特開 2024-70035 半導体発光素子、半導体発光素子の製造方法、発光モジュール及び発光モジュールの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024070035

(43)【公開日】2024-05-22

(54)【発明の名称】半導体発光素子、半導体発光素子の製造方法、発光モジュール及び発光モジュールの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/22 20100101AFI20240515BHJP

   H01L 33/56 20100101ALI20240515BHJP

【ＦＩ】

H01L33/22

H01L33/56

【審査請求】未請求

【請求項の数】23

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022180384

(22)【出願日】2022-11-10

(71)【出願人】

【識別番号】301022471

【氏名又は名称】国立研究開発法人情報通信研究機構

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】井上 振一郎

【テーマコード（参考）】

5F142

5F241

【Ｆターム（参考）】

5F142AA05

5F142BA34

5F142CA11

5F142CB03

5F142CD02

5F142CD18

5F142CG03

5F142CG04

5F142CG05

5F142CG06

5F142CG07

5F142CG14

5F142CG26

5F142GA31

5F142HA03

5F241AA03

5F241CA05

5F241CA13

5F241CA40

5F241CA65

5F241CA74

5F241CA75

5F241CB11

5F241CB14

5F241CB25

(57)【要約】

【課題】深紫外光の取り出し効率を改善することが可能な半導体発光素子を提供する。
【解決手段】半導体発光素子（１００，２００，３００）は、基板（１０）と、半導体層（２０）とを備える。基板の構成材料は、単結晶の窒化アルミニウムである。基板は、第１主面（１０ａ）と、第１主面の反対面である第２主面（１０ｂ）とを有する。半導体層は、第１主面上に配置されているｎ型半導体層（２１）と、ｎ型半導体層上に配置されており、かつ深紫外光を発生させる活性層（２２）と、活性層上に配置されているｐ型半導体層（２３）とを有する。半導体層は、いずれかの断面視において、複数のメサ構造（２４）を有する。第２主面には複数の突出部（１０ｃ）が形成されている。突出部は、メサ構造に対向している。突出部は頂面（１０ｄ）を有する。ｔａｎ^－１｛（Ｗ２－Ｗ１）／２Ｌ｝で定義される角度（θ１）は－２５°以上６５°以下である。
【選択図】図３Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
半導体層とを備え、
前記基板の構成材料は、単結晶の窒化アルミニウムであり、
前記基板は、第１主面と、前記第１主面の反対面である第２主面とを有し、
前記半導体層は、前記第１主面上に配置されているｎ型半導体層と、前記ｎ型半導体層上に配置されており、かつ深紫外光を発生させる活性層と、前記活性層上に配置されているｐ型半導体層とを有し、
前記半導体層は、いずれかの断面視において複数のメサ構造を有し、
前記第２主面には、複数の突出部が形成されており、
前記突出部は、前記メサ構造に対向しており、
前記突出部は、頂面を有し、
前記メサ構造の幅をＷ１とし、前記頂面の幅を幅Ｗ２とし、前記活性層と前記頂面との間の距離をＬとすると、ｔａｎ^－１｛（Ｗ２－Ｗ１）／２Ｌ｝により定義される角度は、－２５°以上６５°以下である、半導体発光素子。

【請求項2】

隣り合う２つの前記突出部の間における前記基板の厚さは、９０μｍ以下である、請求項１に記載の半導体発光素子。

【請求項3】

前記メサ構造は、平面視において第１方向に沿って延在しており、
前記突出部は、平面視において前記メサ構造と対向しながら前記第１方向に沿って延在しており、
前記突出部は、前記頂面に連なっており、かつ前記第１方向に直交する第２方向において互いに対向している第１側面及び第２側面とをさらに有し、
前記第１側面と前記第２側面との間の距離は、前記頂面から離れるにつれて大きくなっている、請求項１に記載の半導体発光素子。

【請求項4】

隣り合う２つの前記突出部のうちの一方の前記第１側面の下端は、隣り合う２つの前記突出部のうちの他方の前記第２側面の下端に連なっている、請求項３に記載の半導体発光素子。

【請求項5】

前記第１側面と前記頂面に平行な面とがなす角度及び前記第２側面と前記頂面に平行な面とがなす角度は、５６°±２０°である、請求項３に記載の半導体発光素子。

【請求項6】

前記突出部の高さを前記メサ構造の前記第２方向における幅で除した値は、０．５以上３以下である、請求項３に記載の半導体発光素子。

【請求項7】

前記頂面上に配置されている反射防止膜をさらに備える、請求項１に記載の半導体発光素子。

【請求項8】

前記突出部は、前記頂面に連なっている側面をさらに有し、
前記メサ構造及び前記頂面は、平面視において円形であり、
前記側面は、円錐面を構成しており、
前記側面の直径は、前記頂面から離れるにつれて大きくなっている、請求項１に記載の半導体発光素子。

【請求項9】

隣り合う２つの前記突出部のうちの一方の前記側面の下端は、隣り合う２つの前記突出部のうちの他方の前記側面の下端に連なっている、請求項８に記載の半導体発光素子。

【請求項10】

前記側面と前記頂面に平行な面とがなす角度は、５６°±２０°である、請求項８に記載の半導体発光素子。

【請求項11】

前記メサ構造の平面視における中心を通り、かつ前記第１主面に直交する断面視において、前記突出部の高さを前記メサ構造の幅で除した値は、０．５以上５以下である、請求項８に記載の半導体発光素子。

【請求項12】

前記突出部は、前記頂面に連なっている側面をさらに有し、
前記側面は、断面視において曲線状であり、
断面視において互いに対向している前記側面の部分の間の距離は、前記頂面から離れるにつれて大きくなっている、請求項１に記載の半導体発光素子。

【請求項13】

隣り合う２つの前記突出部の間における前記基板の厚さは、９０μｍ以下である、請求項１２に記載の半導体発光素子。

【請求項14】

請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の前記半導体発光素子と、
透明部材と、
液体とを備え、
前記半導体発光素子は、前記透明部材の内部に配置されており、
前記液体は、前記半導体発光素子を封止するように前記透明部材の内部に充填されており、
前記透明部材及び前記液体は、前記深紫外光に対して透明である、発光モジュール。

【請求項15】

第１主面及び前記第１主面の反対面である第２主面を有する基板を準備する工程と、
前記第１主面上に半導体層を形成する工程と、
前記第２主面に複数の突出部を形成する工程とを備え、
前記基板の構成材料は、単結晶の窒化アルミニウムであり、
前記第２主面は、窒化アルミニウムの窒素極性面であり、
前記半導体層は、前記第１主面上に配置されているｎ型半導体層と、前記ｎ型半導体層上に配置されており、かつ深紫外光を発生させる活性層と、前記活性層上に配置されているｐ型半導体層とを有し、
前記半導体層は、いずれかの断面視において複数のメサ構造を有し、
前記第２主面に前記突出部を形成する工程は、前記メサ構造に対向する前記第２主面の部分上にマスクを形成する工程と、前記マスクから露出している前記基板をウェットエッチングする工程とを有する、半導体発光素子の製造方法。

【請求項16】

前記メサ構造は、平面視において直線状に延在しており、
前記マスクは、平面視において、前記メサ構造と対向しながら直線状に延在しているパターンを有する、請求項１５に記載の半導体発光素子の製造方法。

【請求項17】

前記メサ構造及び前記マスクは、平面視において円形である、請求項１５に記載の半導体発光素子の製造方法。

【請求項18】

前記ウェットエッチングは、前記ウェットエッチングにより前記第２主面に形成される凹部の側壁面が前記マスクの下にある前記第２主面の部分に平行な面と５６°±６°の角度をなすように進行する、請求項１５に記載の半導体発光素子の製造方法。

【請求項19】

前記ウェットエッチングは、前記ウェットエッチングにより前記第２主面に形成される凹部の第１側壁面の下端が前記第１側壁面と間隔を空けて対向する前記凹部の第２側壁面の下端と接触することにより停止する、請求項１５に記載の半導体発光素子の製造方法。

【請求項20】

前記ウェットエッチングに用いられるエッチング液は、熱アルカリ溶液である、請求項１５に記載の半導体発光素子の製造方法。

【請求項21】

前記マスクは、前記ウェットエッチング後に反射防止膜として残存する、請求項１５に記載の半導体発光素子の製造方法。

【請求項22】

前記突出部をドライエッチングする工程をさらに備え、
前記ドライエッチングは、前記突出部の形状が凸レンズ形状となるように行われる、請求項１５から請求項２０のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。

【請求項23】

半導体発光素子を準備する工程と、
前記半導体発光素子をサブマウント上に搭載する工程とを備え、
前記半導体発光素子を準備する工程は、第１主面及び前記第１主面の反対面である第２主面を有する基板を準備する工程と、前記第１主面上に半導体層を形成する工程と、前記第２主面に複数の突出部を形成する工程とを有し、
前記基板の構成材料は、単結晶の窒化アルミニウムであり、
前記第２主面は、窒化アルミニウムの窒素極性面であり、
前記半導体層は、前記第１主面上に配置されているｎ型半導体層と、前記ｎ型半導体層上に配置されており、かつ深紫外光を発生させる活性層と、前記活性層上に配置されているｐ型半導体層とを有し、
前記半導体層は、複数のメサ構造を有し、
前記第２主面に前記突出部を形成する工程は、前記メサ構造に対向する前記第２主面の部分上にマスクを形成する工程と、前記マスクから露出している前記基板をウェットエッチングする工程とを有し、
前記ウェットエッチングは、前記半導体発光素子を前記サブマウント上に搭載する工程の後に行われる、発光モジュールの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、半導体発光素子、半導体発光素子の製造方法、発光モジュール及び発光モジュールの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

非特許文献１（M.Khizar他４名、Nitride deep-ultraviolet light-emitting diodes with microlens array、Applied Physics Letters、８６、１７３５０４、２００５年４月１８日）には、半導体発光素子が記載されている。非特許文献１に記載の半導体発光素子は、基板と、半導体層とを有している。基板は、第１主面と、第１主面の反対面である第２主面とを有している。基板の構成材料は、サファイアである。半導体層は、第１主面上に配置されており、深紫外光を発生させる活性層を含んでいる。半導体層は、メサ構造を有している。第２主面には、複数のマイクロレンズが形成されている。

【0003】

特許文献１（特開２０１７－１７１１０号公報）には、半導体発光素子が記載されている。特許文献１に記載の半導体発光素子は、基板と、半導体層とを有している。基板は、第１主面と、第１主面の反対面である第２主面と、第１主面及び第２主面に対して傾斜している外周側面とを有している。基板の構成材料は、窒化アルミニウムである。半導体層は、第１主面上に配置されており、深紫外光を発生させる活性層を含んでいる。半導体層は、メサ構造を有している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１７－１７１１０号公報

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】M.Khizar他４名、Nitride deep-ultraviolet light-emitting diodes with microlens array、Applied Physics Letters、８６、１７３５０４、２００５年４月１８日

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

非特許文献１に記載の半導体発光素子及び特許文献１に記載の半導体発光素子は、深紫外光の取り出し効率に改善の余地がある。

【0007】

より具体的には、非特許文献１に記載の半導体発光素子では、１つのメサ構造に対して１つのマイクロレンズが対応しているわけではない。また、非特許文献１に記載の半導体発光素子では、第２主面に対してドライエッチングすることにより複数のマイクロレンズが形成される。しかしながら、ドライエッチングで基板を深くエッチングすることは困難であり、隣り合う２つのマイクロレンズの間における基板の厚さが大きくなってしまう。その結果、非特許文献１に記載の半導体発光素子では、活性層で発生した深紫外光が第２主面から取り出されるまでに基板中において通過する距離が長くなってしまい、基板の構成材料に深紫外光に対する吸収係数の大きい窒化アルミニウムを用いると、深紫外光の取り出し効率が低下する。

【0008】

特許文献１に記載の半導体発光素子でも、活性層で発生した深紫外光が外周側面から取り出されるまでに基板中において通過する距離が長いため、同様に深紫外光の取り出し効率が低下する。

【0009】

本開示は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。より具体的には、本開示は、深紫外光の取り出し効率を改善することが可能な半導体発光素子を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本開示の半導体発光素子は、基板と、半導体層とを備える。基板の構成材料は、単結晶の窒化アルミニウムである。基板は、第１主面と、第１主面の反対面である第２主面とを有する。半導体層は、第１主面上に配置されているｎ型半導体層と、ｎ型半導体層上に配置されており、かつ深紫外光を発生させる活性層と、活性層上に配置されているｐ型半導体層とを有する。半導体層は、いずれかの断面視において複数のメサ構造を有する。第２主面には、複数の突出部が形成されている。突出部は、メサ構造に対向している。突出部は、頂面を有する。メサ構造の幅をＷ１とし、頂面の幅を幅Ｗ２とし、活性層と頂面との間の距離をＬとすると、ｔａｎ^－１｛（Ｗ２－Ｗ１）／２Ｌ｝により定義される角度は、－２５°以上６５°以下である。

【発明の効果】

【0011】

本開示の半導体発光素子によると、深紫外光の取り出し効率を改善することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】半導体発光素子１００の平面図である。

【図2】図１とは反対側から見た半導体発光素子１００の平面図である。

【図3A】図１中のＩＩＩ－ＩＩＩにおける断面図である。

【図3B】半導体発光素子１００における断面ＳＥＭ写真の一例である。

【図4】変形例に係る半導体発光素子１００の断面図である。

【図5】半導体発光素子１００の製造工程図である。

【図6】準備工程Ｓ１を説明する断面図である。

【図7】半導体層形成工程Ｓ２を説明する断面図である。

【図8】メサ構造形成工程Ｓ３を説明する断面図である。

【図9】第１電極形成工程Ｓ４を説明する断面図である。

【図10】第２電極形成工程Ｓ５を説明する断面図である。

【図11】基板裏面加工工程Ｓ６を説明する断面図である。

【図12】マスク形成工程Ｓ７を説明する断面図である。

【図13A】半導体発光素子１００及び半導体発光素子１００Ａにおける電流と光出力との関係を示すグラフである。

【図13B】半導体発光素子１００及び半導体発光素子１００Ａにおける電流と外部量子効率との関係を示すグラフである。

【図14A】半導体発光素子１００における角度θ１と光取り出し効率との関係を示す第１グラフである。

【図14B】半導体発光素子１００における角度θ１と光取り出し効率との関係を示す第２グラフである。

【図15】半導体発光素子１００における角度θ２と光取り出し効率との関係を示すグラフである。

【図16】半導体発光素子２００の平面図である。

【図17】図１６とは反対側から見た半導体発光素子２００の平面図である。

【図18A】図１６中のＸＶＩＩＩ－ＸＶＩＩＩにおける断面図である。

【図18B】半導体発光素子２００における鳥瞰ＳＥＭ写真の一例である。

【図19A】半導体発光素子２００及び半導体発光素子２００Ａにおける電流と光出力との関係を示すグラフである。

【図19B】半導体発光素子２００及び半導体発光素子２００Ａにおける電流と外部量子効率との関係を示すグラフである。

【図20】半導体発光素子２００における角度θ１と光取り出し効率との関係を示すグラフである。

【図21】半導体発光素子２００における角度θ２と光取り出し効率との関係を示すグラフである。

【図22】半導体発光素子２００における角度θ１と深紫外光の出射角の半値幅との関係を示すグラフである。

【図23A】角度θ１が－５°である場合の半導体発光素子２００における深紫外光の出射角度及び強度を示すグラフである。

【図23B】角度θ１が２６°である場合の半導体発光素子２００における深紫外光の出射角度及び強度を示すグラフである。

【図23C】角度θ１が３５°である場合の半導体発光素子２００における深紫外光の出射角度及び強度を示すグラフである。

【図23D】角度θ１が５０°である場合の半導体発光素子２００における深紫外光の出射角度及び強度を示すグラフである。

【図24】幅Ｗ１を変化させた場合の半導体発光素子２００における角度θ１と深紫外光の出射角の半値幅との関係を示すグラフである。

【図25】半導体発光素子３００の平面図である。

【図26】図２５とは反対側から見た半導体発光素子３００の平面図である。

【図27】図２５中のＸＸＶＩＩ－ＸＸＶＩＩにおける断面図である。

【図28】半導体発光素子３００における角度θ１と光取り出し効率との関係を示すグラフである。

【図29】半導体発光素子３００における角度θ２と光取り出し効率との関係を示すグラフである。

【図30】半導体発光素子３００における厚さＴと光取り出し効率との関係を示すグラフである。

【図31】半導体発光素子４００の断面図である。

【図32】半導体発光素子４００の製造工程図である。

【図33】発光モジュール５００の断面図である。

【図34】発光モジュール５００の製造工程図である。

【図35】変形例に係る発光モジュール５００の製造工程図である。

【図36】発光モジュール５００における電流と深紫外光の出力との関係を示すグラフである。

【図37】発光モジュール５００における電流と深紫外光の取り出し効率との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

実施形態の詳細を、図面を参照しながら説明する。以下の図面では、同一又は相当する部分に同一の参照符号を付し、重複する説明は繰り返さないものとする。

【0014】

（第１実施形態）
第１実施形態に係る半導体発光素子を説明する。第１実施形態に係る半導体発光素子を半導体発光素子１００とする。

【0015】

＜半導体発光素子１００の構成＞
以下に、半導体発光素子１００の構成を説明する。

【0016】

図１は、半導体発光素子１００の平面図である。図２は、図１とは反対側から見た半導体発光素子１００の平面図である。図３Ａは、図１中のＩＩＩ－ＩＩＩにおける断面図である。図３Ｂは、半導体発光素子１００における断面ＳＥＭ写真の一例である。図１から図３Ｂに示されているように、半導体発光素子１００は、基板１０と、半導体層２０と、ｎ電極３１と、ｐ電極３２と、パッド電極３３と、パッド電極３４とを有している。

【0017】

基板１０は、第１主面１０ａと、第２主面１０ｂとを有している。第１主面１０ａ及び第２主面１０ｂは、基板１０の厚さ方向における端面である。第２主面１０ｂは、第１主面１０ａの反対面である。基板１０の構成材料は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の単結晶である。基板１０の構成材料は、好ましくは、昇華法（ＰＶＴ：Physical Vapor Transport）により製造された窒化アルミニウムの単結晶である。深紫外光に対する基板１０の吸収係数は、１ｃｍ^－１以上５０ｃｍ^－１以下であってもよい。深紫光とは、波長が１００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の光であり、より狭義には波長が２００ｎｍ以上３００ｎｍ以下の光である。第２主面１０ｂは、窒化アルミニウムの－ｃ面（Ｎ（窒素）極性面）になっていることが好ましい。

【0018】

半導体層２０は、ｎ型半導体層２１と、活性層２２と、ｐ型半導体層２３とを有している。ｎ型半導体層２１は、第１主面１０ａ上に配置されている。活性層２２は、ｎ型半導体層２１上に配置されている。ｐ型半導体層２３は、活性層２２上に配置されている電子ブロック層２３ａと、電子ブロック層２３ａ上に配置されているクラッド層２３ｂと、クラッド層２３ｂ上に配置されているコンタクト層２３ｃとを有している。

【0019】

ｎ型半導体層２１の構成材料は、例えばＡｌＧａＮである。ｎ型半導体層２１の構成材料は、ＡｌＩｎＧａＮであってもよい。ｎ型半導体層２１の構成材料には、ｎ型不純物がドープされている。ｎ型不純物は、例えば、珪素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）、酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）等である。

【0020】

活性層２２は、例えば、多重量子井戸（ＭＱＷ：Multiple Quantum Well）構造を有している。より具体的には、活性層２２は、交互に積層されている井戸層及び障壁層を有している。井戸層の構成材料は、例えばＡｌＧａＮ又はＡｌＩｎＧａＮである。障壁層の構成材料は、例えばＡｌＧａＮ又はＡｌＩｎＧａＮである。活性層２２からは、深紫外光が発生する。

【0021】

電子ブロック層２３ａの構成材料は、例えばＡｌＧａＮ又はＡｌＮである。クラッド層２３ｂの構成材料は、例えばＡｌＧａＮである。コンタクト層２３ｃの構成材料は、例えばＧａＮである。ｐ型半導体層２３の構成材料には、ｐ型不純物がドープされている。ｐ型不純物は、例えば、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、ベリリウム（Ｂｅ）等である。

【0022】

半導体層２０は、断面視において、複数のメサ構造２４を有している。半導体発光素子１００では、第１方向ＤＲ１に直交する断面視において半導体層２０が複数のメサ構造２４を有しているが、半導体層２０は、いずれかの断面視において複数のメサ構造２４を有していればよい。メサ構造２４の周囲では、ｎ型半導体層２１が露出するように活性層２２及びｐ型半導体層２３が除去されている。メサ構造２４は、平面視において、第１方向ＤＲ１に沿って延在している。複数のメサ構造２４は、第２方向ＤＲ２において間隔を空けて並んでいる。第２方向ＤＲ２は、平面視において第１方向ＤＲ１に直交している方向である。複数のメサ構造２４は、例えば、平面視において櫛歯状になっている。

【0023】

メサ構造２４の幅を、幅Ｗ１とする。半導体発光素子１００では、幅Ｗ１が、第２方向ＤＲ２において測定される。メサ構造２４は、第１端２４ａと、第２端２４ｂとを有している。半導体発光素子１００では、第１端２４ａ及び第２端２４ｂが、第２方向ＤＲ２におけるメサ構造２４の両端である。

【0024】

第２主面１０ｂには、複数の突出部１０ｃが形成されている。突出部１０ｃは、平面視において、第１方向ＤＲ１に沿って延在している。複数の突出部１０ｃは、第２方向ＤＲ２に沿って並んでいる。突出部１０ｃは、メサ構造２４に対向している。好ましくは、突出部１０ｃの第２方向ＤＲ２における中央が、メサ構造２４の第２方向ＤＲ２における中央と重なっている。

【0025】

突出部１０ｃは、頂面１０ｄと、側面１０ｅとを有している。頂面１０ｄは、第２主面１０ｂにより構成されている。つまり、頂面１０ｄは、窒化アルミニウムの－ｃ面（Ｎ極性面）である。側面１０ｅは、上端において、頂面１０ｄに連なっている。半導体発光素子１００では、側面１０ｅは、第１側面１０ｅａ及び第２側面１０ｅｂである。第１側面１０ｅａ及び第２側面１０ｅｂは、上端において、頂面１０ｄに連なっている。第１側面１０ｅａ及び第２側面１０ｅｂは、第２方向ＤＲ２において対向している。

【0026】

１つの突出部１０ｃの第１側面１０ｅａの下端は、好ましくは、当該１つの突出部１０ｃに隣り合っている他の１つの突出部１０ｃの第２側面１０ｅｂの下端に連なっている。このことを別の観点から言えば、第２主面１０ｂには側壁面が第１側面１０ｅａ及び第２側面１０ｅｂにより構成されている凹部が形成されており、当該凹部は第１方向ＤＲ１に直交する断面視においてＶ字状である。

【0027】

頂面１０ｄは、第３端１０ｄａと、第４端１０ｄｂとを有している。半導体発光素子１００では、第３端１０ｄａ及び第４端１０ｄｂが、第２方向ＤＲ２における頂面１０ｄの両端である。半導体発光素子１００では、第３端１０ｄａが頂面１０ｄと第１側面１０ｅａとの稜線であり、第４端１０ｄｂが頂面１０ｄと第２側面１０ｅｂとの稜線である。第１端２４ａは、第４端１０ｄｂよりも第３端１０ｄａの近くにある。

【0028】

頂面１０ｄは、幅Ｗ２を有している。半導体発光素子１００では、幅Ｗ２が頂面１０ｄの第２方向ＤＲ２における幅である。このことを別の観点から言えば、半導体発光素子１００では、幅Ｗ２が第２方向ＤＲ２における第３端１０ｄａと第４端１０ｄｂとの間の距離である。幅Ｗ２は、幅Ｗ１よりも大きくてもよく、幅Ｗ１よりも小さくてもよく、幅Ｗ１に等しくてもよい。

【0029】

突出部１０ｃは、幅Ｗ３を有している。半導体発光素子１００では、幅Ｗ３が第２方向ＤＲ２における第１側面１０ｅａの下端と第２側面１０ｅｂの下端との間の距離である。突出部１０ｃの第２方向ＤＲ２における幅は、頂面１０ｄから離れるにつれて大きくなっている。すなわち、第１方向ＤＲ１に直交する断面視において、突出部１０ｃは上底の長さ（幅Ｗ２）が下底の長さ（幅Ｗ３）よりも小さい台形状である。

【0030】

第１端２４ａ及び第３端１０ｄａを通る仮想直線（図３Ａ中の点線）と第２主面１０ｂの法線方向とがなす角度を、角度θ１とする。角度θ１は、例えば、－２５°以上６５°以下である。なお、角度θ１の値が負であることは、幅Ｗ１が幅Ｗ２よりも大きいことを意味する。角度θ１は、－１０°以上３０°以下であることが好ましく、０°以上２０°以下であることがさらに好ましい。なお、角度θ１は、活性層２２と頂面１０ｄとの間の距離をＬとすると、ｔａｎ^－１｛（Ｗ２－Ｗ１）／２Ｌ｝により算出できる。

【0031】

側面１０ｅ（第１側面１０ｅａ、第２側面１０ｅｂ）と頂面１０ｄとがなす角度を、角度θ２とする。角度θ２は、例えば、５６°±２０°である。角度θ２は、好ましくは５６°±１０°であることが好ましく、５６°±６°であることがさらに好ましい。隣り合う２つの突出部１０ｃの間における基板１０の厚さを、厚さＴとする。厚さＴは、９０μｍ以下である。厚さＴは、好ましくは、５０μｍ以下であり、さらに好ましくは４０μｍ以下であり、特に好ましくは３０μｍ以下である。厚さＴは、０であってもよい。

【0032】

突出部１０ｃの高さを、高さＨとする。高さＨは、側面１０ｅ（第１側面１０ｅａ、第２側面１０ｅｂ）の下端と頂面１０ｄとの間の距離である。半導体発光素子１００では、高さＨを幅Ｗ１で除した値が、０．１以上であることが好ましく、０．３以上であることがさらに好ましく、０．５以上３以下であることが特に好ましい。

【0033】

ｎ電極３１は、平面視においてメサ構造２４の間から露出しているｎ型半導体層２１上に配置されている。ｐ電極３２は、ｐ型半導体層２３（より具体的には、コンタクト層２３ｃ）上に配置されている。ｎ電極３１の構成材料及びｐ電極３２の構成材料は、例えば金属材料である。ｎ電極３１は、例えば、チタン（Ｔｉ）の層、アルミニウムの層及び金（Ａｕ）の層をｎ型半導体層２１側からこの順に積層することで構成されている。ｐ電極３２は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）の層及び金の層をｐ型半導体層２３側からこの順に積層することで構成されている。

【0034】

パッド電極３３は、ｎ電極３１上に配置されている。パッド電極３３の構成材料は、例えば金属材料である。パッド電極３３は、チタンの層、アルミニウムの層及び金の層をｎ電極３１側からのこの順に積層することで構成されている。パッド電極３４は、ｐ電極３２上に配置されている。パッド電極３４の構成材料は、例えば金属材料である。パッド電極３４は、チタンの層、アルミニウムの層及び金の層をｐ電極３２側からのこの順に積層することで構成されている。

【0035】

＜変形例＞
図４は、変形例に係る半導体発光素子１００の断面図である。図４に示されるように、半導体発光素子１００は、反射防止膜４０をさらに有していてもよい。反射防止膜４０の構成材料は、例えば二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）である。反射防止膜４０は、頂面１０ｄ上に配置されている。

【0036】

＜半導体発光素子１００の製造方法＞
以下に、半導体発光素子１００の製造方法を説明する。

【0037】

図５は、半導体発光素子１００の製造工程図である。図５に示されているように、半導体発光素子１００の製造方法は、準備工程Ｓ１と、半導体層形成工程Ｓ２と、メサ構造形成工程Ｓ３と、第１電極形成工程Ｓ４と、第２電極形成工程Ｓ５と、基板裏面加工工程Ｓ６と、マスク形成工程Ｓ７と、突出部形成工程Ｓ８と、個片化工程Ｓ９とを有している。

【0038】

半導体発光素子１００の製造方法では、まず準備工程Ｓ１が行われる。図６は、準備工程Ｓ１を説明する断面図である。図６に示されるように、準備工程Ｓ１では、基板１０が準備される。準備工程Ｓ１で準備された基板１０は、第１主面１０ａ上に半導体層２０が形成されておらず、第２主面１０ｂに複数の突出部１０ｃが形成されていない。

【0039】

半導体層形成工程Ｓ２は、準備工程Ｓ１の後に行われる。図７は、半導体層形成工程Ｓ２を説明する断面図である。図７に示されるように、半導体層形成工程Ｓ２では、半導体層２０が形成される。半導体層２０を構成している各層は、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法で形成される。なお、半導体層２０が形成された後、アニールが行われることにより、ｐ型半導体層２３が活性化される。

【0040】

メサ構造形成工程Ｓ３は、半導体層形成工程Ｓ２の後に行われる。図８は、メサ構造形成工程Ｓ３を説明する断面図である。図８に示されているように、メサ構造形成工程Ｓ３では、半導体層２０にメサ構造２４が形成される。メサ構造形成工程Ｓ３では、第１に、半導体層２０上にマスクが形成される。マスクは、例えば、ニッケル等の金属材料で形成される。第２に、上記のマスクを用いて、異方性エッチングが行われる。これにより、メサ構造２４が形成される。第３に、上記のマスクが除去される。

【0041】

第１電極形成工程Ｓ４は、メサ構造形成工程Ｓ３の後に行われる。図９は、第１電極形成工程Ｓ４を説明する断面図である。図９に示されているように、第１電極形成工程Ｓ４では、ｎ電極３１及びｐ電極３２が形成される。第１電極形成工程Ｓ４では、例えば真空蒸着法により、ｎ電極３１及びｐ電極３２が順次形成される。なお、ｎ電極３１が形成された後及びｐ電極３２が形成された後には、アニールが行われる。

【0042】

第２電極形成工程Ｓ５は、第１電極形成工程Ｓ４の後に行われる。図１０は、第２電極形成工程Ｓ５を説明する断面図である。図１０に示されるように、第２電極形成工程Ｓ５では、パッド電極３３及びパッド電極３４が形成される。第２電極形成工程Ｓ５では、例えば真空蒸着法により、パッド電極３３及びパッド電極３４が形成される。

【0043】

基板裏面加工工程Ｓ６は、第２電極形成工程Ｓ５の後に行われる。図１１は、基板裏面加工工程Ｓ６を説明する断面図である。図１１に示されるように、基板裏面加工工程Ｓ６では、第２主面１０ｂに対する機械加工（研削及び研磨）が行われる。これにより、基板１０の厚さが小さくなる。

【0044】

マスク形成工程Ｓ７は、基板裏面加工工程Ｓ６の後に行われる。図１２は、マスク形成工程Ｓ７を説明する断面図である。図１２に示されるように、マスク形成工程Ｓ７では、第２主面１０ｂ上にマスク５０が形成される。マスク５０は、複数のパターン５１を有している。パターン５１は、メサ構造２４と対向しながら平面視において第１方向ＤＲ１に沿って延在している。複数のパターン５１は、第２方向ＤＲ２において、間隔を空けて並んでいる。隣り合う２つのパターン５１の間が、マスク５０の開口部５２になっている。マスク５０の構成材料は、好ましくは、反射防止膜４０の構成材料と同一である。

【0045】

マスク５０の形成においては、第１に、マスク５０の構成材料が成膜される。マスク５０の構成材料の成膜は、例えばＰＥ－ＣＶＤ（Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition）法を用いて行われることが好ましい。ＰＥ－ＣＶＤ法に代えて、蒸着法、スパッタ法、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法を用いてマスク５０の構成材料が成膜されてもよい。第２に、成膜されたマスク５０の構成材料が、パターンニングされる。パターンニングは、フォトリソグラフィで形成されたレジストパターンを用いて成膜されたマスク５０の構成材料をエッチングすることにより行われる。マスク５０の構成材料としては、熱アルカリ耐性のレジストが用いられてもよい。この場合、マスク５０は、フォトリソグラフィで直接形成されてもよい。パターンニングは、メサ構造２４の位置に対して位置合わせを行った上で形成される。位置合わせの方法は、例えば、両面アライメント可能な装置を用いて基板１０の第２主面１０ｂ側からメサ構造２４やアライメントマークを透視する方法が用いられる。また、位置合わせは、基板１０のエッジを基準としてもよい。

【0046】

突出部形成工程Ｓ８はマスク形成工程Ｓ７の後に行われる。突出部形成工程Ｓ８では、マスク５０を用いて開口部５２から露出している基板１０をウェットエッチングすることにより、複数の突出部１０ｃが形成される。ウェットエッチングは、熱アルカリ溶液を用いて行われる。熱アルカリ溶液は、例えばＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液）である。熱アルカリ溶液は、ＫＯＨ（水酸化カリウム）水溶液であってもよい。

【0047】

熱アルカリ溶液を用いたウェットエッチングが行われることにより、開口部から露出している第２主面１０ｂに、凹部が形成される。凹部は、第１方向ＤＲ１に直交する断面視において、第１側壁面と、第１側壁面と間隔を空けて対向している第２側壁面とを有している。熱アルカリ溶液を用いたウェットエッチングは、第１側壁面及び第２側壁面が第２主面１０ｂに対して一定の角度（例えば、５６°±６°）をなすように進行する（図３Ｂを参照）。熱アルカリ溶液を用いたウェットエッチングが進行していくと、第１側壁面の下端と第２側壁面の下端とが接触し、ウェットエッチングの進行が停止される。

【0048】

なお、ウェットエッチング後には、第１側壁面が１つの突出部１０ｃの第１側面１０ｅａとなり、第２側壁面が当該１つの突出部１０ｃに隣り合う他の１つの突出部１０ｃの第２側面１０ｅｂとなり、パターン５１の下にある第２主面１０ｂが頂面１０ｄとなる。マスク５０は、突出部形成工程Ｓ８の後に除去されてもよく、突出部形成工程Ｓ８の後に残存されてもよい。突出部形成工程Ｓ８の後にマスク５０が残存される場合、残存したパターン５１が反射防止膜４０となる。

【0049】

個片化工程Ｓ９は、突出部形成工程Ｓ８の後に行われる。個片化工程Ｓ９では、ダイシング加工が行われることにより、複数の半導体発光素子１００へと個片化される。以上により、図１から図３Ａに示される構造の半導体発光素子１００が製造される。

【0050】

＜半導体発光素子１００の効果＞
以下に、半導体発光素子１００の効果を説明する。

【0051】

半導体発光素子１００では、半導体層２０が複数のメサ構造２４を有しているとともに第２主面１０ｂに複数の突出部１０ｃが形成されている。また、半導体発光素子１００では、１つのメサ構造２４が１つの突出部１０ｃと対向している。そのため、ライトエスケープコーン内にある深紫外光は頂面１０ｄから取り出され、ライトエスケープコーン外にある深紫外光も側面１０ｅ（第１側面１０ｅａ、第２側面１０ｅｂ）から取り出される。

【0052】

また、半導体発光素子１００では、厚さＴが９０μｍ以下となるように基板１０を深くエッチングすることにより突出部１０ｃが形成されている。通常、ドライエッチングでは基板１０を深くエッチングすることが困難であるし、ウェットエッチングでは正確なエッチングが困難である。しかしながら、半導体発光素子１００では、第２主面１０ｂを窒化アルミニウムの－ｃ面（Ｎ極性面）とするとともに、ウェットエッチングに熱アルカリ溶液を用いることで、ウェットエッチングが凹部の間隔を空けて互いに対向する第１側壁面及び第２側壁面が第２主面１０ｂに対して一定の角度をなすように進行する。

【0053】

このウェットエッチングは、第１側壁面の下端及び第２側壁面の下端が互いに接触することにより停止されるため、突出部１０ｃを形成する加工精度が高く、突出部１０ｃの寸法の正確性を確保したりメサ構造２４との正確な対応関係を確保したりすることが可能である。そして、基板１０が深くエッチングされる結果、活性層２２で発生した深紫外光が基板１０外に取り出されるまでに通過する距離が短くなり、窒化アルミニウムで構成されている基板１０中での深紫外光の吸収が少なくなる。このように、半導体発光素子１００によると、深紫外光の取り出し効率を改善することが可能である。

【0054】

比較例に係る半導体発光素子を、半導体発光素子１００Ａとする。半導体発光素子１００Ａの構成は、第２主面１０ｂに複数の突出部１０ｃが形成されていない（すなわち、第２主面１０ｂが平坦面で構成されている）点を除いて、半導体発光素子１００の構成と共通している。

【0055】

図１３Ａは、半導体発光素子１００及び半導体発光素子１００Ａにおける電流と光出力との関係を示すグラフである。図１３Ｂは、半導体発光素子１００及び半導体発光素子１００Ａにおける電流と外部量子効率との関係を示すグラフである。図１３Ａ及び図１３Ｂに示されるように、半導体発光素子１００は、半導体発光素子１００Ａと比較して、高い光出力及び外部量子効率（ＥＱＥ：External Quantum Efficiency）を示す。より具体的には、半導体発光素子１００は、１００ｍＡの電流が流れる際に、半導体発光素子１００Ａと比較して、１．５５倍の光出力及び外部量子効率を示す。この比較から、半導体発光素子１００によると深紫外光の取り出し効率が改善されることが、裏付けられる。

【0056】

なお、図１３Ａ及び図１３Ｂでは、チップサイズが１ｍｍ×１ｍｍとされ、平面視におけるメサ構造２４の面積が０．３０ｍｍ^２とされている。また、図１３Ａ及び図１３Ｂでは、半導体発光素子１００において、幅Ｗ１及び幅Ｗ２が９０μｍとされ、幅Ｗ３が１８０μｍとされ、角度θ２が５６°とされ、厚さＴが３４μｍとされ、高さＨが６７μｍとされている。また、図１３Ａ及び図１３Ｂには、電流と光出力又は外部量子効率との関係の実験値が示されている。

【0057】

図１４Ａは、半導体発光素子１００における角度θ１と光取り出し効率との関係を示す第１グラフである。図１４Ｂは、半導体発光素子１００における角度θ１と光取り出し効率との関係を示す第２グラフである。図１４Ａ及び図１４Ｂに示されているように、半導体発光素子１００では、角度θ１が－２５°以上６５°以下の範囲で深紫外光の取り出し効率（ＬＥＥ：Light Extraction Efficiency）が特に改善されており、角度θ１が－１０°以上３０°以下で深紫外光の取り出し効率がさらに改善されている。このように、角度θ１は、－２５°以上６５°以下であることが好ましく、－１０°以上３０°以下であることがさらに好ましい。なお、図１４Ａ及び図１４Ｂには、光線追跡法を用いて計算された角度θ１と光取り出し効率との関係が示されている。

【0058】

図１５は、半導体発光素子１００における角度θ２と光取り出し効率との関係を示すグラフである。図１５に示されるように、半導体発光素子１００では、角度θ２が約５６°である際に深紫外光の取り出し効率が最大になっている。また、半導体発光素子１００では、角度θ２が５６°±２０°である際に深紫外光の取り出し効率が特に改善され、角度θ２が５６°±１０°である際に深紫外光の取り出し効率がさらに改善されている。このことから、角度θ２は、５６°±２０°であることが好ましく、５６°±１０°であることがさらに好ましい。図１５には、光線追跡法を用いて計算された角度θ２と光取り出し効率との関係が示されている。

【0059】

なお、図１４Ａ、図１４Ｂ及び図１５では、高さＨを幅Ｗ１で除した値が変化され、角度θ２が５６°とされ、幅Ｗ２が９０μｍとされ、厚さＴが１０μｍとされ、深紫外光に対する基板１０の吸収係数が１０ｃｍ^－１とされている。

【0060】

（第２実施形態）
第２実施形態に係る半導体発光素子を説明する。

【0061】

第２実施形態に係る半導体発光素子を半導体発光素子２００とする。ここでは、半導体発光素子１００と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さないものとする。

【0062】

＜半導体発光素子２００の構成＞
以下に、半導体発光素子２００の構成を説明する。

【0063】

図１６は、半導体発光素子２００の平面図である。図１７は、図１６とは反対側から見た半導体発光素子２００の平面図である。図１７中では、パッド電極３４の図示が省略されている。図１８Ａは、図１６中のＸＶＩＩＩ－ＸＶＩＩＩにおける断面図である。図１８Ｂは、半導体発光素子２００における鳥瞰ＳＥＭ写真の一例である。図１６から図１８Ｂに示されるように、半導体発光素子２００は、基板１０と、半導体層２０と、ｎ電極３１と、ｐ電極３２と、パッド電極３３とを有している。この点に関して、半導体発光素子２００の構成は、半導体発光素子１００の構成と共通している。

【0064】

半導体発光素子２００では、メサ構造２４が、平面視において円形である。半導体発光素子２００では、第１端２４ａ及び第２端２４ｂが、平面視におけるメサ構造２４の中心を通り、かつ第２主面１０ｂに直交する断面視におけるメサ構造２４の両端である。半導体発光素子２００では、幅Ｗ１が、メサ構造２４の平面視における直径である。半導体発光素子２００では、複数のメサ構造２４が、平面視において正三角格子状に並んでいる。

【0065】

半導体発光素子２００では、突出部１０ｃが円錐台状である。すなわち、半導体発光素子２００では、平面視において頂面１０ｄが円形であり、側面１０ｅが円錐面で構成されており、側面１０ｅの直径が頂面１０ｄから離れるにつれて大きくなっている。半導体発光素子２００では、第３端１０ｄａ及び第４端１０ｄｂが、平面視における頂面１０ｄの中心を通り、かつ第２主面１０ｂに直交する断面視における頂面１０ｄの両端である。半導体発光素子２００では、幅Ｗ２が頂面１０ｄの直径であり、幅Ｗ３が下端における側面１０ｅの直径である。半導体発光素子２００では、複数の突出部１０ｃが、側面１０ｅの下端が互いに接触するように正三角格子状に並んでいる（図１８Ｂを参照）。半導体発光素子２００では、好ましくは、平面視において、頂面１０ｄの中心がメサ構造２４の中心と重なっている。

【0066】

半導体発光素子２００では、角度θ１は、平面視における頂面１０ｄの中心を通り、かつ第２主面１０ｂに直交する断面視における第１端２４ａ及び第３端１０ｄａを通る仮想直線（図１８中の点線参照）と頂面１０ｄとがなす角度である。半導体発光素子２００では、高さＨを幅Ｗ１で除した値が、０．１以上であることが好ましく、０．３以上であることがさらに好ましく、０．５以上５以下であることが特に好ましい。

【0067】

半導体発光素子２００では、角度θ１が、半導体発光素子１００と同様に、例えば－２０°以上６５°以下であり、好ましくは－１０°以上３０°以下であり、さらに好ましくは０°以上２０°以下である。これに加えて、半導体発光素子２００では、出射される深紫外光の強度を維持しつつ深紫外光の指向性を高める観点から、角度θ２が、－５°以上３２°以下であることが好ましく、１０°以上２０°以下であることがさらに好ましい。これらの点に関して、半導体発光素子２００の構成は半導体発光素子１００の構成と異なっている。

【0068】

＜半導体発光素子２００の製造方法＞
以下に、半導体発光素子２００の製造方法を説明する。

【0069】

半導体発光素子２００の製造方法は、半導体発光素子１００の製造方法は、準備工程Ｓ１と、半導体層形成工程Ｓ２と、メサ構造形成工程Ｓ３と、第１電極形成工程Ｓ４と、第２電極形成工程Ｓ５と、基板裏面加工工程Ｓ６と、マスク形成工程Ｓ７と、突出部形成工程Ｓ８と、個片化工程Ｓ９とを有している。この点に関して、半導体発光素子２００の製造方法は、半導体発光素子１００の製造方法と共通している。

【0070】

半導体発光素子２００の製造方法では、マスク形成工程Ｓ７において、パターン５１が平面視において円形に形成され、複数のパターン５１が平面視において正三角格子状に配置される。この点に関して、半導体発光素子２００の製造方法は、半導体発光素子１００の製造方法と異なっている。

【0071】

＜半導体発光素子２００の効果＞
以下に、半導体発光素子２００の効果を説明する。

【0072】

比較例に係る半導体発光素子を、半導体発光素子２００Ａとする。半導体発光素子２００Ａの構成は、第２主面１０ｂに複数の突出部１０ｃが形成されていない点を除いて、半導体発光素子２００の構成と共通している。図１９Ａは、半導体発光素子２００及び半導体発光素子２００Ａにおける電流と光出力との関係を示すグラフである。図１９Ｂは、半導体発光素子２００及び半導体発光素子２００Ａにおける電流と外部量子効率との関係を示すグラフである。図１９Ａ及び図１９Ｂに示されるように、半導体発光素子２００は、半導体発光素子２００Ａと比較して、高い光出力及び外部量子効率を示す。より具体的には、半導体発光素子２００は、２００ｍＡの電流が流れる際に、半導体発光素子２００Ａと比較して、１．８９倍の光出力及び外部量子効率を示す。この比較から、半導体発光素子２００によると深紫外光の取り出し効率がさらに改善されることが、裏付けられる。

【0073】

なお、図１９Ａ及び図１９Ｂでは、チップサイズが２ｍｍ×２ｍｍとされ、平面視におけるメサ構造２４の面積が０．７７８ｍｍ^２とされている。また、図１９Ａ及び図１９Ｂでは、半導体発光素子２００において、幅Ｗ１及び幅Ｗ２が１００μｍとされ、幅Ｗ３が１７５μｍとされ、角度θ２が５６°±６°とされ、厚さＴが３８μｍとされ、高さＨが５６μｍとされている。また、図１９Ａ及び図１９Ｂには、電流と光出力又は外部量子効率との関係の実験値が示されている。

【0074】

図２０は、半導体発光素子２００における角度θ１と光取り出し効率との関係を示すグラフである。図２０に示されるように、半導体発光素子２００では、角度θ１が－１０°以上３０°以下の範囲で深紫外光の取り出し効率が特に改善されており、角度θ１が０°以上２０°以下で深紫外光の取り出し効率がさらに改善されている。このことから、半導体発光素子２００でも、角度θ１は、－１０°以上３０°以下の範囲内にあることが好ましく、０°以上２０°以下の範囲内にあることがさらに好ましい。図２０には、光線追跡法を用いて計算された角度θ１と光取り出し効率との関係が示されている。

【0075】

図２１は、半導体発光素子２００における角度θ２と光取り出し効率との関係を示すグラフである。図２１に示されるように、半導体発光素子２００では、角度θ２が約５６°である際に深紫外光の取り出し効率が最大になっている。また、半導体発光素子２００では、角度θ２が５６°±１０°である際に深紫外光の取り出し効率が特に改善され、角度θ２が５６°±６°である際に深紫外光の取り出し効率がさらに改善されている。このことから、半導体発光素子２００でも、角度θ２は、５６°±１０°の範囲内にあることが好ましく、５６°±６°の範囲内にあることがさらに好ましい。なお、図２０及び図２１では、高さＨを幅Ｗ２で除した値が変化され、角度θ２が５６°とされ、幅Ｗ２が９０μｍとされ、深紫外光に対する基板１０の吸収係数が１０ｃｍ^－１とされ、厚さＴが１０μｍとされている。図２１には、光線追跡法を用いて計算された角度θ２と光取り出し効率との関係が示されている。

【0076】

図２２は、半導体発光素子２００における角度θ１と深紫外光の出射角の半値幅との関係を示すグラフである。図２３Ａは、角度θ１が－５°である場合の半導体発光素子２００における深紫外光の出射角度及び強度を示すグラフである。図２３Ｂは、角度θ１が２６°である場合の半導体発光素子２００における深紫外光の出射角度及び強度を示すグラフである。図２３Ｃは、角度θ１が３５°である場合の半導体発光素子２００における深紫外光の出射角度及び強度を示すグラフである。図２３Ｄは、角度θ１が５０°である場合の半導体発光素子２００における深紫外光の出射角度及び強度を示すグラフである。図２２から図２３Ｄでは、出射角の半値幅及び強度が光線追跡法を用いて計算されている。図２２から図２３Ｄに示されるように、半導体発光素子２００では、角度θ２が３２°に近づくように大きくなるにつれて、出射される深紫外光の半値幅（ＦＷＭＨ：Full Width Half Maximum）が小さくなる。また、出射される深紫外光の半値幅は、角度θ２が３２°となる近傍において局所的に大きくなる。さらに、出射される深紫外光の半値幅は、角度θ２が４０°以上になると再び小さくなる。

【0077】

しかしながら、角度θ２が４０°以上の範囲内では、出射される深紫外光の半値幅が小さくなるものの、サイド方向（第２主面１０ｂの法線方向に対する傾斜角が大きくなる方向）に深紫外光の強度のピークが発生する（図２３Ｄ参照）。また、角度θ２が４０°以上となる範囲では、出射される深紫外光の強度が相対的に弱くなる（図２０参照）。そのため、半導体発光素子２００では、角度θ１を－５°以上３２°以下とすることにより、出射される深紫外光の強度を維持しつつ、出射される深紫外光の指向性を高めることができる。

【0078】

図２４は、幅Ｗ１を変化させた場合の半導体発光素子２００における角度θ１と深紫外光の出射角の半値幅との関係を示すグラフである。図２４に示されるように、幅Ｗ１を変化させた場合も、角度θ１と出射される深紫外光の出射強度の半値幅との関係は、同様の傾向を示す。図２４では、出射角の半値幅が光線追跡法を用いて計算されている。

【0079】

（第３実施形態）
第３実施形態に係る半導体発光素子を説明する。

【0080】

第３実施形態に係る半導体発光素子を半導体発光素子３００とする。ここでは、半導体発光素子１００と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さないものとする。

【0081】

＜半導体発光素子３００の構成＞
以下に、半導体発光素子３００の構成を説明する。

【0082】

図２５は、半導体発光素子３００の平面図である。図２６は、図２５とは反対側から見た半導体発光素子３００の平面図である。図２６中では、パッド電極３４の図示が省略されている。図２７は、図２５中のＸＸＶＩＩ－ＸＸＶＩＩにおける断面図である。図２５から図２７に示されるように、半導体発光素子３００は、基板１０と、半導体層２０と、ｎ電極３１と、ｐ電極３２と、パッド電極３３とを有している。この点に関して、半導体発光素子３００の構成は、半導体発光素子１００の構成と共通している。

【0083】

半導体発光素子３００では、メサ構造２４が、平面視において多角形状である。より具体的には、半導体発光素子３００では、メサ構造２４が、平面視において正六角形状である。半導体発光素子３００では、第１端２４ａ及び第２端２４ｂが、平面視におけるメサ構造２４の互いに対向する一対の角を通り、かつ第２主面１０ｂに直交する断面視におけるメサ構造２４の両端である。半導体発光素子３００では、幅Ｗ１が、平面視におけるメサ構造２４の互いに対向する一対の角の間の距離である。半導体発光素子３００では、複数のメサ構造２４が、平面視において正三角格子状に並んでいる。

【0084】

半導体発光素子３００では、突出部１０ｃが多角形錐台状である。より具体的には、半導体発光素子３００では、突出部１０ｃが正六角錐台状であり、平面視において頂面１０ｄが正六角形状であり、互いに対向している一対の側面１０ｅの部分の距離が頂面１０ｄから離れるにつれて大きくなっている。

【0085】

半導体発光素子３００では、第３端１０ｄａ及び第４端１０ｄｂが、平面視における頂面１０ｄの互いに対向する一対の角を通り、かつ第２主面１０ｂに直交する断面視における頂面１０ｄの両端である。半導体発光素子３００では、幅Ｗ２が平面視における互いに対向している一対の頂面１０ｄの角の間の距離であり、幅Ｗ３が下端における互いに対向している一対の側面１０ｅの部分の間の距離である。半導体発光素子３００では、複数の突出部１０ｃが、側面１０ｅの下端が互いに接触するように正三角格子状に並んでいる。半導体発光素子３００では、好ましくは、平面視において、頂面１０ｄの中心がメサ構造２４の中心と重なっている。

【0086】

半導体発光素子３００では、角度θ１は、平面視における頂面１０ｄの中心を通り、かつ第２主面１０ｂに直交する断面視における第１端２４ａ及び第３端１０ｄａを通る仮想直線（図２７中の点線参照）と頂面１０ｄとがなす角度である。半導体発光素子３００では、高さＨを幅Ｗ１で除した値が、０．１以上であることが好ましく、０．３以上であることがさらに好ましく、０．５以上５以下であることが特に好ましい。これらの点に関して、半導体発光素子３００の構成は半導体発光素子１００の構成と異なっている。

【0087】

＜半導体発光素子３００の製造方法＞
以下に、半導体発光素子３００の製造方法を説明する。

【0088】

半導体発光素子３００の製造方法は、半導体発光素子１００の製造方法は、準備工程Ｓ１と、半導体層形成工程Ｓ２と、メサ構造形成工程Ｓ３と、第１電極形成工程Ｓ４と、第２電極形成工程Ｓ５と、基板裏面加工工程Ｓ６と、マスク形成工程Ｓ７と、突出部形成工程Ｓ８と、個片化工程Ｓ９とを有している。この点に関して、半導体発光素子３００の製造方法は、半導体発光素子１００の製造方法と共通している。

【0089】

半導体発光素子３００の製造方法では、マスク形成工程Ｓ７において、パターン５１が平面視において正六角形状に形成され、複数のパターン５１が平面視において正三角格子状に配置される。この点に関して、半導体発光素子３００の製造方法は、半導体発光素子１００の製造方法と異なっている。

【0090】

＜半導体発光素子３００の効果＞
以下に、半導体発光素子３００の効果を説明する。

【0091】

半導体発光素子３００では、第２主面１０ｂに複数の突出部１０ｃが形成されているとともに半導体層２０が複数のメサ構造２４を有しており、メサ構造２４と突出部１０ｃとが対向している。また、半導体発光素子３００では、厚さＴが、９０μｍ以下になっている。そのため、半導体発光素子３００でも、半導体発光素子１００と同様に、深紫外光の取り出し効率を改善することが可能である。

【0092】

図２８は、半導体発光素子３００における角度θ１と光取り出し効率との関係を示すグラフである。図２８に示されるように、半導体発光素子３００では、角度θ１が－１０°以上３０°以下の範囲で深紫外光の取り出し効率が特に改善されており、角度θ１が０°以上２０°以下で深紫外光の取り出し効率がさらに改善されている。このことから、半導体発光素子３００でも、角度θ１は、－１０°以上３０°以下の範囲内にあることが好ましく、０°以上２０°以下の範囲内にあることがさらに好ましい。

【0093】

図２９は、半導体発光素子３００における角度θ２と光取り出し効率との関係を示すグラフである。図２９に示されるように、半導体発光素子３００では、角度θ２が約５６°である際に深紫外光の取り出し効率が最大になっている。また、半導体発光素子３００では、角度θ２が５６°±１０°である際に深紫外光の取り出し効率が特に改善され、角度θ２が５６°±６°である際に深紫外光の取り出し効率がさらに改善されている。このことから、半導体発光素子３００でも、角度θ２は、５６°±１０°の範囲内にあることが好ましく、５６°±６°の範囲内にあることがさらに好ましい。なお、図２８及び図２９では、高さＨを幅Ｗ１で除した値が変化され、角度θ２が５６°とされ、幅Ｗ２が９０μｍとされ、深紫外光に対する基板１０の吸収係数が１０ｃｍ^－１とされ、厚さＴが１０μｍとされている。また、図２８には光線追跡法を用いて計算された角度θ１と光取り出し効率との関係が示されており、図２９には光線追跡法を用いて計算された角度θ２と光取り出し効率との関係が示されている。

【0094】

図３０は、半導体発光素子３００における厚さＴと光取り出し効率との関係を示すグラフである。図３０に示されるように、半導体発光素子３００では、厚さＴが小さくなるにしたがって、深紫外光の取り出し効率が高まっている。また、このグラフからは、深紫外光に対する基板１０の構成材料の吸収係数（α）が大きい場合でも、厚さＴを小さくすることにより高い深紫外光の取り出し効率が達成可能であることが分かる。図３０には、光線追跡法を用いて計算された厚さＴと光取り出し効率との関係が示されている。

【0095】

（第４実施形態）
第４実施形態に係る半導体発光素子を説明する。

【0096】

第４実施形態に係る半導体発光素子を半導体発光素子４００とする。ここでは、半導体発光素子２００と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さないものとする。

【0097】

＜半導体発光素子４００の構成＞
以下に、半導体発光素子４００の構成を説明する。

【0098】

図３１は、半導体発光素子４００の断面図である。図３１に示されるように、半導体発光素子４００は、基板１０と、半導体層２０と、ｎ電極３１と、ｐ電極３２と、パッド電極３３とを有している。この点に関して、半導体発光素子４００の構成は、半導体発光素子２００の構成と共通している。

【0099】

半導体発光素子４００では、突出部１０ｃとして、第２主面１０ｂに突出部１０ｆが形成されている。突出部１０ｆは、凸レンズ形状を有している。より具体的には、断面視において、側面１０ｅが曲線状になっており、側面１０ｅの互いに対向する部分の間の距離が頂面１０ｄから離れるにつれて大きくなっている。突出部１０ｆは、半導体発光素子２００における突出部１０ｃの外面（仮想面）に内接していることが好ましい。突出部１０ｆの表面の全体は、断面視において曲線状であってもよい。これらの点に関して、半導体発光素子４００の構成は、半導体発光素子２００の構成と共通している。

【0100】

＜半導体発光素子４００の製造方法＞
以下に、半導体発光素子４００の製造方法を説明する。

【0101】

図３２は、半導体発光素子４００の製造工程図である。図３２に示されるように、半導体発光素子４００の製造方法は、半導体発光素子１００の製造方法は、準備工程Ｓ１と、半導体層形成工程Ｓ２と、メサ構造形成工程Ｓ３と、第１電極形成工程Ｓ４と、第２電極形成工程Ｓ５と、基板裏面加工工程Ｓ６と、マスク形成工程Ｓ７と、突出部形成工程Ｓ８と、個片化工程Ｓ９とを有している。この点に関して、半導体発光素子４００の製造方法は、半導体発光素子２００の製造方法と共通している。

【0102】

半導体発光素子４００の製造方法は、さらに、ドライエッチング工程Ｓ１０を有している。ドライエッチング工程Ｓ１０では、ドライエッチングが行われることにより突出部１０ｃの角部が丸まり、突出部１０ｃが突出部１０ｆとなる。これらの点に関して、半導体発光素子４００の製造方法は、半導体発光素子２００の製造方法と異なっている。

【0103】

＜半導体発光素子４００の効果＞
以下に、半導体発光素子４００の効果を説明する。

【0104】

半導体発光素子４００では、複数の突出部１０ｃとして第２主面１０ｂに複数の突出部１０ｆが形成されているとともに半導体層２０が複数のメサ構造２４を有しており、メサ構造２４と突出部１０ｆとが対向している。また、半導体発光素子３００では、厚さＴが９０μｍ以下になっている。そのため、半導体発光素子３００でも、半導体発光素子２００と同様に、深紫外光の取り出し効率を改善することが可能である。

【0105】

半導体発光素子４００では、突出部１０ｆが凸レンズ形状になっている。そのため、半導体発光素子４００では、深紫外光が突出部１０ｆを通過することにより、コリメートされることになる。そのため、半導体発光素子４００によると、深紫外光の指向性を高めることが可能である。

【0106】

（第５実施形態）
第５実施形態に係る発光モジュールを説明する。第５実施形態に係る発光モジュールを発光モジュール５００とする。

【0107】

＜発光モジュール５００の構成＞
以下に、発光モジュール５００の構成を説明する。

【0108】

図３３は、発光モジュール５００の断面図である。図３３に示されているように、発光モジュール５００は、基台６０と、サブマウント７１と、絶縁層７２と、配線７３及び配線７４と、接続パッド７５及び接続パッド７６と、ボンディングワイヤ７７及びボンディングワイヤ７８と、接続材７９及び接続材８０と、透明部材８１と、液体８２とを有している。

【0109】

基台６０の構成材料は、例えば金属材料、樹脂材料、セラミック材料等である。基台６０の構成材料は、熱伝導率が高いことが好ましい。この場合、基台６０がヒートシンクとして機能する。サブマウント７１は、基台６０上に配置されている。サブマウント７１の構成材料は、例えば窒化アルミニウム、珪素、炭化珪素（ＳｉＣ）、ダイヤモンド等の熱伝導率が高い材料であることが好ましい。

【0110】

絶縁層７２は、サブマウント７１の外周を取り囲むように、基台６０上に配置されている。配線７３及び配線７４は、例えば、絶縁層７２に埋め込まれている。配線７３は、一方端においてパッド７３ａを有しており、他方端において外部から給電されている。配線７４は、一方端においてパッド７４ａを有しており、他方端において外部から給電されている。パッド７３ａ及びパッド７４ａは、絶縁層７２から露出している。

【0111】

接続パッド７５及び接続パッド７６は、サブマウント７１上に配置されている。ボンディングワイヤ７７は、一方端においてパッド７３ａに接続されており、他方端において接続パッド７５に接続されている。ボンディングワイヤ７８は、一方端においてパッド７４ａに接続されており、他方端において接続パッド７６に接続されている。接続パッド７５は、接続材７９により、パッド電極３３に接続されている。接続パッド７６は、接続材８０により、パッド電極３４に接続されている。接続材７９及び接続材８０の構成材料は、例えば金－スズ合金である。このように、パッド電極３３は接続材７９及びボンディングワイヤ７７を介して配線７３に電気的に接続されており、パッド電極３４は接続材８０及びボンディングワイヤ７８を介して配線７４に電気的に接続されているため、配線７３の他方端と配線７４の他方端との間に印加される電流に基づいて、活性層２２から深紫外光が発生することになる。

【0112】

透明部材８１は、例えば、一方端から他方端に向かって径が大きくなっており、他方端において開口している半球状である。透明部材８１の他方端は、例えば接着剤により絶縁層７２上に接続されている。透明部材８１は、活性層２２から発生する深紫外光に対して透明である。透明部材８１は、活性層２２から発生する深紫外光に対して、例えば６０パーセント以上の透過率を有している。透明部材８１の構成材料は、例えば、無機材料又は樹脂材料である。無機材料の具体例として、合成石英、石英ガラス、無アルカリガラス、サファイア、蛍石（ＣａＦ）等が挙げられる。樹脂材料の具体例として、芳香族環を有しないシリコーン樹脂、非晶質のフッ素含有樹脂、ポリイミド、エポキシ樹脂等が挙げられる。樹脂材料は、無機材料を含有していてもよい。

【0113】

透明部材８１の内部には、半導体発光素子１００が配置されている。なお、図示されていないが、半導体発光素子１００に代えて、半導体発光素子２００、半導体発光素子３００又は半導体発光素子４００が用いられてもよい。透明部材８１の内部には、液体８２が充填されている。そのため、半導体発光素子１００は、液体８２により封止されている。液体８２は、活性層２２から発生する深紫外光に対して透明である。液体８２は、活性層２２から発生する深紫外光に対して、例えば６０パーセント以上の透過率を有している。液体８２は、例えば、純水、液体有機化合物、塩溶液、粒子分散溶液等である。液体８２の屈折率は、１よりも大きい。液体８２の屈折率は、１．５以上であることが好ましい。

【0114】

＜発光モジュール５００の製造方法＞
以下に、発光モジュール５００の製造方法を説明する。

【0115】

図３４は、発光モジュール５００の製造工程図である。図３４に示されているように、発光モジュール５００の製造方法は、半導体発光素子準備工程Ｓ１１と、半導体発光素子ボンディング工程Ｓ１２と、ワイヤボンディング工程Ｓ１３と、透明部材取り付け工程Ｓ１４と、液体充填工程Ｓ１５とを有している。

【0116】

発光モジュール５００の製造方法では、まず、半導体発光素子準備工程Ｓ１１が行われる。半導体発光素子準備工程Ｓ１１では、準備工程Ｓ１から個片化工程Ｓ９が行われることにより、半導体発光素子１００が準備される。半導体発光素子ボンディング工程Ｓ１２では、パッド電極３３が接続材７９により接続パッド７５に接続されるとともにパッド電極３４が接続材８０により接続パッド７６に接続される。

【0117】

ワイヤボンディング工程Ｓ１３は、半導体発光素子ボンディング工程Ｓ１２の後に行われる。ワイヤボンディング工程Ｓ１３では、ボンディングワイヤ７７がパッド７３ａ及び接続パッド７５に接続されるとともに、ボンディングワイヤ７８がパッド７４ａ及び接続パッド７６に接続される。透明部材取り付け工程Ｓ１４は、ワイヤボンディング工程Ｓ１３の後に行われる。透明部材取り付け工程Ｓ１４では、接着剤等により、透明部材８１が絶縁層７２に取り付けられる。液体充填工程Ｓ１５は、透明部材取り付け工程Ｓ１４の後に行われる。液体充填工程Ｓ１５では、透明部材８１の内部に液体８２が充填され、半導体発光素子１００が液体８２により封止される。以上により、図３３に示される構造の発光モジュール５００が形成される。

【0118】

＜変形例＞
図３５は、変形例に係る発光モジュール５００の製造工程図である。図３５に示されるように、発光モジュール５００の製造方法では、半導体発光素子準備工程Ｓ１１において突出部形成工程Ｓ８が行われず、半導体発光素子ボンディング工程Ｓ１２が行われた後であってワイヤボンディング工程Ｓ１３が行われる前に突出部形成工程Ｓ８が行われてもよい。これにより、基板１０が厚い状態でサブマウント７１上への半導体発光素子１００の搭載を行うことができるため、半導体発光素子ボンディング工程Ｓ１２における半導体発光素子１００の損傷（例えば、基板１０の割れ）を抑制可能である。

【0119】

＜発光モジュール５００の効果＞
以下に、発光モジュール５００の効果を説明する。

【0120】

図３６は、発光モジュール５００における電流と深紫外光の出力との関係を示すグラフである。図３７は、発光モジュール５００における電流と深紫外光の取り出し効率との関係を示すグラフである。図３６では発光モジュール５００に半導体発光素子１００が用いられ、図３７では発光モジュール５００に半導体発光素子３００が用いられている。図３７では、液体８２の屈折率が１．５４とされ、幅Ｗ２が９０μｍとされ、厚さＴが１０μｍとされ、角度θ２が高さＨを幅Ｗ１で除した値が１．５とされている。図３６及び図３７には、電流と光出力又は外部量子効率との関係の実験値が示されている。

【0121】

図３６に示されるように、発光モジュール５００では、透明部材８１の内部が液体８２で充填されることにより、深紫外光の光出力が向上している。より具体的には、透明部材８１の内部が液体８２で充填されることにより、１０００ｍＡの電流が流れる際の光出力が２．１５倍になり、２０００ｍＡの電流が流れる際の光出力が２．５７倍になる。

【0122】

図３７に示されるように、発光モジュール５００では、透明部材８１の内部が液体８２で充填されることにより、深紫外光の取り出し効率が向上している。より具体的には、透明部材８１の内部が液体８２で充填されることにより、角度θ１が－１０°である際の光取り出し効率が１．９４倍になり、角度θ１が２５°である際の光出力が１．７２倍になり、角度θ１が６０°である場合の光取り出し効率が２．２１倍にある。この比較から、発光モジュール５００では、透明部材８１の内部が液体８２で充填されることにより、深紫外光の取り出し効率を改善することが可能である。

【0123】

以上のように本開示の実施形態について説明を行ったが、上述の実施形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は、上述の実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むことが意図される。

【符号の説明】

【0124】

１０ 基板、１０ａ 第１主面、１０ｂ 第２主面、１０ｃ，１０ｆ 突出部、１０ｄ 頂面、１０ｄａ 第３端、１０ｄｂ 第４端、１０ｅ 側面、１０ｅａ 第１側面、１０ｅｂ 第２側面、２０ 半導体層、２１ ｎ型半導体層、２２ 活性層、２３ ｐ型半導体層、２３ａ 電子ブロック層、２３ｂ クラッド層、２３ｃ コンタクト層、２４ メサ構造、２４ａ 第１端、２４ｂ 第２端、３１，３２ 電極、３３，３４ パッド電極、４０ 反射防止膜、５０ マスク、５１ パターン、５２ 開口部、６０ 基台、７１ サブマウント、７２ 絶縁層、７３，７４ 配線、７３ａ，７４ａ パッド、７５，７６ 接続パッド、７７，７８ ボンディングワイヤ、７９，８０ 接続材、８１ 透明部材、８２ 液体、１００，１００Ａ，２００，２００Ａ，３００，４００ 半導体発光素子、５００ 発光モジュール、ＤＲ１ 第１方向、ＤＲ２ 第２方向、Ｈ 高さ、Ｔ 厚さ、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３ 幅、Ｓ１ 準備工程、Ｓ２ 半導体層形成工程、Ｓ３ メサ構造形成工程、Ｓ４ 第１電極形成工程、Ｓ５ 第２電極形成工程、Ｓ６ 基板裏面加工工程、Ｓ７ マスク形成工程、Ｓ８ 突出部形成工程、Ｓ９ 個片化工程、Ｓ１０ ドライエッチング工程、Ｓ１１ 半導体発光素子準備工程、Ｓ１２ 半導体発光素子ボンディング工程、Ｓ１３ ワイヤボンディング工程、Ｓ１４ 透明部材取り付け工程、Ｓ１５ 液体充填工程。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13A】

【図13B】

【図14A】

【図14B】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18A】

【図18B】

【図19A】

【図19B】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23A】

【図23B】

【図23C】

【図23D】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33】

【図34】

【図35】

【図36】

【図37】