(57)【要約】【課題】光取出し効率および光出力を向上させることができる発光ダイオードを提供する。【解決手段】基板１上に、活性層４を含む積層半導体１０を複数有する。各積層半導体１０は、一方の側の加工面１２が光取り出し面となる。一方の側とは反対側の加工面１１には、反射金属層８が形成されており、光反射面１１を構成する。各積層半導体１０の光反射面が、他の積層半導体の光取り出し面に対向するように、複数の積層半導体１０が基板１上に配置されている。積層半導体１０と基板１との間には、内部反射層２が形成されている。【選択図】図１
2006190854.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、活性層を含む積層半導体を複数有し、
前記各積層半導体は、一方の側に光取り出し面を備え、前記一方の側とは反対側に反射金属層が形成された光反射面を備えており、
各積層半導体の前記光反射面が、他の前記積層半導体の前記光取り出し面に対向するように、複数の前記積層半導体が前記基板上に配置された
発光ダイオード。
【請求項２】
前記積層半導体は、ストライプ状あるいは屈曲部を有するストライプ状に形成されており、
隣接する前記積層半導体のうちの一方の積層半導体の光反射面と、他方の積層半導体の光取り出し面とが対向配置された
請求項１記載の発光ダイオード。
【請求項３】
前記活性層と前記基板との間に、内部反射層を備える
請求項１記載の発光ダイオード。
【請求項４】
前記内部反射層は、屈折率の異なる層が複数積層されて形成された
請求項３記載の発光ダイオード。
【請求項５】
前記各積層半導体の前記光取り出し面および前記光反射面が、前記内部反射層に到達しない深さまで形成された
請求項４記載の発光ダイオード。
【請求項６】
前記各積層半導体の前記光取り出し面および前記光反射面が、前記内部反射層を分断して前記基板に到達する深さまで形成された
請求項４記載の発光ダイオード。
【請求項７】
前記反射金属層は、複数の前記積層半導体間における前記基板上にまで延長して形成された
請求項６記載の発光ダイオード。
【請求項８】
前記内部反射層は、金属層により形成された
請求項３記載の発光ダイオード。
【請求項９】
前記内部反射層と前記積層半導体との間に、電流経路に対応する領域に導電膜が形成され、前記導電膜以外の領域に絶縁膜が形成された
請求項８記載の発光ダイオード。
【請求項１０】
前記光取り出し面および前記光反射面と、前記活性層との間に、前記活性層よりもバンドギャップの大きい窓層が形成された
請求項１記載の発光ダイオード。
【請求項１１】
前記積層半導体の表面に凹凸構造が形成された
請求項１記載の発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ＬＥＤディスプレイ、バックライト光源、信号機、光センサー、光プリンターヘッド、照光式スイッチ及び各種インジケータなどに利用される可視光を発光可能な発光ダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、可視光発光素子として実用の域に達しているものとして、ＡｌＧａＩｎＰ／（Ａｌ）ＧａＩｎＰを材料とするものが挙げられ、これらの材料を用いた発光ダイオードや半導体レーザは、波長が約５９０ｎｍ〜６７０ｎｍ程度の範囲にある可視光を発生させることが可能である。
【０００３】
しかしながら、これらの材料は屈折率ｎが概ね２．８以上と大きく、外部との屈折率差により全反射を起こし、発生した可視光は素子内で多数回の反射を繰り返すうちに金属や活性層などにより吸収され光取り出し効率が低下する。
【０００４】
そのため、従来から様々な工夫により光取出し効率を向上させてきたが、更なる光取出し効率の向上が求められている。
【０００５】
例えば、活性層による光の吸収を抑制するため、活性層を切断した構造が開示されている（特許文献１参照）。しかしながら、この構造では、半導体面積に占める発光領域密度が低くなり、効率は向上するものの全体の発光量が小さくなる。
【０００６】
また、半導体層中の発光層の周囲に溝を形成し、発光層と対向する側面に反射膜を形成した構造が開示されている（特許文献２参照）。しかしながら、この構造では、活性層による光の吸収により、光取り出し効率に限界がある。
【特許文献１】特表２００４−５０３１１４号公報
【特許文献２】特開２００４−９５９４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、光取出し効率および光出力を向上させることができる発光ダイオードを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明の発光ダイオードは、基板上に、活性層を含む積層半導体を複数有し、前記各積層半導体は、一方の側に光取り出し面を備え、前記一方の側とは反対側に反射金属層が形成された光反射面を備えており、各積層半導体の前記光反射面が、他の前記積層半導体の前記光取り出し面に対向するように、複数の前記積層半導体が前記基板上に配置されたものである。
【０００９】
上記の本発明の発光ダイオードでは、光を発生する活性層を含む積層半導体が複数に分離されていることから、活性層から発せられた光が、活性層中を導波する距離が小さくなる。各積層半導体の活性層により光が発せられると、光取り出し面において積層半導体の外部へ出射される。光取り出し面から出射された光は、対向する他の積層半導体の光反射面により反射されて、外部へ出射される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の発光ダイオードによれば、光取出し効率および光出力を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明の発光ダイオードの実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１２】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係る発光ダイオードの断面図である。
【００１３】
基板１の上層には、内部反射層２が形成されている。基板１は、例えばＧａＡｓなどからなる。内部反射層２は、ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）からなる。
【００１４】
ＤＢＲとは、屈折率が異なり、厚さがλ／４（λ：波長）からなる２つの薄い層をペアとして、それを何十層（例えば２０〜４０層）にも積み重ねることによって反射率を１００％近くまでにしたものである。ＤＢＲは、例えばＡｌＧａＩｎＰ／ＡｌＩｎＰの積層膜や、ＡｌＧａＡｓ／ＡｌＩｎＰの積層膜により構成される。
【００１５】
内部反射層２上には、下部閉じ込め層３と、活性層４と、上部閉じ込め層５が積層されている。
【００１６】
下部閉じ込め層３は、活性層４で発生した光の吸収を少なくするため、活性層４の材料よりもバンドギャップの大きい材料により構成される。下部閉じ込め層３は、例えばｎ型のＡｌＩｎＰやＡｌＧａＡｓなどからなる。なお、内部反射層２と基板１との間には、下部閉じ込め層３と同様の材料からなる半導体層が介在している。
【００１７】
活性層４は、下部閉じ込め層３および上部閉じ込め層５よりもバンドギャップの小さい材料により構成され、例えば多重量子井戸（ＭＱＷ：Multiple Quantum Wells）構造からなる。ＭＱＷ構造の活性層４は、例えばＧａＩｎＰとＡｌＧａＩｎＰを繰り返し積層して構成される。
【００１８】
上部閉じ込め層５は、活性層４で発生した光の吸収を少なくするため、活性層４の材料よりもバンドギャップの大きい材料により構成される。上部閉じ込め層５は、例えばｐ型のＡｌＩｎＰやＡｌＧａＡｓなどからなる。
【００１９】
上記の下部閉じ込め層３、活性層４、上部閉じ込め層５は、複数の積層半導体１０に分離加工されている。積層半導体１０の一方の加工面１１と、加工面１１とは反対側の加工面１２は、下部閉じ込め層３の途中の深さであって、内部反射層２に到達しない深さまで形成されている。積層半導体１０は、断面が台形となっており、加工面１１，１２はいわゆるメサ形状となっている。鉛直方向を基準とする加工面１２の角度は、例えば０°から４５°である。
【００２０】
後述するように、積層半導体１０は図中紙面の垂直方向に伸びたストライプ形状をなしている。あるいは、積層半導体１０は屈曲部を有するストライプ形状をなしている。図１では、図面の簡略化のため２つの積層半導体１０を示しているが、１つのチップに、多数（例えば１００個程度）の積層半導体１０が配置されている。
【００２１】
積層半導体１０の表面を被覆するように、絶縁層６が形成されている。絶縁層６は、活性層４の保護および上層の電極による発光ダイオードのＰＮ接合の短絡防止のために設けられている。絶縁層６は、例えば酸化シリコンからなる。積層半導体１０の上面における絶縁層６にはコンタクト開口６ａが形成されている。
【００２２】
一方側の加工面１１上には、絶縁層６を介して上部電極７および反射金属層８が形成されている。上部電極７は、積層半導体１０の上面においてコンタクト開口６ａを介して上部閉じ込め層５と接続されている。上部電極７は、抵抗率の低い材料からなり、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層膜により形成される。
【００２３】
反射金属層８は、活性層４から発せられる光の波長領域（例えば５９０〜６７０ｎｍ）において十分に反射率の高い材料からなり、例えば、ＡｕやＡｇなどにより形成される。なお、本実施形態では、上部電極７と反射金属層８の材料を分けたが、上部電極７に要求される低抵抗率と、反射金属層８に要求される高反射率の特性を満たせば、１種類の材料により形成されていてもよい。
【００２４】
積層半導体１０が形成された側とは反対側における基板１の全面に、下部電極９が形成されている。下部電極９は、例えばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕの積層膜により形成される。
【００２５】
上記の本実施形態に係る発光ダイオードでは、積層半導体１０の一方の側（図中、右側）の加工面１２は光取り出し面となる。他方の側（図中、左側）の加工面１１には反射金属層８が形成されていることから、光反射面となる。このような積層半導体１０が図中、左右に並べられていることにより、各積層半導体１０の光反射面は、隣接する他の積層半導体１０の光取り出し面に対向することとなる。
【００２６】
図２は、本実施形態に係る発光ダイオードの上面図である。図２は、積層半導体１０がストライプ状に形成されている例である。
【００２７】
図２に示すように、積層半導体１０がストライプ状に形成されているため、積層半導体１０の加工面１１に形成された上部電極７および反射金属層８も、ストライプ状となる。ストライプ状の上部電極７および反射金属層８は外縁において繋がっている。外縁の一部に、上部電極７および反射金属層８に接続するパッド１３が形成される。これにより、パッド１３を通じて電圧が印加されることにより、全ての積層半導体１０に電圧を印加することができる。
【００２８】
図３は、本実施形態に係る発光ダイオードの他の例の上面図である。図３は、積層半導体１０が屈曲部を有するストライプ状に形成されている例である。
【００２９】
図３に示すように、積層半導体１０が屈曲部を有するストライプ状に形成されているため、積層半導体１０の加工面１１に形成された上部電極７および反射金属層８も、屈曲部を有するストライプ状となる。屈曲部を有するストライプ状の上部電極７および反射金属層８は、外縁において繋がっている。外縁の一部に、上部電極７および反射金属層８に接続するパッド１３が形成される。これにより、パッド１３を通じて電圧が印加されることにより、全ての積層半導体１０に電圧を印加することができる。
【００３０】
次に、上記の発光ダイオードの製造方法について説明する。
【００３１】
ＧａＡｓなどの基板１上に、例えばＭＯＶＰＥ法により、下部閉じ込め層３と同様の半導体層と、ＤＢＲからなる内部反射層２と、下部閉じ込め層３と、活性層４と、上部閉じ込め層５とを積層する。
【００３２】
次に、上部閉じ込め層５上に積層半導体１０のパターンをもつレジストを形成した後に、上部閉じ込め層５、活性層４、下部閉じ込め層３をウェットエッチングする。これにより、複数の積層半導体１０が分離形成される。各積層半導体１０には、活性層４を切断するが内部反射層２には到達しない加工面１１，１２が形成される。
【００３３】
次に、積層半導体１０を被覆して全面に、例えばＣＶＤ法により酸化シリコンを堆積させて、絶縁層６を形成する。その後、リソグラフィおよびエッチングにより、絶縁層６にコンタクト開口６ａを形成する。
【００３４】
次に、積層半導体１０の上面に、上部電極７を構成する金属材料および反射金属層８を構成する金属材料を蒸着法あるいはスパッタリング法などにより堆積した後に、リソグラフィおよびエッチングにより、パターン加工することにより、上部電極７および反射金属層８を形成する。最後に、例えば蒸着法あるいはスパッタリング法により、基板１の裏面の全面に下部電極９を形成する。
【００３５】
以上のようにして、図１に示す発光ダイオードが製造される。
【００３６】
発光ダイオードでは、上部電極７および下部電極９間に電圧を印加すると、活性層４において電子―空孔再結合を生じ光子が発生する。発生した光子は半導体素子内部を伝播して素子外に脱出するが、その割合は、半導体（例えば下部閉じ込め層３および上部閉じ込め層５となるＡｌＩｎＰでは屈折率が２．８程度）と外部（空気の屈折率は１）との屈折率により決まる（Ｓｎｅｌｌの法則）。
【００３７】
Ｓｎｅｌｌの法則で規定される臨界角より大きな角度で、素子界面に入射した光子は全反射を起こし、全反射を繰り返すうちに素子内部の活性層４への再吸収（再吸収した光子の５０％以上は熱に変換）や金属電極あるいは基板などに吸収されるために効率が悪くなる。そのため、発生した光子をなるべく短い光路長で半導体素子外に出す必要がある。また、発生した光子のうちある割合の光子はＭＱＷ構造の活性層４を導波するが、活性層４中での吸収は非常に大きいため、この観点からも光をなるべく早く半導体素子外に出すことにより光取り出し効率の向上が実現できる。
【００３８】
ここで、本実施形態では、活性層４が加工面１１および加工面１２により分離されている。例えば、活性層４内の点Ｐにて発生した光子のうち、活性層４内を導波する成分の平均成分としては、活性層の幅方向（図中、左右方向）に導波する光を考えればよい。このような光は、Ｓｎｅｌｌの法則より、加工面（界面）１２において下向きに光が屈折して取り出され、対向配置された反射金属層８にて反射されて、光は外部に出射される（図１の光Ｌ１参照）。
【００３９】
加工面１２から下向きに放出された光であって、加工面１１と加工面１２の間の底面において反射した光Ｌ２は、反射金属層８により反射されて外部に出射される。また、加工面１１と加工面１２の底面において屈折して内部に侵入した光Ｌ３であっても、内部反射層２により反射されて、外部に出射される。
【００４０】
一部の光は加工面１２で反射されるが、積層半導体１０内に形成された内部反射層２により反射され、光Ｌ４のように外部に出射される。点Ｐにて発生した光であって、活性層４から外れて上部閉じ込め層５側に出射した光が存在しても、Ｓｎｅｌｌの法則に従って、上向きの光Ｌ５として外部に出射される。
【００４１】
また、活性層４から外れて下向きに出射された光は、内部反射層２により反射されて、光Ｌ６として積層半導体１０の上面から取り出される。光子が脱出する側の加工面１２および反射金属層８が形成される側の加工面１１が鉛直方向からなす角度およびその加工面の間隔は材料系および積層半導体１０の寸法などにより最適化する。
【００４２】
以上のように、本実施形態に係る発光ダイオードでは、複数の積層半導体１０に分離している。そして、各積層半導体１０に電圧を印加することができ、各活性層４から光が発せられる構成となっている。
【００４３】
活性層４を分離することにより、活性層４から発せられた光が、活性層４内で導波する距離を短くすることができることから、活性層４内での光の吸収を低減することができる。また、活性層４を導波して、加工面１２から取り出された光は、対向配置された反射金属層８により反射されて外部に出射されるため、光取り出し効率を向上させることができる。
【００４４】
このように、発生した光の活性層４内で導波する距離を短くでき、活性層４を導波して加工面１２から取り出された光は対向配置された反射金属層８により反射させて外部へ出射させることができるため、光取出し効率を向上させることができる。また、分離した全ての活性層４から光を発生させることができるため、発光ダイオードの素子面積に対する活性層４の面積の縮小が抑制される。このため、高い光取り出し効率を維持しつつ、発光ダイオードの光出力を向上させることができる。
【００４５】
積層半導体１０を図２のようなストライプ状あるいは図３のような屈曲したストライプ状にすることはマスクによるパターニングで容易に作製可能である。また、発光ダイオードの素子面積に対する活性層４の面積の割合は、例えば活性層を円錐台形状にする場合などと比較すると非常に大きくすることができる。このため、高い光取出し効率を維持したまま半導体素子からの光出力を向上させることができる。また、図３のように屈曲したストライプ状の積層半導体１０の場合には、図２に示すストライプ状の積層半導体１０に比べて、光取り出し面となる加工面１２、光反射面となる加工面１１の面積を大きくすることができることから、取り出される光の量を増加させることができる。
【００４６】
さらに、活性層４と基板１との間には、内部反射層２が形成されていることから、活性層４から発生した光であって、基板１側に進む光を反射させて、外部に出射させることができ、光取り出し効率をさらに向上させることができる。
【００４７】
また、積層半導体１０間の領域における内部反射層２上には、反射金属層８が形成されていないことから、内部反射層２により反射された光を外部へ出射させることができる。
【００４８】
光取り出し効率および光出力が向上するため、例えば、要求される光出力を従来品より小さい発光ダイオードで実現することができる。
【００４９】
（第２実施形態）
図４は、第２実施形態に係る発光ダイオードの断面図である。なお、第１実施形態と同様の構成要素には、同一の符号を付しており、重複説明は省略する。
【００５０】
本実施形態に係る発光ダイオードでは、積層半導体１０の加工面１１ａ，１２ａには、表面凹凸構造が形成されているものである。なお、表面凹凸構造は、少なくとも光取り出し面となる加工面１２ａに形成されていればよい。
【００５１】
上記の凹凸構造は、積層半導体１０を加工した後、絶縁層６を形成する前に、多数の円形の開口をもつレジストパターンを積層半導体１０上に形成した後に、等方性エッチングを行うことにより形成することができる。
【００５２】
例えば、第１実施形態の構造では、平坦な加工面１２のため、活性層４から発生した光の加工面１２への入射角度が、臨界角よりも小さければほぼ１００％積層半導体１０の外部へ出射されるが、臨界角よりも大きな角度の場合には積層半導体１０の外部へ出射されない。
【００５３】
これに対して、本実施形態のように加工面１２ａに凹凸構造が形成されている場合には、加工面１２ａに対して全反射可能な角度の範囲を広げることができる。このため、活性層４から発せられる光の外部への取り出し効率が向上する。
【００５４】
（第３実施形態）
図５は、第３実施形態に係る発光ダイオードの断面図である。なお、第１実施形態と同様の構成要素には、同一の符号を付しており、重複説明は省略する。
【００５５】
本実施形態では、活性層４ａから加工面１１，１２までの間に、活性層４ａよりもバンドギャップの大きい窓層４ｂが形成されている。本実施形態では、窓層４ｂを形成することで電流狭窄を図り、活性層４ａの領域を第１実施形態に比べて限定している。
【００５６】
上記の窓層４ｂは、例えば、積層半導体１０を加工した後に、イオン注入や拡散導入によるインターミキシング法などの手法により、亜鉛を加工面１１，１２から導入することにより形成する。
【００５７】
特に５９０ｎｍ−６７０ｎｍにおける発光ダイオードにおいては、活性層における再吸収が大きく、再吸収された光子が再発光へ至る確率が低い。このため、本実施形態では、窓層４ｂを形成して活性層４ａの領域を限定することにより、活性層４ａから発せられた光が、再び活性層４ａで吸収される確率を小さくしている。これにより、光取出し効率を第１実施形態に比べて大きくすることができる。
【００５８】
なお、活性層のうち実質的に発光領域となるのは、電流が主として流れる領域のみである。このため、本実施形態に示すように、活性層４ａの領域を限定しても、活性層４ａから発せられる光の出力が小さくなることはない。
【００５９】
（第４実施形態）
図６は、第４実施形態に係る発光ダイオードの断面図である。なお、第１実施形態と同様の構成要素には、同一の符号を付しており、重複説明は省略する。
【００６０】
第４実施形態では、光取出し側の加工面１２ｂの角度を垂直に形成したものである。加工面１２ｂの角度の制御は、ドライエッチングとウェットエッチングを併用する手法、あるいはオフセット基板を利用することにより生じるウェットエッチングの非対称性を利用する手法などにより容易に行うことができる。例えば、基板１の成膜において、（００１）面に対して、（０１１）もしくは（０−１−１）方向に傾斜角度０〜６０°で傾斜させて膜を堆積させることにより、上記のようにエッチングの際の加工面１２ｂの角度を制御できる。
【００６１】
光取り出し面である加工面１２ｂを垂直に形成した場合には、例えば、活性層４よりも下側の加工面１２ｂに入射した光は、積層半導体１０を抜けて内部反射層２へ向けて出射され、内部反射層２および反射金属層８で反射されて、外部へ出射される（図中、光Ｌ５’参照）。
【００６２】
このように、加工面１２ｂを垂直に形成した場合であっても、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００６３】
（第５実施形態）
図７は、第５実施形態に係る発光ダイオードの断面図である。なお、第１実施形態と同様の構成要素には、同一の符号を付しており、重複説明は省略する。
【００６４】
第５実施形態では、光取出し側の加工面１２ｃの角度を、いわゆる逆メサ形状にしたものである。鉛直方向を基準とする加工面１２ｃの角度は、例えば０°から−３５°である。このような形状は、積層半導体１０の加工に斜方向ドライエッチングを採用することにより、形成することができる。
【００６５】
このように、加工面１２ｃの角度をいわゆる逆メサ形状にすることにより、活性層４内で横方向に導波された光は、Ｓｎｅｌｌの法則により、加工面１２ｃにおいて上方向に取り出される（図中、光Ｌ１参照）。また、図中、光Ｌ５や光Ｌ７のような成分は、積層半導体１０の上面から取り出すことができるため、光取り出し効率が向上する。
【００６６】
（第６実施形態）
図８は、第６実施形態に係る発光ダイオードの断面図である。なお、第１実施形態と同様の構成要素には、同一の符号を付しており、重複説明は省略する。
【００６７】
本実施形態では、加工面１１ｄ，１２ｄが内部反射層２を突き抜けて基板１に到達する深さまで延びている例である。上記の構造は、積層半導体１０の加工において、基板１に到達するまでエッチングすることにより形成できる。また、加工面１１ｄ，１２ｄの間の底面にも、反射金属層８が形成されている。
【００６８】
内部反射層２を構成するＤＢＲの反射率は、光の入射角度および光の波長に依存し、あらゆる入射角度および波長の光が反射されるわけではない。ＤＢＲの主面の垂直方向から入射光が傾くほど反射率は低くなる。したがって、一部の光は、内部反射層２内を導波する。
【００６９】
本実施形態では、加工面１２ｄは内部反射層２の端部を露出させていることから、内部反射層２により反射されずに、内部反射層２内を導波した光は加工面１２ｄを抜けて、対向する反射金属層８により反射されて、外部へ出射される（図中、光Ｌ８参照）。また、加工面１２ｄにより屈折して下向きに抜けた光Ｌ２は、底面に存在する反射金属層８により反射されて、外部へ出射される。
【００７０】
以上のように、内部反射層２により反射されずに、内部反射層２内を導波する光をも外部に出射させることができるため、光取り出し効率および光出力を向上させることができる。
【００７１】
（第７実施形態）
図９は、第７実施形態に係る発光ダイオードの断面図である。なお、第１実施形態と同様の構成要素には、同一の符号を付しており、重複説明は省略する。
【００７２】
本実施形態では、積層半導体１０の下層に、ＤＢＲではなく金属反射層からなる内部反射層２１を設けたものである。
【００７３】
本実施形態では、基板２０上には、金属反射層からなる内部反射層２１が形成されている。本実施形態では、基板２０は、例えばＧａＡｓ，ＩｎＰ，Ｓｉなどの半導体基板や、熱伝導性のより良い金属基板（例えばＣｕ，Ｃｕ−Ｗ，Ｃｕ−Ｍｏなど）により形成される。金属反射層は、高反射率材料からなり、例えば、Ａｌ／ＡｕＳｎや、Ａｕ、Ａｇからなる。
【００７４】
内部反射層２１上には、電流狭窄を図るために、電流経路部分に開口が形成された絶縁層２２が形成されている。絶縁層２２の開口内には、導電膜２３が形成されている。絶縁層２２は、λ／４ｎ（λ：波長、ｎ：屈折率）の厚さの絶縁膜、例えば酸化シリコン膜や窒化シリコン膜により形成される。導電膜２３は、低抵抗率材料からなる。
【００７５】
絶縁層２２および導電膜２３上には、第１実施形態と同様に、下部閉じ込め層３、活性層４、上部閉じ込め層５を有する積層半導体１０が複数形成されている。本実施形態では、下部閉じ込め層３は、例えばｐ型のＡｌＩｎＰやＡｌＧａＡｓなどからなり、上部閉じ込め層５は例えばｎ型のＡｌＩｎＰやＡｌＧａＡｓなどからなる。また、基板２０の裏側には、下部電極２４が形成されている。下部電極２４は、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層膜により形成される。
【００７６】
図９に示すように、導電膜２３の位置は、上面から見て、反射金属層８と重ならないようにずれて配置されている。
【００７７】
次に、上記構成の本実施形態に係る発光ダイオードの製造方法について説明する。
【００７８】
まず、図示しないシード基板上に、図９の上層側からＭＯＶＰＥ法などにより半導体層を形成する。すなわち、図示しないシード基板上に、上部閉じ込め層５、活性層４、下部閉じ込め層３の順に成膜する。
【００７９】
次に、下部閉じ込め層３上に、λ／４ｎの厚さの絶縁層２２を形成した後に、リソグラフィおよびエッチングにより開口部を形成し、開口部内に導電膜２３を形成する。その後、絶縁層２２および導電膜２３上に、金属反射層を堆積させて内部反射層２１を形成する。
【００８０】
次に、シード基板の内部反射層２１側に、基板２０を貼り合わせる。貼り合わせに用いる基板２０としては、例えばＧａＡｓ，ＩｎＰ，Ｓｉなどの半導体基板や、熱伝導性のより良い金属基板（例えばＣｕ，Ｃｕ−Ｗ，Ｃｕ−Ｍｏなど）を用いる。
【００８１】
貼り合わせた後に、成長に用いていたシード基板を除去し、リソグラフィおよびエッチングにより、複数の積層半導体１０に加工する。
【００８２】
次に、積層半導体１０および基板１を被覆して全面に、例えばＣＶＤ法により酸化シリコンを堆積させて、絶縁層６を形成する。その後、リソグラフィおよびエッチングにより、絶縁層６にコンタクト開口６ａを形成する。
【００８３】
次に、積層半導体１０の上面に、上部電極７を構成する金属材料および反射金属層８を構成する金属材料を蒸着法あるいはスパッタリング法などにより堆積した後に、リソグラフィおよびエッチングにより、パターン加工することにより、上部電極７および反射金属層８を形成する。最後に、例えば蒸着法あるいはスパッタリング法により、基板１の裏面の全面に下部電極２４を形成する。
【００８４】
本実施形態では、上部電極７と、導電膜２３の位置が鉛直方向からみて重ならないようにする。ｐ型材料からなる下部閉じ込め層３における電荷の移動度が小さいため、活性層４のうち実質的に光子が発生する領域は導電膜２３の上となる。
【００８５】
導電膜２３の上の活性層４の点Ｐで生じた光は、積層半導体１０の上面に上部電極７が存在しないため、光Ｌ９，Ｌ１０，Ｌ１１として、外部に出射される。これにより、光取り出し効率を向上させることができる。
【００８６】
上部電極７と下部電極２４間に流す電流を大きくしていくと、一定量までは発光量が増加する。ここで、発光ダイオードの放熱作用が優れていればそれだけ、上記の一定量（最大発光量）が増大する。基板２０として半導体材料に比べて熱伝導率が非常に大きいＣｕを採用すれば、上記の大電流における最大発光量が増大する。ただし、Ｃｕは半導体材料との線膨張係数の差が大きいため、貼り合わせ後に熱収縮による力が作用し、貼り合わせの信頼性が半導体材料を採用する場合に比べて劣る。ここで、Ｃｕ−Ｗ，Ｃｕ−Ｍｏは、線膨張係数が半導体材料とほとんど同じであるため、Ｃｕ−Ｗ，Ｃｕ−Ｍｏを基板２０として採用することにより、高い熱伝導率を確保しつつ、基板２０の貼り合わせの信頼性を向上させることができる。
【００８７】
なお、図示はしないが、第２実施形態のように、積層半導体１０の表面に凹凸構造を形成すれば、さらに光取り出し効率を向上させることができる。
【００８８】
（第８実施形態）
図１０は、第８実施形態に係る発光ダイオードの断面図である。本実施形態では、第７実施形態と同様に反射金属層からなる内部反射層２１を備えた発光ダイオードについて説明する。このため、第７実施形態と同様の構成要素には、同一の符号を付しており、重複説明は省略する。
【００８９】
本実施形態では、活性層４ａから加工面１１，１２までの間に、活性層４ａよりもバンドギャップの大きい窓層４ｂが形成されている。本実施形態では、窓層４ｂを形成することで電流狭窄を図る。
【００９０】
上記の窓層４ｂは、例えば、積層半導体１０を加工した後に、イオン注入や拡散導入によるインターミキシング法などの手法により、亜鉛を加工面１１，１２から導入することにより形成する。
【００９１】
上記の構造により、実質的に発光する部分のみを活性層４ａとして残し、周囲の領域をバンドギャップの大きい窓層４ｂとすることにより、活性層４ａから発せられた光が、再び活性層４ａ中で再吸収される確率を小さくすることができる。これにより、光取出し効率を第７実施形態に比べて大きくすることができる。
【００９２】
本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。
上記の実施形態では、５９０ｎｍ〜６７０ｎｍ波長域の発光ダイオードについて説明したが、本発明は材料系を限定するものではないため、それ以外の波長域の発光ダイオードについても同様に適用可能である。例えば、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの積層膜からなるＭＱＷ構造の発光ダイオードは青色や緑色で実用に供されているが、ＧａＮ基板を用いることなどにより同様の効果が期待できる。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】第１実施形態に係る発光ダイオードの断面図である。
【図２】第１実施形態に係る発光ダイオードの上面図である。
【図３】第１実施形態に係る発光ダイオードの上面図である。
【図４】第２実施形態に係る発光ダイオードの断面図である。
【図５】第３実施形態に係る発光ダイオードの断面図である。
【図６】第４実施形態に係る発光ダイオードの断面図である。
【図７】第５実施形態に係る発光ダイオードの断面図である。
【図８】第６実施形態に係る発光ダイオードの断面図である。
【図９】第７実施形態に係る発光ダイオードの断面図である。
【図１０】第８実施形態に係る発光ダイオードの断面図である。
【符号の説明】
【００９４】
１…基板、２…内部反射層、３…下部閉じ込め層、４…活性層、４ａ…活性層、４ｂ…窓層、５…上部閉じ込め層、６…絶縁層、６ａ…コンタクト開口、７…上部電極、８…反射金属層、９…下部電極、１０…積層半導体、１１…加工面、１２…加工面、１３…パッド、２０…基板、２１…内部反射層、２２…絶縁層、２３…導電膜、２４…下部電極
【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】
2006190854.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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