の上にＩＴＯ等の透明電極６６が形成されている。また、透明電極６６からｎ型コンタクト層６２の途中まで一部エッチング除去されている。
【００５５】
そして、透明電極６６上の一部にはｐ側電極６７が形成され、露出したコンタクト層６２の表面上にｎ側電極６８が形成されている。さらに、透明電極６６上の電極６７を形成していない露出面に、第１〜第５の実施形態で説明したような方法で微小凹凸６６ａが形成されている。
【００５６】
これは、基板６０と反対側の面から光を取り出す方式（Junction Up タイプ）であり、光取り出し面である透明電極６６の表面に微小凹凸６６ａが均一性良く形成されるため、光取り出し効率の向上をはかることができる。
【００５７】
図６（ｂ）では、（ａ）と同様に、サファイア基板６０上に各層６１〜６５を形成した後に、ｐ型コンタクト層６５からｎ型コンタクト層６２の途中まで一部をエッチング除去した後に、ｐ型コンタクト層６５上の全面にｐ側電極６７が形成され、ｎ型コンタクト層６２の露出面にｎ側電極６８が形成されている。そして、基板６０の裏面全体に、第１〜第５の実施形態で説明したような方法で微小凹凸６０ａが形成されている。
【００５８】
これは、基板６０側から光を取り出す方式（Junction Down タイプ）であり、光取り出し面である基板６０の裏面に微小凹凸６０ａが均一性良く形成されるため、光取り出し効率の向上をはかることができる。
【００５９】
（第８の実施形態）
図７は、本発明の第８の実施形態に係わるＬＥＤの素子構造を示す断面図である。
【００６０】
ｐ型ＧａＰ基板７０上にｐ型ＧａＰバッファ層７１が形成され、その上に、ｐ型ＩｎＧａＰ接着層７２、ｐ型ＩｎＡｌＰクラッド層７３、ＩｎＧａＡｌＰ活性層７４、ｎ型ＩｎＡｌＰクラッド層７５、ｎ型ＩｎＧａＡｌＰ電流拡散層７６が形成されている。
【００６１】
電流拡散層７５上の一部には、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層７７、ｉ型ＩｎＡｌＰブロック層７８、ｉ型ＧａＡｓブロックカバー層７９が形成され、その上にｎ側電極８１が形成されている。また、基板７０の裏面側にはｐ側電極８２が形成されている。そして、電流拡散層７５上の電極８１が形成されていない露出表面には、第１〜第５の実施形態と同様に、微小凹凸８３が形成されている。
【００６２】
次に、本実施形態のＬＥＤの製造方法について、図８を参照して説明する。
【００６３】
まず、図８（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板９０上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層９１（厚さ０．５μｍ：キャリア濃度４×１０17ｃｍ-3）、ｉ型ＩｎＧａＰエッチングストップ層９２（厚さ０．２μｍ）、ｉ型ＧａＡｓブロックカバー層７９（厚さ０．１μｍ）、ｉ型ＩｎＡｌＰブロック層７８（厚さ０．２μｍ）、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層７７（厚さ０．１μｍ：キャリア濃度１×１０18ｃｍ-3）、ｎ型ＩｎＧａＡｌＰ電流拡散層７６（厚さ１．５μｍ：キャリア濃度４×１０17ｃｍ-3）、ｎ型ＩｎＡｌＰクラッド層７５（厚さ０．６μｍ：キャリア濃度４×１０17ｃｍ-3）、ＩｎＧａＡｌＰ−ＭＱＷ活性層７４（厚さ０．７２μｍ：波長６２１ｎｍ）、ｐ型ＩｎＡｌＰクラッド層７３（厚さ１μｍ：キャリア濃度４×１０17ｃｍ-3）、ｐ型ＩｎＧａＰ接着層７２（厚さ０．０５μｍ：キャリア濃度３×１０18ｃｍ-3）、ｎ型ＩｎＡｌＰキャップ層９５（厚さ０．１５μｍ：キャリア濃度２×１０15ｃｍ-3）を上記順に成長形成した。
【００６４】
次いで、図８（ｂ）に示すように、キャップ層９５を除去した後に、露出した接着層７２に、厚さ１５０μｍのｐ型ＧａＰ基板７０上にｐ型ＧａＰ層７１（厚さ０．２μｍ：キャリア濃度３×１０18ｃｍ-3）を成長した支持基板を接着する。続いて、ＧａＡｓ基板９０をエッチング除去し、さらにバッファ層９１及びエッチングストップ層９２をエッチング除去する。
【００６５】
次いで、図８（ｃ）に示すように、ブロックカバー層７９，ブロック層７８，コンタクト層７７を電極パターンにエッチングした後に、ブロックカバー層７９上にｎ側電極８１を形成する。さらに、基板７０の裏面側にｐ側電極８２を形成する。
【００６６】
ここで、光取り出し側の電極パターンは基本的には素子上面の中央部に円形に形成されているが、周辺部にも細いラインが形成されている。周辺部ではブロックカバー層７９及びブロック層７８は除去され、コンタクト層７７が露出している。従って、ｎ側電極８１は、中央部ではブロックカバー層７９及びブロック層７８を介してコンタクト層７７上に、周辺部ではコンタクト層７７上に直接形成されている。また、ｐ側電極８２は基板７０の裏面全面に形成してもよいが、ｎ側電極８１を形成していない部分直下の発光効率を高めるために、中央部を除いて４箇所にそれぞれ円形パターンに形成されている。
【００６７】
これ以降は、第１〜第５の実施形態と同様に、ブロックコポリマーを用いて電流拡散層７６の表面に微小凹凸を形成することにより、前記図７に示す構造が得られることになる。
【００６８】
このように本実施形態においては、光取り出し面である電流拡散層７６の電極８１を形成していない面に微小凹凸８３が均一性良く形成されるため、光取り出し効率の向上をはかることができる。従って、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００６９】
（第９の実施形態）
本実施形態は、ＳｉＯ2 ，ＳｉＮなどの酸化膜或いは窒化膜をマスクにして、下の基板を加工する方法である。
【００７０】
まず、図９（ａ）に示すように、前記図７の構造におけるＩｎＧａＡｌＰ電流拡散層７６上にＳｉＯ2 膜であるＳＯＧ膜９１を膜厚０．１μｍスピン塗布で形成し、その上に第１の実施形態と同様にポリマー９２を形成し、層分離を行う。その後、Ｏ2 ＝３０sccm，圧力１３Ｐａ，パワー１００Ｗの条件で約３０秒だけＲＩＥすることにより、ポリマーパターンを形成する。
【００７１】
次いで、ポリマーパターンをマスクに用い、ＳＯＧ膜９１をＣＦ4 ＝３０sccm，圧力１．３Ｐａ，パワー１００Ｗの条件で約１００秒だけＲＩＥし、図９（ｂ）に示すようにＳＯＧパターンを形成する。
【００７２】
次いで、ＢＣｌ3 ＝８sccm，Ｃｌ2 ＝５sccm，Ａｒ＝３７sccm，圧力０．２Ｐａ，パワー５００Ｗの条件で約１００秒だけＲＩＥし、図９（ｃ）に示すように、ＩｎＧａＡｌＰ電流拡散層７６の表面に、幅５０〜３００ｎｍ，高さ１００〜５００ｎｍの微細な三角錐形状の微小凹凸８３を形成する。このとき、三角錐形状の頂点にはＳＯＧ（酸化膜）９１が残っていても、残っていなくても効果は同じである。
【００７３】
本実施形態では、ＩｎＧａＡｌＰ電流拡散層７６の表面に、微小凹凸の凸部として、幅１００±５０ｎｍ、高さ２００±１００ｎｍの三角錐形状を均一に形成することができた。図１０は、この微小凹凸を示す電子顕微鏡写真である。
【００７４】
（第１０の実施形態）
本実施形態は、前記図９の場合から更に多層レジスト方式を適用して下の基板を加工する方法である。
【００７５】
まず、図１１（ａ）に示すように、ＩｎＧａＡｌＰ電流拡散層７６上に下層用のレジスト（ポジ型ノボラックレジスト、このレジストには感光剤が入っていなくてもよい）９５を膜厚１．０μｍで塗布し、その上に前記図９と同様にＳＯＧ膜９１及びポリマー９２を形成する。そして、ポリマー９２の層分離を行った後に、Ｏ2 ＝３０sccm，圧力１３Ｐａ，パワー１００Ｗの条件で約３０秒だけＲＩＥしすることにより、ポリマーパターンを形成する。
【００７６】
次いで、前記図９と同様に、ポリマーパターンをマスクにＳＯＧ膜９１をＲＩＥし、続いて下層レジストをＯ2 ＝８sccm，Ｎ2 ＝８０sccm，圧力２Ｐａ，パワー３００Ｗの条件でＲＩＥすることにより、図１１（ｂ）に示すように、レジストパターンを形成する。
【００７７】
次いで、前記図９と同じ条件でＩｎＧａＡｌＰ電流拡散層７６をＲＩＥした後、Ｏ2 アッシャで下層レジスト９５を剥離することにより、図１１（ｃ）に示すように、ＩｎＧａＡｌＰ電流拡散層７６の表面に幅５０〜２００ｎｍ、高さ１００〜５００ｎｍの微細な三角錐形状の凹凸８３を形成する。
【００７８】
本実施形態では、ＩｎＧａＡｌＰ電流拡散層７６の表面に、微小凹凸の凸部として、幅１００±５０ｎｍ、高さ３００±１５０ｎｍの三角錐形状を均一に形成することができた。
【００７９】
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。マスク材料層を形成するためのブロックコポリマーは、芳香環含有ポリマー鎖とアクリル系ポリマー鎖から構成される材料、又は芳香環含有ポリマー鎖と脂肪族二重結合ポリマー鎖から構成される材料に限定されるものではなく、相分離した状態で一方を選択的に除去できるような材料であればよい。また、微小凹凸を形成する層は必ずしも電流拡散層や透明膜に限るものではなく、光取り出し側の最上層に位置しポリマーをマスクにエッチング加工できるものであればよい。
【００８０】
また、微小凹凸における凸部は必ずしも三角錐形状に限るものではなく、錐体形状であれば実施形態で説明したものと同様の効果が得られる。また、電極部以外のチップ各面（表面、側面）に微小凹凸の錐体形状が本発明の方法で形成されてもよい。さらに第１の実施例等では、上部電極、下部電極形成後の光取出し表面に微小な凹凸の三角錐形状を形成しているが、電極形成前に微小な凹凸を形成してから電極を形成しても何らその効果かが変わることなく、問題はない。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【００８１】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、光取り出し面にブロックコポリマーを用いて微小凹凸を形成することにより、光取り出し面における光の全反射の影響で光取り出し効率が低下するのを防止することができ、光取り出し効率の向上をはかることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係わるＬＥＤの素子構造を示す断面図。
【図２】第１の実施形態における微小凹凸の状態を示す断面図。
【図３】第１の実施形態に係わるＬＥＤの製造工程を示す断面図。
【図４】第５の実施形態に係わるＬＥＤの製造工程を示す断面図。
【図５】第６の実施形態に係わるＬＥＤの素子構造を示す断面図。
【図６】第７の実施形態に係わるＬＥＤの素子構造を示す断面図。
【図７】第８の実施形態に係わるＬＥＤの素子構造を示す断面図。
【図８】第８の実施形態に係わるＬＥＤの製造工程を示す断面図。
【図９】第９の実施形態に係わるＬＥＤの製造工程を示す断面図。
【図１０】第９の実施形態における表面凹凸の様子を示す顕微鏡写真。
【図１１】第１０の実施形態に係わるＬＥＤの製造工程を示す断面図。
【符号の説明】
１０…ｎ型ＧａＰ基板
１１…ｎ型ＩｎＡｌＰクラッド層
１２…ＩｎＧａＡｌＰ活性層
１３…ｐ型ＩｎＡｌＰクラッド層
１４…ヘテロ構造部
１５…ｐ型ＧａＰ電流拡散層
１６…ｐ側電極（上部電極）
１７…ｎ側電極（下部電極）
１８…微小凹凸
３１…マスク材料層
３２…ＰＳのパターン
４１…透明膜

Claims (8)

  1. 基板上に、発光層を含む半導体積層膜を形成する工程、
    前記発光層からの光を外部に取り出すための光取り出し面に、ブロックコポリマーを含有するマスク材料層を形成する工程、
    前記マスク材料層にアニール処理を施して、前記ブロックコポリマーを相分離させる工程、
    前記相分離したブロックコポリマーの一方の相を除去して、残りの相からなるパターンを有するマスクを形成する工程、および
    前記マスクのパターンを前記光取り出し面に転写して、前記光取り出し面に微小凹凸を形成する工程
    を含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
  2. 前記ブロックコポリマーは、芳香環含有ポリマー鎖とアクリル系ポリマー鎖とを含有することを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子の製造方法。
  3. 前記芳香環含有ポリマー鎖はポリスチレンを含み、前記アクリル系ポリマー鎖はポリメタクリ酸メチルを含み、前記アニール処理により前記ブロックコポリマーはポリスチレンとポリメタクリ酸メチルとに相分離し、前記マスクは、前記ポリメタクリル酸メチルを除去して前記ポリスチレンのパターンを残すことにより形成されることを特徴とする請求項２に記載の半導体発光素子の製造方法。
  4. 前記ポリメタクリル酸メチルの除去は、前記相分離後のブロックコポリマーを含有する前記マスク材料層をエッチングすることにより行なわれることを特徴とする請求項３に記載の半導体発光素子の製造方法。
  5. 前記ポリメタクリル酸メチルの除去は、前記相分離後のブロックコポリマーを含有する前記マスク材料層に対し、電子線の照射，現像，およびリンス処理を施すことにより行なわれることを特徴とする請求項３に記載の半導体発光素子の製造方法。
  6. 前記ブロックコポリマーは、芳香環含有ポリマー鎖と脂肪族二重結合ポリマー鎖とを含有することを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子の製造方法。
  7. 前記芳香環含有ポリマー鎖はポリスチレンを含み、前記脂肪族二重結合ポリマー鎖はポリイソプレンを含み、前記アニール処理により前記ブロックコポリマーはポリスチレンとポリイソプレンとに相分離し、前記マスクは、オゾン処理により前記ポリイソプレンを除去してポリスチレンのパターンを残すことにより形成され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. 前記マスクのパターンを前記光取り出し面に転写することは、ＲＩＥによるドライエッチング或いはウェットエッチングにより行なわれることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。
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