(57)【要約】【課題】発光効率が高い発光素子を提供する。【解決手段】本発明に係る発光素子１は、支持基板２０と、支持基板２０の上に設けられる第１導電型の第１導電型層と、第１導電型層の上に設けられ、光を発する活性層１６と、活性層１６の上に設けられ、第１導電型とは異なる第２導電型の第２導電型層と、第１導電型層の表面の一部に接する第１電極と、第２導電型層の表面の一部に接する第２電極とを備え、第１電極が、活性層１６の直上又は直下に対応する第１導電型層の表面とは異なる第１導電型層の表面に接し、第２電極が、活性層１６の直上又は直下に対応する第２導電型層の表面とは異なる第２導電型層の表面に接する。【選択図】図１Ａ
2012129281.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板と、
前記支持基板の上に設けられる第１導電型の第１導電型層と、
前記第１導電型層の上に設けられ、光を発する活性層と、
前記活性層の上に設けられ、前記第１導電型とは異なる第２導電型の第２導電型層と、
前記第１導電型層の表面の一部に接する第１電極と、
前記第２導電型層の表面の一部に接する第２電極と
を備え、
前記第１電極が、前記活性層の直上又は直下に対応する前記第１導電型層の表面とは異なる前記第１導電型層の表面に接し、
前記第２電極が、前記活性層の直上又は直下に対応する前記第２導電型層の表面とは異なる前記第２導電型層の表面に接する発光素子。
【請求項２】
前記第１電極及び前記第２電極がそれぞれ複数設けられ、
前記第１電極及び前記第２電極がそれぞれ、平面視においてライン状に形成され、
前記第１電極と前記第２電極とが、平面視において平行に配置される請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記支持基板上に、前記第１導電型層と前記活性層とを含み、複数の溝により互いに分離される複数の発光部
を更に備え、
前記第２電極が、前記複数の溝それぞれの下方に位置する前記第２導電型層の前記活性層の反対側の表面に設けられ、
前記第１電極が、前記複数の発光部がそれぞれ有する前記第１導電型層の前記第２導電型層側の前記活性層が設けられていない表面に設けられる請求項２に記載の発光素子。
【請求項４】
前記支持基板と前記第２導電型層との間に設けられ、前記光を前記第１導電型層の側に反射する反射部と、
前記反射部と前記第２導電型層との間の前記第２電極が設けられている領域とは異なる領域に設けられ、前記光を透過し、電気絶縁性を有する透明絶縁層と
を更に備える請求項３に記載の発光素子。
【請求項５】
一の発光部の第１電極と、前記一の発光部の隣の他の発光部の第２電極とが電気的に接続され、前記一の発光部と前記他の発光部とが電気的に直列に接続される請求項４に記載の発光素子。
【請求項６】
一の発光部の第１電極と前記一の発光部の隣の他の発光部の第１電極とが電気的に接続され、前記一の発光部の第２電極と前記他の発光部の第２電極とが電気的に接続されることにより前記一の発光部と前記他の発光部とが電気的に並列に接続される請求項４に記載の発光素子。
【請求項７】
支持基板と、
前記支持基板の上に設けられる第１導電型の第１導電型層と、
前記第１導電型層の上に設けられ、光を発する活性層と、
前記活性層の上に設けられ、前記第１導電型とは異なる第２導電型の第２導電型層と、
前記第１導電型層の前記活性層の反対側であって、前記活性層の直下から離れた前記第１導電型層の表面に接する第１電極と、
前記第２導電型層の前記活性層の反対側の表面の一部に接する第２電極と、
前記第２電極の直下に対応する領域に前記活性層の代わりに設けられる絶縁部と
を備える発光素子。
【請求項８】
支持基板と、
前記支持基板の上に設けられる第１導電型の第１導電型層と、
前記第１導電型層の上に設けられ、光を発する活性層と、
前記活性層の上に設けられ、前記第１導電型とは異なる第２導電型の第２導電型層と、
前記第１導電型層の前記活性層の側であって、前記活性層が除去されて露出する前記第１導電型層の表面に接する第１電極と、
前記第２導電型層の前記活性層の反対側の表面の一部に接する第２電極と、
前記第２電極の直下に対応する領域に前記活性層の代わりに設けられる絶縁部と
を備える発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
白熱電球の生産の停止の動きと共に、発光ダイオードの発光効率が向上したことから、発光ダイオードが照明用として白熱電球の代わりに用いられる場合が増えている。また、発光ダイオードの発光効率が更に向上すれば、蛍光灯の代わりとして照明用途においてますます発光ダイオードが用いられる場合が増加すると考えられる。したがって、発光ダイオードの発光効率の向上は、単なる省エネルギーの観点だけでなく、蛍光灯等と同程度以上の明るさを実現するための発光ダイオードの製造コストの低減、及び信頼性の向上に関する観点においても重要である。
【０００３】
従来、発光素子として、発光ダイオードチップの表面側に電極が形成されていないフリップチップ構造の発光ダイオードが知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載の発光素子は、陽極と陰極との双方の電極がエピタキシャル層の裏面側に形成されているので、チップの表面から光が放射される場合に、光が遮られることがない。したがって、特許文献１に記載の発光素子においては、光取り出し効率を７０％程度近くまで向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００８−５２３６３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のような発光素子においては、光電変換効率を５５％程度まで向上させたものの、いまだ、発光素子に供給されたエネルギーの半分程度は光として発光素子の外部に取り出すことができない。発光素子の外部に取り出すことのできないエネルギーは熱に変換され、当該熱は発光素子から放出される。ここで、発光素子からエネルギーが熱として放出されるということは、単に光電変換効率を低下させるだけでなく、発光素子の温度を上昇させる要因になる。発光素子の温度が上昇すると、光電変換効率の低下、及び発光素子の寿命の低下を引き起こす場合がある。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、発光効率が高い発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決することを目的として、支持基板と、支持基板の上に設けられる第１導電型の第１導電型層と、第１導電型層の上に設けられ、光を発する活性層と、活性層の上に設けられ、第１導電型とは異なる第２導電型の第２導電型層と、第１導電型層の表面の一部に接する第１電極と、第２導電型層の表面の一部に接する第２電極とを備え、第１電極が、活性層の直上又は直下に対応する第１導電型層の表面とは異なる第１導電型層の表面に接し、第２電極が、活性層の直上又は直下に対応する第２導電型層の表面とは異なる第２導電型層の表面に接する発光素子が提供される。
【０００８】
また、上記発光素子において、第１電極及び第２電極がそれぞれ複数設けられ、第１電極及び第２電極がそれぞれ、平面視においてライン状に形成され、第１電極と第２電極とが、平面視において平行に配置されてもよい。
【０００９】
また、上記発光素子において、支持基板上に、第１導電型層と活性層とを含み、複数の溝により互いに分離される複数の発光部を更に備え、第２電極が、複数の溝それぞれの下方に位置する第２導電型層の活性層の反対側の表面に設けられ、第１電極が、複数の発光部がそれぞれ有する第１導電型層の第２導電型層側の活性層が設けられていない表面に設けられてもよい。
【００１０】
また、上記発光素子において、支持基板と第２導電型層との間に設けられ、光を第１導電型層の側に反射する反射部と、反射部と第２導電型層との間の第２電極が設けられている領域とは異なる領域に設けられ、光を透過し、電気絶縁性を有する透明絶縁層とを更に備えてもよい。
【００１１】
また、上記発光素子において、一の発光部の第１電極と、一の発光部の隣の他の発光部の第２電極とが電気的に接続され、一の発光部と他の発光部とが電気的に直列に接続されてもよい。
【００１２】
また、上記発光素子において、一の発光部の第１電極と一の発光部の隣の他の発光部の第１電極とが電気的に接続され、一の発光部の第２電極と他の発光部の第２電極とが電気的に接続されることにより一の発光部と他の発光部とが電気的に並列に接続されてもよい。
【００１３】
また、本発明は、上記課題を解決することを目的として、支持基板と、支持基板の上に設けられる第１導電型の第１導電型層と、第１導電型層の上に設けられ、光を発する活性層と、活性層の上に設けられ、第１導電型とは異なる第２導電型の第２導電型層と、第１導電型層の活性層の反対側であって、活性層の直下から離れた第１導電型層の表面に接する第１電極と、第２導電型層の活性層の反対側の表面の一部に接する第２電極と、第２電極の直下に対応する領域に活性層の代わりに設けられる絶縁部とを備える発光素子が提供される。
【００１４】
また、本発明は、上記課題を解決することを目的として、支持基板と、支持基板の上に設けられる第１導電型の第１導電型層と、第１導電型層の上に設けられ、光を発する活性層と、活性層の上に設けられ、第１導電型とは異なる第２導電型の第２導電型層と、第１導電型層の活性層の側であって、活性層が除去されて露出する第１導電型層の表面に接する第１電極と、第２導電型層の活性層の反対側の表面の一部に接する第２電極と、第２電極の直下に対応する領域に活性層の代わりに設けられる絶縁部とを備える発光素子が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る発光素子によれば、発光効率が高い発光素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】本発明の実施の形態に係る発光素子の斜視図である。
【図１Ｂ】図１ＡのＡ−Ａ線における断面図である。
【図１Ｃ】本実施の形態に係る発光素子の平面視における反射部、ｎ型用パッド電極、及びｐ型用パッド電極の配置を示す図である。
【図２Ａ】本発明の実施の形態に係る発光素子の製造工程の流れを示す図である。
【図２Ｂ】本発明の実施の形態に係る発光素子の製造工程の流れを示す図である。
【図２Ｃ】本発明の実施の形態に係る発光素子の製造工程の流れを示す図である。
【図２Ｄ】本発明の実施の形態に係る発光素子の製造工程の流れを示す図である。
【図２Ｅ】本発明の実施の形態に係る発光素子の製造工程の流れを示す図である。
【図２Ｆ】本発明の実施の形態に係る発光素子の製造工程の流れを示す図である。
【図２Ｇ】本発明の実施の形態に係る発光素子の製造工程の流れを示す図である。
【図２Ｈ】本発明の実施の形態に係る発光素子の製造工程の流れを示す図である。
【図３】本発明の実施の形態の第１の変形例に係る発光素子の断面図である。
【図４】本発明の実施の形態の第２の変形例に係る発光素子の断面図である。
【図５】本発明の実施の形態の第３の変形例に係る発光素子の断面図である。
【図６】本発明の実施の形態の第４の変形例に係る発光素子の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［実施の形態の要約］
本実施の形態に係る発光素子は、支持基板と、前記支持基板の上に設けられる第１導電型の第１導電型層と、前記第１導電型層の上に設けられ、光を発する活性層と、前記活性層の上に設けられ、前記第１導電型とは異なる第２導電型の第２導電型層と、前記第１導電型層の表面の一部に接する第１電極と、前記第２導電型層の表面の一部に接する第２電極とを備える発光素子において、前記第１電極が、前記活性層の直上又は直下に対応する前記第１導電型層の表面とは異なる前記第１導電型層の表面に接し、前記第２電極が、前記活性層の直上又は直下に対応する前記第２導電型層の表面とは異なる前記第２導電型層の表面に接する発光素子である。
【００１８】
本実施の形態に係る発光素子１は、活性層１６で発光した光が発光素子１の内部で多重反射しながら発光素子１の外部に取り出される場合に、ｎ側コンタクト電極６０とｐ側コンタクト電極６５とにより吸収される光を低減することを目的として、活性層１６とｎ側コンタクト電極６０及びｐ側コンタクト電極６５とが設けられる領域が明確に分離する。また、ｎ側コンタクト電極６０とｐ側コンタクト電極６５との平面視における間隔を略一定に配置することにより、活性層１６に電流が局所的に集中することを抑制する。以下、実施の形態の詳細を説明する。
【００１９】
［実施の形態］
図１Ａは、本発明の実施の形態に係る発光素子の斜視図の概要を示し、図１Ｂは、図１ＡのＡ−Ａ線における断面の概要を示す。また、図１Ｃは、本実施の形態に係る発光素子の平面視における反射部、ｎ型用パッド電極、及びｐ型用パッド電極の配置の概要を示す。なお、図１Ａにおいては説明の便宜上、凹凸部の図示は省略する。
【００２０】
（発光素子１の構造の概要）
本実施の形態に係る発光素子１は、一例として、ＡｌＧａＩｎＰ系のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いて主として構成され、赤色光を放射するフリップチップタイプの発光素子としての発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）である。発光素子１は、一例として、平面視にて矩形状を有する。具体的に発光素子１は、支持基板２０と、支持基板２０の上に設けられる支持基板側接合層５と、支持基板側接合層５の上に設けられ、支持基板側接合層５に金属接合している半導体側接合層４と、半導体側接合層４の上に設けられ、電気絶縁性を有する透明絶縁層３０と、透明絶縁層３０の上に設けられる化合物半導体層とを備える。支持基板２０の裏面（すなわち、支持基板２０の支持基板側接合層５が設けられている面の反対側の面）には、発光素子１をステム等の部材に実装する場合にダイボンディングを容易にすることを目的として、金属材料を用いて構成されるダイボンディング用金属層としての金属層９０が設けられる。
【００２１】
支持基板側接合層５は、支持基板２０の側から密着層５２と、支持基板側接合金属層５４とを有する。また、半導体側接合層４は、透明絶縁層３０の側から反射層４２と、拡散抑止層４４と、半導体側接合金属層４６とを有する。支持基板側接合金属層５４と半導体側接合金属層４６とが金属接合することにより支持基板側接合層５と半導体側接合層４とが一体化する。一体化した支持基板側接合層５と半導体側接合層４とで反射部３が構成される。反射部３は、予め定められた間隔をおいて発光素子１の厚さ方向に反射部３を分断する複数の溝７５を含む。複数の溝７５により反射部３は複数の領域に分断される。例えば、反射部３は、図１Ｃに示すように、平面視にて複数のライン状のパターンを有して構成される。
【００２２】
ここで、複数の反射部３のうち、発光素子１の平面視において一の辺の近傍に設けられる一の反射部３、及び当該一の辺の対辺近傍に設けられる他の反射部３は、一の反射部３と他の反射部３との間に配置される複数の反射部３の長辺より長い長辺を有して形成される。そして、一例として図１Ａ及び図１Ｃに示すように、当該一の辺及び当該対辺に垂直な一辺近傍の化合物半導体層及び透明絶縁層３０の全部又は一部が除去された領域に、一の反射部３及び他の反射部３の端部が露出する。そして、一の反射部３の端部にｐ型用パッド電極１０５が電気的に接続される。一方、他の反射部３の端部にはｎ型用パッド電極１００が電気的に接続される。なお、ｐ型用パッド電極１０５及びｎ型用パッド電極１００の直下に反射部３を設けることもできる。
【００２３】
化合物半導体層は、支持基板２０の上方に反射部３及び透明絶縁層３０を介して設けられる第１導電型の第１導電型層としてのｐ型クラッド層１８と、ｐ型クラッド層１８上に設けられ、光を発する活性層１６と、活性層１６上に設けられ、第２導電型の第２導電型層としてのｎ型クラッド層１４とを有する。また、ｎ型クラッド層１４の表面には、凹凸部８０が設けられる。
【００２４】
ここで、発光素子１は、ｐ型クラッド層１８から活性層１６の側に向けて発光素子１の厚さ方向に沿ってｐ型クラッド層１８の一部と活性層１６の一部とが複数個所で除去されることにより形成される複数の溝７７を備える。複数の溝７７の側面には、透明絶縁層３０が接する。すなわち、溝７７が形成されることにより露出するｐ型クラッド層１８の側面と活性層１６の側面とに透明絶縁層３０が接する。なお、複数の溝７７はそれぞれ、一例として、平面視にてライン状を有する。
【００２５】
そして、透明絶縁層３０により絶縁された複数の溝７７のそれぞれに反射層４２の一部が充填される。また、溝７７の内側であって、ｐ型クラッド層１８の一部と活性層１６の一部とが除去されることにより露出するｎ型クラッド層１４の表面には、第２電極としてのｎ側コンタクト電極６０が設けられる。よって、反射層４２とｎ型クラッド層１４とは、ｎ型クラッド層１４の表面の一部に接するｎ側コンタクト電極６０を介して電気的に接続される。また、透明絶縁層３０の一部に設けられた貫通孔を充填し、ｐ型クラッド層１８の表面の一部に接する第１電極としてのｐ側コンタクト電極６５を介してｐ型クラッド層１８と反射層４２とが電気的に接続される。
【００２６】
したがって、ｎ側コンタクト電極６０は、活性層１６の直上又は直下に対応するｎ型クラッド層１４の表面とは異なるｎ型クラッド層１４の表面に接する。また、ｐ側コンタクト電極６５は、活性層１６の直上又は直下に対応するｐ型クラッド層１８の表面とは異なるｐ型クラッド層１８の表面に接する。
【００２７】
ここで、発光素子１は複数の溝７７を備えているので、複数の溝７７のそれぞれにｎ側コンタクト電極６０が設けられる。また、透明絶縁層３０は予め定められた間隔をおいて複数の貫通孔を有する。そして、複数の貫通穴のそれぞれにｐ側コンタクト電極６５が設けられるので、発光素子１は複数のｐ側コンタクト電極６５を備える。また、ｎ側コンタクト電極６０及びｐ側コンタクト電極６５はそれぞれ、平面視においてライン状に形成される。更に、ｎ側コンタクト電極６０とｐ側コンタクト電極６５とは、平面視において平行に配置される。
【００２８】
また、発光素子１は、支持基板２０の上に、ｎ型クラッド層１４と活性層１６とを含み、複数の溝７０により互いに分離される複数の発光部１１、発光部１１ａ、発光部１１ｂ、及び発光部１１ｃを備える。発光部１１乃至発光部１１ｃはそれぞれ、平面視にてライン形状を有する。なお、発光部の数は４つに限られず、ｎ個（ただし、ｎは２以上の整数）にすることもできる。そして、ｐ側コンタクト電極６５は、複数の溝７０それぞれの下方に位置するｐ型クラッド層１８の活性層１６の反対側の表面に設けられる。また、ｎ側コンタクト電極６０は、複数の発光部がそれぞれ有するｎ型クラッド層１４のｐ型クラッド層１８の側の活性層１６が設けられていない表面に設けられる。
【００２９】
ここで、一の発光部は、第１の溝７０と第２の溝７０とに挟まれている。そして、第１の溝７０の下方のｐ側コンタクト電極６５と第２の溝７０の下方のｐ側コンタクト電極６５とは、溝７５により電気的に絶縁されている（つまり、複数のｐ側コンタクト電極６５はそれぞれ、複数の溝７５により互いに電気的に絶縁される。）。一方、一の発光部のｎ側コンタクト電極６０と第２の溝７０の下方に位置するｐ側コンタクト電極６５とは、反射部３（より具体的には、反射層４２）を介して互いに電気的に接続されている。そして、第１の溝７０の下方のｐ側コンタクト電極６５と一の発光部のｎ側コンタクト電極６０とは、ｎ型クラッド層１４、活性層１６、及びｐ型クラッド層１８を介して電気的に接続される。他の発光部についても同様である。
【００３０】
したがって、一の発光部（例えば、発光部１１）と一の発光部の隣の他の発光部（例えば、発光部１１ａ）とは電気的に直列に接続されている。すなわち、一の発光部のｎ側コンタクト電極６０と、一の発光部の隣の他の発光部のｐ側コンタクト電極６５とが電気的に接続されることにより、一の発光部と他の発光部とが電気的に直列に接続される。また、溝７０の幅Ｗ１（つまり、一の発光部と他の発光部との間の距離）は、ｐ側コンタクト電極６５の幅Ｗ２より広く形成される。
【００３１】
なお、コンタクト電極の接触抵抗を低減することを目的として、ｐ型クラッド層１８の活性層１６の反対側に、ｐ型クラッド層１８のキャリア濃度より高いキャリア濃度を有するｐ型コンタクト層を設けることもできる。同様に、ｎ型クラッド層１４の活性層１６の反対側に、ｎ型クラッド層１４のキャリア濃度より高いキャリア濃度を有するｎ型コンタクト層を設けることもできる。また、発光素子１に供給される電流の分散を向上させ、発光素子１の発光効率を高め、かつ、順方向電圧を低減させることを目的として、ｐ型クラッド層１８とｐ型コンタクト層の間、及び／又はｎ型クラッド層１４とｎ型コンタクト層との間にｐ型コンタクト層及びｎ型コンタクト層の抵抗より低い抵抗を有する電流分散層を更に設けることもできる。
【００３２】
また、図１Ａにおいては、反射部３、ｎ型用パッド電極１００、及びｐ型用パッド電極１０５が設けられている領域と、発光部１１乃至発光部１１ｃが設けられている領域とを除く部分は、支持基板２０の表面が露出している。しかしながら、この露出している表面に、例えば、透明絶縁層３０を設けることもできる。
【００３３】
（支持基板２０）
支持基板２０は、複数の発光部を電気的に分離することを目的として、高い電気抵抗を有する基板を用いる。そして、支持基板２０は、発光素子１の製造工程において発光素子１に加わる力、発光素子１の使用状況において発光素子１に加わる力に耐え得る機械的強度を有する材料、及び厚さを有する。支持基板２０としては、例えば、Ｓｉ基板を用いる。Ｓｉ基板としては、一例として、抵抗率が３×１０４Ωｃｍ以上の高抵抗Ｓｉ基板を用いることができる。また、支持基板２０の裏面（つまり、反射部３が設けられる面の反対側の面）の金属層９０としては、例えば、発光素子１からの放熱を向上させることを目的として、共晶接合用の合金材料であるＡｕＳｎ層を用いることができる。なお、支持基板２０として、熱抵抗が小さい高キャリア濃度のＳｉ基板の表面に絶縁膜としてのＳｉＯ２膜を形成することにより絶縁性を発揮するＳｉ基板を用いることもできる。
【００３４】
（支持基板側接合層５）
支持基板側接合層５は、支持基板２０の表面（つまり、裏面の反対側の面）に、予め定められたパターンを有して設けられる。具体的に支持基板側接合層５は、支持基板２０の表面側から、例えば、支持基板２０と支持基板側接合金属層５４とを密着させるＴｉ等の金属からなる密着層５２と、例えば、Ａｕ等の金属からなる支持基板側接合金属層５４とを含む。支持基板側接合金属層５４が、半導体側接合金属層４６に接合する機能を有する。
【００３５】
（半導体側接合層４）
半導体側接合層４は、金属の単層又は複数の金属層を含んで構成される。例えば、半導体側接合層４は、支持基板２０の側から、半導体側接合金属層４６と、拡散抑止層４４と、活性層１６が発する光を反射する反射層４２とを含む。半導体側接合金属層４６は、例えば、Ａｕ等の金属を用いて形成され、拡散抑止層４４は、例えば、Ｔｉ、Ｐｔ等の金属を用いて形成される。また、反射層４２は、例えば、Ａｕ等の金属を用いて形成される。この場合、半導体側接合金属層４６が支持基板側接合金属層５４に接合する機能を発揮する。また、支持基板２０等を構成する材料が反射層４２に拡散することにより反射層４２の反射特性が変化することを抑制する拡散防止バリア層としての機能を拡散抑止層４４が発揮する。
【００３６】
なお、反射層４２は、活性層１６が発する光の波長に応じて、当該波長の光に対する反射率が高い金属（例えば、反射率が８０％以上の金属）を用いて形成することができる。そして、半導体側接合層４と支持基板側接合層５とを有して構成される反射部３は、化合物半導体層と支持基板２０とを接続する機能を有すると共に、透明絶縁層３０と接触することにより、活性層１６で発光した光を反射する機能を有する。
【００３７】
（透明絶縁層３０）
透明絶縁層３０は、活性層１６が発する光を透過する。そして、透明絶縁層３０は、電気絶縁性を有する材料を用いて形成される。例えば、透明絶縁層３０は、ＳｉＯ２又はＳｉＮを含んで構成することができる。一例として透明絶縁層２０は、ＳｉＯ２から形成される。
【００３８】
（化合物半導体層）
化合物半導体層は、支持基板２０の側からｐ型クラッド層１８と、活性層１６と、ｎ型クラッド層１４とを有する。化合物半導体層を構成する各層は、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）、ＧａＰ、又はＧａＡｓで表される化合物半導体から構成される。例えば、ｐ型クラッド層１８はｐ型の（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰから形成される。また、活性層１６は、アンドープの（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰからなる障壁層と井戸層とからなるペアを複数含む量子井戸構造を有して形成される。そして、ｎ型クラッド層１４はｎ型の（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰから形成される。
【００３９】
なお、ｐ型クラッド層１８の活性層の反対側にｐ型コンタクト層を設けることもできる。この場合、ｐ型コンタクト層はｐ型のＧａＰから形成することができる。また、ｎ型クラッド層１４の活性層１６の反対側にｎ型コンタクト層を設けることもできる。この場合、ｎ型コンタクト層はｎ型のＧａＡｓから形成することができる。
【００４０】
ｐ型クラッド層１８の活性層１６の反対側の表面の一部には、透明絶縁層３０に設けられた開口を介してｐ型クラッド層１８と反射層４２とを電気的に接続するｐ側コンタクト電極６５が設けられる。ｐ側コンタクト電極６５は、一例として、平面視にてライン状を有する。そして、ｐ側コンタクト電極６５は、溝７０の下方に位置する。また、ｐ側コンタクト電極６５は、ｐ型クラッド層１８にオーミック接合する材料を用いて形成される。
【００４１】
また、ｎ型クラッド層１４の支持基板２０の側の表面の一部であって、ｐ型クラッド層１８及び活性層１６の一部が除去された表面に、ｎ側コンタクト電極６０が設けられる。具体的に、ｎ型クラッド層１４の支持基板２０の側には、ｐ型クラッド層１８と活性層１６とにより溝７７が形成され、その溝７７の表面に透明絶縁層３０が形成される。そして、透明絶縁層３０が形成されずに溝７７から露出するｎ型クラッド層１４の表面にｎ側コンタクト電極６０が設けられる。ｎ側コンタクト電極６０は、一例として、平面視にてライン状を有する。そして、ｎ側コンタクト電極６０は、ｎ型クラッド層１４にオーミック接合する材料を用いて形成される。
【００４２】
（凹凸部８０）
凹凸部８０は、ｎ型クラッド層１４の活性層１６の反対側の表面（つまり、光取り出し面）を粗面化して形成される。凹凸部８０は、予め定められたパターンを有して当該表面に形成される。また、凹凸部８０は、当該表面を予め定められたエッチャントでエッチングすることによりランダムな形状を有して形成することもできる。更に、凹凸部８０は、発光素子１の光取り出し効率を向上させることを目的として、活性層１６が発する光の波長に応じて決定される最大高さＲｙの範囲を有して形成される。例えば、発光波長が４６０ｎｍである場合、発光波長の半分の２３０ｎｍ以上、一例として、０．２μｍ以上の最大高さＲｙを有して凹凸部８０は形成される。また、凹凸部８０は、光学的なフォトリソグラフィー技術、電子ビーム描画技術、又はナノインプリント技術を用いて形成することができる。発光素子１の製造コストを低下させることを目的として光学的なフォトリソグラフィーを用いる場合、凹凸部８０の最大高さＲｙを０．５μｍ以上３．０μｍ以下程度にすることができる。
【００４３】
（発光素子１の製造方法）
図２Ａ〜図２Ｈは、本発明の実施の形態に係る発光素子の製造工程の流れの一例を示す。
【００４４】
本実施の形態に係る発光素子１は、例えば、以下の６つの工程を経て製造される。まず、エピタキシャルウエハを製造すると共に、エピタキシャルウエハにｎ側コンタクト電極６０とｐ側コンタクト電極６５を形成する（第一工程）。次に、支持基板２０の上に小チップ配線用の電極としての機能を有する支持基板側接合層５を形成する（第二工程）。続いて、エピタキシャルウエハと支持基板２０とを貼り合わせる（第三工程）。そして、エピタキシャルウエハから半導体基板１０を除去すると共に凹凸部８０を形成する（第四工程）。次に、分離溝及び光吸収抑止溝としての機能を有する溝７０を形成すると共に支持基板２０の裏面に金属層９０を形成する（第五工程）。最後に、チップ分離する（第六工程）。以下、各工程について詳細に説明する。
【００４５】
（第一工程）
まず、半導体基板１０を準備する。半導体基板１０としては、例えば、ＧａＡｓ基板を用いることができる。そして、半導体基板１０上に、例えば、有機金属気相成長法（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ法）によって複数のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を含む半導体積層構造を形成する。すなわち、半導体基板１０の側からエッチングストップ層１２、ｎ型クラッド層１４、活性層１６、及びｐ型クラッド層１８をこの順に含む半導体積層構造を半導体基板１０上に形成する。これにより、エピタキシャルウエハが製造される（図２Ａの（ａ）参照。）。
【００４６】
ここで、ＭＯＣＶＤ法を用いた半導体積層構造の形成は、成長温度、成長圧力、半導体積層構造が有する複数の化合物半導体層のそれぞれの成長速度、及びＶ／ＩＩＩ比をそれぞれ所定の値に設定して実施する。なお、Ｖ／ＩＩＩ比とは、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）等のＩＩＩ族原料のモル数を基準にした場合における、アルシン（ＡｓＨ３）、ホスフィン（ＰＨ３）等のＶ族原料のモル数の比である。
【００４７】
また、ＭＯＣＶＤ法において用いる原料は、Ｇａ原料として、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、又はトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）を用いることができ、Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を用いることができ、Ｉｎ原料としてトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）等の有機金属化合物を用いることができる。また、Ａｓ源としてアルシン（ＡｓＨ３）を用いることができ、Ｐ源としてホスフィン（ＰＨ３）等の水素化物ガスを用いることができる。更に、ｎ型のドーパントの原料は、セレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を用いることができる。そして、ｐ型のドーパントの原料は、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いることができる。
【００４８】
また、ｎ型のドーパントの原料として、モノシラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、ジエチルテルル（ＤＥＴｅ）、又はジメチルテルル（ＤＭＴｅ）を用いることもできる。そして、ｐ型のドーパントの原料として、Ｃｐ２Ｍｇの代わりに、ジメチルジンク（ＤＭＺｎ）又はジエチルジンク（ＤＥＺｎ）を用いることもできる。
【００４９】
次に、エピタキシャルウエハをＭＯＣＶＤ装置から取り出した後、フォトリソグラフィー法及びエッチング法を用い、ｐ型クラッド層１８の一部と活性層１６の一部とを除去することにより複数の溝７２を形成する（図２Ａの（ｂ）参照）。続いて、複数の溝７２の側に、透明絶縁層３０を形成する。すなわち、ｐ型クラッド層１８の表面及び側面と、複数の溝７２により外部に露出した活性層１６の側面及びｎ型クラッド層１４の表面に透明絶縁層３０を形成する。透明絶縁層３０は、例えば、プラズマＣＶＤ装置を用いて形成する（図２Ａの（ｃ）参照）。
【００５０】
続いて、透明絶縁層３０の表面にフォトリソグラフィー法を用い、ｎ側コンタクト電極６０とｐ側コンタクト電極６５とを形成すべき領域を除く領域にマスクパターンを形成する。そして、マスクパターンを形成した後、形成したマスクパターンをマスクとして、透明絶縁層３０にエッチング処理を施す。例えば透明絶縁層３０をＳｉＯ２から形成する場合、フッ酸系のエッチャントを用いてエッチング処理できる。
【００５１】
これにより、ｎ側コンタクト電極６０とｐ側コンタクト電極６５とを形成すべき領域の透明絶縁層３０が除去された開口が形成され、ｎ側コンタクト電極６０を形成すべき領域に対応するｎ型クラッド層１４の表面１４ａが露出すると共に、ｐ側コンタクト電極６５を形成すべき領域に対応するｐ型クラッド層１８の表面１８ａが露出する（図２Ｂの（ａ）参照）。次に、真空蒸着法を用い、ｎ側コンタクト電極６０とｐ側コンタクト電極６５とをそれぞれ別々に形成する。例えば、フォトリソグラフィー法、真空蒸着法、及びリフトオフ法を用いｎ側コンタクト電極６０を形成した後、ｐ側コンタクト電極６５を同様の手法を用いて形成する。ここで、ｎ側コンタクト電極６０及びｐ側コンタクト電極６５の厚さは、透明絶縁層３０の厚さと略同一の厚さにする（図２Ｂの（ｂ）参照）。なお、ｎ型用パッド電極１００及びｐ型用パッド電極１０５も同時に形成する。
【００５２】
次に、透明絶縁層３０の表面、並びにｎ側コンタクト電極６０の表面及びｐ側コンタクト電極６５の表面、すなわち、透明絶縁層３０のｐ型クラッド層１８に接している面の反対側の表面、並びにｎ側コンタクト電極６０の表面及びｐ側コンタクト電極６５の表面に半導体側接合層４を形成する。半導体側接合層４は、真空蒸着法、スパッタ法等を用いて形成することができる。例えば半導体側接合層４は、透明絶縁層３０の側から反射層４２としてのＡｕ層と、拡散抑止層４４としてのＴｉ層と、半導体側接合金属層４６としてのＡｕ層とをこの順に成膜することにより形成される（図２Ｂの（ｃ）参照）。
【００５３】
また、フォトリソグラフィー法及びエッチング法を用い、半導体側接合層４の表面側から透明絶縁層３０の側に向けて半導体側接合層４の一部を除去することにより、複数の溝７５を形成する（図２Ｃ参照）。複数の溝７５はそれぞれ、一の発光部のｐ側コンタクト電極６５と、当該一の発光部の隣の発光部のｎ側コンタクト電極６０とが電気的に接続することを防止する電極分離用の溝としての機能を有する。これにより、半導体側接合層４付きのエピタキシャルウエハが製造される。
【００５４】
ここで、透明絶縁層３０と反射層４２との間に、透明絶縁層３０と反射層４２との密着性を向上させる密着層を挿入することもできる。この密着層は、例えば、金属材料を用いて構成することができる。そして、この密着層は、活性層１６が発する光の吸収を低減した層であること（すなわち、当該光に対する反射率が高いこと）が好ましい。続いて、半導体基板１０の裏側、すなわち、半導体基板１０のエッチングストップ層１２が設けられている面の反対側の面の予め定められた位置に、半導体側接合層４付きのエピタキシャルウエハと後述する支持基板側接合層５付の支持基板２０とを貼り合わせる場合に用いる位置合わせ用のマークを形成する（図示しない）。
【００５５】
（第二工程）
まず、支持基板２０を準備する。そして、支持基板２０の表面に支持基板側接合層５を形成する。具体的に、支持基板２０の表面側から密着層５２と支持基板側接合金属層５４とを真空蒸着法又はスパッタ法等を用い、この順に形成する（図２Ｄの（ａ）参照）。密着層５２は、例えば、Ｔｉ層であり、支持基板側接合金属層５４は、例えば、Ａｕ層である。次に、フォトリソグラフィー法及びエッチング法を用い、予め定められた間隔を有する複数の溝７４を支持基板側接合層５に形成する（図２Ｄの（ｂ）参照）。そして、支持基板２０の裏面の予め定められた位置に、半導体側接合層４付きのエピタキシャルウエハと支持基板２０とを貼り合わせる場合に用いる位置合わせ用のマークを形成する（図示しない）。これにより、支持基板側接合層５付の支持基板２０が形成される。
【００５６】
（第三工程）
半導体側接合層４付きのエピタキシャルウエハの表面と支持基板側接合層５付の支持基板２０の表面とを向かい合わせて重ね、この状態をカーボン等から形成される冶具で保持する。続いて、この接触した状態を保持している冶具を、マイクロマシーン用の位置合わせ機能を備えるウエハ貼合わせ装置内に導入する。そして、ウエハ貼合わせ装置内を所定圧力にする。一例として、１．３３３Ｐａ（０．０１Ｔｏｒｒ）の圧力に設定する。そして、互いに重なり合っている半導体側接合層４付きのエピタキシャルウエハと支持基板側接合層５付の支持基板２０とに冶具を介して圧力を加える。一例として、３０ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力を加える。次に、冶具を所定温度まで所定の昇温速度で加熱する。
【００５７】
例えば、冶具の温度を３５０℃まで加熱する。そして、冶具の温度が３５０℃程度に達した後、冶具を当該温度で約１時間保持する。その後、冶具を徐冷する。冶具の温度を、例えば室温まで十分に低下させる。冶具の温度が低下した後、冶具に加わっている圧力を開放する。そして、ウエハ貼合わせ装置内の圧力を大気圧にして冶具を取り出す。これにより、半導体側接合層４付きのエピタキシャルウエハと支持基板側接合層５付の支持基板２０とが半導体側接合層４と支持基板側接合層５との間において機械的・電気的に接合する（図２Ｅ参照）。なお、以下において、半導体側接合層４付きのエピタキシャルウエハと支持基板側接合層５付の支持基板２０とが接合した状態の構造を「接合構造体」という。
【００５８】
（第四工程）
次に、接合構造体を研磨装置の冶具に貼り付け用ワックスで貼り付ける。具体的に、支持基板２０側を当該冶具に貼り付ける。したがって、半導体基板１０の側が外部に露出する。そして、接合構造体の半導体基板１０を所定の厚さ（例えば、３０μｍ程度の厚さ）になるまで研磨する。続いて、研磨後の接合構造体を研磨装置の冶具から取り外して、支持基板２０の表面に付着しているワックスを洗浄除去する。そして、支持基板２０の表面にフォトレジストからなるエッチング保護用の膜を形成した後、半導体基板１０のエッチング用のエッチャントを用いて、研磨後の接合構造体から半導体基板１０を選択的に完全に除去してエッチングストップ層１２を露出させる。エッチングストップ層１２が設けられているので、半導体基板１０が完全に除去された時点でエッチング反応は終了する。
【００５９】
なお、半導体基板１０がＧａＡｓから形成されている場合、半導体基板１０のエッチング用エッチャントとしては、ＧａＡｓエッチング用のエッチャントであるアンモニア水と過酸化水素水との混合液を用いることができる。また、半導体基板１０を研磨せずに、全ての半導体基板１０をエッチングにより除去することもできる。
【００６０】
続いて、エッチングストップ層１２を選択的にエッチングするエッチャントを用い、エッチングストップ層１２を除去する。例えばエッチングストップ層１２がＧａＩｎＰ系の化合物半導体から形成されている場合、エッチングストップ層１２を選択的にエッチングするエッチャントとしては、塩酸を用いることができる。これにより、ｎ型コンタクト層１９が露出する（図２Ｆ参照。）。
【００６１】
続いて、フォトリソグラフィー法及び真空蒸着法を用いて、半導体基板１０及びエッチングストップ層１２を除去することにより露出したｎ型クラッド層１４の表面の予め定められた位置に、鋭角の先端部を有する円錐状の凹凸部８０を形成する。凹凸部８０は、フォトリソグラフィー法及びエッチング法を用いて形成することができる。具体的には、フォトリソグラフィー法で溝７０を形成すべき領域にマスクを形成する。そして、ドライエッチング法を用い、マスクが形成されていないｎ型クラッド層１４の表面に凹凸部８０を形成する。これにより、ｎ型クラッド層１４の表面に溝７０が形成されるべき領域である平坦部７０ａと、凹凸部８０が形成される（図２Ｇ参照。）。
【００６２】
（第五工程）
次に、フォトリソグラフィー法を用い、素子間分離用のパターン及び溝７０形成用のパターンをｎ型クラッド層１４の表面に形成する。そして、形成したパターンをマスクとして、ｎ型クラッド層１４の表面からｐ型クラッド層１８の表面までをエッチング処理により除去する。これにより、発光素子１をダイシングにより形成する場合にダイシングブレードがｐｎ接合界面に触れることを防止する機能を有する溝７０と共に、複数の発光部を規定する複数の溝７０が形成される。また、このエッチング処理により、反射部３の一部と、ｎ型用パッド電極１００とｐ型用パッド電極１０５とが外部に露出する。露出したｎ型用パッド電極１００及びｐ型用パッド電極１０５の表面は、複数の製造工程を経ているので、ワイヤーボンディング時にワイヤの密着性が低下する場合がある。したがって、ｎ型用パッド電極１００及びｐ型用パッド電極１０５の表面にパッド用電極として、Ａｕ層を更に成膜することもできる。次に、支持基板２０の裏面に金属層９０を形成する。例えば、ＡｕＳｎ層を支持基板２０の裏面に形成する。
【００６３】
続いて、ｎ側コンタクト電極６０及びｐ側コンタクト電極６５に不活性雰囲気下においてアロイ処理を施す。例えば、窒素ガス雰囲気中で加熱処理をｎ側コンタクト電極６０及びｐ側コンタクト電極６５に予め定めた時間施す。これにより、ｎ側コンタクト電極６０とｎ型クラッド層１４とがオーミック接合すると共に、ｐ側コンタクト電極６５とｐ型クラッド層１８とがオーミック接合する（図２Ｈ参照。）。
【００６４】
（第六工程）
そして、複数の溝７０のうち、予め定められた溝７０（つまり、素子分離用の溝７０）をダイシング装置を用いて切断する。素子分離用の溝７０を除く他の溝７０は分離しない。これにより、本実施の形態に係る発光素子１が製造される。なお、発光素子１の上面視における形状は略矩形であり、上面視における寸法は、一例として、１ｍｍ角であり、厚さは２００μｍ程度である。
【００６５】
（変形例）
発光素子１が備えるｎ型クラッド層１４及びｐ型クラッド層１８を構成する化合物半導体の導電型を、反対の導電型にすることもできる。また、活性層１６の量子井戸構造は、単一量子井戸構造、多重量子井戸構造、又は歪み多重量子井戸構造のいずれの構造からも形成することができる。なお、本実施の形態に係る発光素子１を主として構成する化合物半導体を、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、及び／又はＩｎＧａＡｓＰ等の化合物半導体に代えることもできる。
【００６６】
また、ｎ側コンタクト電極６０及びｐ側コンタクト電極６５の平面視における形状を、ドット状電極が直線状に配列された形状にすることもできる。すなわち、ｎ側コンタクト電極６０及びｐ側コンタクト電極６５を複数の部分に離間させた形状にすることもできる。この場合において、ｎ側コンタクト電極６０及びｐ側コンタクト電極６５の平面視における形状は円形に限られず、楕円形、矩形、又は枝付きの円形等の形状にすることもできる。
【００６７】
（実施の形態の効果）
本実施の形態に係る発光素子１は、活性層１６の直上及び直下にｎ側コンタクト電極６０及びｐ側コンタクト電極６５を形成していないので、活性層１６から放出される光が発光素子１の内部で反射を繰り返しつつ発光素子１の外部に取り出される場合に、ｎ側コンタクト電極６０及びｐ側コンタクト電極６５に入射する光の量を低減させることができる。つまり、活性層１６で発光した光がｎ側コンタクト電極６０及びｐ側コンタクト電極６５で吸収されて損失することを抑制できる。したがって、本実施の形態に係る発光素子１においては、ｎ側コンタクト電極６０及びｐ側コンタクト電極６５に吸収される光の量を低減できる（つまり、電極による光の吸収損失を低減できる）ので、活性層１６から放出される光が熱に変換されることを抑制できる。
【００６８】
なお、本実施の形態に係る発光素子１においては、光取り出し効率の向上を目的として、従来の発光素子のように電極の面積を低減させることを要さないので、発光素子１の順方向電圧が高くなることも抑制できる。また、発光素子１の内部で電極による光の反射の繰り返しも低減することができるので、電極における光の損失も低減できる。よって、発光素子１は、電極による光吸収損失の低減、及び低い順方向電圧の実現を、低い製造コストで実現できる。
【００６９】
また、本実施の形態に係る発光素子１は、活性層１６の直上及び直下にｎ側コンタクト電極６０及びｐ側コンタクト電極６５を形成していないので、反射率の高い電極を開発することを要さない。なお、接触抵抗率の低下と反射率の向上とはトレードオフの関係にあるので、接触抵抗率の低下と反射率の向上を両立させることは困難であるものの、本実施の形態に係る発光素子１においては、このトレードオフについて考慮することを要さない。また、本実施の形態に係る発光素子１は、接触抵抗率の低い電極を開発すること、及び電極面積を小さくすることも要さない。
【００７０】
更に、従来、電極の面積を一定に保ちつつチップ面積を大きくすることにより、発光素子の平面視における面積に対する電極の平面視における面積の割合を低下させ、チップ内で光が反射したときに電極に入射する割合を低減させることにより、光吸収損失を減少させて発光効率を向上させる場合があった。しかし、この場合、同一電流を発光素子に供給するので、発光素子の平面視における面積が大きくなり、１枚のウエハから採取することができるチップ数が減少して製造コストが増加していた。しかしながら、本実施の形態に係る発光素子１は、活性層１６の直上及び直下にｎ側コンタクト電極６０及びｐ側コンタクト電極６５を形成していないので、電極面積を大きくすると共にチップ面積をそれ以上に大きくしなくても、発光効率を向上させることができる。すなわち、発光素子１によれば、電極の面積を大きくして電流密度を低下させなくても、順方向電圧を低下させることができる。
【００７１】
また、本実施の形態に係る発光素子１は、活性層１６の直上及び直下にｎ側コンタクト電極６０及びｐ側コンタクト電極６５を形成していないので、ｎ側コンタクト電極６０及びｐ側コンタクト電極６５の面積を大きくしても発光効率が低下しない。また、エピタキシャル層を厚く形成することにより内部抵抗を低下させなくても、発光領域を広げることができ、ｎ側コンタクト電極６０及びｐ側コンタクト電極６５の直下において発光することを抑制できるので、電極設計の自由度を増加させることができる。
【００７２】
また、本実施の形態に係る発光素子１は、複数のｎ側コンタクト電極６０と複数のｐ側コンタクト電極６５との間の距離が略一定になる配置で、複数のｎ側コンタクト電極６０及び複数のｐ側コンタクト電極６５が配置されているので、電極間の電流経路長がいずれの部分においても略一定（つまり、電極間の抵抗が略一定）になる。したがって、本実施の形態に係る発光素子１においては、ｎ側コンタクト電極６０、ｐ側コンタクト電極６５、及び半導体層を流れる電流が略一様になるので、効率よく発光させることができる。そして、流れる電流のばらつきを低減できるので、発光素子１の寿命を向上させることもできる。
【００７３】
更に、本実施の形態に係る発光素子１においては、高抵抗基板若しくは絶縁基板上にライン状の複数の発光部１１を配置することにより、発光素子１を大型化した場合であっても、電流が略一様に流れる状態を保持したまま発光部１１の数を増加させ、発光素子１を大型化できる。そして、発光素子１に要求される性能に応じて電極の配線を適宜、変更することにより、低電圧で大電流駆動の発光素子１、又は高電圧で低電流駆動の発光素子１を提供することもできる。
【００７４】
［実施の形態の第１の変形例］
図３は、本発明の実施の形態の第１の変形例に係る発光素子の断面の概要を示す。
【００７５】
第１の変形例に係る発光素子１ａは、断面において、発光部１１乃至発光部１１ｂそれぞれの両側にｐ側コンタクト電極６５をそれぞれ配置すると共に、平面視にて発光部１１乃至発光部１１ｂそれぞれの中央付近にｎ側コンタクト電極６０をそれぞれ配置する点を除き、発光素子１と略同一の構成及び機能を備える。よって、相違点を除き、詳細な説明は省略する。
【００７６】
発光素子１ａは、一の発光部（例えば、発光部１１）と一の発光部の隣の他の発光部（例えば、発光部１１ａ）とが電気的に並列に接続される。例えば、一の発光部が第１の溝７０と第２の溝７０とに挟まれている場合を説明する。すなわち、まず、一の発光部の隣の第１の溝７０の下方のｐ側コンタクト電極６５と一の発光部の下方のｎ側コンタクト電極６０との間に位置する反射部３に溝７５が設けられ、かつ、一の発光部を挟み、第１の溝７０に対向する第２の溝７０の下方のｐ側コンタクト電極６５と当該ｎ側コンタクト電極６０との間の反射部３に溝７５が設けられる。これにより、複数のｐ側コンタクト電極６５はそれぞれ電気的に絶縁される。
【００７７】
一方、第１の溝７０の下方のｐ側コンタクト電極６５とｎ側コンタクト電極６０とは、ｐ型クラッド層１８、活性層１６、及びｎ型クラッド層１４を介して電気的に接続される。同様に、当該ｎ側コンタクト電極６０と第２の溝７０の下方のｐ側コンタクト電極６５とについても、ｐ型クラッド層１８、活性層１６、及びｎ型クラッド層１４を介して電気的に接続される。これにより、一の発光部と他の発光部とが電気的に並列に接続されることになる。なお、複数の発光部のそれぞれを、直列と並列とを組み合わせて互いに接続することもできる。
【００７８】
［実施の形態の第２の変形例］
図４は、本発明の実施の形態の第２の変形例に係る発光素子の断面の概要を示す。
【００７９】
第２の変形例に係る発光素子２は、ＧａＮ系の化合物半導体を主に用いて構成され、接合層６の構成が異なり、透明絶縁層３０と支持基板２０との間に反射部４８が設けられる。そして、発光素子１と同一の符号が付されている各部材は、発光素子１が備える各部材と略同一の構成及び機能を備える。よって、相違点を除き、詳細な説明は省略する。
【００８０】
第２の変形例に係る発光素子２は、例えば、青色光を発する発光ダイオードである。発光素子２は、一例として、以下のように製造する。まず、サファイア基板上にｎ型のＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層１５と、アンドープＩｎＧａＮからなる活性層１７と、ｐ型のＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層１９とをエピタキシャル成長させ、エピタキシャルウエハを製造する。続いて、エピタキシャルウエハの予め定められた領域、すなわち、ｎ側コンタクト電極６１を形成すべき領域に対応するｐ型クラッド層１９及び活性層１７をドライエッチング等により除去することにより、溝を形成する。
【００８１】
次に、当該溝を有するエピタキシャルウエハの表面に、透明絶縁層３０を成膜する。透明絶縁層３０は、例えば、ＳｉＯ２層である。そして、透明絶縁層３０のｐ側コンタクト電極６６を形成すべき領域とｎ側コンタクト電極６１を形成すべき領域とのそれぞれに、電極形成用の孔を設ける。ｐ側コンタクト電極６６を形成すべき領域の孔からはｐ型クラッド層１９の表面が露出すると共に、ｎ側コンタクト電極６１を形成すべき領域の孔からはｎ型クラッド層１５の表面が露出する。そして、ｐ側コンタクト電極６６とｎ側コンタクト電極６１とをそれぞれ別々にそれぞれの孔に形成する。
【００８２】
次に、透明絶縁層３０のｐ型クラッド層１９に接している面の反対側の面の一部に、反射部４８を形成する。反射部４８は、青色光に対して高い反射率を有するＡｇを用いて形成することができる。ここで、Ａｇはエレクトロマイグレーションを起こしやすいので、反射部４８を形成した後、反射部４８をＳｉＯ２で封止する。反射部４８を封止するＳｉＯ２は、透明絶縁層３０と一体化する。続いて、透明絶縁層３０のｐ型クラッド層１９に接している面の反対側の面に、接合層６を形成する。接合層６は、例えば、Ａｕ層から形成する。なお、接合層６には、予め定められた間隔をおいて、複数の溝７５を形成する。これにより、接合層６を有するエピタキシャルウエハを得ることができる。
【００８３】
次に、熱伝導性が良好なＳｉ基板を支持基板２０として用い、実施の形態と同様にして支持基板２０と接合層６を有するエピタキシャルウエハとを貼り合わせる。なお、支持基板２０のエピタキシャルウエハと貼り合わせられる面に、実施の形態と同様に、Ａｕ層を含む金属層を予め設けることができる。そして、当該Ａｕ層に、接合層６を有するエピタキシャルウエハが有する複数の溝７５と実質的に同一の間隔の複数の溝７５を形成する。貼り合わせ後、レーザーリフト法を用いてサファイア基板を剥がす。続いて、サファイア基板を剥がすことにより露出するｎ型のＡｌＧａＮ層の表面にフォトリソグラフィー法及びドライエッチング法を用い、凹凸部８５を形成する。これにより、第２の変形例に係る発光素子２が得られる。
【００８４】
［実施の形態の第３の変形例］
図５は、本発明の実施の形態の第３の変形例に係る発光素子の断面の概要を示す。
【００８５】
第３の変形例に係る発光素子１ｂは、実施の形態に係る発光素子１とは異なり、界面電極１０７の上方の活性層１６及びｎ型クラッド層１４とがエッチングにより除去され、光吸収抑止溝７１が形成されると共に、ワイヤーボンディング用パッド電極としての機能を有する表面電極１０２の直下の活性層１６及びｐ型クラッド層１８とが除去された領域に、絶縁部９５が形成されている。そして、発光素子１と同一の符号が付されている各部材は、発光素子１が備える各部材と略同一の構成及び機能を備える。よって、相違点を除き、詳細な説明は省略する。
【００８６】
発光素子１ｂは、例えば、以下のようにして製造する。まず、ＧａＡｓ基板の上に、ｎ型クラッド層１４、活性層１６、及びｐ型クラッド層１８をこの順にエピタキシャル成長させ、エピタキシャルウエハを製造する。次に、エピタキシャルウエハの表面（つまり、ｐ型クラッド層１８の表面）に透明絶縁層３０を形成する。続いて、界面電極１０７が形成されるべき領域に対応する透明絶縁層３０に孔を形成する。そして、当該孔に界面電極１０７を形成する。界面電極１０７は、ｐ型クラッド層１８にオーミック接合する材料を用いて形成する。
【００８７】
次に、透明絶縁層３０のｐ型クラッド層１８の反対側に、半導体側接合層４を形成する。一方、実施の形態と同様に、支持基板側接合層５を有する支持基板２０を準備する。そして、半導体側接合層４と支持基板側接合層５とを金属接合させ、接合構造体を形成する。接合構造体からＧａＡｓ基板を除去した後、活性層１６及びｐ型クラッド層１８の予め定められた領域に孔を形成する。そして、当該孔に、絶縁部９５を形成する。絶縁部９５は、例えば、ポリイミドを用いて形成される。したがって、当該孔にポリイミドを埋め込み、外部に露出しているポリイミドの表面を平坦化することにより絶縁部９５を形成することができる。
【００８８】
次に、絶縁部９５の上方のｎ型クラッド層１４の表面に、表面電極１０２を形成する。表面電極１０２は、ｎ型クラッド層１４にオーミック接合する材料を用いて形成する。続いて、表面電極１０２が形成されていないｎ型クラッド層１４の表面に、凹凸部８０を形成すると共に、界面電極１０７の上方の活性層１６及びｎ型クラッド層１４をエッチングにより除去することにより光吸収抑止溝７１を形成する。これにより、第３の変形例に係る発光素子１ｂが得られる。
【００８９】
なお、発光素子１の製造の実用性の観点、並びに製造の容易性の向上、及び製造コスト低減の観点から、絶縁部９５は、以下のように形成することもできる。すなわち、エピタキシャルウエハを製造した後、絶縁部９５が形成されるべき領域のｐ型クラッド層１８及び活性層１６をエッチング除去することで溝を形成する。そして、当該溝に、第三工程を経た場合であっても絶縁性を維持することのできる材料、例えば、ポリイミドを埋め込む。続いて、ポリイミドの表面とｐ型クラッド層１８の表面とを同一にすることを目的として、ポリイミドの表面を平坦化する。次に、ｐ型クラッド層１８の表面上、及びポリイミドの表面上に透明絶縁層３０を形成する。その後、上記の工程と略同様の工程を経ることで、発光素子１ｂを製造することができる。
【００９０】
［実施の形態の第４の変形例］
図６は、本発明の実施の形態の第４の変形例に係る発光素子の断面の概要を示す。
【００９１】
第３の変形例に係る発光素子１ｃは、第２の変形例に係る発光素子１ｂとは、界面電極１０７が外部に露出すると共に、表面電極１０２及び絶縁部９５が発光素子１ｃの端部側に設けられている点を除き、発光素子１ｃと略同一の構成及び機能を備える。したがって、相違点を除き、詳細な説明は省略する。
【００９２】
発光素子１ｃの界面電極１０７は、活性層１６及びｎ型クラッド層１４が除去されて露出したｐ型クラッド層１８の表面の一部であって、発光素子１ｃの平面視にて一の辺の近傍に設けられる。また、絶縁部９５は、表面電極１０２の直下の活性層１６及びｐ型クラッド層１８が除去された領域であって、平面視にて発光素子１ｃの一の辺の対辺側に設けられる。
【実施例】
【００９３】
実施例に係る発光素子として、実施の形態に係る発光素子１の構成を備える発光素子を作製した。
【００９４】
まず実施例では、ｎ型のＧａＡｓ基板上に半導体積層構造を形成した。具体的には、ｎ型のＧａＡｓ基板の側から、エッチングストップ層、ｎ型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層、ＡｌＧａＩｎＰの量子井戸型活性層、ｐ型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層をこの順にＭＯＣＶＤ法でエピタキシャル成長した。
【００９５】
そして、実施の形態において説明した製造方法に沿って実施例に係る発光素子を製造した。なお、透明絶縁層３０を構成する材料としてはＳｉＯ２を用い、支持基板２０としては高抵抗のＳｉ基板（抵抗率：３×１０４Ωｃｍ以上）を用いた。半導体側接合層４としては、Ｓｉ基板側からＡｕ層、Ｔｉ層、Ａｕ層を形成した。また、１１個の発光部を形成すると共に、各発光部を直列に接続した。
【００９６】
そして、実施例に係る発光素子を、ステムにダイボンディングした後、発光素子にワイヤーボンディングを施した。そして、シリコーンを用い、発光素子を透明樹脂モールドして発光装置を作製した。この発光装置を放熱冶具に固定した上で、発光特性と電気特性とを評価した。その結果、順方向通電で、駆動電流は３０ｍＡであり、順方向電圧は２４Ｖであり（発光部が１１個直列していることから２４Ｖになった）、ドミナント波長は６２５ｎｍであり、発光出力は４８０ｍＷであった。この発光素子の外部量子効率は約７６％であり、発光効率は１４０ｌｍ／Ｗであった。この発光効率は、従来の発光素子の発光効率より約３５％向上した値であった。また、実施例に係る発光素子は、発熱エネルギーを従来比で４５％低減することができた。
【００９７】
以上の発光効率を従来より向上させることができた結果は、実施例に係る発光素子が、ｎ側コンタクト電極６０及びｐ側コンタクト電極による光吸収を大幅に低減する構成を有することに起因すると考えられる。また、３０ｍＡという低い通電電流で高い発光出力を達成できたことは、発光素子に電力を供給する電源系を大電流対応にすることを要さず、小電流対応の電源を用いることができることを示している。
【００９８】
更に、発熱エネルギーを低減することができたことは、発光ダイオードが発熱に弱く、素子寿命に発熱が影響を与えていることを考慮すると、通電電流の限界値を４０％増加させ得ることを示している。そして、発熱エネルギーの低減は、同一の電流を供給した場合における発光素子からの発熱量が従来の発光素子よりも少なくなることを示しているので、実施例に係る発光素子の素子寿命が、従来の発光素子の素子寿命より長くなることを示している。更に、同一の電流で同一の素子寿命であれば、放熱特性が小さい小型のステムに発光素子を実装することもできる。特に、パワーＬＥＤでは放熱特性の向上が要求されている。例えば、実施例に係る発光素子を電球型ＬＥＤに適用した場合に、電球型ＬＥＤの放熱部を従来より小型化できるので、電球型ＬＥＤを従来より低コストで提供できる。
【００９９】
以上のように、実施例に係る発光素子は、発光効率を向上させることができるだけでなく、発光素子の素子寿命の長寿命化を実現でき、ダウンサイジング及び製造コストの低減も実現することができる。
【０１００】
以上、本発明の実施の形態及び実施例を説明したが、上記に記載した実施の形態及び実施例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態及び実施例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
【符号の説明】
【０１０１】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ  発光素子
２  発光素子
３  反射部
４  半導体側接合層
５  支持基板側接合層
６  接合層
１０  半導体基板
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ  発光部
１２  エッチングストップ層
１４  ｎ型クラッド層
１４ａ  表面
１５  ｎ型クラッド層
１６  活性層
１７  活性層
１８  ｐ型クラッド層
１８ａ  表面
１９  ｐ型クラッド層
２０  支持基板
３０  透明絶縁層
４２  反射層
４４  拡散抑止層
４６  半導体側接合金属層
４８  反射部
５２  密着層
５４  支持基板側接合金属層
６０  ｎ側コンタクト電極
６１  ｎ側コンタクト電極
６５  ｐ側コンタクト電極
６６  ｐ側コンタクト電極
７０  溝
７０ａ  平坦部
７１  光吸収抑止溝
７２  溝
７４  溝
７５  溝
７７  溝
８０  凹凸部
８５  凹凸部
９０  金属層
９５  絶縁部
１００  ｎ型用パッド電極
１０２  表面電極
１０５  ｐ型用パッド電極
１０７  界面電極
【図１Ａ】
2012129281.tif 000003
【図１Ｂ】
2012129281.tif 000004
【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
2012129281.tif 000009
【図２Ｅ】
2012129281.tif 000010
【図２Ｆ】
2012129281.tif 000011
【図２Ｇ】
2012129281.tif 000012
【図２Ｈ】
2012129281.tif 000013
【図３】
2012129281.tif 000014
【図４】
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【図５】
2012129281.tif 000016
【図６】
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