(57)【要約】【課題】１チップで、広色域の光を高効率に取り出すことの可能な半導体発光素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】金属層２５，３１，３５，４１，４５は、金属層２１の少なくとも一部と非対向となるように形成され、金属層３５，４１，４５は、金属層３１の少なくとも一部とも非対向となるように形成されている。これにより、活性層２３から発せられた光は金属層２１，２５のうち少なくとも金属層２１で反射され金属層２１のうち金属層３１，３５，４１，４５との非対向領域の直上から外部に向かうので、活性層２３から発せられた光Ｒは活性層３３で吸収されることなく活性層３３を透過し、活性層２３から発せられた光Ｒは活性層４３で吸収されることなく活性層４３を透過する。【選択図】図２
2010062201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに貼り合わされると共に積層方向から見たときの形状および面積が互いに等しい第一発光部および第二発光部を備え、
前記第一発光部は、
第一金属層と、
波長λ１の光を発する第一活性層を含み、かつ前記第二発光部とは反対側の面において前記第一金属層にオーミック接触する第一半導体層と、
前記第一半導体層のうち前記第一金属層とは反対側の面にオーミック接触すると共に、前記第一金属層の少なくとも一部と非対向となるように形成された第二金属層と
を有し、
前記第二発光部は、
前記第二金属層のうち前記第一半導体層とは反対側の面に接触すると共に、前記第一金属層の少なくとも一部と非対向となるように形成された第三金属層と、
波長λ２（λ２＜λ１）の光を発する第二活性層を含み、かつ前記第一発光部側の面において前記第三金属層にオーミック接触する第二半導体層と、
前記第二半導体層のうち前記第三金属層とは反対側の面にオーミック接触すると共に、前記第一金属層の少なくとも一部および前記第三金属層の少なくとも一部と非対向となるように形成された第四金属層と
を有する半導体発光素子。
【請求項２】
前記第一活性層は、前記第一発光部の面内方向全体に形成され、
前記第二活性層は、前記第二発光部の面内方向全体に形成されている請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記第一金属層のうち前記第一半導体層との接触部分は、少なくとも前記第二金属層、前記第三金属層および前記第四金属層との非対向領域に形成され、
前記第三金属層のうち前記第二半導体層との接触部分は、少なくとも前記第四金属層との非対向領域に形成されている請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記第一発光部は、前記第一半導体層の結晶成長に用いた成長基板および前記第一半導体層の結晶成長に用いていない支持基板のうち少なくとも前記支持基板を有し、
前記第二発光部は、前記第二半導体層の結晶成長に用いた成長基板を有する請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記第二発光部のうち前記第一発光部とは反対側の面に貼り合わされると共に、前記第一発光部と前記第二発光部との対向面積と等しい対向面積で前記第二発光部と対向する第三発光部を備え、
前記第三発光部は、
前記第四金属層のうち前記第二半導体層とは反対側の面に接触すると共に、前記第一金属層の少なくとも一部および前記第三金属層の少なくとも一部と非対向となるように形成された第五金属層と、
波長λ３（λ３＜λ２）の光を発する第三活性層を含み、かつ前記第二発光部側の面において前記第五金属層にオーミック接触する第三半導体層と、
前記第三半導体層のうち前記第五金属層とは反対側の面にオーミック接触すると共に、前記第一金属層の少なくとも一部、前記第三金属層の少なくとも一部および前記第五金属層の少なくとも一部と非対向となるように形成された第六金属層と
を有する請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記第一活性層と前記第二活性層との対向面積は、前記第一発光部と前記第二発光部との対向面積と等しく、
前記第一活性層と前記第三活性層との対向面積は、前記第一発光部と前記第三発光部との対向面積と等しい請求項５に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記第一金属層のうち前記第一半導体層との接触部分は、少なくとも前記第二金属層、前記第三金属層および前記第四金属層との非対向領域に形成され、
前記第三金属層のうち前記第二半導体層との接触部分は、少なくとも前記第四金属層との非対向領域に形成され、
前記第五金属層のうち前記第三半導体層との接触部分は、少なくとも前記第六金属層との非対向領域に形成されている請求項５に記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記第二金属層、前記第三金属層、前記第四金属層および前記第五金属層はそれぞれ、所定の隙間を介して互いに別体に形成された複数の金属層からなる請求項５に記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記第一発光部は、前記第一半導体層の結晶成長に用いた成長基板および前記第一半導体層の結晶成長に用いていない支持基板のうち少なくとも前記支持基板を有し、
前記第二発光部は、前記第二半導体層の結晶成長に用いた成長基板を有し、
前記第三発光部は、前記第三半導体層の結晶成長に用いた成長基板を有する請求項５ないし請求項８のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
互いに貼り合わされると共に積層方向から見たときの面積が互いに異なる第一発光部および第二発光部を備え、
前記第一発光部は、
第一金属層と、
波長λ１の光を発する第一活性層を含み、かつ前記第二発光部とは反対側の面において前記第一金属層にオーミック接触する第一半導体層と、
前記第一半導体層のうち前記第一金属層とは反対側の面にオーミック接触すると共に、前記第一金属層の少なくとも一部と非対向となるように形成された第二金属層と
を有し、
前記第二発光部は、
前記第二金属層のうち前記前記第一半導体層とは反対側の面に接触すると共に、前記第一金属層の少なくとも一部と非対向となるように形成された第三金属層と、
波長λ２（λ２＜λ１）の光を発する第二活性層を含み、かつ前記第一発光部側の面において前記第三金属層にオーミック接触する第二半導体層と、
前記第二半導体層のうち前記第三金属層とは反対側の面にオーミック接触すると共に、前記第一金属層の少なくとも一部および前記第三金属層の少なくとも一部と非対向となるように形成された第四金属層と
を有する半導体発光素子。
【請求項１１】
前記第一発光部は、前記第一半導体層の結晶成長に用いた成長基板および前記第一半導体層の結晶成長に用いていない支持基板のうち少なくとも前記支持基板を有し、
前記第二発光部は、前記第二半導体層の結晶成長に用いた成長基板を有し、
貼り合わせ面の法線方向から見たときに、前記成長基板の面積が前記成長基板および前記支持基板の面積よりも小さい請求項１０に記載の半導体発光素子。
【請求項１２】
前記第二発光部のうち前記第一発光部とは反対側の面に貼り合わされると共に、前記第一発光部と前記第二発光部との対向面積よりも小さな対向面積で前記第二発光部と対向する第三発光部を備え、
前記第三発光部は、
前記第四金属層のうち前記前記第二半導体層とは反対側の面に接触すると共に、前記第一金属層の少なくとも一部および前記第三金属層の少なくとも一部と非対向となるように形成された第五金属層と、
波長λ３（λ３＜λ２）の光を発する第三活性層を含み、かつ前記第二発光部側の面において前記第五金属層にオーミック接触する第三半導体層と、
前記第三半導体層のうち前記第五金属層とは反対側の面にオーミック接触すると共に、前記第一金属層の少なくとも一部、前記第三金属層の少なくとも一部および前記第五金属層の少なくとも一部と非対向となるように形成された第六金属層と
を有する請求項１０に記載の半導体発光素子。
【請求項１３】
前記第一発光部は、前記第一半導体層の結晶成長に用いた第一成長基板および前記第一半導体層の結晶成長に用いていない支持基板のうち少なくとも前記支持基板を有し、
前記第二発光部は、前記第二半導体層の結晶成長に用いた第二成長基板を有し、
前記第三発光部は、前記第三半導体層の結晶成長に用いた第三成長基板を有し、
貼り合わせ面の法線方向から見たときに、前記第二成長基板の面積が前記第一成長基板および前記支持基板の面積よりも小さく、かつ前記第三成長基板の面積が前記第二成長基板の面積よりも小さい請求項１２に記載の半導体発光素子。
【請求項１４】
第一金属層と、波長λ１の光を発する第一活性層を含み、かつ前記第一金属層の一方の面にオーミック接触する第一半導体層と、前記第一半導体層のうち前記第一金属層とは反対側の面にオーミック接触すると共に、前記第一金属層の少なくとも一部と非対向となるように形成された第二金属層とを有する第一ウェハと、
前記第一ウェハと重ね合わせた際に前記第一金属層の少なくとも一部と非対向となるように形成された第三金属層と、波長λ２（λ２＜λ１）の光を発する第二活性層を含み、かつ前記第三金属層の一方の面にオーミック接触する第二半導体層と、前記第二半導体層のうち前記第三金属層とは反対側の面にオーミック接触すると共に、前記第一ウェハと重ね合わせた際に前記第一金属層の少なくとも一部および前記第三金属層の少なくとも一部と非対向となるように形成された第四金属層とを有する第二ウェハとが、前記第二金属層および前記第三金属層が互いに接触するように貼り合わされた積層ウェハをダイシングによりチップ化する半導体発光素子の製造方法。
【請求項１５】
前記積層ウェハは、前記第二ウェハと重ね合わせた際に前記第一金属層の少なくとも一部および前記第三金属層の少なくとも一部と非対向となるように形成された第五金属層と、波長λ３（λ３＜λ２）の光を発する第三活性層を含み、かつ前記第五金属層の一方の面にオーミック接触する第三半導体層と、前記第三半導体層のうち前記第五金属層とは反対側の面にオーミック接触すると共に、前記第二ウェハと重ね合わせた際に前記第一金属層の少なくとも一部、前記第三金属層の少なくとも一部および前記第五金属層の少なくとも一部と非対向となるように形成された第六金属層とを有する第三ウェハを、前記第四金属層および前記第五金属層が互いに接触するように貼り合わせて構成されている請求項１４に記載の半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成長基板とは異なる基板への転写工程を経て製造される半導体発光素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ；Light Emitting Diode）を用いて広色域の光を得るには、三原色である赤色、緑色、青色それぞれのＬＥＤチップを近接させて実装するのが一般的である。しかし、そのような実装を色むら無く行うためには、３つのＬＥＤチップを厳密に定められた位置関係でマウントし、マウントした各ＬＥＤチップにワイヤボンディングしたり、または、３つのＬＥＤチップを厳密に定められた位置関係でフリップチップ実装したりすることが必要である。そのため、実装工程が煩雑であり、系自体の信頼性も低い。
【０００３】
ＬＥＤを用いて広色域の光を得る他の方法としては、例えば、青色ＬＥＤと、緑および赤の蛍光体とを組み合わせる方法がある。しかし、１チップずつ蛍光体を実装することが必要となるので、この方法でも実装工程が煩雑である。しかも、この方法では、波長変換によるエネルギー損失が必ず発生するという欠点がある。
【０００４】
そこで、実装工程を簡易化するために、複数のＬＥＤを１チップに集積することが考えられる。例えば、特許文献１では、ＡｌＧａＩｎＮ系のＬＥＤウェハの光取り出し面側にＡｌＧａＩｎＰ系のＬＥＤウェハを張り合わせたのちチップ化したり、ＡｌＧａＩｎＮ系のＬＥＤチップの光取り出し面側にＡｌＧａＩｎＰ系のＬＥＤチップをメタルボンディングしたりする方法が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３３９６４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１記載の方法では、赤色、緑色、青色の三原色を得るためには、ＡｌＧａＩｎＮ系のウェハに、波長の互いに異なる２つの活性層（緑色の波長帯の活性層と、青色の波長帯の活性層）を形成することが必要となる。そのため、両活性層に対して効率的な電流注入励起を行うことは難しい。また、緑色の波長帯の活性層が青色の光を吸収してしまうので、高効率に光を取り出すことが困難である。また、ＡｌＧａＩｎＰ系のＬＥＤがＡｌＧａＩｎＮ系のＬＥＤから発せられた光を吸収するのを防ぐために、緑色光や青色光を取り出す領域では、ＡｌＧａＩｎＰ系のＬＥＤを完全に除去しなければならない。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、１チップで、広色域の光を高効率に取り出すことの可能な半導体発光素子およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第一の半導体発光素子は、互いに貼り合わされると共に積層方向から見たときの形状および面積が互いに等しい第一発光部および第二発光部を備えたものである。第一発光部は、第一金属層、第一半導体層および第二金属層の積層構造となっている。第一半導体層は、波長λ１の光を発する第一活性層を含み、かつ第二発光部とは反対側の面において第一金属層にオーミック接触している。第二金属層は、第一半導体層のうち第一金属層とは反対側の面にオーミック接触すると共に、第一金属層の少なくとも一部と非対向となるように形成されている。一方、第二発光部は、第三金属層、第二半導体層および第四金属層の積層構造となっている。第三金属層は、第二金属層のうち第一半導体層とは反対側の面に接触すると共に、第一金属層の少なくとも一部と非対向となるように形成されている。第二半導体層は、波長λ２（λ２＜λ１）の光を発する第二活性層を含み、かつ第一発光部側の面において第三金属層にオーミック接触している。第四金属層は、第二半導体層のうち第三金属層とは反対側の面にオーミック接触すると共に、第一金属層の少なくとも一部第三金属層の少なくとも一部と非対向となるように形成されている。
【０００９】
本発明の第二の半導体発光素子は、互いに貼り合わされると共に積層方向から見たときの形状および面積が互いに異なる第一発光部および第二発光部を備えたものである。第一発光部は、第一金属層、第一半導体層および第二金属層の積層構造となっている。第一半導体層は、波長λ１の光を発する第一活性層を含み、かつ第二発光部とは反対側の面において第一金属層にオーミック接触している。第二金属層は、第一半導体層のうち第一金属層とは反対側の面にオーミック接触すると共に、第一金属層の少なくとも一部と非対向となるように形成されている。一方、第二発光部は、第三金属層、第二半導体層および第四金属層の積層構造となっている。第三金属層は、第二金属層のうち第一半導体層とは反対側の面に接触すると共に、第一金属層の少なくとも一部と非対向となるように形成されている。第二半導体層は、波長λ２（λ２＜λ１）の光を発する第二活性層を含み、かつ第一発光部側の面において第三金属層にオーミック接触している。第四金属層は、第二半導体層のうち第三金属層とは反対側の面にオーミック接触すると共に、第一金属層の少なくとも一部および第三金属層の少なくとも一部と非対向となるように形成されている。
【００１０】
本発明の第一および第二の半導体発光素子では、第二金属層、第三金属層および第四金属層は、第一金属層の少なくとも一部と非対向となるように形成されている。これにより、第一活性層から発せられた光は第一金属層および第二金属層のうち少なくとも第一金属層で反射され、第一金属層のうち第二金属層、第三金属層および第四金属層との非対向領域の直上から外部に向かう。ここで、第二活性層は波長λ２（λ２＜λ１）の光を発することから、第一活性層から発せられた光は第二活性層で吸収されることなく第二活性層を透過する。また、第四金属層は、第三金属層の少なくとも一部とも非対向となるように形成されている。これにより、第二活性層から発せられた光は第三金属層および第四金属層のうち少なくとも第三金属層で反射され、第三金属層のうち第四金属層との非対向領域の直上から外部に向かう。
【００１１】
ここで、第二発光部上に構造物が設けられていない場合には、第一活性層および第二活性層から発せられた２色の光を、内部での吸収を極力抑えて効率よく外部に射出させることが可能である。しかし、第二発光部上に構造物が設けられている場合には、これらの光の進路はその構造物の光学特性に依存する。以下、その構造物が、第二発光部のうち第一発光部とは反対側の面に貼り合わされると共に、第一発光部と第二発光部との対向面積と等しい対向面積で第二発光部と対向する第三発光部である場合について説明する。
【００１２】
第三発光部は、第五金属層、第三半導体層および第六金属層の積層構造となっている。第五金属層は、第四金属層のうち第二半導体層とは反対側の面に接触すると共に、第一金属層の少なくとも一部および第三金属層の少なくとも一部と非対向となるように形成されている。第三半導体層は、波長λ３（λ３＜λ２）の光を発する第三活性層を含み、かつ第二発光部側の面において第五金属層にオーミック接触している。第六金属層は、第三半導体層のうち第五金属層とは反対側の面にオーミック接触すると共に、第一金属層の少なくとも一部、第三金属層の少なくとも一部および第五金属層の少なくとも一部と非対向となるように形成されている。ここで、第三活性層は波長λ３（λ３＜λ２＜λ１）の光を発することから、第一活性層および第二活性層から発せられた光は第三活性層で吸収されることなく第三活性層を透過する。また、第三活性層から発せられた光は第五金属層および第六金属層のうち少なくとも第六金属層で反射され、第五金属層のうち第六金属層との非対向領域の直上から外部に向かう。これにより、構造物が第三発光部である場合には、第一活性層、第二活性層および第三活性層から発せられた３色の光を、内部での吸収を極力抑えて効率よく外部に射出させることが可能である。
【００１３】
本発明の半導体発光素子の製造方法は、第一ウェハと第二ウェハとが後述の第二金属層および第三金属層が互いに接触するように貼り合わされた積層ウェハをダイシングによりチップ化する工程を含むものである。
【００１４】
上記した第一ウェハは、第一金属層、第一半導体層および第二金属層の積層構造となっている。第一半導体層は、波長λ１の光を発する第一活性層を含み、かつ第一金属層の一方の面にオーミック接触している。第二金属層は、第一半導体層のうち第一金属層とは反対側の面にオーミック接触すると共に、第一金属層の少なくとも一部と非対向となるように形成されている。一方、上記した第二ウェハは、第三金属層、第二半導体層および第四金属層の積層構造となっている。第三金属層は、第一ウェハと重ね合わせた際に前記第一金属層の少なくとも一部と非対向となるように形成されている。第二半導体層は、波長λ２（λ２＜λ１）の光を発する第二活性層を含み、かつ第三金属層の一方の面にオーミック接触している。第四金属層は、第二半導体層のうち第三金属層とは反対側の面にオーミック接触すると共に、第一ウェハと重ね合わせた際に第一金属層の少なくとも一部および第三金属層の少なくとも一部と非対向となるように形成されている。
【００１５】
本発明の半導体発光素子の製造方法では、第二金属層、第三金属層および第四金属層は、第一金属層の少なくとも一部と非対向となるように形成されている。これにより、第一活性層から発せられた光は第一金属層および第二金属層のうち少なくとも第一金属層で反射され、第一金属層のうち第二金属層、第三金属層および第四金属層との非対向領域の直上から外部に向かう。ここで、第二活性層は波長λ２（λ２＜λ１）の光を発することから、第一活性層から発せられた光は第二活性層で吸収されることなく第二活性層を透過する。また、第四金属層は、第三金属層の少なくとも一部とも非対向となるように形成されている。これにより、第二活性層から発せられた光は第三金属層および第四金属層のうち少なくとも第三金属層で反射され、第三金属層のうち第四金属層との非対向領域の直上から外部に向かう。
【００１６】
ここで、第二ウェハ上に新たなウェハが設けられていない場合には、第一活性層および第二活性層から発せられた２色の光を、内部での吸収を極力抑えて効率よく外部に射出させることが可能である。しかし、第二ウェハ上に新たなウェハ（第三ウェハ）が設けられている場合には、これらの光の進路はその新たなウェハの光学特性に依存する。
【００１７】
上記した第三ウェハは、第五金属層、第三半導体層および第六金属層の積層構造となっている。第五金属層は、第二ウェハと重ね合わせた際に第一金属層の少なくとも一部および第三金属層の少なくとも一部と非対向となるように形成されている。第三半導体層は、波長λ３（λ３＜λ２）の光を発する第三活性層を含み、かつ第五金属層の一方の面にオーミック接触している。第六金属層は、第三半導体層のうち第五金属層とは反対側の面にオーミック接触すると共に、第二ウェハと重ね合わせた際に第一金属層の少なくとも一部、第三金属層の少なくとも一部および第五金属層の少なくとも一部と非対向となるように形成されている。ここで、第三活性層は波長λ３（λ３＜λ２＜λ１）の光を発することから、第一活性層および第二活性層から発せられた光は第三活性層で吸収されることなく第三活性層を透過する。また、第三活性層から発せられた光は第五金属層および第六金属層のうち少なくとも第六金属層で反射され、第五金属層のうち第六金属層との非対向領域の直上から外部に向かう。これにより、第二ウェハ上に新たなウェハ（第三ウェハ）が設けられている場合には、第一活性層、第二活性層および第三活性層から発せられた３色の光を、内部での吸収を極力抑えて効率よく外部に射出させることが可能である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の第一および第二の半導体発光素子、ならびに本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、第二金属層、第三金属層および第四金属層を、第一金属層の少なくとも一部と非対向となるように形成すると共に、第四金属層を、第三金属層の少なくとも一部とも非対向となるように形成し、さらに、第一活性層から発せられた波長光λ１の光の射出方向に、波長λ２（λ２＜λ１）の光を発する第二活性層を設けるようにしたので、第一活性層および第二活性層から発せられた２色の光を、内部での吸収を極力抑えて効率よく外部に射出させることが可能である。これにより、１チップで、広色域の光を高効率に取り出すことが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
［第一の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の第一の実施の形態に係る発光ダイオード１（ＬＥＤ）の上面構成を表したものである。図２は、図１の発光ダイオード１のＡ−Ａ矢視方向の断面構成を表したものである。この発光ダイオード１は、例えば、第一積層体１０、第二積層体２０、第三積層体３０（第二発光部）および第四積層体４０（第三発光部）をこの順に貼り合わせることにより、１チップ化したものである。これら第一積層体１０、第二積層体２０、第三積層体３０および第四積層体４０において、積層方向から見たときの形状および面積が互いに等しくなっている。なお、本実施の形態の第一積層体１０および第二積層体２０が本発明の「第一発光部」の一具体例に相当する。
【００２１】
第一積層体１０は、例えば、支持基板１１の一方の面（第二積層体２０側の面）全体に金属層１２を有しており、支持基板１１の他方の面（第二積層体２０とは反対側の面）全体に金属層１３を有している。支持基板１１は、第二積層体２０、第三積層体３０および第四積層体４０を支持するものであり、後述の活性層２３，３３，４３などの結晶成長に用いられた基板とは異なる基板である。この基板１０は、例えばＧａＡｓ基板である。この基板１０は、支持基板１１の裏面からの電流注入を可能とするために、ｎ型またはｐ型の導電性を有している。金属層１２は、第二積層体２０の金属層２１（後述）との貼り合わせに用いるものであり、金属層１３は、支持基板１１の裏面からの電流注入に用いるものである。これら金属層１２，１３は、例えば、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金および金（Ａｕ）を支持基板１１側からこの順に積層して構成されたものであり、支持基板１１と電気的に接続されている。
【００２２】
第二積層体２０は、例えば、金属層２１（第一金属層）、コンタクト層２２、活性層２３（第一活性層）、コンタクト層２４および金属層２５（第二金属層）を第一積層体１０側からこの順に積層して構成されている。コンタクト層２２、活性層２３およびコンタクト層２４を含む半導体層（第一半導体層）と、金属層２１とは共に、第二積層体２０の面内方向全体に形成されており、積層方向から見たときのこれらの形状および面積が互いに等しくなっている。一方、金属層２５は、金属層２１、コンタクト層２２、活性層２３およびコンタクト層２４と比べると一回り小さな面積となっており、金属層２１、コンタクト層２２、活性層２３およびコンタクト層２４のそれぞれの一部と非対向となるように形成されている。
【００２３】
コンタクト層２２は例えばｎ型ＡｌＧａＡｓからなり、コンタクト層２４は例えばｐ型ＡｌＧａＡｓからなる。活性層２３は、例えばノンドープのＡｌＧａＡｓからなり、例えば赤色の波長体（波長λ１）の光を発するようになっている。
【００２４】
金属層２１は、第一積層体１０の金属層１２と接合されている。この金属層２１は、例えば、チタン（Ｔｉ）および金（Ａｕ）をコンタクト層２２側からこの順に積層して構成されており、コンタクト層２２とオーミック接触している。この金属層２１のうちコンタクト層２２との接触部分は、第二積層体２０の面内方向全体に形成されており、少なくとも金属層２５，３１，３５，４１，４５（後述）との非対向領域に形成されている。従って、この金属層２１は、活性層２３への電流注入に用いる電極としての機能と、活性層２３から発せられた光を第三積層体３０側に反射するミラーとしての機能を有している。一方、金属層２５は、第三積層体３０の金属層３１（後述）と接合されている。この金属層２５は、例えば、ＡｕとＧｅとの合金およびＡｕをコンタクト層２４側からこの順に積層して構成されており、コンタクト層２４とオーミック接触している。従って、この金属層２５も、活性層２３への電流注入に用いる電極としての機能と、活性層２３から発せられた光を金属層２１側に反射するミラーとしての機能を有している。
【００２５】
第三積層体３０は、例えば、金属層３１（第三金属層）、コンタクト層３２、活性層３３（第二活性層）、基板３４（成長基板）および金属層３５（第四金属層）を第一積層体１０側からこの順に積層して構成されている。コンタクト層３２、活性層３３および基板３４を含む半導体層（第二半導体層）は、第三積層体３０の面内方向全体に形成されており、積層方向から見たときのこれらの形状および面積が互いに等しくなっている。従って、コンタクト層３２、活性層３３および基板３４を含む半導体層と、第二積層体２０のコンタクト層２２、活性層２３およびコンタクト層２４とは、積層方向から見たときの形状および面積において互いに等しくなっている。一方、金属層３１は、金属層２１、コンタクト層２２、活性層２３およびコンタクト層２４と比べると一回り小さな面積となっている。この金属層３１は、金属層２１、コンタクト層２２、活性層２３およびコンタクト層２４のそれぞれの一部と非対向となるように形成されている。なお、図２には、金属層２５と金属層３１とが、積層方向から見たときの形状および面積において互いに等しくなっている場合が例示されている。
【００２６】
コンタクト層３２、活性層３３および基板３４は、活性層２３から発せられた光（例えば赤色の波長体（波長λ１）の光）を吸収しない光透過性の材料によって構成されている。コンタクト層３２は、例えばｐ型ＡｌＧａＩｎＮからなる。活性層３３は、例えばノンドープのＡｌＧａＩｎＮからなり、例えば緑色の波長体（波長λ２（λ２＜λ１））の光を発するようになっている。基板３４は、コンタクト層３２、活性層３３および基板３４を含む半導体層の結晶成長に用いた成長基板であり、例えばｎ型ＧａＮ基板である。
【００２７】
金属層３１は、第二積層体２０の金属層２５と接合されている。この金属層３１は、例えば、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）および金（Ａｕ）をコンタクト層３２側からこの順に積層して構成されており、コンタクト層３２とオーミック接触している。この金属層３１のうちコンタクト層３２との接触部分は、金属層３１の面内方向全体に形成されており、少なくとも金属層３５，４１，４５（後述）との非対向領域に形成されている。従って、この金属層３１は、活性層３３への電流注入に用いる電極としての機能と、活性層３３から発せられた光を第四積層体４０側に反射するミラーとしての機能を有している。一方、金属層３５は、第四積層体４０の金属層４１（後述）と接合されている。この金属層３５は、例えば、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）および金（Ａｕ）を基板３４側からこの順に積層して構成されており、基板３４とオーミック接触している。従って、この金属層３５も、活性層３３への電流注入に用いる電極としての機能と、活性層３３から発せられた光を金属層３１側に反射するミラーとしての機能を有している。
【００２８】
第四積層体４０は、例えば、金属層４１（第五金属層）、コンタクト層４２、活性層４３（第三活性層）、基板４４（成長基板）および金属層４５（第六金属層）を第一積層体１０側からこの順に積層して構成されている。コンタクト層４２、活性層４３および基板４４を含む半導体層（第三半導体層）は、第四積層体４０の面内方向全体に形成されており、積層方向から見たときのこれらの形状および面積が互いに等しくなっている。従って、コンタクト層４２、活性層４３および基板４４を含む半導体層と、第三積層体３０のコンタクト層３２、活性層３３および基板３４とは、積層方向から見たときの形状および面積において互いに等しくなっている。一方、金属層４１は、金属層３１、コンタクト層３２、活性層３３および基板３４と比べると一回り小さな面積となっており、金属層３１、コンタクト層３２、活性層３３および基板３４のそれぞれの一部と非対向となるように形成されている。つまり、金属層４１の幅（径）Ｗ２は、金属層３１の幅（径）Ｗ１よりも小さくなっている。また、金属層４５は、金属層４１と比べると一回り小さな面積となっており、金属層４１の一部と非対向となるように形成されている。つまり、金属層４５の幅（径）Ｗ３は、金属層４５の幅（径）Ｗ２よりも小さくなっている。なお、図２には、金属層３５と金属層４１とが、積層方向から見たときの形状および面積において互いに等しくなっている場合が例示されている。
【００２９】
コンタクト層４２、活性層４３および基板４４は、活性層２３から発せられた光（例えば赤色の波長体（波長λ１）の光）と、活性層３３から発せられた光（例えば緑色の波長体（波長λ２（λ２＜λ１））の光）とを吸収しない光透過性の材料によって構成されている。コンタクト層４２は、例えばｐ型ＡｌＧａＩｎＮからなる。活性層４３は、例えばノンドープのＡｌＧａＩｎＮからなり、例えば青色の波長体（波長λ３（λ３＜λ２））の光を発するようになっている。基板４４は、コンタクト層４２、活性層４３および基板４４を含む半導体層の結晶成長に用いた成長基板であり、例えばｎ型ＧａＮ基板である。
【００３０】
金属層４１は、第三積層体３０の金属層３５と接合されている。この金属層４１は、例えば、Ａｇ、ＴｉおよびＡｕをコンタクト層４２側からこの順に積層して構成されており、コンタクト層４２とオーミック接触している。この金属層４１のうちコンタクト層４２との接触部分は、金属層４１の面内方向全体に形成されており、少なくとも金属層４５との非対向領域に形成されている。従って、この金属層４１は、活性層４３への電流注入に用いる電極としての機能と、活性層４３から発せられた光を第四積層体４０の上方に反射するミラーとしての機能を有している。一方、金属層４５は、例えば、外部回路とボンディングワイヤを介して接続される。この金属層４５は、例えば、Ｔｉ、ＮｉおよびＡｕを基板４４側からこの順に積層して構成されており、基板４４とオーミック接触している。従って、この金属層４５も、活性層４３への電流注入に用いる電極としての機能と、活性層４３から発せられた光を金属層４１側に反射するミラーとしての機能を有している。
【００３１】
次に、図３〜図５を参照して上記発光ダイオード１の製造方法について説明する。
【００３２】
なお、以下の説明において、符号の末尾に付いているＤ（例えば、活性層２３Ｄにおける末尾の「Ｄ」）は、ダイシングによりチップ状に成形する前のウェハの状態であることを示しており、符号の末尾にＤの付いたものは符号の末尾にＤの付いていないものと同様の組成からなる。また、図５（Ｃ）に示した、積層方向に垂直な一点鎖線はチップ状に成形する際にダイシングすることとなる箇所を表している。
【００３３】
まず、図３（Ａ）に示したように、例えばｎ型ＧａＮからなる基板１４Ｄの表面に、エッチングストップ層１５、コンタクト層２４Ｄ、活性層２３Ｄ、コンタクト層２２Ｄをこの順に積層したのち、更にコンタクト層２２Ｄ上に金属層２１Ｄを形成する。以下、これを第一ウェハ１００という。次に、例えば、支持基板１１Ｄの表面に金属層１２Ｄを形成する。以下、これを第二ウェハ２００という。次に、図３（Ｂ）に示したように、第一ウェハ１００および第二ウェハ２００を、金属層２１Ｄおよび金属層１２Ｄを互いに対向させた状態で、所定の温度および所定の圧力を加えて貼り合わせる。続いて、図３（Ｃ）に示したように、例えばウエットエッチング法により、基板１４およびエッチングストップ層１５を除去する。次に、図３（Ｄ）に示したように、例えば真空蒸着法により、コンタクト層２２Ｄの表面上に円板状の金属層２５を形成する。
【００３４】
次に、図４（Ａ）に示したように、基板３４Ｄの表面に、活性層３３Ｄ、コンタクト層３２Ｄをこの順に積層したのち、更にコンタクト層３２Ｄ上に金属層３１を形成する。以下、これを第三ウェハ３００という。次に、図４（Ｂ）に示したように、互いに重ね合わされた第一ウェハ１００および第二ウェハ２００と、第三ウェハ３００とを、金属層２５，３１を互いに対向させた状態で、所定の温度および所定の圧力を加えて貼り合わせる。続いて、例えば、図４（Ｃ）に示したように、例えばウエットエッチング法により、必要に応じて、基板３４Ｄの厚さを調整したのち、例えば真空蒸着法により、基板３４Ｄの表面上に円板状の金属層３５を形成する。
【００３５】
次に、図５（Ａ）に示したように、基板４４Ｄの表面に、活性層４３Ｄ、コンタクト層４２Ｄをこの順に積層したのち、更にコンタクト層４２Ｄ上に金属層４１を形成する。以下、これを第四ウェハ４００という。次に、図５（Ｂ）に示したように、互いに重ね合わされた第一ウェハ１００、第二ウェハ２００および第三ウェハ３００と、第四ウェハ４００とを、金属層３５，４１を互いに対向させた状態で、所定の温度および所定の圧力を加えて貼り合わせる。続いて、例えば、図５（Ｃ）に示したように、例えばウエットエッチング法により、必要に応じて、基板４４Ｄの厚さを調整したのち、例えば真空蒸着法により、基板４４Ｄの表面上に円板状の金属層４５を形成する。そして、図５（Ｃ）に示したように、基板１１Ｄの裏面全体に金属層１３を形成したのち、第一ウェハ１００、第二ウェハ２００、第三ウェハ３００および第四ウェハ４００を、一点鎖線の箇所でダイシングしてチップ状に成形する。このようにして図１に示した発光ダイオード１が製造される。
【００３６】
次に、本実施の形態の発光ダイオード１の作用および効果について説明する。
【００３７】
本実施の形態の発光ダイオード１では、金属層４５と金属層１３との間に所定の電圧が印加されると、各活性層２３，３３，４３に電流が注入され、これにより電子と正孔の再結合による発光が生じる。この光は、発光ダイオード１内の金属層２１，２５，３１，３５，４１，４５により反射され外部に射出される。
【００３８】
ところで、本実施の形態では、金属層２５，３１，３５，４１，４５は、金属層２１の少なくとも一部と非対向となるように形成されている。これにより、活性層２３から発せられた光は金属層２１，２５のうち少なくとも金属層２１で反射され金属層２１のうち金属層３１，３５，４１，４５との非対向領域の直上から外部に向かう。ここで、３つの活性層２３，３３，４３は、発光波長の短い順に光射出面側から積層されているので、活性層２３から発せられた光Ｒは活性層３３で吸収されることなく活性層３３を透過し、さらに、活性層２３から発せられた光Ｒは活性層４３で吸収されることなく活性層４３を透過する。
【００３９】
また、金属層３５，４１，４５は、金属層３１の少なくとも一部とも非対向となるように形成されている。これにより、活性層３３から発せられた光Ｇは金属層３１，３５のうち少なくとも金属層３１で反射され、金属層３１のうち金属層３５，４１，４５との非対向領域の直上から外部に向かう。ここで、活性層４３は波長λ３（λ３＜λ２）の光を発することから、活性層３３から発せられた光Ｇは活性層４３で吸収されることなく活性層４３を透過する。
【００４０】
また、金属層４５は、金属層４１の少なくとも一部とも非対向となるように形成されている。これにより、活性層４３から発せられた光Ｂは金属層４１，４５のうち少なくとも金属層４１で反射され、金属層４１のうち金属層４５との非対向領域の直上から外部に向かう。ここで、第四積層体４０上には構造物が設けられていないので、活性層３３から発せられた光Ｂは、構造物の影響を受けることなく外部に向かう。
【００４１】
このように、本実施の形態では、各活性層２３，３３，４３から発せられた３色の光Ｒ，Ｇ，Ｂを、内部での吸収を極力抑えて効率よく外部に射出させることが可能である。これにより、１チップで、広色域の光を高効率に取り出すことが可能である。
【００４２】
［第二の実施の形態］
図７は、本発明の第二の実施の形態に係る発光ダイオード２（ＬＥＤ）の上面構成を表したものである。図８は、図７の発光ダイオード２のＡ−Ａ矢視方向の断面構成を表したものである。この発光ダイオード２は、第一の実施の形態の発光ダイオード１と同様、例えば、第一積層体１０、第二積層体２０、第三積層体３０および第四積層体４０をこの順に貼り合わせることにより、１チップ化したものである。
【００４３】
この発光ダイオード２は、電極層２１，３１に開口２１Ａ，３１Ａが設けられている点で、上記実施の形態の発光ダイオード１の構成と相違する。そこで、以下では、上記実施の形態との相違点について主に説明し、上記実施の形態との共通点についての説明を適宜省略するものとする。
【００４４】
電極層２１の開口２１Ａは、少なくとも第二積層体２０の電極層２５との対向領域に設けられている。これにより、活性層２３の発光領域は、電極層２５との非対向領域にだけになるので、例えば、図９に示したように、活性層２３から発せられた光Ｒが電極層２１と電極層２５との間で繰り返し反射され、ロスが生じるのを防止することができる。同様に、電極層３１の開口３１Ａは、少なくとも第三積層体３０の電極層３５との対向領域に設けられている。これにより、活性層３３の発光領域は、電極層３５との非対向領域にだけになるので、例えば、図９に示したように、活性層３３から発せられた光Ｇが電極層３１と電極層３５との間で繰り返し反射され、ロスが生じるのを防止することができる。
【００４５】
［変形例］
なお、上記第二の実施の形態において、活性層３３，４３のうち発光に寄与しない部分をなくすることも可能である。例えば、図１０に示したように、コンタクト層２２および活性層２３を含む半導体層に対して、金属層２５との対向領域に開口２０Ａを設け、さらに、コンタクト層３２および活性層３３含む半導体層に対して、金属層３５との対向領域に開口３０Ａを設けるようにしてもよい。
【００４６】
［第三の実施の形態］
図１１は、本発明の第三の実施の形態に係る発光ダイオード３（ＬＥＤ）の上面構成を表したものである。図１２は、図１１の発光ダイオード３のＡ−Ａ矢視方向の断面構成を表したものである。この発光ダイオード３は、第一の実施の形態の発光ダイオード１と同様、例えば、第一積層体１０、第二積層体２０、第三積層体３０および第四積層体４０をこの順に貼り合わせることにより、１チップ化したものである。
【００４７】
この発光ダイオード３では、例えば、図１１，１２に示したように、電極層２５，３１が微細な電極に分割され、電極層２５，３１の面内方向に規則的に間隙５１Ａが設けられており、かつ、電極層３５，４１も微細な電極に分割され、電極層３５，４１の面内方向に規則的に間隙５２Ａが設けられている。これにより、例えば、図１３に示したように、活性層２３から発せられた光Ｒが間隙５１Ａ，５２Ａを介して外部に射出され、活性層３３から発せられた光Ｇが間隙５２Ａを介して外部に射出される。その結果、活性層２３から発せられた光Ｒが電極層２１と電極層２５との間で繰り返し反射され、ロスが生じたり、活性層３３から発せられた光Ｇが電極層３１と電極層３５との間で繰り返し反射され、ロスが生じたりするのを防止することができる。
【００４８】
以上、複数の実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。
【００４９】
例えば、上記各実施の形態では、コンタクト層２４，３２，４２、基板３４の表面は特に加工されていなかったが、例えば、図１４に示したように、コンタクト層２４，３２，４２、基板３４の表面に反射率調整層５３を設けるようにしてもよい。この反射率調整層５３は、例えば、活性層２３，３３から発せられた光Ｒ，Ｇを透過する低反射率層となっている。この低反射率層は、例えば、低反射率部材によって構成されている。ここで、低反射率部材とは、例えば、屈折率が１（空気）より大きく、かつ一般的な半導体材料の屈折率（例えば３．５程度）よりも小さい材料、例えば、ＳｉＮ（屈折率＝２．０）などの光透過性材料を指している。
【００５０】
また、例えば、上記各実施の形態では、第三積層体３０および第四積層体４０には、支持基板１１との対向領域全体に基板３４，４４が設けられていたが、例えば、図１５、図１６（図１５のＡ−Ａ矢視方向の断面図）に示したように、基板３４，４４が支持基板１１の少なくとも一部と非対向となるように形成されると共に、基板４４が基板３４の少なくとも一部と非対向となるように形成されていてもよい。これにより、コンタクト層２４上には段差部３０Ｂが形成され、基板３５上には段差部４０Ｂが形成されるので、例えば、図１７に示したように、活性層２３から発せられた光Ｒが段差部３０Ｂから外部に射出され、活性層３３から発せられた光Ｇが段差部４０Ｂから外部に射出されるようになる。ただし、これら段差部３０Ｂ，４０Ｂを設けるために、製造過程において、基板３４，４４の一部を除去する工程を追加することが必要となる。
【００５１】
また、例えば、上記各実施の形態では、本発明を、３色の光Ｒ，Ｇ，Ｂを取り出す発光ダイオードに適用する場合について説明していたが、例えば、図１８〜図２２に示したように、２色の光Ｒ，Ｇ，Ｂを取り出す発光ダイオードにも、もちろん適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第一の実施の形態に係る発光ダイオードの上面図である。
【図２】図１の発光ダイオードの断面図である。
【図３】図１の発光ダイオードの製造工程を説明するための断面図である。
【図４】図３の続きの工程を説明するための概念図である。
【図５】図４の続きの工程を説明するための断面構成図である。
【図６】図１の発光ダイオードの作用について説明するための断面図である。
【図７】本発明の第二の実施の形態に係る発光ダイオードの上面図である。
【図８】図７の発光ダイオードの断面図である。
【図９】図７の発光ダイオードの作用について説明するための断面図である。
【図１０】図７の発光ダイオードの一変形例の断面図である。
【図１１】本発明の第三の実施の形態に係る発光ダイオードの上面図である。
【図１２】図１１の発光ダイオードの断面図である。
【図１３】図１２の発光ダイオードの作用について説明するための断面図である。
【図１４】図１の発光ダイオードの他の変形例の断面図である。
【図１５】図１の発光ダイオードのその他の変形例の断面図である。
【図１６】図１５の発光ダイオードの断面図である。
【図１７】図１５の発光ダイオードの作用について説明するための断面図である。
【図１８】図１の発光ダイオードの更にその他の変形例の断面図である。
【図１９】図７の発光ダイオードの他の変形例の断面図である。
【図２０】図１０の発光ダイオードの一変形例の断面図である。
【図２１】図１１の発光ダイオードの一変形例の断面図である。
【図２２】図１６の発光ダイオードの他の変形例の断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１，２，３…発光ダイオード、１０…第一積層体、１１…支持基板、１２，１３，２１，２５，３１，３５，４１，４５…金属層、１４，３４，４４…基板、１５…エッチングストップ層、２０…第二積層体、２０Ａ，３０Ａ，２１Ａ，３１Ａ…開口、２２，２４，３２，４２…コンタクト層、２３，３３，４３…活性層、３０…第三積層体、３０Ｂ，４０Ｂ…段差部、４０…第四積層体、５１，５２…間隙、５３…反射率調整層、１００…第一ウェハ、２００…第二ウェハ、３００…第三ウェハ、４００…第四ウェハ。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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