(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的に透明な材料からなる透明基体部の一表面上に、第１の伝導型の化合物半導体層と、第１の伝導型又は第１の伝導型と反対の伝導型の燐化アルミニウム・ガリウム混晶（組成式（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ；０≦Ｘ＜１）からなる発光層と、第１の伝導型と反対の伝導型の化合物半導体層とを含む素子構造部が形成され、前記素子構造部上に一の極性の第一オーミック電極が備えられてなる化合物半導体発光ダイオードであって、
前記透明基体部の一表面の反対側に、垂直断面形状を逆等脚台形状とするメサが備えられており、前記メサは下底面と傾斜側面とを有し、前記下底面に第二オーミック電極が形成されており、前記第二オーミック電極、前記下底面及び前記傾斜側面を被覆して金属被膜が形成され、前記金属被膜を被覆して前記第二オーミック電極と導通する金属製の台部が形成されていることを特徴とする化合物半導体発光ダイオード。
【請求項２】
前記透明基体部が、成長基体層からなることを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体発光ダイオード。
【請求項３】
前記透明基体部が、成長基体層と、前記成長基体層に接合された透明接合基板とからなることを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体発光ダイオード。
【請求項４】
前記透明接合基板が、前記成長基体層と同一の伝導型を有することを特徴とする請求項３に記載の化合物半導体発光ダイオード。
【請求項５】
前記透明接合基板の前記成長基体層と接合させる面が、二乗平均平方根にして０．１０ｎｍ〜０．２０ｎｍの粗さの鏡面研磨面であることを特徴とする請求項３又は４のいずれか１項に記載の化合物半導体発光ダイオード。
【請求項６】
前記傾斜側面の傾斜角度が、前記透明基体部の一表面の垂線に対して１０°以上４５°以下であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の化合物半導体発光ダイオード。
【請求項７】
前記傾斜側面が、高低差にして０．１μｍ以上１０μｍ以下の凹凸を有する粗面であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の化合物半導体発光ダイオード。
【請求項８】
前記下底面が、高低差にして０．１μｍ以上で１０μｍ以下の凹凸を有する粗面であることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の化合物半導体発光ダイオード。
【請求項９】
前記透明基体部の一表面の反対側に、前記メサが複数設けられていることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の化合物半導体発光ダイオード。
【請求項１０】
前記複数のメサが、平面視したときに、前記透明基体部の中心に対して対称の位置に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の化合物半導体発光ダイオード。
【請求項１１】
前記第二オーミック電極が、前記下底面に複数配置されていることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の化合物半導体発光ダイオード。
【請求項１２】
前記金属被膜が、前記第二オーミック電極とは異なる材料から構成されていることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の化合物半導体発光ダイオード。
【請求項１３】
前記金属被膜が、前記素子構造部から放射される光について８０％以上の反射率を有し、銀、アルミニウム又は白金の何れかを含有する材料から構成されていることを特徴とする請求項１乃至１２の何れか１項に記載の化合物半導体発光ダイオード。
【請求項１４】
前記金属被膜が、前記透明基体部の一表面の反対側を被覆するように形成されていることを特徴とする請求項１乃至１３の何れか１項に記載の化合物半導体発光ダイオード。
【請求項１５】
前記台部が、２００Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有し、銅、アルミニウム、金又は白金の何れかを含む材料から構成されていることを特徴とする請求項１乃至１４の何れか１項に記載の化合物半導体発光ダイオード。
【請求項１６】
前記台部が、２００Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有し、銅、モリブデンの層構造を含む材料から構成されていることを特徴とする請求項１５に記載の化合物半導体発光ダイオード。
【請求項１７】
前記台部の熱膨張率が、前記化合物半導体層の熱膨張率の±２０％以内を有し、銅、モリブデンの層構造を含む材料から構成されていることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の化合物半導体発光ダイオード。
【請求項１８】
前記台部の熱膨張率が、３〜７ｐｐｍ／Ｋである、銅、モリブデンの層構造を含む材料から構成されていることを特徴とする請求項１５乃至１７の何れか１項に記載の化合物半導体発光ダイオード。
【請求項１９】
前記金属被膜と前記透明基体部との間に透明酸化物層が挿入されていることを特徴とする請求項１乃至１８の何れか１項に記載の化合物半導体発光ダイオード。
【請求項２０】
前記透明酸化物層が導電性であることを特徴とする請求項１９に記載の化合物半導体発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＡｌＧａＩｎＰからなる発光層を備えた化合物半導体発光ダイオード、特に、素子サイズが大きく、放熱性に優れ、且つ高輝度の化合物半導体発光ダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
赤色から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、例えば燐化アルミニウム・ガリウム・インジウム（組成式（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ；０≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）からなる発光層を備えた化合物半導体発光ダイオードが知られている。一般に、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）を発光層として備えた発光部を含む素子構造部は、その素子構造をなすＩＩＩ−Ｖ族化合物層等と格子整合する砒化ガリウム（ＧａＡｓ）からなる単結晶基板上に形成されている。
【０００３】
（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ；０≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）発光層から出射される波長の光は、ＧａＡｓに吸収されてしまうため、光学的に透明な材料からなる支持体を発光部又は素子構造部に改めて接合させて、輝度の高い透明材料接合型の化合物半導体ＬＥＤ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）。特許文献１〜５に公開されている技術に依れば、機械的強度に優れる透明な材料からなる支持体を接合させることにより、化合物半導体発光ダイオードの機械的強度を向上させることが可能であるとされている。
【０００４】
また、特許文献６及び７に記載されている発明には、素子の上側と下側に電極を形成した構造（所謂、上下電極構造）の化合物半導体発光ダイオードに於いて、支持体の側面を傾斜した面（傾斜側面）とすることにより、素子構造部から発せられる光の素子の外部への取り出し効率を向上させて、高輝度の化合物半導体可視発光ダイオードとする方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３２３０６３８号公報
【特許文献２】特開平６−３０２８５７号公報
【特許文献３】特開２００２−２４６６４０号公報
【特許文献４】特許第２５８８８４９号公報
【特許文献５】特開２００１−５７４４１号公報
【特許文献６】米国特許出願公開第２００３／０１２７６５４号明細書
【特許文献７】米国特許第６２２９１６０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ＧａＡｓを基板として用いる従来の化合物半導体発光ダイオードにあっては、ＧａＡｓが素子構造部から出射される可視光に対しては、光学的に不透明である。
従って、素子の外部への発光の取り出し効率を充分に向上させることができず、高輝度の化合物半導体可視発光ダイオードを得るに好都合な構造とはなっていなかった。また、基板として用いるＧａＡｓは、機械的強度にさほど優れる化合物半導体材料ではないが故に、機械的強度の高い化合物半導体可視発光ダイオードをもたらすための支持体としても充分に活用できない問題があった。
【０００７】
一方、外部への発光の取り出し効率を向上させんがために、素子の下部の側面を傾斜させ、垂直断面を逆三角形状とした化合物半導体可視発光ダイオードにあっては、発光ダイオードの下面の底面積が小さくなり、また、重心が素子のより上方に位置することとなるため、素子が転倒する場合が多々、発生する。従って、この様な断面形状の化合物半導体発光ダイオードをマウント基板に固定しようとしても、素子が自立せず転倒するため、都合よくマウント出来ず、発光ダイオード（ＬＥＤ）チップを用いたランプなどを製造する際に工業生産上の歩留まり低下を招いていた。
【０００８】
また、ＧａＡｓ基板を備えた化合物半導体発光ダイオードでは、その発光ダイオードの体積の大部分を占めるＧａＡｓの熱伝導率は、０．５４Ｗｃｍ−１Ｋ−１（赤崎  勇編著、「ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体」（１９９４年５月２０日、（株）培風館発行初版、１４８頁参照）と金属材料に比較すれば格段に小さい。従って、特に、大電流を通流する必要がある大型発光ダイオードにあっては、素子の動作に因って発生する熱を充分に外部に放熱させるに至らず、発熱に因る発光波長の変動を回避できていない。また、側面を傾斜側面としたために下面の底面積が小さい上記の発光ダイオードにあっては、例えば、放熱板を兼用するマウント基板との接着する領域の面積が小さくなるために、素子の温度の上昇を抑制できない問題を抱えていた。
【０００９】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、容易にマウントすることができ、高輝度であり、放熱性の高い化合物半導体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】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。すなわち、
（１）本発明の第１の発明は、光学的に透明な材料からなる透明基体部の一表面上に、第１の伝導型の化合物半導体層と、第１の伝導型又は第１の伝導型と反対の伝導型の燐化アルミニウム・ガリウム混晶（組成式（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ；０≦Ｘ＜１）からなる発光層と、第１の伝導型と反対の伝導型の化合物半導体層とを含む素子構造部が形成され、前記素子構造部上に一の極性の第一オーミック電極が備えられてなる化合物半導体発光ダイオードであって、前記透明基体部の一表面の反対側に、垂直断面形状を逆等脚台形状とするメサが備えられており、前記メサは下底面と傾斜側面とを有し、前記下底面に第二オーミック電極が形成されており、前記第二オーミック電極、前記下底面及び前記傾斜側面を被覆して金属被膜が形成され、前記金属被膜を被覆して前記第二オーミック電極と導通する金属製の台部が形成されていることを特徴とする化合物半導体発光ダイオードである。
【００１１】
（２）本発明の第２の発明は、前記透明基体部が、成長基体層からなることを特徴とする（１）に記載の化合物半導体発光ダイオードである。
【００１２】
（３）本発明の第３の発明は、前記透明基体部が、成長基体層と、前記成長基体層に接合された透明接合基板とからなることを特徴とする（１）に記載の化合物半導体発光ダイオードである。
【００１３】
（４）本発明の第４の発明は、前記透明接合基板が、前記成長基体層と同一の伝導型を有することを特徴とする（３）に記載の化合物半導体発光ダイオードである。
【００１４】
（５）本発明の第５の発明は、前記透明接合基板の前記成長基体層と接合させる面が、二乗平均平方根にして０．１０ｎｍ〜０．２０ｎｍの粗さの鏡面研磨面であることを特徴とする（３）又は（４）のいずれかに記載の化合物半導体発光ダイオードである。
【００１５】
（６）本発明の第６の発明は、前記傾斜側面の傾斜角度が、前記透明基体部の一表面の垂線に対して１０°以上４５°以下であることを特徴とする（１）乃至（５）の何れかに記載の化合物半導体発光ダイオードである。
【００１６】
（７）本発明の第７の発明は、前記傾斜側面が、高低差にして０．１μｍ以上１０μｍ以下の凹凸を有する粗面であることを特徴とする（１）乃至（６）の何れかに記載の化合物半導体発光ダイオードである。
【００１７】
（８）本発明の第８の発明は、前記下底面が、高低差にして０．１μｍ以上で１０μｍ以下の凹凸を有する粗面であることを特徴とする（１）乃至（７）の何れかに記載の化合物半導体発光ダイオードである。
【００１８】
（９）本発明の第９の発明は、前記透明基体部の一表面の反対側に、前記メサが複数設けられていることを特徴とする（１）乃至（８）の何れかに記載の化合物半導体発光ダイオードである。
【００１９】
（１０）本発明の第１０の発明は、前記複数のメサが、平面視したときに、前記透明基体部の中心に対して対称の位置に設けられていることを特徴とする（９）に記載の化合物半導体発光ダイオードである。
【００２０】
（１１）本発明の第１１の発明は、前記第二オーミック電極が、前記下底面に複数配置されていることを特徴とする（１）乃至（１０）の何れかに記載の化合物半導体発光ダイオードである。
【００２１】
（１２）本発明の第１２の発明は、前記金属被膜が、前記第二オーミック電極とは異なる材料から構成されていることを特徴とする（１）乃至（１１）の何れかに記載の化合物半導体発光ダイオードである。
【００２２】
（１３）本発明の第１３の発明は、前記金属被膜が、前記素子構造部から放射される光について８０％以上の反射率を有し、銀、アルミニウム又は白金の何れかを含有する材料から構成されていることを特徴とする（１）乃至（１２）の何れかに記載の化合物半導体発光ダイオードである。
【００２３】
（１４）本発明の第１４の発明は、前記金属被膜が、前記透明基体部の一表面の反対側を被覆するように形成されていることを特徴とする（１）乃至（１３）の何れかに記載の化合物半導体発光ダイオードである。
【００２４】
（１５）本発明の第１５の発明は、前記台部が、２００Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有し、銅、アルミニウム、金又は白金の何れかを含む材料から構成されていることを特徴とする（１）乃至（１４）の何れかに記載の化合物半導体発光ダイオードである。
【００２５】
（１６）本発明の第１６の発明は、前記台部が、２００Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有し、銅、モリブデンの層構造を含む材料から構成されていることを特徴とする（１５）の何れかに記載の化合物半導体発光ダイオードである。
【００２６】
（１７）本発明の第１７の発明は、前記台部の熱膨張率が、前記化合物半導体層の熱膨張率の±２０％以内を有する、銅、モリブデンの層構造を含む材料から構成されていることを特徴とする（１５）又は（１６）の何れかに記載の化合物半導体発光ダイオードである。
【００２７】
（１８）本発明の第１８の発明は、前記台部の熱膨張率が、３〜７ｐｐｍ／Ｋである、銅、モリブデンの層構造を含む材料から構成されていることを特徴とする（１５）乃至（１７）の何れかに記載の化合物半導体発光ダイオードである。
【００２８】
（１９）本発明の第１９の発明は、前記金属被膜と前記透明基体部との間に透明酸化物層が挿入されていることを特徴とする（１）乃至（１８）の何れかに記載の化合物半導体発光ダイオードである。
【００２９】
（２０）本発明の第２０の発明は、前記透明酸化物層が導電性であることを特徴とする（１９）に記載の化合物半導体発光ダイオードである。
【発明の効果】
【００３０】
上記の構成によれば、容易にマウントすることができ、高輝度であり、放熱性の高い化合物半導体発光ダイオードを提供することができる。
【００３１】
本発明の第１の発明に依れば、透明基体部の一表面に素子構造部を形成したので、素子構造部から出射される光が前記透明基体部を透過した後、金属被膜により正面方向へ反射され、発光の正面方向（外部視野方向）への取出性に優れる化合物半導体発光ダイオードを提供できる。
【００３２】
また、本発明の第１の発明に依れば、透明基体部に金属被膜を介して金属製の台部を取り付ける構成としたので、側面を切削したが故に底面積が小さくなり、自立し難い従来の発光ダイオードのマウント載置不安定性が解消でき、かつ放熱性に優れる化合物半導体発光ダイオードを安定して供給できる。
【００３３】
本発明の第２の発明に依れば、透明基体部の一表面に素子構造部を形成し、透明基体部の一表面の反対側に、素子構造部に対向させてメサを設ける構成としたので、素子構造部から出射される光が前記透明基体部を透過した後、前記メサを被覆する金属被膜により正面方向へ反射され、発光の正面方向（外部視野方向）への取出性に優れる化合物半導体発光ダイオードを提供できる。
【００３４】
また、本発明の第２の発明に依れば、透明基体部の一表面の反対側に、素子構造部から出射される発光を、正面方向（外部視野方向）に効率的に反射できる反射鏡となる逆等脚台形状の断面を有するメサを設ける構成としたので、高輝度の化合物半導体発光ダイオードを提供できる。
【００３５】
また、本発明の第２の発明に依れば、透明基体部に金属被膜を介して金属製の台部を取り付ける構成としたので、側面を切削したが故に底面積が小さくなり、自立し難い従来の発光ダイオードのマウント載置不安定性が解消でき、かつ放熱性に優れる化合物半導体発光ダイオードを安定して供給できる。
【００３６】
本発明の第３の発明に依れば、透明基体部を成長基体層から構成することとしたので、前記成長基体層を、素子構造部を保持するための基体層としてのみではなく、透明基体部の一表面の反対側にメサを簡便に形成できる。
【００３７】
本発明の第４の発明に依れば、透明基体部を、成長基体層と、前記成長基体層に接合された透明接合基板から構成することとしたので、成長基体層のみからなる透明基体層と比較して、より厚い透明基体部を構成することができ、機械的強度の大きい化合物半導体発光ダイオードを提供するのに貢献できる。
【００３８】
本発明の第５の発明に依れば、成長基体層に、前記成長基体層と同一の伝導型の透明接合基板を接合させることとしたので、金属製の台部と電気的に導通するメサの下底面に設けた第二オーミック電極を経由して、素子構造部に設けた第一オーミック電極との間に発光ダイオードを動作させるための素子動作電流を滞りなく注流できる。その結果、上下電極構造の化合物半導体発光ダイオードを提供でき、放熱性が高く、高輝度であり、且つ、マウントのし易い化合物半導体発光ダイオードを提供できる。
【００３９】
本発明の第６の発明に依れば、成長基体層に接合させる透明接合基板の面を、二乗平均平方根にして０．１０ｎｍ〜０．２０ｎｍの粗さの鏡面研磨面としたので、前記透明接合基板を強固に前記成長基体層に接合させることができ、従って、機械的強度に優れる化合物半導体発光ダイオードを提供できる。
【００４０】
本発明の第７の発明に依れば、傾斜側面の傾斜角度を、透明基体部の一表面の垂線に対して１０°以上４５°以下としたので、前記金属被膜を用いて、発光ダイオードの正面方向（外部視野方向）へ素子構造部からの発光を効率的に出射させることができる。前記傾斜側面の傾斜角度を小さくするほど、水平断面積を減少させたカップ状の断面を有する反射鏡を形成することができ、素子外部への発光の取出性に優れる高輝度の化合物半導体発光ダイオードを提供できる。
【００４１】
本発明の第８の発明に依れば、傾斜側面を、高低差にして０．１μｍ以上１０μｍ以下の凹凸を有する粗面としたので、前記傾斜側面に設けられ、発光ダイオードの正面方向（外部視野方向）へ素子構造部からの発光を反射する金属被膜の表面積を増大させることができるので、素子外部への発光の取出性に優れる高輝度の化合物半導体発光ダイオードを提供できる。
【００４２】
本発明の第９の発明に依れば、下底面を、高低差にして０．１μｍ以上１０μｍ以下の凹凸を有する粗面としたので、透明基体部を透過して前記下底面に入射して来る素子構造部からの光を反射する表面積の大きな金属被膜を形成することができるため、素子外部への発光を高効率で取り出せる高輝度の化合物半導体発光ダイオードを提供できる。
【００４３】
本発明の第１０の発明に依れば、透明基体部の一表面の反対側にメサを複数設けることとしたので、発光ダイオードの内部に金属被膜からなる複数の反射鏡を配置することができ、高輝度である化合物半導体発光ダイオードを提供できる。
しいては、例えば、一辺の長さを１ｍｍとする、平面的に広い素子構造部を有する大型発光ダイオードであっても、高輝度である化合物半導体発光ダイオードを提供できる。
【００４４】
本発明の第１１の発明に依れば、複数のメサが、平面視したときに、透明基体部の中心に対して対称の位置に設けられている構成としたので、外部へ取り出した光について、強度の対称性に優れる高輝度の化合物半導体発光ダイオードを提供できる。
【００４５】
本発明の第１２の発明に依れば、第二オーミック電極が、下底面に複数配置されている構成としたので、台部から給電される素子動作電流を素子構造部に均等に拡散させることができ、発光強度の素子平面内の均一性に優れる化合物半導体発光ダイオードを提供できる。
【００４６】
本発明の第１３の発明に依れば、金属被膜が、第二オーミック電極とは異なる材料から構成されている構成としたので、前記第二オーミック電極の構成材料よりも素子構造部からの発光についてより高い反射率を呈する金属材料からなる反射鏡を形成することができ、しいては、高輝度の化合物半導体発光ダイオードを提供するのに貢献できる。
【００４７】
本発明の第１４の発明に依れば、金属被膜が、素子構造部から放射される光について８０％以上の反射率を有し、銀、アルミニウム又は白金の何れかを含有する材料から構成されていることとしたので、素子構造部からの発光を効率的に反射させることができ、従って、高輝度の化合物半導体発光ダイオードを提供できる。
【００４８】
本発明の第１５の発明に依れば、金属被膜が、透明基体部の一表面の反対側を被覆するように形成されている構造としたので、メサの周辺の領域に入射する素子構造部からの発光を、素子の外部へ反射させることができ、従って、高輝度の化合物半導体発光ダイオードを提供できる。
【００４９】
本発明の第１６の発明に依れば、台部が、２００Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有し、銅、アルミニウム、金又は白金の何れかを含む材料から構成されていることとしたので、放熱性に優れる化合物半導体発光ダイオードを提供できる。
【００５０】
本発明の第１７の発明に依れば、台部が、２００Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有し、銅、モリブデンの層構造を含む材料から構成されているようにしたので、放熱性に優れる化合物半導体発光ダイオードを提供できる。
【００５１】
本発明の第１８の発明に依れば、台部の熱膨張率が、前記化合物半導体層の熱膨張率の±２０％以内を有する、銅、モリブデンの層構造を含む材料から構成されているようにしたので、放熱性に優れた化合物半導体発光ダイオードを精度よく容易に製造できる。
【００５２】
本発明の第１９の発明に依れば、台部の熱膨張率が、３〜７ｐｐｍ／Ｋである、銅、モリブデンの層構造を含む材料から構成されているようにしたので、放熱性に優れた化合物半導体発光ダイオードを精度よく容易に製造できる。
【００５３】
本発明の第２０の発明に依れば、金属被膜と透明基体部との間に透明酸化物層が挿入されている構造としたので、前記金属被膜と前記透明基体部との反応による反射率の低下を防止しすることができ、従って、高輝度の化合物半導体発光ダイオードを提供できる。
【００５４】
本発明の第２１の発明に依れば、透明酸化物層が導電性である構造としたので、金属被膜とオーミック電極との電気的導通が確保され、絶縁性透明酸化物層を使用する場合の如く、オーミック電極形成部分の透明酸化物層を選択的に除去する必要がなく、製造工程を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施形態である発光ダイオードを示す図であって、（ａ）は平面模式図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線における断面模式図である。
【図２】本発明の実施形態である発光ダイオードを示す図であって、図１（ｂ）のＢ−Ｂ’線における平面断面模式図である。
【図３】本発明の実施形態である発光ダイオードを示す平面模式図である。
【図４】本発明の実施形態である発光ダイオードを示す平面模式図である。
【図５】本発明の実施形態である発光ダイオードを示す平面模式図である。
【図６】本発明の実施形態である発光ダイオードを示す平面模式図である。
【図７】本発明の実施形態である発光ダイオードを示す平面模式図である。
【図８】本発明の実施形態である発光ダイオードを示す平面模式図である。
【図９】本発明の実施形態である発光ダイオードを示す平面模式図である。
【図１０】本発明の実施形態である発光ダイオードを示す平面模式図である。
【図１１】本発明の実施形態である発光ダイオードを示す平面模式図である。
【図１２】本発明の実施形態である発光ダイオードの製造方法を示す断面工程図である。
【図１３】本発明の実施形態である発光ダイオードの製造方法を示す断面工程図である。
【図１４】本発明の実施形態である発光ダイオードを示す断面模式図である。
【図１５】本発明の実施形態である発光ダイオードを示す断面模式図である。
【図１６】本発明の実施形態である発光ダイオードを示す断面模式図である。
【図１７】本発明の実施形態である発光ダイオードを示す断面模式図である。
【図１８】本発明の実施形態である発光ダイオードを示す図であって、（ａ）は平面模式図であり、（ｂ）は（ａ）のＧ−Ｇ’線における断面模式図である。
【図１９】本発明の実施形態である発光ダイオードを示す図であって、（ａ）は断面模式図であり、（ｂ）は（ａ）のＨ−Ｈ’線における平面断面模式図である。
【図２０】本発明の実施形態である発光ダイオードを示す図であって、（ａ）は断面模式図であり、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ’線における平面断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
以下、本発明を実施するための形態を図１および図２を利用して説明する。
（第１の実施形態）
図１および図２は、本発明の第１の実施形態に係る化合物半導体発光ダイオード１０１を模式的に示す図であって、図１（ａ）は、化合物半導体発光ダイオード１０１の平面模式図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’線における断面模式図であり、図２は図１（ｂ）のＢ−Ｂ’線における平面断面模式図である。なお、化合物半導体発光ダイオード１０１は、発光ダイオード素子の上面側と下面側に電極を有する上下電極構造の一例を示している。
【００５７】
図１（ｂ）に示すように、化合物半導体発光ダイオード１０１は、光学的に透明な材料からなる透明基体部２５の一表面２５ａに、素子構造部１０が形成され、素子構造部１０の正面側の面１０ａに一の極性の第一オーミック電極１が形成されている。
また、透明基体部２５の一表面２５ａと反対側に、上底面９０ａと下底面９０ｂと傾斜側面９０ｄを有し、断面形状が台形形状のメサ９０が、上底面９０ａより小さくされた下底面９０ｂが正面と反対側の面となるように形成されている。
さらに、メサ９０の下底面９０ｂに他の極性の第二オーミック電極５が形成されている。さらにまた、第二オーミック電極５、下底面９０ｂおよび傾斜側面９０ｄを覆うように金属被膜６が形成され、金属被膜６を覆うように金属製の台部７が形成されている。
ここで、矢印ｆに示される方向が正面方向であり、化合物半導体発光ダイオード１０１から光が放射される方向である。
【００５８】
（第一オーミック電極）
図１（ａ）に示すように、一の極性の第一オーミック電極１は、素子構造部１０の正面方向ｆの面１０ａ上すなわちコンタクト層１１の正面方向ｆの面１１ａ上に円形電極として構成されている。なお、前記一の極性は、＋極もしくは−極のいずれかである。また、後述する他の極性は、前記一の極性と反対の極性であり、前記一の極性が＋極ならば前記他の極性は−極であり、前記一の極性が−極ならば前記他の極性は＋極である。
【００５９】
化合物半導体層２は、素子構造部１０および成長基体層３とから構成されている。また、素子構造部１０は、コンタクト層１１、下部クラッド層１２、発光層１３、上部クラッド層１４が積層されて構成されている。
【００６０】
（素子構造部）
図１（ｂ）に示す素子構造部１０は、発光を担う重要なｐｎ接合ダブルヘテロ（英略称：ＤＨ）構造を含む構成部位である。素子構造部１０は、本発明では、第１の伝導型のコンタクト層１１、第１の伝導型の下部クラッド層１２、第１の伝導型又は第１の伝導型の反対の伝導型の（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ（０≦Ｘ＜１）からなる発光層１３、及び第１の伝導型の反対の伝導型の上部クラッド層１４から構成される部位である。
第１の伝導型をｎ型とすれば、第１の伝導型の反対の伝導型はｐ型である。逆に、第１の伝導型がｐ型であれば、第１の伝導型の反対の伝導型はｎ型である。
【００６１】
素子構造部１０は、単結晶材料を素子構造部形成用基板として好ましく用いて、その上に、例えばｎ型の（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるコンタクト層１１、（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる下部クラッド層１２、アンドープの（Ａｌ０．２Ｇａ０．８）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる発光層１３、及びｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる上部クラッド層１４を順次堆積して構成する。
これらの各層１１〜１４は、例えば、ＧａＡｓ、燐化インジウム（ＩｎＰ）、燐化ガリウム（ＧａＰ）などのＩＩＩ−Ｖ族半導体単結晶やシリコン（Ｓｉ）などの単元素半導体単結晶を素子構造部形成用基板として、有機金属化学的気相堆積（英略称：ＭＯＣＶＤ）法や分子線エピタキシャル（英略称：ＭＢＥ）法などの成長手段により形成できる。
例えば、（００１）結晶面から１５°の角度に傾斜した面を表面とするＧａＡｓ単結晶基板上に、上記の各層１１〜１４を減圧方式のＭＯＣＶＤ法で堆積する際には、基板温度を７１０℃〜７５０℃として形成するのが適する。
【００６２】
（コンタクト層）
例えば、ｎ型であるコンタクト層１１のキャリア濃度は、１×１０１８ｃｍ−３〜３×１０１８ｃｍ−３とし、同層１１の層厚は１μｍ〜２μｍとするのが好ましい。
【００６３】
（第一緩衝層）
コンタクト層１１を堆積するに際し、素子構造部形成用基板上に第一緩衝層を形成した後、その緩衝層上にコンタクト層１１を形成しても良い。
素子構造部形成用基板とコンタクト層１１との間に挿入する第一緩衝層は、ｎ型層であれば、そのキャリア濃度は１×１０１８ｃｍ−３〜３×１０１８ｃｍ−３とし、層厚は０．１μｍ〜０．３μｍとするのが好ましい。例えば、ＧａＡｓ基板上にＧａＡｓからなる第一緩衝層を設け、その上にコンタクト層１１を形成する場合を例示できる。本発明に係る化合物半導体発光ダイオード１０１を作製するにあって、素子構造部１０に設ける一の極性の第一オーミック電極を第一緩衝層上に設けることとする場合には、第一緩衝層とコンタクト層１１の伝導型は同一とする必要がある。
【００６４】
（下部クラッド層）
例えば、ｎ型である下部クラッド層１２のキャリア濃度は７×１０１７ｃｍ−３〜９×１０１７ｃｍ−３とし、同層１２の層厚は、０．５μｍ〜１．５μｍとするのが好ましい。下部クラッド層１２は、発光層１３をなす（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１、０＜Ｙ≦１）よりも禁止帯幅（ｂａｎｄ  ｇａｐ）が広く、且つ屈折率の大きな半導体材料から構成するのが好ましい。例えば、発光ピーク波長を約５７０ｎｍとする黄緑色光の（Ａｌ０．４Ｇａ０．６）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる発光層１３について、下部クラッド層１２をＡｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐから構成する例を挙げられる。
【００６５】
（発光層）
発光層１３は、第１の伝導型又は第１の伝導型と反対の伝導型のいずれかの伝導型の燐化アルミニウム・ガリウム混晶（組成式（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ；０≦Ｘ＜１）からなる。
【００６６】
発光層１３の層厚は、０．７μｍ〜０．９μｍとするのが好ましい。発光層１３は、単色性に優れる発光を得るために、単一量子井戸（英略称：ＳＱＷ）構造又は多重量子井戸（英略称：ＭＱＷ）構造から構成しても構わない。例えば、（Ａｌ０．２Ｇａ０．８）０．５Ｉｎ０．５Ｐ井戸層と（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ障壁層とからなる単位積層対を、例えば、２０対積層させた多重量子井戸（英略称：ＭＱＷ）構造から構成しても構わない。量子井戸（英略称：ＱＷ）構造を構成する（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１、０＜Ｙ≦１）井戸層又は障壁層のアルミニウム（Ａｌ）組成（Ｘ）は、０≦Ｘ≦１の範囲に於いて、所望の発光波長が得られる様に適宜、決定する。インジウム（Ｉｎ）の組成比（１−Ｙ）は、ＧａＡｓ単結晶を基板とする場合、ＧａＡｓとの格子整合性を勘案して０．５に設定するのが好ましい。
【００６７】
（電流拡散層、電流阻止層、中間層）
発光層１３と下部クラッド層１２との間には、発光ダイオードを動作させるための素子動作電流を発光層１３の全体に平面的に拡散させるための低抵抗の導電材料からなる電流拡散層を設けることもできる。
また、発光ダイオードの素子動作電流を流通させる領域を故意に制限するための高抵抗又は絶縁性の材料からなる電流阻止層を、発光層１３と下部クラッド層１２との間の適所に設けることもできる。
さらにまた、発光層１３と下部クラッド層１２の間、又は発光層１３と上部クラッド層１４の間には、両層間のバンド（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構わない。この中間層は、発光層１３を構成する材料の禁止帯幅とクラッド層１２、１４を構成する材料の禁止帯幅の中間の禁止帯幅を有する半導体材料から構成するのが好ましい。
【００６８】
（上部クラッド層）
上部クラッド層１４は、発光層１３をなす（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１、０＜Ｙ≦１）よりも禁止帯幅が広く、且つ屈折率の大きな半導体材料から構成するのが好ましい。上部クラッド層１４を、例えば、発光ピーク波長を約５７０ｎｍとする黄緑色光の（Ａｌ０．４Ｇａ０．６）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる発光層１３について、Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐから構成する例を挙げられる。上部クラッド層１４は、下部クラッド層１２とは反対の伝導型の半導体材料から構成する。例えば、ｐ型の上部クラッド層１４のキャリア濃度は、１×１０１８ｃｍ−３〜３×１０１８ｃｍ−３とし、同層１１の層厚は１μｍ〜２μｍであるのが好ましい。
【００６９】
（透明基体部）
透明基体部２５の一表面２５ａには、素子構造部１０が形成されている。透明基体部２５の一表面２５ａと反対側にはメサ９０が形成されている。透明基体部２５は、図１に例示する発光ダイオードにあっては、成長基体層３と透明接合基板４とから構成されている。透明基体部２５は、素子構造部１０から出射される光を透過できる材料からなる。
【００７０】
（成長基体層）
素子構造部１０の正面と反対側の面１０ｂには、透明基体部２５の一表面２５ａが接合され、上部クラッド層１４と接している。なお、後述するように、透明基体部２５の一表面２５ａは、成長基体層３の成長を開始させる面であるため、成長開始面３ａと称される。
成長基体層３は、例えば、ＧａＰ層や、素子構造部１０からの発光を充分に透過できる禁止帯幅を与える組成の砒化アルミニウム・ガリウム（ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ；０＜Ｘ≦１）やＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１、０＜Ｙ≦１）などから構成できる。
成長基体層３を、ＭＯＣＶＤ法で成長させたＧａＰ層から構成する場合、その層厚は５μｍ以上２０μｍ以下、更には、８μｍ以上１０μｍ以下とするのが、顕著な“反り”を発生させないなどの観点からして望ましい。
【００７１】
本発明に係る化合物半導体発光ダイオード１０１は、後述する様に、透明基体部２５の内部を経由して素子動作電流を通流させる構造であるため、成長基体層３の伝導型は、成長開始面３ａで接する上部クラッド層１４と同一であるのが望ましい。即ち、上部クラッド層１４が第１の伝導型を呈する層であれば、成長基体層３も第１の伝導型を呈する材料から構成する。
成長基体層３は、例えば、ＭＯＣＶＤ法や液相エピタキシャル（英略称ＬＰＥ）法の成長手段で成長できる。成長基体層３を、ＭＯＣＶＤ法に依り成長させたｐ型のＧａＰ層から構成する場合にあって、キャリア濃度を２×１０１８ｃｍ−３〜４×１０１８ｃｍ−３とするｐ型ＧａＰ層からは、素子動作電流の通流に対し、低抵抗である成長基体層３を構成できる。
【００７２】
（第二緩衝層、ブラッグ（Ｂｒａｇｇ）反射層）
成長基体層３を上部クラッド層１４上に設けるに際し、成長基体層３と上部クラッド層１４との間の格子ミスマッチを緩和する作用を担う第二緩衝層を設けても構わない。
また、成長基体層３と上部クラッド層１４との間には、素子構造部１０からの発光を発光ダイオードの外部へ反射させる作用を有するブラッグ（Ｂｒａｇｇ）反射層等を挿入することも出来る。
【００７３】
（透明接合基板）
透明基体部２５は、図１に例示する如く、成長基体層３の成長開始面３ａの反対側の面３ｂに透明接合基板４を接合させた接合体から構成されている。
本発明に係る化合物半導体発光ダイオード１０１は、後述する様に、透明基体部２５の内部を経由して素子動作電流を通流させる構造であるため、成長基体層３に接合させて設ける透明接合基板４は、成長基体層３共々、導電性で低抵抗の材料から構成する。光学的に透明ではあるが、電気絶縁性であるガラスやサファイア（α−Ａｌ２Ｏ３）等の酸化物材料は透明接合基板４を構成する材料として不適である。
【００７４】
例えば、望ましい透明接合基板４として、成長基体層３に接合させる面を（１１１）又は（１００）結晶面とするＧａＰ単結晶を例示できる。ＧａＰ結晶は可視光を吸収する度合いが小さいので、高輝度の化合物半導体可視発光ダイオードを得るに都合が良いからである。特に、ｎ型のＧａＰ結晶は、同一の不純物濃度のｐ型のＧａＰ結晶に比較して可視光の透過率が高いため、透明接合基板４として、更に好都合に利用できる。
本発明に係る化合物半導体発光ダイオード１０１を得るにあって、透明接合基板４としてｎ型ＧａＰ結晶を用いる場合は、素子動作電流を導通させる必要性から上部クラッド層１４及び成長基体層３も同一の伝導型のｎ型層から構成する必要がある。この構成に於いて、成長基体層３もｎ型ＧａＰ層から構成することとすれば、機械的強度及び熱膨張係数等の特性が一致する材料を接合させることとなるので、密着性良く、堅牢に接合した透明基体部２５を構成することができる。
【００７５】
透明接合基板４の層さは、１０μｍ〜３００μｍであることが好ましく、１００μｍ〜１５０μｍであることがより好ましい。厚さが１０μｍ未満である場合には、ＬＥＤ１０１を支持するための機械的強度が不充分となり、不都合である。一方、厚さが３００μｍを越えると、ダイシングのために深い溝を入れる必要が生ずるため、効率的に個別の化合物半導体発光ダイオード１０１に分割するのが困難となる。
【００７６】
透明接合基板４を成長基体層３に接合させるに際し、双方の層の接合させる面が鏡面に研磨された表面であると、互いを良好な密着性をもって接合できる。例えば、接合させる面の粗さが二乗平均平方根（ｒｍｓ：ｒｏｏｔ  ｍｅａｎ  ｓｑｕａｒｅ）にして０．１０ｎｍ〜０．２０ｎｍであると強固に接合できる。具体的には、二乗平均平方根にして０．１７ｎｍ〜０．１９ｎｍに鏡面研磨した成長基体層３の表面と、二乗平均平方根にして０．１０ｎｍ〜０．１４ｎｍに鏡面研磨した透明接合基板４の表面とを接合して、透明基体部２５を構成する。
【００７７】
（メサ）
図１（ｂ）に示すように、透明基体部２５の一表面２５ａと反対側には、垂直断面形状が逆等脚台形状のメサ（ｍｅｓａ）９０を設ける。また、図２に示すように、メサ９０の平面断面形状は略矩形状とされている。また、メサ９０は、成長基体層３に接合させた透明接合基板４から構成されている。そのため、メサ９０の厚さｄは、透明接合基板４の厚さと同一とされている。
なお、メサ９０の平面断面形状は、特に限定されるものではなく、円形又は多角形としてもよい。
【００７８】
本発明に係る化合物半導体発光ダイオード１０１を得るにあって、メサ９０の外周囲を形作る傾斜側面９０ｄの傾斜角度αは、透明基体部２５の一表面２５ａの垂線ｖに対して１０°以上４５°以下とすることが好ましい。この様な角度の傾斜側面９０ｄを有するメサは、素子構造部１０から出射される光を発光ダイオードの正面方向ｆへ効率的に取り出せる反射鏡を形成することができる。傾斜角度αが垂線ｖに対して１０°未満である場合、又は４５°を超える場合は、素子構造部１０からの発光を効率良く正面方向ｆに反射させることができない。
【００７９】
メサ９０の高さｄは、１０μｍ〜３００μｍであることが好ましく、１００μｍ〜１５０μｍであることがより好ましい。
【００８０】
（粗面）
メサ９０の傾斜側面９０ｄを粗面とすると、素子構造部１０からメサ９０の傾斜側面９０ｄに入射してくる光を乱反射するのに好都合な反射鏡を形成できる。しいては、この乱反射に依り、化合物半導体発光ダイオード１０１の正面方向ｆに効率的に光を取り出すことができ、化合物半導体発光ダイオード１０１の高輝度化に寄与できる。粗面は、酸を用いる湿式エッチング手段又はサンドブラストなどの機械的加工手段などにより、高低差を０．１μｍ〜１０μｍの凹凸を形成する処理などにより形成できる。
【００８１】
また、メサ９０の傾斜側面９０ｄと併せて、メサ９０の底面９０ｂを、上記に例示した手法等により粗面とし、その粗面を基礎として反射鏡を形成すると、化合物半導体発光ダイオード１０１の正面方向ｆへの反射光の強度をより増加させることができる。従って、高輝度の化合物半導体発光ダイオード１０１を得るに貢献できる。
【００８２】
（メサの形成方法）
透明基体部２５にメサ９０を形成するには、ダイシング法、湿式（ｗｅｔ）エッチング法、乾式（ｄｒｙ）エッチング法、スクライブ法やレーザー加工法などを単独で用いて、或いは、これらを組み合わせた方法により形成できる。
例えば、ダイシング法に依り、断面形状を等脚台形状とする刃先を有する切削刃（ブレード）で、透明基体部２５の表面から、透明基体部２５の内部に向けて切創し、透明基体部２５の縦横に溝を形成する。形成される溝の断面形状は、刃先の断面形状と略同形となる。上記のブレードを用いる場合、形成される溝の断面形状は等脚台形状となる。従って、溝が形成された以外の領域には、断面形状を等脚台形状とするメサ９０が結果として残置されることとなる。
【００８３】
（第二オーミック電極）
図２に示すように、第二オーミック電極５は、複数の円形電極として形成されており、略矩形状に形成されたメサ９０の下底面９０ｂの中心を対称にして配置されている。
【００８４】
メサ９０の下底面９０ｂには、透明基体部２５をなす成長基体層３又は透明接合基板４の伝導型に対応した極性の第二オーミック電極５を配置する。
ｎ型の第二オーミック電極５は、例えば、金・ゲルマニウム（Ａｕ・Ｇｅ）合金から構成できる。また、ｎ型半導体層に接触する側をＡｕ・Ｇｅ合金膜とする多層構造の金属電極から構成できる。例えば、Ａｕ・Ｇｅ合金／ニッケル（Ｎｉ）膜／Ａｕ膜の３層構造からなる第二オーミック電極５を例示できる。
【００８５】
第二オーミック電極５は、数的に単一な電極から構成する必要は必ずしもなく、メサ９０の下底面９０ｂに複数、配置しても構わない。メサ９０の下底面９０ｂに複数の第二オーミック電極５を配置することに依り、透明基体部２５内により均等に素子動作電流を拡散させるに寄与できる。
一つのメサ９０の下底面９０ｂに複数の第二オーミック電極５を設ける場合、それらは同一の平面形状を有する電極である必要は必ずしもなく、要は、素子動作電流を透明基体部２５の広範囲に亘り拡散できる形状であるのが望ましい。
【００８６】
図３〜図１１は、略矩形状に形成されたメサ９０の下底面９０ｂに形成する第二オーミック電極５の別の配置の例を示す模式図である。このような配置とすることにより、素子動作電流を透明基体部２５の広範囲に亘り拡散させることができ、透明基体部２５に均等に素子動作電流を流すことができる。
【００８７】
たとえば、図３に示す第二オーミック電極５は、メサ９０の下底面９０ｂの中央に形成された円形の主電極３０１と、主電極３０１と導通し、直交する２本の線状電極３０２とからなる。
【００８８】
また、図４に示す第二オーミック電極５は、図２に示す第二オーミック電極５を構成する主電極３０１と線状電極３０２に加えて、主電極３０１を取り囲むように形成された四角形状の枠電極３０３とからなる。
【００８９】
また、図５に示す第二オーミック電極５は、図２に示す第二オーミック電極５を構成する主電極３０１と線状電極３０２に加えて、主電極３０１を取り囲むように形成された円形の枠電極３０３を備えている。
【００９０】
図６に示す第二オーミック電極５は、メサ９０の下底面９０ｂで対向する位置に形成された２つの円形の主電極３０１と、それら２つの円形電極３０１を電気的に導通させるための四角形状の線状電極３０２とからなる。なお、線状電極３０２の配置は四角形状に限ることはなく、円形であってもよい。
【００９１】
また、図７に示す第二オーミック電極５は、メサ９０の下底面９０ｂの中央に形成された円形の主電極３０１と、４本の線状電極３０２とからなる。４本の線状電極３０２は、略平行とされた３本の線状電極３０２とそれら３本の線状電極３０２と直交する１本の線状電極３０２とからなり、円形電極３０１で２本の線状電極３０２が直交されている。
【００９２】
図８に示す第二オーミック電極５は、中央に形成された円形の主電極３０１と、主電極３０１の周辺に形成された、電極３０１より小さい円形の補助電極３０４とからなる。補助電極３０４もオーミック電極である。また、補助電極３０４は、中央対称に配置されている。
【００９３】
図９に示す第二オーミック電極５は、中央に形成された円形の主電極３０１と、主電極３０１の周囲を取り囲むように形成された四角形状の枠電極３０３とからなる。
【００９４】
図１０に示す第二オーミック電極５は、メサ９０の下底面９０ｂの中央に形成された円形の電極３０１と、電極３０１の外周から等距離の間隔を明けるように形成された外枠電極３０５とからなる。
【００９５】
図１１に示す第二オーミック電極５は、メサ９０の下底面９０ｂの中央部分を略矩形状にくりぬいた外枠電極３０５と、くり抜いた部分に縦横に形成された４本の線状電極３０２とからなる。
【００９６】
図３〜１１に示す第二オーミック電極５において、主電極３０１および補助電極３０４の形状は円形に限定されず、他の形状であっても良い。また、枠電極３０３の平面形状は四角形や円形に限定されず、他の形状であっても良い。また、枠電極３０３の数も限定されず、複数形成しても良い。さらにまた、外枠電極３０５の形状も特に限定されない。
【００９７】
図３〜１１に示す第二オーミック電極５は、いずれもメサ９０の下底面９０ｂの全面を被覆するベタ電極とはされていない。そのため、第二オーミック電極５以外の部分がメサ９０の下底面９０ｂの露出部分とされている。
例えば、図３に示す第二オーミック電極５では、主電極３０１と２本の線状電極３０２以外の部分が、メサ９０の下底面９０ｂの露出部分とされている。また、図８に示す第二オーミック電極５では、主電極３０１と複数の補助電極３０４以外の部分が、メサ９０の下底面９０ｂの露出部分とされている。
【００９８】
メサ９０の下底面９０ｂは、メサ９０の傾斜側面９０ｄと共に、後述する様に金属被膜で被覆する。この金属被膜はメサ９０に入射してくる光を反射する作用を呈する。従って、素子動作電流を透明基体部２５に都合良く拡散できる形状とした上で、尚且つ、メサの表面を露出させておけば、メサ９０の下底面９０ｂを透過してくる光をも、その金属被膜からなる反射鏡で化合物半導体発光ダイオード１０１の正面方向ｆへ反射させることができる。このため、正面方向ｆへ反射させる光量を増加でき、化合物半導体可視発光ダイオード１０１の高輝度化に貢献できる。
【００９９】
（金属被膜）
図１（ｂ）に示すように、第二オーミック電極５、下底面９０ｂおよび傾斜側面９０ｄを覆うように金属被膜６が形成されている。金属被膜６は、透明基体部２５の一表面２５ａと反対側を覆うように形成されており、メサ９０だけでなく、成長基体層３の一部をも被覆している。
また、金属被膜６を覆うように金属製の台部７が形成されている。
【０１００】
メサ９０の下底面９０ｂ及び傾斜側面９０ｄには、それらの表面を被覆する金属被膜６を設ける。この金属被膜６は、メサ９０をなす透明基体部２５を構成する透明接合基板４や成長基体層３と密着する金属材料から構成するのが好ましい。後述する台部７と透明基体部２５との間に於ける剥離を防止し、化合物半導体発光ダイオード１０１を台部７に確実に固定するためである。
また、金属被膜６は、メサ９０の下底面９０ｂに設ける第二オーミック電極５をなす金属材料とも強固に接着できる金属材料から構成するのが好ましい。接着不良に因り発生する第二オーミック電極５と金属被膜６との剥離などに因る通流抵抗の増大を防止でき、台部７から第二オーミック電極５へ素子動作電流を抵抗なく供給できるためである。
【０１０１】
第二オーミック電極５をなす金属材料よりも、素子構造部１０から出射される可視光に対して高い反射率、例えば、８０％以上の反射率を有する材料から金属被膜６を形成すると、発光を反射させる反射鏡として効果的に利用できる。
特に、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）又は白金（Ｐｔ）を含む金属材料から構成すると、素子構造部１０からの発光を正面方向ｆに反射させて、正面方向ｆで最大の強度となる配向特性を呈する化合物半導体発光ダイオード１０１を構成できる。
金属被膜６の材料としては、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）又は白金（Ｐｔ）の何れかを単独で用いて形成しても良いし、何れかの元素を含有する合金から形成することもできる。
【０１０２】
（台部）
図１（ｂ）に示すように、金属被膜６を覆うように金属製の台部７が形成されている。
すなわち、台部７は、金属被膜６を介してメサ９０の傾斜側面９０ｄおよび下底面９０ｂを覆うように取り付けられている。
このように台部７が化合物半導体発光ダイオード１０１を機械的に強固に支持することにより、化合物半導体発光ダイオード１０１の機械的安定性を向上させることができる。
【０１０３】
金属被膜６を介して、化合物半導体発光ダイオード１０１の下部には、メサ９０の傾斜側面９０ｄ及び下底面９０ｂ及びメサ９０の周辺を被覆する様に台部７を取り付けられている。台部７は、化合物半導体発光ダイオード１０１を機械的に強固に支持すると共に、動作させる際に発生する熱を外部に放出するための役目の双方を担う部位である。発生した熱を効率良く放出させるため、台部７の材料としては、熱伝導率が１００Ｗ／ｍＫ以上の材料が好ましく、熱伝導率が２００Ｗ／ｍＫ以上である材料がより好ましい。たとえば、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）又は白金（Ｐｔ）の何れかを含有する金属材料は、台部７を構成するのに好適に用いることができる。
台部７は、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）又は白金（Ｐｔ）の何れかを単独で用いて形成しても良いし、または、これらの元素の１種以上を含有する金属材料から構成できる。
【０１０４】
なお、第二オーミック電極５が金属被膜６を介して台部７と接続される構成とされるので、台部７を端子として用いることができ、片側電極構造の発光ダイオードランプの製造の際には形成することが必要なｐ型端子のワイヤボンディングを行う必要が無くなり、発光ダイオードランプの製造工程を簡略化することができる。
【０１０５】
本発明の実施形態である化合物半導体発光ダイオード１０１は、第一オーミック電極１と第二オーミック電極５を上下に配置する上下電極構造なので、発光層１３の面積を大きくすることができるとともに、光を効率的に取り出す際に障害となる第二オーミック電極５を正面方向ｆ（光取り出し面側）に形成せずにすむので、化合物半導体発光ダイオード１０１の発光輝度を向上させることができる。
【０１０６】
本発明の実施形態である化合物半導体発光ダイオード１０１は、金属被膜６を介して第二オーミック電極５と導通する金属製の台部７とが備えられており、第二オーミック電極５が金属被膜６を介して金属製の台部７と接続される構成なので、発光ダイオードランプの製造の際、ｐ型端子をワイヤボンディングする必要がなく、その製造工程を簡略化することができる。
【０１０７】
本発明の実施形態である化合物半導体発光ダイオード１０１は、透明基体部２５の一表面２５ａと反対側に、垂直断面形状を逆等脚台形状とするメサ９０が備えられている構成なので、発光層１３からの光をメサ９０で正面方向ｆに効率的に反射させることができ、化合物半導体発光ダイオード１０１の発光輝度を向上させることができる。
【０１０８】
本発明の実施形態である化合物半導体発光ダイオード１０１は、金属被膜６が、前記第二オーミック電極５、下底面９０ｂ、及び傾斜側面９０ｄを被覆する構成なので、発光層１３からの光を金属被膜６で正面方向ｆに効率的に反射させることができ、化合物半導体発光ダイオード１０１の発光輝度を向上させることができる。
【０１０９】
本発明の実施形態である化合物半導体発光ダイオード１０１は、金属製の台部７が備えられている構成なので、化合物半導体発光ダイオード１０１の機械的強度を高めるとともに、放熱性を高めて製品寿命を改善することができる。
【０１１０】
本発明の実施形態である化合物半導体発光ダイオード１０１は、透明基体部２５が、成長基体層３からなる構成なので、透明性およびキャリア伝導性に優れた層として透明基体部２５を形成することができ、化合物半導体発光ダイオード１０１の発光輝度を向上させることができる。また、製造工程を簡素化し、生産効率を向上させることができる。
【０１１１】
本発明の実施形態である化合物半導体発光ダイオード１０１は、透明基体部２５が、成長基体層３と、成長基体層３に接合された透明接合基板４とからなる構成なので、透明性およびキャリア伝導性に優れた層として透明基体部２５を形成することができ、化合物半導体発光ダイオード１０１の発光輝度を向上させることができる。
【０１１２】
本発明の実施形態である化合物半導体発光ダイオード１０１は、透明接合基板４が、成長基体層３と同一の伝導型を有する構成なので、上下電極構造の発光ダイオードとして、素子動作電流を効率よく流すことができ、化合物半導体発光ダイオード１０１の発光効率を向上させることができる。
【０１１３】
本発明の実施形態である化合物半導体発光ダイオード１０１は、透明接合基板４の成長基体層３と接合させる面が、二乗平均平方根にして０．１０ｎｍ〜０．２０ｎｍの粗さの鏡面研磨面である構成なので、透明接合基板４と成長基体層３を密着性高く接合させることができ、製品寿命を向上させることができる。
【０１１４】
本発明の実施形態である化合物半導体発光ダイオード１０１は、傾斜側面９０ｄの傾斜角度αが、透明基体部２５の一表面２５ａの垂線ｖに対して１０°以上４５°以下である構成なので、正面方向ｆに光を効率よく反射させて、化合物半導体発光ダイオード１０１の発光効率を向上させることができる。
【０１１５】
本発明の実施形態である化合物半導体発光ダイオード１０１は、傾斜側面９０ｄが、高低差にして０．１μｍ以上１０μｍ以下の凹凸を有する粗面である構成なので、粗面で光を乱反射させて、正面方向ｆに光を効率よく反射させて、化合物半導体発光ダイオード１０１の発光効率を向上させることができる。
【０１１６】
本発明の実施形態である化合物半導体発光ダイオード１０１は、下底面９０ｂが、高低差にして０．１μｍ以上で１０μｍ以下の凹凸を有する粗面である構成なので、粗面で光を乱反射させて、正面方向ｆに光を効率よく反射させて、化合物半導体発光ダイオード１０１の発光効率を向上させることができる。
【０１１７】
本発明の実施形態である化合物半導体発光ダイオード１０１は、第二オーミック電極５が、下底面９０ｂに複数配置されている構成なので、メサ９０から素子構造部１０へ流す素子動作電流の面内均一性を固めることができ、化合物半導体発光ダイオード１０１の光取り出し面での発光強度を均一にすることができる。
【０１１８】
本発明の実施形態である化合物半導体発光ダイオード１０１は、金属被膜６が、第二オーミック電極５とは異なる材料から構成されている構成なので、第二オーミック電極５は電流を効率よく注入できる材料を用い、金属被膜６は光を効率よく反射させることができる材料を用いることができ、化合物半導体発光ダイオード１０１の発光効率を向上させることができる。
【０１１９】
本発明の実施形態である化合物半導体発光ダイオード１０１は、金属被膜６が、素子構造部１０から放射される光について８０％以上の反射率を有し、銀、アルミニウム又は白金の何れかを含有する材料から構成されている構成なので、素子構造部１０から放射される光を正面方向ｆに光を効率よく反射させて、化合物半導体発光ダイオード１０１の発光効率を向上させることができる。
【０１２０】
本発明の実施形態である化合物半導体発光ダイオード１０１は、金属被膜６が、透明基体部２５の一表面２５ａと反対側を被覆するように形成されている構成なので、素子構造部１０から放射される光をもれなく、正面方向ｆに光を効率よく反射させて、化合物半導体発光ダイオード１０１の発光効率を向上させることができる。
【０１２１】
本発明の実施形態である化合物半導体発光ダイオード１０１は、前記台部が、２００Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有し、銅、アルミニウム、金又は白金の何れかを含む材料から構成されている構成なので、発光の際に発生する熱を効率的に放射させ、製品寿命を向上させることができる。
【０１２２】
図１２および図１３は、化合物半導体発光ダイオード１０１の製造方法の一例を示す製造工程図である。なお、第一オーミック電極がｎ型の場合について説明する。
製造工程は、化合物半導体層形成工程と、透明接合基板張り合わせ工程と、ＧａＡｓ基板および緩衝層除去工程と、ｎ型オーミック電極形成工程と、ｐ型オーミック電極形成工程と、溝部形成工程と、粗面化工程と、金属被膜形成工程と、台部形成工程と、分割工程とから構成されている。
以下、各工程について説明する。
【０１２３】
「化合物半導体層形成工程」
まず、素子構造部形成用基板として、Ｓｉ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２１を用意する。
半導体基板２１を減圧装置に搬入し、ＭＯＣＶＤ法を用いて、順に、Ｓｉをドープしたｎ型のＧａＡｓからなる第一緩衝層２２、Ｓｉドープしたｎ型の（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるコンタクト層１１、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１２、アンドープの（Ａｌ０．２Ｇａ０．８）０．５Ｉｎ０．５Ｐ／（Ａｌ０．７Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐの２０対からなる発光層１３、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１４、及びＭｇドープしたｐ型ＧａＰ層からなるｐ型の成長基体層３を積層し、図１２（ａ）に示すようなエピタキシャルウェーハ３０を形成する。
なお、コンタクト層１１、下部クラッド層１２、発光層１３、上部クラッド層１４からなる層を素子構造部１０と呼称し、素子構造部１０とｐ型ＧａＰ層からなるｐ型の成長基体層３の積層体を化合物半導体層２と呼称する。
また、上部クラッド層１４に接するｐ型の成長基体層３の面が成長開始面３ａとされている。
【０１２４】
第一緩衝層２２および化合物半導体層２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）及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る。
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、Ｓｉのドーピング原料にはジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を使用する。
また、Ｖ族構成元素の原料としては、ホスフィン（ＰＨ３）又はアルシン（ＡｓＨ３）を用いる。
ｐ型ＧａＰ層からなるｐ型の成長基体層３は、基板温度を７３０〜７７０°Ｃとして成長させ、第一緩衝層２２、コンタクト層１１、下部クラッド層１２、発光層１３、上部クラッド層１４は、基板温度を７１０〜７５０°Ｃとして成長させる。
【０１２５】
第一緩衝層２２のキャリア濃度は１×１０１８ｃｍ−３〜３×１０１８ｃｍ−３、またその厚さは０．１〜０．３μｍとする。コンタクト層１１は、（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐから構成し、キャリア濃度は１×１０１８ｃｍ−３〜３×１０１８ｃｍ−３、層厚は約１〜２μｍとする。下部クラッド層１２のキャリア濃度は７×１０１７ｃｍ−３〜９×１０１７ｃｍ−３、層厚は０．５〜１．５μｍとする。発光層１３はアンドープで層厚は０．７〜０．９μｍとする。上部クラッド層１４のキャリア濃度は１×１０１７ｃｍ−３〜３×１０１７ｃｍ−３とし、層厚は０．５〜１．５μｍとする。ｐ型ＧａＰ層からなるｐ型の成長基体層３のキャリア濃度は２×１０１８ｃｍ−３〜４×１０１８ｃｍ−３とし、層厚は８〜１０μｍとする。  
ｐ型ＧａＰ層からなるｐ型の成長基体層３は、表面から０．５〜１．５μｍの深さに至る領域を研磨し、鏡面加工する。鏡面加工により、ｐ型ＧａＰ層からなるｐ型の成長基体層３の表面の粗さを０．１７〜０．１９ｎｍとする。
【０１２６】
「透明接合基板張り合わせ工程」
まず、ｐ型ＧａＰ層からなるｐ型の成長基体層３の他面３ｂを鏡面研磨する。次に、この面３ｂに貼り付ける透明接合基板４を用意する。透明接合基板４には、面方位を（１１１）とするＧａＰ単結晶を用い、キャリア濃度が１×１０１７ｃｍ−３〜３×１０１７ｃｍ−３となる様にＳｉを添加する。透明接合基板４の直径は４０〜６０ｍｍで、厚さは２００〜３００μｍとする。この透明接合基板４の表面は、ｐ型ＧａＰ層からなるｐ型の成長基体層３に接合させる前に鏡面研磨し、二乗平均平方根（ｒｍｓ）の値を０．１０〜０．１４ｎｍとする。
【０１２７】
透明接合基板４及びエピタキシャルウェーハ３０を減圧装置内に搬入し、２×１０−５Ｐａ〜４×１０−５Ｐａまで排気し、減圧状態とする。ここで、透明接合基板４の接合面４ａ及びエピタキシャルウェーハ３０のｐ型ＧａＰ層からなるｐ型の成長基体層３の他面３ｂに加速されたＡｒビームを照射して汚染を除去した後、常温活性化接合法により、両者を室温で接合し、図１２（ｂ）に示すような貼り付け基板３１を作成する。
【０１２８】
「ＧａＡｓ基板および緩衝層除去工程」
次に、図１２（ｃ）に示すように、アンモニア系エッチャントを用いて、貼り付け基板３１から、ＧａＡｓ基板２１及び第一緩衝層２２を選択的に除去する。
【０１２９】
「ｎ型オーミック電極形成工程」
さらに、図１２（ｄ）に示すように、コンタクト層１１の表面１１ａにｎ型オーミック電極１を形成して、ｎ型オーミック電極形成基板３３を形成する。
ｎ型オーミック電極１は、真空蒸着法を用いて、膜厚０．１〜０．２μｍのＡｕＧｅ（Ｇｅ質量比１２％）、膜厚０．０４〜０．０６μｍのＮｉ、膜厚０．８〜１．２μｍのＡｕを順番に積層する。
【０１３０】
「ｐ型オーミック電極形成工程」
次に、ｎ型オーミック電極形成基板３３において、真空蒸着法を用いて、透明接合基板４の下底面４ｂに、膜厚０．１〜０．３μｍのＡｕＢｅ、および膜厚０．８〜１．２μｍのＡｕを順番に積層して、図１３（ａ）に示すようなｐ型オーミック電極５を形成する。
その後、４００〜５００℃で５〜１５分間熱処理を行い、両電極を合金化する。合金化処理により、両電極を低抵抗とすることができる。
【０１３１】
「溝部形成工程」
次に、図１３（ｂ）に示すように、ダイシングソーを用いて透明接合基板４の底面４ｂに溝入れを行うことにより、透明接合基板４に溝部８を形成し、溝部形成基板４５とする。
なお、溝部８を設けることにより、透明接合基板４は、成長基体層３の成長開始面３ａの垂線ｖに対して傾斜角度αとなる傾斜側面４ｄを有し、断面形状が等脚台形形状のメサ９０とされる。また、透明接合基板４の厚さｍとメサ９０の厚さｄは同一の厚さとされている。
【０１３２】
「粗面化工程」
透明接合基板４の下底面４ｂおよび傾斜側面４ｄを酸処理により粗面化する。一般的に用いられる他の粗面化処理を用いてもよい。
【０１３３】
「金属被膜形成工程」
図１３（ｃ）に示すように、溝部形成基板４５を減圧装置に搬入し、真空蒸着法を用いて、膜厚０．２μｍのＡｌを透明接合基板４の傾斜側面４ｄおよび下底面４ｂに成膜して金属被膜６を形成し、金属被膜形成基板４６を形成する。
【０１３４】
「台部形成工程」
図１３（ｄ）に示すように、金属被膜形成基板４６を減圧装置から取り出した後、金属被膜形成基板４６の金属被膜６を形成した面に銅メッキ処理を行い、台部形成基板４７を作成する。
貴金属メッキ、はんだメッキを仕上げメッキとして行ってもよい。
【０１３５】
「分割工程」
次に、台部７を形成した面側からダイシングソーを用いて、一定間隔（たとえば、１ｍｍ間隔）で、成長開始面３ａと垂直に切断し、台部形成基板４７をチップ化することにより、図１３（ｅ）に示す化合物半導体発光ダイオード１０１を製造することができる。ダイシングによる破砕層及び汚れをエッチング除去する。
【０１３６】
（実施形態２）
図１４は、本発明の実施形態である化合物半導体発光ダイオードの別の一例を示す断面模式図である。
本発明の実施形態である化合物半導体発光ダイオード１０２は、メサ９０の作成の際、透明成長層３の一部を切り込んで、メサ９０を形成するほかは実施形態１と同様の構成とされている。なお、実施形態１に示した部材と同様の部材については同じ符号をつけて示している。
【０１３７】
このように、メサ９０は透明接合基板４から成長基体層３に達する様に形成しても構わない。この様に高いメサ９０を形成するとメサ９０の傾斜側面９０ｄの表面積は広がる。
表面積が大きな傾斜側面９０ｄを可視光に対し高い反射率を発揮する金属材料で被膜すれば、表面積の大きな反射鏡を形成できることとなり、外部への発光の取り出し効率が高い高輝度の化合物半導体可視発光ダイオード１０２を得ることができる。
【０１３８】
本発明の実施形態である化合物半導体発光ダイオード１０２は、透明成長層３の一部を切り込んで、メサ９０を形成する構成なので、傾斜側面９０ｄの面積を大きくして、傾斜側面９０ｄからの正面方向ｆへの反射の割合を高めることができ、正面方向ｆへの輝度を向上させることができる。
【０１３９】
（実施形態３）
図１５は、本発明の実施形態である化合物半導体発光ダイオードのさらに別の一例を示す断面模式図である。
本発明の実施形態である化合物半導体発光ダイオード１０３は、透明基体部２５が透明成長層３のみから形成されているほかは実施形態１と同様の構成とされている。なお、実施形態１に示した部材と同様の部材については同じ符号をつけて示している。
【０１４０】
本発明の実施形態である化合物半導体発光ダイオード１０３は、透明基体部２５が素子構造部１０の正面と反対側の面１０ｂに成長させた成長基体層３からなる。
このような構成とすることにより、透明接合基板４を接合する工程を省くことができ、製造工程を簡略化することができる。
【０１４１】
（実施形態４）
図１６は、本発明の実施形態である化合物半導体発光ダイオードのさらに別の一例を示す断面模式図である。
本発明の実施形態である化合物半導体発光ダイオード１０４は、透明基体部２５が透明接合基板４のみから形成されているほかは実施形態１と同様の構成とされている。なお、実施形態１に示した部材と同様の部材については同じ符号をつけて示している。
【０１４２】
このように、透明基体部２５を、上部クラッド層１４に直接接合させた透明接合基板４からも構成できる。上部クラッド層１４に直接接合させる場合の透明接合基板４も、ＧａＰ等の素子構造部１０から出射される光を透過でき、且つ導電性を有する材料から構成できる。上部クラッド層１４に直接接合させた透明接合基板４の厚さは、１０μｍ以上３００μｍ以下であるのが好適である。
【０１４３】
また、透明接合基板４を、上部クラッド層１４に接合させるに際し、双方の層の接合させる表面が鏡面に研磨された表面であると、互いを良好な密着性をもって接合できる。例えば、接合させる表面の粗さが二乗平均平方根（ｒｍｓ：ｒｏｏｔ  ｍｅａｎ  ｓｑｕａｒｅ）にして０．１０ｎｍ〜０．２０ｎｍであると強固に接合できる。
【０１４４】
本発明の実施形態である化合物半導体発光ダイオード１０４は、透明基体部２５が透明接合基板４からなる構成なので、成長基体層３を形成する工程を省くことができ、製造工程を簡略化することができる。
【０１４５】
（実施形態５）
図１７は、本発明の実施形態である化合物半導体発光ダイオードのさらに別の一例を示す断面模式図である。
本発明の実施形態である化合物半導体発光ダイオード１０５は、金属被膜６と透明基体部２５との間に透明酸化物層８８が形成されているほかは実施形態１と同様の構成とされている。なお、実施形態１に示した部材と同様の部材については同じ符号をつけて示している。
なお、第二オーミック電極５上には透明酸化物層８８は形成されず、第二オーミック電極５と金属被膜６は接するようにされている。第二オーミック電極５上の透明酸化物層８８を除去する方法は、フォトリソグラフィー法を利用することができる。
【０１４６】
このように金属被膜６と透明基体部２５との間に透明酸化物層８８が形成することにより、金属被膜６と透明基体部２５の間で発生する可能性のある熱または光などによる反応を抑制して金属被膜６の反射率を保持させることができ、化合物半導体発光ダイオード１０５の輝度を保つことができる。
【０１４７】
透明酸化物層８８は、導電性であることが好ましい。導電性の透明酸化物層８８を用いることにより、フォトリソグラフィーを利用して第二オーミック電極５上の透明酸化物層８８を除去する必要が無くなり、製造工程を簡略化することができる。
【０１４８】
本発明の実施形態である化合物半導体発光ダイオード１０５は、金属被膜６と透明基体部２５との間に透明酸化物層８８が挿入されている構造としたので、金属被膜６と透明基体部２５との反応による反射率の低下を防止することができ、従って、高輝度の化合物半導体発光ダイオード１０５を提供することができる。
【０１４９】
本発明の実施形態である化合物半導体発光ダイオード１０５は、透明酸化物層８８が導電性である構造としたので、フォトリソグラフィーを利用して第二オーミック電極５上の透明酸化物層を除去する必要がなく、製造工程を簡素化することができる。
【０１５０】
（実施形態６）
図１８は、本発明の実施形態である化合物半導体発光ダイオードのさらに別の一例を説明する図であって、図１８（ａ）は断面模式図であり、図１８（ｂ）はＧ−Ｇ’線における平面断面模式図である。
本発明の実施形態である化合物半導体発光ダイオード１４５は、透明基体部２５にメサ９０が縦２個×横２個となるように配置されたほかは、実施形態１に示した化合物半導体発光ダイオード１０１と同様の構成とされている。
【０１５１】
このように、透明基体部２５には、複数のメサ９０を設けても構わない。複数のメサ９０を設ければ、メサ９０の傾斜側面９０ｄを増やして、化合物半導体発光ダイオード１４５の側面３ｃ方向へ向かって進行する側面光を化合物半導体発光ダイオード１４５の正面方向ｆにより効果的に反射させることができる。従って、化合物半導体発光ダイオード１４５の正面方向ｆへ取り出せる光の強度が増えるため、正面方向ｆに関して発光効率が改善された化合物半導体可視発光ダイオード１４５を得ることができる。
【０１５２】
メサ９０を化合物半導体発光ダイオード１４５の内部に複数内包させて設ける場合、それらのメサ９０は、化合物半導体発光ダイオード１４５の平面形状の中心に関して対称の位置に設けるのが好ましい。例えば、化合物半導体発光ダイオード１４５の平面形状の中心点に対して点対称である位置に設ける。化合物半導体を対称的に配置することにより、化合物半導体発光ダイオード１４５の正面方向ｆを中心として発光強度の分布を対称的となすことができ、化合物半導体発光ダイオード１４５の正面方向ｆで発光強度が最大となる理想的な配向特性を得ることができる。
【０１５３】
なお、第二オーミック電極５としては、図３〜１１に示した電極構造を用いることができる。所望の発光ダイオード特性および生産効率を考慮して、最適な電極構造を選択する。
【０１５４】
本発明の実施形態である化合物半導体発光ダイオード１４５は、断面形状が等脚逆台形形状となる六面体からなる４つの化合物半導体が形成されている他は、実施形態１で示した発光ダイオード１０１と同様の構成なので、実施形態１と同様の効果を得ることができる。
【０１５５】
本発明の実施形態である化合物半導体発光ダイオード１４５は、透明基体部２５の一表面２５ａと反対側に、メサ９０が複数設けられている構成なので、複数のメサ９０を反射鏡として用いることにより、正面方向ｆに光を効率よく反射させて、化合物半導体発光ダイオード１４５の発光効率を向上させることができる。
【０１５６】
本発明の実施形態である化合物半導体発光ダイオード１４５は、複数のメサ９０が、平面視したときに、透明基体部２５の中心に対して対称の位置に設けられている構成なので、光の面内均一性を高めて、正面方向ｆに光を効率よく反射させて、化合物半導体発光ダイオード１４５の発光強度の均一性を向上させることができる。
【０１５７】
（実施形態７）
図１９は、本発明の実施形態である化合物半導体発光ダイオードのさらに別の一例を示す図であって、図１９（ａ）が断面図であり、図１９（ｂ）が図１９（ａ）のＨ−Ｈ’線における平面断面図である。メサ９０の個数は、非常に多いため、図では、簡略化して記載し、サイズ、個数が実際と異なる。
図１９に示すように、本発明の実施形態である化合物半導体発光ダイオード１４７は、光学的に透明な材料からなる透明基体部２５と、透明基体部２５の一表面２５ａに形成され、発光層１３を含む素子構造部１０と、素子構造部１０の正面側の面１０ａに形成された一の極性の第一オーミック電極１とを有している。なお、透明基体部２５は、メサ９０を形成するｐ型ＧａＰ層３から構成されている。また、透明基体部２５の一表面２５ａと反対側に、円柱状のメサ９０が形成されている。
【０１５８】
メサ９０は、微細な円柱状であり、格子状に配置されている。メサ９０の大きさは、たとえば、高さ１μｍ、直径２μｍとし、メサ９０の間隔は、中心の間隔が３μｍとなるようにする。従って、約３００μｍ２のチップに約１００００個のメサ９０が形成される。このようなメサ９０は、たとえば、ドライエッチング法で形成する。
【０１５９】
また、第一オーミック電極１の投影領域以外の領域で、３６個に１個の割合で、メサ９０の下底面９０ｂに他の極性の第二オーミック電極５が形成されている。
また、第二オーミック電極５、メサ９０の下底面９０ｂを覆うように金属被膜６が形成されている。金属被膜６の構造は、たとえば、ＩＴＯ、銀（Ａｇ）、タングステン（Ｗ）、プラチナ（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、共晶ＡｕＳｎが積層されてなる。各層の膜厚は、たとえば、ＩＴＯが０．１μｍ、Ａｇが０．１μｍ、Ｗが０．１μｍ、Ｎｉが０．１μｍ、凹凸の平坦化をするＣｕが１．５μｍ、Ａｕが０．５μｍ、ＡｕＳｎが１μｍとする。この金属被膜６に含まれるＣｕは、半導体層の微細形状の凹凸による段差を平坦化するためにめっき法によって形成することが望ましい。
【０１６０】
さらに金属被膜６を覆うように金属製の台部７が形成されている。台部７は、発光ダイオードの下面となる側から順にモリブデン（Ｍｏ）、銅（Ｃｕ）、Ｍｏ、Ｐｔ、Ａｕが積層されてなる。各層の膜厚は、たとえば、Ｃｕが３０μｍ、Ｍｏが２５μｍ、Ｃｕが３０μｍ、Ｐｔが０．１μｍ、Ａｕが０．５μｍである。
このように、台部７は、Ｃｕ、Ｍｏの層構造を含む材料から構成されていることが好ましい。台部７が、Ｃｕを有する層構造を含むことにより、２００Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有するようにでき、放熱性が高い台部７を有する化合物半導体発光ダイオードを提供できる。さらに、これにより、効果的に放熱して、高輝度の発光をさせることができる。
また、台部７が、ＣｕをＭｏで挟んだＣｕ、Ｍｏの層構造を含むことにより、高い熱膨張係数を有するＣｕを化合物半導体層２と同程度の熱膨張係数を有するＭｏで挟み、Ｃｕの熱膨張をＭｏが抑えることができ、３〜７ｐｐｍ／Ｋの熱膨張率を有するようにでき、後述する台部７の形成工程で、台部７を構成する金属基板と、金属被膜６とを共晶接合する際に、前記金属基板を熱膨張させることなく、接合することができ、精度よく化合物半導体発光ダイオードを製造することができる。
台部７の熱膨張率は、化合物半導体層２の熱膨張率の±２０％以内とすることが好ましい。これにより、台部７を構成する金属基板と、金属被膜６とを共晶接合する際に、前記金属基板を熱膨張させることなく、接合することができ、精度よく化合物半導体発光ダイオードを製造することができる。
【０１６１】
なお、台部７は、メサ９０を覆うように形成した金属被膜６に金属基板を金属共晶法により貼り付けて形成する。以下、その形成方法の一例を説明する。
まず、前記金属基板としては、たとえば、Ｃｕ（３０μｍ）／Ｍｏ（２５μｍ）／Ｃｕ（３０μｍ）からなる総膜厚８５μｍの金属基板を用意する。たとえば、前記金属基板の熱伝導率は２５０Ｗ／ｍＫとなり、熱膨張率は６ｐｐｍ／Ｋとなる。
次に、前記金属基板の表面にＰｔとＡｕからなる膜をスパッタ法により成膜する。各層の膜厚は、たとえば、Ｐｔが０．１μｍ、Ａｕが０．５μｍとする。ＰｔとＡｕからなる層を形成することにより、次の共晶接合工程で、前記金属基板と金属被膜６との接合不良を少なくすることができる。
【０１６２】
次に、金属被膜６のＡｕＳｎ層と前記金属基板のＡｕ層の表面を重ね合わせて、３３０℃に加熱した状態で、１００ｇ／ｃｍ２の荷重をかけて共晶接合する。めっき法で形成したＣｕ層により、半導体層の微細形状の凹凸による段差を平坦化してあるので、金属基板と良好に接合することができる。このとき、熱膨張係数が５ｐｐｍと小さい台部７を用いることにより、高温の貼り付けにおいても、低い応力で接合できる。
最後に、前記金属基板の一部を０．７ｍｍ２に集光したレーザーを用いて切断してチップ化して、化合物半導体発光ダイオードを作製する。
前記化合物半導体発光ダイオードは、２５０Ｗ／ｍＫと熱伝導率が大きい台部７を用いているので、放熱性に優れた、高輝度の化合物半導体発光ダイオードを提供することができる。
【０１６３】
本発明の実施形態である化合物半導体発光ダイオード１４７は、透明基体部２５の一表面２５ａに素子構造部１０を形成したので、素子構造部から出射される光が透明基体部２５を透過した後、金属被膜６により正面方向へ反射され、発光の正面方向（外部視野方向）への取出性に優れる化合物半導体発光ダイオードを提供できる。
【０１６４】
本発明の実施形態である化合物半導体発光ダイオード１４７は、透明基体部２５に金属被膜６を介して金属製の台部７を取り付ける構成としたので、側面を切削したが故に底面積が小さくなり、自立し難い従来の発光ダイオードのマウント載置不安定性が解消でき、かつ放熱性に優れる化合物半導体発光ダイオードを安定して供給できる。
【０１６５】
本発明の実施形態である化合物半導体発光ダイオード１４７は、台部７が、２００Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有し、Ｃｕ、Ｍｏの層構造を含む材料から構成されている構成なので、放熱性に優れた、高輝度の化合物半導体発光ダイオードを提供することができる。
【０１６６】
本発明の実施形態である化合物半導体発光ダイオード１４７は、台部７の熱膨張率が、化合物半導体層２の熱膨張率の±２０％以内を有する、Ｃｕ、Ｍｏの層構造を含む材料から構成されている構成なので、高温の貼り付けにおいても低い応力で接合して、精度よく化合物半導体発光ダイオードを製造することができ、製造工程を簡略化することができる。
【０１６７】
本発明の実施形態である化合物半導体発光ダイオード１４７は、台部７の熱膨張率が、３〜７ｐｐｍ／Ｋである、Ｃｕ、Ｍｏの層構造を含む材料から構成されている構成なので、高温の貼り付けにおいても低い応力で接合して、精度よく化合物半導体発光ダイオードを製造することができ、製造工程を簡略化することができる。
【０１６８】
（実施形態８）
図２０は、本発明の実施形態である化合物半導体発光ダイオードのさらに別の一例を示す図であって、図２０（ａ）が断面図であり、図２０（ｂ）が図２０（ａ）のＩ−Ｉ’線における平面断面図である。
図２０に示すように、本発明の実施形態である化合物半導体発光ダイオード１４８は、
光学的に透明な材料からなる透明基体部２５と、透明基体部２５の一表面２５ａに形成され、発光層１３を含む素子構造部１０と、素子構造部１０の正面側の面１０ａに形成された一の極性の第一オーミック電極１とを有している。なお、透明基体部２５は、メサ９０を形成するｐ型ＧａＰ層３から構成されている。また、透明基体部２５の一表面２５ａと反対側に、円柱状のメサ９０が形成されている。
【０１６９】
メサ９０は、微細な円柱状であり、格子状に配置されている。メサ９０の大きさは、たとえば、高さ３μｍ、直径５０μｍとし、メサ９０の傾斜側面９０ｄとｐ型ＧａＰ層３の他面３ｂとのなす角度は８８度とする。また、メサ９０の間隔は、中心の間隔が１００μｍとなるようにする。このようなメサ９０は、たとえば、ドライエッチング法で形成する。
【０１７０】
また、第一オーミック電極１の投影領域以外の領域で、メサ９０の下底面９０ｂに他の極性の第二オーミック電極５が形成されている。第二オーミック電極５は、たとえば、３０μｍとする。
また、第二オーミック電極５、下底面９０ｂを覆うように金属被膜６が形成されている。金属被膜６の構造は、たとえば、ＩＴＯ、Ａｇが積層されてなる。各層の膜厚は、たとえば、ＩＴＯが０．３μｍ、Ａｇが０．５μｍとする。各層は、たとえば、スパッタ法で形成する。
【０１７１】
さらに金属被膜６を覆うようにＭｏ、ニッケル（Ｎｉ）、Ｃｕからなる台部７が形成されている。各層の膜厚は、たとえば、Ｍｏが０．８μｍ、Ｎｉが０．５μｍ、Ｃｕが７０μｍである。
このように、台部７をＣｕ、Ｍｏの層構造を含む材料から構成することにより、３５０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有するようにでき、放熱性が高い台部７を有する化合物半導体発光ダイオードを提供できる。さらに、これにより、効果的に放熱して、高輝度の発光をさせることができる。
【０１７２】
なお、台部７は、Ｍｏ、Ｎｉをスパッタ法で形成した後、Ｃｕ層を電解メッキ法で厚く形成する。最後に、０．７ｍｍ２に集光したレーザーを用いて切断して、化合物半導体発光ダイオードチップを作製する。
【０１７３】
本発明の実施形態である化合物半導体発光ダイオード１４８は、台部７が、２００Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有し、Ｃｕ、Ｍｏの層構造を含む材料から構成されている構成なので、放熱性に優れた、高輝度の化合物半導体発光ダイオードを提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１７４】
本発明は、発光ダイオード、特に、透明接合基板と接合させた大型で高輝度の発光ダイオードを必要とする光産業において利用可能性がある。大型の発光ダイオードであって、従来にない高輝度で、高信頼性の発光ダイオードを提供することができ、各種の表示ランプ等に利用することができる。
【符号の説明】
【０１７５】
１…第一オーミック電極、２…化合物半導体層、３…ｐ型ＧａＰ層、３ａ…成長開始面、３ｂ…他面、３ｃ…側面、４…透明接合基板、４ａ…接合面、４ｂ…下底面、４ｃ…側面、４ｄ…傾斜側面、５…第二オーミック電極、６…金属被膜、７…台部、７ｃ…側面、８…溝部、１０…素子構造部、１０ａ…正面側の面、１０ｂ…反対側の面、１１…コンタクト層、１１ａ…正面方向の面、１２…下部クラッド層、１３…発光層、１４…上部クラッド層、２１…半導体基板、２２…第一緩衝層、２５…透明基体部、３０…エピタキシャルウェーハ、３１…貼り付け基板、３３…ｎ極電極形成基板、４４…ｐ極電極形成基板、４５…溝部形成基板、４６…金属被膜形成基板、４７…台部形成基板、８８…透明酸化物層、９０…メサ、９０ａ…上底面、９０ｂ…下底面、９０ｄ…傾斜側面、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１４５…発光ダイオード、１４７、１４８…発光ダイオード、ｆ…正面方向（光取り出し方向）、ｄ…高さ、α…傾斜角度、ｖ…垂線。
【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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【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１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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