(57)【要約】【課題】発光ダイオードの耐久性（耐熱性や静電耐圧）を向上させ、更には、発光ダイオードの信頼性や寿命などを改善すること。【解決手段】絶縁膜１３０は、炭化シリコン（ＳｉＣ）をスパッタ又は蒸着によって形成したものであり、ｎ型半導体層１０３の露出穴底面１０３ａを形成する際に、同時に露出した半導体層の側壁面Ｃの略全面にわたって成膜されている。即ち、負電極１２０を囲う３方３面の側壁面Ｃの何れにも、絶縁膜１３０が形成されている。更に、絶縁膜１３０の裾は、透光性金属層１０６上や負電極１２０上にまで及んでいる。ＳｉＣは、数百℃程度の発光ダイオードの実際の作動環境において、非常に高い熱伝導率を示すので、大きな放熱効果が得られる。このため、従来、素子の正負両電極間で、局所的に発生していた破壊が生じ難くなるので、素子の耐久性や信頼性を効果的に向上させることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶成長基板上に III族窒化物系化合物半導体を結晶成長させることによって積層される半導体層を複数層有する半導体発光素子であって、
少なくとも、
正負両電極間の一帯に位置する前記半導体層の側壁面上か、又は、
エッチングによって露出された前記半導体層の側壁面上
の略全面に、
炭化シリコン（ＳｉＣ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、炭化ゲルマニウム（ＧｅＣ）、シリコンゲルマニウムカーボン（ＳｉＧｅＣ）、シリコン（Ｓｉ）、炭素（Ｃ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、ベリリア（ＢｅＯ）、または酸化亜鉛（ＺｎＯ）から成る絶縁膜が形成されている
ことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記絶縁膜上の少なくとも一部分領域に、放熱金属層を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
結晶成長基板上に III族窒化物系化合物半導体を結晶成長させることによって積層される半導体層を複数層有する半導体発光素子であって、
少なくとも、
正負両電極間の一帯に位置する前記半導体層の側壁面上か、又は、
エッチングによって露出された前記半導体層の側壁面上
の略全面に、
絶縁膜を介して、
銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、
アルミニウム（Ａｌ）、ベリリウム（Ｂｅ）、
ロジウム（Ｒｈ）、タングステン（Ｗ）、
マグネシウム（Ｍｇ）、モリブデン（Ｍｏ）、又は、
これらの内の少なくとも１種類の金属を含んだ合金
から成る放熱金属層が形成されている
ことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項４】
前記絶縁膜は、
炭化シリコン（ＳｉＣ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、炭素（Ｃ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、炭化ゲルマニウム（ＧｅＣ）、シリコンゲルマニウムカーボン（ＳｉＧｅＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、ベリリア（ＢｅＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、又は二酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）から成る
ことを特徴とする請求項３に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記放熱金属層は、
正電極及び負電極とは、別個に分離されて独立に配置されている
ことを特徴とする請求項２乃至請求項４の何れか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記放熱金属層の少なくとも正電極又は負電極の近傍に位置する部分は、
単層または複層の、
マイグレーションがより生じ難い他の材料、または、
より耐蝕性に優れた他の材料
から成る保護膜で覆われている
ことを特徴とする請求項２乃至請求項５の何れか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記保護膜を構成する層の少なくとも一層は、
炭化シリコン（ＳｉＣ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、炭素（Ｃ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、炭化ゲルマニウム（ＧｅＣ）、シリコンゲルマニウムカーボン（ＳｉＧｅＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、ベリリア（ＢｅＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、又は二酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）から成る
ことを特徴とする請求項６に記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記保護膜を構成する層の少なくとも一層は、
モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ニオブ（Ｎｂ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、銅（Ｃｕ）、又はこれらの内の少なくとも１種類の金属を含んだ合金から成る
ことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記絶縁膜は、
少なくとも片面の一部分領域に、凹凸形状の放熱面を有する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記結晶成長基板は、
炭化シリコン（ＳｉＣ）から形成されている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１１】
前記結晶成長基板に、
ヒートシンク材が接合されている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項１０の何れか１項に記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結晶成長基板上に III族窒化物系化合物半導体を結晶成長させることによって積層される半導体層を複数層有する半導体発光素子に関する。
本発明は、発光ダイオードの信頼性、耐久性、寿命などの改善に大いに有用なものであり、特に静電耐圧の向上に寄与する。また、本発明は、発光ダイオードの他にも、半導体レーザ等にも応用することができる。
【背景技術】
【０００２】
エッチングによって露出された半導体層の側壁面上に絶縁膜が形成されている発光ダイオードとしては、例えば、下記の特許文献に記載されている素子などが公知である。これらの発光ダイオードの上記の絶縁膜の上には、更に、負電極（または正電極）と同種の金属から成る金属層が負電極（または正電極）からそのまま延長されて積層されている。
これらの従来技術は、これらの素子構成によって、次の何れかの課題を解決しようとするものである。
（１）サージ耐圧の向上（特許文献１）
（２）発光量や歩留りの向上（特許文献２）
【特許文献１】特開平１０−１３５５１９号公報
【特許文献２】特開平９−１２９９２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記の従来技術（特許文献１、２）には、次の問題があった。
（問題点１）正電極と負電極とが非常に接近しているため、マイグレーションを引き起こす恐れがある。マイグレーションを引き起こし易い金属としては、例えば、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）、或いはこれらの金属を多く含んだ合金などが知られている。
マイグレーションは、経時的に進む現象であり、電極間の短絡の原因に成りかねないので、素子の発光特性や寿命などに悪影響を与える。
【０００４】
また、図９は、より一般的な発光ダイオードに関するその他の従来の問題点を例示する説明図である。
（問題点２）ＧａＮ系の発光ダイオードの静電耐圧は一般に、他の赤色発光のＬＥＤに比べて大幅に低い。即ち、ＧａＮ系の発光ダイオードの場合、高い静電圧を与えると、例えば図９にその形態を例示する様に、静電気によって素子の特定箇所が破壊されることがある。この破壊の原因としては、素子内に蓄積される熱が考えられる。即ち、ＧａＮ系発光ダイオードの場合、ｐ電極とｎ電極との間で破損の痕跡が見られる場合が多く、これらの場合、その部位が局所的に高温となって、図示する様な局所的な破壊に至るものと考えられる。
【０００５】
この様な状況下においても、破損部（半導体層）に対する放熱作用を得る意味では、半導体層の側壁面上に絶縁膜や金属層を形成する上記の従来技術などが参考になるものと考えられる。しかしながら、一般に、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）等の熱伝導率の高い金属は、上記の通りマイグレーションを引き起こし易いと言う問題があり、また、この様な金属層に銅（Ｃｕ）等を用いると、高湿度などの劣悪環境下において腐食し易い等の問題が発生し易い。
この様な事情により、これらの金属（例えばＡｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ等）を効果的な放熱作用を奏する金属層として用いて、上記の様な従来の素子構造を採用すると、素子の発光特性や寿命などに悪影響が現れることがある。
【０００６】
（問題点３）また、この様な悪影響を排除するための対策として、マイグレーションが起こらない様に、例えば、チタン（Ｔｉ）や白金（Ｐｔ）や、或いはニッケル（Ｎｉ）等を混ぜて、電極（金属層）の合金化を図る方法なども考えられるが、その様な構成を採用すれば、その金属層の電極としての信頼性は十分に向上するものの、その金属層の熱伝導率はそれらの合金化によって大幅に劣化してしまい、所望の十分な放熱作用を得ることは到底困難となる。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、半導体発光素子の耐久性（耐熱性や静電耐圧）を向上させることである。
また、本発明の更なる目的は、半導体発光素子の信頼性や寿命などを改善することである。
ただし、上記の個々の目的は、本発明の個々の手段の内の少なくとも何れか１つによって、個々に達成されれば十分なのであって、本願の個々の発明は、上記の全ての課題を同時に解決し得る手段が存在することを必ずしも保証するものではない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するためには、以下の手段が有効である。
即ち、本発明の第１の手段は、結晶成長基板上に III族窒化物系化合物半導体を結晶成長させることによって積層される半導体層を複数層有する半導体発光素子において、少なくとも、正負両電極間の一帯に位置する半導体層の側壁面上か又はエッチングによって露出された半導体層の側壁面上の略全面に、炭化シリコン（ＳｉＣ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、炭化ゲルマニウム（ＧｅＣ）、シリコンゲルマニウムカーボン（ＳｉＧｅＣ）、シリコン（Ｓｉ）、炭素（Ｃ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、ベリリア（ＢｅＯ）、または酸化亜鉛（ＺｎＯ）から成る絶縁膜を形成することである。
【０００９】
ただし、本明細書で言う「 III族窒化物系化合物半導体」一般には、２元、３元、又は４元の「Ａｌ1-x-y Ｇａy Ｉｎx Ｎ；０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦１−ｘ−ｙ≦１」成る一般式で表される任意の混晶比の半導体が含まれ、更に、ｐ型或いはｎ型の不純物が添加された半導体もまた、これらの「 III族窒化物系化合物半導体」の範疇である。
【００１０】
また、上記の III族元素（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）の内の少なくとも一部をボロン（Ｂ）やタリウム（Ｔｌ）等で置換したり、或いは、窒素（Ｎ）の少なくとも一部をリン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等で置換したりした半導体等をもまた、これらの「 III族窒化物系化合物半導体」の範疇とする。
【００１１】
また、上記のｐ型の不純物（アクセプター）としては、例えば、マグネシウム（Ｍｇ）や、或いはカルシウム（Ｃａ）等の公知のｐ型不純物を添加することができる。
また、上記のｎ型の不純物（ドナー）としては、例えば、シリコン（Ｓｉ）や、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、或いはゲルマニウム（Ｇｅ）等の公知のｎ型不純物を添加することができる。
また、これらの不純物（アクセプター又はドナー）は、同時に２元素以上を添加しても良いし、同時に両型（ｐ型とｎ型）を添加しても良い。
【００１２】
また、発光層やｐ型半導体層やｎ型半導体層などの各積層構造は、単層構造でも多層構造でも良く、公知或いは任意の積層構成を採用することができる。
また、結晶成長基板についても、公知或いは任意の結晶成長基板を任意に用いることができる。
即ち、本願発明の適用は、上記の様な結晶成長に直接係わる構成に何ら特別の制限を課すものではない。
【００１３】
また、本発明の第２の手段は、上記の第１の手段において、絶縁膜上の少なくとも一部分領域に、放熱金属層を設けることである。
【００１４】
また、本発明の第３の手段は、結晶成長基板上に III族窒化物系化合物半導体を結晶成長させることによって積層される半導体層を複数層有する半導体発光素子において、少なくとも正負両電極間の一帯に位置する半導体層の側壁面上か又はエッチングによって露出された半導体層の側壁面上の略全面に、絶縁膜を介して、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ベリリウム（Ｂｅ）、ロジウム（Ｒｈ）、タングステン（Ｗ）、マグネシウム（Ｍｇ）、モリブデン（Ｍｏ）、又は、これらの内の少なくとも１種類の金属を含んだ合金から成る放熱金属層を形成することである。
【００１５】
また、本発明の第４の手段は、上記の第３の手段において、上記の絶縁膜を、炭化シリコン（ＳｉＣ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、炭素（Ｃ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、炭化ゲルマニウム（ＧｅＣ）、シリコンゲルマニウムカーボン（ＳｉＧｅＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、ベリリア（ＢｅＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、又は二酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）から形成することである。
【００１６】
また、本発明の第５の手段は、上記の第２乃至第４の何れか１つの手段において、放熱金属層を、正電極及び負電極とは、別個に分離されて独立に配置することである。
【００１７】
また、本発明の第６の手段は、上記の第２乃至第５の何れか１つの手段において、上記の放熱金属層の少なくとも正電極又は負電極の近傍に位置する部分を、単層または複層の、マイグレーションがより生じ難い他の材料、またはより耐蝕性に優れた他の材料から成る保護膜で覆うことである。
【００１８】
また、本発明の第７の手段は、上記の第６の手段において、上記の保護膜を構成する層の少なくとも一層を、炭化シリコン（ＳｉＣ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、炭素（Ｃ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、炭化ゲルマニウム（ＧｅＣ）、シリコンゲルマニウムカーボン（ＳｉＧｅＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、ベリリア（ＢｅＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、又は二酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）から形成することである。
【００１９】
また、本発明の第８の手段は、上記の第６または第７の手段において、上記の保護膜を構成する層の少なくとも一層を、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ニオブ（Ｎｂ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、銅（Ｃｕ）、又はこれらの内の少なくとも１種類の金属を含んだ合金から形成することである。
【００２０】
また、本発明の第９の手段は、上記の第１乃至第８の何れか１つの手段において、上記の絶縁膜の少なくとも片面の一部分領域に、凹凸形状の放熱面を形成することである。
【００２１】
また、本発明の第１０の手段は、上記の第１乃至第９の何れか１つの手段において、結晶成長基板を炭化シリコン（ＳｉＣ）から形成することである。
【００２２】
また、本発明の第１１の手段は、上記の第１乃至第１０の何れか１つの手段において、結晶成長基板に、ヒートシンク材を接合することである。
以上の本発明の手段により、前記の課題を効果的、或いは合理的に解決することができる。
【発明の効果】
【００２３】
以上の本発明の手段によって得られる効果は以下の通りである。
即ち、本発明の第１の手段によれば、絶縁膜が半導体層から熱を奪い、奪った熱を絶縁膜の全面に広く伝達するので、良好な放熱作用を得ることができる。上記の第１の手段で用いられる絶縁膜材料は、事実上絶縁性を有するので、直接半導体層の側壁面上に成膜しても、半導体発光素子のｐ型半導体層とｎ型半導体層との間に短絡が生じることはない。加えて、上記の絶縁膜の材料に関しては、熱伝導率が大きいので、上記の第１の手段における絶縁膜は良好な放熱作用を奏する。
【００２４】
例えば上記の特許文献２などでは、これらの絶縁膜の材料として、ＳｉＯ2 やＳｉＮx 等が用いられているが、これらの絶縁材料は、熱伝導率が小さいので、上記の様な良好な放熱作用を期待することはできない。
しかし、例えば炭化シリコン（ＳｉＣ）は、数百℃程度の半導体発光素子の実際の作動環境において、４．５〜４．９Ｗ／ｃｍ・℃程度の非常に高い熱伝導率を示すので、炭化シリコン（ＳｉＣ）をこの様な絶縁膜の材料として用いた場合、一般の金属をこの様な絶縁膜の材料として用いた場合よりも大きな放熱効果が得られる場合がある。
また、本発明の第１の手段に示されるその他の何れの絶縁膜材料に付いても、ＧａＮ等の半導体層や従来から用いられてきたＳｉＯ2 やＳｉＮx 等の絶縁材料よりも、熱伝導率が大きいので、本発明の第１の手段に従えば、良好な放熱作用を得ることができる。
【００２５】
したがって、本発明の第１の手段によれば、良好な放熱作用に基づいて、半導体発光素子の耐久性（耐熱性や静電耐圧）を向上させることができる。
【００２６】
また、本発明の第２の手段によれば、その放熱金属層によっても、熱拡散作用が得られるので、より高い放熱作用が得られる場合がある。この様な構成は、絶縁膜の材料の熱伝導率よりも大きな熱伝導率を有する金属でこの放熱金属層を形成した時に有効であるが、たとえ放熱金属層の熱伝導率が絶縁膜の熱伝導率以下であっても、その様な放熱金属層の形成は素子、特に破損部付近の熱容量を効果的に向上させるので、その様な放熱金属層の配設によってより有効な放熱作用が得られることがある。
【００２７】
また、本発明の第３の手段によれば、上記の第２の手段と略同様の作用・効果を受託することができる。特に、銀（Ａｕ）や銅（Ｃｕ）は、金（Ａｕ）よりも更に高い熱伝導率を有するので、上記の第２の手段と略同様の作用・効果を受託する上で、極めて有効な材料となる。
また、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ロジウム（Ｒｈ）等は、光の反射率に付いても、非常に優れているので、これらの放熱金属層を同時に光反射層として利用するフリップチップ型の半導体発光素子を製造する場合などには、外部量子効率（光の取り出し効率）を向上させる上でも有利である。
【００２８】
また、ロジウム（Ｒｈ）、タングステン（Ｗ）、マグネシウム（Ｍｇ）、モリブデン（Ｍｏ）等を用いると、これらの金属は熱伝導率が比較的高い上、耐熱性や耐蝕性が良く、またマイグレーション発生の恐れもないので、これらの金属で放熱金属層を形成する場合、その上に保護膜を設ける等の必要性が無い。このため、簡単かつ効果的に上記の放熱金属層を構成することができる。
【００２９】
また、本発明の第４の手段によれば、熱伝導率の大きな絶縁材料で上記の絶縁膜を形成することができるので、上記の放熱作用をより確実に得ることができる。
或いは、例えば二酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）等は取り扱いが容易なので、本発明の第４の手段によれば、比較的容易に上記の第３の手段を実現することができる。
【００３０】
また、本発明の第５の手段によれば、放熱金属層は正負両電極の何れにも接触せずに分離されて独立に形成されるので、放熱金属層が正電極（または負電極）と略同電位になることがない。このため、放熱金属層を構成する金属原子が負電極（または正電極）との間でマイグレーションを発生させる可能性を大幅に抑制することができる。
【００３１】
また、本発明の第６の手段によれば、この様な保護膜により、放熱金属層を構成する金属原子の移動（マイグレーション）が阻止されるので、半導体発光素子の信頼性や寿命などを効果的に確保することができる。
【００３２】
また、本発明の第７の手段によれば、熱伝導率の大きな絶縁材料で上記の保護膜を形成することができるので、半導体発光素子の信頼性や寿命などを効果的に確保することができると共に、上記の放熱作用をより確実に得ることができる。
或いは、例えば二酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）等は取り扱いが容易なので、本発明の第７の手段によれば、比較的容易に上記の第６の手段を実現することも可能である。
【００３３】
また、本発明の第８の手段によれば、保護膜を形成するこれらの金属材料は、マイグレーションを起こしにくく、更に、例えば二酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）等よりも熱伝導率が遥かに大きいので、半導体発光素子の信頼性や寿命などを効果的に確保することができると共に、上記の放熱作用をより確実に得ることができる。
また、特に、ロジウム（Ｒｈ）、銅（Ｃｕ）などは高い反射率を示すので、これらの金属材料で上記の保護膜を形成すれば、例えば銀（Ａｇ）や金（Ａｕ）などで放熱金属層を十分に厚く形成できない場合にも、保護作用を奏すると同時に放熱金属層の反射作用を補うことが可能である。
【００３４】
また、本発明の第９の手段によれば、半導体層の側壁面における絶縁膜の熱伝導効率や、或いは絶縁膜と放熱金属層との間の熱伝導効率や、或いは絶縁膜と半導体発光素子外部との間の放熱効率が効果的に向上する。この様な構成を実現するためには、例えば半導体層の側壁面を凹凸形状にする方法等々が考えられる。
半導体層の側壁面を凹凸形状にする実現形態としては、例えば上記の特許文献３等が大いに参考になり、例えばこの様な半導体層の側壁面を凹凸形状にする構成に従えば、この特許文献３からも類推可能な様に、半導体発光素子の外部量子効率（光の取り出し効率）をも同時に改善できる場合がある。
【００３５】
また、本発明の第１０の手段によれば、炭化シリコン（ＳｉＣ）は数百℃程度の半導体発光素子の実際の作動環境において、４．５〜４．９Ｗ／ｃｍ・℃程度の非常に高い熱伝導率を示すので、炭化シリコン（ＳｉＣ）をこの様な結晶成長基板の材料として用いた場合、大きな放熱効果が得られる。したがって、上記の放熱金属層との相乗効果によって、より確実に半導体発光素子の耐久性（耐熱性や静電耐圧）を向上させることができる。
【００３６】
また、本発明の第１１の手段によれば、半導体発光素子の温度上昇を更に効果的に抑制することができる。この様なヒートシンク材としては、上記の様な熱伝導率が高い金属材料や非金属材料を用いても良いし、その他の公知のヒートシンク材（例：ダイヤモンドなど）を用いても良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
ただし、本発明の実施形態は、以下に示す個々の実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００３８】
図１−Ａ、図１−Ｂはそれぞれ、発光ダイオードの基本構造１０を例示する平面図と、その基本構造１０を図示する中心線で切った際のＡ方向から見た断面図である。
図１−Ａでは、基本構造１０の最上部には透光性金属層１０６が形成されている。ただし、この最上部に位置する金属層は、厚く形成することによって、反射性金属層等に置き代えても良い。また、オーミック性、密着性、透光性（または反射性）、電気抵抗、耐蝕性等を考慮して、複数の金属層から形成しても良い。
【００３９】
結晶成長基板１０１を形成する材料は、サファイア、窒化ガリウム（ＧａＮ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、或いはその他の公知の結晶成長基板の材料から任意に選択して用いることができる。結晶成長基板１０１の結晶成長面上に直接結晶成長されたバッファ層１０２の上には、ｎ型半導体層１０３と発光層１０４とｐ型半導体層１０５とが、順次結晶成長によって積層されている。これらの半導体層を積層する際の結晶成長方法は任意で良い。また、上記の透光性金属層１０６は、ｐ型半導体層１０５の積層後に、例えば蒸着などによって積層したものである。
【００４０】
ｎ型半導体層１０３の露出穴底面１０３ａと、半導体層の側壁面Ｃは、上部からｎ型半導体層１０３の途中まで至るエッチングによって露出した面である。
各半導体層は、それぞれ複数の半導体層から形成しても良く、各半導体層の組成等の構成は、公知或いは任意のものを採用して良い。
以下、本明細書では、この様な発光ダイオードの基本構造１０の側壁面Ｃ上の略全面にわたって、放熱機構を設ける実施形態を例示する。
【００４１】
図２は、本実施例１の発光ダイオード１００の断面図である。この発光ダイオード１００は、上記の基本構造１０（図１）を備えたものであり、図２に示される断面は、図１でＡ方向視される断面と同様の位置の断面を表したものである。
透光性金属層１０６は、更に詳細には図示していないが、ｐ型半導体層１０５に直接接合する膜厚約１．５ｎｍのコバルト（Ｃｏ）より成る第１層と、このコバルト膜（第１層）に接合する膜厚約６ｎｍの金（Ａｕ）より成る第２層とで構成されている。
透光性金属層１０６の上には、正電極１１０が形成されている。この正電極１１０は、更に詳細には図示していないが、膜厚約１８ｎｍのバナジウム（Ｖ）より成る第１層と、膜厚約１５μｍの金（Ａｕ）より成る第２層と、膜厚約１０ｎｍのアルミニウム(Al)より成る第３層を透光性金属層１０６の上から順次積層させることにより構成されている。
【００４２】
多層構造の負電極１２０は、ｎ型半導体層１０３の露出穴底面１０３ａの上に、蒸着によって、膜厚約１８ｎｍのバナジウム（Ｖ）より成る第１層１２１と膜厚約１００ｎｍのアルミニウム（Ａｌ）より成る第２層１２２を順次積層することにより構成されている。第１層１２１にバナジウムを用いるのは、良好なオーミック性を確保するためである。
【００４３】
絶縁膜１３０は、炭化シリコン（ＳｉＣ）をスパッタ又は蒸着によって形成したものであり、ｎ型半導体層１０３の露出穴底面１０３ａを形成する際に、同時に露出した半導体層の側壁面Ｃの略全面にわたって成膜されている。即ち、負電極１２０を囲う３方３面の側壁面Ｃの何れにも、絶縁膜１３０が形成されている。更に、絶縁膜１３０の裾は、透光性金属層１０６上や負電極１２０上にまで及んでいる。
【００４４】
この様な構成に従えば、炭化シリコン（ＳｉＣ）は、数百℃程度の発光ダイオードの実際の作動環境において、４．５〜４．９Ｗ／ｃｍ・℃程度の非常に高い熱伝導率を示すので、大きな放熱効果が得られる。このため、従来、素子の局所的な昇温に伴って素子の正負両電極間で、図９に例示する様に局所的に発生していた破壊が生じ難くなるので、これにより、発光ダイオードの耐久性（耐熱性や静電耐圧）や信頼性を効果的に向上させることができる。
【実施例２】
【００４５】
図３は、本実施例２の発光ダイオード２００の断面図である。本発光ダイオード２００は、上記の基本構造１０（図１）を備えたものであり、上記の実施例１の光ダイオード１００と類似の構造を有している。負電極１２０を囲う３方３面の側壁面Ｃの何れにも、絶縁膜１３２が形成されている。この絶縁膜１３２はスパッタ又は蒸着によってシリコン（Ｓｉ）から形成された薄膜で、透光性金属層１０６の負電極１２０に近い端の一部領域を覆う様に形成されており、この絶縁膜１３２の上には、銀（Ａｇ）から形成された放熱金属層１４０と、モリブデン（Ｍｏ）から形成された保護膜１５０が順次蒸着によって積層されている。
【００４６】
放熱金属層１４０や保護膜１５０の積層領域は、絶縁膜１３２の上に限定されており、かつ、放熱金属層１４０は、絶縁膜１３２と保護膜１５０によって、直接外気に触れない様に覆われている。また、保護膜１５０は、負電極１２０とは接触していない。
【００４７】
また、上記の絶縁膜１３２の材料は、例えば炭化シリコン（ＳｉＣ）などの熱伝導率の高い絶縁材料で形成すると、熱伝導率の点で更に望ましい。これは、炭化シリコン（ＳｉＣ）の熱伝導率がシリコン（Ｓｉ）の熱伝導率の３倍以上もあるためである。その他の比較的熱伝導率の高い絶縁材料としては、例えばゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、炭化ゲルマニウム（ＧｅＣ）、シリコンゲルマニウムカーボン（ＳｉＧｅＣ）、炭素（Ｃ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、ベリリア（ＢｅＯ）、または酸化亜鉛（ＺｎＯ）などがあり、これらの材料を絶縁膜１３２に用いても放熱機構を構成することができる。
【００４８】
この構成では、放熱金属層１４０や保護膜１５０は、負電極１２０や正電極１１０や或いは透光性金属層１０６と同電位になることがない。また、放熱金属層１４０は、マイグレーションのストッパ材として作用するモリブデン（Ｍｏ）から形成された保護膜１５０によって覆われている。したがって、上記の様な構成に従えば、放熱金属層１４０がマイグレーションを起こす恐れがない。また、放熱金属層１４０を形成している銀（Ａｇ）の熱伝導率は金（Ａｕ）よりも更に大きいので、正負両電極間の破壊が生じ易い部分を中心として効果的に放熱機構を構成することができる。勿論、モリブデン（Ｍｏ）から形成された保護膜１５０も、良好な放熱作用に寄与する。
したがって、上記の様な構成に従えば、耐久性（耐熱性、静電耐圧）や信頼性の高い、長寿命の発光ダイオードを製造することができる。
【実施例３】
【００４９】
図４は、本実施例３の発光ダイオード３００の断面図である。本発光ダイオード３００は、上記の基本構造１０（図１）を備えたもので、上記の実施例２の光ダイオード２００と類似の構造を有していて、負電極１２０を囲う３方３面の側壁面Ｃの何れにも、絶縁膜１３２が形成されている。
この発光ダイオード３００の最も大きな特徴は、負電極１２０の第２層１２２を形成するアルミニウム(Al)より成る金属層が、絶縁膜１３２の上にまで拡張されている点である。この絶縁膜１３２の材料は、例えば炭化シリコン（ＳｉＣ）などの熱伝導率の高い絶縁材料で形成する。その他の比較的熱伝導率の高い絶縁材料としては、例えばゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、炭化ゲルマニウム（ＧｅＣ）、シリコンゲルマニウムカーボン（ＳｉＧｅＣ）、シリコン（Ｓｉ）、炭素（Ｃ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、ベリリア（ＢｅＯ）、または酸化亜鉛（ＺｎＯ）などがあり、これらの材料を絶縁膜１３２に用いても良い。
【００５０】
このアルミニウム(Al)より成る金属層の拡張部分は、放熱金属層（１４２）を構成しており、半導体層の側壁面Ｃから上記の絶縁膜１３２に効率よく伝えられた熱を周囲に向かって更に良好に放熱する。放熱金属層１４２と負電極１２０の第２層１２２とは同一材料(Al)から形成するので同時に形成することができ、よって、この様な構成は生産性の面でも有利である。また、放熱金属層１４２と負電極１２０の第２層１２２とは一体に形成されるので負電極１２０や更には負電極配線のボンディングワイヤなどに対しても良好な熱拡散が進行する。
【００５１】
保護膜１６０は、マイグレーションを防止するために絶縁材料から形成されたもので、上記の熱伝導率の高い絶縁材料から形成することが望ましいが、二酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）などから形成しても良い。
以上の構成に従えば、効果的に放熱機構を構成でき、かつ、効果的にマイグレーションを防止することができる。また、構成も簡単なので生産性の面でも有利となる。即ち、この様な構成によっても、耐久性（耐熱性、静電耐圧）や信頼性の高い、長寿命の発光ダイオードを製造することができる。
【実施例４】
【００５２】
図５は、本実施例４の発光ダイオード４００の断面図である。この発光ダイオード４００は、実施例２の発光ダイオード２００（図３）と同様のものであるが、以下の点が発光ダイオード２００とは異なっている。
（１）放熱金属層（１４６）を保護する保護膜（１５０）がない。
（２）放熱金属層１４６は、ベリリウム（Ｂｅ）から形成されている。
（３）放熱金属層１４６は、負電極１２０に接触している。このため、負電極１２０や更には負電極配線のボンディングワイヤなどに対しても良好な熱拡散が進行する。
【００５３】
ベリリウム（Ｂｅ）は、熱伝導率が大きな金属であり、その露出表面は空気中で直ちに酸化されてＢｅＯ（ベリリア）から成る保護被膜を形成する。ＢｅＯ（ベリリア）も高い熱伝導率を示すので、この様な構成によれば、簡単な製造工程で、発光ダイオード２００や発光ダイオード３００などと略同等レベルの、耐久性（耐熱性、静電耐圧）や信頼性の高い、長寿命の発光ダイオードを製造することができる。
【実施例５】
【００５４】
図６は、本実施例５の発光ダイオード５００の断面図である。この発光ダイオード５００は、実施例２の発光ダイオード２００（図３）と同様のものであるが、以下の点が発光ダイオード２００とは異なっている。
（１）フリップチップ型である。
（２）透光性金属層１０６の代わりに、高い反射作用を有する厚膜の正電極１１１（反射性金属層）が形成されている。この厚膜の正電極１１１は、ロジウム（Ｒｈ）から形成されている。
（３）保護膜１５２は、ロジウム（Ｒｈ）から形成されている。
（４）保護膜１５２は、負電極１２０に接触している。このため、負電極１２０や更には負電極配線のボンディングワイヤなどに対しても良好な熱拡散が進行する。
【００５５】
勿論、保護膜１５２は、実施例２の発光ダイオード２００の保護膜１５０と同様に、負電極１２０に接触しない様に形成しても良い。
放熱金属層１４０は銀（Ａｇ）から成り、保護膜１５２はロジウム（Ｒｈ）から形成されているので、保護膜１５２は放熱金属層１４０のマイグレーションを防止しつつ、放熱金属層１４０の放熱作用と反射作用をも同時に良好に補う。
この様な構成に従えば、耐久性（耐熱性、静電耐圧）や信頼性の高く、更に、外部量子効率（光取り出し効率）が高い、長寿命の発光ダイオードを製造することができる。
【実施例６】
【００５６】
図７は、本実施例６の発光ダイオード６００の断面図である。この発光ダイオード６００は、図６の発光ダイオード５００と同様にフリップチップ型であるが、発光ダイオード５００とは、以下の点が異なっている。
（１）正電極１１１は、多層構造を有し、ｐ型半導体層１０５に直接接合する正電極第１層１１１ａ、正電極第１層１１１ａの上部に形成される正電極第２層１１１ｂ、更に正電極第２層１１１ｂの上部に形成される正電極第３層１１１ｃの合計３層から成る。より詳しくは、正電極第１層１１１ａは、膜厚約１００ｎｍのロジウム（Ｒｈ）又は白金（Ｐｔ）より成る金属層である。また、正電極第２層１１１ｂは、膜厚約１．２μｍの金（Ａｕ）より成る金属層である。また、正電極第３層１１１ｃは、膜厚約２ｎｍのチタン（Ｔｉ）より成る金属層である。
【００５７】
（２）負電極１２０は、５層の金属層から形成されている。より詳しくは、この多層構造の負電極１２０は、膜厚約１７．５ｎｍのバナジウム（Ｖ）層１２１と、膜厚約１００ｎｍのアルミニウム(Al)層１２２と、膜厚約５０ｎｍのバナジウム（Ｖ）層１２３と、膜厚約５００ｎｍのニッケル（Ｎｉ）層１２４と膜厚約８００ｎｍの金（Ａｕ）層１２５とをｎ型半導体層１０３の露出穴底面１０３ａに順次積層することにより形成されている。
【００５８】
（３）負電極１２０は、炭化シリコン（ＳｉＣ）から成る絶縁膜１３４、１３５でその側壁が覆われている。
（４）炭化シリコン（ＳｉＣ）から成る絶縁膜１３４の一部（裾部）は、ｐ型半導体層１０５の上面の端に若干掛かっている。
【００５９】
（５）正電極１１１は各層何れも、炭化シリコン（ＳｉＣ）から成る絶縁膜１３４の上にまで拡張されて積層されている。即ち、この拡張構成により、正電極第１層１１１ａの拡張部は放熱金属層１４７を形成し、正電極第２層１１１ｂの拡張部は放熱金属層１４８を形成し、正電極第３層１１１ｃの拡張部は保護膜１５４を形成している。
【００６０】
以上の構成によりこの発光ダイオード６００においては、絶縁膜１３４は、半導体層の側壁面Ｃや負電極１２０に対する正電極１１１の絶縁を確保すると同時に、高い熱伝導率に基づいて、側壁面Ｃから放熱金属層１４７、１４８や保護膜１５４などに向けて良好に熱を拡散させている。これらの熱は、更に、正負両電極（１１１、１２０）等にも良好に拡散される。
【００６１】
また、正電極第１層１１１ａ（放熱金属層１４７）、正電極第２層１１１ｂ（放熱金属層１４８）は、熱伝導率が大きく、反射率、密着性、電気抵抗、オーミック性などについても優れている。また、正電極第３層１１１ｃ（保護膜１５４）は、耐蝕性に優れており、放熱金属層１４７、１４８のマイグレーションを良好に防止する。
したがって、この様な構成によっても、耐久性（耐熱性、静電耐圧）や信頼性が高く、更に、外部量子効率（光取り出し効率）が高い、長寿命の発光ダイオードを製造することができる。
【００６２】
〔その他の変形例〕
本発明の実施形態は、上記の形態に限定されるものではなく、その他にも以下に例示される様な変形を行っても良い。この様な変形や応用によっても、本発明の作用に基づいて本発明の効果を得ることができる。
【００６３】
（変形例１）
上記の実施例６で図７に例示した正電極１１１及びその絶縁膜１３４上の拡張部を、例えば図２の２層構造の透光性金属層１０６と同じ積層構成（即ち、同じ層数、材料、積層順序、膜厚）で薄く透光性に形成すれば、この構成により、外部量子効率の高いワイヤーボンディング型の発光ダイオードを製造することも可能となる。そして、この様な構成によっても、耐久性（耐熱性、静電耐圧）や信頼性の高く、更に、外部量子効率（光取り出し効率）が高い、長寿命の発光ダイオードを製造することができる。
【００６４】
（変形例２）
図８は、本変形例２に係わる発光ダイオードの基本構造を示す平面図である。この平面図は、「特開２００３−１１０１３６号公報」に掲載されているものと略同じであり、本変形例２に係わる発光ダイオードの基本構造も、「特開２００３−１１０１３６号公報」に掲載されているものと略同様の構造を有している。即ち、本図８の発光ダイオードでは、半導体層の側壁面Ｃ′が凹凸形状を有している。また、符号１０３ａ、１０６、１１０、１２０はそれぞれ、前記と同様に、ｎ型半導体層１０３の露出穴底面、透光性金属層、正電極、負電極を示している。
【００６５】
例えばこの様に、半導体層の側壁面Ｃ′に故意に凹凸形状を設けることにより、その上に成膜される上記の絶縁膜や放熱金属層の表面積は増大する。その結果、絶縁膜や放熱金属層の放熱作用を更に増大させることができる。更に、それらの絶縁膜や放熱金属層を薄く成膜する等して透光性にすれば、「特開２００３−１１０１３６号公報」でも言及されている様に、勿論、素子の外部量子効率を高く確保することも可能となる。
また、発光ダイオードの素子の外周一周にわたって絶縁膜や或いは放熱金属層を形成しても良い。図８に図示する例は、正負両電極間に位置する半導体層の側壁面Ｃ′に故意に凹凸形状を設け、更に、発光ダイオードの素子の外周一周にわたって半導体層の側壁面に故意に凹凸形状を設けた例である。
【００６６】
また、必ずしも半導体層の側壁面に凹凸形状を設けなくとも、例えば上記の絶縁膜の外側表面や或いは放熱金属層に凹凸形状を設けること等によっても、上記の絶縁膜や或いは放熱金属層の表面積を増大させることができ、その様な実施形態においても、絶縁膜や放熱金属層の放熱作用を更に増大させることができる。
より一般には、半導体層、絶縁膜、放熱金属層、或いは電極などの各部の表面積や、各部相互の接触面積や、各部の熱容量などを大きくすると、半導体層中の局所的な高熱化を回避することが容易となる。
【００６７】
（変形例３）
図１−Ａの基本構造１０では、負電極を形成するためのエッチングが中央左側に施されているが、負電極を形成するためのｎ型半導体層１０３の露出穴底面１０３ａは、図１−Ａの平面図における素子形状（矩形）の角に設けても良い。
図１−Ａの様に、負電極を矩形の１辺上に形成すれば、負電極形成時のエッチングによって露出される側壁面Ｃが広くできるので、放熱効果を高くし易い。
一方、負電極を形成するためのｎ型半導体層１０３の露出穴底面１０３ａを、図１−Ａの平面図における素子形状（矩形）の角に設ければ、発光面積を若干大きく確保できる点で有利である。この様な負電極の位置設計は、発光出力や耐久性（耐熱性、静電耐圧）を考慮して決定すれば良い。
【００６８】
（変形例４）
また、本発明の発光ダイオードを製造する際には、結晶成長基板は、炭化シリコン（ＳｉＣ）から形成しても良い。炭化シリコン（ＳｉＣ）は、前述の様に熱伝導率が極めて大きいので、その様な結晶成長基板を用いれば、耐久性（耐熱性、静電耐圧）を改善する上で効果がある。
或いは、ヒートシンク材を結晶成長基板に密着させるなどの対策も有効であり、耐久性（耐熱性、静電耐圧）の改善に効果を示す。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、発光ダイオードの他にも、半導体レーザ等にも応用することができる。
放熱作用を深く考慮して設計された半導体レーザとしては、「特開２００１−２５１０１８号公報」や「特開２００１−２３０４９８号公報」に記載されているもの等が一般にも知られているが、例えばこれらの様な従来の半導体レーザに対しても、更に本発明を適用することが望ましい。その様な構成によっても、前述の様な本発明の作用・効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１−Ａ】発光ダイオードの基本構造１０を例示する平面図
【図１−Ｂ】発光ダイオードの基本構造１０のＡ方向視の断面図
【図２】本発明の実施例１に係わる発光ダイオード１００の断面図
【図３】本発明の実施例２に係わる発光ダイオード２００の断面図
【図４】本発明の実施例３に係わる発光ダイオード３００の断面図
【図５】本発明の実施例４に係わる発光ダイオード４００の断面図
【図６】本発明の実施例５に係わる発光ダイオード５００の断面図
【図７】本発明の実施例６に係わる発光ダイオード６００の断面図
【図８】本発明の変形例２に係わる発光ダイオードの平面図
【図９】一般的な発光ダイオードに関する従来の問題点を例示する説明図
【符号の説明】
【００７１】
１０  ：  各実施例に係わる発光ダイオードの基本構造
１００  ：  実施例１の発光ダイオード
１０１  ：  結晶成長基板
１０２  ：  バッファ層
１０３  ：  ｎ型半導体層
１０３ａ：  エッチングによって露出したｎ型半導体層１０３の露出穴底面
Ｃ  ：  エッチングによって露出した半導体層の側壁面
１０４  ：  発光層
１０５  ：  ｐ型半導体層
１０６  ：  透光性金属層
１１０  ：  正電極
１１１  ：  正電極（反射性金属層）
１２０  ：  負電極
１３０  ：  絶縁膜
１４０  ：  放熱金属層
１５０  ：  保護膜（金属層）
１６０  ：  保護膜（非金属）
【図１−Ａ】
2005101212.tif 000003
【図１−Ｂ】
2005101212.tif 000004
【図２】
2005101212.tif 000005
【図３】
2005101212.tif 000006
【図４】
2005101212.tif 000007
【図５】
2005101212.tif 000008
【図６】
2005101212.tif 000009
【図７】
2005101212.tif 000010
【図８】
2005101212.tif 000011
【図９】
2005101212.tif 000012