(57)【要約】【課題】パッケージ内においてＬＥＤチップからの発光のロスを低減すると共に、パッケージからの光取り出し効率を向上することが可能な高輝度の発光ダイオードを提供する。【解決手段】発光層９を有する発光部８を含む化合物半導体層２と基板３とを備え、基板３の側面には、基板３よりも反射率が高い外部反射層４が設けられていることを特徴とする発光ダイオード１を採用する。【選択図】図１
2010192835.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光層を有する発光部を含む化合物半導体層と基板とを備え、
前記基板の側面には、当該基板よりも反射率が高い外部反射層が設けられていることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項２】
前記化合物半導体層と前記基板とが接合されており、
前記基板が、Ｓｉ、Ｇｅ、金属、セラミックス、ＧａＰのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項３】
前記外部反射層が、外部光の波長帯において反射率９０％以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光ダイオード。
【請求項４】
前記外部反射層が、銀、金、銅、アルミニウムの少なくとも１つを含む金属から構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項５】
前記外部反射層の表面に安定化層が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項６】
前記化合物半導体層と前記基板との間に内部反射層が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項７】
前記外部反射層が、めっき法により形成されたことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項８】
前記発光層が、ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＧａＡｓ層を含むことを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項９】
半導体基板上に発光層を有する発光部を含む化合物半導体層を形成する工程と、
前記化合物半導体層と基板とを接合する工程と、
前記半導体基板を除去する工程と、
前記基板の側面に外部反射層を形成する工程と、を備えることを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
【請求項１０】
前記基板の側面に外部反射層を形成する工程が、めっき工程を含むことを特徴とする請求項９に記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項１１】
発光ダイオードが２以上搭載されている発光ダイオードランプであって、
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の発光ダイオードが少なくとも１以上搭載されていることを特徴とする発光ダイオードランプ。
【請求項１２】
搭載された発光ダイオードの発光波長が異なっていることを特徴とする請求項１１に記載の発光ダイオードランプ。
【請求項１３】
搭載された発光ダイオードのチップ高さが異なっていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の発光ダイオードランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード及びその製造方法、並びに発光ダイオードランプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、赤色、橙色、黄色或いは黄緑色の可視光を発する高輝度発光ダイオード（英略称：ＬＥＤ）として、燐化アルミニウム・ガリウム・インジウム（組成式（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ；０≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）から成る発光層を備えた化合物半導体ＬＥＤが知られている。この様なＬＥＤにあって、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）から成る発光層を備えた発光部は、一般に発光層から出射される発光に対し光学的に不透明であり、また機械的にもそれ程強度のない砒化ガリウム（ＧａＡｓ）等の基板材料上に形成されている。
【０００３】
このため、最近では、より高輝度の可視ＬＥＤを得るために、また、更なる素子の機械的強度の向上を目的として、発光光に対して不透明な基板材料を除去して、然る後、発光光を透過または反射し、尚且つ機械強度的に優れる材料からなる支持体層（基板）を改めて接合させて、接合型ＬＥＤを構成する技術が開示されている（例えば、特許文献１〜７参照）。
【０００４】
また、ＬＥＤを用いたパッケージ技術に於いては、従来の単色に加え、フルカラー用として、青、緑、赤色のＬＥＤチップを同一パッケージに入れ、３色を同時に発光させ、白色をはじめとする幅の広い発光色を再現可能なＬＥＤ製品が普及している。
【０００５】
また、特許文献８には、金属層と反射層とを接着した有機接着層にオーミック金属を埋め込んだ発光素子が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３２３０６３８号公報
【特許文献２】特開平６−３０２８５７号公報
【特許文献３】特開２００２−２４６６４０号公報
【特許文献４】特許第２５８８８４９号公報
【特許文献５】特開２００１−５７４４１号公報
【特許文献６】特開２００７−８１０１０号公報
【特許文献７】特開２００６−３２９５２号公報
【特許文献８】特開２００５−２３６３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、基板接合技術の開発により、支持体層として適用できる基板の自由度が増え、コスト面、機械強度など大きなメリットを有するＳｉ、Ｇｅ、金属、セラミック、ＧａＰ基板などの適用が提案されている。
【０００８】
しかしながら、これらの基板は、パッケージ内に搭載された他のＬＥＤからの発光に対する吸収が大きく、発光をロスすることになり、パッケージの外へ光を取り出す効率が低下してしまうという問題があった。例えば、ＧａＰ基板は、赤色に対しては透明であるが、青色に対しては光の吸収が大きい。特に、フルカラー用は、赤、緑、青の３色のＬＥＤチップを隣接して配置する為、例えば、赤色発光のＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードチップの基板によって、自己の赤色だけでなく、隣の青色、緑色ＬＥＤチップの発光を吸収してしまい、パッケージ全体の発光効率が低下してしまうという課題があった。
【０００９】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、パッケージ内においてＬＥＤチップからの発光のロスを低減すると共に、パッケージからの光取り出し効率を向上することが可能な高輝度の発光ダイオード及びその製造方法、並びに発光ダイオードランプ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】
【００１０】
すなわち、本発明は以下に関する。
（１）  発光層を有する発光部を含む化合物半導体層と基板とを備え、前記基板の側面には、当該基板よりも反射率が高い外部反射層が設けられていることを特徴とする発光ダイオード。
（２）  前記化合物半導体層と前記基板とが接合されており、前記基板が、Ｓｉ、Ｇｅ、金属、セラミックス、ＧａＰのいずれかであることを特徴とする前項（１）に記載の発光ダイオード。
（３）  前記外部反射層が、外部光の波長帯において反射率９０％以上であることを特徴とする前項（１）又は（２）に記載の発光ダイオード。
（４）  前記外部反射層が、銀、金、銅、アルミニウムの少なくとも１つを含む金属から構成されていることを特徴とする前項（１）乃至（３）のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
（５）  前記外部反射層の表面に安定化層が設けられていることを特徴とする前項（１）乃至（４）の何れか一項に記載の発光ダイオード。
（６）  前記化合物半導体層と前記基板との間に内部反射層が設けられていることを特徴とする前項（１）乃至（５）の何れか一項に記載の発光ダイオード。
（７）  前記外部反射層が、めっき法により形成されたことを特徴とする前項（１）乃至（６）の何れか一項に記載の発光ダイオード。
（８）  前記発光層が、ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＧａＡｓ層を含むことを特徴とする前項（１）乃至（７）の何れか一項に記載の発光ダイオード。
（９）  半導体基板上に発光層を有する発光部を含む化合物半導体層を形成する工程と、前記化合物半導体層と基板とを接合する工程と、前記半導体基板を除去する工程と、前記基板の側面に外部反射層を形成する工程と、を備えることを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
（１０）  前記基板の側面に外部光を反射する外部反射層を形成する工程が、めっき工程を含むことを特徴とする前項（９）に記載の発光ダイオードの製造方法。
（１１）  発光ダイオードが２以上搭載されている発光ダイオードランプであって、前項（１）乃至（８）のいずれか一項に記載の発光ダイオードが少なくとも１以上搭載されていることを特徴とする発光ダイオードランプ。
（１２）  搭載された発光ダイオードの発光波長が異なっていることを特徴とする前項（１１）に記載の発光ダイオードランプ。
（１３）  搭載された発光ダイオードのチップ高さが異なっていることを特徴とする前項（１１）又は（１２）に記載の発光ダイオードランプ。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の発光ダイオードによれば、基板の側面にこの基板よりも反射率が高い外部反射層が設けられた構成となっている。この外部反射層が、例えばパッケージ内で隣接するＬＥＤチップからの発光等の外部光を反射するため、パッケージ内においてＬＥＤチップからの発光のロスを低減することができる。したがって、パッケージからの光取り出し効率を向上することが可能な高輝度の発光ダイオードを提供することができる。
【００１２】
本発明の発光ダイオードの製造方法によれば、基板の側面にこの基板よりも反射率が高い外部反射層を形成する工程を有する構成となっている。したがって、上記発光ダイオードを確実に製造することができる。
【００１３】
本発明の発光ダイオードランプによれば、発光ダイオードが２以上搭載されている発光ダイオードランプにおいて、上記発光ダイオードが少なくとも１以上搭載された構成を有している。上記発光ダイオードに設けられた外部反射層が、パッケージ内で隣接するＬＥＤチップからの発光を反射するため、パッケージ内においてＬＥＤチップからの発光のロスを低減することができる。したがって、パッケージからの光取り出し効率を向上することが可能な発光ダイオードランプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態である発光ダイオードを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）中に示すＡ−Ａ’線に沿った断面図である。
【図２】本発明の一実施形態である発光ダイオードの接合部分を説明するための拡大断面図である。
【図３】本発明の一実施形態である発光ダイオードに用いるエピウェーハの断面模式図である。
【図４】本発明の一実施形態である発光ダイオードに用いる接合ウェーハの断面模式図である。
【図５】本発明の一実施形態である発光ダイオードランプを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）中に示すＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。
【図６】本発明の実施例の発光ダイオードランプを説明するための図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）中に示すＣ−Ｃ’線に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を適用した一実施形態である発光ダイオード及び発光ダイオードランプについて図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００１６】
＜発光ダイオード＞
基板の上にエピタキシャル成長した一般的な製法で作製された発光ダイオードに対して、本発明を適用することができる。しかし、さらに、基板の選択肢が増える接合基板を用いた発光ダイオードに対して本発明を適応することは、より望ましい。例えば、ＧａＡｓ基板は、Ａｓが、めっき液へ溶けた場合は、薬品廃棄の場合Ａｓ処理が必要になる。また、めっき液の種類によっては、Ａｓがめっき液の寿命を短くする場合もある。一方、サファイア基板は、表面が不活性で、めっきしにくい材料の１つである。めっきを容易にできる接合型の方が望ましい。特に、金属基板は、簡易にめっきができる好適な材料である。
【００１７】
先ず、本発明を適用した一実施形態である発光ダイオードの構成について説明する。
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、本実施形態の発光ダイオード（ＬＥＤ）１は、化合物半導体層２と、基板３とが接合されており、この基板３の側面に基板３よりも反射率が高い外部反射層４が設けられて概略構成されている。具体的には、発光ダイオード１は、化合物半導体層２と基板３とが金属接続層５を介して接合されている。また、化合物半導体層２の上面には第１の電極６が設けられており、基板３の底面には第２の電極７が設けられている。
【００１８】
化合物半導体層２は、ｐｎ接合型の発光部８を含むものであれば特に限定されるものではない。発光部８は、例えば、赤色光源である（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）から成る発光層９を含む化合物半導体の積層構造体である。また、赤および赤外発光の発光層９として、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓを用いることができる。この発光部８は、フルカラー用の赤色光源として用いることができ、ＩｎＧａＮ系の発光部を用いた青色、緑色光源と同一パッケージ内に使用することができる。また、発光部８は、具体的には、例えば、図１（ｂ）に示すように、下部クラッド層１０、発光層９、上部クラッド層１１が順次積層されて構成されている。
【００１９】
発光層９は、アンドープ、ｎ形又はｐ形のいずれかの伝導型の（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）からも構成することができる。この発光層９は、ダブルヘテロ構造、単一（ｓｉｎｇｌｅ）量子井戸（英略称：ＳＱＷ）構造、あるいは多重（ｍｕｌｔｉ）量子井戸（英略称：ＭＱＷ）構造のどちらであっても良いが、単色性に優れる発光を得るためにはＭＱＷ構造とすることが好ましい。また、量子井戸（英略称：ＱＷ）構造をなす障壁（ｂａｒｒｉｅｒ）層及び井戸（ｗｅｌｌ）層を構成する（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）の組成は、所望の発光波長を帰結する量子準位が井戸層内に形成される様に決定することができる。
【００２０】
発光部８は、上記発光層９と、放射再結合をもたらすキャリア（担体；ｃａｒｒｉｅｒ）及び発光を発光層９に「閉じ込める」ために、発光層９の下側及び上側に対峙して配置した下部クラッド（ｃｌａｄ）層１０及び上部クラッド層１１を含む、所謂、ダブルヘテロ（英略称：ＤＨ）構造とすることが高強度の発光を得る上で好ましい。下部クラッド層１０及び上部クラッド層１１は、発光層９を構成する（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）よりも禁止帯幅が広い半導体材料から構成するのが好ましい。
【００２１】
また、発光層９と下部クラッド層１０及び上部クラッド層１１との間に、両層間におけるバンド（ｂａｎｄ）不連続性を緩やかに変化させるための中間層を設けても良い。この場合、中間層は、発光層９と下部クラッド層１０及び上部クラッド層１１との中間の禁止帯幅を有する半導体材料から構成するのが望ましい。
【００２２】
また、発光部８の上方には、オーミック（Ｏｈｍｉｃ）電極の接触抵抗を下げるためのコンタクト層、素子駆動電流を発光部の全般に平面的に拡散させるための電流拡散層、逆に素子駆動電流の通流する領域を制限するための電流阻止層や電流狭窄層など公知の層構造を設けてもよい。さらに、発光部８は、上面側（及び底面側）の極性がｐ型、ｎ型のどちらであってもよい。
【００２３】
基板３は、図１（ｂ）に示すように、発光ダイオード１の機械的強度の向上等を目的として設けられている。基板３の材質は、特に限定されるものではなく、目的に応じて適宜選択することができる。基材３の材質としては、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＰ半導体、金属、ＡｌＮ、アルミナなどのセラミックス等を用いることができる。具体的には、例えば、基材３の材質としてＳｉ、Ｇｅを用いた場合には、特に、大口径化、加工性、機械強度を達成できるという利点がある。また、例えば、基材３として金属である銅合金系の基板を用いた場合には、低コスト、熱伝導に優れるという利点がある。また、後述する外部反射層４の形成において、金属基板や熱伝導の良いＡｌＮ、ＳｉＣは、めっきプロセスに適応しやすいという点において好適な基板材料である。
【００２４】
基板３の厚さは、特に限定されるものではなく、光の取り出し効率や加工のしやすさ等から薄い方が望ましいが、ハンドリング時の割れ及び欠け、反りによる収率低下等が発生しないように材質に合わせて適宜最適化することが好ましい。
【００２５】
外部反射層４は、図１（ｂ）に示すように、基板３の側面及び底面と、基板３の上面に接続された金属接続層の側面と、基板３の底面に設けられた第２の電極７の側面とを被覆している。この外部反射層４は、主に外部光を反射させるために、発光ダイオード１の外周部分（外部）に設けられている。なお、外部反射層４は、後述するように、めっき法によって形成されることが好ましい。
【００２６】
外部反射層４の材質としては、特に限定されるものではないが、外部光の波長帯において反射率が９０％以上の材料を用いることができる。その中でも、可視光領域の全域において反射率が９０％である銀、アルミニウム、又はこれらの合金を用いることが特に好ましい。
【００２７】
一方、可視光領域の一部の波長帯において反射率が９０％以上となる材料としては、例えば、金、銅を例示することができる。ここで、金は、約５５０ｎｍより長い波長で反射率が高くなり、約５９０ｎｍで反射率が９０％を超える。また、銅は、約６００ｎｍより長い波長で反射率が高くなり、約６１０ｎｍで反射率が９０％を超える。このように、外部反射層４の材質は、外部光の波長帯に応じて適宜選択することができる。
【００２８】
ところで、従来の発光ダイオードでは、基材としてＧａＡｓ、Ｓｉ、Ｇｅ基板を用いた場合には、光の吸収が大きいという問題があった。また、例えば、基材として、銅合金系の基板を用いた場合には、赤色の発光に対する反射率は高いが、青色、緑色の発光に対して光吸収が大きいという問題があった。これに対して本実施形態の発光ダイオード１では、基材３としてＳｉやＧｅ基板、銅合金系の基板を用いた場合であっても、外部反射層４の材質を外部光の波長領域に合わせて適宜選択することができるため、基材３の側面における外部光の吸収を低減することができる。
【００２９】
また、外部反射層４の材質によっては、外部反射層４の表面を安定化させるために安定化層（図示略）を設けることが好ましい。この安定化層としては、例えば、外部反射層４の表面に処理を施してもよいし、保護膜を形成してもよい。より具体的には、外部反射層４として銀を用いた場合、銀が空気中で硫化銀になり黒色化してしまう。このため、外部反射層４の表面を防錆用の薬品で処理することで安定化層を形成することができる。
【００３０】
また、外部反射層４の材質としては、非金属も適用することが可能である。具体的には、例えば、白色のアルミナ、ＡｌＮ、樹脂、これらの混合物等を発光光の波長領域に合わせて適宜選択することができる。なお、外部反射層４の材質として非金属を選択する場合は、外部反射層４の形成に工夫が必要となる場合がある。
【００３１】
金属接続層５は、図１（ｂ）に示すように、化合物半導体層２と基板３との間に設けられており、高輝度化、導通性、実装工程の安定化が可能な積層構造を有している。具体的には、金属接続層５は、図２に示すように、化合物半導体層２の底面側から、少なくとも、内部反射層１２、バリア層１３、接続層１４が積層されて概略構成されている。
【００３２】
内部反射層１２は、発光ダイオード１の高輝度化を目的として、主に発光部８から基板３側に放出された光を反射して効率よく外部に取り出すために設けられている。この内部反射層１２は、図２に示すように、反射膜１２ａと透明導電膜１２ｂとからなる反射率の高い反射構造を有していることが好ましい。
【００３３】
反射膜１２ａとして、反射率の高い金属を適用することができる。具体的には、例えば、銀、金、アルミニウム、白金およびこれらの金属の合金が挙げられる。
【００３４】
透明導電膜１２ｂは、基板３と反射膜１２ａとの間に設けられている。この透明導電膜１２ｂは、基板３が半導体基板である場合に、反射膜１２ａを構成する金属と基板３を構成する半導体基板との間の拡散・反応を防止することができる。これにより、内部反射層１２の反射率の低下を抑制することができる。また、透明導電膜１２ｂとしては、例えば、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）等を用いることが好ましい。
【００３５】
バリア層１３は、図２に示すように、内部反射層１２と接続層１４との間に設けられている。このバリア層１４は、内部反射層１２を構成する金属と接続層１４を構成する金属とが相互に拡散することを抑制して内部反射層１２の反射率の低下を防止する機能を有している。バリア層１４としては、例えば、タングステン、モリブデン、チタン、白金、クロム、タンタル等の公知の高融点金属を適用することができる。
【００３６】
接続層１４は、図２に示すように、基板３と対向する側に設けられている。この接続層１４としては、電気抵抗が低く、低温で接続できる材質、すなわち、が望ましい。低融点の金属からなる層（低融点金属層）１４ａから構成されていることが好ましい。この低融点金属層１４ａとしては、Ｉｎ、Ｓｎメタルおよび公知の半田材料を適用することが可能であるが、化学的に安定で、融点の低いＡｕ系の共晶金属材料を用いることが好ましい。このＡｕ系の共晶金属材料としては、例えばＡｕＳｎ、ＡｕＧｅ，ＡｕＳｉ等が挙げられる。また、低融点金属層１４ａとしてＡｕ系の共晶金属材料を用いる場合には、低融点金属層１４ａの前後にＡｕ層１４ｂを形成することが好ましい。このようにＡｕ層１４ｂを形成することにより、溶融後に組成が変わることで融点が高くなり、実装工程での耐熱性を向上させることができる。
【００３７】
第１の電極６は、化合物半導体層２の上面に設けられた低抵抗のオーミック接触電極である。一方、第２の電極７は、基板３の底面に設けられた低抵抗のオーミック接触電極である。本実施形態では、第１の電極６の極性がｎ型かつ第２の電極７の極性がｐ型であっても、第１の電極６の極性がｐ型かつ第２の電極７の極性がｎ型であっても、どちらであってもよい。
【００３８】
第１の電極６が、例えばｎ型オーミック電極である場合には、例えば、ＡｕＧｅ、ＡｕＳｉ等を用いて形成することができる。一方、第２の電極が例えばｐ型オーミック電極である場合には、例えば、ＡｕＢｅ、ＡｕＺｎ等を用いて形成することができる。また、第１及び第２の電極６，７の表面材質には、ワイヤボンディングによる実装に対応する為に金を用いるのが一般的である。なお、発光部８に電流を均一に拡散させるため、発光部８に対して第１の電極６の形状や配置を工夫することが好ましい。第１の電極６の形状や配置については、特に制約はなく、公知の技術を適用することができる。
【００３９】
＜発光ダイオードの製造方法＞
次に、本実施形態の発光ダイオード１の製造方法について説明する。本実施形態の発光ダイオード１の製造方法は、半導体基板上に発光層を有する発光部を含む化合物半導体層を形成する工程と、前記基板の側面に外部反射層を形成する工程と、を少なくとも備えている。更に、高輝度である基板を接合する発光ダイオードの場合、前記化合物半導体層と基板とを接合する工程と、前記半導体基板を除去する工程とを追加する。
【００４０】
（化合物半導体層の形成工程）
先ず、図３に示すように、化合物半導体層２を作製する。化合物半導体層２は、例えばＧａＡｓ単結晶等からなる半導体基板１５上に、Ｓｉをドープしたｎ型のＧａＡｓからなる緩衝層１６、エッチングストップ層（図示略）、Ｓｉをドープしたｎ型のＡｌＧａＩｎＰからなるコンタクト層１７、ｎ型の上部クラッド層１１、発光層９、ｐ型の下部クラッド層１０、Ｍｇドープしたｐ型ＧａＰ層１８を順次積層して作製する。ここで、緩衝層（ｂｕｆｆｅｒ）１６は、半導体基板１５と発光部８の構成層との格子ミスマッチの緩和するために設けられている。また、エッチングストップ層は、選択エッチングに利用するために設けられている。
【００４１】
具体的には、上記の化合物半導体層２を構成する各層は、例えば、トリメチルアルミニウム（（ＣＨ３）３Ａｌ）、トリメチルガリウム（（ＣＨ３）３Ｇａ）およびトリメチルインジウム（（ＣＨ３）３Ｉｎ）をＩＩＩ族構成元素の原料として用いた減圧有機金属化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ法）によりＧａＡｓ基板１５上にエピタキシャル成長させて積層することができる。Ｍｇのドーピング原料としては、例えばビスシクロペンタジエチルマグネシウム（ｂｉｓ−（Ｃ５Ｈ５）２Ｍｇ）等を用いることができる。また、Ｓｉのドーピング原料としては、例えばジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）等を用いることができる。また、Ｖ族構成元素の原料としては、ホスフィン（ＰＨ３）またはアルシン（ＡｓＨ３）等を用いることができる。また、各層の成長温度としては、ｐ型ＧａＰ層１８には７５０℃を適用することができ、その他の各層では７３０℃を適用することができる。さらに、各層のキャリア濃度及び層厚は、適宜選択することができる。
【００４２】
（基板の接合工程）
次に、化合物半導体層２と基板３とを接合する。化合物半導体層２と基板３との接合は、先ず、化合物半導体層２を構成するｐ型ＧａＰ層１８の表面を研磨して、鏡面加工する。
【００４３】
次に、図４に示すように、ｐ型ＧａＰ層１８の鏡面加工した表面に、オーミック電極を形成する。具体的には、例えば、ＡｕＢｅ／Ａｕを任意の厚さとなるように真空蒸着法により積層する。その後、一般的なフォトリソグラフィー手段を利用してパターニングを行って、所望の形状にする。次に、金属接続層５を形成する。金属接続層５の形成は、具体的には、例えばｐ型ＧａＰ層１８の鏡面加工した表面に、スパッタ法によって透明導電膜１２ｂであるＩＴＯ膜を０．１ｕｍ成膜した後に、反射膜１２ａである銀合金膜を０．１ｕｍを成膜して内部反射層１２を形成する。次に、この内部反射層１２の上にバリア層１３として例えばタングステンを０．１ｕｍ成膜する。次に、このバリア層１３の上にＡｕ層１４ｂを０．５ｕｍ、低融点金属層１４ａであるＡｕＳｎ（共晶：融点２８３℃）を１ｕｍ、Ａｕを０．１ｕｍ順次成膜して接続層１４を形成する。
【００４４】
次に、ｐ型ＧａＰ層１８の鏡面研磨した表面に貼付する基板３を用意する。基板３として、例えば、発光部８と熱膨張係数が同等であるＧｅ基板を用いる。この基板３の表面には、例えば、白金を０．１ｕｍ、金を０．５ｕｍの厚さで成膜する。次に、一般の半導体材料貼付装置に、化合物半導体層２と基板３とを搬入して装置内を真空に排気する。その後、真空を維持した貼付装置内で双方の表面を重ね合わせ、加熱して荷重をかけることで、接合することができる（図４参照）。
【００４５】
なお、化合物半導体層２と基板３との接続方法は、上述の金属接続層５を用いた方法に制限されるものではなく、拡散接合、接着剤、常温接合方法など公知の技術を利用でき、接合方法の適合した構造を適宜選択することができる。
【００４６】
（半導体基板の除去工程）
次に、基板３と接合した化合物半導体層２から、ＧａＡｓからなる半導体基板１５及び緩衝層１６をアンモニア系エッチャントによって選択的に除去する。
【００４７】
（第１及び第２の電極の形成工程）
次に、第１の電極６を形成する。第１の電極６の形成は、露出したコンタクト層１７の表面にｎ型オーミック電極を形成する。具体的には、例えば、ＡｕＧｅ、Ｎｉ合金／Ｐｔ／Ａｕを任意の厚さとなるように真空蒸着法により積層した後、一般的なフォトリソグラフィー手段によってパターニングを行って、第１の電極６を任意の形状に形成する。
【００４８】
次に、第２の電極７を形成する。第２の電極７の形成は、基板３の底面にオーミック電極を形成する。具体的には、例えば、白金を０．１ｕｍ、金を０．５ｕｍの厚さで成膜する。その後、例えば４５０℃、３分間の条件で熱処理を行って合金化することにより、低抵抗のｎ型及びｐ型オーミック電極をそれぞれ形成することができる。
【００４９】
（切断工程）
次に、発光ダイオード１をチップ形状に切断する。具体的には、先ず、チップに切断する前に、切断領域の発光部８をエッチングにより除去する。次に、発光部８の上に、酸化ケイ素などの保護膜を形成する。この保護膜は、次工程以降の取り扱いを容易にすることから設けることが好ましい。その後、基板と接続層をレーザで、０．７ｍｍピッチで切断をする。
【００５０】
（外部反射層形成工程）
次に、基板３の側面に外部反射層４を形成する。外部反射層４の形成方法は、特に限定されるものではなく、公知の印刷方法、塗布方法、めっき方法を用いることができるが、均一かつ簡便に金属被膜を形成することが可能なめっき方法が特に好ましい。外部反射層４の形成にめっき方法を用いる場合は、具体的には、まず発光部８の表面をめっき液に耐性のある粘着シート等で保護した後、例えば、銀めっきを行う。これにより、基板３の側面及び底面に、反射材料である銀からなる外部反射層４を形成することができる。なお、銀からなる反射膜は、可視光（青、緑、赤）に対し、９５％以上の反射率を有する。
以上のようにして、本実施形態の発光ダイオード１を製造することができる。
【００５１】
＜発光ダイオードランプ＞
次に、本発明を適用した一実施形態である発光ダイオードランプの構成について説明する。図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、本実施形態の発光ダイオードランプ２１は、マウント基板２２の表面に３つの発光ダイオード１，３１，３２が搭載されて概略構成されている。より具体的には、発光ダイオード１は、上述したようにＧａＡｓ基板を用いたＡｌＧａＩｎＰ発光層８を有する赤色発光のダイオードであり、発光ダイオード３１，３２は、サファイア基板を用いたＧａＩｎＮ発光層を有する青色及び緑色発光のダイオードである。また、発光ダイオード１のチップ高さが約１８０μｍであるのに対して、発光ダイオード３１，３２は約８０μｍである。
【００５２】
また、マウント基板２２の表面には、複数のｎ電極端子２３及びｐ電極端子２４が設けられており、発光ダイオード１は、マウント基板２２のｐ電極端子２４上に銀（Ａｇ）ペーストで固定、支持（マウント）されている。そして、発光ダイオード１の第１の電極６とマウント基板２２のｎ電極端子２３とが金線２５を用いて接続されている（ワイヤボンディング）。同様に、発光ダイオード３１，３２は、ｐ電極端子２４上に銀（Ａｇ）ペーストで固定、支持（マウント）されており、図示略の第１及び第２の電極が金線２５によってｎ電極端子２３及びｐ電極端子２４にそれぞれ接続されている。そして、マウント基板２２の表面であって、これらの発光ダイオード１，３１，３２の周囲を覆うように、反射壁２６が設けられており、この反射壁２６の内側の空間はエポキシ樹脂等の一般的な封止材２７によって封止されている。このようにして、本実施形態の発光ダイオードランプ２１は、赤・青・緑色の発光ダイオードが同一のパッケージ内に組み込まれた構成（３ｉｎ１パッケージ）となっている。
【００５３】
以上のような構成を有する発光ダイオードランプ２１に対して、赤色の発光ダイオード１と青色及び緑色発光のダイオード３１，３２とを同時に発光させた場合について説明する。（内部発光の場合と外部光の反射）
図５（ｂ）に示すように、各発光ダイオード１，３１，３２の発光部からの上側への発光は、主たる光取り出し面からの発光である。したがって、発光ダイオードランプ２１の外側へ直接取り出すことができる。また、各発光ダイオード１，３１，３２の発光部からの下側への発光は、発光ダイオードランプ２１の外側へは直接取り出すことができない。ここで、発光ダイオード１は、化合物半導体層２と基板３との間に金属接合層５を構成する内部反射層１２が設けられている。このため、発光ダイオード１の内部光を内部反射層１２が反射するため、発光部８からの発光を基板３が吸収してしまうことなく、発光ダイオードランプ２１の外側へ効率よく取り出すことができる。したがって、高輝度な発光ダイオード１及び発光ダイオードランプ２１を提供することができる。
【００５４】
また、各発光ダイオード１，３１，３２の発光部からの周方向への発光は、発光ダイオードランプ２１の外側に直接取り出すことができない。ここで、発光ダイオードランプ２１は、マウント基板２２の表面に反射壁２６が設けられている。このため、各発光ダイオードから周方向への発光は、この反射壁２６によって上側へ反射することができる。したがって、発光ダイオードランプ２１の光取り出し効率を向上することができる。
【００５５】
ところで、従来の発光ダイオードでは、化合物半導体層と接続された基板の側面に外部反射層が設けられていなかった。このため、各発光ダイオードの発光部から周方向への発光は、マウント基板２２に設けられた反射壁２６で反射する光以外に、隣接する発光ダイオードの基板側面に照射される場合に、この基板側面で反射されずに吸収されてしまう場合があった。したがって、パッケージ全体の発光効率が低下してしまうという課題があった。
【００５６】
これに対して、本実施形態の発光ダイオードランプ２１は、発光ダイオードが２以上搭載されており、化合物半導体層２と接続された基板３の側面に外部反射層４が設けられた発光ダイオード１が少なくとも１以上搭載された構成を有している。このため、隣接する発光ダイオード３１，３２からの周方向への発光が、発光ダイオード１の基板３の側面に照射された場合であっても吸収されることなく外部反射層４によって反射されることになる。このように、基材３よりも反射率の高い外部反射層４が設けられた発光ダイオード１をパッケージ内に有しているため、パッケージ内においてＬＥＤチップからの発光のロスを低減することができる。したがって、パッケージからの光取り出し効率を向上することが可能な高輝度の発光ダイオードランプ２１を提供することができる。
【００５７】
本実施形態の発光ダイオードランプ２１では、搭載された発光ダイオードの発光波長が異なる構成を有しているが、搭載された発光ダイオードの発光波長が全て同じであっても良い。また、本実施形態の発光ダイオードランプ２１では、搭載された発光ダイオードのチップ高さが異なる構成を有しているが、搭載された発光ダイオードのチップ高さが全て同じであっても良い。
【実施例】
【００５８】
以下、本発明の効果を、実施例を用いて具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００５９】
＜比較試験１＞
本比較試験では、本発明に係る発光ダイオード及び発光ダイオードランプを作製した例を具体的に説明する。また、本実施例で作製した発光ダイオードは、ＡｌＧａＩｎＰ発光部を有する赤色発光ダイオードである。なお、本実施例では、基板を接合する発光ダイオードよりも簡便である、ＧａＡｓ基板上に設けたエピタキシャル積層構造体（化合物半導体層）からなる赤色の発光ダイオードを作製し、さらにこれらを含有する発光ダイオードランプの場合を例にして、本発明の効果を具体的に説明する。
【００６０】
（発光ダイオードの作製）
実施例１及び比較例１の赤色の発光ダイオードは、先ず、Ｓｉをドープしたｎ型の（１００）面から１５°傾けた面を有するＧａＡｓ単結晶からなる半導体基板上に順次、積層した半導体層を備えたエピタキシャルウェーハを使用して作製した。積層した半導体層とは、Ｓｉをドープしたｎ型のＧａＡｓからなる緩衝層、Ｓｉをドープしたｎ型の（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる層（基板を接合する事例の場合はコンタクト層となる）、Ｓｉをドープしたｎ型の（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる上部クラッド層、アンドープの（Ａｌ０．２Ｇａ０．８）０．５Ｉｎ０．５Ｐ／Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐの２０対からなる発光層、およびＭｇをドープしたｐ型の（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる下部クラッド層および薄膜（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる中間層、Ｍｇドープしたｐ型ＧａＰ層である。
【００６１】
上記の半導体層の各層は、トリメチルアルミニウム（（ＣＨ３）３Ａｌ）、トリメチルガリウム（（ＣＨ３）３Ｇａ）およびトリメチルインジウム（（ＣＨ３）３Ｉｎ）をＩＩＩ族構成元素の原料に用いた減圧有機金属化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ法）によりＧａＡｓ基板上に積層して、エピタキシャルウェーハを形成した。Ｍｇのドーピング原料にはビスシクロペンタジエチルマグネシウム（ｂｉｓ−（Ｃ５Ｈ５）２Ｍｇ）を使用した。Ｓｉのドーピング原料にはジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を使用した。また、Ｖ族構成元素の原料としては、ホスフィン（ＰＨ３）またはアルシン（ＡｓＨ３）を用いた。ＧａＰ層は７５０℃で成長させ、その他の半導体層は７３０℃で成長させた。
【００６２】
ＧａＡｓ緩衝層のキャリア濃度は約２×１０１８ｃｍ−３、また、層厚は約０．２μｍとした。（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる層は、キャリア濃度は約２×１０１８ｃｍ−３、層厚は、約１．５μｍとした。上部クラッド層のキャリア濃度は約８×１０１７ｃｍ−３、また、層厚は約１μｍとした。発光層は、アンドープの０．８μｍとした。下部クラッド層のキャリア濃度は約２×１０１７ｃｍ−３とし、また、層厚は１μｍとした。ｐ型ＧａＰ層のキャリア濃度は約３×１０１８ｃｍ−３とし、層厚は３μｍとした。
【００６３】
次に、第２の電極として、基板の底面に、ＡｕＧｅ（Ｇｅ質量比１２％）合金を厚さが０．１５μｍ、Ｎｉ合金を厚さが０．０５μｍ、Ａｕを１μｍとなるように真空蒸着法によりｎ形オーミック電極を形成した。その後、一般的なフォトリソグラフィー手段を利用してパターニングを施し、ｎ型オーミック電極の形状を形成した。
【００６４】
次に、第１の電極として、ＧａＰ表面に、ＡｕＢｅを０．２μｍ、Ａｕを１μｍとなるように真空蒸着法でｐ形オーミック電極を形成した。その後、４５０℃で３分間熱処理を行って合金化し、低抵抗のｐ型およびｎ型オーミック電極を形成した。
【００６５】
次に、チップに切断する前に、切断領域の発光部をエッチングで除去した。更に、切断領域及び電極以外の発光部に、酸化ケイ素の保護膜を形成した。その後、基板をダイシングソーで、０．３ｍｍピッチで切断をした。その後、発光部の表面を粘着シートで保護してエッチング後、Ｎｉめっき０．５μｍ形成した。その後、銀めっき０．２μｍ形成して、基板の側面と裏面とに外部反射層を形成した。このようにして、チップ高さが２５０μｍの、実施例１に用いる赤色の発光ダイオードチップ（以下、ＬＥＤチップと記す）を作製した。なお、Ａｇ反射膜は、可視光（青、緑、赤）に対し、９５％以上の反射率であった。
【００６６】
これに対して、比較例１に用いる赤色のＬＥＤチップには、基板の側面と裏面に外部反射層を形成しなかった。
【００６７】
（発光ダイオードランプの作製）
上記の様にして作製した実施例１及び比較例１に用いる赤色のＬＥＤチップを用いて、図５に示すようなフルカラー用のＬＥＤランプ（発光ダイオードランプ）の組み立てをそれぞれ行った（実施例１及び比較例１のＬＥＤランプ）。なお、いずれのＬＥＤランプにおいても、青色及び緑色のＬＥＤチップは、サファイア基板を用いたＧａＩｎＮ発光層を備えており、チップ高さが約８０ｕｍとした。また、青色及び緑色のＬＥＤチップには、本発明の外部反射層は設けなかった。
【００６８】
（発光特性の評価結果）
実施例１及び比較例１のＬＥＤランプにおいて、青、緑、赤のＬＥＤを１個ずつ発光させて、各色の発光特性の評価を行った。表１に発光特性の評価結果を示す。
【００６９】
【表１】
2010192835.tif 000003
【００７０】
表１に示すように、赤色のＬＥＤチップの側面に外部反射層を形成しなかった比較例１のＬＥＤランプに対して、実施例１のＬＥＤランプでは、青・緑・赤の各色に対して、いずれも光度が向上することを確認した。特に、外部反射層を設けた赤色のＬＥＤチップに隣接するとともに、赤色のＬＥＤチップ高さよりも低い青色、緑色のＬＥＤチップに対して、光度の向上率が大きいことを確認した。
【００７１】
＜比較試験２＞
比較試験２と比較試験１との相違点は、実施例２及び比較例２に用いるＬＥＤチップ発光部の発光波長が６１２ｎｍの橙色とした点と、実施例２に用いるＬＥＤチップに形成する反射膜の材質を金（Ａｕ）とした点である。また、実施例２及び比較例２のＬＥＤランプは、同一の発光波長及び同一のチップ高さのＬＥＤチップ３個を同一パッケージとした（図６を参照）。なお、ＬＥＤチップ及びＬＥＤランプのその他の構造については、比較試験１の実施例１及び比較例１で用いたＬＥＤチップ及びＬＥＤランプと同一とした。
【００７２】
（発光ダイオードの作製）
実施例２及び比較例２に用いる橙色のＬＥＤチップには、基板として単結晶シリコン基板を用い、基板表面と裏面にそれぞれオーミック電極を形成した。また、単結晶シリコン基板の厚さは、１２０ｕｍとした。
【００７３】
基板の切断は、ダイシングソーで、０．２５ｍｍサイズに切断した。表面発光部を保護した後、切断による破砕層をエッチング除去し、基板の側面および裏面にＮｉめっきを０．２ｕｍ形成した後、Ａｕめっきを０．３ｕｍ形成して外部反射層を形成した。なお、Ａｕ反射膜は、波長６１２ｎｍに対し、９４％の反射率であった。
【００７４】
これに対して、比較例２に用いる橙色のＬＥＤチップには、基板の側面と裏面に外部反射層を形成しなかった。
【００７５】
（発光ダイオードランプの作製）
上記の様にして作製した実施例２及び比較例２に用いる橙色のＬＥＤチップを３個用いて、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すような単色のＬＥＤランプ（発光ダイオードランプ）の組み立てをそれぞれ行った（実施例２及び比較例２のＬＥＤランプ）。
【００７６】
（発光特性の評価結果）
実施例２及び比較例２のＬＥＤランプにおいて、３個のＬＥＤを１個ずつ発光させて、各ＬＥＤチップの発光特性の評価を行った。表２に発光特性の評価結果を示す。
【００７７】
【表２】
2010192835.tif 000004
【００７８】
表２に示すように、各ＬＥＤチップに２０ｍＡの電流を流したとき、橙色のＬＥＤチップの側面に外部反射層を形成しなかった比較例２のＬＥＤランプに対して、実施例２のＬＥＤランプでは、搭載された３つのＬＥＤチップ全てにおいて、いずれも光度が４〜６％向上した。すなわち、Ａｕは、橙色に対する反射率の高い材料であるため、パッケージ内の光の吸収を減らして高輝度化が可能となることを確認した。
【００７９】
＜比較試験３＞
比較試験３と比較試験２との相違点は、実施例３及び比較例３に用いるＬＥＤチップ発光部の発光波長が６３０ｎｍの赤色とした点と、実施例３に用いるＬＥＤチップに形成する反射膜の材質を銅（Ｃｕ）とした点である。なお、ＬＥＤチップ及びＬＥＤランプのその他の構造については、比較試験２の実施例２及び比較例２で用いたＬＥＤチップ及びＬＥＤランプと同一とした。
【００８０】
（発光ダイオードの作製）
実施例３に用いる赤色のＬＥＤチップに対して、基板の側面および裏面にＮｉめっきを０．２ｕｍ形成した後、Ｃｕめっきを０．５ｕｍ形成して外部反射層を形成した。なお、Ｃｕ反射膜は、波長６３０ｎｍに対し、９６％の反射率であった。
【００８１】
これに対して、比較例３に用いる赤色のＬＥＤチップには、基板の側面と裏面に外部反射層を形成しなかった。
【００８２】
（発光ダイオードランプの作製）
上記の様にして作製した実施例３及び比較例３に用いる赤色のＬＥＤチップを３個用いて、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すような単色のＬＥＤランプ（発光ダイオードランプ）の組み立てをそれぞれ行った（実施例３及び比較例３のＬＥＤランプ）。
【００８３】
（発光特性の評価結果）
実施例３及び比較例３のＬＥＤランプにおいて、３個のＬＥＤを１個ずつ発光させて、各ＬＥＤチップの発光特性の評価を行った。表３に発光特性の評価結果を示す。
【００８４】
【表３】
2010192835.tif 000005
【００８５】
表３に示すように、各ＬＥＤチップに２０ｍＡの電流を流したとき、ＬＥＤチップの側面に外部反射層を形成しなかった比較例３のＬＥＤランプに対して、実施例３のＬＥＤランプでは、搭載された３つのＬＥＤチップ全てにおいて、いずれも光度が４〜６％向上した。すなわち、Ｃｕは、赤色に対する反射率の高い材料であるため、パッケージ内の光の吸収を減らして高輝度化が可能となることを確認した。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明の発光ダイオードは、パッケージ内の光吸収を減らし、従来にない高輝度で、高効率の発光ダイオードであり、各種の表示ランプ、照明器具等に利用することができる。
【符号の説明】
【００８７】
１，３１，３２・・・発光ダイオード
２・・・化合物半導体層
３・・・基板
４・・・外部反射層
５・・・金属接続層
６・・・第１の電極
７・・・第２の電極
８・・・発光部
９・・・発光層
１０・・・下部クラッド層
１１・・・上部クラッド層
１２・・・内部反射層
１２ａ・・・反射膜
１２ｂ・・・透明導電膜
１３・・・バリア層
１４・・・接続層
１４ａ・・・低融点金属層
１４ｂ・・・Ａｕ層
１５・・・半導体基板
１６・・・緩衝層
１７・・・コンタクト層
１８・・・ｐ型ＧａＰ層
２１・・・発光ダイオードランプ
２２・・・マウント基板
２３・・・ｎ電極端子
２４・・・ｐ電極端子
２５・・・金線
２６・・・反射壁
２７・・・封止材
【図１】
2010192835.tif 000006
【図２】
2010192835.tif 000007
【図３】
2010192835.tif 000008
【図４】
2010192835.tif 000009
【図５】
2010192835.tif 000010
【図６】
2010192835.tif 000011