(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に反射層と活性層を含む化合物半導体層とを備えた発光ダイオードであって、
上面及び側面を有する支持構造部と、該支持構造部上に配置し、傾斜側面及び頂面を有するメサ型構造部とからなり、
前記支持構造部は少なくとも前記反射層の一部を含むものであって、前記上面から前記基板側に少なくとも前記反射層を越える位置まで延在する傾斜部を含み、該傾斜部を含む水平方向の断面積が前記上面に向かって連続的に小さく形成されてなり、
前記メサ型構造部は少なくとも前記活性層の一部を含むものであって、平面視して矩形であり、４つの前記傾斜側面は順テーパーで構成され、水平方向の断面積が前記頂面に向かって連続的に小さく形成されてなり、
前記支持構造部及び前記メサ型構造部はそれぞれ、少なくとも一部は保護膜、電極膜によって順に覆われてなり、
前記保護膜は、前記上面の少なくとも一部と、前記側面のうち少なくとも傾斜部と、前記傾斜側面の全面と、前記頂面の周縁領域とを少なくとも覆うとともに、平面視して前記周縁領域の内側に前記化合物半導体層の表面の一部を露出する通電窓を有し、
前記電極層は、前記通電窓から露出された化合物半導体層の表面に直接接触すると共に、前記上面上に形成された保護膜の一部と前記傾斜側面に形成された保護膜の全面を少なくとも覆い、前記メサ型構造部の頂面上に光射出孔を有するように形成された連続膜である、ことを特徴とする発光ダイオード。
【請求項２】
前記反射層がＤＢＲ反射層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】
前記活性層の基板と反対側に上部ＤＢＲ反射層を備えた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】
前記傾斜部が二以上の傾斜部分からなり、各傾斜部分を含む水平方向の断面積はそれぞれ前記上面に向かって連続的に小さく、前記上面に近い傾斜部分を含む水平方向の断面積の方が前記上面に遠い傾斜部分を含む水平方向の断面積よりも小さいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項５】
前記電極層及び／又は前記保護膜上に光漏れ防止膜を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいず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が、前記電極層に接触するコンタクト層を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項７】
前記メサ型構造部が前記活性層のすべてと、前記反射層の一部または全部を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項８】
前記メサ型構造部の各傾斜側面は前記基板のオリエンテーションフラットに対してオフセットして形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項９】
前記メサ型構造部の高さが３〜７μｍであって、平面視した前記傾斜側面の幅が０．５〜７μｍであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項１０】
前記光射出孔は平面視して円形又は楕円であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項１１】
前記光射出孔の径が５０〜１５０μｍであることを特徴とする請求項１０に記載の発光ダイオード。
【請求項１２】
前記電極層の前記上面上の部分にボンディングワイヤを有することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項１３】
前記活性層に含まれる発光層が多重量子井戸からなることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項１４】
前記活性層に含まれる発光層が（（ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ１≦１，０＜Ｙ１≦１）、（ＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２）Ａｓ（０≦Ｘ２≦１）、（ＩｎＸ３Ｇａ１−Ｘ３）Ａｓ（０≦Ｘ３≦１））のいずれかからなることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項１５】
上面及び側面を有する支持構造部と、該支持構造部上に配置し、傾斜側面及び頂面を有するメサ型構造部とからなる発光ダイオードの製造方法であって、
基板上に、反射層と活性層を含む化合物半導体層とを形成する工程と、
前記化合物半導体層に第１のウェットエッチングを行って、平面視して矩形で、４つの前記傾斜側面が順テーパー状であって、頂面に向かって水平方向の断面積が連続的に小さく形成されてなるメサ型構造部と、該メサ型構造部の周囲に配置する、支持構造部の上面とを形成する工程と、
個片化用切断ラインに沿って第２のウェットエッチングを行って、支持構造部の側面の傾斜部を形成する工程と、
前記傾斜部と、前記上面の少なくとも一部と、前記傾斜側面の全面と、前記頂面の周縁領域とを少なくとも覆うとともに、平面視して前記周縁領域の内側に前記化合物半導体層の表面の一部を露出する通電窓を有するように、前記支持構造部及びメサ型構造部上に保護膜を形成する工程と、
前記通電窓から露出された化合物半導体層の表面に直接接触すると共に、前記上面上に形成された保護膜の一部と前記傾斜側面に形成された保護膜の全面を少なくとも覆い、前記メサ型構造部の頂面上に光射出孔を有するように、連続膜である電極層を形成する工程と、を有することを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
【請求項１６】
前記第１及び第２のウェットエッチングを、リン酸／過酸化水素水混合液、アンモニア／過酸化水素水混合液、ブロムメタノール混合液、ヨウ化カリウム／アンモニアの群から選択される少なくとも１種以上を用いて行うことを特徴とする請求項１５に記載の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、発光ダイオード及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発光層で発生した光を素子上面の一部から取り出す点光源型の発光ダイオードが知られている。この型の発光ダイオードにおいて、発光層における通電領域をその面内の一部に制限するための電流狭窄構造を有するものが知られている（例えば、特許文献１）。電流狭窄構造を有する発光ダイオードでは、発光領域が限定され、その領域の真上に設けられた光射出孔から光を射出させるため、高い光出力が得られると共に射出させた光を光学部品等に効率良く取り込むことが可能である。
【０００３】
点光源型の発光ダイオードのうち特に、共振器型発光ダイオード（ＲＣＬＥＤ：Resonant-Cavity Light Emitting Diode）は、２つのミラーからなる共振器内で発生する定在波の腹が共振器内に配置した発光層に位置するように構成すると共に、光出射側のミラーの反射率を基板側のミラーの反射率よりも低く設定することによりレーザ発振させないでＬＥＤモードで動作する、高効率の発光素子である（特許文献２，３）。共振器型発光ダイオードは通常の発光ダイオードと比較して、共振器構造の効果によって、発光スペクトル線幅が狭い、出射光の指向性が高い、自然放出によるキャリア寿命が短いため高速応答が可能である、等の特徴があるため、センサなどに適している。
【０００４】
共振器型発光ダイオードにおいて、基板に平行な方向において発光領域を狭くするために上部ミラー層及び活性層等をピラー構造とし、そのピラー構造の頂面の光取り出し面に光出射用の開口を有する層を備えた構成が知られている（例えば、特許文献４）。
図１３は、基板３１上に、下部ミラー層３２と、活性層３３と、上部ミラー層３４と、コンタクト層３５とを順に備えた共振器型発光ダイオードであって、活性層３３と、上部ミラー層３４と、コンタクト層３５とをピラー構造３７とし、ピラー構造３７及びその周囲を保護膜３８で被覆し、その保護膜３８上に電極膜３９を形成し、ピラー構造３７の頂面３７ａ（光取り出し面）において電極膜３９に光出射用の開口３９ａを形成した共振器型発光ダイオードを示す。符号４０は裏面電極である。
【０００５】
図１３で示したようなピラー構造の電流狭窄構造は、共振器型ではない点光源型の発光ダイオードにおいても適用が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３１８４２号公報
【特許文献２】特開２００２−７６４３３号公報
【特許文献３】特開２００７−２９９９４９号公報
【特許文献４】特開平９−２８３８６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記ピラー構造を形成する際、活性層等を成膜した後の、ピラー構造以外の部分の除去を異方性のドライエッチングによって実施するため、図１３に示すように、ピラー構造３７の側面３７ｂは基板３１に対して垂直あるいは急傾斜に形成されてしまう。このピラー構造の側面には通常、蒸着法やスパッタ法によって保護膜が形成された後、蒸着法によって電極用金属（例えば、Ａｕ）膜を形成するが、この垂直あるいは急傾斜の側面に、保護膜や電極用金属膜を一様な膜厚で形成するのは容易ではなく、不連続な膜になりやすいという問題がある。保護膜が不連続な膜になった場合（図１３中の符号Ａ）には、その不連続部分に電極用金属膜が入り込んで活性層等に接触してリークの原因になる。また、電極用金属膜が不連続な膜になった場合（図１３中の符号Ｂ）には、通電不良の原因になる。
【０００８】
また、図１３で示した発光ダイオードでは、ピラー構造を支持する構造３２の側面３２ａが露出しているため、側面が大気や大気中の水分と接触して劣化してしまうという問題がある。特に、下部ミラー層３２がＡｌの組成が高い半導体層の場合、側面が酸化して特性が低下してしまう。
【０００９】
また、ピラー構造以外の部分の除去をドライエッチングで行うと、高価な装置が必要となり、エッチング時間も長くかかるという問題もある。
【００１０】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、保護膜及びその上に形成された電極膜が均一な膜厚で形成され、安定で高輝度の発光が担保されていると共に、側面の劣化が防止され、高信頼性及び長寿命化が図られている発光ダイオード、及び、リークや通電不良を低減して歩留まりが向上すると共に従来より低コストで製造可能な発光ダイオード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】
【００１１】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
（１）基板上に反射層と活性層を含む化合物半導体層とを備えた発光ダイオードであって、上面及び側面を有する支持構造部と、該支持構造部上に配置し、傾斜側面及び頂面を有するメサ型構造部とからなり、前記支持構造部は少なくとも前記反射層の一部を含むものであって、その側面が、ウェットエッチングによって形成され、前記上面から前記基板側に少なくとも前記反射層を越える位置まで延在する傾斜部を含み、該傾斜部を含む水平方向の断面積が前記上面に向かって連続的に小さく形成されてなり、前記メサ型構造部は少なくとも前記活性層の一部を含むものであって、その傾斜側面がウェットエッチングによって形成されてなると共に、水平方向の断面積が前記頂面に向かって連続的に小さく形成されてなり、前記支持構造部及び前記メサ型構造部はそれぞれ、少なくとも一部は保護膜、電極膜によって順に覆われてなり、前記保護膜は、前記上面の少なくとも一部と、前記側面のうち少なくとも傾斜部と、前記傾斜側面と、前記頂面の周縁領域とを少なくとも覆うとともに、平面視して前記周縁領域の内側に前記化合物半導体層の表面の一部を露出する通電窓を有し、前記電極層は、前記通電窓から露出された化合物半導体層の表面に直接接触すると共に、前記上面上に形成された保護膜の一部を少なくとも覆い、前記メサ型構造部の頂面上に光射出孔を有するように形成された連続膜である、ことを特徴とする発光ダイオード。
（２）前記反射層がＤＢＲ反射層であることを特徴とする（１）に記載の発光ダイオード。
（３）前記活性層の基板と反対側に上部ＤＢＲ反射層を備えたことを特徴とする（２）に記載の発光ダイオード。
（４）前記傾斜部が二以上の傾斜部分からなり、各傾斜部分を含む水平方向の断面積はそれぞれ前記上面に向かって連続的に小さく、前記上面に近い傾斜部分を含む水平方向の断面積の方が前記上面に遠い傾斜部分を含む水平方向の断面積よりも小さいことを特徴とする（１）〜（３）のいずれか一つに記載の発光ダイオード。
（５）前記電極層及び／又は前記保護膜上に光漏れ防止膜を備えたことを特徴とする（１）〜（４）のいずれか一つに記載の発光ダイオード。
（６）前記化合物半導体層が、前記電極層に接触するコンタクト層を有することを特徴とする（１）〜（５）のいずれか一つに記載の発光ダイオード。
（７）前記メサ型構造部が前記活性層のすべてと、前記反射層の一部または全部を含むことを特徴とする（１）〜（６）のいずれか一つに記載の発光ダイオード。
（８）前記メサ型構造部は平面視して矩形であることを特徴とする（１）〜（７）のいずれか一つに記載の発光ダイオード。
（９）前記メサ型構造部の各傾斜側面は前記基板のオリエンテーションフラットに対してオフセットして形成されていることを特徴とする（８）に記載の発光ダイオード。
（１０）前記メサ型構造部の高さが３〜７μｍであって、平面視した前記傾斜側面の幅が０．５〜７μｍであることを特徴とする（１）〜（９）のいずれか一つに記載の発光ダイオード。
（１１）前記光射出孔は平面視して円形又は楕円であることを特徴とする（１）〜（１０）のいずれか一つに記載の発光ダイオード。
（１２）前記光射出孔の径が５０〜１５０μｍであることを特徴とする（１１）に記載の発光ダイオード。
（１３）前記電極層の前記上面上の部分にボンディングワイヤを有することを特徴とする（１）〜（１２）のいずれか一つに記載の発光ダイオード。
（１４）前記活性層に含まれる発光層が多重量子井戸からなることを特徴とする（１）〜（１３）のいずれか一つに記載の発光ダイオード。
（１５）前記活性層に含まれる発光層が（（ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ１≦１，０＜Ｙ１≦１）、（ＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２）Ａｓ（０≦Ｘ２≦１）、（ＩｎＸ３Ｇａ１−Ｘ３）Ａｓ（０≦Ｘ３≦１））のいずれかからなることを特徴とする（１）〜（１４）のいずれか一つに記載の発光ダイオード。
（１６）上面及び側面を有する支持構造部と、該支持構造部上に配置し、傾斜側面及び頂面を有するメサ型構造部とからなる発光ダイオードの製造方法であって、基板上に、反射層と活性層を含む化合物半導体層とを形成する工程と、前記化合物半導体層に第１のウェットエッチングを行って、頂面に向かって水平方向の断面積が連続的に小さく形成されてなるメサ型構造部と、該メサ型構造部の周囲に配置する、支持構造部の上面とを形成する工程と、個片化用切断ラインに沿って第２のウェットエッチングを行って、支持構造部の側面の傾斜部を形成する工程と、前記傾斜部と前記上面の少なくとも一部とを覆うと共に、前記メサ型構造部の頂面に前記化合物半導体層の表面の一部を露出する通電窓を有するように、前記支持構造部及びメサ型構造部上に保護膜を形成する工程と、前記通電窓から露出された化合物半導体層の表面に直接接触すると共に、前記上面上に形成された保護膜の一部を少なくとも覆い、前記メサ型構造部の頂面上に光射出孔を有するように、連続膜である電極層を形成する工程と、を有することを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
（１７）前記第１及び第２のウェットエッチングを、リン酸／過酸化水素水混合液、アンモニア／過酸化水素水混合液、ブロムメタノール混合液、ヨウ化カリウム／アンモニアの群から選択される少なくとも１種以上を用いて行うことを特徴とする（１６）に記載の発光ダイオードの製造方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の発光ダイオードによれば、上面及び側面を有する支持構造部と、該支持構造部上に配置し、傾斜側面及び頂面を有するメサ型構造部とからなる構成を採用したので、高い光出力が得られると共に射出させた光を光学部品等に効率良く取り込むことが可能である。
また、メサ型構造部の傾斜側面はウェットエッチングによって形成されてなると共にメサ型構造部が頂面に向かって水平方向の断面積が連続的に小さく形成されてなる構成において、支持構造部及びメサ型構造部はそれぞれ、少なくとも一部は保護膜、電極膜によって順に覆われてなり、保護膜は、上面の少なくとも一部と、側面のうち少なくとも傾斜部と、傾斜側面と、頂面の周縁領域とを少なくとも覆うとともに、平面視して周縁領域の内側に化合物半導体層の表面の一部を露出する通電窓を有し、電極層は、通電窓から露出された化合物半導体層の表面に直接接触すると共に、前記上面上に形成された保護膜の一部を少なくとも覆い、前記メサ型構造部の頂面上に光射出孔を有するように形成された連続膜である構成を採用したので、垂直側面の場合に比べて側面に保護膜及びその上の電極膜を形成しやすいために均一な膜厚で連続な膜が形成されるため、不連続な膜に起因したリークや通電不良がなく、安定で高輝度の発光が担保されている。かかる効果は、ウェットエッチングによって形成されてなる傾斜側面を有するメサ型構造部を備えていれば奏する効果であり、発光ダイオードの内部の積層構造や基板の構成によらずに得られる効果である。
また、支持構造部は少なくとも反射層の一部を含むものであって、その側面が、ウェットエッチングによって形成され、上面から基板側に少なくとも反射層を越える位置まで延在する傾斜部を含み、該傾斜部を含む水平方向の断面積が上面に向かって連続的に小さく形成されてなる構成において、保護膜は、上面の少なくとも一部と、側面のうち少なくとも傾斜部と、傾斜側面と、頂面の周縁領域とを少なくとも覆う構成を採用したので、支持構造部の反射層の側面は保護膜で被覆されており、反射層の側面が大気や水分と接触して劣化することが防止され、高信頼性及び長寿命化が図られている。かかる効果は、ウェットエッチングによって形成されてなる傾斜側面を有するメサ型構造部を備えていれば奏する効果であり、発光ダイオードの内部の積層構造や基板の構成によらずに得られる効果である。
【００１３】
本発明の発光ダイオードによれば、反射層がＤＢＲ反射層である構成を採用することにより、発光スペクトル線幅が狭い発光が可能となる。また、さらに、活性層の基板と反対側に上部ＤＢＲ反射層を備えた構成を採用することにより、発光スペクトル線幅が狭く、出射光の指向性が高く、高速応答が可能となる。
【００１４】
本発明の発光ダイオードによれば、反射層が金属からなる構成を採用することにより、発光層で発光した光を高い反射率で反射して高い光出力が可能となる。
【００１５】
本発明の発光ダイオードによれば、傾斜部が二以上の傾斜部分からなり、各傾斜部分を含む水平方向の断面積はそれぞれ上面に向かって連続的に小さく、上面に近い傾斜部分を含む水平方向の断面積の方が上面に遠い傾斜部分を含む水平方向の断面積よりも小さい構成を採用することにより、垂直側面の場合に比べて側面に保護膜及びその上の電極膜を形成しやすいために均一な膜厚で連続な膜が形成されるため、不連続な膜に起因したリークや通電不良がなく、安定で高輝度の発光が担保されている。
【００１６】
本発明の発光ダイオードによれば、電極層及び／又は保護膜上に光漏れ防止膜を備えた構成を採用することにより、活性層で発光した光が電極層及び／又は保護膜を透過して素子外に漏れることを防止できる。
【００１７】
本発明の発光ダイオードによれば、化合物半導体層が電極層に接触するコンタクト層を有する構成を採用することにより、オーミック電極の接触抵抗を下げて低電圧駆動が可能となる。
【００１８】
本発明の発光ダイオードによれば、メサ型構造部は活性層のすべてと、反射層の一部または全部を含む構成を採用することにより、発光は全て、メサ型構造部内で生ずることになり、光取り出し効率が向上する。
【００１９】
本発明の発光ダイオードによれば、メサ型構造部を平面視して矩形である構成を採用することにより、製造時のウェットエッチングにおける異方性の影響によりエッチング深さによりメサ形状が変化することが抑制され、メサ部面積の制御が容易なので、高精度の寸法形状が得られている。
【００２０】
本発明の発光ダイオードによれば、メサ型構造部の各傾斜側面が基板のオリエンテーションフラットに対してオフセットして形成されている構成を採用することにより、矩形メサ型構造部を構成する４辺に対し基板方位による異方性の影響が緩和されているため、均等なメサ形状・勾配が得られている。
【００２１】
本発明の発光ダイオードによれば、メサ型構造部の高さが３〜７μｍであって、平面視した傾斜側面の幅が０．５〜７μｍである構成を採用することにより、垂直側面の場合に比べて側面に保護膜及びその上の電極膜を形成しやすいために均一な膜厚で連続な膜が形成されるため、不連続な膜に起因したリークや通電不良がなく、安定で高輝度の発光が担保されている。
【００２２】
本発明の発光ダイオードによれば、光射出孔が平面視して円形又は楕円である構成を採用することにより、矩形等の角を持つ構造に比べ均一なコンタクト領域を形成しやすく、角部での電流集中等の発生を抑制できる。また、受光側でのファイバー等への結合に適している。
【００２３】
本発明の発光ダイオードによれば、光射出孔の径が５０〜１５０μｍである構成を採用することにより、５０μm未満ではメサ型構造部での電流密度が高くなり、低電流で出力が飽和してしまう一方、１５０μmを超えるとメサ型構造部全体への電流拡散が困難であるため、注入電流に対する発光効率が低下するという問題が回避されている。
【００２４】
本発明の発光ダイオードによれば、電極層の上面上の部分にボンディングワイヤを有する構成を採用することにより、十分な荷重（及び超音波）をかけられる上面にワイヤボンディングがなされているので、接合強度の強いワイヤボンディングが実現されている。
【００２５】
本発明の発光ダイオードによれば、活性層に含まれる発光層が多重量子井戸からなる構成を採用することにより、単色性に優れた発光を行うことができる。
【００２６】
本発明の発光ダイオードの製造方法によれば、化合物半導体層に第１のウェットエッチングを行って、頂面に向かって水平方向の断面積が連続的に小さく形成されてなるメサ型構造部と、該メサ型構造部の周囲に配置する、支持構造部の上面とを形成する工程と、個片化用切断ラインに沿って第２のウェットエッチングを行って、支持構造部の側面の傾斜部を形成する工程と、傾斜部と上面の少なくとも一部とを覆うと共に、メサ型構造部の頂面に化合物半導体層の表面の一部を露出する通電窓を有するように、支持構造部及びメサ型構造部上に保護膜を形成する工程と、通電窓から露出された化合物半導体層の表面に直接接触すると共に、前記上面上に形成された保護膜の一部を少なくとも覆い、前記メサ型構造部の頂面上に光射出孔を有するように、連続膜である電極層を形成する工程と、を有する構成を採用したので、高い光出力を有すると共に射出させた光を光学部品等に効率良く取り込むことが可能であると共に、垂直側面の場合に比べて傾斜斜面に保護膜及びその上の電極膜を形成しやすいために均一な膜厚で連続な膜が形成されるため、不連続な膜に起因したリークや通電不良がなく、安定で高輝度の発光が担保された発光ダイオードを製造することができる。従来の異方性のドライエッチングによりピラー構造を形成すると側面が垂直に形成されるが、（第１の）ウェットエッチングによりメサ型構造部を形成することにより、側面を緩やかな傾斜の側面を形成することができる。また、（第１の）ウェットエッチングによりメサ型構造部を形成することにより、従来のドライエッチングによってピラー構造を形成する場合に比べて形成時間が短縮することができる。
また、個片化用切断ラインに沿って第２のウェットエッチングを行って、支持構造部の側面の傾斜部を形成する工程と、傾斜部を覆う保護膜を形成する工程と、を有する構成を採用したので、側面が大気や水分と接触して劣化してしまうことが防止された発光ダイオードを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態である発光ダイオードの断面摸式図である。
【図２】本発明の一実施形態である発光ダイオードの斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態である発光ダイオードの傾斜斜面の断面を示す電子顕微鏡写真である。
【図４】本発明の一実施形態である発光ダイオードの活性層の断面摸式図である。
【図５】本発明の他の実施形態である発光ダイオードの断面摸式図である。
【図６】本発明のさらに他の実施形態である発光ダイオードの断面摸式図である。
【図７】本発明の一実施形態である発光ダイオードの製造方法を説明するための断面摸式図である。
【図８】本発明の一実施形態である発光ダイオードの製造方法を説明するための断面摸式図である。
【図９】ウェットエッチングのエッチング時間に対する深さ及び幅の関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の一実施形態である発光ダイオードの製造方法を説明するための断面摸式図である。
【図１１】発光ダイオードの直上における光スペクトルの測定結果を示すグラフである。
【図１２】発光した光の指向性の測定結果を示すグラフである。
【図１３】従来の発光ダイオードの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明を適用した発光ダイオード及びその製造方法について、添付図面を参照して詳細に説明する。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は実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
なお、本発明の効果を損ねない範囲で以下に記載していない層を備えてもよい。
【００２９】
〔発光ダイオード（第１の実施形態）〕
図１に、本発明を適用した発光ダイオードの一例である共振器型発光ダイオードの断面模式図である。図２は、図１で示した発光ダイオードを含むウェハ基板上に形成された発光ダイオードの斜視図である。
以下に、図１及び図２を参照して、本発明を適用した一実施形態の発光ダイオードについて詳細に説明する。
【００３０】
図１に示す発光ダイオード１００は、基板１上に反射層２と活性層３を含む化合物半導体層とを備えた発光ダイオードであって、上面６ａ及び側面６ｂを有する支持構造部６と、該支持構造部６上に配置し、傾斜側面７ａ及び頂面７ｂを有するメサ型構造部７とからなり、支持構造部６は少なくとも反射層２の一部を含むものであって、その側面６が、ウェットエッチングによって形成され、上面６ａから基板１側に少なくとも反射層２を越える位置まで延在する傾斜部６ｂａを含み、該傾斜部６ｂａを含む水平方向の断面積が上面６ａに向かって連続的に小さく形成されてなり、メサ型構造部７は少なくとも活性層３の一部を含むものであって、その傾斜側面７ａがウェットエッチングによって形成されてなると共に、水平方向の断面積が頂面７ｂに向かって連続的に小さく形成されてなり、支持構造部６及びメサ型構造部７はそれぞれ、少なくとも一部は保護膜８、電極膜９によって順に覆われてなり、保護膜８は、上面６ａの少なくとも一部と、側面６ｂのうち少なくとも傾斜部６ｂａと、傾斜側面７ａと、頂面７ｂの周縁領域７ｂａとを少なくとも覆うとともに、平面視して周縁領域７ｂａの内側に化合物半導体層（コンタクト層５）の表面の一部を露出する通電窓８ｂを有し、電極層９は、通電窓８ｂから露出された化合物半導体層の表面に直接接触すると共に、上面６ａ上に形成された保護膜８の一部を少なくとも覆い、メサ型構造部７の頂面７ｂ上に光射出孔を有するように形成された連続膜であって、反射層２はＤＢＲ反射層（下部ＤＢＲ反射層）であり、活性層３の基板１と反対側に上部ＤＢＲ反射層４を備え、化合物半導体層は電極層９に接触するコンタクト層５を有するものである。
支持構造部６の側面６ｂは、傾斜部６ｂａ（本実施形態では、反射層２の側面と基板１の側面とからなる）と、基板の側面の一部６ｂｂとからなる。
支持構造部６の側面６ｂの傾斜部６ｂａ上に保護膜を介して光漏れ防止膜２４を備えている。
本実施形態のメサ型構造部７は、平面視して矩形であり、電極層９の光射出孔９ｂは平面視して円形である。メサ型構造部７の平面視は矩形に限定されず、また、光射出孔９ｂの平面視も円形に限定されない。
また、基板１の下面側には裏面電極１０（図５参照）が形成される。
【００３１】
本発明の発光ダイオードは、図２に示すように、ウェハ状の基板上に多数の発光ダイオード１００を作製した後、各発光ダイオードごとにストリート２１（点線２２はストリート２１の長手方向の中心線）に沿って切断することにより製造することができる。すなわち、点線２２に沿ってストリート２１の部分にレーザーやブレード等を当てることにより、各発光ダイオードごとに切断することができる。
【００３２】
メサ型構造部７は、上面６ａに対して上方に突出した構造であり、傾斜側面７ａと頂面７ｂとを有する。図１で示した例の場合、傾斜側面７ａは、活性層３の全層、上部ＤＢＲ層４及びコンタクト層５の傾斜断面からなり、傾斜側面７ａの上に、保護膜８、電極層(おもて面電極層)９が順に設けられている。頂面７ｂは、コンタクト層５の表面からなり、頂面７ｂの上に、保護膜８（符号８ｂａ及び符号８ｄの部分）と、電極膜９（符号９ｂａ、９ｂｂ及び９ｄの部分）とが設けられている。
【００３３】
本発明のメサ型構造部７はその内部に少なくとも活性層３の一部を含むものである。
図１で示した例の場合、メサ型構造部７はその内部に、コンタクト層５と、上部ＤＢＲ層４と、活性層３の全層とを含む。メサ型構造部７の内部には、活性層３の一部だけを含んでもよいが、活性層３の全層がメサ型構造部７の内部に含まれるのが好ましい。活性層３で発光した光を全てメサ型構造部内で生ずることになり、光取り出し効率が向上するからである。また、メサ型構造部７の内部に下部ＤＢＲ層２の一部を含んでもよい。
【００３４】
また、メサ型構造部７は、その傾斜側面７ａがウェットエッチングによって形成されてなると共に、基板１側から頂面７ｂ（上方）に向かって水平方向の断面積が連続的に小さく形成されてなる。傾斜側面７ａはウェットエッチングによって形成されたものなので、下に凸状に形成されてなる。メサ型構造部７の高さｈは３〜７μｍであって、平面視した傾斜側面７ａの幅ｗが０．５〜７μｍであるのが好ましい。この場合、メサ型構造部７の側面が垂直若しくは急傾斜でなく、緩やかな傾斜であるために、保護膜や電極用金属膜を一様な膜厚で形成するのが容易となり、不連続な膜になるおそれがなく、そのため、不連続な膜に起因したリークや通電不良がなく、安定で高輝度の発光が担保されるからである。また、高さが７μｍを超えるまでウェットエッチングを行うと、傾斜側面がオーバーハング形状（逆テーパ状）になりやすくなるので好ましくない。オーバーハング形状（逆テーパ状）では保護膜や電極膜を均一な膜厚で不連続箇所なく形成することが垂直側面の場合よりもさらに困難になる。
なお、本明細書において、高さｈとは、上面６ａ上の保護膜を介して形成された電極膜９（符号９ｃの部分）の表面から、保護膜８の符号８ｂａの部分を覆う電極膜９（符号９ｂａの部分）の表面までの垂直方向の距離（図１参照）をいう。また、幅ｗとは、保護膜８の符号８ｂａの部分を覆う電極膜９（符号９ｂａの部分）のエッジからそのエッジにつながった傾斜側面の電極膜９（符号９ａの部分）の最下のエッジの水平方向の距離（図１参照）をいう。
【００３５】
図３は、メサ型構造部７近傍の断面の電子顕微鏡写真である。
図３で示した例の層構成は、コンタクト層がＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなり、その層厚が３μｍである点以外は、後述する実施例と同様な構成である。
【００３６】
本発明のメサ型構造部はウェットエッチングによって形成されてなるので、その頂面側から基板側へ行くほど（図で下方に行くほど）、メサ型構造部の水平断面積（又は、幅もしくは径）の増大率が大きくなるように形成されている。この形状によってメサ型構造部がドライエッチングではなく、ウェットエッチングによって形成されたものであることを判別することができる。
図３で示した例では、高さｈは７μｍであり、幅ｗは３．５〜４．５μｍであった。
【００３７】
メサ型構造部７は、平面視して矩形であるのが好ましい。製造時のウェットエッチングにおける異方性の影響でエッチング深さによりメサ形状が変化することが抑制され、メサ型構造部の各面の面積の制御が容易なので、高精度の寸法形状が得られるからである。
【００３８】
発光ダイオードにおけるメサ型構造部７の位置は、図1及び図２に示すように、素子の小型化のためには発光ダイオードの長軸方向の一方に片寄っているのが好ましい。上面６ａはボンディングワイヤ（図示せず）を取り付けるのに要する広さが必要であるため、狭くするのには限界があり、メサ型構造部７をもう一方に寄せることにより、支持構造部６の上面６ａの範囲を最小化でき、素子の小型化を図ることができるからである。
【００３９】
支持構造部６は、メサ型構造部７の下部に配置する構造であり、上面６ａ及び側面６ｂを外面として有する。その側面６ｂは、ウェットエッチングによって形成され、上面６ａから基板１側に少なくとも反射層２を越える位置まで延在する傾斜部６ｂａを含む。支持構造部６は、この傾斜部６ｂａを含む水平方向の断面積は上面６ａ（上方）に向かって連続的に小さく形成されてなるものである。傾斜部６ｂａを除く側面を含む水平方向の断面積は変わらない。
【００４０】
傾斜部６ｂａは、その高さが７μｍを超えるまでウェットエッチングを行うと、オーバーハング形状（逆テーパ状）になりやすくなるので、７μｍ以下であることが好ましい。
【００４１】
傾斜部６ｂａは複数の傾斜部分からなってもよい。この場合、各傾斜部分を含む水平方向の断面積はそれぞれ上面（上方）に向かって連続的に小さく、上面に近い（上方側の）傾斜部分を含む水平方向の断面積ほど大きくなるように、各傾斜部分を形成する。特に、メサ型構造部を形成する際と同様に、傾斜部６ｂａの高さが７μｍを超える場合には一つの傾斜部分をウェットエッチングで形成すると、オーバーハング形状（逆テーパ状）になりやすくなるので、７μｍ以下の複数の傾斜部分で傾斜部６ｂａを形成するのが好ましい。
また、ウェットエッチングによって傾斜部を深く（高く）形成すると、横方向にもエッチングが進むのでメサ型構造部が小さくなり発光面積が小さくなるという問題や、傾斜部において傾斜の角度が垂直に近い範囲が長くなるという問題や、エッチングの異方性の影響で平面視して縦と横のエッチング速度が異なるため一方向だけより深く形成されてしまうという問題もあるので、傾斜部を深く（高く）形成する場合には複数段の傾斜部分からなるのが好ましい。
【００４２】
上面６ａは、メサ型構造部７の周囲に配置する部分である。本発明では、ワイヤボンディングが、メサ型構造部７ではなく、十分な荷重（及び超音波）をかけることが可能な、電極層の上面に位置する部分になされるので、接合強度の強いワイヤボンディングが実現できる。
【００４３】
上面６ａの上には、保護膜８、電極層(おもて面電極層)９が順に形成されており、上面６ａの上の電極層９上にはボンディングワイヤ（図示せず）が取り付けられる。上面６ａの保護膜８の直下に配置する材料は、メサ型構造部７の内部の構成により決まる。図１で示した例の場合、メサ型構造部７の内部はコンタクト層５と、上部ＤＢＲ層４と、活性層３の全層とを含み、活性層３の直下の層である下部ＤＢＲ層の最上面が上面６ａの保護膜８の直下に配置するので、上面６ａの保護膜８の直下に配置する材料は下部ＤＢＲ層の最上面の材料である。
【００４４】
保護膜８は、上面６ａの少なくとも一部を覆う部分８ｃ（メサ型構造部７を挟んで反対側の上面を覆う部分８ｃｃ）も含む）と、側面６ｂのうち少なくとも傾斜部６ｂａを覆う部分８ｆと、傾斜側面７ａを覆う部分８ａと、頂面７ｂの周縁領域７ｂａを覆う部分８ｂａとを有し、平面視して周縁領域７ｂａの内側に化合物半導体層の表面の一部を露出する通電窓８ｂを有する。
本実施形態の通電窓８ｂは、メサ型構造部７の頂面７ｂにおいてコンタクト層５の表面のうち、周縁領域７ｂａの下に位置する部分８ｂａと中央部分を覆う部分８ｄの下に位置する部分との間の径の異なる２つの同心円間の領域を露出する。
保護膜８が側面６ｂのうち少なくとも傾斜部６ｂａを覆う部分８ｆを備え、支持構造部の反射層の側面を被覆しているので、反射層の側面が大気や水分と接触して劣化することが防止され、高信頼性及び長寿命化が図られている。
【００４５】
保護膜８の第1の機能は発光が生じる領域及び光を取り出す範囲を狭くするために、おもて面電極層９の下層に配置しておもて面電極層９と裏面電極１０との間の電流が流れる領域を制限することである。すなわち、保護膜８を形成した後、保護膜８を含む全面におもて面電極層を形成し、その後、おもて面電極層をパターニングするが、保護膜８を形成した部分についてはおもて面電極層を除去しなくても裏面電極１０との間に電流が流れることはない。裏面電極１０との間の電流を流したいところに保護膜８の通電窓８ｂを形成する。
従って、第１の機能を持たせるように、メサ型構造部７の頂面７ｂの一部に通電窓８ｂを形成する構成であれば、通電窓８ｂの形状や位置は図１のような形状や位置に限定されない。
【００４６】
保護膜８の第２の機能は、第1の機能と異なり、必須の機能ではないが、図１に示す保護膜８の場合、第２の機能として、平面視しておもて面電極層９の光射出孔９ａ内のコンタクト層５の表面に配置して、保護膜８越しに光を取り出すことができ、かつ、光を取り出すコンタクト層５の表面を保護することである。
なお、後述する第２の実施形態では、光射出孔の下に保護膜を有さず、保護膜を介さずに光射出孔９ｂから直接、光を取り出す構成であり、第２の機能を有さない。
【００４７】
保護膜８の材料としては絶縁層として公知のものを用いることができるが、安定した絶縁膜の形成が容易であることから、シリコン酸化膜が好ましい。
なお、本実施形態では、この保護膜８（８ｄ）越しに光を取り出すので、保護膜８は透光性を有する必要がある。
【００４８】
また、保護膜８の膜厚は、０．３〜１μｍが好ましい。０．３μｍ未満では絶縁が十分ではないからであり、１μｍを超えると形成するのに時間がかかり過ぎるからである。
【００４９】
電極層(おもて面電極層)９は、通電窓８ｂから露出された化合物半導体層の表面の少なくとも一部を覆う部分（通電窓８ｂを埋め込む部分）９ｂｂ（以下適宜「コンタクト部分」という）と、保護膜８のうち上面６ａの少なくとも一部を覆う部分８ｃを覆う部分９ｃと、保護膜８のうち傾斜側面７ａを覆う部分８ａを覆う部分９ａと、保護膜８のうちメサ型構造部７の頂面７ｂの周縁領域７ｂａを覆う部分８ｂａの部分を覆う部分９ｂａと、メサ型構造部７の頂面７ｂにおいて保護膜８のうち頂面７ｂの中央部分を覆う部分８ｄの外周縁部を覆う部分９ｄとからなる。
【００５０】
電極層(おもて面電極層)９の第1の機能は裏面電極１０との間に電流を流すことであり、第２の機能は発光した光が射出される範囲を制限することである。図１で示した例の場合、第1の機能はコンタクト部分９ｂｂが担い、第２の機能は中央部分を覆う部分８ｄの外周縁部を覆う部分９ｄが担っている。
第２の機能については非透光性の保護膜を用いることにより、その保護膜に担わせる構成でもよい。
【００５１】
電極層９は上面６ａの保護膜８全体を覆っていてもよいし、その一部を覆っても構わないが、ボンディングワイヤが適切に取り付けるためにはできるだけ広範囲を覆っているのが好ましい。コスト低減の観点から、図２に示すように、各発光ダイオードごとに切断する際のストリート２１には電極層を覆わないのが好ましい。
【００５２】
この電極層９はメサ型構造部７の頂面７ｂにおいてコンタクト部分９ｂｂでしかコンタクト層５に接触していないので、電極層９と裏面電極１０とは、コンタクト部９ｂｂと裏面電極１０との間でしか電流が流れない。そのため、発光層１３において平面視して光射出孔９ｂと重なる範囲に電流が集中し、その範囲に発光が集中するため、効率的に光を取り出すことができる。
【００５３】
電極層９の材料としては公知の電極材料を用いることができるが、良好なオーミックコンタクトが得られることから、ＡｕＢｅ／Ａｕが最も好ましい。
また、電極層９の膜厚は、０．５〜２．０μｍが好ましい。０．５μｍ未満では均一かつ良好なオーミックコンタクトを得ることが困難な上、ボンディング時の強度、厚みが不十分だからであり、２．０μｍを超えるとコストがかかり過ぎるからである。
【００５４】
光漏れ防止膜２４は、活性層で発光した光が支持構造部６の側面６ｂの傾斜部６ｂａ上の保護膜８ｆを透過して素子外に漏れることを防止する。
図１で示す光漏れ防止膜２４は、傾斜部６ｂａ上（保護膜８ｆを介して）及び上面６ａの電極膜９ｃ上の一部にのみ備えられているが、さらに、支持構造部６の上面６ａの他の部分やメサ型構造部７上に形成されてもよい。
【００５５】
光漏れ防止膜２４の材料としては公知の反射材料を用いることができるが、電極層９と同時に形成可能であることから、ＡｕＢｅ／Ａｕが好ましい。
【００５６】
本実施形態においては、光射出孔９ｂの下に保護膜８ｄ（８）が形成されており、メサ型構造部７の頂面において保護膜８ｄ（８）を介して光射出孔９ｂから光を取り出す構成である。
【００５７】
光射出孔９ｂの形状は、平面視して円形又は楕円であるのが好ましい。矩形等の角を持つ構造に比べ均一なコンタクト領域を形成しやすく、角部での電流集中等の発生を抑制できる。また、受光側でのファイバー等への結合に適しているからである。
【００５８】
光射出孔９ｂの径は、５０〜１５０μｍであるのが好ましい。５０μm未満では射出部での電流密度が高くなり、低電流で出力が飽和してしまう一方、１５０μmを超えると射出部全体への電流拡散が困難であるため、注入電流に対する発光効率が低下するからである。
【００５９】
基板１としては、例えば、ＧａＡｓ基板を用いることができる。
【００６０】
ＧａＡｓ基板を用いる場合は、公知の製法で作製された市販品の単結晶基板を使用できる。ＧａＡｓ基板のエピタキシャル成長させる表面は、平滑であることが望ましい。ＧａＡｓ基板の表面の面方位は、エピ成長しやすく、量産されている（１００）面および（１００）から、±２０°以内にオフした基板が、品質の安定性の面からのぞましい。さらに、ＧａＡｓ基板の面方位の範囲が、（１００）方向から（０−１−１）方向に１５°オフ±５°であることがより好ましい。
【００６１】
ＧａＡｓ基板の転位密度は、下部ＤＢＲ層２、活性層３及び上部ＤＢＲ層４の結晶性を良くするために低い方が望ましい。具体的には、例えば、１０，０００個ｃｍ−２以下、望ましくは、１，０００個ｃｍ−２以下であることが好適である。
【００６２】
ＧａＡｓ基板は、ｎ型であってもｐ型であってもよい。ＧａＡｓ基板のキャリア濃度は、所望の電気伝導度と素子構造から、適宜選択することができる。例えば、ＧａＡｓ基板がＳｉドープのｎ型である場合には、キャリア濃度が１×１０１７〜５×１０１８ｃｍ−３の範囲であることが好ましい。これに対して、ＧａＡｓ基板がＺｎをドープしたｐ型の場合には、キャリア濃度２×１０１８〜５×１０１９ｃｍ−３の範囲であることが好ましい。
【００６３】
ＧａＡｓ基板の厚さは、基板のサイズに応じて適切な範囲がある。ＧａＡｓ基板の厚さが適切な範囲よりも薄いと、化合物半導体層の製造プロセス中に割れてしまうおそれがある。一方、ＧａＡｓ基板の厚さが適切な範囲よりも厚いと材料コストが増加することになる。このため、ＧａＡｓ基板の基板サイズが大きい場合、例えば、直径７５ｍｍの場合には、ハンドリング時の割れを防止するために２５０〜５００μｍの厚さが望ましい。同様に、直径５０ｍｍの場合は、２００〜４００μｍの厚さが望ましく、直径１００ｍｍの場合は、３５０〜６００μｍの厚さが望ましい。
【００６４】
このように、ＧａＡｓ基板の基板サイズに応じて基板の厚さを厚くすることにより、活性層３に起因する化合物半導体層の反りを低減することができる。これにより、エピタキシャル成長中の温度分布が均一となることため、活性層３の面内の波長分布を小さくすることができる。なお、ＧａＡｓ基板の形状は、特に円形に限定されず、矩形等であっても問題ない。
【００６５】
反射層（下部ＤＢＲ層２）及び化合物半導体層（活性層３、上部ＤＢＲ層４、コンタクト層５）の構造には、公知の機能層を適時加えることができる。例えば、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ることができる。
【００６６】
基板１上に形成される反射層（下部ＤＢＲ層）及び化合物半導体層は、下部ＤＢＲ層２、活性層３及び上部ＤＢＲ層４が順次積層されて構成されている。
【００６７】
ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）層は、λ／（４ｎ）の膜厚で（λ：反射すべき光の真空中での波長、ｎ：層材料の屈折率）、屈折率が異なる２種類の層を交互に積層した多層膜からなるものである。反射率は２種類の屈折率の差が大きいと、比較的少ない層数の多層膜で高反射率が得られる。通常の反射膜のようにある面で反射されるのでなく、多層膜の全体として光の干渉現象に基づき反射が起きることが特徴である。
ＤＢＲ層の材料は発光波長に対して透明であることが好ましく、又、ＤＢＲ層を構成する２種類の材料の屈折率の差が大きくなる組み合わせとなるよう選択されるのが好ましい。
【００６８】
下部ＤＢＲ層２は、屈折率の異なる２種類の層が交互に１０〜５０対積層されてなるのが好ましい。１０対以下である場合は反射率が低すぎるために出力の増大に寄与せず、５０対以上にしてもさらなる反射率の増大は小さいからである。
下部ＤＢＲ層２を構成する屈折率の異なる２種類の層は、組成の異なる２種類の（ＡｌＸｈＧａ１−Ｘｈ）Ｙ３Ｉｎ１−Ｙ３Ｐ（０＜Ｘｈ≦１、Ｙ３＝０．５）、（ＡｌＸｌＧａ１−Ｘｌ）Ｙ３Ｉｎ１−Ｙ３Ｐ；０≦Ｘｌ＜１、Ｙ３＝０．５）の対であり、両者のＡｌの組成差ΔＸ＝ｘh−ｘｌが０．５より大きいか又は等しくなる組み合わせか、又は、ＧａＩｎＰとＡｌＩｎＰの組み合わせか、又は、組成の異なる２種類のＡｌｘｌＧａ１−ｘｌＡｓ（０．１≦ｘｌ≦１）、ＡｌｘｈＧａ１−ｘｈＡｓ（０．１≦ｘｈ≦１）の対であり、両者の組成差ΔＸ＝ｘｈ−ｘｌが０．５より大きいか等しくなる組み合わせかのいずれかから選択されるのが効率よく高い反射率が得られることから望ましい。
組成の異なるＡｌＧａＩｎＰの組み合わせは、結晶欠陥を生じやすいＡｓを含まないので好ましく、ＧａＩｎＰとＡｌＩｎＰはその中で屈折率差を最も大きくとれるので、反射層の数を少なくすることができ、組成の切り替えも単純であるので好ましい。また、ＡｌＧａＡｓは、大きな屈折率差をとりやすいという利点がある。
【００６９】
上部ＤＢＲ層４も、下部ＤＢＲ層２と同様の層構造を用いることができるが、上部ＤＢＲ層４を透過させて光を射出する必要があるので、下部ＤＢＲ層２よりも反射率が低くなるように構成する。具体的には、下部ＤＢＲ層２と同じ材料からなる場合、下部ＤＢＲ層２よりも層数が少なくなるように、屈折率の異なる２種類の層が交互に３〜１０対積層されてなるのが好ましい。２対以下である場合は反射率が低すぎるために出力の増大に寄与せず、１１対以上にすると上部ＤＢＲ層４を透過する光量が低下しすぎるからである。
【００７０】
本発明の発光ダイオードは、活性層３を低反射率の上部ＤＢＲ層４と高反射率の下部ＤＢＲ層２で挟み、活性層３で発光した光が上部ＤＢＲ層４と下部ＤＢＲ層２と間で共振して定在波の腹が発光層に位置させる構成をとることにより、レーザ発振させないで、従来の発光ダイオードよりも指向性が高く、高効率の発光ダイオードとなっている。
【００７１】
図４に示すように、活性層３は、下部クラッド層１１、下部ガイド層１２、発光層１３、上部ガイド層１４、上部クラッド層１５が順次積層されて構成されている。すなわち、活性層３は、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１３に「閉じ込める」ために、発光層１３の下側及び上側に対峙して配置した下部クラッド層１１、下部ガイド層１２、及び上部ガイド層１４、上部クラッド層１５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。
【００７２】
図４に示すように、発光層１３は、発光ダイオード（ＬＥＤ）の発光波長を制御するため、量子井戸構造を構成することができる。すなわち、発光層１３は、バリア層（障壁層ともいう）１８を両端に有する、井戸層１７とバリア層１８との多層構造（積層構造）とすることができる。
【００７３】
発光層１３の層厚は、０．０２〜２μｍの範囲であることが好ましい。発光層１３の伝導型は特に限定されるものではなく、アンドープ、ｐ型及びｎ型のいずれも選択することができる。発光効率を高めるには、結晶性が良好なアンドープ又は３×１０１７ｃｍ−３未満のキャリア濃度とすることが望ましい。
【００７４】
井戸層１７の材料としては公知の井戸層材料を用いることができる。例えば、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰを用いることができる。
【００７５】
井戸層１７の層厚は、３〜３０ｎｍの範囲が好適である。より好ましくは、３〜１０ｎｍの範囲である。
【００７６】
バリア層１８の材料としては、井戸層１７の材料に対して適した材料を選択するのが好ましい。バリア層１８での吸収を防止して発光効率を高めるため、井戸層１７よりもバンドギャップが大きくなる組成とするのが好ましい。
【００７７】
例えば、井戸層１７の材料としてＡｌＧａＡｓ又はＩｎＧａＡｓを用いた場合にはバリア層１８の材料としてＡｌＧａＡｓやＡｌＧａＩｎＰが好ましい。バリア層１８の材料としてＡｌＧａＩｎＰを用いた場合、欠陥を作りやすいＡｓを含まないので結晶性が高く、高出力に寄与する。
井戸層１７の材料として（ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ１≦１，０＜Ｙ１≦１）を用いた場合、バリア層１８の材料としてよりＡｌ組成の高い（ＡｌＸ４Ｇａ１−Ｘ４）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ４≦１，０＜Ｙ１≦１，Ｘ１＜Ｘ４）または井戸層（ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ１≦１，０＜Ｙ１≦１）よりバンドギャップエネルギーが大きくなるＡｌＧａＡｓを用いることができる。
【００７８】
バリア層１８の層厚は、井戸層１７の層厚と等しいか又は井戸層１７の層厚より厚いのが好ましい。トンネル効果が生じる層厚範囲で十分に厚くすることにより、トンネル効果による井戸層間への広がりが抑制されてキャリアの閉じ込め効果が増大し、電子と正孔の発光再結合確率が大きくなり、発光出力の向上を図ることができる。
【００７９】
井戸層１７とバリア層１８との多層構造において、井戸層１７とバリア層１８とを交互
に積層する対の数は特に限定されるものではないが、２対以上４０対以下であることが好ましい。すなわち、活性層１１には、井戸層１７が２〜４０層含まれていることが好ましい。ここで、活性層１１の発光効率が好適な範囲としては、井戸層１７が５層以上であることが好ましい。一方、井戸層１７及びバリア層１８は、キャリア濃度が低いため、多くの対にすると順方向電圧（ＶＦ）が増大してしまう。このため、４０対以下であることが好ましく、２０対以下であることがより好ましい。
【００８０】
下部ガイド層１２及び上部ガイド層１４は、図４に示すように、発光層１３の下面及び上面にそれぞれ設けられている。具体的には、発光層１３の下面に下部ガイド層１２が設けられ、発光層１３の上面に上部ガイド層１４が設けられている。
【００８１】
下部ガイド層１２および上部ガイド層１４の材料としては、公知の化合物半導体材料を用いることができ、発光層１３の材料に対して適した材料を選択するのが好ましい。例えば、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰを用いることができる。
【００８２】
例えば、井戸層１７の材料としてＡｌＧａＡｓ又はＩｎＧａＡｓを用い、バリア層１８の材料としてＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａＩｎＰを用いた場合、下部ガイド層１２および上部ガイド層１４の材料としてはＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａＩｎＰが好ましい。下部ガイド層１２および上部ガイド層１４の材料としてＡｌＧａＩｎＰを用いた場合、欠陥を作りやすいＡｓを含まないので結晶性が高く、高出力に寄与する。
井戸層１７の材料として（ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ１≦１，０＜Ｙ１≦１）を用いた場合、ガイド層１４の材料としてよりＡｌ組成の高い（ＡｌＸ４Ｇａ１−Ｘ４）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ４≦１，０＜Ｙ１≦１，Ｘ１＜Ｘ４）または井戸層（ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ１≦１，０＜Ｙ１≦１）よりバンドギャップエネルギーが大きくなるＡｌＧａＡｓを用いることができる。
【００８３】
下部ガイド層１２及び上部ガイド層１４は、夫々、下部クラッド層１１及び上部クラッド層１５と活性層１１との欠陥の伝搬を低減するために設けられている。このため、下部ガイド層１２および上部ガイド層１４の層厚は１０ｎｍ以上が好ましく、２０ｎｍ〜１００ｎｍがより好ましい。
【００８４】
下部ガイド層１２及び上部ガイド層１４の伝導型は特に限定されるものではなく、アンドープ、ｐ型及びｎ型のいずれも選択することができる。発光効率を高めるには、結晶性が良好なアンドープ又は３×１０１７ｃｍ−３未満のキャリア濃度とすることが望ましい。
【００８５】
下部クラッド層１１及び上部クラッド層１５は、図４に示すように、下部ガイド層１２の下面及び上部ガイド層１４上面にそれぞれ設けられている。
【００８６】
下部クラッド層１１及び上部クラッド層１５の材料としては、公知の化合物半導体材料を用いることができ、発光層１３の材料に対して適した材料を選択するのが好ましい。例えば、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰを用いることができる。
【００８７】
例えば、井戸層１７の材料としてＡｌＧａＡｓ又はＩｎＧａＡｓを用い、バリア層１８の材料としてＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａＩｎＰを用いた場合、下部クラッド層１１及び上部クラッド層１５の材料としてはＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａＩｎＰが好ましい。下部クラッド層１１及び上部クラッド層１５の材料としてＡｌＧａＩｎＰを用いた場合、欠陥を作りやすいＡｓを含まないので結晶性が高く、高出力に寄与する。
井戸層１７の材料として（ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ１≦１，０＜Ｙ１≦１）を用いた場合、クラッド層１５の材料としてよりＡｌ組成の高い（ＡｌＸ４Ｇａ１−Ｘ４）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ４≦１，０＜Ｙ１≦１，Ｘ１＜Ｘ４）または井戸層（ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１Ｐ（０≦Ｘ１≦１，０＜Ｙ１≦１）よりバンドギャップエネルギーが大きくなるＡｌＧａＡｓを用いることができる。
【００８８】
下部クラッド層１１と上部クラッド層１５とは、極性が異なるように構成されている。また、下部クラッド層１１及び上部クラッド層１５のキャリア濃度及び厚さは、公知の好適な範囲を用いることができ、活性層１１の発光効率が高まるように条件を最適化することが好ましい。なお、下部および上部クラッド層は設けなくてもよい。
また、下部クラッド層１１及び上部クラッド層１５の組成を制御することによって、化合物半導体層２０の反りを低減させることができる。
【００８９】
コンタクト層５は、電極との接触抵抗を低下させるために設けられている。コンタクト層５の材料は、発光層１３よりバンドギャップの大きい材料であることが好ましい。また、コンタクト層５のキャリア濃度の下限値は、電極との接触抵抗を低下させるために５×１０１７ｃｍ−３以上であることが好ましく、１×１０１８ｃｍ−３以上がより好ましい。キャリア濃度の上限値は、結晶性の低下が起こりやすくなる２×１０１９ｃｍ−３以下が望ましい。コンタクト層１６の厚さは、０．０５μｍ以上が好ましい。コンタクト層５の厚さの上限値は特に限定されないが、エピタキシャル成長に係るコストを適正範囲にするため、１０μｍ以下とすることが望ましい。
【００９０】
本発明の発光ダイオードは、ランプ、バックライト、携帯電話、ディスプレイ、各種パネル類、コンピュータ、ゲーム機、照明などの電子機器や、それらの電子機器を組み込んだ自動車などの機械装置等に組み込むことができる。
【００９１】
〔発光ダイオード（第２の実施形態）〕
図５に、本発明を適用した発光ダイオードの一例である共振器型発光ダイオードの他の例を示した断面模式図を示す。
第1の実施形態においては、光射出孔の下に保護膜が形成されており、メサ型構造部の頂面において保護膜を介して光射出孔から光を取り出す構成であったが、第２の実施形態は、光射出孔の下に保護膜を有さず、保護膜を介さずに光射出孔９ｂから直接、光を取り出す構成である。
すなわち、第２の実施形態に係る共振器型発光ダイオード２００では、保護膜２８は、
上面６ａの少なくとも一部２８ｃと、側面６ｂのうち少なくとも傾斜部６ｂａと、傾斜側面７ａと、頂面７ｂの周縁領域７ｂａとを少なくとも覆うとともに、平面視して周縁領域７ｂａの内側に前記化合物半導体層（コンタクト層５）の表面の一部を露出する通電窓２８ｂを有し、電極層２９は、通電窓２８ｂから露出された化合物半導体層の表面の少なくとも一部と前記上面６ａの一部とを少なくとも覆うと共に、メサ型構造部７の頂面において通電窓２８ｂから露出する化合物半導体層（コンタクト層５）の表面の一部だけを覆って化合物半導体層（コンタクト層５）の表面の他の部分５ａを露出する光射出孔２９ｂを有するように、保護膜２８上に形成された連続膜である。
【００９２】
図５に示すように、第２の実施形態の保護膜２８は、上面６ａの少なくとも一部を覆う部分２８ｃ（メサ型構造部７を挟んで反対側の上面を覆う部分２８ｃｃ）も含む）と、側面６ｂのうち少なくとも傾斜部６ｂａを覆う部分２８ｆと、傾斜側面７ａを覆う部分２８ａと、頂面７ｂの周縁領域７ｂａを覆う部分２８ｂａとを有し、平面視して周縁領域７ｂａの内側に化合物半導体層（コンタクト層５）の表面の一部を露出する通電窓２８ｂを有する。すなわち、通電窓２８ｂはメサ型構造部７の頂面７ｂにおいて化合物半導体層（コンタクト層５）の表面のうち、周縁領域７ｂａの下に位置する部分以外を露出する。保護膜２８の上に電極層(おもて面電極層)２９が形成されているが、この電極層２９と裏面電極１０との間において電流を流さない部分に保護膜２８が形成されている。
保護膜２８が側面６ｂのうち少なくとも傾斜部６ｂａを覆う部分２８ｆを備え、支持構造部の反射層の側面を被覆しているので、反射層の側面が大気や水分と接触して劣化することが防止され、高信頼性及び長寿命化が図られている。
【００９３】
また、図５に示すように、第２の実施形態の電極層(おもて面電極層)２９は、保護膜２８のうち傾斜側面７ａを覆う部分２８ａを覆う部分２９ａと、保護膜２８のうち上面６ａの少なくとも一部を覆う部分２８ｃを覆う部分２９ｃと、保護膜２８のうちメサ型構造部７の頂面７ｂの周縁領域７ｂａを覆う部分２８ｂａの部分を覆う部分２９ｂａと、メサ型構造部７の頂面７ｂにおいて保護膜２８のうち符号２８ｂａの部分を越えて光射出孔２９ｂを開口するように化合物半導体層（コンタクト層５）を覆う部分２９ｂｂとからなる。
第２の実施形態の電極層(おもて面電極層)２９では、部分２９ｂｂが上記の第１の機能及び第２の機能の両方を担っている。
【００９４】
〔発光ダイオード（第３の実施形態）〕
本発明を適用した第３の実施形態の発光ダイオードは、第１の実施形態の発光ダイオードと比較すると、上部ＤＢＲ反射層がなく、その替わりに電流拡散層を備えた点が異なる。
【００９５】
図６に、第３の実施形態に係る発光ダイオード３００の一例の断面模式図を示す。
図６に示すように、発光ダイオード３００は、活性層３上に電流拡散層４０を備えた構成である。
【００９６】
本実施形態では、電流拡散層４０の材料としては例えば、ＡｌＧａＡｓ等を用いることができる。
電流拡散層４０の厚さとしては、０．１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。０．１μｍ未満では電流拡散効果が不十分だからであり、１０μｍを超えると効果に対しエピタキシャル成長に係わるコストが大きすぎるからである。
【００９７】
図６に示すように、活性層で発光した光がメサ型構造部７の側面から素子外に漏れることを防止する光漏れ防止膜１６を備えてもよい。この光漏れ防止膜１６は本発明の他の実施形態においても備えることができる。
光漏れ防止膜１６の材料としては公知の反射材料を用いることができる。電極層９と同じＡｕＢｅ／Ａｕでもよい。
【００９８】
〔発光ダイオードの製造方法（第１の実施形態）〕
次に、本発明の発光ダイオードの製造方法の一実施形態として、第1の実施形態の発光ダイオード（共振器型発光ダイオード）の製造方法を説明する。
図７は、発光ダイオードの製造方法の一工程を示す断面摸式図である。また、図８は、図７の後の一工程を示す断面摸式図である。
【００９９】
（化合物半導体層の形成工程）
まず、図７に示す化合物半導体層２０を作製する。
化合物半導体層２０は、基板１上に、下部ＤＢＲ層２と、活性層３と、上部ＤＢＲ層４と、コンタクト層５とを順次積層して作製する。
【０１００】
基板１と下部ＤＢＲ層２との間に、緩衝層（バッファ）を設けてもよい。緩衝層は、基板１と活性層３の構成層との欠陥の伝搬を低減するために設けられている。このため、基板の品質やエピタキシャル成長条件を選択すれば、緩衝層は、必ずしも必要ではない。また、緩衝層の材質は、エピタキシャル成長させる基板と同じ材質とすることが好ましい。緩衝層には、欠陥の伝搬を低減するために基板と異なる材質からなる多層膜を用いることもできる。緩衝層の厚さは、０．１μｍ以上とすることが好ましく、０．２μｍ以上とすることがより好ましい。
【０１０１】
本実施形態では、分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ）や減圧有機金属化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ法）等の公知の成長方法を適用することができる。なかでも、量産性に優れるＭＯＣＶＤ法を適用することが、最も望ましい。具体的には、化合物半導体層のエピタキシャル成長に使用する基板１は、成長前に洗浄工程や熱処理等の前処理を実施して、表面の汚染や自然酸化膜を除去することが望ましい。上記化合物半導体層を構成する各層は、直径５０〜１５０ｍｍの基板１をＭＯＣＶＤ装置内にセットし、同時にエピタキシャル成長させて積層することができる。また、ＭＯＣＶＤ装置としては、自公転型、高速回転型等の市販の大型装置を適用することができる。
【０１０２】
上記化合物半導体層２０の各層をエピタキシャル成長する際、ＩＩＩ族構成元素の原料としては、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）及びトリメチルインジウム（（ＣＨ３）３Ｉｎ）を用いることができる。また、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ニルマグネシウム（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）、アルシン（ＡｓＨ３）等を用いることができる。
さらに、各層のキャリア濃度及び層厚、温度条件は、適宜選択することができる。
【０１０３】
このようにして作製した化合物半導体層は、活性層３を有するにもかかわらず結晶欠陥が少ない良好な表面状態が得られる。また、化合物半導体層２０は、素子構造に対応して研磨などの表面加工を施しても良い。
【０１０４】
（裏面電極の形成工程）
次に、図６に示すように、基板１の裏面に、裏面電極１０を形成する。
具体的には、例えば、基板がｎ型基板である場合には、蒸着法により、例えば、Ａｕ、ＡｕＧｅを順に積層してｎ型オーミック電極の裏面電極１０を形成する。
【０１０５】
（メサ型構造部の形成工程）
次に、化合物半導体層に第１のウェットエッチングを行って、頂面に向かって水平方向の断面積が連続的に小さく形成されてなるメサ型構造部（保護膜及び電極膜を除く）と、該メサ型構造部の周囲に配置する、支持構造部の上面とを形成する。
具体的には、まず、図７に示すように、化合物半導体層の最上層であるコンタクト層上にフォトレジストを堆積し、フォトリソグラフィによりメサ型構造部以外に開口２３ａを有するレジストパターン２３を形成する。
レジストパターンにおいてメサ型構造部形成予定箇所の大きさを、「メサ型構造部」の頂面より各辺上下左右１０μｍ程度大きめに形成するのが好ましい。
【０１０６】
次いで、例えば、リン酸／過酸化水素水混合液、アンモニア／過酸化水素水混合液、ブロムメタノール混合液、ヨウ化カリウム／アンモニアの群から選択される少なくとも1種以上のエッチャントを用いて第１のウェットエッチングを行う。
例えば、Ｈ３ＰＯ４：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ＝１〜３：４〜６：８〜１０のリン酸／過酸化水素水混合液を用いて、ウェットエッチング時間を３０〜６０秒間として、メサ型構造部以外の部分のコンタクト層と上部ＤＢＲ層と活性層の少なくとも一部、又は、コンタクト層と上部ＤＢＲ層と活性層と下部ＤＢＲ層の少なくとも一部を除去する。
その後、レジストを除去する。
【０１０７】
メサ型構造部の平面視形状はレジストパターン２３の開口２３ａの形状によって決まる。レジストパターン２３に所望の平面視形状に対応する形状の開口２３ａを形成する。
また、エッチングの深さすなわち、化合物半導体層のうち、どの層までエッチング除去するかは、エッチャントの種類及びエッチング時間によって決まる。
【０１０８】
図９に、Ｈ３ＰＯ４：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ＝２：５：９（１００：２５０：４５０）、５６％（Ｈ２Ｏ）、液温３０℃〜３４℃のエッチャントを用いて、後述する実施例１で示した化合物半導体層についてウェットエッチングを行った場合のエッチング時間に対する深さ及び幅の関係を示す。表１にその条件及び結果を数値で示す。
【０１０９】
【表１】
0005961359.tif 000002
【０１１０】
図９及び表１から、エッチング深さ（図１の「ｈ」に相当）はエッチング時間（sec）にほぼ比例するが、エッチング幅はエッチング時間が長くなるほど増大率が大きくなることがわかる。すなわち、図３に示すように、深くなるほど（図で下方に行くほど）、メサ型構造部の水平断面積（又は、幅もしくは径）の増大率が大きくなるように形成される。このエッチング形状はドライエッチングによるエッチング形状とは異なる。従って、メサ型構造部の傾斜斜面の形状から、メサ型構造部がドライエッチングで形成されたのか、又は、ウェットエッチングで形成されたのかを判別することができる。
【０１１１】
第１のウェットエッチングにより、ウェハ基板のメサ型構造部を除いた部分（ストリート及び支持構造部）は同程度の高さとなっている。  
【０１１２】
（支持構造部の傾斜部の形成工程）
次に、個片化用切断ライン（図２の点線２２）に沿って第２のウェットエッチングを行って、支持構造部６の側面６ａの傾斜部６ｂａを形成する。
具体的には、まず、ウェハ基板の全面にフォトレジストを堆積し、フォトリソグラフィにより、ストリート２１と支持構造部６の上面６ａの外周から所定距離ｄ（図２参照）の範囲とに開口を有するレジストパターンを形成する。
【０１１３】
次いで、リン酸／過酸化水素水混合液、アンモニア／過酸化水素水混合液、ブロムメタノール混合液の群から選択される少なくとも1種以上のエッチャントを用いて第２のウェットエッチングを行う。
例えば、Ｈ３ＰＯ４：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ＝１〜３：４〜６：８〜１０のリン酸／過酸化水素水混合液を用いて、ウェットエッチング時間を３０〜６０秒間として、支持構造部６の側面６ａの傾斜部６ｂａを形成する。
その後、レジストを除去する。
【０１１４】
傾斜部６ｂａの傾斜角度や長さ、深さは、エッチャントの種類及びエッチング時間によって決まる。
【０１１５】
（保護膜の形成工程）
次に、上面６ａの少なくとも一部と、側面６ｂのうち少なくとも傾斜部６ｂａと、傾斜側面７ａと、頂面７ｂの周縁領域７ｂａとを少なくとも覆うとともに、平面視して周縁領域７ｂａの内側に化合物半導体層（コンタクト層５）の表面の一部を露出する通電窓８ｂを有する保護膜８を形成する。
具体的には、まず、全面に保護膜８の材料を成膜する。具体的には、例えば、ＳｉＯ２を全面にスパッタリング法により成膜する。
次に、全面にフォトレジストを堆積し、フォトリソグラフィにより、上面６ａと、傾斜部６ｂａと、傾斜側面７ａと、頂面７ｂの周縁領域７ｂａ以外の部分と、化合物半導体層の表面の一部を露出する通電窓８ｂに対応する部分を開口とするレジストパターンを形成する。
次いで、例えば、バッファードフッ酸を用いてウェットエッチングにより、開口に対応する部分の保護膜の材料を除去して保護膜８を形成する。
図１０に、保護膜８の通電窓８ｂ近傍の平面図を示す。ｄinとｄoutとの間に保護膜８がない通電窓８ｂとなっている。
その後、レジストを除去する。
【０１１６】
（おもて面電極層および光漏れ防止層の形成工程）
次に、通電窓８ｂから露出された化合物半導体層（コンタクト層５）の表面の少なくとも一部と上面の一部とを少なくとも覆うと共にメサ型構造部７の頂面上に光射出孔９ｂを有するように、保護膜８上に形成された連続膜であるおもて面電極層（電極層）９および光漏れ防止層２４を形成する。
具体的には、全面にフォトレジストを堆積し、フォトリソグラフィにより、光射出孔９ｂに対応する部分と、ウェハ基板上の多数の発光ダイオード間の切断部分（ストリート）とを含む、電極膜が不要な部分以外を開口とするレジストパターンを形成する。次いで、電極層材料（光漏れ防止膜も電極層材料で形成する）を蒸着する。この蒸着だけではメサ型構造部の傾斜側面及び支持構造部の傾斜部に電極層材料が十分には蒸着されない場合は、さらに、メサ型構造部の傾斜側面及び支持構造部の傾斜部に電極層材料を蒸着するために蒸着金属が回りこみやすいプラネタリタイプの蒸着装置を用いて蒸着を行う。
その後、レジストを除去する。
【０１１７】
光射出孔９ｂの形状はレジストパターン（図示せず）の開口の形状によって決まる。この開口形状を所望の光射出孔９ｂの形状に対応するものとしたレジストパターンを形成する。
【０１１８】
（個片化工程）
次に、ウェハ基板上の発光ダイオードを個片化して発光ダイオード（チップ）を作製した。
具体的には、例えば、ダイシングソーもしくはレーザーにより、ストリート部分を切断してウェハ基板上の発光ダイオード毎に切断して個片化する。
【０１１９】
〔発光ダイオード（第２の実施形態）の製造方法〕
本発明の発光ダイオード（第２の実施形態）は、発光ダイオード（第１の実施形態）と保護膜及び電極の配置構成が異なるだけであり、その製造方法は発光ダイオード（第１の実施形態）の製造方法と同様に行うことができる。
【０１２０】
〔発光ダイオード（第３の実施形態）の製造方法〕
本発明の発光ダイオード（第３の実施形態）の製造方法において、発光ダイオード（第１の実施形態）の製造方法と異なる点は、化合物半導体層の形成工程で、基板１上に、下部ＤＢＲ層２と、活性層３とを積層した後、活性層３上に電流拡散層４０を積層する点であり、その他は発光ダイオード（第１の実施形態）の製造方法と同様に行うことができる。
【０１２１】
本発明の第1のウェットエッチング及び第２のウェットエッチングに用いるエッチャントとしては限定的ではないが、ＡｌＧａＡｓ等のＡｓ系の化合物半導体材料に対してはアンモニア系エッチャント（例えば、アンモニア／過酸化水素水混合液）が適しており、ＡｌＧａＩｎＰ等のＰ系の化合物半導体材料に対してはヨウ素系エッチャント（例えば、ヨウ化カリウム／アンモニア）が適しており、リン酸／過酸化水素水混合液はＡｌＧａＡｓ系に、ブロムメタノール混合液はＰ系に適している。
そのため、各ウェットエッチングにおいて、複数のエッチャントを用いて行うことができる。
例えば、化合物半導体層が最上層から順に、ＡｌＧａＡｓからなる電流拡散層、ＡｌＧａＩｎＰからなるクラッド層、ＡｌＧａＡｓからなる発光層、ＡｌＧａＩｎＰからなるクラッド層で構成される場合、Ａｓ系の電流拡散層及び発光層はアンモニア系エッチャントを用い、Ｐ系のクラッド層はヨウ素系エッチャントを用いることができる。この場合、エッチングしている層の下の層はエッチングストップ層として機能するのでエッチング時間を厳密に管理する必要がない。
また、例えば、Ａｓ系のみで形成されている構造では燐酸混合液、Ａｓ／P系が混在している構造ではＡｓ系構造部にアンモニア混合液、P系構造部にヨウ素混合液を使用してもよい。
【０１２２】
ヨウ素（Ｉ）５００ｃｃ、ヨウ化カリウム（ＫＩ）１００ｇ、純水（Ｈ２Ｏ）２０００ｃｃ、水酸化アンモニア水（ＮＨ４ＯＨ）９０ｃｃの比率で混合されたエッチャントを用いた場合、ＡｌＧａＩｎＰからなる層のエッチング速度は０．７２μｍ／ｍｉｎだった。
【実施例】
【０１２３】
以下に、本発明の発光ダイオード及びその製造方法を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこの実施例にのみ限定されるものではない。本実施例では、図１に示した共振器型の発光ダイオードチップを作製し、特性評価のために発光ダイオードチップを基板上に実装した発光ダイオードランプを作製した。
【０１２４】
（実施例）
実施例の発光ダイオードは、まず、Ｓｉをドープしたｎ型のＧａＡｓ単結晶からなるＧａＡｓ基板上に、化合物半導体層を順次積層してエピタキシャルウェハを作製した。ＧａＡｓ基板は、（１００）面を成長面とし、キャリア濃度を２×１０１８ｃｍ−３とした。また、ＧａＡｓ基板の層厚は、約２５０μｍとした。化合物半導体層とは、ＳｉをドープしたＧａＡｓからなるｎ型の緩衝層、ＳｉをドープしたＡｌ０．９Ｇａ０．１ＡｓとＡｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓの４０対の繰り返し構造であるｎ型の下部ＤＢＲ反射層、ＳｉをドープしたＡｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓからなるｎ型の下部クラッド層、Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓからなる下部ガイド層、ＧａＡｓ/Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓの３対からなる井戸層／バリア層、Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓからなる上部ガイド層、ＣをドープしたＡｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓからなるｐ型の上部クラッド層、ＣをドープしたＡｌ０．９Ｇａ０．１ＡｓとＡｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓの５対の繰り返し構造であるｐ型の上部ＤＢＲ反射層、Ｃドープしたｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓからなるコンタクト層である。
【０１２５】
本実施例では、減圧有機金属化学気相堆積装置法（ＭＯＣＶＤ装置）を用い、直径５０ｍｍ、厚さ２５０μｍのＧａＡｓ基板に化合物半導体層をエピタキシャル成長させて、エピタキシャルウェハを形成した。エピタキシャル成長層を成長させる際、ＩＩＩ族構成元素の原料としては、トリメチルアルミニウム（（ＣＨ３）３Ａｌ）、トリメチルガリウム（（ＣＨ３）３Ｇａ）及びトリメチルインジウム（（ＣＨ３）３Ｉｎ）を使用した。また、Ｃのドーピング原料としては、テトラブロモメタン(ＣＢｒ４)を使用した。また、Ｓｉのドーピング原料としては、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）、アルシン（ＡｓＨ３）を使用した。また、各層の成長温度としては、７００℃で成長させた。
【０１２６】
ＧａＡｓからなる緩衝層は、キャリア濃度を約２×１０１８ｃｍ−３、層厚を約０．５μｍとした。下部ＤＢＲ反射層はキャリア濃度を約１×１０１８ｃｍ−３、層厚を約５４ｎｍとしたＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓと、キャリア濃度を約１×１０１８ｃｍ−３、層厚を約５１ｎｍとしたＡｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓを交互に４０対積層した。下部クラッド層は、キャリア濃度を約１×１０１８ｃｍ−３、層厚を約５４ｎｍとした。下部ガイド層は、アンドープで層厚を約５０nｍとした。井戸層は、アンドープで層厚が約７ｎｍのＧａＡｓとし、バリア層はアンドープで層厚が約７ｎｍのＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓとした。また、井戸層とバリア層とを交互に３対積層した。上部ガイド層は、アンドープで層厚を約５０nｍとした。上部クラッド層は、キャリア濃度を約１×１０１８ｃｍ−３、層厚を５４ｎｍとした。また、上部ＤＢＲ反射層はキャリア濃度を約１×１０１８ｃｍ−３、層厚を約５４ｎｍとしたＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓと、キャリア濃度を約１×１０１８ｃｍ−３、層厚を約５１ｎｍとしたＡｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓを交互に５対積層した。
Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓからなるコンタクト層は、キャリア濃度を約３×１０１８ｃｍ−３、層厚を約２５０ｎｍとした。
【０１２７】
次に、裏面電極として基板裏面に、ＡｕＧｅ、Ｎｉ合金を厚さが０．５μｍ、Ｐｔを０．２μｍ、Ａｕを１μｍとなるように真空蒸着法によって成膜し、ｎ型オーミック電極を形成した。
【０１２８】
次に、メサ型構造部を形成するため、パターニングしたレジスト（ＡＺ５２００ＮＪ（クラリアント社製））を用い、Ｈ３ＰＯ４：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ＝２：５：９のリン酸／過酸化水素水混合液を使って、４５秒間、第１のウェットエッチングを行って、メサ型構造部及び上面を形成した。このウェットエッチングによって、コンタクト層、上部ＤＢＲ反射層及び活性層の全層を除去して、頂面の大きさが１９０μｍ×１９０μｍ、高さｈが４μｍ、幅ｗが３μｍの平面視矩形のメサ型構造部（保護膜及び電極膜を除く）を形成した。
【０１２９】
次に、支持構造部の傾斜部を形成するために、ストリート２１と支持構造部６の上面６ａの外周から所定距離ｄを２０μｍとする範囲とに開口を有するようにパターニングしたレジスト（ＡＺ５２００ＮＪ（クラリアント社製））を用い、Ｈ３ＰＯ４：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ＝２：５：９のリン酸／過酸化水素水混合液を使って、４５秒間、第２のウェットエッチングを行った。これにより、幅４μｍ、深さ３μｍの傾斜部を形成した。
【０１３０】
次に、保護膜を形成するため、ＳｉＯ２からなる保護膜を０．５μｍ程度形成した。
その後、レジスト（ＡＺ５２００ＮＪ（クラリアント社製））によるパターニング後、バッファードフッ酸を用いて、平面視同心円形（外径ｄout：１６６μｍ、内径ｄin：１５４μｍ）の開口（図１０参照）と、ストリート部及び支持構造部６の上面６ａの外周から所定距離ｄの範囲の開口とを形成した。
【０１３１】
次に、おもて面電極（膜）及び支持構造部の傾斜部の光漏れ防止膜２４を形成するため、レジスト（ＡＺ５２００ＮＪ（クラリアント社製））によるパターニング後、Ａｕを１．２μｍ、ＡｕＢｅを０．１５μｍを順に蒸着し、リフトオフにより平面視円形（径：１５０μｍ）の光射出孔９ｂを有する、長辺３５０μｍ、短辺２５０μｍに形成してなるおもて面電極（ｐ型オーミック電極）及び支持構造部の傾斜部の光漏れ防止膜２４を形成した。
その後、４５０℃で１０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。
【０１３２】
次に、メサ型構造部の側面に光漏れ防止膜１６を形成するため、レジスト（ＡＺ５２００ＮＪ（クラリアント社製））によるパターニング後、Ｔｉを０．５μｍ、Ａｕを０．１７μｍを順に蒸着し、リフトオフにより光漏れ防止膜１６を形成した。
【０１３３】
次に、化合物半導体層側からダイシングソーを用いストリート部で切断し、チップ化した。ダイシングによる破砕層および汚れを硫酸・過酸化水素混合液でエッチング除去して、実施例の発光ダイオードを作製した。
【０１３４】
上記の様にして作製した実施例の発光ダイオードチップを、マウント基板上に実装した発光ダイオードランプを１００個組み立てた。この発光ダイオードランプは、マウントは、ダイボンダーで支持（マウント）し、ｐ型オーミック電極とｐ電極端子とを金線でワイヤボンディングした後、一般的なエポキシ樹脂で封止して作製した。
【０１３５】
この発光ダイオード（発光ダイオードランプ）では、ｎ型及びｐ型オーミック電極間に電流を流したところ、ピーク波長８５０ｎｍとする赤外光が出射された。順方向に２０ミリアンペア（ｍＡ）の電流を通流した際の順方向電圧（ＶＦ）は１．６Ｖであった。順方向電流を２０ｍＡとした際の発光出力は１．５ｍＷであった。また、応答速度（立ち上がり時間：Ｔｒ）は１２．１ｎｓｅｃだった。
【０１３６】
図１１は、第２のウェットエッチングを行わず、傾斜部６ｂａを有さない（従って、傾斜部６ｂａ上の保護膜８ｆ及び光漏れ防止膜２４も有さない）点を除いて実施例と同じ構成の発光ダイオードの直上における光スペクトル（グラフ右の摸式図参照）の測定結果を示すグラフである。縦軸は光の強度、横軸は波長を示す。
図１１に示すように、この発光ダイオードでは、発光スペクトルの線幅が狭く（単色性が高く）、半値幅（HWHM）は６．３ｎｍであった。
この発光ダイオードは本発明に係る発光ダイオードではないが、図１１で示した発光光の高い単色性は、傾斜部６ｂａの有無に関わらず奏する効果であると考えられるので、本発明の発光ダイオードについても同様の高い単色性を有するものと考えられる。
【０１３７】
図１２は、図１１でその特性を示した発光ダイオードについて、発光した光の指向性（グラフ右の摸式図参照）の測定結果を示すグラフである。グラフ中の横軸の「−１」から「１」につながる円周は光の強度（Ｉｎｔ．）として１３０００を示すものである。従って、例えば、ある方向で光の強度が６５００の場合には、その方向では横軸の「−０．５」から「０．５」につながる円周上にグラフがくることになる。また、例えば、実施例の発光ダイオードでは、真上（９０°）から±１０°の方向では約「−０．９」から「０．９」につながる円周（図示なし）上にグラフがあるので、その範囲では光の強度は１３０００の９０％程度であることがわかる。
図１２に示すように、この発光ダイオードでは、光射出孔の直上から±１５°程度の範囲に高い強度（１３０００の７０％程度以上）を有しており、高い指向性を示した。
この発光ダイオードは本発明に係る発光ダイオードではないが、図１２で示した発光光の高い指向性は、傾斜部６ｂａの有無に関わらず奏する効果であると考えられるので、本発明の発光ダイオードについても同様の高い指向性を有するものと考えられる。
【０１３８】
作製した１００個の発光ダイオードランプのいずれについても、同程度の特性が得られ、保護膜が不連続な膜になった場合のリーク（短絡）や電極用金属膜が不連続な膜になった場合の通電不良が原因と思われる不良はなかった。また、発光ダイオードの側面が保護膜で覆われており、発光ダイオードランプの特性からも大気や大気中の水分との接触による側面の劣化が防止されていたことが確認できた。
【０１３９】
（比較例）
液相エピタキシャル法で、厚膜成長し、基板除去した構造の波長８５０ｎｍの発光ダイオードの例を示す。
ＧａＡｓ基板に、スライドボート型成長装置を用いてＡｌＧａＡｓ層を成長した。
スライドボート型成長装置の基板収納溝にｐ型ＧａＡｓ基板をセットし、各層の成長用に用意したルツボにＧａメタル、ＧａＡｓ多結晶、金属Ａｌ、及びドーパントを入れた。成長する層は、透明厚膜層（第１のｐ型層）、下部クラッド層（ｐ型クラッド層）、活性層、上部クラッド層（ｎ型クラッド層）の4層構造とし、この順序で積層した。
これらの原料をセットしたスライドボート型成長装置を、石英反応管内にセットし、水素気流中で９５０℃まで加温し、原料を溶解した後、雰囲気温度を９１０℃まで降温し、スライダーを右側に押して原料溶液（メルト）に接触させたあと０．５℃／分の速度で降温し、所定温度に達した後、またスライダーを押して順次各原料溶液に接触させたあと高温させる動作を繰り返し、最終的にはメルトと接触させた後、雰囲気温度を７０３℃まで降温してｎクラッド層を成長させた後、スライダーを押して原料溶液とウェハを切り離してエピタキシャル成長を終了させた。
【０１４０】
得られたエピタキシャル層の構造は、第１のｐ型層は、Ａｌ組成Ｘ１＝０．３〜０．４、層厚６４μｍ、キャリア濃度３×１０１７ｃｍ−３、ｐ型クラッド層は、Ａｌ組成Ｘ２＝０．４〜０．５、層厚７９μｍ、キャリア濃度５×１０１７ｃｍ−３、p型活性層は、発光波長が７６０ｎｍの組成で、層厚１μｍ、キャリア濃度１×１０１８ｃｍ−３、ｎ型クラッド層は、Ａｌ組成Ｘ４＝０．４〜０．５、層厚２５μｍ、キャリア濃度５×１０１７ｃｍ−３、であった。
【０１４１】
エピタキシャル成長終了後、エピタキシャル基板を取り出し、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層表面を保護して、アンモニア−過酸化水素系エッチャントでｐ型ＧａＡｓ基板を選択的に除去した。その後、エピタキシャルウェハ両面に金電極を形成し、長辺が３５０μｍの電極マスクを用いて、直径１００μｍのワイヤボンディング用パッドを中央に配置された表面電極を形成した。裏面電極には、直径２０μｍのオーミック電極を８０μｍ間隔に形成した。その後、ダイシングで分離、エッチングすることにより、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層が表面側となるようにした３５０μｍ角の発光ダイオードを作製した。
【０１４２】
比較例の発光ダイオードのｎ型及びｐ型オーミック電極間に電流を流したところ、ピーク波長を８５０ｎｍとする赤外光が出射された。順方向に２０ミリアンペア（ｍＡ）の電流を通流した際の順方向電圧（ＶＦ）は１．９Ｖであった。順方向電流を２０ｍＡとした際の発光出力は５．０ｍＷであった。また、応答速度（Ｔｒ）は１５．６ｎｓｅｃであり、本発明の実施例に比べて遅かった。
【０１４３】
図１０に示すように、比較例の発光ダイオードでは、発光スペクトルの線幅が広く、半値幅（HWHM）は４２ｎｍであった。
【０１４４】
図１１に示すように、比較例の発光ダイオードでは、発光ダイオードを中心として半球状に光を１３０００の２０％程度以下の強度の光を発光しており、指向性は実施例に比較してかなり低かった。
【符号の説明】
【０１４５】
１  基板
２  下部ＤＢＲ層（反射層）
３  活性層
４  上部ＤＢＲ層
５  コンタクト層
６  支持構造部
６ａ  上面
６ｂ  側面
６ｂａ  傾斜部
７  メサ型構造部
７ａ  傾斜側面
７ｂ  頂面
７ｂａ  周縁領域
８、２８  保護膜
８ｂ、２８ｂ  通電窓
９、２９  電極膜
９ｂ  光射出孔
１１  下部クラッド層
１２  下部ガイド層
１３  発光層
１４  上部ガイド層
１５  上部クラッド層
１６  光漏れ防止膜
２０  化合物半導体層
２１  ストリート
２３  レジストパターン
２４  光漏れ防止膜
４０  電流拡散層
１００、２００  発光ダイオード
【図１】
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【図２】
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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３】
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