(57)【要約】      （修正有）【課題】反射面が凹凸面となった金属反射膜を有しながらも、該金属反射膜の外表面を載置先部材の表面に接着することによって素子を載置先部材に固定する際に、素子と載置先部材との間に空間が生じ難い発光ダイオード素子を提供すること。【解決手段】発光ダイオード素子１０は、発光素子構造を備えた半導体層１１Ｂを含む透光性の板状体１１と、板状体１１の表面に形成された金属反射膜１２とを有しており、半導体層１１Ｂの内部で生じる光の少なくとも一部が金属反射膜１２により反射されて、板状体１１の外部に出射するように構成されている。金属反射膜１２に覆われた板状体１１の表面は凹凸面となっており、金属反射膜１２の外表面は平坦化されて鏡面となっている。【選択図】図１
2008141015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子構造を備えた半導体層を含む透光性の板状体と、該板状体の表面に形成された金属反射膜とを有し、
該半導体層の内部で生じる光の少なくとも一部が該金属反射膜により反射されて、該板状体の外部に出射するように構成された、発光ダイオード素子であって、
前記金属反射膜に覆われた前記板状体の表面が凹凸面となっており、
該金属反射膜の外表面が平坦化されて鏡面となっている、
発光ダイオード素子。
【請求項２】
前記板状体が透光性基板を含んでおり、該透光性基板の表面が前記凹凸面の少なくとも一部を構成している、請求項１に記載の発光ダイオード素子。
【請求項３】
前記板状体が透明導電膜材料からなる透光性電極層を含んでおり、該透光性電極層の表面が前記凹凸面の少なくとも一部を構成している、請求項１に記載の発光ダイオード素子。
【請求項４】
前記半導体層の表面が前記凹凸面の少なくとも一部を構成している、請求項１に記載の発光ダイオード素子。
【請求項５】
前記半導体層が３族窒化物系化合物半導体からなる、請求項１〜４のいずれかに記載の発光ダイオード素子。
【請求項６】
発光素子構造を備えた半導体層を含む透光性の板状体と、該板状体の表面に形成された金属反射膜とを有し、
該半導体層の内部で生じる光の少なくとも一部が該金属反射膜により反射されて、該板状体の外部に出射するように構成された、発光ダイオード素子の、製造方法であって、
前記板状体を準備する工程と、
前記金属反射膜で覆うべき前記板状体の表面を加工して凹凸面とする工程と、
前記凹凸面を覆うように前記金属反射膜を構成する金属膜を形成する工程と、
前記金属膜の外表面をポリッシングにより平坦化して鏡面とする工程と、
を有する製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光ダイオード素子（以下「ＬＥＤ素子」ともいう。）に関し、とりわけ、発光素子構造を備えた半導体層を含む透光性の板状体と、該板状体の表面に形成された金属反射膜とを有し、該半導体層の内部で生じる光の少なくとも一部が該金属反射膜により反射されて、該板状体の外部に出射するように構成された、発光ダイオード素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
図７は、特許文献１に開示されたＬＥＤ素子の断面図である。図７に示す従来のＬＥＤ素子１００は、サファイアからなる透光性基板１１０Ａと、３族窒化物系化合物半導体（以下「窒化物半導体」ともいう。）からなる透光性半導体層１１０Ｂと、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）からなる透光性電極層１１０Ｃとが、この順に積層されてなる、透光性の板状体１１０を有している。板状体１１０の一方の表面である、透光性基板１１０Ａの裏面（透光性半導体層１１０Ｂが形成されていない側の面）は、エッチングまたは機械的加工により凹凸面とされたうえ、金属反射膜１２０で覆われている。透光性基板１１０Ａと透光性半導体層１１０Ｂとの間にはバッファ層（図示せず）が介在されている。透光性半導体層１１０Ｂは、ｐｎ接合型の発光素子構造を構成するｎ型層１１０Ｂ−１とｐ型層１１０Ｂ−２とを有しており、好ましくは、ｐｎ接合部に活性層が設けられる。エッチングにより部分的に露出されたｎ型層１１０Ｂ−１の表面には負電極１３０が形成されている。透光性電極層１１０Ｃの上面の一部には、正電極１４０が形成されている。
【０００３】
ここで、窒化物半導体とは、一般式ＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ａ＋ｂ≦１）で表される化合物半導体であり、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮなど、任意の組成のものを含む。上記化学式において、３族元素の一部をＢ（ホウ素）、Ｔｌ（タリウム）などで置換したもの、また、Ｎ（窒素）の一部をＰ（リン）、Ａｓ（ヒ素）、Ｓｂ（アンチモン）、Ｂｉ（ビスマス）などで置換したものも、窒化物半導体に含まれる。
【０００４】
図７に示すＬＥＤ素子１００では、金属反射膜１２０の反射面が凹凸面となっているので、透光性半導体層１１０Ｂの内部で発生し透光性基板１１０Ａを透過した光が、該金属反射膜１２０によって種々の方向に反射される。そのために、板状体１１０の内部における多重反射が抑制される他、金属反射膜１２０で反射された光が透光性基板１１０Ａの側面からも素子外部に出射されるので、ＬＥＤ素子１００は高い発光出力を示す。
【特許文献１】特開平１０−２７０７５４号公報
【非特許文献１】ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジクス，第４５巻，第３９号，２００６年，第Ｌ１０４５〜Ｌ１０４７頁（Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．４５，Ｎｏ．３９，２００６，ｐｐ．Ｌ１０４５−Ｌ１０４７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図７に示すＬＥＤ素子１００を載置先部材（リードフレーム、ステム、プリント基板など）に固定してＬＥＤランプを製造する場合には、金属反射膜１２０の外表面と載置先部材の表面とを接着する。このとき、金属反射膜１２０の外表面が平坦でないことから、ＬＥＤ素子１００と載置先部材との間に空間が生じる。このような空間が生じると、ＬＥＤ素子１００で発生する熱の放散が阻害されるという問題が発生する。また、この空間が気泡として形成された場合には、温度変化に伴って気泡内の圧力が変動するために、接着剤がストレスを受ける。このストレスにより接着剤の劣化が促進され、ＬＥＤランプの信頼性や寿命が低下するという問題が生じる。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みなされたものであり、その主な目的は、反射面が凹凸面となった金属反射膜を有しながらも、該金属反射膜の外表面を載置先部材の表面に接着することによって素子を載置先部材に固定する際に、素子と載置先部材との間に空間が生じ難い発光ダイオード素子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】
上記の目的を達成するために、次の特徴を有する発光ダイオード素子を提供する。
（１）発光素子構造を備えた半導体層を含む透光性の板状体と、該板状体の表面に形成された金属反射膜とを有し、該半導体層の内部で生じる光の少なくとも一部が該金属反射膜により反射されて、該板状体の外部に出射するように構成された、発光ダイオード素子であって、前記金属反射膜に覆われた前記板状体の表面が凹凸面となっており、該金属反射膜の外表面が平坦化されて鏡面となっている、発光ダイオード素子。
（２）前記板状体が透光性基板を含んでおり、該透光性基板の表面が前記凹凸面の少なくとも一部を構成している、前記（１）に記載の発光ダイオード素子。
（３）前記板状体が透明導電膜材料からなる透光性電極層を含んでおり、該透光性電極層の表面が前記凹凸面の少なくとも一部を構成している、前記（１）に記載の発光ダイオード素子。
（４）前記半導体層の表面が前記凹凸面の少なくとも一部を構成している、前記（１）に記載の発光ダイオード素子。
（５）前記半導体層が３族窒化物系化合物半導体からなる、前記（１）〜（４）のいずれかに記載の発光ダイオード素子。
（６）発光素子構造を備えた半導体層を含む透光性の板状体と、該板状体の表面に形成された金属反射膜とを有し、該半導体層の内部で生じる光の少なくとも一部が該金属反射膜により反射されて、該板状体の外部に出射するように構成された、発光ダイオード素子の、製造方法であって、前記板状体を準備する工程と、前記金属反射膜で覆うべき前記板状体の表面を加工して凹凸面とする工程と、前記凹凸面を覆うように前記金属反射膜を構成する金属膜を形成する工程と、前記金属膜の外表面をポリッシングにより平坦化して鏡面とする工程と、を有する製造方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、反射面が凹凸面となった金属反射膜を有しながらも、該金属反射膜の外表面を載置先部材の表面に接着することによって素子を載置先部材に固定する際に、素子と載置先部材との間に空間が生じ難い発光ダイオード素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係るＬＥＤ素子の構造を示す断面図である。このＬＥＤ素子１０は、サファイアからなる透光性基板１１Ａと、窒化物半導体からなる透光性半導体層１１Ｂと、ＩＴＯからなる透光性電極層１１Ｃとが、この順に積層されてなる、透光性の板状体１１を有している。板状体１１の一方の主面である、透光性基板１１Ａの裏面は、凹凸面とされたうえ、金属反射膜１２で覆われている。透光性基板１１Ａと透光性半導体層１１Ｂとの間にはバッファ層（図示せず）が介在されている。透光性半導体層１１Ｂは、ｐｎ接合型の発光素子構造を構成するｎ型層１１Ｂ−１とｐ型層１１Ｂ−２とを有しており、好ましくは、ｐｎ接合部に活性層が設けられる。エッチングにより部分的に露出されたｎ型層１１Ｂ−１の表面には負電極１３が形成されている。透光性電極層１１Ｃの上面の一部には、正電極１４が形成されている。
【００１０】
図１に示すＬＥＤ素子１０では、金属反射膜１２の反射面が凹凸面となっているので、透光性半導体層１１Ｂの内部で発生し、透光性基板１１Ａを透過した光が、該金属反射膜１２によって種々の方向に反射される。そのために、板状体１１の内部における多重反射が抑制される他、金属反射膜１２で反射された光が透光性基板１１Ａの側面からも素子外部に出射されるので、素子の発光出力が高くなる。
【００１１】
更に、図１に示すＬＥＤ素子１０は、金属反射膜１２の外表面が平坦化されて鏡面となっている。そのため、ＬＥＤ素子１０を載置先部材に固定してＬＥＤランプを製造したときに、素子１０と載置先部材との間に空間が生じない。よって、ＬＥＤ素子１０で発生する熱が載置先部材を介して効率よく放散されることになる。また、接着に用いる接着剤に気泡が入ることもないので、気泡内の圧力変化に起因する接着剤の劣化が発生することがなく、かかる接着剤の劣化に起因するＬＥＤランプの信頼性低下や短寿命化という問題が発生しない。
【００１２】
図１に示すＬＥＤ素子１０は、次のようにして製造することができる。
まず、サファイアからなる透光性基板１１Ａ上に、有機金属化合物気相成長（ＭＯＶＰＥ）法、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）法、分子ビームエピタキシー（ＭＢＥ）法など、公知の気相エピタキシャル成長法を用いて、窒化物半導体からなるバッファ層（図示せず）、窒化物半導体からなるｎ型層１１Ｂ−１、窒化物半導体からなるｐ型層１１Ｂ−２を、順次成長させて積層し、透光性半導体層１１Ｂを形成する。バッファ層は、例えば、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮなどからなる低温バッファ層である。好ましくは、低温バッファ層の上に、アンドープトＧａＮからなる単結晶性の高温バッファ層を積層する。ｎ型層１１Ｂ−１は、例えば、ＳｉドープトＧａＮ層とする。ｐ型層１１Ｂ−２は、例えば、ＭｇドープトＡｌＧａＮクラッド層と、ＭｇドープトＧａＮコンタクト層とを積層して、２層構造とする。ｎ型層１１Ｂ−１とｐ型層１１Ｂ−２との接合部には、例えば、ＩｎＧａＮ井戸層を含む多重量子井戸構造の活性層を設ける。ｐ型層１１Ｂ−２に添加したｐ型不純物を活性化させるためのアニーリング処理や電子線照射処理は適宜行うことができる。
【００１３】
透光性半導体層１１を形成したら、次に、ｐ型層１１Ｂ−２の表面に、ＩＴＯからなる透光性電極層１１Ｃを形成する。その形成方法としては、ＣＶＤ法（熱ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、ＭＯＣＶＤ、光ＣＶＤ）、スプレー法、スパッタリング法、真空蒸着法、クラスタービーム蒸着法、パルスレーザ蒸着法、イオンプレーティング法、ゾルゲル法、レーザアブレーション法、その他、公知のＩＴＯ薄膜の形成方法を任意に用いることができる。ｐ型層１１Ｂ−２と、ＩＴＯからなる透光性電極層１１Ｃとの間には、コンタクト抵抗を低減するための層として、数Å〜数十Åの膜厚に形成した、Ａｕ、Ｎｉ／Ａｕなどからなる、透光性の金属薄膜を介在させてもよい。透光性電極層１１Ｃは、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、ＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）、ＦＴＯ（フッ素ドープ酸化錫）、窒化チタンなど、ＩＴＯ以外の透明導電膜材料を用いて形成することもできる。透光性電極層１１Ｃの形成後、その上面の一部に、Ｔｉ、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕなどを用いて、正電極１４を形成する。この正電極１４は、ワイヤボンディング用のボンディングパッドである。
【００１４】
ＬＥＤ素子１０においては、透光性電極層１１Ｃに代えて、透光性を有する薄膜金属電極、または、透光性半導体層１１Ｂの内部で生じる光が通過し得る開口部を設けた開口金属電極を形成することもできる。これらの電極は、ｐ型層１１Ｂ−２とオーミック接触を形成するように、少なくともｐ型層と接する部分を、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、白金族元素（Ｐｌａｔｉｎｕｍ  Ｇｒｏｕｐ  Ｍｅｔａｌｓ）などの単体または合金で形成する。
【００１５】
正電極１４を形成したら、次に、反応性イオンエッチング法を用いて、ｐ型層１１Ｂ−２の表面側から、ｎ型層１１Ｂ−１に達する深さのエッチングを行って、ｎ型層１１Ｂ−１の表面を部分的に露出させる。そして、露出したｎ型層１１Ｂ−１の表面に、負電極１３を形成する。負電極１３は、ｎ型層１１Ｂ−１とオーミック接触を形成するように、少なくともｎ型層と接する部分を、Ａｌ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｖなどの単体または合金で形成する。なお、透光性基板として、サファイア基板のような絶縁性基板ではなく、ＳｉＣ基板、ＧａＮ基板、ＺｎＯ基板などの導電性基板（半導体基板）を用いる場合には、負電極をｎ型層の表面に形成しないで、透光性基板の裏面に形成することもできる。負電極１３を形成した後、電極の表面を除く素子の表面に絶縁保護膜を形成することが好ましい。
【００１６】
負電極１３の形成後、透光性基板１１Ａの裏面を加工して凹凸面とする。ひとつの方法として、透光性基板の裏面上にポリマー、金属などからなるミクロンオーダーまたはサブミクロンオーダーの粒径を有する微粒子を堆積し、これをマスク（ランダムエッチングマスク）として、透光性基板の裏面をエッチングし、凹部を形成する。他の方法では、透光性基板の裏面上にフォトレジスト膜を形成し、該フォトレジスト膜にフォトリソグラフィ技法を用いて開口パターンを形成したものを、エッチングマスクとして用いることもできる。この方法には、加工領域を制御できるという利点がある。例えば、透光性基板１１Ａの裏面のうち、後の工程でウェハを分割してチップにするときの分割ラインが通る領域は平坦なまま残し、それ以外の領域を加工して凹凸面とするとともに、金属反射膜１２も該分割ラインが通る領域には形成しないようにすることによって、ウェハを分割する方法の選択の自由度を高くすることができる。透光性基板の裏面に凹部を形成するためのエッチング方法に限定はなく、プラズマエッチングや反応性イオンエッチングなどのドライエッチング法、エッチング液を用いたウェットエッチング法のいずれも採用可能である。
【００１７】
透光性基板１１Ａの裏面を加工して凹凸面とするために、エッチング以外の方法として、機械的な加工方法を用いることができる。例えば、透光性基板の裏面は、研削や、比較的粗い研磨粒子を用いた研磨により、凹凸面とすることができる。あるいは、ダイシングブレードなどを用いた切削加工により、透光性基板の裏面を凹凸面とすることもできる。
【００１８】
透光性基板１１Ａの裏面を凹凸面とするためには、上記のようなサブトラクティブな加工方法だけではなく、アディティブな加工方法を用いることもできる。すなわち、透光性基板の裏面上に、凹凸面における凸部となる突出部を付加する方法である。このような突出部の材料は、透光性を有するものであればよく、特に限定はされないが、好ましくは、透光性基板との屈折率差の小さい透光性材料で形成する。例えば、透光性基板がサファイア基板である場合、突出部の好ましい材料として、酸化アルミニウム、スピネル、ＩＴＯなどが挙げられる。突出部の形成方法としては、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤなどの気相堆積法が好ましく例示される。低温成膜が可能な気相体積法を用いる場合には、フォトリソグラフィ技法を用いたリフトオフ法により、突出部を所望のパターンに形成することが可能である。
【００１９】
透光性基板１１Ａの裏面を凹凸面とするときの、凹凸面の構造に特に限定はなく、連続した凸部と孤立した凹部とからなる構造（例えば、平坦面のところどころに、半球状、円柱状、角柱状、円錐状、円錐台状、角錐状、角錐台状など形状を有する孔が開口した構造）、連続した凹部と孤立した凸部とからなる構造（例えば、平坦面のところどころに、半球状、円柱状、角柱状、円錐状、円錐台状、角錐状、角錐台状などの形状を有する突出部が存在している構造）、リッジ状の凸部と溝状の凹部とが交互に並んでいる構造（凸部と凹部の断面の形状として三角形状、台形状、方形状等が挙げられ、また凸部と凹部が直線的に伸びているものや曲線的に伸びているもの、凸部または凹部が分岐を有しているもの、などが例示される。）、これらが混合した構造など、各種の構造とすることができる。凹凸面における凸部および凹部の形状（上面形状、断面形状）や配置は、規則的であってもよいし、不規則的であってもよい。好ましくは、凸部または凹部の側壁面が３０度〜６０度の傾斜角を有する傾斜面となるようにすると、凹凸面上に形成する金属反射膜の反射面で光が反射されたときの、光の伝播方向の変化の度合が大きくなるので、ＬＥＤ素子の出力向上効果が大きくなる。
【００２０】
透光性基板１１Ａの裏面に、凹部をエッチングにより形成する場合の凹部の深さや、凸部を気相体積法で形成する場合の凸部の高さは、その最小値を、好ましくは０．５μｍ以上に設定し、より好ましくは１μｍ以上に設定し、特に好ましくは５μｍ以上に設定する。凹凸面の形成を機械的加工により行う場合には、凹凸面の表面粗さ（算術平均粗さＲａ）を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。凹凸面における凹部と凸部との高低差に特に上限はないが、基板の加工に要する時間およびエネルギー、次の工程で金属反射膜により凹凸面の凹部を埋め込むのに要する時間およびエネルギーを考慮すると、高低差の最大値を５０μｍ以下とすることが好ましく、２５μｍ以下とすることがより好ましい。
【００２１】
透光性基板１１Ａの裏面を加工して凹凸面とした後、該凹凸面を覆う金属反射膜１２を形成する。金属反射膜１２を形成するには、まず、該金属反射膜１２を構成する金属膜を、該凹凸面を覆うように、かつ、この凹凸面の凹部を充填するように、形成する。このように金属膜を形成するための方法としては、ＣＶＤ、スパッタリング、蒸着などの気相堆積法や、湿式法である電解メッキが挙げられる。凹凸面の凹部が孔状または溝状で、その開口部の幅に対する深さの比率が大きい場合には、凹凸面の表面に気相堆積法でシード層を形成した後、電解メッキによりシード層上にメッキ層を堆積することにより、凹部を金属で充填することができる。次に、上記形成した金属膜の外表面をポリッシングして、鏡面となるように平坦化する。ポリッシングは、好ましくは、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）である。金属反射膜１２は、ポリッシングにより仕上げられた外表面を有するものであってもよいし、あるいは、ポリッシングされた金属膜の表面上に、更に、気相堆積法や湿式法によって、表面が鏡面となるように金属膜を堆積したものであってもよい。鏡面とする金属反射膜１２の表面粗さ（算術平均荒さＲａ）は、好ましくは０.０２μｍ以下であり、より好ましくは０.０１μｍ以下である。
【００２２】
金属反射膜１２は、少なくとも、反射面として機能する部分（透光性基板１１Ａと接する部分）を、反射性の良好なＡｇ、ＡｌまたはＲｈで形成することが好ましい。金属反射膜１２は積層構造としてもよい。例えば、透光性基板１１Ａと接する部分に、気相法によりＡｇ、ＡｌまたはＲｈからなる反射層と、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｕなどからなるシード層を順次堆積して積層した後、電解メッキによってシード層の上にＡｕ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇなどからなるメッキ層を積層することができる。金属反射膜１２の外表面部には、接着剤として使用できるハンダ層や共晶合金層を形成することもできる。透光性基板１１Ａが導電性基板（半導体基板）である場合には、金属反射膜１２に負電極としての機能を持たせることができる。その場合、金属反射膜のうち、透光性基板と接する部分の少なくとも一部を、透光性基板とオーミック接触を形成する金属で形成する。
【００２３】
最後に、ダイシング、スクライビング、レーザ溶断等、この分野における周知の方法を用いて、ウェハ上に形成されたＬＥＤ素子を切り離し、チップにする。ＬＥＤ素子１０では、この工程において、ウェハの金属反射膜１２側の表面をダイシングテープに貼り付けた場合に、ウェハを分割して得られるチップがダイシングテープから脱落し難いという利点もある。これに対して、図７に示す従来のＬＥＤ素子１００では、金属反射膜１２０の外表面が凹凸面となっているために、この面とダイシングテープの粘着面との付着力が弱く、ウェハを分割して得たチップがダイシングテープから脱落し易いという問題があった。
【００２４】
（実施形態２）
図２は、実施形態２に係るＬＥＤ素子の構造を示す断面図である。このＬＥＤ素子２０は、ＧａＮからなる導電性の透光性基板２１Ａと、窒化物半導体からなる透光性半導体層２１Ｂと、ＩＴＯからなる透光性電極層２１Ｃとが、この順に積層されてなる、透光性の板状体２１を有している。透光性基板２１Ａと透光性半導体層２１Ｂとの間には、好ましくは、バッファ層（図示せず）が介在される。透光性半導体層２１Ｂは、ｐｎ接合型の発光素子構造を構成するｎ型層２１Ｂ−１とｐ型層２１Ｂ−２とを有しており、好ましくは、ｐｎ接合部に活性層が設けられる。板状体２１の一方の主面である、透光性電極層２１Ｃの表面は、凹凸面とされたうえ、正電極を兼用する金属反射膜２２で覆われている。金属反射膜２２は、凹凸面とされた透光性電極層２１Ｃの表面の凹部を充填するように形成されており、かつ、その外表面は平坦化されて鏡面となっている。透光性基板２１Ａの外表面の一部には、負電極２４が形成されている。ＬＥＤ素子２１は、金属反射膜２２の表面を載置先部材の表面に向けて、ジャンクションダウン実装される。
【００２５】
（実施形態３）
図３は、実施形態３に係るＬＥＤ素子の構造を示す断面図である。このＬＥＤ素子３０は、ＧａＮからなる導電性の透光性基板３１Ａと、窒化物半導体からなる透光性半導体層３１Ｂと、ＩＴＯからなる透光性電極層３１Ｃとが、この順に積層されてなる、透光性の板状体３１を有している。透光性半導体層３１Ｂは、ｐｎ接合型の発光素子構造を構成するｎ型層３１Ｂ−１とｐ型層３１Ｂ−２とを有しており、好ましくは、ｐｎ接合部に活性層が設けられる。透光性電極層３１Ｃは、透光性半導体層３１の表面にドット状に分散されており、各ドットの形状は円錐台状となっている。それによって、板状体３１の一方の主面が、透光性半導体層３１Ｂの表面と透光性電極層３１Ｃの表面とで構成された凹凸面とされている。この凹凸面を覆って、正電極を兼用する金属反射膜３２が形成されている。金属反射膜３２は、この凹凸面の凹部を充填するように形成されており、かつ、その外表面は平坦化されて鏡面となっている。透光性基板３１Ａの外表面の一部には、負電極３４が形成されている。ＬＥＤ素子３１は、金属反射膜３２の表面を載置先部材の表面に向けて、ジャンクションダウン実装される。
【００２６】
（実施形態４）
図４は、実施形態４に係るＬＥＤ素子の構造を示す断面図である。このＬＥＤ素子４０は、ＧａＮからなる導電性の透光性基板４１Ａと、窒化物半導体からなる透光性半導体層４１Ｂと、ＩＴＯからなる透光性電極層４１Ｃとが、この順に積層されてなる、透光性の板状体４１を有している。透光性半導体層４１Ｂは、ｐｎ接合型の発光素子構造を構成するｎ型層４１Ｂ−１とｐ型層４１Ｂ−２とを有しており、好ましくは、ｐｎ接合部に活性層が設けられる。透光性電極層４１Ｃには開口部が形成されており、該開口部の位置において、透光性半導体層４１Ｂに断面Ｖ字状の凹部がエッチングにより形成されている。この凹部はｎ型層４１Ｂ−１に達する深さを有している。凹部は孔状（円錐孔または角錐孔）であってもよいし、溝状（Ｖ溝）であってもよい。凹部内に露出した窒化物半導体の表面は、透光性の絶縁保護膜（図示せず）により覆われている。絶縁保護膜の材料としては、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸化アルミニウム、スピネル、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、フッ化マグネシウム、フッ化リチウムなどが例示される。このように、板状体４１の一方の主面は、透光性の絶縁保護膜の表面と、透光性電極層４１Ｃの表面とで構成された、凹凸面とされている。この凹凸面を覆って、正電極を兼用する金属反射膜４２が形成されている。金属反射膜４２は、この凹凸面の凹部を充填するように形成されており、かつ、その外表面は平坦化されて鏡面となっている。透光性基板４１Ａの外表面の一部には、負電極４４が形成されている。ＬＥＤ素子４１は、金属反射膜４２の表面を載置先部材の表面に向けて、ジャンクションダウン実装される。
【００２７】
本実施形態４において、透光性半導体層４１Ｃの開口部の位置に形成する凹部の断面形状はＶ字状の他、台形状、矩形状、半円状、Ｕ字状など、任意の形状とすることができる。この凹部は、いかなる断面形状を採用する場合にも、孔状または溝状とすることができる。本実施形態４においては、透光性電極４１Ｃを、金属膜からなる透光性または不透光性の電極に置き換えることもできる。
【００２８】
（実施形態５）
図５は、実施形態５に係るＬＥＤ素子の構造を示す断面図である。このＬＥＤ素子５０は、窒化物半導体からなる透光性半導体層５１Ｂと、透光性半導体層５１Ｂに対して支持基板として接合された、ＺｎＯからなる導電性の透光性基板５１Ｄとが積層されてなる、透光性の板状体５１を有している。透光性半導体層５１Ｂは、ｐｎ接合型の発光素子構造を構成するｎ型層５１Ｂ−１とｐ型層５１Ｂ−２とを有しており、好ましくは、ｐｎ接合部に活性層が設けられる。板状体５１の一方の主面である、透光性基板５１Ｄの表面は、凹凸面とされたうえ、正電極を兼用する金属反射膜５２で覆われている。金属反射膜５２は、凹凸面とされた透光性基板５１Ｄの表面の凹部を充填するように形成されており、かつ、その外表面は平坦化されて鏡面となっている。ｎ型層５１Ｂ−１の外表面の一部には、負電極５４が形成されている。
【００２９】
図５に示すＬＥＤ素子５０を製造するには、まず、サファイア基板上に、バッファ層を介して、ｎ型層５１Ｂ−１とｐ型層５１Ｂ−２を順に気相成長させて積層する。次に、ｐ型層５１Ｂ−２の表面にウェハボンディングによりＺｎＯからなる透光性基板５１Ｄを接合する。接合方法の詳細については、非特許文献１を参照することができる。接合後、透光性基板５１Ｄの表面を加工して凹凸面としたうえ、この凹凸面を覆う金属反射膜５２を形成する。更に、レーザリフトオフ、研磨、エッチングなどの方法を用いてサファイア基板とバッファ層を除去して、ｎ型層５１Ｂ−１を露出させ、露出したｎ型層５１Ｂ−１の表面に負電極５４を形成する。
【００３０】
（実施形態６）
図６は、実施形態６に係るＬＥＤ素子の構造を示す断面図である。このＬＥＤ素子６０は、ＧａＮからなる導電性の第１の透光性基板６１Ａと、窒化物半導体からなる透光性半導体層６１Ｂと、透光性半導体層６１Ｂに対して支持基板として接合された、ＺｎＯからなる導電性の第２の透光性基板６１Ｄとが積層されてなる、透光性の板状体６１を有している。板状体６１の一方の主面である、第１の透光性基板６１Ａの外表面は加工されており、断面台形状の凸部を複数有する凹凸面とされている。この凸部は錘台状（円錐台、角錐台）であってもよいし、平坦な頂面を有するリッジ状であってもよい。各凸部の頂面上には、負電極６４が形成されている。第１の透光性基板６１Ａと透光性半導体層６１Ｂとの間には、好ましくは、バッファ層（図示せず）が介在される。透光性半導体層６１Ｂは、ｐｎ接合型の発光素子構造を構成するｎ型層６１Ｂ−１とｐ型層６１Ｂ−２とを有しており、好ましくは、ｐｎ接合部に活性層が設けられる。板状体６１の他方の主面である、第２の透光性基板６１Ｄの表面は、凹凸面とされたうえ、正電極を兼用する金属反射膜６２で覆われている。金属反射膜６２は、凹凸面とされた透光性基板６１Ｄの表面の凹部を充填するように形成されており、かつ、その外表面は平坦化されて鏡面となっている。
【００３１】
本実施形態６において、第１の透光性基板６１Ａの表面に形成する凸部の高さ（凹部の底部から凸部の頂部までの高さ）は、加工前の第１の透光性基板６１Ａの厚さと同程度まで大きくすることができる。よって、この凸部の高さは、加工前の第１の透光性基板６１Ａの厚さにもよるが、５０μｍ以上とすることができる。この凸部の高さを大きくする程、光が該凸部の側面から素子外部に取り出される確率が高くなり、素子の発光効率が良好となる。凸部の断面形状は、台形状の他、矩形状、半円状、三角形状など、任意の形状とすることができる。第１の透光性基板６１Ａの表面に設けた凸部の、それぞれの表面に電極を形成することにより、透光性半導体層６１Ｂに均一に電流を注入することができる。ただし、このように電極を形成することは必須ではなく、例えば、第１の透光性基板６１Ａの表面に形成する電極は、複数の凸部のうちのひとつの表面にのみ形成してもよいし、あるいは、凹凸面の凹部の表面に形成してもよい。
【００３２】
図６に示すＬＥＤ素子６０を製造するには、まず、第１の透光性基板６１ＡとなるＧａＮ基板上に、バッファ層を介して、ｎ型層６１Ｂ−１とｐ型層６１Ｂ−２を順に気相成長させて積層する。次に、ｐ型層６１Ｂ−２の表面にウェハボンディングによりＺｎＯからなる第２の透光性基板６１Ｄを接合する。接合方法の詳細については、非特許文献１を参照することができる。接合後、第２の透光性基板６１Ｄの表面を加工して凹凸面としたうえ、この凹凸面を覆う金属反射膜６２を形成する。更に、第１の透光性基板６１Ａの表面をエッチングまたは機械的方法により加工して凹凸面とする。そして、凹凸面とした第１の透光性基板６１Ａの凸部の頂面に、負電極６４を形成する。
【００３３】
図６に示すＬＥＤ素子６０では、ＧａＮからなる第１の透光性基板６１Ａと、窒化物半導体からなる透光性半導体層６１Ｂの屈折率差が小さい（または屈折率差がない）ために、透光性半導体層６１Ｂの内部から第１の透光性基板６１Ａに向かって進む光は、透光性半導体層６１Ｂと第１の透光性基板６１Ａとの界面では殆ど反射されることがない。同様のことが、第１の透光性基板６１Ａとして、窒化物半導体からなる透光性半導体層６１Ｂよりも高い屈折率を有する基板（例えば、ＳｉＣ基板）を用いた場合にもいえる。一方、ＺｎＯからなる第２の透光性基板６１Ｄは、窒化物半導体からなる透光性半導体層６１Ｂよりも低い屈折率を有するので、透光性半導体層６１Ｂと第２の透光性基板６１Ｄとの界面に対して、透光性半導体層６１Ｂ側から入射する光は、この界面で屈折率差による反射を受ける。したがって、ＬＥＤ素子６０では、透光性半導体層６１Ｂの内部で発生する光が、第１の透光性基板６１Ａ側の表面から素子外に取り出される確率が高くなる。
【００３４】
本発明は、上記に明示的に示した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態に係る発光ダイオード素子の構造を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る発光ダイオード素子の構造を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る発光ダイオード素子の構造を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る発光ダイオード素子の構造を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る発光ダイオード素子の構造を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る発光ダイオード素子の構造を示す断面図である。
【図７】従来の発光ダイオード素子の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０、２０、３０、４０、５０、６０  発光ダイオード素子
１１、２１、３１、４１、５１、６１  透光性の板状体
１１Ａ、２１Ａ、３１Ａ、４１Ａ、５１Ａ、６１Ａ  透光性基板
１１Ｂ、２１Ｂ、３１Ｂ、４１Ｂ、５１Ｂ、６１Ｂ  透光性半導体層
１１Ｃ、２１Ｃ、３１Ｃ、４１Ｃ  透光性電極層
５１Ｄ、６１Ｄ  透光性基板
１２、２２、３２、４２、５２、６２  金属反射膜
１３  負電極
１４、２４、３４、４４、５４、６４  正電極
【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】
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