(57)【要約】【課題】光り取り出し面に２つの電極を有する発光ダイオードにおいて、光取り出し効率が高く、高輝度の発光ダイオードを提供する。【解決手段】発光層１０を含む発光部７を有する化合物半導体層２と、透明基板３とが接合された発光ダイオードであって、化合物半導体層２の主たる光取り出し面２ａ側に、第１の電極４と第２の電極５とが設けられ、透明基板３は、化合物半導体層２と接合する上面３Ａと、上面３Ａの面積よりも小さい面積の底面３Ｂと、上面側から底面側に向かって傾斜された傾斜面３ｂを少なくとも含む側面と、を有しており、第１及び第２の電極４，５が、当該発光ダイオードを平面視したときに、底面３Ｂを投影した領域内に配置されていることを特徴とする発光ダイオード１を選択する。【選択図】図２
2011165801.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
組成式（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）、組成式ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ（０≦Ｘ≦１）または、組成式ＩｎＸＧａ１−ＸＡｓ（０≦Ｘ≦０．３）からなる発光層を含む発光部を有する化合物半導体層と、透明基板とが接合された発光ダイオードであって、
前記化合物半導体層の主たる光取り出し面側に、第１の電極と、前記第１の電極と極性の異なる第２の電極とが設けられ、
前記透明基板は、前記化合物半導体層と接合する上面と、前記上面の面積よりも小さい面積の底面と、前記上面側から前記底面側に向かって傾斜された傾斜面を少なくとも含む側面と、を有しており、
前記第１及び第２の電極が、当該発光ダイオードを平面視したときに、前記底面を投影した領域内に配置されていることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項２】
前記透明基板の前記側面は、前記化合物半導体層と接合する上面側で前記光取り出し面に対して略垂直である第１の側面と、前記底面側において前記光取り出し面に対して傾斜する第２の側面と、を有す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】
前記第１及び第２の電極が、当該発光ダイオードを平面視したときに、前記第２の側面を投影した領域内に配置されない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】
前記底面の面積が、前記上面の面積の６０〜８０％の範囲であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項５】
前記底面の面積が、０．０４ｍｍ２以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項６】
前記透明基板が、ＧａＰ単結晶であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項７】
前記透明基板の厚さが、５０〜３００μｍの範囲であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項８】
前記第２の側面と前記光取り出し面とのなす角度が、６０〜８０°の範囲であることを特徴とする請求項２乃至７のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項９】
当該発光ダイオードを断面視した際に、前記第１の側面の長さが、前記第２の側面の長さよりも長いことを特徴とする請求項２乃至８のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項１０】
前記第１の電極が、パッド電極と、幅１０μｍ以下の線状電極と、を有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項１１】
前記化合物半導体層が、ＧａＰ層を含んでおり、
前記第２の電極が、前記ＧａＰ層上に設けられていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項１２】
前記第１の電極の極性がｎ型であり、前記第２の電極の極性がｐ型であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項１３】
前記第２の側面が、粗面化されていることを特徴とする請求項２乃至１２のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項１４】
ＧａＡｓ基板に組成式（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）、組成式ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ（０≦Ｘ≦１）または、組成式ＩｎＸＧａ１−ＸＡｓ（０≦Ｘ≦０．３）から成る発光層を含む発光部を有する化合物半導体層を形成する工程と、
前記化合物半導体層と透明基板とを接合する工程と、
前記ＧａＡｓ基板を除去する工程と、
前記化合物半導体層の前記透明基板と反対側の主たる光取り出し面に、第１の電極と、前記第１の電極と極性の異なる第２の電極とを形成する工程と、
前記透明基板の側面に、傾斜面を形成する工程と、を備え、
前記傾斜面を形成する工程が、前記透明基板の前記化合物半導体層と接合する上面の面積よりも底面の面積が小さくするとともに、前記第１及び第２の電極が、当該発光ダイオードを平面視したときに、前記底面を投影した領域内に配置されるように当該透明基板の側面に傾斜面を形成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１５】
前記傾斜面を形成する工程が、
前記透明基板の前記化合物半導体層と接合する上面側に、前記光取り出し面に対して略垂直となる第１の側面を形成し、
前記底面側に、前記光取り出し面に対して傾斜する第２の側面を形成することを特徴とする請求項１４に記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項１６】
前記傾斜面を形成する工程が、ダイシング法を用いることを特徴とする請求項１４又は１５に記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項１７】
請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の発光ダイオードを搭載することを特徴とする発光ダイオードランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード及びその製造方法、並びに発光ダイオードランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、赤外、赤色、橙色、黄色或いは黄緑色の可視光を発する発光ダイオード（英略称：ＬＥＤ）として、燐化アルミニウム・ガリウム・インジウム（組成式（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ；０≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）、組成式ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ（０≦Ｘ≦１）または、組成式ＩｎＸＧａ１−ＸＡｓ（０≦Ｘ≦１）から成る発光層を備えた化合物半導体ＬＥＤが知られている。この様なＬＥＤにあって、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）等から成る発光層を備えた発光部は、一般に発光層から出射される発光に対し光学的に不透明であり、また機械的にもそれ程強度のない砒化ガリウム（ＧａＡｓ）等の基板材料上に形成されている。
【０００３】
このため、最近では、より高輝度、高出力のＬＥＤを得るために、ＧａＡｓ基板材料を除去して、然る後、発光を透過できるＧａＰ基板を接合し、側面に傾斜面を形成し、高輝度化した発光ダイオードを構成する技術が開示されている（例えば、特許文献１〜５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−３０２８５７号公報
【特許文献２】特開２００７−１７３５５１号公報
【特許文献３】特開２００７−１７３５７５号公報
【特許文献４】特開２００７−１９４５３６号公報
【特許文献５】米国特許第６２２９１６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
透明基板の接合型ＬＥＤにより、高輝度のＬＥＤを提供することが可能となったが、さらに高い輝度のＬＥＤを求めるニーズがあった。また、発光ダイオードの表面と裏面に電極を形成する構造の素子においては多くの形状が提案されているが、光取り出し面に２つの電極を形成する素子の構造は、形状が複雑であり、側面状態と電極の配置について最適化がなされていなかった。
【０００６】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、光り取り出し面に２つの電極を有する発光ダイオードにおいて、光取り出し効率が高く、高輝度の発光ダイオード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】
すなわち、本発明は以下に関する。
［１］  組成式（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）、組成式ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ（０≦Ｘ≦１）または、組成式ＩｎＸＧａ１−ＸＡｓ（０≦Ｘ≦０．３）からなる発光層を含む発光部を有する化合物半導体層と、透明基板とが接合された発光ダイオードであって、
前記化合物半導体層の主たる光取り出し面側に、第１の電極と、前記第１の電極と極性の異なる第２の電極とが設けられ、
前記透明基板は、前記化合物半導体層と接合する上面と、前記上面の面積よりも小さい面積の底面と、前記上面側から前記底面側に向かって傾斜された傾斜面を少なくとも含む側面と、を有しており、
前記第１及び第２の電極が、当該発光ダイオードを平面視したときに、前記底面を投影した領域内に配置されていることを特徴とする発光ダイオード。
［２］  前記透明基板の前記側面は、前記化合物半導体層と接合する上面側で前記光取り出し面に対して略垂直である第１の側面と、前記底面側において前記光取り出し面に対して傾斜する第２の側面と、を有することを特徴とする前項１に記載の発光ダイオード。
［３］  前記第１及び第２の電極が、当該発光ダイオードを平面視したときに、前記第２の側面を投影した領域内に配置されないことを特徴とする前項２に記載の発光ダイオード。
［４］  前記底面の面積が、前記上面の面積の６０〜８０％の範囲であることを特徴とする前項１乃至３のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
［５］  前記底面の面積が、０．０４ｍｍ２以上であることを特徴とする前項１乃至４のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
［６］  前記透明基板が、ＧａＰ単結晶であることを特徴とする前項１乃至５のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
［７］  前記透明基板の厚さが、５０〜３００μｍの範囲であることを特徴とする前項１乃至６のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
［８］  前記第２の側面と前記光取り出し面とのなす角度が、６０〜８０°の範囲であることを特徴とする前項２乃至７のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
［９］  当該発光ダイオードを断面視した際に、前記第１の側面の長さが、前記第２の側面の長さよりも長いことを特徴とする前項２乃至８のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
［１０］  前記第１の電極が、パッド電極と、幅１０μｍ以下の線状電極と、を有することを特徴とする前項１乃至９のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
［１１］  前記化合物半導体層が、ＧａＰ層を含んでおり、
前記第２の電極が、前記ＧａＰ層上に設けられていることを特徴とする前項１乃至１０のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
［１２］  前記第１の電極の極性がｎ型であり、前記第２の電極の極性がｐ型であることを特徴とする前項１乃至１１のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
［１３］  前記第２の側面が、粗面化されていることを特徴とする前項２乃至１２のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
［１４］  ＧａＡｓ基板に組成式（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）、組成式ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ（０≦Ｘ≦１）または、組成式ＩｎＸＧａ１−ＸＡｓ（０≦Ｘ≦０．３）から成る発光層を含む発光部を有する化合物半導体層を形成する工程と、
前記化合物半導体層と透明基板とを接合する工程と、
前記ＧａＡｓ基板を除去する工程と、
前記化合物半導体層の前記透明基板と反対側の主たる光取り出し面に、第１の電極と、前記第１の電極と極性の異なる第２の電極とを形成する工程と、
前記透明基板の側面に、傾斜面を形成する工程と、を備え、
前記傾斜面を形成する工程が、前記透明基板の前記化合物半導体層と接合する上面の面積よりも底面の面積が小さくするとともに、前記第１及び第２の電極が、当該発光ダイオードを平面視したときに、前記底面を投影した領域内に配置されるように当該透明基板の側面に傾斜面を形成することを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
［１５］  前記傾斜面を形成する工程が、
前記透明基板の前記化合物半導体層と接合する上面側に、前記光取り出し面に対して略垂直となる第１の側面を形成し、
前記底面側に、前記光取り出し面に対して傾斜する第２の側面を形成することを特徴とする前項１４に記載の発光ダイオードの製造方法。
［１６］  前記傾斜面を形成する工程が、ダイシング法を用いることを特徴とする前項１４又は１５に記載の発光ダイオードの製造方法。
［１７］  前項１乃至１３のいずれか一項に記載の発光ダイオードを搭載することを特徴とする発光ダイオードランプ。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の発光ダイオードによれば、化合物半導体層の主たる光取り出し面側に、第１の電極と、第１の電極と極性の異なる第２の電極とが設けられ、透明基板が化合物半導体層と接合する上面と、この上面の面積よりも小さい面積の底面と、上面側から底面側に向かって傾斜された傾斜面を少なくとも含む側面とを有しており、上記第１及び第２の電極が、発光ダイオードを平面視したときに、上記底面を投影した領域内に配置されている構成となっている。このように、光取り出し効率の高い領域である底面以外の領域（すなわち傾斜面が投影される領域）に不透明な電極を形成しないことにより、反射面の実効的な面積を確保することができるため、発光部からの光取り出し効率を高めることができる。したがって、高輝度の発光ダイオードを提供することができる。
【０００９】
本発明の発光ダイオードの製造方法によれば、化合物半導体層と接合した透明基板の側面に、傾斜面を形成する工程において、透明基板の化合物半導体層と接合する上面の面積よりも底面の面積が小さくするとともに、第１及び第２の電極が、当該発光ダイオードを平面視したときに、上記底面を投影した領域内に配置されるように当該透明基板の側面に傾斜面を形成する構成となっている。これにより、高輝度の上記発光ダイオードを製造することができる。
【００１０】
本発明の発光ダイオードランプによれば、本発明の上記発光ダイオードを搭載しているため、高輝度の発光ダイオードランプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態である発光ダイオードの平面図である。
【図２】本発明の一実施形態である発光ダイオードの、図１中に示すＡ−Ａ’線に沿った断面模式図である。
【図３】本発明の一実施形態である発光ダイオードに用いるエピウェーハの断面模式図である。
【図４】本発明の一実施形態である発光ダイオードに用いる接合ウェーハの断面模式図である。
【図５】本発明の一実施形態である発光ダイオードを用いた発光ダイオードランプの平面図である。
【図６】本発明の一実施形態である発光ダイオードを用いた発光ダイオードランプの、図５中に示すＢ−Ｂ’線に沿った断面模式図である。
【図７】比較例１の発光ダイオードの構成を示す平面図である。
【図８】比較例１の発光ダイオードの、図７中に示すＣ−Ｃ’線に沿った断面模式図である。
【図９】比較例２の発光ダイオードの構成を示す平面図である。
【図１０】比較例２の発光ダイオードの、図９中に示すＤ−Ｄ’線に沿った断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を適用した一実施形態である発光ダイオードについて、これを搭載した発光ダイオードランプとともに図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００１３】
＜発光ダイオード＞
図１及び図２は、本発明を適用した一実施形態である発光ダイオードを説明するための図であり、図１は平面図、図２は図１中に示すＡ−Ａ’線に沿った断面図である。
図１及び図２に示すように、本実施形態の発光ダイオード１は、化合物半導体層２と透明基板３とが接合された発光ダイオードである。そして、発光ダイオード１は、主たる光取り出し面２ａに設けられたｎ型オーミック電極（第１の電極）４及びｐ型オーミック電極（第２の電極）５を備えて概略構成されている。なお、本実施形態における主たる光取り出し面２ａとは、化合物半導体層２において、透明基板３を貼り付けた面の反対側の面である。
【００１４】
化合物半導体層（エピタキシャル成長層ともいう）２は、図２に示すように、燐化アルミニウム・ガリウム・インジウム混晶（組成式（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ；０≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）層、又は、アルミニウム・ガリウム・ヒ素混晶（組成式ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ（０≦Ｘ≦１））層、あるいは、インジウム・ガリウム・ヒ素混晶（組成式ＩｎＸＧａ１−ＸＡｓ（０≦Ｘ≦０．３））層からなるｐｎ接合型の発光部７と、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８とが順次積層された積層構造体である。この化合物半導体層２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、オーミック（Ｏｈｍｉｃ）電極の接触抵抗を下げるためのコンタクト層、素子駆動電流を発光部の全般に平面的に拡散させるための電流拡散層、逆に素子駆動電流の通流する領域を制限するための電流阻止層や電流狭窄層など公知の層構造を設けることができる。なお、化合物半導体層２は、ＧａＡｓ基板上にエピタキシャル成長させて形成されたものであることが好ましい。
【００１５】
発光部７は、図２に示すように、電流拡散層８上に、少なくともｐ型の下部クラッド層９、発光層１０、ｎ型の上部クラッド層１１が順次積層されて構成されている。すなわち、発光部７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１０に「閉じ込める」ために、発光層１０の下側及び上側に対峙して配置した下部クラッド（ｃｌａｄ）層９及び上部クラッド層１１を含む、所謂、ダブルヘテロ（英略称：ＤＨ）構造とすることが高強度の発光を得る上で好ましい。
【００１６】
発光層１０は、組成式（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）、組成式ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ（０≦Ｘ≦１）または、組成式ＩｎＸＧａ１−ＸＡｓ（０≦Ｘ≦０．３）からなる半導体層から構成されている。この発光層１０は、ダブルヘテロ構造、単一（ｓｉｎｇｌｅ）量子井戸（英略称：ＳＱＷ）構造、あるいは多重（ｍｕｌｔｉ）量子井戸（英略称：ＭＱＷ）構造のどちらであっても良いが、単色性に優れる発光を得るためにはＭＱＷ構造とすることが好ましい。また、量子井戸（英略称：ＱＷ）構造をなす障壁（ｂａｒｒｉｅｒ）層及び井戸（ｗｅｌｌ）層を構成する（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）の組成は、所望の発光波長を帰結する量子準位が井戸層内に形成される様に決定することができる。
【００１７】
発光層１０の層厚は、０．０２〜２μｍの範囲であることが好ましい。また、発光層１０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。
【００１８】
下部クラッド層９及び上部クラッド層１１は、図２に示すように、発光層１０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１０の下面に下部クラッド層９が設けられ、発光層１０の上面に上部クラッド層１１が設けられている。
【００１９】
下部クラッド層９と上部クラッド層１１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９及び上部クラッド層１１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、発光層１０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。
【００２０】
具体的に、下部クラッド層９としては、例えば、Ｍｇをドープしたｐ型の（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０．３≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ（０≦Ｘ≦１）または、ＩｎＸＧａ１−ＸＡｓ（０≦Ｘ≦０．３）からなる半導体材料を用いることが望ましい。また、キャリア濃度は２×１０１７〜２×１０１８ｃｍ−３の範囲が好ましく、層厚は０．５〜５μｍの範囲が好ましい。
【００２１】
一方、上部クラッド層１１としては、例えば、Ｓｉをドープしたｎ型の（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０．３≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ（０≦Ｘ≦１）、組成式ＩｎＸＧａ１−ＸＡｓ（０≦Ｘ≦０．３）からなる半導体材料を用いることが望ましい。また、キャリア濃度は１×１０１７〜１×１０１８ｃｍ−３の範囲が好ましく、層厚は０．５〜２μｍの範囲が好ましい。
なお、下部クラッド層９及び上部クラッド層１１の極性は、化合物半導体層２の素子構造を考慮して適宜選択することができる。
【００２２】
また、下部クラッド層９と発光層１０との間、発光層１０と上部クラッド層１１との間及び上部クラッド層１１と電流拡散層８との間に、両層間におけるバンド（ｂａｎｄ）不連続性を緩やかに変化させるための中間層を設けても良い。この場合、各中間層は、上記両層の中間の禁止帯幅を有する半導体材料からそれぞれ構成することが好ましい。
【００２３】
また、発光部７の構成層の上方には、オーミック（Ｏｈｍｉｃ）電極の接触抵抗を下げるためのコンタクト層、素子駆動電流を発光部の全般に平面的に拡散させるための電流拡散層、逆に素子駆動電流の通流する領域を制限するための電流阻止層や電流狭窄層など公知の層構造を設けることができる。
【００２４】
電流拡散層８は、図２に示すように、素子駆動電流を発光部７の全般に平面的に拡散させるために、発光部７の下方に設けられている。これにより、発光ダイオード１は、発光部７から均一に発光することができる。
【００２５】
電流拡散層８としては、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦０．７、０≦Ｙ≦１）の組成を有する材料を適用することができる。上記Ｘは、化合物半導体層２の素子構造にもよるが、Ａｌ濃度が低い材料が化学的に安定であることから、０．５以下（Ａｌ濃度としては、約１２．５％以下）であることが好ましく、０であることがより好ましい。また、上記Ｙは、１であることが好ましい。すなわち、電流拡散層８としては、Ａｌ濃度が２５％以下であることが好ましく、１５％以下であることがより好ましく、Ａｌを含まないｐ型ＧａＰを用いることが最も好ましい。
【００２６】
なお、電流拡散層８にＧａＰを適用する場合、透明基板３をＧａＰ基板とすることにより、接合を容易にし、高い接合強度を得ることができる。
また、電流拡散層８の厚さは０．５〜２０μｍの範囲であることが好ましい。０．５μｍ以下であると電流拡散が不十分であり、２０μｍ以上であるとその厚さまで結晶成長させる為のコストが増大するからである。
【００２７】
透明基板３は、化合物半導体層２の主たる光取り出し面２ａと反対側の面に接合されている。すなわち、透明基板３は、図２に示すように、化合物半導体層２を構成する電流拡散層８側に接合されている。この透明基板３は、発光部７を機械的に支持するのに充分な強度を有し、且つ、発光部７から出射される発光を透過できる禁止帯幅が広く、発光層１０からの発光波長に対して光学的に透明な材料から構成することが好ましい。また、後述する接合工程を容易にする為に、接合表面である電流拡散層８と同じ材質とすることが最適である。
【００２８】
透明基板３としては、例えば、燐化ガリウム（ＧａＰ）、砒化アルミニウム・ガリウム（ＡｌＧａＡｓ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶体、或いは六方晶或いは立方晶の炭化珪素（ＳｉＣ）等のＩＶ族半導体結晶体およびサファイア、ガラスなどを用いることができる。
【００２９】
透明基板３は、発光部７を機械的に充分な強度で支持するために、例えば約５０μｍ以上の厚みとすることが好ましい。また、化合物半導体層２へ接合した後に透明基板３への機械的な加工を施し易くするため、約３００μｍの厚さを超えないものとすることが好ましい。すなわち、透明基板３は、約５０μｍ以上約３００μｍ以下の厚さを有する透明度、コスト面からＧａＰ単結晶体からなる基板から構成するのが最適である。
【００３０】
また、図２に示すように、透明基板３の側面は、化合物半導体層２に近い側において主たる光取り出し面２ａに対して略垂直である垂直面（第１の側面）３ａとされており、化合物半導体層２に遠い側において主たる光取り出し面に対して内側に傾斜した傾斜面（第２の側面）３ｂとされている。これにより、発光層１０から透明基板３側に放出された光を効率よく外部に取り出すことができる。また、発光層１０から透明基板３側に放出された光のうち、一部は垂直面３ａで反射され傾斜面３ｂで取り出すことができる。一方、傾斜面３ｂで反射された光は垂直面３ａで取り出すことができる。このように、垂直面３ａと傾斜面３ｂとの相乗効果により、光の取り出し効率を高めることができる。
【００３１】
また、本実施形態では、図２に示すように、傾斜面３ｂと発光面に平行な面とのなす角度αを、６０度〜８０度の範囲内とすることが好ましい。このような範囲とすることで、透明基板３の底部で反射された光を効率よく外部に取り出すことができる。
また、垂直面３ａの幅（厚さ方向）を、３０μｍ〜２００μｍの範囲内とすることが好ましい。垂直面３ａの幅を上記範囲内にすることで、透明基板３の底部で反射された光を垂直面３ａにおいて効率よく発光面に戻すことができ、さらには、主たる光取り出し面２ａから放出させることが可能となる。このため、発光ダイオード１の発光効率を高めることができる。
【００３２】
さらに、垂直面３ａの長さ（厚さ方向）を、傾斜面３ｂの長さより長くすることが好ましい。これにより、透明基板３の底面３Ｂの面積を大きくし、ダイボンド工程での発光ダイオードの安定性が増し、容易に組み立てることができる。また、ｎ型オーミック電極（第１の電極）４の形成領域とのバランスが良い範囲となり、高輝度化が可能となる。
【００３３】
また、透明基板３の傾斜面３ｂは、粗面化されることが好ましい。傾斜面３ｂが粗面化されることにより、この傾斜面３ｂでの光取り出し効率を上げる効果が得られる。すなわち、傾斜面３ｂを粗面化することにより、傾斜面３ｂでの全反射を抑制して、光取り出し効率を上げることができる。
【００３４】
上述したように、本実施形態の発光ダイオード１を構成する透明基板３は、側面に傾斜面３ｂが形成されているため、化合物半導体層２と接合される上面３Ａの面積よりも底面３Ｂの面積Ｓが小さくなっている。
ここで、本実施形態では、底面３Ｂの面積が、上面３Ａの面積の６０〜８０％の範囲であることが好ましい。上記範囲であると、光の取り出し効率を高めることができる。
また、底面３Ｂの面積を、０．０４ｍｍ２以上とすることが好ましい。これにより、ダイボンド工程の組み立てが、容易になる。
【００３５】
また、底面３Ｂは、発光波長に対して９０％以上の反射率を有し、前記発光部に対向して配置する反射面（図示せず）を備えることができる。この構成では、主たる光取り出し面から効率的に光を取り出すことができる。
例えば、反射面は、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕなどを用いることができ、この反射面に加えて、共晶ダイボンドに用いるＡｕＩｎ、ＡｕＧｅ、ＡｕＳｎ等の共晶金属を付加し、組み立て工程を簡略化できる。
電流拡散層、反射金属および共晶金属が相互拡散しないよう、例えば、Ｔｉ，Ｗ、Ｐｔなどの高融点金属または、例えば、ＩＴＯなどの透明導電性酸化物を挿入することも、品質の安定性から望ましい。
【００３６】
化合物半導体層２と透明基板３との接合界面は、高抵抗層となる場合がある。すなわち、化合物半導体層２と透明基板３との間には、図示略の高抵抗層が設けられている場合がある。この高抵抗層は、透明基板３よりも高い抵抗値を示し、高抵抗層が設けられている場合には化合物半導体層２の電流拡散層８側から透明基板３側への逆方向の電流を低減する機能を有している。また、透明基板３側から電流拡散層８側へと不用意に印加される逆方向の電圧に対して耐電圧性を発揮する接合構造を構成しているが、その降伏電圧は、ｐｎ接合型の発光部７の逆方向電圧より低値となる様に構成することが好ましい。
【００３７】
ｎ型オーミック電極４およびｐ型オーミック電極５は、図２に示すように、発光ダイオード１の主たる光取り出し面２ａ側に設けられた低抵抗のオーミック接触電極である。このような片側電極構造とすることにより、化合物半導体層２と接合させる透明基板３に電流を流す必要がなくなる。このため、電気抵抗の制約がなくなり、透明基板３として透過率の高い基板材料を選択することができ、発光ダイオード１の高輝度化を図ることができる。
【００３８】
ｎ型オーミック電極４は、上部クラッド層１１の上方に設けられており、例えば、ＡｕＧｅ、Ｎｉ合金／Ａｕからなる合金を用いることができる。一方、ｐ型オーミック電極５は、露出させた電流拡散層８の表面にＡｕＢｅ／Ａｕ、またはＡｕＺｎ／Ａｕからなる合金を用いることができる。
【００３９】
本実施形態の発光ダイオード１では、第２の電極としてｐ型オーミック電極５を、電流拡散層８上に形成することが好ましい。このような構成とすることにより、作動電圧を下げる効果が得られる。また、ｐ型オーミック電極５をｐ型ＧａＰからなる電流拡散層８上に形成することにより、良好なオーミックコンタクトが得られるため、作動電圧を下げることができる。
【００４０】
なお、本実施形態では、第１の電極の極性をｎ型とし、第２の電極の極性をｐ型とするのが好ましい。このような構成とすることにより、発光ダイオード１の高輝度化を達成することができる。一方、第１の電極をｐ型とすると、電流拡散が悪くなり、輝度の低下を招く。これに対して、第１の電極をｎ型とすることにより、電流拡散が良くなり、発光ダイオード１の高輝度化を達成することができる。
【００４１】
本実施形態の発光ダイオード１では、図１に示すように、ｎ型オーミック電極４とｐ型オーミック電極５とが対角の位置となるように配置することが好ましい。また、ｐ型オーミック電極５の周囲を、化合物半導体層２で囲んだ構成とすることが最も好ましい。このような構成とすることにより、作動電圧を下げる効果が得られる。また、ｐ型オーミック電極５の四方をｎ型オーミック電極４で囲むことにより、電流が四方に流れやすくなり、その結果作動電圧が低下する。
【００４２】
また、本実施形態の発光ダイオード１では、図１に示すように、ｎ型オーミック電極４を、ハニカム、格子形状など網目とすることが好ましい。このような構成とすることにより、輝度および信頼性を向上させる効果が得られる。また、格子状とすることにより、発光層１０に均一に電流を注入することができ、その結果、輝度および信頼性を向上させる効果が得られる。なお、本実施形態の発光ダイオード１では、図１に示すように、ｎ型オーミック電極４を、パッド形状の電極（パッド電極）４ａと、幅１０μｍ以下の線状の電極（線状電極）４ｂとで構成することが好ましい。このような構成とすることにより、高輝度化をはかることができる。さらに、線状電極の幅を狭くすることにより、光取り出し面の開口面積を上げることができ、高輝度化を達成することができる。
【００４３】
ここで、本実施形態の発光ダイオード１では、図１に示すように、ｎ型オーミック電極４（４ａ，４ｂ）及びｐ型オーミック電極５が、平面視した際の底面３Ｂを投影した領域内に配置されていることを特徴とする。換言すると、透明基板３の傾斜面３ｂを投影した領域内にいずれの電極をも配置させないことを特徴としている。
【００４４】
このように、傾斜面の効果によると考えられる光取り出し効率の高い領域である底面３Ｂを投影した領域以外の領域（すなわち傾斜面３ｂが投影される領域）に、不透明な電極を形成しないことにより、光のロスが減る。このため、発光部７からの光取り出し効率を高めることができる。したがって、発光ダイオード１のさらなる高輝度化を達成することができる。
【００４５】
なお、ｎ型オーミック電極（第１の電極）４を構成する線状電極４ｂで、電流を周辺まで拡散させている必要がある。従来の、中央部付近にオーミック電極だけが形成されている構造では、素子の周辺部の発光が弱く、顕著な効果は期待できない。
【００４６】
＜発光ダイオードの製造方法＞
次に、本実施形態の発光ダイオード１の製造方法について説明する。図３は、本実施形態の発光ダイオード１に用いるエピウェーハの断面図である。また、図４は、本実施形態の発光ダイオード１に用いる接合ウェーハの断面図である。
【００４７】
（化合物半導体層の形成工程）
先ず、図３に示すように、化合物半導体層２を作製する。化合物半導体層２は、ＧａＡｓ基板１４上に、ＧａＡｓからなる緩衝層１５、選択エッチングに利用するために設けられたエッチングストップ層（図示略）、Ｓｉをドープしたｎ型のＡｌＧａＩｎＰからなるコンタクト層１６、ｎ型の上部クラッド層１１、発光層１０、ｐ型の下部クラッド層９、Ｍｇドープしたｐ型ＧａＰからなる電流拡散層８を順次積層して作製する。
【００４８】
ＧａＡｓ基板１４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１４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１４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１４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。
【００４９】
ＧａＡｓ基板１４の転位密度は、化合物半導体層２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。
【００５０】
ＧａＡｓ基板１４は、ｎ型であってもｐ型であっても良い。ＧａＡｓ基板１４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１４がシリコンドープの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１４が亜鉛をドープした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。
【００５１】
ＧａＡｓ基板１４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１４の厚さが適切な範囲よりも薄いと、化合物半導体層２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１４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１４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。
【００５２】
このように、ＧａＡｓ基板１４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、発光層７に起因する化合物半導体層２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、発光層１０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１４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。
【００５３】
緩衝層（ｂｕｆｆｅｒ）１５は、ＧａＡｓ基板１４と発光部７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１５は、必ずしも必要ではない。また、緩衝層１５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。したがって、本実施形態では、緩衝層１５には、ＧａＡｓ基板１４と同じくＧａＡｓを用いることが好ましい。また、緩衝層１５には、欠陥の伝搬を低減するためにＧａＡｓ基板１４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１５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。
【００５４】
コンタクト層１６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１６の材質は、発光層１２よりバンドギャップの大きい材質であることが好ましく、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）が好適である。また、コンタクト層１６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、０．５μｍ以上が好ましく、１μｍ以上が最適である。コンタクト層１６の厚さの上限値は特に限定されてはいないが、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、５μｍ以下とすることが望ましい。
【００５５】
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２のエピタキシャル成長に使用するＧａＡｓ基板１４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２を構成する各層は、直径５０〜１５０ｍｍのＧａＡｓ基板１４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。
【００５６】
上記化合物半導体層２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。また、各層の成長温度としては、電流拡散層８としてｐ型ＧａＰを用いる場合は、７２０〜７７０℃を適用することができ、その他の各層では６００〜７００℃を適用することができる。さらに、各層のキャリア濃度及び層厚、温度条件は、適宜選択することができる。
【００５７】
このようにして製造した化合物半導体層２は、発光層７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２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。
【００５８】
（透明基板の接合工程）
次に、化合物半導体層２と透明基板３とを接合する。化合物半導体層２と透明基板３との接合は、先ず、化合物半導体層２を構成する電流拡散層８の表面を研磨して、鏡面加工する。次に、この電流拡散層８の鏡面研磨した表面に貼付する透明基板３を用意する。なお、この透明基板３の表面は、電流拡散層８に接合させる以前に鏡面に研磨する。次に、一般の半導体材料貼付装置に、化合物半導体層２と透明基板３とを搬入し、真空中で鏡面研磨した双方の表面に電子を衝突させて中性（ニュートラル）化したＡｒビームを照射する。その後、真空を維持した貼付装置内で双方の表面を重ね合わせて荷重をかけることで、室温で接合することができる（図４参照）。接合に関しては、接合条件の安定性から、接合面が同じ材質がより望ましい。
接合（貼り付け）はこのような真空下での常温接合が最適であるが、高温処理、高圧下での圧着、接着剤を用いて接合することもできる。
【００５９】
（第１及び第２の電極の形成工程）
次に、第１の電極であるｎ型オーミック電極４及び第２の電極であるｐ型オーミック電極５を形成する。ｎ型オーミック電極４及びｐ型オーミック電極５の形成は、先ず、透明基板３と接合した化合物半導体層２から、ＧａＡｓ基板１４及び緩衝層１５をアンモニア系エッチャントによって選択的に除去する。次に、露出したコンタクト層１６の表面にｎ型オーミック電極４を形成する。具体的には、例えば、ＡｕＧｅ、Ｎｉ合金／Ａｕを任意の厚さとなるように真空蒸着法により積層した後、一般的なフォトリソグラフィー手段を利用してパターニングを行ってｎ型オーミック電極４ｂの形状を形成する。
【００６０】
次に、コンタクト層１６、上部クラッド層１１、発光層１０、下部クラッド層９を選択的に除去して電流拡散層８を露出させ、この露出した電流拡散層８の表面にｐ型オーミック電極５を形成する。具体的には、例えば、ＡｕＢｅ／Ａｕを任意の厚さとなるように真空蒸着法により積層した後、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行ってｐ型オーミック電極５の形状を形成する。その後、例えば４００〜５００℃、５〜２０分間の条件で熱処理を行って合金化することにより、低抵抗のｎ型オーミック電極４及びｐ型オーミック電極５を形成することができる。
【００６１】
（透明基板の加工工程）
次に、透明基板３の形状を加工する。透明基板３の加工は、先ず、表面にＶ字状の溝入れを行う。この際、Ｖ字状の溝の内側面が発光面に平行な面とのなす角度αを有する傾斜面３ｂとなる。次に、化合物半導体層２側から所定の間隔でダイシングを行ってチップ化する。なお、チップ化の際のダイシングによって透明基板３の垂直面３ａが形成される。
また、第１及び第２の電極が、発光ダイオードを平面視したときに、加工後の透明基板３の底面３Ｂを投影した領域（図１を参照）内に配置されるように当該透明基板の側面に傾斜面３ｂを形成することに留意する。
【００６２】
傾斜面３ｂの形成方法は、特に限定されるものではなく、ウェットエッチング、ドライエッチング、スクライブ法、レーザー加工などの従来からの方法を組み合わせて用いることができるが、形状の制御性及び生産性の高いダイシング法を適用することが最も好ましい。ダイシング法を適用することにより、製造歩留まりを向上することができる。
【００６３】
また、垂直面３ａの形成方法は、特に限定されるものではないが、レーザー加工、スクライブ・ブレーク法又はダイシング法で形成するのが好ましい。レーザー加工、スクライブ・ブレーク法を採用することにより、製造コストを低下させることができる。すなわち、チップ分離の際に切りしろを設ける必要なく、数多くの発光ダイオードが製造できるため製造コストを下げることができる。一方、ダイシング法では、切断の安定性に優れている。
【００６４】
最後に、破砕層及び汚れを必要に応じて硫酸・過酸化水素混合液等でエッチング除去する。このようにして発光ダイオード１を製造する。
【００６５】
＜発光ダイオードランプ＞
図５及び図６は、本発明を適用した一実施形態である発光ダイオードを用いた発光ダイオードランプを説明するための図であり、図５は平面図、図６は図５中に示すＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。
【００６６】
図５及び図６に示すように、本実施形態の発光ダイオード１を用いた発光ダイオードランプ４１は、マウント基板４２の表面に１以上の発光ダイオード１が実装されている。より具体的には、マウント基板４２の表面には、ｎ電極端子４３とｐ電極端子４４とが設けられている。また、発光ダイオード１の第１の電極であるｎ型オーミック電極４とマウント基板４２のｎ電極端子４３とが金線４５を用いて接続されている（ワイヤーボンディング）。一方、発光ダイオード１の第２の電極であるｐ型オーミック電極５とマウント基板４２のｐ電極端子４４とが金線４６を用いて接続されている。さらに、Ａｇペーストや共晶金属層等の接続層（図示略）により、図６に示すように、発光ダイオード１がｎ電極端子４３上に接続されてマウント基板４２に固定されている。そして、マウント基板４２の発光ダイオード１が実装された表面は、エポキシ樹脂等の一般的な封止剤４７によって封止されている。
【００６７】
＜発光ダイオードランプの製造方法＞
次に、上記発光ダイオード１を用いた発光ダイオードランプ４１の製造方法、すなわち、発光ダイオード１の実装方法について説明する。
図５及び図６に示すように、マウント基板４２の表面に所定の数量の発光ダイオード１を実装する。発光ダイオード１の実装は、先ず、マウント基板４２と発光ダイオード１との位置合せを行い、マウント基板４２の表面の所定の位置に発光ダイオード１を配置する。次に、Ａｇペースト等でダイボンドし、発光ダイオード１をマウント基板４２の表面に固定する。次に、発光ダイオード１のｎ型オーミック電極４とマウント基板４２のｎ電極端子４３とを金線４５を用いて接続する（ワイヤーボンディング）。次に、発光ダイオード１のｐ型オーミック電極５とマウント基板４２のｐ電極端子４４とを金線４６を用いて接続する。最後に、マウント基板４２の発光ダイオード１が実装された表面を、封止剤４７によって封止する。このようにして、発光ダイオード１を用いた発光ダイオードランプ４１を製造する。
【００６８】
図５及び図６に示す発光ダイオードランプ４１は、上記構成により、ｎ電極端子４３とｐ電極端子４４との間に印加された電圧が、負極側であるｎ型オーミック電極４と正極側であるｐ型オーミック電極５を介して化合物半導体層２に印加され、発光層１０が発光する。そして、発光層１０から出射された光は、発光ダイオードランプ４１の光取り出し面から取り出される。
【００６９】
なお、上記発光ダイオード１を用いた発光ダイオードランプは、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。
【００７０】
また、上記構成の発光ダイオードランプ４１において、マウント基板４２の形状としては、図５及び図６に示す例においては板状に形成されているが、これには限定されず、他の形状を採用することも可能である。
【００７１】
以上説明したように、本実施形態の発光ダイオード１によれば、化合物半導体層２の主たる光取り出し面２ａ側に、ｎ型オーミック電極（第１の電極）４（４ａ，４ｂ）と、ｐ型オーミック電極（第２の電極）５とを設け、透明基板３が化合物半導体層２と接合する上面３Ａと、この上面３Ａの面積よりも小さい面積の底面３Ｂと、透明基板３の内側に向かって傾斜された傾斜面３ｂを少なくとも含む側面とを有しており、ｎ型及びｐ型オーミック電極４，５が、平面視した際に、透明基板３の底面３Ａを投影した領域内に配置されるように構成されている。ここで、底面３Ａを投影した領域以外の領域（すなわち傾斜面３ｂが投影される領域）は、光取り出し効率の高い領域であるため、この領域内に不透明なｎ型及びｐ型オーミック電極４，５を形成しないことにより、反射面の実効的な面積を確保することができる。これにより、発光部７からの光取り出し効率を高めることができるため、発光ダイオード１の高輝度化を達成することができる。
【００７２】
本実施形態の発光ダイオード１の製造方法によれば、化合物半導体層２と接合した透明基板３の側面に、傾斜面３ｂを形成する工程において、透明基板３の化合物半導体層２と接合する上面３Ａの面積よりも底面３Ｂの面積が小さくするとともに、ｎ型及びｐ型オーミック電極４，５が、当該発光ダイオード１を平面視した際に、底面３Ｂを投影した領域内に配置されるように当該透明基板３の側面に傾斜面３ｂを形成する構成となっている。これにより、高輝度の上記発光ダイオード１を製造することができる。
【００７３】
本実施形態の発光ダイオードランプ４１によれば、本発明の上記発光ダイオード１を搭載しているため、高輝度の発光ダイオードランプを提供することができる。
【実施例】
【００７４】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。しかし、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。
【００７５】
（実施例１）
本実施例で作製した半導体発光ダイオードは、図１及び図２に示した上記実施形態のＡｌＧａＩｎＰ発光部を有する赤色発光ダイオード（ＬＥＤ）である。
本実施例では、ＧａＡｓ基板上に設けたエピタキシャル積層構造体（エピウェーハ）とＧａＰ基板とを接合させて発光ダイオードを作製する場合を例にして、本発明を具体的に説明する。
【００７６】
実施例１のＬＥＤは、Ｓｉをドープしたｎ型の（１００）面から１５°傾けた面を有するＧａＡｓ単結晶からなる半導体基板上に順次、積層した半導体層を備えたエピタキシャルウェーハを使用して作製した。積層した半導体層とは、Ｓｉをドープしたｎ型のＧａＡｓからなる緩衝層、Ｓｉをドープしたｎ型の（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるコンタクト層、Ｓｉをドープしたｎ型の（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる下部クラッド層、アンドープの（Ａｌ０．２Ｇａ０．８）０．５Ｉｎ０．５Ｐ／Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐの２０対からなる発光層、およびＭｇをドープしたｐ型の（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる上部クラッド層および薄膜（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる中間層、Ｍｇドープしたｐ型ＧａＰ層である。
【００７７】
本実施例では、上記の半導体層の各層は、トリメチルアルミニウム（（ＣＨ３）３Ａｌ）、トリメチルガリウム（（ＣＨ３）３Ｇａ）およびトリメチルインジウム（（ＣＨ３）３Ｉｎ）をＩＩＩ族構成元素の原料に用いた減圧有機金属化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ法）によりＧａＡｓ基板上に積層して、エピタキシャルウェーハを形成した。Ｍｇのドーピング原料にはビスシクロペンタジエチルマグネシウム（ｂｉｓ−（Ｃ５Ｈ５）２Ｍｇ）を使用した。Ｓｉのドーピング原料にはジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を使用した。また、Ｖ族構成元素の原料としては、ホスフィン（ＰＨ３）またはアルシン（ＡｓＨ３）を用いた。ＧａＰ層は７５０℃で成長させ、半導体層をなすその他の半導体層は７３０℃で成長させた。
【００７８】
ＧａＡｓ緩衝層のキャリア濃度は約２×１０１８ｃｍ−３、また、層厚は約０．２μｍとした。コンタクト層は、（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐから構成し、キャリア濃度は約２×１０１８ｃｍ−３、層厚は、約１．５μｍとした。ｎ型クラッド層のキャリア濃度は約８×１０１７ｃｍ−３、また、層厚は約１μｍとした。発光層は、アンドープの０．８μｍとした。ｐ型クラッド層のキャリア濃度は約２×１０１７ｃｍ−３とし、また、層厚は１μｍとした。ＧａＰ層のキャリア濃度は約３×１０１８ｃｍ−３とし、層厚は９μｍとした。
【００７９】
ｐ型ＧａＰ層は、表面から約１μｍの深さに至る領域を研磨し、鏡面加工した。鏡面加工に依り、ｐ型ＧａＰ層の表面の粗さを０．１８ｎｍとした。一方、上記のｐ型ＧａＰ層の鏡面研磨した表面に貼付するｎ型ＧａＰ基板を用意した。この貼付用ＧａＰ基板には、キャリア濃度が約２×１０１７ｃｍ−３となる様にＳｉおよびＴｅを添加した、面方位を（１１１）とする単結晶を用いた。貼付用ＧａＰ基板の直径は５０ミリメートル（ｍｍ）で、厚さは２５０μｍであった。このＧａＰ基板の表面は、ｐ型ＧａＰ層に接合させる以前に鏡面に研磨し、表面粗さ（平方平均平方根値（ｒｍｓ））にして０．１２ｎｍに仕上げておいた。
【００８０】
一般の貼付装置に、上記のＧａＰ基板及びエピタキシャルウェーハを搬入し、３×１０−５Ｐａまで装置内を真空に排気した。
【００８１】
次に、ＧａＰ基板、及びＧａＰ層の双方の表面に、Ａｒビームを照射した。然る後、真空に維持した貼付装置内で、双方の表面を重ね合わせ、各々の表面での圧力が２０ｇ／ｃｍ２となる様に荷重を掛け、双方を室温で接合した。
【００８２】
次に、接合したウェーハから、ＧａＡｓ基板およびＧａＡｓ緩衝層をアンモニア系エッチャントにより選択的に除去した。
コンタクト層の表面に第１の線状オーミック電極として、ＡｕＧｅ、Ｎｉ合金を厚さが０．３μｍ、Ａｕを０．３μｍとなるように真空蒸着法によりｎ形オーミック電極（４ｂ）を形成した。一般的なフォトリソグラフィー手段を利用してパターニングを施し、電極を形成した。
次に、ｐ電極を形成する領域のエピ層を選択的に除去し、ＧａＰ層を露出させた。ＧａＰ層の表面にＡｕＢｅを０．２μｍ、Ａｕを０．４μｍとなるように真空蒸着法でｐ形オーミック電極を形成した。
４５０℃で１０分間熱処理を行い、合金化し低抵抗のｐ型およびｎ型オーミック電極（５）を形成した。
次に、ｎ電極パッド領域（４ａ）とｐ電極上のパッド領域（５）にＡｕ０．２μｍ、Ｐｔ０．２μｍ、Ａｕ１μｍのワイヤボンド用電極を形成した。
【００８３】
次に、切断領域となる化合物半導体層をエッチング除去した。
ダイシングソーを用いて、ＧａＰ基板の裏面（３Ｂ）から、傾斜面の角度αが７０°となるように、第１の側面（３ａ）が１６０μｍとなるようにＶ字状の溝入れを行った。
次に、表面側からダイシングソーを用い３２０μｍ間隔で切断し、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、半導体発光ダイオード（チップ）を作製した。
第１の側面の長さが、１６０μｍ、傾斜面（３ｂ）の長さは、９６μｍであった。底面は、一辺が約２５０μｍの略正方形で、面積は約０．０６２ｍｍ２であった。
第１の側面に囲まれた上面は、約２９０μｍの正方形で、面積は、０．０８４ｍｍ２であった。底面と上面の比率は、７４％であった。
【００８４】
上記の様にして作製したＬＥＤチップを、図５及び図６に示すように、発光ダイオードランプに組み立てた。このＬＥＤランプは、マウント基板に銀（Ａｇ）ペーストで固定、支持（マウント）し、ＬＥＤチップのｎ型オーミック電極とマウント基板の表面に設けたｎ電極端子とを、また、ｐ型オーミック電極とｐ電極端子とを金線でワイヤー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。ランプを１００個組み立て、特性と組立不良率を評価した。
【００８５】
マウント基板の表面に設けられたｎ電極端子とｐ電極端子とを介してｎ型及びｐ型オーミック電極間に電流を流したところ、主波長を６２０ｎｍとする赤色光が出射された。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、各オーミック電極の良好なオーミック特性を反映し、ランプ１００個の平均値は、２．０ボルト（Ｖ）となった。また、順方向電流を２０ｍＡとした際の発光強度は、発光効率の高い発光部の構成及びチップへの裁断時に発生する破砕層を除去するなど外部への取り出し効率も向上させている事を反映して３．２ルーメンの高輝度となった。組み立て不良は、なかった。
【００８６】
（比較例１）
比較例１のＬＥＤは、上記実施例１と同様にして、ｐ型およびｎ型オーミック電極を形成した。
次に、裏面側、すなわち透明基板側から第１の側面が、３０μｍとなるように切断し、表面側からダイシングソーを用いて３２０μｍ間隔で切断してチップ化した。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、図７及び図８に示すような半導体発光ダイオード（チップ）２１を作製した。
上記の様にして作製したＬＥＤチップ２１を、実施例１の場合と同様にして、発光ダイオードランプに１００個、組み立てた。
【００８７】
図７及び図８に示すように、比較例１のＬＥＤは、透明基板２３の第２の側面である傾斜面２３ｂの長さが、第１の側面である垂直面２３ａより長く、透明基板２３の底面２３Ｂの面積が実施例１のＬＥＤよりも小さくなった。さらに、ＬＥＤを平面視した際に、透明基板２３の傾斜面２３ａを投影した領域内、すなわち傾斜面２３ｂの上方にパッド電極４ａと線状電極４ｂとが配置された。
【００８８】
具体的には、α＝約７０度、垂直面２３ａの長さは６０μｍ、傾斜面２３ｂの長さは、２００μｍであった。底面２３Ｂは、一辺が約１５０μｍの略正方形で、面積は約０．０２３ｍｍ２であった。
これに対して、第１の側面である垂直面２３ａに囲まれた上面２３Ａは約２９０μｍの正方形で、面積は０．０８４ｍｍ２であった。また、底面２３Ｂと上面２３Ａとの比率は、２７％であった。
【００８９】
マウント基板の表面に設けられたｎ電極端子とｐ電極端子とを介してｎ型及びｐ型オーミック電極間に電流を流したところ、主波長を６２０ｎｍとする赤色光が出射された。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、２．０ボルト（Ｖ）となった。また、順方向電流を２０ｍＡとした際の輝度は、２．９ルーメンであった。ダイボンド時にチップが、転倒する組み立て不良が、２個発生した。
本発明を適用した上記実施例１と比較して、比較例１のＬＥＤ２１は、底面２３Ｂの上方に電極４（４ａ，４ｂ）が形成されているため、輝度が低かった。底面が小さくバランスが悪い為、組み立て不良が発生した。
【００９０】
（比較例２）
比較例２のＬＥＤは、上記実施例１と同様にして、ｐ型およびｎ型オーミック電極を形成した。
次に、裏面側、すなわち透明基板側からダイシングソーを用い３２０μｍ間隔で切断し、チップ化した。比較例２のＬＥＤは、第１の側面である垂直面がなく、角度（α）８５度の傾斜面だけで側面を形成した（図１０を参照）。その後、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、図９及び図１０に示すような半導体発光ダイオード（チップ）３１を作製した。
上記の様にして作製したＬＥＤチップ３１を、実施例１の場合と同様にして、発光ダイオードランプに１００個、組み立てた。
【００９１】
図９及び図１０に示すように、比較例２のＬＥＤ３２は、透明基板３３の側面が傾斜面３３ｂのみから構成される。なお、ＬＥＤ３２を平面視した際に、透明基板３３の傾斜面３３ａを投影した領域内、すなわち傾斜面３３ｂの上方には、パッド電極４ａと線状電極４ｂとは配置されなかった。
【００９２】
具体的には、底面３３Ｂの長さは２９０μｍで、面積は０．０８５ｍｍ２であった。
これに対して、上面３３Ａは約３１０μｍの正方形で、面積は０．０９６ｍｍ２であった。また、底面３３Ｂと上面３３Ａとの比率は、８８％であった。
【００９３】
マウント用基板の表面に設けられたｎ電極端子とｐ電極端子とを介してｎ型及びｐ型オーミック電極間に電流を流したところ、主波長を６２０ｎｍとする赤色光が出射された。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、２．０ボルト（Ｖ）となった。また、順方向電流を２０ｍＡとした際の輝度は、２．６ルーメンであった。組み立て不良は、なかった。
本発明を適用した上記実施例１と比較して、比較例２のＬＥＤ３１は、傾斜角αが大きいため、輝度が低かった。
【００９４】
（実施例２）
本実施例では、実施例１と同様な構造で、発光層の材質がＡｌＧａＡｓ発光部である赤外発光ダイオード（ＬＥＤ）について説明する。
本実施例では、実施例１と同様、ＧａＡｓ基板上に設けたエピタキシャル積層構造体（エピウェーハ）とＧａＰ基板とを接合させて発光ダイオードにおいて、発光部以外の製造工程は、実施例１と同じである。
【００９５】
実施例２のＬＥＤの発光部は、Ｓｉをドープした（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｎ型の上部クラッド層、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる上部ガイド層、Ａｌ０．０３Ｇａ０．９７Ａｓ/Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓの対からなる井戸層／バリア層、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる下部ガイド層、Ｍｇをドープした（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｐ型の下部クラッド層、で構成される。
【００９６】
前記、上部クラッド層は、キャリア濃度を約１×１０１８ｃｍ−３、層厚を約０．５μｍとした。上部ガイド層は、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１７ｎｍのＡｌ０．０３Ｇａ０．９７Ａｓとし、バリア層はアンドープで層厚が約１９ｎｍのＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓとした。また、井戸層とバリア層とを交互に１８対積層した。下部ガイド層は、アンドープで層厚を約５０nｍとした。下部クラッド層は、キャリア濃度を約８×１０１７ｃｍ−３、層厚を約０．５μｍとした。
【００９７】
上記の様にして作製したＬＥＤチップを、実施例１と同様、図５及び図６に示すように、ランプを１００個組み立て、特性と組立不良率を評価した。
【００９８】
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８３０ｎｍ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、化合物半導体層を構成する電流拡散層と機能性基板との接合界面での抵抗の低さ及び各オーミック電極の良好なオーミック特性を反映し、１．９ボルトとなった。順方向電流を２０ｍＡとした際の発光出力は、１８ｍＷであった。また、組み立て不良は、なかった。
【００９９】
（実施例３）
本実施例では、実施例１と同様な構造で、発光層の材質がＩｎＧａＡｓ発光部である赤外発光ダイオード（ＬＥＤ）について説明する。
本実施例では、実施例１と同様、ＧａＡｓ基板上に設けたエピタキシャル積層構造体（エピウェーハ）とＧａＰ基板とを接合させて発光ダイオードにおいて、発光部以外の製造工程は、実施例１と同じである。
【０１００】
実施例３のＬＥＤの発光部は、Ｓｉをドープした（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｎ型の上部クラッド層、（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）０．５２Ｉｎ０．４８Ｐからなる上部ガイド層、Ｉｎ０．２  Ｇａ０．８Ａｓ／（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５５Ｉｎ０．４５Ｐの５対からなる井戸層／バリア層、（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）０．５２Ｉｎ０．４８Ｐからなる下部ガイド層、Ｍｇをドープした（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｐ型の下部クラッド層、で構成される。
【０１０１】
前記、上部クラッド層は、キャリア濃度を約１×１０１８ｃｍ−３、層厚を約０．５μｍとした。上部ガイド層は、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５ｎｍのＩｎ０．２Ｇａ０．８Ａｓとし、バリア層はアンドープで層厚が約１０ｎｍの（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５５Ｉｎ（０．４５）Ｐとした。また、井戸層とバリア層とを交互に５対積層した。下部ガイド層は、アンドープで層厚を約５０ｎｍとした。下部クラッド層は、キャリア濃度を約８×１０１７ｃｍ−３、層厚を約０．５μｍとした。
【０１０２】
上記の様にして作製したＬＥＤチップを、実施例１と同様、図５及び図６に示すように、ランプを１００個組み立て、特性と組立不良率を評価した。
【０１０３】
この発光ダイオード（発光ダイオードランプ）の特性を評価した。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９２０ｎｍ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、化合物半導体層を構成する電流拡散層と機能性基板との接合界面での抵抗の低さ及び各オーミック電極の良好なオーミック特性を反映し、１．２２ボルトとなった。順方向電流を２０ｍＡとした際の発光出力は、８ｍＷであった。また、組み立て不良は、なかった。
【０１０４】
（比較例３）
実施例２に記載のＡｌＧａＡｓ発光部を用いて、比較例２の製造工程（チップ形状）を作製した。
【０１０５】
マウント基板の表面に設けられたｎ電極端子とｐ電極端子とを介して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８３０ｎｍとする赤色光が出射された。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、１．９ボルト（Ｖ）となった。また、順方向電流を２０ｍＡとした際の発光出力は、１５ｍＷであった。ダイボンド時にチップが、転倒する組み立て不良が、１個発生した。
【０１０６】
本発明を適用した上記実施例１と比較して、比較例１のＬＥＤ２１は、底面２３Ｂの上方に電極４（４ａ，４ｂ）が形成されているため、出力が低かった。底面が小さくバランスが悪い為、組み立て不良が発生した。
【０１０７】
（比較例４）
実施例３に記載のＩｎＧａＡｓ発光部を用いて、比較例２の製造工程（チップ形状）を作製した。
【０１０８】
マウント基板の表面に設けられたｎ電極端子とｐ電極端子とを介して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９２０ｎｍとする赤色光が出射された。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、１．２２ボルト（Ｖ）となった。また、順方向電流を２０ｍＡとした際の発光出力は、６．５ｍＷであった。ダイボンド時にチップが、転倒する組み立て不良が、２個発生した。
【０１０９】
本発明を適用した上記実施例１と比較して、比較例１のＬＥＤ２１は、底面２３Ｂの上方に電極４（４ａ，４ｂ）が形成されているため、出力が低かった。底面が小さくバランスが悪い為、組み立て不良が発生した。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
本発明の発光ダイオードは赤外、赤色、橙色、黄色或いは黄緑色等まで発光可能であり、しかも高輝度であるので各種の表示ランプ、センサー用光源、照明として利用できる。
【符号の説明】
【０１１１】
１・・・発光ダイオード
２・・・化合物半導体層
２ａ・・・光取り出し面
３・・・透明基板
３Ａ・・・上面
３Ｂ・・・底面
３ａ・・・垂直面（第１の側面）
３ｂ・・・傾斜面（第２の側面）
４・・・ｎ型オーミック電極（第１の電極）
５・・・ｐ型オーミック電極（第２の電極）
７・・・発光部
８・・・電流拡散層
９・・・下部クラッド層
１０・・・発光層
１１・・・上部クラッド層
１４・・・ＧａＡｓ基板
１５・・・緩衝層
１６・・・コンタクト層
４１・・・発光ダイオードランプ
４２・・・マウント基板
４３・・・ｎ電極端子
４４・・・ｐ電極端子
４５，４６・・・ワイヤー
４７・・・封止剤
【図１】
2011165801.tif 000003
【図２】
2011165801.tif 000004
【図３】
2011165801.tif 000005
【図４】
2011165801.tif 000006
【図５】
2011165801.tif 000007
【図６】
2011165801.tif 000008
【図７】
2011165801.tif 000009
【図８】
2011165801.tif 000010
【図９】
2011165801.tif 000011
【図１０】
2011165801.tif 000012