(57)【要約】【課題】光取り出し効率に優れ、高い輝度を備える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が用いられてなるランプを提供する。【解決手段】基板の主面上に少なくとも発光層を含む化合物半導体層２０が積層され、該化合物半導体層２０の上面側が発光面２０ａとされたチップ構造を有し、基板は、平面視形状で、各々隣接する側面１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの間の角度が全て鋭角の略正三角形である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の主面上に少なくとも発光層を含む化合物半導体層が積層され、該化合物半導体層の上面側が発光面とされたチップ構造を有する発光ダイオードであって、
前記基板は、平面視形状で、各々隣接する側面の間の角度が全て鋭角とされた略正三角形であることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項２】
前記基板の各側面が、略等価な面方位の結晶面からな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】
前記基板の各側面が、（０１１）面、又は（１１０）面であることを特徴とする請求項２に記載の発光ダイオード。
【請求項４】
前記基板の主面が、（１１１）面であることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の発光ダイオード。
【請求項５】
前記基板の各側面が、へき開面であることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の発光ダイオード。
【請求項６】
前記基板の各側面が粗面とされていることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の発光ダイオード。
【請求項７】
前記基板が透光性材料からなることを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の発光ダイオード。
【請求項８】
前記基板がＧａＰからなることを特徴とする請求項７に記載の発光ダイオード。
【請求項９】
前記基板と前記発光層との間の屈折率の差が０．５以下であることを特徴とする請求項１〜請求項８の何れか１項に記載の発光ダイオード。
【請求項１０】
前記基板の屈折率が３以上であることを特徴とする請求項１〜請求項９の何れか１項に記載の発光ダイオード。
【請求項１１】
前記化合物半導体層は、前記基板の主面上に、ｐ型半導体層、発光層及びｎ型半導体層が積層されてなることを特徴とする請求項１〜請求項１０の何れか１項に記載の発光ダイオード。
【請求項１２】
前記化合物半導体層の前記発光面が、（１１１）面であることを特徴とする請求項１〜請求項１１の何れか１項に記載の発光ダイオード。
【請求項１３】
前記発光層が、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなることを特徴とする請求項１〜請求項１２の何れか１項に記載の発光ダイオード。
【請求項１４】
前記発光層が、ＧａＰ系化合物半導体からなることを特徴とする請求項１３に記載の発光ダイオード。
【請求項１５】
前記発光層が、ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体からなることを特徴とする請求項１３に記載の発光ダイオード。
【請求項１６】
前記化合物半導体層の前記発光面と前記基板とが、平面視形状で略相似形とされていることを特徴とする請求項１〜請求項１５の何れか１項に記載の発光ダイオード。
【請求項１７】
前記化合物半導体層が、エピタキシャル成長用基板上において予め形成された層であり、前記基板の主面上に、予め形成された前記化合物半導体層が接合されてなることを特徴とする請求項１〜請求項１６の何れか１項に記載の発光ダイオード。
【請求項１８】
略正三角形とされた前記基板の１辺あたりの長さが６００μｍ以上であることを特徴とする請求項１〜請求項１７の何れか１項に記載の発光ダイオード。
【請求項１９】
エピタキシャル成長用基板上に、少なくともｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層をこの順で積層して化合物半導体層を形成するエピタキシャル工程と、
前記化合物半導体層に基板を貼り付ける接合工程と、
前記化合物半導体層から前記エピタキシャル成長用基板を除去して発光面を露出させることにより、積層半導体ウェーハを形成する除去工程と、
前記積層半導体ウェーハを裁断し、平面視形状で、各々隣接する側面の間の角度が全て鋭角の略正三角形となるように、素子単位のチップに分割する分割工程と、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２０】
請求項１９に記載の製造方法によって得られる発光ダイオード。
【請求項２１】
請求項１〜請求項１８、又は請求項２０の何れか１項に記載の発光ダイオードが用いられてなるランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に化合物半導体層が積層されてなる発光ダイオード及びその製造方法、並びにランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、赤色、橙色、黄色あるいは黄緑色の可視光を発する発光ダイオード（ＬＥＤ）として、例えば、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）からなる発光層を備えた化合物半導体ＬＥＤが知られている。このようなＬＥＤにおいて、例えば（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）からなる発光層を備えた化合物半導体層は、一般に発光層から出射される光に対して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）等の材料からなる基板上に形成されている。
【０００３】
また、最近では、より高輝度の可視ＬＥＤを得ること、並びに、さら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た後、発光光を透過または反射し、なお且つ機械強度的に優れる材料からなる支持体（基板）を、化合物半導体層に改めて接合させ、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１〜５を参照）。特許文献１〜５によれば、機械的強度に優れる透明な材料からなる基板を化合物半導体層に接合させることにより、ＬＥＤの輝度及び機械的強度を向上させることが可能であるとされている。
【０００４】
また、より高輝度の可視ＬＥＤを得るために、素子形状によって光取り出し効率を向上させる方法も提案されており、例えば、発光ダイオードの素子構造において、素子側面の形状によって高輝度化を図る技術が開示されている（例えば、特許文献６を参照）。特許文献６に記載の技術によれば、基板の側面を傾斜した面（傾斜側面）とすることにより、化合物半導体層に備えられる発光層から出射される光の素子外部への取り出し効率を向上させ、高輝度の発光ダイオードが得られるとされている。
また、素子形状が、非等価の各側面からなり、平面視で略三角形とされた発光ダイオードが提案されている（例えば、特許文献７を参照）。
【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】米国特許第６２２９１６０号明細書
【特許文献７】特表２００４−５３８６６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１〜７に記載のような従来の発光ダイオードにおいては、発光層を含む化合物半導体層から出射された光の一部が基板に入射する。このため、例えば、基板内部に入射した光を外部に取り出すことにより、光取り出し効率が向上して発光ダイオードの輝度をより高めることが可能となる。
しかしながら、例えば、基板材料にＧａＰ、サファイア、ＳｉＣ等を用いた場合、基板とＬＥＤチップを覆う樹脂との間の屈折率の差が大きいほど、光学の法則により、浅い入射角の光は界面で反射してチップ内部へ戻ることから、外部に取り出し難い状態となる。例えば、基板を平行四辺形に構成した場合には、光が、各対向面において同じ入射角となることから、外部へ取り出し難いという問題がある。また、基板を正四角形や長方形等とした場合には、４側面の内、一方の対向する各側面を光取り出し効率の高い結晶面が露出するように粗面化等の化学処理を施した場合、他方の対向する各側面においては化学的特性の異なる結晶面が露出し、この面における光取り出し効率が低くなるという問題がある。このような場合、基板に入射した光が内部で反射して閉じ込められる確率が高くなり、外部に取り出し難くなるため、光取り出し効率が低下して発光ダイオードの輝度向上の妨げとなるという大きな問題があった。また、基板と、発光層を含む半導体層との界面においても、上記同様、この間の屈折率の差が大きい程、基板側への光の透過が困難になるという問題点があった。
【０００６】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、光取り出し効率に優れ、高い輝度を備える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が用いられてなる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】
【０００７】
本発明者等は、発光ダイオードの輝度を向上させるために鋭意検討を行ない、以下に示す各発明を完成した。
即ち、本発明は以下に関する。
【０００８】
［１］  基板の主面上に少なくとも発光層を含む化合物半導体層が積層され、該化合物半導体層の上面側が発光面とされたチップ構造を有する発光ダイオードであって、前記基板は、平面視形状で、各々隣接する側面の間の角度が全て鋭角の略正三角形であることを特徴とする発光ダイオード。
［２］  前記基板の各側面が、略等価な面方位の結晶面からなることを特徴とする上記［１］に記載の発光ダイオード。
［３］  前記基板の各側面が、（０１１）面、又は（１１０）面であることを特徴とする上記［２］に記載の発光ダイオード。
［４］  前記基板の主面が、（１１１）面であることを特徴とする上記［１］〜［３］の何れか１項に記載の発光ダイオード。
［５］  前記基板の各側面が、へき開面であることを特徴とする上記［１］〜［４］の何れか１項に記載の発光ダイオード。
［６］  前記基板の各側面が粗面とされていることを特徴とする上記［１］〜［４］の何れか１項に記載の発光ダイオード。
［７］  前記基板が透光性材料からなることを特徴とする上記［１］〜［６］の何れか１項に記載の発光ダイオード。
［８］  前記基板がＧａＰからなることを特徴とする上記［７］に記載の発光ダイオード。
［９］  前記基板と前記発光層との間の屈折率の差が０．５以下であることを特徴とする上記［１］〜［８］の何れか１項に記載の発光ダイオード。
［１０］  前記基板の屈折率が３以上であることを特徴とする上記［１］〜［９］の何れか１項に記載の発光ダイオード。
【０００９】
［１１］  前記化合物半導体層は、前記基板の主面上に、ｐ型半導体層、発光層及びｎ型半導体層が積層されてなることを特徴とする上記［１］〜［１０］の何れか１項に記載の発光ダイオード。
［１２］  前記化合物半導体層の前記発光面が、（１１１）面であることを特徴とする上記［１］〜［１１］の何れか１項に記載の発光ダイオード。
［１３］  前記発光層が、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなることを特徴とする上記［１］〜［１２］の何れか１項に記載の発光ダイオード。
［１４］  前記発光層が、ＧａＰ系化合物半導体からなることを特徴とする上記［１３］に記載の発光ダイオード。
［１５］  前記発光層が、ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体からなることを特徴とする上記［１３］に記載の発光ダイオード。
【００１０】
［１６］  前記化合物半導体層の前記発光面と前記基板とが、平面視形状で略相似形とされていることを特徴とする上記［１］〜［１５］の何れか１項に記載の発光ダイオード。
［１７］  前記化合物半導体層が、エピタキシャル成長用基板上において予め形成された層であり、前記基板の主面上に、予め形成された前記化合物半導体層が接合されてなることを特徴とする上記［１］〜［１６］の何れか１項に記載の発光ダイオード。
［１８］  略正三角形とされた前記基板の１辺あたりの長さが６００μｍ以上であることを特徴とする上記［１］〜［１７］の何れか１項に記載の発光ダイオード。
【００１１】
［１９］  エピタキシャル成長用基板上に、少なくともｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層をこの順で積層して化合物半導体層を形成するエピタキシャル工程と、前記化合物半導体層に基板を貼り付ける接合工程と、前記化合物半導体層から前記エピタキシャル成長用基板を除去して発光面を露出させることにより、積層半導体ウェーハを形成する除去工程と、前記積層半導体ウェーハを裁断し、平面視形状で、各々隣接する側面の間の角度が全て鋭角の略正三角形となるように、素子単位のチップに分割する分割工程と、を備えることを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
【００１２】
［２０］  上記［１９］に記載の製造方法によって得られる発光ダイオード。
［２１］  上記［１］〜［１８］、又は［２０］の何れか１項に記載の発光ダイオードが用いられてなるランプ。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の発光ダイオードによれば、基板の主面上に少なくとも発光層を含む化合物半導体層が積層され、該化合物半導体層の上面側が発光面とされたチップ構造を有しており、基板が、平面視形状で各々隣接する側面の間の角度が全て鋭角の略正三角形である構成とされている。基板に用いられる材料は、封止する樹脂材料よりも屈折率が大きく、界面での内部反射が大きいことと、基板の各側面の間が鋭角をなし、各側面における入射角が異なることから、基板に入射した光が内部で繰り返し反射するのを抑制することができるので、基板側面からの光取り出し効率を向上させることが可能になる。
また、基板を略正三角形に構成した場合には、各側面を略等価特性とすることができ、全ての側面の光取り出し効率を向上させた場合には基板側面から外部に出射される光が増加し、一方、全ての側面の光取り出し量を抑制した場合には発光ダイオード発光面からの光取り出し量が増加するので、発光ダイオードの使用形態等に応じて、効率良く光を取り出す方向を適宜設定することが可能となる。
従って、光取り出し効率に優れ、輝度が高められた発光ダイオードが実現できる。
【００１４】
また、本発明のランプによれば、上記本発明の発光ダイオードが用いられてなるものなので、発光特性に優れたものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明の実施形態である発光ダイオード及びその製造方法、並びにランプについて、図１〜図６を適宜参照しながら説明する。図１は本実施形態の発光ダイオードを示す模式平面図であり、図２は図１に示す発光ダイオードの模式断面図である。また、図３及び図４は、本実施形態の発光ダイオードの製造方法を説明するための模式図であり、半導体積層ウェーハの層構造を示す断面図である。また、図５及び図６は本実施形態の発光ダイオードが用いられてなるランプの模式断面図である。なお、以下の説明において参照する図面は、本実施形態の発光ダイオード及びその製造方法、並びにランプを説明する図面であって、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の発光ダイオード等の寸法関係とは異なっている。
【００１６】
［発光ダイオード（積層半導体ウェーハ）の積層構造］
本実施形態の発光ダイオード１は、図１及び図２に示す例のように、基板１１の主面１１ａ上に少なくとも発光層１５を含む化合物半導体層２０が接合又は積層され、該化合物半導体層２０の上面２０ａ側（図１及び図２に示すｎ型半導体１４側）が発光面とされたチップ構造を有する発光ダイオード１であり、基板１１は、平面視形状で、各々隣接する側面１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの間の角度が全て鋭角の略正三角形として概略構成されている。
また、図１及び図２に示す例の発光ダイオード１は、化合物半導体層２０の発光面２０ａと基板１１（本例では化合物半導体層２０全体と基板１１）とが平面視形状で略相似形とさている。
【００１７】
また、図１及び図２に示す例の発光ダイオード１は、ｎ型半導体層１４上にｎ型オーミック電極（負極）１８が積層されており、また、ｐ型半導体層１６に形成された露出領域１６ｄにｐ型オーミック電極（正極）１９が形成されている。
以下、本実施形態の発光ダイオード１の積層構造について詳述する。
【００１８】
『基板』
一般に、基板の材料としては、サファイア（α−Ａｌ2Ｏ3単結晶）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、ガリウムリン（ＧａＰ）及びＧａＮ等のＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶を表面にエピタキシャル成長させることが可能な基板材料を適宜選択して用いることが可能である。これらの内、透光性材料を用いることが、発光ダイオードの光取り出し効率を向上させ、輝度を高められる点から好ましく、中でもＧａＰを用いることが、加工性や量産性等の点から最も好ましい。また、基板の材料としては、３つの側面を等価にできる単結晶基板を採用することが好ましいが、ガラス等の非晶質材料を採用することも可能である。またさらに、基板の材料としては、後述の発光層１５に用いられる材料と、熱膨張係数、屈折率等の物性が近似しているものを採用することがより好ましい。例えば、ＡｌＧａＩｎＰからなる発光層を採用した場合には、ＧａＰからなる基板を用い、ＧａＩｎＮからなる発光層に対しては、ＧａＮからなる基板を用いる等の組み合わせが挙げられる。
【００１９】
また、基板１１の大きさとしては、通常は直径２インチ又は３インチ程度のものが用いられるが、これには限定されず、例えば、直径４〜６インチの円形又は矩形基板等、さらに大型の基板を使用することも可能である。
【００２０】
従来から発光ダイオードの支持基板として用いられ、例えば、ＧａＰ等の材料からなる単結晶基板は、平面視四角形等の方形のチップとして素子分割した場合、一方の対向する各側面と他方の対向する各側面とでは、露出する結晶面が異なる構成となり、特に、化学的特性が異なる場合がある。このような場合には、例えば、化学的処理により、一方の対向する各側面において、光取り出し効率の高い結晶面（粗い面）を露出させると、他方の対向する各側面においては面が粗くならず、光取り出し効率のあまり高くない結晶面が露出することから、この他方の対向する各側面における光取り出し効率が低くなるという問題があった。また、このような従来の構成の発光ダイオードにおいては、チップの各側面からの光の取り出しが不均一になるという問題があった。
【００２１】
これに対し、本発明の発光ダイオード１に備えられる基板１１は、平面視形状で、各々隣接する側面１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの間の角度が全て鋭角の略正三角形として構成されている。このように、発光ダイオード１の基板１１を略正三角形とすることにより、各側面１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ間の角度変化が大きくなるとともに、基板１１の側面１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの各々に略等価な面方位の結晶面を露出させることが可能になる。
また、基板１１の主面１１ａを（１１１）面にすると、各側面１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが、化学的性質も含めて略等価な面方位の結晶面からなるとともに、その結晶面が光取り出し効率を向上させるうえで適正な結晶面、つまり、（０１１）面、又はこの面より、同じ角度をオフした面である構成とすることにより、基板１１に入射した光が内部で繰り返し反射するのを抑制することができる。従って、後述の化合物半導体層２０から基板１１に入射した光が、基板１１内部で繰り返し反射したりすることがなく、効率良く基板１１の外部へ向けて取り出すことが可能となる。
【００２２】
上述のように、本発明に係る発光ダイオード１は、後述の化合物半導体層２０に備えられる発光層１５から出射される光が、主面１１ａを介して基板１１にも入射する。このような、基板１１の内部に入射した光は、基板１１の各側面１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを、上述のように略等価な結晶面として構成することにより、側面１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの各々における光取り出し特性も略等価の特性となる。
【００２３】
ここで、例えば、基板１１の各側面１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを、へき開面として鏡面状に形成した場合には、各側面１１ｂ、１１ｃ、１１ｄからの光取り出し量が抑制され、化合物半導体層２０から基板１１内部に入射された光が、主面１１ａ側から出射され、再び化合物半導体層２０に向かう。これにより、発光ダイオード１の発光面２０ａ側からの発光比率が増加する。
一方、基板１１の各側面１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを、例えば、メカニカル処理、化学処理方法等によって粗面化した場合には、各側面１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの光取り出し効率がさらに上昇し、これら各側面からの光取り出し量が一層増加するとともに光取り出し特性が略等価特性となる。
このように、基板１１の各側面１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを略等価な面方位の結晶面で構成することにより、全ての側面１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの光取り出し効率を向上させた場合には、これら各側面から外部に出射される光が増加し、全ての側面１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの光取り出し量を抑制した場合には、発光ダイオード１の発光面２０ａ側からの輝度が高められる。これにより、例えば、発光ダイオードの使用形態等に応じて、効率良く光を取り出す方向を適宜設定することが可能となる。従って、より輝度に優れた発光ダイオード１を実現することが可能となる。
【００２４】
なお、本発明に係る発光ダイオードにおいては、基材１１の主面１１ａの結晶面方位を選択する必要がある。本実施形態では、特に、基板１１の主面１１ａが、（１１１）面であることが、良好な結晶性を有する化合物半導体層を形成できる点から好ましい。
また、主面１１ａを（１１１）面として基板１１を分割した場合、該基板１１が３方向の結晶面に沿って割れ易い面（へき開面）を有するという特性がある。また、この場合、（１１１）面の側面となる計６面の全てに同じ特性の面が露出するので、基板１１を略正三角形に分割した際、全ての面を、化学的特性も含めて略等価特性として容易に構成することが可能となる。
【００２５】
また、基板１１を、上述のような略正三角形に裁断して略等価な面方位の結晶面を露出させ、素子単位に分割する方法としては、例えば、従来公知のダイシングソー等を利用することができる。この場合、サイズの制約は無いが、例えば、１辺を４００μｍ程度とし、基板１１の全ての側面１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが、（１１０）面から０度〜３０度オフ面の範囲となるように裁断を施し、平面視で略正三角形に切断する方法とすることができる。あるいは、各側面１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを（１１０）面として、スクライブ法によって切断することにより、これら各側面１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを鏡面にすることも可能である。なお、この際に用いる切断技術としては、小さなチップを切断した場合には収率の低下を招く虞があるので、略正三角形の一辺あたりの長さが６００μｍ以上とされた、比較的大きなチップに構成することが好ましい。
【００２６】
また、本発明に係る発光ダイオードにおいては、基板１１と、詳細を後述する化合物半導体層２０に備えられる発光層１５との間の屈折率の差が０．５以下であることが好ましい。基板１１と発光層１５との間の屈折率を上記範囲とすることにより、発光層１５（化合物半導体層２０）からの発光が、基板１１に容易に入射することから、より輝度を高めることが可能となる。また、基板１１の屈折率は、３以上であることが、上記効果がより高められる点で、さらに好ましい。
【００２７】
『化合物半導体層』
図１及び図２に示すように、基板１１の主面１１ａ上には、ｐ型半導体層１６、発光層１５及びｎ型半導体層１４の各層をこの順で備える化合物半導体層２０が設けられている。
本実施形態の化合物半導体層２０は、図示例では、平面視形状において基板１１と略相似形とされている。また、本実施形態で説明する化合物半導体層２０は、後述の製造方法において詳細を説明するが、エピタキシャル成長用基板３０（図３及び図４を参照）上において予め形成された層であり、発光ダイオード１は、基板１１の主面１１ａ上に、予め形成された化合物半導体層２０に備えられるｐ型半導体層１６の表面１６ａが接合されてなるものである。
【００２８】
本実施形態の化合物半導体層２０は、発光層１５を含む積層半導体構造を有し、図２の模式断面図に示すように（図３及び図４も参照）、基板１１の主面１１ａ上に、ｐ型半導体層１６、発光層１５及びｎ型半導体層１４が順次積層された構造とされており、一般式（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）で表されるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を好適に用いることができる。
化合物半導体層２０は、具体的には、以下に説明するような構造とされている。
【００２９】
ｐ型半導体層１６は、Ｍｇ、Ｚｎ等が所定量でドープされたｐ型特性を有し、例えば、ＧａＰからなるｐ型のコンタクト層である。Ｍｇをドーピングするための原料としては、例えば、公知のビスシクロペンタジエチルマグネシウム（ｂｉｓ−（Ｃ５Ｈ５）２Ｍｇ）等が用いられる。
また、本発明においては、輝度をより向上させるため、ｐ型半導体層１６には上記ＧａＰを用いることが好ましいが、その他、例えば、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶についても、何ら制限無く採用することが可能である。
【００３０】
発光層１５は、上記ｐ型半導体層１６上に備えられており、該ｐ型半導体層１６側から順に、例えば、Ｍｇ、Ｚｎ等をドープしたｐ形特性を有し、（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｐ型クラッド層及び（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐの薄膜からなるｐ型クラッド層１５ｃと、アンドープの（Ａｌ０．２Ｇａ０．８）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる障壁層と、（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる井戸層が交互に２０対で積層されてなる多重量子井戸層１５ｂと、Ｓｉ、Ｔｅ等をドープしたｎ形特性を有する（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｎ型クラッド層１５ａと、が積層された構成とされている。この際、多重量子井戸層等の構造を有する公知の発光層１５（多重量子井戸層１５ｂ）をなし、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）なる組成の障壁層及び井戸層の構成は、所望の発光波長が得られるように適宜決定することができる。また、ｐ型クラッド層１５ｃ、ｎ型クラッド層１５ａ、多重量子井戸層１５ｂをなす障壁層の組成や厚さ、キャリア濃度等は、発光効率が高くなるように適宜調整すれば良い。また、本実施形態の発光ダイオードにおいては、上記ｎ型及びｐ型の極性を入れ替えた層構造とすることも可能である。
【００３１】
発光層１５の材質としては、上述した一例のみならず、ＧａＩｎＮ系、ＡｌＧａＡｓ系等の空来公知の材料を用いることが可能であるが、ＧａＰ基板に直接成長するＧａＰ系化合物半導体からなる発光層１５は、貼付け工程が不要である点から好適に用いることが出来る。特に、発光効率の高いＡｌＧａＩｎＰ系とＧａＰ基板の組み合わせとすることが、最も好ましい。
【００３２】
本実施形態の発光ダイオード１に備えられる発光層１５は、上記構成により、ｐ型クラッド層１５ｃ、多重量子井戸層１５ｂ及びｎ型クラッド層１５ａからなる、所謂ｐｎ接合型ダブルヘテロ接合構造とされている。発光層１５は、キャリアを閉じ込めるため、ダブルヘテロ構造等の公知の構造を適用できる。
【００３３】
上述のような多重量子井戸層１５ｂは、ｎ形又はｐ形の何れの伝導形の化合物半導体からも構成することが可能である。
また、本実施形態の発光層１５は、上記構成の多重量子井戸構造（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ：ＭＱＷ）とされた、多重量子井戸層１５ｂが備えられた構成とされているが、発光構造については、これには限定されない。例えば、上記多重量子井戸構造の他、単一（ｓｉｎｇｌｅ）量子井戸（ＳＱＷ）構造を採用することも可能であるが、単色性に優れる発光を得るためには多重量子井戸構造であることが好ましい。
このような発光層１５は、格子整合したＧａＡｓや、ＩｎＰ、ＧａＰ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体等の単結晶基板の表面上に形成することができる。また、上記発光層の構造に付加して、従来公知の技術である機能的な層、例えば、コンタクト層、電流拡散層、電流素子層等を設けた構成とすることができる。
【００３４】
ｎ型半導体層１４は、上記発光層１５上に備えられており、Ｓｉ、Ｔｅ、Ｓｎが所定量でドープされたｎ型特性を有し、例えば、Ｓｉドープの（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｎ型のコンタクト層である。Ｓｉをドーピングするための原料としては、例えば、ジシラン(Ｓｉ２Ｈ６)が用いられる。
【００３５】
また、図１及び図２に示す例のように、化合物半導体層２０の発光面２０ａは、基板１１と平面視形状で略相似形とさていることが、発光ダイオード１の輝度をより向上させる点から好ましい。図示例においては、化合物半導体層２０の上面、つまりｎ型半導体層１４の上面である発光面２０ａが、ｐ型半導体層１６上に形成される露出領域１６ｄに対応する位置を除き、その下方に位置する基板１１と平面視形状で略相似形に構成されている。
また、図示例のように、化合物半導体層２０全体を基板１１と平面視形状で略相似形に構成し、化合物半導体層２０の側面２０ｂ、２０ｃ、２０ｄの各々を、基板１１の各側面１１ｂ、１１ｃ、１１ｄに沿うように形成することが、発光ダイオード１の輝度をより一層高めることが可能となる点から好ましい。
【００３６】
『ｎ型オーミック電極及びｐ型オーミック電極』
ｎ型オーミック電極１８は、上述のｎ型半導体層１４上に設けられる電極である。ｎ型オーミック電極１８の材料及び構造としては、例えば、ＡｕＧｅ／Ｎｉ合金膜、及びＡｕ膜からなる積層膜等、各種構成が周知であり、これら周知の材料、構造のものを何ら制限無く用いることができる。
【００３７】
ｐ型オーミック電極１９は、基板１１上に、ｐ型半導体層１６、発光層１５及びｎ型半導体層１４が順次積層された半導体層において、ｐ型半導体層１６に接するように設けられる。このため、ｐ型オーミック電極１９を設ける際は、ｎ型半導体層１４、発光層１５の少なくとも一部を除去することにより、ｐ型半導体層１６の露出領域１６ａを形成し、この上にｐ型オーミック電極１９を形成する。
ｐ型オーミック電極１９の材料としては、例えば、ＡｕＢｅ合金膜、及びＡｕ膜からなる積層膜等、各種構成が周知であり、この技術分野でよく知られた慣用の手段で設けることができる。
【００３８】
以上説明したように、本発明に係る発光ダイオード１によれば、基板１１の主面１１ａ上に少なくとも発光層１５を含む化合物半導体層２０が積層され、該化合物半導体層２０の上面側が発光面２０ａとされたチップ構造を有しており、基板１１が、平面視形状で各々隣接する側面１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの間の角度が全て鋭角の略正三角形である構成とされている。基板１１に用いられる材料は、樹脂材料よりも屈折率が大きく、界面での内部反射が大きいことと、基板１１の各側面１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの間が鋭角をなし、各側面１１ｂ、１１ｃ、１１ｄにおける入射角が異なることから、基板１１に入射した光が内部で繰り返し反射するのを抑制することができるので、各側面１１ｂ、１１ｃ、１１ｄからの光取り出し効率を向上させることが可能になる。
【００３９】
また、基板１１を略正三角形に構成した場合には、各側面１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを略等価特性とすることができ、全ての側面１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの光取り出し効率を向上させた場合には基板側面から外部に出射される光が増加し、一方、全ての側面１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの光取り出し量を抑制した場合には、発光ダイオード１の発光面２０ａからの光取り出し量が増加するので、発光ダイオードの使用形態等に応じて、効率良く光を取り出す方向を適宜設定することが可能となる。従って、光取り出し効率に優れ、輝度が高められた発光ダイオードが実現できる。
【００４０】
また、本発明は、図１及び図２に示す例のような同一面電極型の発光ダイオードに限定されるものではなく、例えば、ＧａＰからなる基板にオーミック電極が形成されてなる上下電極型のものに適用した場合でも同様の効果が得られ、この場合には、輝度に優れた上下電極型の発光ダイオードを実現することが可能となる。
【００４１】
本発明は、例えば、本実施形態で説明する例のような、ＧａＰからなる（１１１）面の基板に化合物半導体層を貼り付けて得られるＡｌＧａＩｎＰ系の発光ダイオードの他、ＧａＰ（１１１）面単結晶基板上に、液相エピタキシャル法（ＬＰＥ法）によって発光層を含む化合物半導体層をエピタキシャル成長させて得られる黄緑色、赤色のＧａＰ発光ダイオードに容易に適用でき、効果が大きく好適な例である。
【００４２】
［発光ダイオードの製造方法］
本実施形態の発光ダイオードの製造方法は、エピタキシャル成長用基板３０上に、少なくともｎ型半導体層１４、発光層１５及びｐ型半導体層１６をこの順で積層して化合物半導体層２０を形成するエピタキシャル工程と、化合物半導体層２０に基板１１を貼り付ける接合工程と、化合物半導体層２０からエピタキシャル成長用基板３０を除去して発光面２０ａを露出させることにより、積層半導体ウェーハ２１を形成する除去工程と、積層半導体ウェーハ２１を裁断し、平面視形状で、各々隣接する側面の間の角度が全て鋭角の略正三角形となるように、素子単位のチップに分割して発光ダイオード１とする分割工程と、を備えた方法である。また、本実施形態の製造方法では、上記除去工程と分割工程との間において、電極を形成する工程が設けられている。
また、本実施形態の製造方法に備えられる上記分割工程においては、積層半導体ウェーハ２１を構成する基板１１及び化合物半導体層２０の各側面、つまり、基板１１の各側面１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、並びに化合物半導体層２０の各側面２０ｂ、２０ｃ、２０ｄの各々を、平面視形状で、各々隣接する側面の間の角度が全て鋭角の略正三角形となるように分割する。
【００４３】
そして、本実施形態では、ｎ型半導体層１４上にｎ型オーミック電極１８を積層するとともに、ｐ型半導体層１６上に形成された露出領域１６ｄにｐ型オーミック電極１９を積層して各電極を形成する工程が備えられている（図１及び図２を参照）。
以下、本実施形態の発光ダイオードの製造方法について詳述する。
【００４４】
『エピタキシャル工程』
エピタキシャル工程においては、まず、Ｓｉをドープしたｎ形特性とされ、（１００）面から１５°傾けた面を有するＧａＡｓ単結晶からなるエピタキシャル成長用基板３０を用意し、この基板上に、ｎ型半導体層１４、発光層１５及びｐ型半導体層１６をこの順で積層して化合物半導体層２０を形成する。
本実施形態では、エピタキシャル工程として、まず、エピタキシャル成長用基板３０上に、Ｓｉをドープしたｎ形特性のＧａＡｓからなる緩衝層１３を形成し、この上に、Ｓｉドープの（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｎ型半導体層１４、Ｓｉドープのｎ形特性を有する（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｎ型クラッド層１５ａと、アンドープの（Ａｌ０．２Ｇａ０．８）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる障壁層と（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる井戸層が交互に２０対で積層されてなる多重量子井戸層１５ｂと、Ｍｇドープのｐ形特性を有し、（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる第２クラッド層及び（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐの薄膜からなるｐ型クラッド層１５ｃとが積層されてなる発光層１５、及び、Ｍｇドープでｐ型特性を有するＧａＰからなるｐ型半導体層１６を順次積層する例を説明する。
【００４５】
本実施形態のエピタキシャル工程では、上記組成からなる緩衝層１３、ｎ型半導体層１４、発光層１５及びｐ型半導体層１６の各層を形成する際、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）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、エピタキシャル成長用基板３０に各層を形成することができる。
【００４６】
ｐ型クラッド層１５ｃ及びｐ型半導体層１６を形成する際にドープするＭｇの原料としては、上述したように、ビスシクロペンタジエチルマグネシウム（ｂｉｓ−（Ｃ５Ｈ５）２Ｍｇ）を用いることができる。また、ｎ型半導体層１４及びｎ型クラッド層１５ａを形成する際にドープするＳｉの原料としては、ジシラン(Ｓｉ２Ｈ６)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）を用いることができる。
【００４７】
化合物半導体層２０を形成する際の成長温度としては、例えば、ＧａＰからなるｐ型半導体層１６は７００〜７８０℃程度で成長させることができる。また、その他の層、つまり、ｎ型半導体層１４及び発光層１５に加え、障壁層１３を含めた各層の成長温度も、７００〜７８０℃程度で成長させることができる。
【００４８】
ここで、ＧａＡｓからなる緩衝層１３は、キャリア濃度を、単結晶基板と同程度の約０．１×１０１８ｃｍ−３〜５×１０１８ｃｍ−３、膜厚を０．１〜１μｍ程度とすることができる。
また、（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｎ型半導体層１４は、キャリア濃度を約０．１×１０１８ｃｍ−３〜５×１０１８ｃｍ−３、膜厚を１〜８μｍ程度とすることができる。
また、発光層１５を構成するｎ型クラッド層１５ａは、キャリア濃度を約１×１０１７ｃｍ−３〜３０×１０１７ｃｍ−３、膜厚を０．１〜２μｍ程度とすることができる。多重量子井戸層１５ｂは、アンドープで、膜厚を０．２〜２μｍ程度とすることができる。ｐ型クラッド層１５ｃは、キャリア濃度を約１×１０１７ｃｍ−３〜２０×１０１７ｃｍ−３とし、膜厚を０．１〜３μｍ程度とすることができる。
また、ｐ型半導体層１６は、キャリア濃度を約０．５×１０１８ｃｍ−３〜５×１０１８ｃｍ−３とし、膜厚を０．５〜２０μｍ程度とすることができる。このｐ型半導体層１６の膜厚が薄いと、電流拡散が不十分となり、発光層１５へ電流が均一に供給されないため、発光効率の低下を招く虞がある。また、不必要に厚い膜厚とした場合にはコストアップとなり、また、層の成長も技術的に困難となる場合がある。またさらに、ｐ型半導体層１６のキャリア濃度が低い場合は電流拡散が不十分となり、高すぎる場合は結晶品質の低下を招く虞がある。
【００４９】
『接合工程』
次に、接合工程においては、化合物半導体層２０のｐ型半導体層１６側に基板１１を貼り付ける。
【００５０】
基板１１としては、例えば、キャリア濃度が約０．５×１０１７ｃｍ−３〜５×１０１７ｃｍ−３となるようにＳｉが添加され、面方位が（１１１）とされたＧａＰ単結晶基板を用いることが好ましい。また、基板１１の直径としては、積層半導体の分野において通常用いられる、例えば、直径が５０ｍｍ程度、厚さが５０〜２５０μｍ程度のものを何ら制限無く用いることができる。また、基板１１は、その主面１１ａを鏡面研磨することにより、平方平均平方根値（ｒｍｓ）にして１ｎｍ以下、より好ましくは０．２ｎｍ以下に仕上げておく。
【００５１】
次いで、化合物半導体層２０のｐ型半導体層１６と基板１１とを接合するが、この際、一般に用いられる半導体材料貼付装置を用いることができ、加熱圧着法や接着剤等の公知の方法を何ら制限無く用いることが可能である。中でも、応力が小さく接合強度の強い、常温接合法を用いることが好ましく、このような方法とした場合には、まず、半導体材料貼付装置の内部に、基板１１及びエピタキシャル成長用基板３０上に化合物半導体層２０が形成されたウェーハを搬入し、装置内を真空減圧する。
次いで、基板１１の主面１１ａ及びｐ型半導体層１６の双方にＡｒビームを照射する。そして、基板１１の主面１１ａと化合物半導体層２０のｐ型半導体層１６（表面１６ａ）を重ね合わせ、各々の表面における圧力が１０〜５００ｇ／ｃｍ２となるように荷重を付与することにより、室温下で直接接合する。
【００５２】
なお、詳細な図示を省略するが、本実施形態においては、基板１１と化合物半導体層２０に備えられるｐ型半導体層１６との間に貼付用基板を介在させた方法とすることができる。このような場合には、例えば、貼付用基板を化合物半導体層２０に備えられるｐ型半導体層１６の表面１６ａ、又は、基板１１に貼り付けた後、基板１１と化合物半導体層２０とを接合する手順とすることができる。
【００５３】
『除去工程』
次に、除去工程では、化合物半導体層２０からエピタキシャル成長用基板３０を除去して発光面２０ａを露出させることにより、積層半導体ウェーハ２１を形成する。
具体的には、エピタキシャル成長用基板３０及び緩衝層１３を、機械的研磨や、アンモニア系エッチャント等を用いて選択的にエッチングする方法を採用することが好ましい。
【００５４】
『電極形成工程』
次に、電極形成工程では、ｎ型半導体層１４上にｎ型オーミック電極１８を積層するとともに、ｐ型半導体層１６上に形成された露出領域１６ｄにｐ型オーミック電極１９を積層する（図１及び図２を参照）。
【００５５】
具体的には、まず、ｎ型半導体層１４上にｎ型オーミック電極１８を形成する。このｎ型オーミック電極１８は、例えば、ｎ型半導体層１４側から順に、０．１〜１μｍの厚さのＡｕＧｅ／Ｎｉ合金膜、及び、厚さが１〜３μｍのＡｕ膜を真空蒸着法により堆積した後、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すことにより、図１及び図２に示すような形状に形成することができる。
【００５６】
また、ｐ型オーミック電極１９を形成する際は、まず、基板１１上のｎ型半導体層１４及び発光層１５の一部を、ウェットエッチング、ドライエッチング等の方法によって除去することにより、ｐ型半導体層１６の露出領域１６ｄを形成する。そして、この露出領域１６ｄ上に、例えば、露出領域１６ｄ表面側から順に、一般的な真空蒸着法やスパッタ法等を用いて、厚さが０．１〜１μｍのＡｕＢｅ合金膜やＡｕＺｎ、及び厚さが１〜３μｍのＡｕ膜との積層膜を被着させる。そして、４００〜５００℃の温度で１０分間の熱処理を施し、合金化して低接触抵抗のｐ形オーミック電極１９を形成する。また、この際、上記合金層とＡｕ膜の間に、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｗなどのバリアメタルを介在させても良い。
【００５７】
『分割工程』
次に、分割工程では、積層半導体ウェーハ２１をダイシングによって裁断し、平面視形状で、各々隣接する側面の間の角度が全て鋭角の三角形となるように、素子単位のチップに分割して発光ダイオード１とする。
【００５８】
具体的には、まず、化合物半導体層２０を、裁断予定ラインであるスクライブラインに沿ってエッチング除去する。
次いで、ダイシングソーを用いて、基板１１の全ての側面１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの各々が（１１０）面から３０度オフ面となるように裁断を施し、平面視形状で１辺が３００〜２０００μｍの略正三角形に切断することにより、チップ状の発光ダイオード１とする。
【００５９】
なお、ダイシングによる分割後、裁断によって各側面１１ｂ、１１ｃ、１１ｄに破砕層が生じることがある。このような場合には、各側面１１ｂ、１１ｃ、１１ｄに化学的エッチングを施すことにより、破砕層を除去すれば良い。
また、上述したように、基板１１内部からの光取り出し効率の向上を目的として、各側面１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを粗面とする場合には、さらに、各側面１１ｂ、１１ｃ、１１ｄに化学的処理を施す方法を用いることが、低コストである点から好ましい。
【００６０】
また、本実施形態においては、各側面１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを（１１０）面３０度オフとして形成する方法を例に挙げて説明しているが、例えば、各側面１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを（１１０）面としてスクライブ法によって切断することにより、各側面１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを鏡面にすることも可能である。各側面１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを鏡面とした場合には、これら各側面からの光取り出し量は抑制されるものの、発光ダイオード１の上面側である発光面２０ａからの光取り出し量が増加する。また、種々の面方位と切断方法を組み合わせることにより、各側面からの光取り出し特性が中間的特性とされた発光ダイオードチップを作製することも可能となる。
【００６１】
［ランプ］
本発明に係る発光ダイオードを用いて、当業者周知の手段によってランプを構成することができる。このようなランプとしては、一般用途の砲弾型、携帯機器用途のサイドビュー型、表示器に用いられるトップビュー型等、何れの用途にも用いることができる。
【００６２】
例えば、図５及び図６に示す例のように、同一面電極型の発光ダイオード１をトップビュー型に実装する場合には、マウント用基板４５の表面に設けられたｎ電極端子４３及びｐ電極端子４４の内の一方（図５及び図６ではｎ電極端子４３）に発光ダイオード１の基板１１側を接着し、また、発光ダイオード１のｐ型オーミック電極１９をワイヤー４６でｐ電極端子４４に接合し、ｎ型オーミック電極１８をワイヤー４７でｎ電極端子４３に接合する。そして、透明な樹脂からなるモールド樹脂４１で発光ダイオード１の周辺をモールドすることにより、図５及び図６に示すようなトップビュー型のランプ４を作製することができる。
本実施形態のランプ４は、上記本発明に係る発光ダイオード１が用いられてなるものなので、非常に高い輝度を備え、発光特性に優れたものとなる。
【実施例】
【００６３】
以下に、本発明の発光ダイオード及びその製造方法、並びにランプを、実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。
【００６４】
［実施例１］
図１及び図２は、本実施例で作製した発光ダイオードの模式図であり、図１は平面図、図２は図１に示すＩ−Ｉ断面図である。また、図３及び図４は、半導体積層ウェーハの層構造を示す断面図であり、図５及び図６は、図１に示す発光ダイオードを用いて作製したランプの模式断面図である。
本実施例では、ＧａＡｓからなるエピタキシャル成長用基板上に設けたエピタキシャル積層構造体（半導体積層ウェーハ）と、ＧａＰからなる基板とを接合させ、発光層がＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体からなる、赤色発光を呈する発光ダイオードを作製し、さらに、この発光ダイオードを用いてトップビュー型のランプを作製した。
【００６５】
『化合物半導体層の成長（エピタキシャル工程）』
まず、Ｓｉをドープしたｎ形特性とされ、（１００）面から１５°傾けた面を有するＧａＡｓ単結晶からなるエピタキシャル成長用基板３０を用意した。
そして、エピタキシャル成長用基板３０上に、まず、Ｓｉをドープしたｎ形特性のＧａＡｓからなる緩衝層１３を形成し、この上に、Ｓｉドープの（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｎ型半導体層１４、Ｓｉドープのｎ形特性を有する（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｎ型クラッド層１５ａと、アンドープの（Ａｌ０．２Ｇａ０．８）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる障壁層と（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる井戸層が交互に２０対で積層されてなる多重量子井戸層１５ｂと、Ｍｇドープのｐ形特性を有し、（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる第２クラッド層及び（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐの薄膜からなるｐ型クラッド層１５ｃとが積層されてなる発光層１５、及び、Ｍｇドープでｐ型特性を有するＧａＰからなるｐ型半導体層１６を順次積層した。
【００６６】
本実施例では、上記組成からなる緩衝層１３、ｎ型半導体層１４、発光層１５及びｐ型半導体層１６の各層を形成する際、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）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、エピタキシャル成長用基板３０に各層を形成した。
【００６７】
また、ｐ型クラッド層１５ｃ及びｐ型半導体層１６にドープするＭｇの原料としては、ビスシクロペンタジエチルマグネシウム（ｂｉｓ−（Ｃ５Ｈ５）２Ｍｇ）を用い、ｎ型半導体層１４及びｎ型クラッド層１５ａにドープするＳｉの原料としては、ジシラン(Ｓｉ２Ｈ６)を用いた。
また、Ｖ族構成元素の原料として、ホスフィン（ＰＨ３）またはアルシン（ＡｓＨ３）を用いた。
また、各層の成長温度としては、ＧａＰからなるｐ型半導体層１６を７５０℃で成長させ、ｎ型半導体層１４、発光層１５の他、障壁層１３を含めた各層を、７３０℃で成長させた。
【００６８】
また、上記成膜処理において、ＧａＡｓからなる緩衝層１３は、キャリア濃度を約５×１０１８ｃｍ−３、膜厚を約０．２μｍとして形成した。
また、ｎ型半導体層１４は、キャリア濃度を約２×１０１８ｃｍ−３、膜厚を約１．５μｍとして形成した。
また、発光層１５を構成するｎ型クラッド層１５ａは、キャリア濃度を約８×１０１７ｃｍ−３、膜厚を約１μｍとし、多重量子井戸層１５ｂは、アンドープで膜厚を約０．８μｍとするとともに、ｐ型クラッド層１５ｃは、キャリア濃度を約２×１０１７ｃｍ−３とし、膜厚を約１μｍとして形成した。
また、ｐ型半導体層１６は、キャリア濃度を約３×１０１８ｃｍ−３とし、膜厚を約９μｍとして形成した。
【００６９】
以上の各工程処理により、エピタキシャル成長用基板３０上に、ｎ型半導体層１４、発光層１５及びｐ型半導体層１６をこの順で積層して化合物半導体層２０を形成した。
【００７０】
『化合物半導体層と基板の接合（接合工程）』
次に、上記工程で形成された化合物半導体層２０のｐ型半導体層１６側に基板１１を貼り付けた。
この際、まず、ｐ型半導体層１６の表面から１μｍ程度の深さに至る領域を研磨することによって鏡面加工を行い、ｐ型半導体層１６の表面粗さが約０．１８ｎｍとなるように加工した。
また、ｐ型半導体層１６の表面に接合するための支持基板として、ＧａＰからなる基板１１を用意した。基板１１としては、キャリア濃度が約２×１０１７ｃｍ−３となるようにＳｉが添加され、面方位が（１１１）とされた単結晶基板であり、直径が約５０ｍｍ、厚さが約２５０μｍとされたものを用意した。またさらに、基板１１の主面１１ａを鏡面研磨することにより、平方平均平方根値（ｒｍｓ）にして約０．１２ｎｍに仕上げた。また、本実施例では、図２に示すように、さらに、上述の基板１１と同様の材質からなり、基板１１よりも薄く、また、同様の鏡面研磨処理を施した貼付用基板を準備した。
【００７１】
次いで、半導体材料貼付装置に、基板１１、貼付用基板及びエピタキシャル成長用基板３０上に化合物半導体層２０が形成されたウェーハを搬入し、装置内を３×１０−５Ｐａ程度まで減圧した。次いで、基板１１の主面１１ａ、貼付用基板の両面及びｐ型半導体層１６表面の各々に、電子を衝突させて中性（ニュートラル）化した中性のＡｒビームを約３分間照射した。そして、真空に維持した装置内において、基板１１の主面１１ａと貼付用基板の一面、並びに貼付用基板の他面とｐ型半導体層１６表面を重ね合わせ、各々の表面における圧力が２００ｇ／ｃｍ２となるように荷重を付与することにより、室温下で直接接合した。
【００７２】
『エピタキシャル成長用基板の除去（除去工程）』
次に、化合物半導体層２０からエピタキシャル成長用基板３０を除去して発光面２０ａを露出させることにより、積層半導体ウェーハ２１を形成した。この際、エピタキシャル成長用基板３０及び緩衝層１３を、アンモニア系エッチャント等を用いて選択的に除去した。
【００７３】
『ｎ型オーミック電極及びｐ型オーミック電極の形成（電極形成工程）』
次に、ｎ型半導体層１４上にｎ型オーミック電極１８を積層するとともに、ｐ型半導体層１６上に形成された露出領域１６ｄにｐ型オーミック電極１９を積層した。
【００７４】
まず、露出させたｎ型半導体層１４の発光面２０ａ上に、２μｍ厚さのＡｕＧｅ／Ｎｉ合金膜、及び、厚さが１μｍのＡｕ膜を、この順で真空蒸着法により堆積した後、フォトリソグラフィー手段でパターニングを施すことにより、図１及び図２に示すような形状のｎ型オーミック電極１８を形成した。
【００７５】
また、基板１１上のｎ型半導体層１４及び発光層１５の一部をドライエッチングによって除去することにより、ｐ型半導体層１６の露出領域１６ｄを形成した。そして、露出領域１６ｄ上に、真空蒸着法を用いて、厚さが０．２μｍのＡｕＢｅ合金膜と、厚さが１．８μｍのＡｕ膜との積層膜をこの順で被着させた。その後、４５０℃の温度で１０分間の熱処理を施して合金化することにより、低接触抵抗のｐ形オーミック電極１９を形成した。
【００７６】
『チップ分割（分割工程）』
次に、積層半導体ウェーハ２１をダイシングによって裁断し、平面視形状で各々隣接する側面の間の角度が全て鋭角の略正三角形となるように、素子単位のチップに分割した。
まず、化合物半導体層２０を、裁断予定ラインに沿ってエッチング除去した後、ダイシングソーを用いて、基板１１の全ての側面１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの各々が（１１０）面から３０度オフ面となるように裁断を施した。また、ダイシングによる分割後、裁断によって各側面１１ｂ、１１ｃ、１１ｄに生じた破砕層を、硫酸及び過酸化水素水の混合液でエッチングすることにより除去した。また、各側面１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを塩酸系エッチャントに浸漬することにより、これら各側面１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを粗面に仕上げた。
上記各手順により、平面視形状で１辺が７００μｍの略正三角形とされた、チップ状の発光ダイオード１を作製した。
【００７７】
『ランプの作製』
上記手順によって得られた発光ダイオード１を実装することにより、図５及び図６に示すようなトップビュー型のランプ４を作製した。
まず、マウント用基板４５の表面に設けられたｎ電極端子４３に、発光ダイオード１の基板１１側を接着した。次いで、発光ダイオード１のｐ型オーミック電極１９をワイヤー４６でｐ電極端子４４に接合し、ｎ型オーミック電極１８をワイヤー４７でｎ電極端子４３に接合した。そして、透明な樹脂からなるモールド樹脂４１で発光ダイオード１の周辺をモールドすることにより、図５及び図６に示すようなランプ４を作製した。
【００７８】
『発光特性の測定』
次いで、上記手順で得られた発光ダイオード１が実装されてなるランプ４について、ｎ電極端子４３及びｐ電極端子４４を介して、ｎ型オーミック電極１８とｐ型オーミック電極１９との各電極間に順方向電流を流したところ、主波長が６２０ｎｍとされた赤色光が出射された。また、各電極間に２０ｍＡの順方向電流を流した際の順方向電圧（Ｖｆ）は、良好なオーミック特性が反映され、約２．０Ｖであった。また、順方向電流を２０ｍＡとした際の発光強度は、上述のような化合物半導体層及び基板の構成によって発光効率が向上され、また、基板の側面が粗面化されて外部への光取り出し効率が向上していることが反映され、７００ｍｃｄの高輝度となった。
【００７９】
以上の結果により、本発明に係る発光ダイオード、並びにそれが用いられてなるランプが、光取り出し効率に優れ、高い輝度を備えることが明らかである。
【００８０】
［実施例２］
本実施例においては、主面１２ａが（１１１）面からなるＧａＰ基板１２を用い、図７（ａ）、（ｂ）に示すような上下電極構造とした点を除き、上記実施例１と同様の方法で発光ダイオード２を作製した。
【００８１】
『ＧａＰ基板の貼付』
本実施例では、実施例１と同様の手順で形成された化合物半導体層２０のｐ型半導体層１６（表面１６ａ）側に、ｐ型のＧａＰ単結晶基板であるＧａＰ基板１２を貼り付けた。
ＧａＰ基板１２としては、キャリア濃度が約１×１０１８ｃｍ−３となるようにＺｎが添加され、面方位が（１１１）とされたp型単結晶基板であり、直径が約５０ｍｍ、厚さが約２５０μｍとされたものを用意した。またさらに、基板１２の主面１２ａを鏡面研磨することにより、平方平均平方根値（ｒｍｓ）にして約０．１１ｎｍに仕上げた。
【００８２】
『ｎ型オーミック電極及びｐ型オーミック電極の形成（電極形成工程）』
次に、ｎ型半導体層１４上にｎ型オーミック電極２８を積層するとともに、ｐ型ＧａＰからなるＧａＰ基板１２上にｐ型オーミック電極２９を積層した。
【００８３】
『ランプの作製』
上記手順によって得られた発光ダイオード２を実装することにより、図５及び図６に示すランプ４と同様に、トップビュー型のランプを作製した。
【００８４】
『発光特性の測定』
上記手順で得られた発光ダイオード２が実装されてなるランプについて、ｎ電極端子及びｐ電極端子を介して、ｎ型オーミック電極２８とｐ型オーミック電極２９との各電極間に順方向電流を流したところ、主波長が６２０ｎｍとされた赤色光が出射された。また、各電極間に２０ｍＡの順方向電流を流した際の順方向電圧（Ｖｆ）は、良好なオーミック特性が反映され、約２．０Ｖであった。また、順方向電流を２０ｍＡとした際の発光強度は、上述のような化合物半導体層及び基板の構成によって発光効率が向上され、また、基板の側面が粗面化されて外部への光取り出し効率が向上していることが反映され、６００ｍｃｄの高輝度となった。
上記結果により、ＧａＰ基板が用いられるとともに上下電極構造を有する、本発明に係る発光ダイオード２及びそれが用いられてなるランプが、光取り出し効率に優れ、高い輝度を備えることが明らかとなった。
【００８５】
［比較例］
本比較例においては、基板を分割する際、（１１０）面から４５度オフしたラインに沿った1辺３５０ｕｍの正方形として分割した点を除き、上記実施例１と同様の方法で発光ダイオードを作製し、さらに、この発光ダイオードを用いて、上記実施例１と同様の方法でトップビュー型のランプを作製した。
【００８６】
本比較例で作製した発光ダイオードが実装されてなるランプについて、ｎ電極端子及びｐ電極端子を介して、ｎ型オーミック電極とｐ型オーミック電極との各電極間に順方向電流を流したところ、主波長が６２０ｎｍとされた赤色光が出射された。また、各電極間に２０ｍＡの順方向電流を流した際の順方向電圧（Ｖｆ）は、良好なオーミック特性が反映され、約２．０Ｖであった。しかしながら、順方向電流を２０ｍＡとした際の発光強度は、４５０ｍｃｄであり、実施例１、２に比べて劣ることが明らかとなった。これは、本比較例で作製した発光ダイオードは、側面が粗面化されることで、各側面からの外部への光取り出し効率は向上しているものの、基板が正方形に形成されていることから、チップの各側面からの光の取り出しが不均一であるためと考えられる。
このように、本比較例で作製した、正方形の基板を備える発光ダイオードは、本発明に係る実施例１、２の発光ダイオードに比べ、光取り出し効率が低いことが明らかとなった。
【００８７】
以上の結果により、本発明に係る発光ダイオード及びそれが用いられてなるランプが、光取り出し効率に優れ、高い輝度を備えることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明に係る発光ダイオードの一例を模式的に説明する平面図である。
【図２】本発明に係る発光ダイオードの一例を模式的に説明する図であり、図１に示すＩ−Ｉ断面図である。
【図３】本発明に係る発光ダイオードの一例を模式的に説明する図であり、半導体積層ウェーハの層構造を示す断面図である。
【図４】本発明に係る発光ダイオードの一例を模式的に説明する図であり、半導体積層ウェーハの層構造を示す断面図である。
【図５】本発明に係る発光ダイオードが用いられてなるランプの一例を模式的に説明する平面図である。
【図６】本発明に係る発光ダイオードの一例を模式的に説明する図であり、図５に示すＫ−Ｋ断面図である。
【図７】本発明に係る発光ダイオードの一例を模式的に説明する図であり、上下電極構造の発光ダイオードを示す概略図である。
【符号の説明】
【００８９】
１、２…発光ダイオード、１１、１２…基板、１１ａ、１２ａ…主面、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ…側面（基板）、１４…ｎ型半導体層、１５…発光層、１６…ｐ型半導体層、２０…化合物半導体層、２０ａ…発光面、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ…側面（化合物半導体層）、２１…半導体積層ウェーハ、３０…エピタキシャル成長用基板、４…ランプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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