(57)【要約】      （修正有）【課題】製造工程を簡略化でき、かつ温度依存特性に優れた点光源型発光ダイオード及びその製造方法を提供する。【解決手段】点光源型発光ダイオード１００は、支持基板１０と、光反射面２１を備える金属層２０と、電流狭窄層３０と、ｎ型半導体層５１、活性層５３及びｐ型半導体層５５を順次備えるIII-V族化合物半導体積層体５０と、上面電極７０と、を有し、上面電極７０は活性層５３で発光した光を出射する開口部７１を備え、電流狭窄層３０は、貫通孔３２を備える誘電体層３１及び中間電極３５を備え、上面電極７０に対して中間電極３５を含む電流狭窄層３０を垂直投影した投影面において、開口部７１が中間電極３５を内包し、かつ、誘電体層３１が上面電極７０を内包し、ｐ型半導体層５５の膜厚が０．５μｍ以上３．０μｍ以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板と、
該支持基板上の、光反射面を備える金属層と、
該金属層上の電流狭窄層と、
該電流狭窄層上の、ｐ型半導体層、活性層及びｎ型半導体層を順次備えるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層体と、
該ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層体上の上面電極と、を有し、
前記上面電極は前記活性層で発光した光を出射する開口部を備え、
前記電流狭窄層は、貫通孔を備える誘電体層と、前記貫通孔内に設けられ、前記ｐ型半導体層及び前記金属層を電気的に接続する中間電極とを備え、
前記上面電極に対して前記中間電極を含む電流狭窄層を垂直投影した投影面において、前記開口部が前記中間電極を内包し、かつ、前記誘電体層が前記上面電極を内包し、
前記ｐ型半導体層の膜厚が０．５μｍ以上３．３μｍ以下であることを特徴とする点光源型発光ダイオード。
【請求項２】
前記投影面において、前記開口部及び前記中間電極のそれぞれの重心が一致する位置に前記開口部及び前記中間電極が配置される、請求項１に記載の点光源型発光ダイオード。
【請求項３】
前記活性層の外周縁と前記活性層における主発光領域の最外周との最短離間距離が３０μｍ以上である、請求項１又は２に記載の点光源型発光ダイオード。
【請求項４】
前記最短離間距離が６０μｍ以上である、請求項３に記載の点光源型発光ダイオード。
【請求項５】
前記光反射面は、前記誘電体層を介して前記活性層側面部の少なくとも一部を被覆する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の点光源型発光ダイオード。
【請求項６】
成長用基板上に、ｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層を順次備える半導体積層体を形成する第１工程と、
前記ｐ型半導体層上に電流狭窄層を形成する第２工程と、
前記電流狭窄層上に金属反射層を形成する第３工程と
金属接合層が表面に設けられた支持基板を、該金属接合層を介して前記金属反射層に接合しつつ、金属層を形成する第４工程と、
前記成長用基板を除去する第５工程と、
前記ｎ型半導体層における前記成長用基板の除去面に、前記活性層で発光した光を出射する開口部を有する上面電極を形成する第６工程と、を含み、
前記第３工程において、貫通孔を備える誘電体層と、前記貫通孔内に設けられ、前記ｐ型半導体層及び前記金属層を電気的に接続する中間電極とを備える前記電流狭窄層を形成し、
前記上面電極に対して前記中間電極を含む前記電流狭窄層を垂直投影した投影面において、前記開口部が前記中間電極を内包し、かつ、前記誘電体層が前記上面電極を内包し、
前記ｐ型半導体層の膜厚を０．５μｍ以上３．３μｍ以下とすることを特徴とする点光源型発光ダイオードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、点光源型発光ダイオード及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオード（ＬＥＤ; Light Emitting Diode）は、その発光波長に応じてセンサー、ガス分析、車載カメラ、照明、信号、殺菌、樹脂硬化などの様々な用途で用いられている。これらの中でも、センサー光源用途等で発光ダイオードを用いる場合、均一な発光強度分布を示す光を発光する点光源型発光ダイオードが用いられている。一般的な発光ダイオードでは、発光領域から光が全方向に放出されるところ、点光源型発光ダイオードでは、特定の方向への光だけを取り出す。このような点光源型発光ダイオードが、例えば特許文献１に開示されている。
【０００３】
特許文献１に開示される点光源型発光ダイオードは、支持基板上に、金属層と、第１導電型層と、活性層と、電流狭窄構造を含む第２導電型層と、前記活性層で発生した光を出射する開口が形成された上面電極と、を順次有する。特許文献１の点光源型発光ダイオードでは、活性層における通電領域をその面内の一部に制限するために、第２導電型層内に電流ブロック領域を設けることで電流狭窄構造を形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１７０７１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１は、イオン注入法を用いて抵抗値が高い不伝導領域からなる電流ブロック領域を活性層の上部の第２導電型層内に形成することにより電流狭窄構造を設けている。そのため、特許文献１の技術では製造工程数が多くなるだけではなく、複雑なパターンを組み合わせて形成する必要があり、歩留まりを悪化させかねない。また、実用化にあたって、使用環境の温度変化に対して発光出力が変化しにくいことが求められており、温度依存特性の向上が求められていた。
【０００６】
そこで本発明は、製造工程を簡略化でき、かつ、発光出力の温度依存特性を向上できる点光源型発光ダイオード及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた。そして、電流狭窄層及び上面電極の配置関係を適正化しつつ、ｐ型半導体層の膜厚に着目し、電流拡散の制御を試みた。その結果、複雑な製造工程を要しなくとも活性層における主発光領域を制御でき、簡略な製造工程によって点光源型発光ダイオードを作製できることを実験的に確認した。本発明は、上記知見に基づいて完成されたものであり、その要旨構成は以下のとおりである。
【０００８】
（１）支持基板と、
該支持基板上の、光反射面を備える金属層と、
該金属層上の電流狭窄層と、
該電流狭窄層上の、ｐ型半導体層、活性層及びｎ型半導体層を順次備えるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層体と、
該ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層体上の上面電極と、を有し、
前記上面電極は前記活性層で発光した光を出射する開口部を備え、
前記電流狭窄層は、貫通孔を備える誘電体層と、前記貫通孔内に設けられ、前記ｐ型半導体層及び前記金属層を電気的に接続する中間電極とを備え、
前記上面電極に対して前記中間電極を含む電流狭窄層を垂直投影した投影面において、前記開口部が前記中間電極を内包し、かつ、前記誘電体層が前記上面電極を内包し、
前記ｐ型半導体層の膜厚が０．５μｍ以上３．３μｍ以下であることを特徴とする点光源型発光ダイオード。
【０００９】
（２）前記投影面において、前記開口部及び前記中間電極のそれぞれの重心が一致する位置に前記開口部及び前記中間電極が配置される、前記（１）に記載の点光源型発光ダイオード。
【００１０】
（３）前記活性層の外周縁と前記活性層における主発光領域の最外周との最短離間距離が３０μｍ以上である、前記（１）又は（２）に記載の点光源型発光ダイオード。
【００１１】
（４）前記最短離間距離が６０μｍ以上である、前記（３）に記載の点光源型発光ダイオード。
【００１２】
（５）前記光反射面は、前記誘電体層を介して前記活性層側面部の少なくとも一部を被覆する、前記（１）〜（４）のいずれかに記載の点光源型発光ダイオード。
【００１３】
（６）成長用基板上に、ｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層を順次備える半導体積層体を形成する第１工程と、
前記ｐ型半導体層上に電流狭窄層を形成する第２工程と、
前記電流狭窄層上に金属反射層を形成する第３工程と
金属接合層が表面に設けられた支持基板を、該金属接合層を介して前記金属反射層に接合しつつ、金属層を形成する第４工程と、
前記成長用基板を除去する第５工程と、
前記ｎ型半導体層における前記成長用基板の除去面に、前記活性層で発光した光を出射する開口部を有する上面電極を形成する第６工程と、を含み、
前記第３工程において、貫通孔を備える誘電体層と、前記貫通孔内に設けられ、前記ｐ型半導体層及び前記金属層を電気的に接続する中間電極とを備える前記電流狭窄層を形成し、
前記上面電極に対して前記中間電極を含む前記電流狭窄層を垂直投影した投影面において、前記開口部が前記中間電極を内包し、かつ、前記誘電体層が前記上面電極を内包し、
前記ｐ型半導体層の膜厚を０．５μｍ以上３．３μｍ以下とすることを特徴とする点光源型発光ダイオードの製造方法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、製造工程を簡略化でき、かつ、発光出力の温度依存特性を向上可能な点光源型発光ダイオード及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に従う点光源型発光ダイオードの一態様を示す模式断面図及びその上面図である。
【図２】本発明に従う点光源型発光ダイオードの別の一態様を示す模式断面図である。
【図３】実施例１〜４に係る点光源型発光ダイオードの開口部と中間電極との位置関係及びサイズ関係を説明するための上面図である。
【図４】比較例１に係る点光源型発光ダイオードの開口部と中間電極との位置関係及びサイズ関係を説明するための上面図である。
【図５Ａ】実施例１の発光強度分布を示すグラフである。
【図５Ｂ】実施例２の発光強度分布を示すグラフである。
【図５Ｃ】実施例３の発光強度分布を示すグラフである。
【図５Ｄ】実施例４の発光強度分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明による実施形態の説明に先立ち、本明細書における諸定義について説明する。
【００１７】
（諸定義）
＜ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体＞
まず、本明細書において単に「ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体」と称する場合、その組成は一般式：（ＩｎaＧａbＡｌc）（ＰxＡｓyＳｂz）により表される。ここで、各元素の組成比については以下の関係が成立する。
ＩＩＩ族元素について、ｃ＝１−ａ−ｂ，０≦ａ≦１，０≦ｂ≦１，０≦ｃ≦１
Ｖ族元素について、ｚ＝１−ｘ−ｙ，０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１
【００１８】
＜ｐ型、ｎ型及びｉ型並びにドーパント濃度＞
本明細書において、電気的にｐ型として機能する層をｐ型半導体層（「ｐ型層」と略称する場合がある。）と称し、電気的にｎ型として機能する層をｎ型半導体層（「ｎ型層」と略称する場合がある。）と称する。一方、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｓ、Ｓｎ、Ｍｇ等の特定の不純物を意図的には添加しておらず、電気的にｐ型又はｎ型として機能しない場合、「ｉ型」又は「アンドープ」と言う。アンドープのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層には、製造過程における不可避的な不純物の混入はあってよい。具体的には、ドーパント濃度が低い（例えば７．６×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3未満）場合、「アンドープ」であるとして、本明細書では取り扱うものとする。Ｓｉ、Ｚｎ、Ｓ、Ｓｎ、Ｍｇ等の不純物濃度の値は、ＳＩＭＳ分析によるものとする。なお、各半導体層の境界付近においてドーパント濃度の値は大きく変移するため、各層の膜厚方向の中央におけるドーパント濃度の値をドーパント濃度の値とする。
【００１９】
＜各層の膜厚及び組成＞
また、形成される各層の膜厚全体は、光干渉式膜厚測定器を用いて測定することができる。さらに、各層の膜厚のそれぞれは、光干渉式膜厚測定器及び透過型電子顕微鏡による成長層の断面観察から算出できる。また、超格子構造に類する程度に各層の膜厚が数ｎｍ程度で小さい場合にはＴＥＭ−ＥＤＳを用いて膜厚を測定することができる。なお、各層の断面図において、所定の層が傾斜面を有する場合、その層の膜厚は、当該層の直下層の平坦面からの最大高さを用いるものとする。
【００２０】
以下、図面を参照して本発明に従う点光源型発光ダイオード及びその製造方法を順次説明する。なお、同一の構成要素には原則として同一の参照番号を付して、重複する説明を省略する。各図において、説明の便宜上、基板及び各層の縦横の比率を実際の比率から誇張して示している。
【００２１】
（点光源型発光ダイオード）
図１に、本発明の一態様に従う点光源型発光ダイオード１００の模式断面図及びその上面図を示す。この点光源型発光ダイオード１００は、支持基板１０と、該支持基板１０上の、光反射面２１を備える金属層２０と、該金属層２０上の電流狭窄層３０と、該電流狭窄層３０上の、ｐ型半導体層５１、活性層５３及びｎ型半導体層５５を順次備えるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層体５０と、該ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層体５０上の上面電極７０と、を少なくとも有する。上面電極７０は活性層５３で発光した光を出射する開口部７１を備える。また、電流狭窄層３０は、貫通孔３２を備える誘電体層３１と、該貫通孔３２内に設けられ、ｐ型半導体層５５及び金属層２０を電気的に接続する中間電極３５と、を備える。さらに、上面電極７０に対して中間電極３５を含む電流狭窄層３０を垂直投影した投影面において、開口部７１が中間電極３５を内包し、かつ、誘電体層３１が上面電極７０を内包する。そして、ｐ型半導体層５１の膜厚が０．５μｍ以上３．３μｍ以下である。なお、本明細書における「内包する」とは、投影面において各領域が完全に一致する場合は含まないものとする。また、図１では半導体積層体５０にメサ構造が形成されており、誘電体層３１の外周縁の一部が膜厚方向において露出している。以下、各構成の詳細を順次説明する。
【００２２】
＜支持基板＞
本発明による点光源型発光ダイオード１００は後述する「接合法」（特開２０１８−００６４９５号公報を参照する）により形成されるため、支持基板１０はその上に形成する半導体層の格子定数との関係での特段の制限はない。支持基板１０を構成する好適な材料としては、例えばＳｉ基板などの半導体基板、ＭｏやＷやコバールなどの金属基板、ＡｌＮなどを使用した各種サブマウント基板などを用いることができる。なお、支持基板１０は導電性であることが好ましい。
【００２３】
＜金属層＞
金属層２０は、光を反射する光反射面２１を形成し、かつ中間電極３５を介してｐ型半導体層５１と電気的に接続できる金属であれば特に限定されることはない。具体的には、Ａｕを主成分とすることが好ましく、より具体的には、Ａｕが５０質量％超を占めることが好ましく、より好ましくはＡｕが８０質量％以上である。金属層２０は、図１に示すように支持基板側の金属接合層２５と金属反射層２７との接合により形成することができる。また、金属層２０がＡｕからなる金属層（以下、「Ａｕ金属層」）を含む場合には、金属層２０の合計膜厚のうち、Ａｕ金属層の膜厚を５０％超とすることが好ましい。金属層２０を構成する金属（すなわち、反射金属）には、Ａｕの他、Ａｌ，Ｐｔ，Ｔｉ、Ａｇなどを用いることができる。これらの反射金属元素が、本発明による点光源型発光ダイオード１００の金属層２０に含まれる反射金属の起源となる。例えば、金属層２０はＡｕのみからなる単一層であってもよいし、金属層２０としてＡｕ金属層が２層以上含まれていてもよい。特に、光反射面２１は、Ａｕ金属層の表面であることが好ましい。金属層２０におけるＡｕ金属層の１層の膜厚を、例えば４００ｎｍ〜２０００ｎｍとすることができ、Ａｕ以外の金属からなる金属層の膜厚を、例えば５ｎｍ〜２００ｎｍとすることができる。
【００２４】
＜電流狭窄層＞
電流狭窄層３０は、誘電体層３１と、ｐ型半導体層５１及び金属層２０を電気的に接続する中間電極３５とを備える。誘電体層３１は貫通孔３２を備え、当該貫通孔３２内に中間電極３５が設けられる。電流狭窄層３０における、実質的な電気伝導領域は貫通孔３２内に形成された中間電極３５である。なお、中間電極３５は貫通孔３２内に充填されるため、貫通孔の形状と一致する。
【００２５】
上面電極７０に対して電流狭窄層３０を垂直投影した投影面において、開口部７１が中間電極３５を内包し、かつ、誘電体層３１が上面電極７０を内包するよう各構成を形成する限り、電流狭窄層３０に形成する貫通孔３２の大きさは特に制限されない。詳細を後述する上面電極７０の開口部７１との関係に従い、貫通孔３２は当該投影面において開口部７１に内包されるので、貫通孔３２の大きさは開口部７１よりも小さい。すなわち、貫通孔に対する電流狭窄層の主面方向の断面形状における最大長さ（本明細書では、貫通孔の幅と称する）が、開口部７１の最大開口径（本明細書では、開口部の幅と称する）より小さい。点光源型発光ダイオード１００のチップサイズに依存するため、限定を意図するものではないが、貫通孔の幅として、２５〜１５０μｍを例示することができる。
【００２６】
また、貫通孔３２の形状は特に限定されず、円柱形、楕円柱形、（正）三角柱、（正）四角柱、（正）多角柱、不定形などが挙げられる。なお、ＬＥＤ１チップ当たりの貫通孔３２の個数（すなわち、中間電極の個数）は任意であり、１個又は複数個である。貫通孔３２が複数個設けられる場合も、全ての貫通孔３２が上記投影面において開口部７１に内包される。
【００２７】
＜＜誘電体層材料＞＞
誘電体層の材料は特に制限されることはなく、公知の材料を使用することができる。例えば誘電体材料としてＳｉＯ2、ＳｉＮ及びＡｌＮなどを用いることができ、特に、ＳｉＯ2を用いることが好ましい。ＳｉＯ2はＢＨＦ等によるエッチング加工が容易だからである。また、誘電体層３１の材料としては、活性層５３から放出される光に対して透明な材料を用いることが好ましい。
【００２８】
＜＜中間電極材料＞＞
中間電極の材料は特に制限されることはなく、公知の材料を使用することができる。例えば中間電極の材料は、誘電体層より抵抗率が低い材料が好ましく、具体的には、ＡｕＺｎ系、ＡｕＢｅ系等が挙げられ、例えば、ボート加熱式により蒸着した後、所定の温度で急速加熱をすることにより形成される。また、中間電極の形状は特に制限されることはなく、先に述べたとおり、貫通孔の形状に併せて形成される。
【００２９】
＜半導体積層体＞
電流狭窄層３０上に半導体積層体５０が設けられる。半導体積層体５０はｐ型半導体層５１、活性層５３及びｎ型半導体層５５を順次備え、活性層５３への通電により活性層５３内で電子及び正孔で結合して発光する。半導体積層体５０の各層の組成に特段の制限はない。
【００３０】
＜＜ｐ型半導体層＞＞
電流狭窄層３０上にｐ型半導体層５１が設けられる。ｐ型半導体層５１は支持基板１０の側から順に、ｐ型コンタクト層及びｐ型クラッド層を備えることができる。ｐ型クラッド層及びｐ型コンタクト層の間に格子不整合を緩和するための中間層を設けてもよい。また、ｐ型クラッド層は複数層構造であってもよい。ｐ型半導体層５１の最上層としてｐ型スペーサ層を設けることも好ましい。ｐ型スペーサ層の組成は結晶成長方向に一定であってもよいし、結晶成長方向に組成傾斜させてもよいし、組成を変調（連続的でない変化を含む）させてもよい。
【００３１】
＜＜活性層＞＞
ｐ型半導体層５１上に活性層５３が設けられる。活性層５３を図１のように単層構造としてもよいし、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造とすることも好ましい。結晶欠陥抑制による光出力向上のため、半導体積層体５０が多重量子井戸構造を有することがより好ましい。多重量子井戸構造は、井戸層および障壁層を交互に繰り返した構造により形成することができる。また、活性層５３の膜厚方向の両端側（すなわち最初と最後）を障壁層とすることも好ましく、井戸層および障壁層の繰り返し回数をｎとすると、この場合は「ｎ．５組」の多重量子井戸構造と表記することとする。
【００３２】
＜＜ｎ型半導体層＞＞
活性層５３上にはｎ型半導体層５５が設けられる。当該ｎ型半導体層５５をｎ型クラッド層として用いることができる。ｎ型半導体層５５は単層構造であってもよいし、複数層が積層された複合層であっても構わない。また、ｎ型半導体層５５の最下層（活性化層５３側の層）としてｎ型スペーサ層を設けることも好ましい。ｎ型スペーサ層の組成は結晶成長方向に一定であってもよいし、結晶成長方向に組成傾斜させてもよいし、組成を変調させてもよい。また、必要に応じてｎ型半導体層５５はｎ型コンタクト層を有してもよい。
【００３３】
−ｐ型半導体層の膜厚−
ここで、本発明においては、ｐ型半導体層５１の膜厚を０．５μｍ以上３．３μｍ以下とする。ｐ型半導体層５１がｐ型層を複数層有する場合は、ｐ型層の合計膜厚を０．５μｍ以上３．３μｍ以下とする。ｐ型半導体層５１の膜厚がこの範囲であると、ｐ型半導体層５１の膜厚は十分に薄いため、貫通孔３２内部の中間電極３５を通過した電流は、ｐ型半導体層５１の面内方向でほとんど拡散することなく活性層５３に流れる。そのため、活性層５３の特定部位に電流が集中し、当該部位において局所的に発光することとなる。
【００３４】
以下、本明細書において、活性層５３中における、当該活性層の特定部位に集中した電流により局所的に発光する領域を、主発光領域５３Ａと称する。ｐ型半導体層５１の膜厚は上記のとおり十分に薄いため、主発光領域５３Ａの大きさ及び位置は、活性層５３に対して中間電極３５を垂直投影した投影体と等価であると考えられる。そこで、本明細書では上記主発光領域５３Ａは、活性層５３に対して中間電極３５を垂直投影した投影面であるとみなす。ｐ型半導体層５１の膜厚を上記範囲内にすることで、電流の広がりを抑制し、活性層がチップ側面に露出した箇所における表面再結合の影響を小さくすることができ、温度変化に対する発光出力の変化を抑制できる。この理由は、ｐ型半導体層５１の膜厚が上記範囲内であれば、温度変化によって移動度が変化しても表面再結合が起きる割合が変わらないからだと考えられる。
【００３５】
先に述べたとおり、ｐ型半導体層５１の合計膜厚は０．５μｍ以上３．３μｍ以下でありｐ型半導体層５１の合計膜厚を０．５μｍ以上３．０μｍ以下とすることが好ましく、０．９μｍ以上とすることがより好ましく、２．８μｍ以下とすることがより好ましい。
ｐ型半導体層５１の膜厚を０．５μｍ以上とするのは、０．５μｍ未満とすると発光素子の信頼性が下がり温度変化によって頓死する可能性があるためである。
【００３６】
また、上記合計膜厚を満足する限りは、ｐ型半導体層における各ｐ型層の膜厚に制限はない。ｐ型クラッド層の膜厚として０．１μｍ〜２．５μｍを例示することができ、ｐ型コンタクト層の膜厚として１０ｎｍ〜１００ｎｍを例示することができ、ｐ型スペーサ層の膜厚として、３００〜７００ｎｍを例示することができる。
【００３７】
−各半導体層の組成−
ｐ型半導体層５１、活性層５３及びｎ型半導体層５５の各層の組成は、点光源型発光ダイオード１００の発光波長の支配的要因となる活性層５３のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の組成に応じて適宜定めればよい。
【００３８】
−−活性層の組成−−
活性層は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で構成され、以下では活性層５３のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の組成を（Ｉｎａ1Ｇａｂ1Ａｌc1）（Ｐx1Ａｓy1Ｓｂz1）；ｃ1＝１−ａ1−ｂ1，ｚ1＝１−ｘ1−ｙ1，０≦ａ1≦１，０≦ｂ1≦１，０≦ｃ1≦１，０≦ｘ1≦１，０≦ｙ1≦１，０≦ｚ1≦１と表記する。
【００３９】
活性層５３は、例えばＡｌＧａＡｓ系材料、ＡｌＧａＡｓＩｎＰ系材料、ＡｌＧａＡｓＰ系材料、ＡｌＩｎＧａＰ系材料、ＩｎＧａＡｓＳｂ系材料、等からなる単層、あるいは多重量子井戸のような積層構造等とすることができる。これらはいずれも、ＭＯＣＶＤ法等の公知の手法を用いてエピタキシャル成長させることにより形成することができる。発光波長は例えば５８０〜４０００ｎｍの範囲とすることができ、発光波長を６３０〜１１００ｎｍの範囲とすることが好ましい。また、活性層の膜厚は、ｐ型半導体層５１の膜厚と異なり特に制限されず、活性層は１０〜５００ｎｍであることが好ましい。
【００４０】
例えば発光中心波長を６３０〜１１００ｎｍとする場合、活性層（井戸層及び障壁層を含む形態の場合は各層）におけるＩｎの組成比ａ1を０．０〜１．０、Ｇａの組成比ｂ1を０．０〜１．０、Ａｌの組成比ｃ1を０．０〜０．５、Ｐの組成比ｘ1を０．０〜１．０、Ａｓの組成比ｙ1を０．０〜１．０、Ｓｂの組成比ｚ1を０．０〜０．５とすることができる。
【００４１】
−−ｐ型半導体層の組成−−
ｐ型半導体層５１の組成については、活性層５３のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の組成に応じてｐ型半導体層５１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の組成を適宜定めればよい。ｐ型コンタクト層としてｐ型ＡｌＧａＡｓ又はｐ型ＩｎＧａＡｓ層等を、ｐ型クラッド層としてｐ型ＡｌＧａＡｓ又はｐ型ＩｎＰ層等を、ｐ型スペーサ層としてｐ型ＡｌＧａＡｓ層等を例示することができる。
【００４２】
−−ｎ型半導体層の組成−−
また、ｎ型半導体層５５の組成についても、活性層５３のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の組成に応じてｎ型半導体層５５のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の組成を適宜定めればよい。ｎ型スペーサ層としてｎ型ＡｌＧａＡｓ又はｎ型ＩｎＰ等を、ｎ型クラッド層としてｎ型ＡｌＧａＡｓを例示することができる。
【００４３】
−膜厚−
ｐ型半導体層５１の全体膜厚と異なり、活性層５３及びｎ型半導体層５５の膜厚は制限されない。
【００４４】
−−活性層の膜厚−−
活性層５３が量子井戸構造を有する場合、井戸層の膜厚を３ｎｍ〜１７ｎｍとすることができ、障壁層の膜厚を５〜２０ｎｍとすることができ、両者の組数を３〜５０とすることができる。また、単層構造及び量子井戸構造のいずれの場合も、活性層全体の膜厚を１００ｎｍ〜５００ｎｍとすることができる。
【００４５】
−−ｎ型半導体層の膜厚−−
ｎ型クラッド層の膜厚は制限されず、例えば１μｍ〜１５μｍ、３．５μｍ〜１２μｍを例示することができる。ｎ型スペーサ層の膜厚も制限されず、例えば５〜５００ｎｍとすることができる。なお、ｎ型半導体層５５の全体の膜厚をｐ型半導体層５１の全体の膜厚よりも大きくすることが好ましい。一般的にｐ型半導体は電子の移動度が低く抵抗が高いので、電流狭窄構造として利用しやすい一方、本発明ではｎ型半導体層側で電流を広げることが望ましいためである。
【００４６】
−−半導体積層体の全体膜厚−−
また、半導体積層体５０の全体の膜厚も制限されず、例えば２μｍ〜１７μｍとすることができる。
【００４７】
また、半導体積層体５０を構成する各層については、適宜公知のｎ型ドーパント（Ｔｅ、Ｓｉ等）又はｐ型ドーパント（Ｚｎ、Ｃ、Ｍｇ等）をドープしてもよい。
【００４８】
なお、半導体積層体５０を構成する各層は、各層の面内において組成等、均一な構造とすることができるため、複雑な製造工程を要しない。
【００４９】
＜上面電極＞
半導体積層体５０上には上面電極７０が設けられる。上面電極７０は開口部７１を備え、当該開口部７１において活性層５３で発光した光が出射される。そして、上面電極７０に対して中間電極３５を含む電流狭窄層３０を垂直投影した投影面において、開口部７１が中間電極３５を内包し、かつ、誘電体層３１が上面電極７０を内包する。
【００５０】
換言すると、上面電極７０の開口部７１の大きさは、中間電極３５の大きさ以上であり、膜厚方向から視た平面視において、開口部７１内に中間電極３５が包含される。そのため、点光源型発光ダイオード１００において、上面電極７０に対して中間電極３５を垂直投影した投影面において、中間電極３５の投影体が、開口部７１内に存在している。また、膜厚方向から視た平面視において、誘電体層３１の外縁とは内縁との間において上面電極７０が包含される。そのため、点光源型発光ダイオード１００において、上面電極７０に対して誘電体層３１を垂直投影した投影面において、誘電体層３１の投影体の内側領域に、上面電極が存在する。
【００５１】
なお、当該上面電極７０の開口部７１の形状は、上面電極７０に対して中間電極３５を垂直投影した投影面において、開口部７１が中間電極３５を包含している限りは特に制限されない。開口部７１の形状は円形又は楕円形であってもよいし、星形又は多角形であってもよい。
【００５２】
また、上面電極７０に対して中間電極３５を垂直投影した投影面において、開口部７１及び中間電極３５のそれぞれの重心（幾何中心）が一致する位置に開口部７１及び中間電極３５の両者が配置されることが好ましい。主発光領域５３Ａの大きさ及び面内における主発光領域５３Ａの位置は、活性層５３の主面に対して中間電極３５を投影した投影体と実質同一である。そのため、図１の場合、開口部７１の中心軸直下が主発光領域５３Ａの中心と重なっている。この場合、主発光領域５３Ａで発光した光を効率よく外部に取り出せることができ、好ましい。
【００５３】
＜その他の電極＞
上面電極７０上及び支持基板１０の裏面にはそれぞれ上面側パッド電極Ｅ１及び裏面電極Ｅ２を設けることができ、各電極を構成するための金属材料は、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕなどの金属や、金と共晶合金を形成する金属（Ｓｎなど）などの一般的なものを用いることができる。上面側パッド電極Ｅ１及び裏面電極Ｅ２の電極パターンは任意であり、何ら制限されない。
【００５４】
以上のとおり、本発明による点光源型発光ダイオード１００では、上面電極７０と、支持基板１０の裏面に形成された裏面電極Ｅ２との間で流れる主な電流は、貫通孔３２内部に設けられた中間電極３５を経由して活性層５３の主発光領域５３Ａを通ることになる。このとき、ｐ型半導体層５１の抵抗が高いため電流が狭窄され、活性層５３の特定部位に電流を集中させることができる。その結果、当該活性層５３の特定部位にて局所的に発光することができる。このように、電流狭窄層３０及び上面電極７０の配置関係並びにｐ型半導体層５１の膜厚に基づく簡素な構造により、本発明では点光源型発光ダイオードを得ることができる。したがって、本発明により製造工程を簡略化して点光源型発光ダイオードを作製することが可能となる。
【００５５】
ところで、センサー用光源等で点光源型発光ダイオードを用いるのであれば、高温環境下又は寒冷地等の種々の過酷な温度環境下において、発光出力の変動を抑制することが必要となる。後記の最短離間距離の技術的意義とともに詳述するように、本発明ではｐ型半導体層５１の膜厚を制限することにより、温度依存特性にも優れるため、この点でも本発明はさらに有利である。
【００５６】
＜離間距離＞
上記主発光領域５３Ａの最外周と、上記活性層５３の外周縁との最短離間距離は、３０μｍ以上が好ましく、６０μｍ以上がより好ましい。これにより、より優れた発光出力の温度依存特性を示す点光源型発光ダイオードを提供できる。前述のとおり、主発光領域５３Ａの大きさ及び位置は、活性層５３に対して中間電極３５を垂直投影した投影体と同等であると考えられる。そのため、主発光領域５３Ａの最外周は、当該投影体の最外周により定義される。以下、最短離間距離が３０μｍ以上であることが好ましい理由を説明する、
【００５７】
発光出力の温度依存特性を向上させる方法の一つとして、表面再結合の影響を小さくすることが重要である。このような表面再結合は、発光ダイオードにおいて、活性層がチップ側面に露出した箇所で顕著に起こり、これが温度依存特性を悪化させる原因であると考えられる。そして、表面再結合が顕著に起こる範囲は、活性層がチップ側面に露出した箇所から自由電子の拡散長の数倍程度とされる。本発明におけるｐ型半導体層５１の膜厚を所定範囲としている。そのため、ｐ型半導体層５１の面方向に実質的に広がることなく活性層５３に電流を流すことができる、あるいは、ｐ型半導体層５１の面方向に流れる電流を低減できる。その結果、ｐ型半導体層５１の面内方向に流れる電流は少ない。この考えに基づき、最短離間距離を確保して、活性層５３の外周縁に当該電流が到達する前にｎ型半導体層５５に電流を通過させれば、表面再結合をさらに抑制でき、発光出力の温度依存特性のさらなる向上に有効であると考えられる。
【００５８】
なお、活性層の外周縁と、主発光領域の最外周との最短離間距離の上限値は、点光源型発光ダイオード１００のチップサイズに依存するものの、十分な最短離間距離が設けられていれば上述の表面再結合の問題は生じないため、特に制限されない。なお、一例としてチップサイズを考慮して、最短離間距離の上限として１０００μｍを例示することができる。
【００５９】
＜活性層側面の被覆＞
本発明の別の一態様を示す図２を参照する。点光源型発光ダイオード２００においては、金属層２０の光反射面２１が誘電体層３１を介して活性層５３の側面部の少なくとも一部を被覆することが好ましい。活性層５３の側面から放射される光を活性層５３側面では閉じ込めることができつつ、光反射面２１により半導体積層体５０内部に反射して一部の光を外部に取り出すことができるため、外部量子効率の向上も期待できる。
【００６０】
なお、このような活性層側面部の少なくとも一部を被覆する光反射面２１を形成するためには、例えば以下のとおりにすればよい。まず、接合法に従い、成長用基板上にｎ型半導体層５５、活性層５３、ｐ型半導体層５１を順次形成する。その後、ｐ型半導体層５１の側からメサ構造を形成する。次いで誘電体層３１及び金属反射層２７を順次形成して、ｐ型半導体層５１及び活性層５３のメサ構造傾斜面を被覆する。その後、金属接合層２５を介して金属反射層２７と支持基板１０とを接合し、成長用基板を除去する。最後に、ｎ型半導体層５５にメサ構造を形成する。このようにすることで、図２の態様の光反射面２１を有する点光源型発光ダイオード２００を形成することができる。
【００６１】
次に、本発明に従う点光源型発光ダイオード１００（図１参照）の製造方法の一態様を説明する。
【００６２】
（点光源型発光ダイオードの製造方法）
本発明による前述の点光源型発光ダイオードの製造方法は、成長用基板上に、ｎ型半導体層５５、活性層５３、ｐ型半導体層５１を順次備える半導体積層体５０を形成する第１工程と、ｐ型半導体層５１上に、電流狭窄層３０を形成する第２工程と、電流狭窄層３０上に金属反射層２７を形成する第３工程と、金属接合層２５が表面に設けられた支持基板１０を、該金属接合層２５を介して金属反射層２７に接合しつつ、金属層２０を形成する第４工程と、成長用基板を除去する第５工程と、ｎ型半導体層５５における成長用基板の除去面に、活性層５３で発光した光を出射する開口部７１を有する上面電極７０を形成する第６工程と、を少なくとも含む。そして、第３工程において、貫通孔３２を備える誘電体層３１と、貫通孔３２内に設けられ、ｐ型半導体層５１及び金属層２０を電気的に接続する中間電極３５とを備え電流狭窄層３０を形成する。さらに、上面電極７０に対して中間電極３５を含む電流３０を垂直投影した投影面において、開口部７１が中間電極３５を内包し、かつ、誘電体層３１が上面電極７０を内包する。そして、ｐ型半導体層５１の膜厚が０．５μｍ以上３．３μｍ以下である。
【００６３】
各層を構成するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料、誘電体材料、金属材料及び各層の膜厚、積層組数などは既述したとおりであり、重複する説明は省略する。
【００６４】
＜第１工程＞
上記第１工程では、成長用基板上に、ｎ型半導体層５５、活性層５３、ｐ型半導体層５１を順次形成した半導体積層体５０を形成する。成長用基板とｎ型半導体層５５との間に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるエッチングストップ層を必要により形成してもよい。当該エッチングストップ層が歪緩衝層の機能を兼ねてもよい。成長用基板はその上に成長させる半導体積層体５０の組成及び格子定数に応じてＧａＡｓ基板、ＩｎＰ基板、ＧａＳｂ基板、ＩｎＳｂ基板等から適宜採用すればよい。成長用基板上にはｎ型半導体層を形成するため、ｎ型基板を用いることが好ましいが、成長用基板の導電型はアンドープであってもよいし、ｐ型であってもよい。
【００６５】
半導体積層体層の各層は、例えば、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法や分子線エピタキシ（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）法、スパッタ法などの公知の薄膜成長方法により形成することができる。ＩｎＧａＡｓＰ系半導体であれば、例えば、Ｉｎ源としてトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、Ｇａ源としてトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、Ａｓ源としてアルシン（ＡｓＨ3）、Ｐ源としてホスフィン（ＰＨ3）などを所定の混合比で用い、これらの原料ガスを、キャリアガスを用いつつ気相成長させることにより、成長時間に応じてＩｎＧａＡｓＰ系半導体層を所望の膜厚でエピタキシャル成長させることができる。また、ＩＩＩ族元素としてＡｌを用いる場合、Ａｌ源として例えばトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）などを用いればよく、Ｖ族元素としてＳｂを用いる場合、Ｓｂ源としてＴＭＳｂ（トリメチルアンチモン）などを用いればよい。さらに、各半導体層をｐ型又はｎ型にドーパントする場合は、所望に応じＳｉ、Ｚｎなどを構成元素に含むドーパント源のガスをさらに用いればよい。
【００６６】
＜第２工程〜第４工程＞
中間電極層、誘電体層、金属反射層、金属接合層及び上面電極等の形成は公知の手法を用いることができ、例えばスパッタ法、電子ビーム蒸着法、又は抵抗加熱法などを用いることができる。誘電体層を形成する際には、プラズマＣＶＤ法又はスパッタ法などの、公知の成膜法を適用すればよいし、必要に応じて公知のエッチング法を用いて凹凸形成することも可能である。
【００６７】
＜＜第２工程＞＞
上記第２工程では、ｐ型半導体層５１上に、中間電極３５を備える電流狭窄層３０を形成する。例えば、まずｐ型半導体層５１表面の一部にスパッタ法などにより中間電極３５を形成し、残部の表面を露出させる。次いで、当該露出部に誘電体層３１を形成し、中間電極３５の高さと揃えれば、電流狭窄層３０を形成することができる。なお、電流狭窄層３０から中間電極３５を取り除いたと仮定した場合の部分が既述の貫通孔３２に相当する。また、誘電体層を形成したのち、エッチング等により誘電体層の一部を除去してｐ型半導体層５１を露出させて貫通孔３２を形成し、当該貫通孔３２内に中間電極３５を形成してもよい。
【００６８】
＜＜第３工程＞＞
続く第３工程では、電流狭窄層３０上に金属反射層２７を形成する。この結果、光反射面２１が半導体積層体５０においてｐ型半導体層５１側に設けられることとなる。
【００６９】
＜＜第４工程＞＞
次に、第４工程では、支持基板１０の一方の面に金属接合層２５を設けた後、接合により、支持基板１０を、金属接合層２５を介して金属反射層２７と接合して金属層２０を得る。金属反射層２７及び金属接合層２５を対向配置して加熱圧縮等により接合すればよい。
【００７０】
＜第５工程＞
第５工程では、成長用基板を公知の方法により除去する。例えば、アンモニア水と過酸化水素水の混合液を用いてウェットエッチングにより除去することができ、前述のエッチングストップ層を当該ウェットエッチングの終点として用いることもできる。なお、エッチングストップ層を除去する際には、成長用基板とは異なるエッチング液（例えば塩酸希釈液のエッチング液）でウェットエッチングすればよい。
【００７１】
＜第６工程＞
最後に、第６工程では、ｎ型半導体層５５における成長用基板の除去面に上面電極７０を形成する。上面電極の形成方法は、公知の手法を用いることができ、例えばスパッタ法、電子ビーム蒸着法、又は抵抗加熱法などを用いることができる。上面電極７０は既述の開口部７１を備え、前述の投影面における上面電極７０、開口部７１、誘電体層３１、中間電極３５の配置関係については既述のとおりである。
【００７２】
＜その他の工程＞
上記第６工程の後、光取り出し面に複数の凹凸を形成する粗面化処理工程を行ってもよい。さらに、点光源型発光ダイオードを個片化するための切断予定ラインにメサ構造を形成してもよい。その後、裏面電極Ｅ２を形成し、本発明に係る点光源型発光ダイオードを製造することができる。
【実施例】
【００７３】
以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら
限定されるものではない。
【００７４】
（実験例１）
狙いの発光中心波長を８５０ｎｍとして、以下の点光源型発光ダイオードを接合法により作製した。
【００７５】
＜実施例１＞
成長用基板としてはｎ型ＧａＡｓ基板を用いた。成長用基板の（１００）面上に、エッチングストップ層をＭＯＣＶＤ法により形成し、さらに以下の条件でＭＯＣＶＤ法により各半導体層を順次エピタキシャル成長させた。
＜１＞膜厚７１００ｎｍのｎ型Ａｌ0.20Ｇａ0.80Ａｓ層（Ｔｅドープ、８．０×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3；第１のｎ型クラッド層）
＜２＞膜厚４００ｎｍのｎ型Ａｌ0.40Ｇａ0.60Ａｓ層（Ｔｅドープ、１．０×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3；第２のｎ型クラッド層）
＜３＞膜厚５００ｎｍのＡｌ0.24Ｇａ0.76Ａｓ層（アンドープ；ｎ側スペーサ層；
＜４＞全体膜厚ｎｍの３１０ｎｍの量子井戸型活性層（詳細を後述）
＜５＞膜厚５００ｎｍのｐ型Ａｌ0.24Ｇａ0.76Ａｓ（Ｃドープ、２．０×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）層（ｐ側スペーサ層）
＜６＞膜厚４００ｎｍのＡｌ0.40Ｇａ0.60Ａｓ層（Ｃドープ、１．５×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3；第２のｐ型クラッド層）
＜７＞膜厚１５００ｎｍのＡｌ0.20Ｇａ0.80Ａｓ層（Ｃドープ、１．５×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3；第１のｐ型クラッド層）
＜８＞膜厚１００ｎｍのｐ型Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓ層（Ｚｎドープ、３×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3；ｐ型コンタクト層）
【００７６】
実施例１のｐ型半導体層の合計膜厚（ｐ型コンタクト層、ｐ型クラッド層、ｐ側スペーサ層の合計）は２．５μｍである。また、活性層を形成する際には、まず膜厚１７．５ｎｍのＡｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ0.6Ｐ0.4障壁層を形成し、次いで、膜厚５ｎｍのＡｌ0.069Ｉｎ0.16Ｇａ0.771Ａｓ井戸層及び膜厚１７．５ｎｍのＡｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ0.6Ｐ0.4障壁層を交互に１３組形成し、合計１３．５組とした。
【００７７】
上記した実施例１における各層の各組成及びドーパント濃度はＳＩＭＳ分析により測定した値である。
【００７８】
次に、プラズマＣＶＤ法によりｐ型コンタクト層上の全面にＳｉＯ2からなる誘電体層（膜厚：５５０ｎｍ）を形成した。次いで、貫通孔を形成する部分以外にレジストパターンを形成してから、上記貫通孔形成部分の誘電体層をＢＨＦでエッチング除去してｐ型コンタクト層を露出させ、誘電体層に貫通孔を形成した。
【００７９】
次に、ｐ型コンタクト層上の誘電体層における貫通孔部分に、直径Ｌ2の円柱状の中間電極（電極の金属材料：ＡｕＺｎ、膜厚：５４０ｎｍ）を形成した。なお、円柱状のパターン形成にあたっては、レジストパターンを形成し、次いで中間電極を蒸着し、レジストパターンをリフトオフした。
【００８０】
次に、金属反射層（Ａｌ／Ａｕ／Ｐｔ／Ａｕ）を電流狭窄層上の全面に蒸着法により順次形成した。金属反射層の膜厚は合計で１６６０ｎｍである。
【００８１】
一方、支持基板となる導電性Ｓｉ基板（膜厚：２００μｍ）上に、金属接合層（Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ）を形成した。金属接合層の膜厚は合計で１５７０ｎｍである。
【００８２】
これら金属反射層及び金属接合層を対向配置して、３００℃で加熱圧縮接合を行った。そして、成長用基板をアンモニア水と過酸化水素水の混合液によりウェットエッチングして除去し、エッチングストップ層を露出させ、さらに塩酸希釈液によりウェットエッチングしてエッチングストップ層まで除去し、第２のｎ型クラッド層を露出させた。
【００８３】
第２のｎ型クラッド層上に、上面電極として、ｎ型電極（Ａｕ（膜厚：１０ｎｍ）／Ｇｅ（膜厚：３３ｎｍ）／Ａｕ（膜厚：５７ｎｍ）／Ｎｉ（膜厚：３４ｎｍ）／Ａｕ（膜厚：８００ｎｍ）／Ｔｉ（膜厚：１００ｎｍ）／Ａｕ（膜厚：１０００ｎｍ））を、レジストパターン形成、ｎ型電極の蒸着、レジストパターンのリフトオフにより形成した。また、レジストパターンによる開口部の開口径をＬ1とし、開口部の中心と、中間電極の中心が同心軸上となるように配置した。さらに、パッド部（Ｔｉ（膜厚：１５０ｎｍ）／Ｐｔ（膜厚：１００ｎｍ）／Ａｕ（膜厚：２５００ｎｍ））をｎ型電極上の一部に形成した。
【００８４】
最後に、メサエッチングにより各素子間の半導体層を除去（（エッチング幅：４０μｍ））してダイシングラインを形成した。そして、Ｓｉ基板の裏面側への裏面電極（Ｔｉ（膜厚：１０ｎｍ）／Ｐｔ（膜厚：５０ｎｍ）／Ａｕ（膜厚：２００ｎｍ））を形成し、ダイシングによるチップ個片化を行って、実施例１に係る点光源型発光ダイオードを作製した。図３における二重円のうち、外側の円が上面電極における開口部であり、内側の円（ハッチング部分）が中間電極３５である。なお、チップサイズは２５０μｍ×４００μｍである。また、実施例１における、開口部の大きさ（開口径ｄ２）はφ８０μｍ、中間電極の幅ｄ１はφ４０μｍ、主発光領域の最大直径及び中間電極の投影体（主発光領域）の最外周と活性層の外周縁との最短離間距離は６８μｍである。
【００８５】
＜発光強度分布の評価＞
実施例１に係る点光源型発光ダイオードをパルス駆動（パルス順電流Ｉｆｐ：１００ｍＡ、周波数：１０ｋＨｚ、デューティ比：０．２％）で動作させた。このときの開口部を含む横断面の発光強度分布を図５Ａに示す。なお、赤外顕微鏡を用いて発光強度分布を観察した。図５Ａ中の縦軸は発光強度（相対強度）を示し、横軸は横断面の任意の相対位置を示す。赤外顕微鏡で観察される画像は、発光強度が強いほど白、弱いほど黒で表され、白と黒の度合いを数値化することでグラフ化した。このため、黒の度合いが一番強いところでも数値はゼロを示さない。図５Ａを参照すると、開口部からほとんどの発光が出射されていることがわかり、点光源特有の特性を持っていることが確認された。そして、中間電極の幅（ｄ１）であるφ４０μｍの範囲での発光強度が大きく、開口部の大きさ（ｄ２）であるφ８０μｍの端部に向けて発光強度が小さくなっていることから、ｐ型半導体層の合計膜厚が２．５μｍの実施例１では、ｐ型半導体層５１の面内方向において中間電極に相当する範囲の外側にはほとんど電流が拡散することなく活性層５３に電流が流れて活性層５３の特定部位に電流が集中し、当該部位において局所的に発光していることが確認された。そして、実施例１に係る点光源型発光ダイオードは接合法を用いて作製したものであって、下記のとおり、従来技術に比べて簡略化した製造工程により得られることが確認された。
【００８６】
従来公知の電流狭窄構造を形成する手法としては、埋込法、Ｚｎ拡散法、イオン注入法が挙げられる。埋込法では、ＭＯＣＶＤ法による結晶成長工程が２度必要となる。また、この２度の成長の間に電流狭窄層を形成するためのパターニング工程、エッチング工程さらに再成長を行うための成長基板の前処理が必要となってくる。Ｚｎ拡散法でも、パターニング工程およびＺｎ拡散工程が必要で、Ｚｎ拡散を行うための装置も必要となる。イオン注入法でも、パターニング工程およびイオン注入工程が必要で、イオン注入を行うための装置も必要となる。そして、イオン注入装置は他の設備と比べ高価である。これらの従来技術に手法と比較すると、上記実施例１の接合法におけるパターニング処理は簡単であり、接合装置も安価である。このように、実施例１では簡易な製造工程により点光源型発光ダイオードを作製することができ、その簡単で製造コストも低減できたことが分かる。
【００８７】
（実験例２）
次に、実験例１と同様、狙いの発光中心波長を８５０ｎｍとしつつ、発光強度分布及び温度依存特性を評価するために以下の実施例２〜４及び比較例１に係る点光源型発光ダイオードを接合法により作製した。
【００８８】
＜実施例２〜４＞
チップサイズ、開口部の大きさ、中間電極の幅、中間電極の幅、主発光領域の最大直径及び中間電極の投影体（主発光領域）の最外周と活性層の外周縁との最短離間距離を表１に示す値にした以外、上記実施例１と同様にして点光源型発光ダイオードを作製した。実施例１を含めて、上記各サイズを表１に示す。
【００８９】
＜比較例１＞
比較例１では、中間電極の形状をいわゆるドーナツ型とし（図４参照）、ドーナツ型の中間電極の中央部上に直径Ｄ：φ１２０μｍの上面電極を形成した。なお、実施例１〜４と異なり、開口部は設けていない。図４における三重円の最小径の円で囲まれた部分（右下がりハッチング部分）が上面電極である。また、当該三重円の外側の２つの円で囲まれた部分（図４の左下がりハッチング部分）が中間電極に相当する。なお、中間電極の外径Ｌ2が３００μｍであり、内径Ｌ3が２７０μｍである。また、最短離間距離ｄは２５μｍである。その他の条件は実施例１と同様とした。上記各サイズを表２に示す。
【００９０】
【表１】
2020167401.tif 000003
【００９１】
【表２】
2020167401.tif 000004
【００９２】
＜発光強度分布の評価＞
実験例１と同様にして、実施例２〜４の発光強度分布を測定した。結果を図５Ｂ〜図５Ｄにそれぞれ示す。図５Ｂ〜図５Ｄを参照すると、実施例１と同様に、実施例２〜４においても、開口部からほとんどの発光が出射されていることがわかり、点光源特有の特性を持っていることが確認された。そして、中間電極の幅（ｄ１）の範囲での発光強度が大きく、開口部の大きさ（ｄ２）の端部に向けて発光強度が小さくなっていることから、ｐ型半導体層の合計膜厚が２．５μｍでは、ｐ型半導体層５１の面内方向において中間電極に相当する範囲の外側にはほとんど電流が拡散することなく活性層５３に電流が流れて活性層５３の特定部位に電流が集中し、当該部位において局所的に発光していることが確認された。
【００９３】
＜発光出力の温度依存特性＞
実施例１〜４及び比較例１に係る点光源型発光ダイオードを−２５℃〜１００℃で動作させたときの各出力の２５℃の出力に対する相対値をプロットし、直線近似したときの傾きを温度依存特性として求めた。当該傾きの絶対値が小さいほど温度特性が良好である（すなわち出力の温度依存性が小さい）。電流値が２０ｍＡのときの温度依存特性（％／℃）を表１，２に示す。なお、出力の温度依存特性を測定するため、まず、チップがマウントされたTO-18の金属ステムを恒温槽へ入れた。そして、恒温槽の温度を変化させ、恒温槽の窓越しに出力を測定することで、各温度での出力の変化を測定した。
【００９４】
ここで特筆すべきは、中間電極の幅（中間電極径Ｌ2）が狭い方が、温度依存特性が良いことである。通常、中間電極の幅が狭い、すなわち中間電極の電極面積が小さいと、電流密度が高くなる。この場合、発光層での発光効率は相対的に低下するはずである。ところが、実験事実はこの考えに反する結果を示した。実施例１と実施例２に対して、実施例３と実施例４を比較すると、電極面積が小さく電流密度が高い実施例１と実施例２の方が、温度による出力変化の傾きが小さく、温度依存特性がさらに良くなっている。これは、中間電極の幅の影響というよりは、最短離間距離ｄの影響であると考えられる。温度依存特性に対して、最短離間距離ｄが３０μｍを境界値として影響しており、活性層がチップ側面に露出した箇所の表面再結合の影響が顕著になっているためと考えられる。表面再結合が顕著に起こる範囲は、活性層がチップ側面に露出した箇所から自由電子の拡散長の数倍程度とされ、本実施例の場合、最短離間距離ｄの境界値は３０μｍとなっていると考えられる。なお、比較例１の結果からも、温度依存特性に影響を及ぼす最短離間距離ｄの境界値は３０μｍであると考えられる。
【００９５】
（実験例３）
次に、実験例１と同様、狙いの発光中心波長を８５０ｎｍとしつつ、ｐ型半導体層の厚さによる影響について評価するために以下の実施例５及び比較例２、３に係る点光源型発光ダイオードを接合法により作製した。
【００９６】
＜実施例５＞
ｐ型半導体層の合計膜厚（ｐ型コンタクト層、ｐ型クラッド層、ｐ側スペーサ層の合計）を、実施例１の２．５μｍよりも厚い３．３μｍとした以外は、実施例１と同様にして、実施例５に係る点光源型発光ダイオードを製造した。なお、実施例５では第１のｐ型クラッド層の厚さを２１００ｎｍ、ｐ側スペーサ層の厚さを７００ｎｍに変えた。
【００９７】
＜比較例２＞
ｐ型半導体層の合計膜厚（ｐ型コンタクト層、ｐ型クラッド層、ｐ側スペーサ層の合計）を、実施例１の２．５μｍよりも厚い５．３μｍとした以外は、実施例１と同様にして、比較例２に係る点光源型発光ダイオードを製造した。なお、比較例２では第１のｐ型クラッド層の厚さを４３００ｎｍに変えた。
【００９８】
＜比較例３＞
ｐ型半導体層の合計膜厚（ｐ型コンタクト層、ｐ型クラッド層、ｐ側スペーサ層の合計）を、実施例１の２．５μｍよりも薄い０．４１μｍとした以外は、実施例１と同様にして、比較例３に係る点光源型発光ダイオードを製造した。なお、比較例３では第１のｐ型クラッド層を無くし、ｐコンタクト層を１０ｎｍ、第２のｐクラッド層を１００ｎｍ、ｐスペーサ層を３００ｎｍに変えた。
【００９９】
＜発光強度と順方向電圧の評価＞
実施例１、５および比較例２、３について、定電流電圧電源を用いて電流２０ｍAにおける発光出力（ｍW）および順方向電圧の測定を行った。その結果を表３に示す。
【０１００】
＜発光出力の温度依存特性＞
測定時の電流を２０ｍAから５ｍAに変えた以外は、上記実験例２と同様にして、−２５℃〜１００℃で動作させたときの各出力の２５℃の出力に対する相対値をプロットし、直線近似したときの傾きを温度依存特性として求めた。なお、出力の温度依存性は、チップがマウントされたTO-18金属ステムを恒温槽へ入れ、恒温槽の温度を変化させ、恒温槽の窓越しに出力を測定することで各温度での出力の変化の比較を行った。なお、本実験例３において、温度依存特性を評価する際に、測定時の電流を２０ｍAから５ｍAに変更したのは、２０ｍAよりも５ｍＡの方が活性層での抵抗が相対的に大きくなるからである。その結果、電流が広がりやすくなるため、活性層がチップ側面に露出した箇所における表面再結合の影響が顕著に表れて温度依存性の傾きが大きくなり、２０ｍAで測定するときよりも温度依存性の違いが分かりやすくなるためである。電力光変換効率（WPE: Wall Plug Efficiency)の値と併せて、結果を表３に示す。
【０１０１】
【表３】
2020167401.tif 000005
【０１０２】
表３の結果から、ｐ型半導体層５１の膜厚を０．５μｍ以上３．３μｍ以下とすることで、発光効率の大きい点光源型発光ダイオードが得られたことが分かる。そして、実施例１、５と比較例２との比較から分かるようにｐ型半導体層の合計厚が３．３μｍを超えて厚いと、温度依存性を大きく悪化させることが分かった。一方、比較例３のようにｐ型半導体層の合計厚が０．５μｍより薄いと、温度変化への耐久性がなくなることも分かった。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明によれば、製造工程を簡略化でき、かつ温度依存特性に優れた点光源型発光ダイオード及びその製造方法を提供することができる。
【符号の説明】
【０１０４】
１０            支持基板
２０            金属層
２５            金属接合層
２７            金属反射層
３０            電流狭窄層
３１            誘電体層
３２            貫通孔
３５            中間電極
５０            半導体積層体
５１            ｐ型半導体層
５３            活性層
５５            ｎ型半導体層
７０            上面電極
７１            開口部
Ｅ１            パッド電極
Ｅ２            裏面電極
１００          点光源型発光ダイオード
【図１】
2020167401.tif 000006
【図２】
2020167401.tif 000007
【図３】
2020167401.tif 000008
【図４】
2020167401.tif 000009
【図５Ａ】
2020167401.tif 000010
【図５Ｂ】
2020167401.tif 000011
【図５Ｃ】
2020167401.tif 000012
【図５Ｄ】
2020167401.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】令和2年7月15日(2020.7.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板と、
該支持基板上の、光反射面を備える金属層と、
該金属層上の電流狭窄層と、
該電流狭窄層上の、ｐ型半導体層、活性層及びｎ型半導体層を順次備えるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層体と、
該ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層体上の上面電極と、を有し、
前記上面電極は前記活性層で発光した光を出射する開口部を備え、
前記電流狭窄層は、貫通孔を備える誘電体層と、前記貫通孔内に設けられ、前記ｐ型半導体層及び前記金属層を電気的に接続する中間電極とを備え、
前記上面電極に対して前記中間電極を含む電流狭窄層を垂直投影した投影面において、前記開口部が前記中間電極を内包し、かつ、前記誘電体層が前記上面電極を内包し、
前記ｐ型半導体層の膜厚が０．５μｍ以上２．８μｍ以下であることを特徴とする点光源型発光ダイオード。
【請求項２】
前記投影面において、前記開口部及び前記中間電極のそれぞれの重心が一致する位置に前記開口部及び前記中間電極が配置される、請求項１に記載の点光源型発光ダイオード。
【請求項３】
前記活性層の外周縁と前記活性層における主発光領域の最外周との最短離間距離が３０μｍ以上である、請求項１又は２に記載の点光源型発光ダイオード。
【請求項４】
前記最短離間距離が６０μｍ以上である、請求項３に記載の点光源型発光ダイオード。
【請求項５】
前記光反射面は、前記誘電体層を介して前記活性層側面部の少なくとも一部を被覆する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の点光源型発光ダイオード。
【請求項６】
成長用基板上に、ｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層を順次備える半導体積層体を形成する第１工程と、
前記ｐ型半導体層上に電流狭窄層を形成する第２工程と、
前記電流狭窄層上に金属反射層を形成する第３工程と
金属接合層が表面に設けられた支持基板を、該金属接合層を介して前記金属反射層に接合しつつ、金属層を形成する第４工程と、
前記成長用基板を除去する第５工程と、
前記ｎ型半導体層における前記成長用基板の除去面に、前記活性層で発光した光を出射する開口部を有する上面電極を形成する第６工程と、を含み、
前記第３工程において、貫通孔を備える誘電体層と、前記貫通孔内に設けられ、前記ｐ型半導体層及び前記金属層を電気的に接続する中間電極とを備える前記電流狭窄層を形成し、
前記上面電極に対して前記中間電極を含む前記電流狭窄層を垂直投影した投影面において、前記開口部が前記中間電極を内包し、かつ、前記誘電体層が前記上面電極を内包し、
前記ｐ型半導体層の膜厚を０．５μｍ以上２．８μｍ以下とすることを特徴とする点光源型発光ダイオードの製造方法。