(57)【要約】【課題】十分な発光量を確保しつつ小型化が図れ、且つ良好な生産性・歩留りを実現できる発光ダイオードを提供する。【解決手段】発光ダイオード１００は、基板３０と、基板３０上に配設される金属配線層３１と、金属配線層３１上に設けられる半導体発光素子１０と、を有し、半導体発光素子１０は、１辺が４５０μｍ以上であり、基板３０側から順に、第１半導体層５、活性層４、第２半導体層３を備えた半導体発光層６と、半導体発光層６の基板３０側に設けられる透明絶縁膜７と、透明絶縁膜７の基板３０側に離間領域１８，１９を介して設けられ、金属配線層３１と電気的に接続される第１電極部１６及び第２電極部１７と、を有し、第１電極部１６は、透明絶縁膜７を貫通して設けられる第１コンタク卜部１２により第１半導体層５と電気的に接続され、第２電極部１７は、透明絶縁膜７、第１半導体層５、及び活性層４を貫通して設けられる第２コンタクト部１１により第２半導体層３と電気的に接続される。【選択図】図１
2012054423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に配設される金属配線層と、
前記金属配線層上に設けられる半導体発光素子と、を有し、
前記半導体発光素子は、
１辺が４５０μｍ以上であり、
前記基板側から順に、第１半導体層、活性層、第２半導体層を備えた半導体発光層と、
前記半導体発光層の前記基板側に設けられる透明絶縁膜と、
前記透明絶縁膜の前記基板側に離間領域を介して設けられ、前記金属配線層と電気的に接続される第１電極部及び第２電極部と、を有し、
前記第１電極部は、前記透明絶縁膜を貫通して設けられる第１コンタク卜部により前記第１半導体層と電気的に接続され、
前記第２電極部は、前記透明絶縁膜、前記第１半導体層、及び前記活性層を貫通して設けられる第２コンタクト部により前記第２半導体層と電気的に接続される、
ことを特徴とする発光ダイオード。
【請求項２】
前記金属配線層上には、複数の前記半導体発光素子が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項３】
前記第１電極部及び／又は前記第２電極部は、金属反射層を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の発光ダイオード。
【請求項４】
前記第１電極部と前記第２電極部との間の前記離間領域には、絶縁物が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の発光ダイオード。    
【請求項５】
前記第１電極部及び前記第２電極部は貼り合わせ層を有し、前記貼り合せ層を介して前記金属配線層と接合されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の発光ダイオード。
【請求項６】
前記第２半導体層の上記活性層側とは反対側の面は、粗面化加工された光取出し面であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の発光ダイオード。
【請求項７】
前記第２コンタク卜部は、前記第２電極部上に設けられ、前記第１半導体層及び前記活性層に対して絶縁するための絶縁材料と、前記絶縁材料に覆われるように設けられるＡｕ系材料とからなることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の発光ダイオード。
【請求項８】
前記金属配線層は、複数の前記半導体発光素子を直列接続するパターンに形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の発光ダイオード。
【請求項９】
前記光取出し面には、透光性の導電膜が形成されていることを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードに関し、更に詳しくは、半導体発光素子の基板側に形成された２つ電極が基板上の配線と接続される構造を有する発光ダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体発光素子である発光ダイオード（以下、ＬＥＤ）は、結晶品質の向上によって高い光・電気変換効率が実現されている（例えば、特許文献１参照）。発光効率が高くなり、発熱の影響も少なくなって、大電流での使用が可能となったことから、表示用ＬＥＤに比べて高輝度が要求される照明用の光源への応用が広がっている。
【０００３】
素子の高出力化には、素子の大型化と大きな投入電力に対する耐性の確保とが必要である。ＬＥＤの高出力化、高効率化のために有効な構造として、フリップチップ構造がある（例えば、特許文献２、３参照）。この構造では、透明基板上に所定の半導体層を成長させ、基板と反対側に電流注入用の第１電極、第２電極を形成し、基板側を光取出し面として使用する。フリップチップ構造のＬＥＤでは、発光部からの光が遮られることなく透明基板から出射されるので、高い光取出し効率を実現できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２００１７８号公報
【特許文献２】特開２００８−７８２２５号公報
【特許文献３】特開２００９−８８１９０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、例えば、特許文献２のようなバンプを用いたフリップチップ実装では、１つのＬＥＤを実装するために、多数のバンプを形成する必要があり、バンプの量やバンプ高さの制御、バンプへのＬＥＤ実装の位置合わせ及び接合は容易ではなく、生産性や歩留まりの改善が難しいという問題がある。
【０００６】
また、特許文献３では、バンプの形成をメッキ法により行うことを提案しているが、メッキによりバンプを形成した場合、メッキされたバンプの表面には、酸化膜や不純物が形成されているため、バンプの表面を洗浄する工程、例えば、プラズマやイオンビーム処理によって酸化膜などを除去する工程が必要となり、工程数の増加を招く。また、メッキ液の廃液処理の問題もある。
【０００７】
一方、半導体発光素子の上下に電極を設ける上下電極構造のＬＥＤでは、半導体発光素子サイズが４５０μｍ〜５００μｍである大型の半導体発光素子の場合、半導体発光素子の表面の上部電極として電流拡散をするための枝状電極を設ける必要がある。小型の半導体発光素子に比べ、大型の半導体発光素子では枝状電極により外部への光が遮られる影響は小さいが、発光素子の大型化に伴い表面の枝状電極の面積は大きくなる。更に、枝状電極は、大電流に耐え得るように、幅を太く形成する必要があり、これによりさらに枝状電極により光の取出しが遮られる。
【０００８】
本発明の目的は、放熱性や発光特性が良く、高い生産性・歩留まりを実現できる、大型の半導体発光素子を用いた発光ダイオードを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様は、基板と、前記基板上に配設される金属配線層と、前記金属配線層上に設けられる半導体発光素子と、を有し、
前記半導体発光素子は、１辺が４５０μｍ以上であり、
前記基板側から順に、第１半導体層、活性層、第２半導体層を備えた半導体発光層と、前記半導体発光層の前記基板側に設けられる透明絶縁膜と、前記透明絶縁膜の前記基板側に離間領域を介して設けられ、前記金属配線層と電気的に接続される第１電極部及び第２電極部と、を有し、
前記第１電極部は、前記透明絶縁膜を貫通して設けられる第１コンタク卜部により前記第１半導体層と電気的に接続され、前記第２電極部は、前記透明絶縁膜、前記第１半導体層、及び前記活性層を貫通して設けられる第２コンタクト部により前記第２半導体層と電気的に接続される、発光ダイオードである。
【００１０】
本発明の第２の態様は、第１の態様の発光ダイオードにおいて、前記金属配線層上には、複数の前記半導体発光素子が設けられている。
【００１１】
本発明の第３の態様は、第１又は第２の態様の発光ダイオードにおいて、前記第１電極部及び／又は前記第２電極部は、金属反射層を備えている。
【００１２】
本発明の第４の態様は、第１〜第３の態様のいずれかの発光ダイオードおいて、前記第１電極部と前記第２電極部との間の前記離間領域には、絶縁物が設けられている。
【００１３】
本発明の第５の態様は、第１〜第４の態様のいずれかの発光ダイオードにおいて、前記第１電極部及び前記第２電極部は貼り合わせ層を有し、前記貼り合せ層を介して前記金属配線層と接合されている。
【００１４】
本発明の第６の態様は、第１〜第５の態様のいずれかの発光ダイオードにおいて、前記第２半導体層の上記活性層側とは反対側の面は、粗面化加工された光取出し面である。
【００１５】
本発明の第７の態様は、第１〜第６の態様のいずれかの発光ダイオードにおいて、前記第２コンタク卜部は、前記第２電極部上に設けられ、前記第１半導体層及び前記活性層に対して絶縁するための絶縁材料と、前記絶縁材料に覆われるように設けられるＡｕ系材料とからなる。
【００１６】
本発明の第８の態様は、第１〜第７の態様のいずれかの発光ダイオードにおいて、前記金属配線層は、複数の前記半導体発光素子を直列接続するパターンに形成されている。
【００１７】
本発明の第９の態様は、第１〜第８の態様のいずれかの発光ダイオードにおいて、前記光取出し面には、透光性の導電膜が形成されている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、放熱性や発光特性が良く、高い生産性・歩留まりを実現できる、大型の半導体発光素子を用いた発光ダイオードが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る発光ダイオードを示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態の発光ダイオードにおける複数の半導体発光素子の接続関係を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る発光ダイオードを製造する製造工程の一例を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る発光ダイオードを製造する製造工程の一例を示す断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る発光ダイオードを製造する製造工程の一例を示す断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る発光ダイオードを製造する製造工程の一例を示す断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードにおける複数の半導体発光素子の接続関係を示す図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードを示す断面図である。
【図９】本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードを示す断面図である。
【図１０】本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードにおける光取出面の一部を拡大した断面図である。
【図１１】フリップチップ構造の比較例の発光ダイオードを示す断面図である。
【図１２】本発明の実施例及び比較例に対する、素子サイズと光束との関係を示すグラフである。
【図１３】素子サイズの異なる半導体発光素子を有する実施例に対する、順方向電流と光束との関係を示すグラフである。
【図１４】本発明の実施例及び比較例に対する、光束のばらつきを示すヒストグラムである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明に係る発光ダイオードの一実施形態を図面を用いて説明する。
【００２１】
［第１の実施形態]
図１に、本発明の第１の実施形態に係る発光ダイオードを示す。
本実施形態の発光ダイオード１００は、基板３０と、基板３０上に配設される金属配線層３１と、金属配線層３１上に設けられる複数の半導体発光素子１０と、を有する。
半導体発光素子１０は、基板３０側から順に、第１半導体層５、活性層４、第２半導体層３を備えた半導体発光層６と、半導体発光層６の基板３０側に設けられる透明絶縁膜７と、透明絶縁膜７の基板３０側に離間領域１８を介して設けられる第１電極部１６及び第２電極部１７と、を有する。
第１電極部１６及び第２電極部１７は、基板３０側に貼り合せ層１５を備え、第１電極部１６及び第２電極部１７は貼り合せ層１５により金属配線層３１と接合されている。第１電極部１６は、透明絶縁膜７を貫通して設けられる第１コンタクト部１２により第１半導体層５と電気的に接続されている。第２電極部１７は、透明絶縁膜７、第１半導体層５、活性層４を貫通して設けられる第２コンタクト部１１により第２半導体層３と電気的に接続されている。
特に、半導体発光素子１０は、素子サイズが４５０μｍ以上の大型の半導体発光素子となっている。
【００２２】
本実施形態では、第１電極部１６及び第２電極部１７は、透明絶縁膜７側から金属反射層１３、拡散抑止層１４、貼り合せ層１５を順次積層して構成されている。また、金属配線層３１は、基板３０側から密着層３２、接合用金属層３３を順次積層して構成されている。
金属反射層１３は、活性層４で発光し透明絶縁膜７側にきた光を半導体発光層６側に反射して、光取り出し効率を向上させるための層であり、発光波長の光に対して高い反射率を有する、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ等の金属、若しくはこれらの金属を少なくとも１つ含む合金が用いられる。
拡散抑止層１４は、金属反射層１３の基板３０側から貼り合せ層１５等を構成する材料が金属反射層１３に拡散することを抑制して、金属反射層１３の反射特性の低下を抑制す
る層であり、例えばＴｉ、Ｐｔなどが用いられる。
【００２３】
第１電極部１６及び第２電極部１７は、貼り合わせ層１５を介して金属配線層３１に接合される。第１電極部１６及び第２電極部１７の貼り合せ層（接合用金属層）１５と、金属配線層３１の接合用金属層３３とは、例えば、熱圧着接合や共晶接合などによって接合される。貼り合せ層１５及び接合用金属層３３の材料には、一例として、ＡｕやＡｕ共晶合金などが用いられる。ほぼ同一の平面上に位置する複数の第１電極部１６及び第２電極部１７の貼り合せ層１５の表面（貼り合せ面、接合面）と、ほぼ同一の平面上に位置する複数の金属配線層３１の接合用金属層３３の表面（貼り合せ面、接合面）とを、熱圧着などによって接合する面接合方式（貼り合せ方式）であるため、バンプを用いたフリップチップ実装（図１１参照）に比べて、接合は容易となり、接合不良の発生を抑えることができる。
【００２４】
第２半導体層３の活性層４側とは反対側の面は、粗面化加工された光取出し面３ａとなっている。半導体発光素子１０の光取出し面３ａには、電極が形成されていないので、光取出し効率が高い。
【００２５】
本実施形態では、基板３０上に配設される金属配線層３１は、図２に示すように、複数の半導体発光素子１０を直列接続するパターンに形成されている。即ち、例えば、図２において、左右方向に並ぶ３個の半導体発光素子１０のうち、左端の半導体発光素子１０から、中央の半導体発光素子１０を経て、右端の半導体発光素子１０へと電流が流れる。具体的には、各半導体発光素子１０の第１電極部１６に接続された金属配線層３１から供給された電流は、第１電極部１６、第１コンタクト部１２を通じて第１半導体層５に供給され、第１半導体層５、活性層４及び第２半導体層３を通って第２コンタクト部１１より第２電極部１７に流れ、第２電極部１７から金属配線層３１を通じて当該半導体発光素子１０の右隣の半導体発光素子１０の第１電極部１６へと流れる。なお、基板３０上の金属配線層３１のパターンは、半導体発光素子１０の電極部・金属配線層構造を適宜変更することで、直列接続のみならず、並列接続、直列及び並列接続とすることもできる。
【００２６】
本実施形態の発光ダイオード１００によれば、面接合方式（貼り合せ方式）により、半導体発光素子１０の第１電極部１６及び第２電極部１７を基板３０上の金属配線層３１に貼り合せているため、光取出し面３ａ側に影となる電極（遮蔽物）が存在せず、光取出し効率が高い。また、上記面接合方式によって第１電極部１６及び第２電極部１７と金属配線層３１とを接合する構成を採用することで、複数の半導体発光素子１０を有する発光ダイオード１００であっても、接合不良の発生を抑えることができ、発光ムラを抑制できると共に、接合の容易化が図れ、発光ダイオードの生産性・歩留りの向上を実現できる。さらに、面接合となるため、半導体発光素子１０で発生した熱を第１電極部１６及び第２電極部１７から金属配線層３１を介して基板３０側に効率よく逃がすことができ、半導体発光素子１０への通電量を増加して輝度・発光量の増大を図ることも可能である。また、複数個の半導体発光素子１０を直列に設けることで、容易に電流値と輝度とを調節することができる。
このように、本実施形態の発光ダイオードは、放熱性や発光特性が良く、しかも高い生産性・歩留まりを実現でき、１辺が４５０μｍ以上の素子サイズを有する大型の半導体発光素子を用いた発光ダイオードに好適である。
【００２７】
発光素子として一般的な２００μｍ角〜３００μｍ角のサイズのものでは、通常、消費電力は数十ｍＷであり、発光素子の発熱は問題となりにくい。しかし、４５０μｍ角サイズ以上となると、消費電力が１００ｍＷを超え、特殊な実装を必要とする。特殊な実装をしないと、発熱により発光効率の低下、信頼性の低下という問題が発生してしまう。ところが、本実施形態の発光ダイオードは、特殊な実装をせずに放熱性の向上を実現でき、１
辺が４５０μｍ以上の素子サイズを有する大型の半導体発光素子を用いた発光ダイオードに好適である。
【００２８】
以下に、本実施形態の発光ダイオードの製造工程と共に、本実施形態の発光ダイオードを更に詳細に説明する。図３〜図６に本実施形態に係る発光ダイオード１００を製造する製造工程の一例を示す。
【００２９】
（基板上への金属配線層の形成工程）
基板（支持基板）３０としては、光に対する透明性は必要としない。例えば、サファイア、Ｓｉ、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＺｎＯ、ＳｉＣ、ＢＮ、ＺｎＳなどの単結晶基板、Ａｌ２Ｏ３、ＡＩＮ、ＢＮ、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＳｉＣ、Ｃ等のセラミクスやこれらの混合物などからなる基板を用いることができる。特に、基板３０の材料には、高抵抗で熱伝導性が高い材料が望ましい。
金属配線層３１は、図３（ａ）に示すように、基板３０上に密着層３２と接合用金属層３３とを順次形成し、フォトリソグラフィ法、エッチング法により配線パターンを形成することが望ましい。密着層３２としては、ＴｉやＰｔを１ｎｍ以上５０ｎｍ以下の厚さで形成するのがよい。接合用金属層３３としては、ＡｕやＡｕ共晶合金などを用い、０.５
μｍ〜２.０μｍの厚さに形成するのがよい。
【００３０】
（成長用基板上へのエピタキシャル層の形成工程）
半導体発光素子１０は、III−Ｖ族化合物半導体であるＡｌＧａＩｎＰ系のエピタキシ
ャル層を形成する場合、図３（ｂ）に示すように、まず、成長用基板として、例えば厚さ３００μｍ、Ｓｉドープのｎ型ＧａＡｓ基板１を用い、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長）法により、ＧａＩｎＰエッチングストップ層２と、第２半導体層としてのＳｉドープのｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３と、活性層としての量子井戸構造を含んで形成されるアンドープのＡｌＧａＩｎＰ活性層４と、第１半導体層としてのＭｇドープのｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５とを順次成長させ、エピタキシャルウェハを形成する。なお、上記エピタキシャル層以外にも、例えば、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５上にｐ型ＧａＰ等からなるｐ型コンタクト層を形成するなどしてもよい。
更に具体的には、ピーク波長が６３０ｎｍ付近の赤色光を発するＡｌＧａＩｎＰ系の半導体発光素子では、活性層４は、アンドープ層であり、一例として、ＩｎＧａＰの井戸層をＡｌＧａＩｎＰのバリア層で挟んだ多重量子井戸構造で形成される。発光波長は、井戸層の厚さで制御することができる。また、ｎ型クラッド層３は、Ｓｉ、Ｓｅ等のｎ型ドーパントを所定の濃度含む。一例として、ｎ型クラッド層３は、Ｓｉがドープされたｎ型（Ａｌ０.７Ｇａ０.３）０.５Ｉｎ０.５Ｐ層から形成される。ｐ型クラッド層５は、Ｚｎ、Ｍｇ等のｐ型ドーパントを所定の濃度含む。一例として、ｐ型クラッド層５は、Ｍｇがドープされたｐ型（Ａｌ０.７Ｇａ０.３）０.５Ｉｎ０.５Ｐ層から形成される。
【００３１】
（第１コンタクト部、第２コンタクト部の形成工程）
次に、図３（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いて、第２コンタクト部としてのｎ型コンタクト部１１を形成するために、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５及びＡｌＧａＩｎＰ活性層４を貫通する孔８を形成するとともに、エピタキシャルウェハの全面に透明絶縁膜として、例えばＳｉＯ２膜７を形成する。透明絶縁膜の材料には、ＳｉＯ２以外に、ＳｉＮなどを用いてもよい。
更に、透明絶縁膜であるＳｉＯ２膜７に対して、第１コンタクト部としてのｐ型コンタクト部１２を形成するための孔９がそれぞれ形成される。このとき、ｎ型コンタクト部１１用の孔８の側面に、ｐ型クラッド層５及び活性層４に対し絶縁をとるための絶縁膜を形成する。
なお、孔８が形成されるエピタキシャル層の厚さ１μｍ程度であるのに対し、孔８の直径は５〜１０μｍ程度（孔８のアスペクト比が０.１〜０.２程度）の大きさを有するので
、ｎ型コンタクト部１１を形成する金属等の導電層の周囲に絶縁膜を形成しなくても、ｎ型コンタクト部１１を形成する導電層とｐ型クラッド層５及び活性層４との間の短絡を防止することは可能である。
【００３２】
次に、ｎ型コンタクト部１１によるｎ型クラッド層３への電気的接続、及びｐ型コンタクト部１２によるｐ型クラッド層５への電気的接続は、図４（ａ）に示すように、これらの孔８，９にＡｕ系の金属を設けることで行う。ｎ型コンタクト部１１は、一例として、ｎ型クラッド層３側からＡｕＧｅ層（オーミックコンタクト層）／Ｎｉ層（拡散防止層）／Ａｕ層（接合層）が積層されて形成される。ｐ型コンタクト部１２は、一例として、ｐ型クラッド層５側からＡｕＢｅ層（オーミックコンタクト層）／Ｎｉ層（拡散防止層）／Ａｕ層（接合層）が積層されて形成される。
透明絶縁膜７と、ｎ型コンタクト部１１、ｐ型コンタクト部１２とにより、電流狭窄構造が形成される。ｎ型コンタクト部１１、ｐ型コンタクト部１２は、図２に示すようにドット状に複数個形成しても、或いは、環状や枝状などに連続して形成しても良い。
【００３３】
（第１電極部、第２電極部の形成工程）
次に、透明絶縁膜７、ｎ型コンタクト部１１及びｐ型コンタクト部１２の上に、図４（ｂ）に示すように、第１電極部であるｐ側電極部１６及び第２電極部であるｎ側電極部１７を構成するための電極層として、例えばＡｕからなる金属反射層１３と、Ｔｉからなる拡散抑止層１４と、Ａｕからなる接合用金属層１５とを蒸着法などで形成する。
更に、エピタキシャルウェハの透明絶縁膜７上において、ｐ側電極部１６となる領域とｎ側電極部１７となる領域とが導通しないように、金属反射層１３、拡散抑止層１４及び接合用金属層１５に対して、離間領域となる電極分離用溝１８と素子分離用溝１９を形成する。これにより、ｐ側電極部１６とｎ側電極部１７が分離されて形成される。
【００３４】
なお、ｐ側電極部１６とｎ側電極部１７との間の離間領域である電極分離用溝１８に、ＳｉＯ２などの絶縁物を設けてもよい。電極分離用溝１８内に絶縁物を設けると、ｐ側電極部１６とｎ側電極部１７との間の電気的絶縁性がより確実となる。同様に、素子分離用溝１９にも絶縁物を設けてもよい。また、透明絶縁膜７と金属反射層１３との間に、密着層を形成してもよい。密着層としてはＮｉ層、Ｔｉ層、Ａｌ層が好ましく、光吸収損失が少なくなるように、密着層の厚さは１０ｎｍ程度以下に形成するのが望ましい。
また、本実施形態のように複数の半導体発光素子１０を直列に設ける場合は、隣り合う半導体発光素子１０の間の金属反射層１３、拡散抑止層１４及び接合用金属層１５を残すように素子分離を行うこともできる。半導体発光素子１０間の金属反射層１３や接合用金属層１５を残すことで、導電性や放熱性の向上が図れる。
【００３５】
（貼り合せ工程）
図３（ａ）に示す金属配線層３１を形成した基板（支持基板）３０と、図４（ｂ）に示すｐ側電極部１６及びｎ側電極部１７を有する半導体発光素子１０が形成されたエピタキシャルウェハとを、図５（ａ）に示すように張り合わせて、貼り合せウェハを作製する。
具体的には、マイクロマシーン用の位置合わせ機能付きの貼り合せ装置を用い、金属配線層３１とｐ側電極部１６及びｎ側電極部１７との位置合わせを行い、金属配線層３１の接合用金属層３３とｐ側電極部１６及びｎ側電極部１７の接合用金属層１５とを密接させて熱圧着により張り合わせる。具体的には、貼り合せ装置内に支持基板３０とエピタキシャルウェハをそれぞれセットし、高真空下において、３５０℃まで昇温するとともに加圧して密着状態にする。この状態を１時間保持した後、室温まで降温するとともに、加圧を開放し、大気圧まで戻すことで、貼り合せウェハを得る。なお、基板３０とエピタキシャルウェハとの貼り合せは、熱圧着による接合以外にも、共晶接合などで行っても良い。
【００３６】
（成長用基板の除去、粗面化加工の工程）
貼り合せウェハの成長用基板１を除去するために、貼り合せウェハの成長用基板１側が表になるように研磨板に貼り付け、ラッピングにより成長用基板１を研磨していく。そして成長用基板１の残り厚さが所定の厚さ、例えば３０μｍとなったところで研磨をやめ、貼り合せウェハを研磨板から取り外し、貼り合せウェハから貼り付け用のワックスを除去後、エッチングにより完全に成長用基板１を除去する。なお、成長用基板１の除去は、上記のようにラッピングとエッチングとを組み合わせて行う方法に限らず、ラッピングのみによって行うこともできるし、エッチングのみによって行っても良い。
成長用基板１としてＧａＡｓ基板を用いている場合、ＧａＡｓ用のエッチング液にはアンモニア水と過酸化水素水との混合液などを用いることができる。エッチングストップ層２を成長用基板１との界面に形成しておくことで、複雑な管理を必要とすることなく成長用基板１を完全に除去することができる。成長用基板であるＧａＡｓ基板１を除去した後、エッチング液を代えてエッチングストップ層２を除去する（図５（ｂ））。エッチングストップ層２がＧａＩｎＰにより形成される場合、塩酸系のエッチング溶液を用いると良い。
【００３７】
ＧａＡｓ基板１及びエッチングストップ層２を除去した後、光取出し面３ａとなる露出したｎ型クラッド層３の表面に対して粗面化を行う。粗面化には、例えば、フォトリソグラフィ技術を用いて、図６（ａ）に示すように、光取出し面３ａに鋭角の先端部を有する錐伏の凹凸を形成するとよい。これにより半導体発光素子１０の外部への光取出し効率の向上が図れる。
なお、図１０に示すように、ｎ型クラッド層３の粗面化された表面（光取出し面）３ａ上に、電流分散性を高めるために、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）膜や金属薄膜等のような透光性を有する導電膜２５を形成するのが好ましい。また、透光性を有する導電膜２５を設けることで、粗面化された表面３ａが保護されると共に、光取出し面の最表面がなだらかな波型の曲面になるので、レンズ効果による光取出し効率の向上も期待できる。
【００３８】
（素子分離及びダイシング工程）
次に、図６（ｂ）に示すように、第１電極部１６と第２電極部１７との間に形成された素子分離用溝１９の上方に位置する、半導体発光層６及び透明絶縁膜７をフォトリソグラフィ法およびエッチング法により除去し、素子分離用溝２０を形成して、所定サイズの複数の半導体発光素子１０に素子分離する。また、金属配線層３１上に、パッド電極を形成する場合には、パッド電極を形成する領域の半導体発光層６等もエッチングして金属配線層３１を露出させる。
各半導体発光素子１０に分離した後、所定個数の半導体発光素子１０を有する発光ダイオードとなるように、エッチングにより、所定の形状に半導体発光層６等に切断用の溝（図示せず）を形成し、この切断用の溝の位置でダイシングブレードによって基板３０等の切断を行い、所定サイズの発光ダイオードに切り分ける。なお、半導体発光素子１０の側面に低屈折率の透明絶縁膜を形成することで、半導体発光素子１０の側面を保護すると共に、光取出し効率の向上を図るようにしてもよい。この透明絶縁膜には、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮなどが用いられる。
その後、発光ダイオードをステム等に搭載する際に確実に固定できるようにするために、基板３０の裏面にダイボンディング用の密着層３４を形成する。
【００３９】
［他の実施形態]
上記第１の実施形態では、複数の半導体発光素子１０を直列に接続した発光ダイオード１００について説明したが、複数の半導体発光素子１０を並列に接続したり、或いは直列と並列を組み合わせて接続したりしても良い。図７（ａ）には、３個の半導体発光素子１０が並列に接続された電極部・配線構造の例を示す。また、図７（ｂ）には、図中、右側の直列接続の２つの半導体発光素子１０と、左側の直列接続の２つの半導体発光素子１０とが、並列に接続された電極部・配線構造の例を示す。
【００４０】
上記実施形態では、複数の半導体発光素子１０を直列や並列に接続した発光ダイオードについて説明したが、本発明の発光ダイオードは、図８に示すように、基板３０上に１個の半導体発光素子１０が形成された１素子タイプの発光ダイオードでも勿論よい。
【００４１】
また、図９に示すように、基板３０に貫通孔（スルーホール）を形成し、当該貫通孔に導電性材料を充填することで、金属配線層３１に電気的に接続される裏面コンタクト部３５を形成しても良い。裏面コンタクト部３５を採用することで、金属配線層３１にパッド電極の領域を設ける必要がなくなり、発光ダイオードの小型化に寄与する。また、裏面コンタクト部３５を有する構造では、ワイヤボンディングの工程が不要となり、電極部や配線の構造・接続のさらなる簡略化が可能となる。
【００４２】
また、上記実施形態の発光ダイオードは、基板上にＡｌＧａＩｎＰ系の半導体発光素子が形成されたものであったが、窒化ガリウム系の半導体発光素子が形成された発光ダイオードにも適用できる。この場合、例えば、成長用基板にサファイアを用いて、窒化ガリウム系の半導体発光層を形成する。
また、上記実施形態において、半導体発光層６のｎ型、ｐ型の導電型を逆にして構成しても良い。
【実施例】
【００４３】
次に、本発明の実施例を説明する。
【００４４】
本発明の上記第１の実施形態に係る発光ダイオードの構造に基づいて、実施例に係る発光ダイオード（ＬＥＤ）を製造した。
半導体発光素子は、ｎ型のＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層と、量子井戸構造からなる活性層（発光層）と、ｐ型のＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型クラッド層とを有し、透明絶縁膜は、ＳｉＯ２膜から形成した。また、ｐ型コンタクト部には、ｐ型クラッド層側からＡｕＢｅ層／Ｎｉ層／Ａｕ層を設けて形成した。ｎ型コンタク卜部としては、ｎ型クラッド層側から、ＡｕＧｅ層／Ｎｉ層／Ａｕ層を設けて形成した。ｎ型コンタク卜部は、ｐ型クラッド層及び活性層との側面側にＳｉＯ２による絶縁膜を設けて、ｐ型クラッド層、活性層との絶縁性を確実にした。ｎ側電極部及びｐ側電極部は、金属反射層としてはＡｕ層を用い、拡散防止層（合金化抑止層）としてＴｉ層を用い、接合用金属層としてＡｕ層を用いた。また、粗面化されたｎ型クラッド層の表面である光取出し面には、透光性を有する導電膜として厚さ０.１μｍのＩＴＯ膜を形成した。
また、上記半導体発光素子と接合される、金属配線層を有する支持基板としては、１００μｍ厚の高抵抗の絶縁性Ｓｉ基板を用いた。金属配線層の密着層としてＴｉ層を用い、接合用金属層としてＡｕ層を用いた。Ｓｉ基板の裏面にダイボンディング用の密着層として、Ａｕ層を形成した。なお、実施例のＬＥＤは、Ｓｉ基板上に１個の半導体発光素子が形成された１素子タイプのＬＥＤとした。
【００４５】
半導体発光素子の素子サイズと発光出力などの関係を調べるために、半導体発光素子の素子サイズが異なる３種のＬＥＤ（実施例１〜３）を作製した。実施例１の半導体発光素子の素子サイズは、上面視において５００μｍ×５００μｍとし、実施例２の半導体発光素子の素子サイズは、１０００μｍ×１０００μｍとし、実施例３の半導体発光素子の素子サイズは、２０００μｍ×２０００μｍとした。
これら半導体発光素子の素子サイズの異なる３種類のＬＥＤ（ＬＥＤチップ）を、ＡｕＳｎ共晶でＴＯ−４６金属ステム上にダイボンディングし、ボンディングワイヤで配線した。ＡｕＳｎを用いたのは、ダイボンディングの熱抵抗が小さく、発光層からの熱を逃げやすくするためである。これらステム上に実装したＬＥＤチップを、透明エポキシ樹脂によりモールドして評価用ＬＥＤを作製した。
【００４６】
（比較例）
実施例との比較のために、図１１に示すような、１０００μｍ角の素子サイズのチップ片面に設けられた２つの電極２１１，２１２上にバンプ２１３が形成されたフリップチップ構造の半導体発光素子（ＬＥＤチップ）２１０を用い、基板２１５上の金属配線２１４にバンプ２１３を介して半導体発光素子２１０を実装し、比較例のＬＥＤを作製した。この比較例のＬＥＤを、実施例と同様に、ＴＯ−４６金属ステムに実装し、透明エポキシ樹脂によりモールドして比較例の評価用ＬＥＤを製作した。
【００４７】
上記実施例と比較例の評価用ＬＥＤに対して、光束・順方向電流特性の評価を行った。この評価では、積分球式評価システムを用い、評価用ＬＥＤをペルチェ素子によって温度制御された固定ジグにねじで固定して行った。
【００４８】
図１２に、実施例２のＬＥＤと比較例のＬＥＤとの光束・順方向電流特性を評価した結果を示す。
実施例２のＬＥＤとバンブ方式の比較例のＬＥＤとを比べると、順方向電流が４００ｍＡ程度までの低電流域では、どちらも上部電極がないことから、光束の絶対値が高く、また光束と順方向電流の関係が直線的であって、ほぼ重なって同じ特性であることを示している（なお、発光素子の光取出し面に上部電極を有する、従来の上下電極構造のＬＥＤチップでは、低電流域から既に発光出力（光束）が低い値を示しており、熱の逃げも悪いことから、光束が最大になる順方向電流の値も７００ｍＡ程度であり、バンブ方式の比較例と比べても低い値であった）。
【００４９】
ところが、順方向電流が４００ｍＡを過ぎると、図１２に示すように、二つのＬＥＤの間には光束の差が生じ、電流が大きくなるほど光束の差は大きくなり、実施例２のＬＥＤの方がバンブ方式の比較例に比べ、明らかに光束が高い特性を示している。また光束がピークを示す電流の値も、実施例のＬＥＤの方が高くなっており、光束のピーク値も実施例のＬＥＤの方が約２０％ほど高い値を示している。
このことは、電流を流している時のＬＥＤチップからの熱の逃げが、実施例の方が優れていることを示している。さらに、活性層温度をΔＶｆ法（順方向電圧の温度依存性を利用したジャンクション温度判定法）により測定したところ、どちらのＬＥＤチップでも、光束のピークを示しているときの活性層温度が同じであることを確認した。
【００５０】
図１３には、素子サイズが異なる実施例１〜３のＬＥＤの光束・順方向電流特性の測定結果を示す。また、表１に、実施例１〜３の素子サイズ（μｍ）、および測定時の動作電流（ｍＡ）、光束（ｌｍ）および動作電圧（Ｖ）を示す。なお、表１には、実施例１〜実施例３の半導体発光素子に流れる電流密度が同じになるように動作電流を流したときの光束を記載した。
【００５１】
【表１】
2012054423.tif 000003
【００５２】
図１３に示すように、素子サイズが大きくなると、光束と電流が直線性を示す領域も高
電流域まで広がり、また光束がピークを示す電流値も高くなっていくことがわかる。また、表１より、２０００μｍ角の実施例３のＬＥＤチップでは、２Ａの大電流駆動でも６６.７（ｌｍ／Ｗ）の良好な発光効率を得られることがわかる。
【００５３】
図１４に、実施例２のＬＥＤの光束ばらつきと、バンブ方式の比較例のＬＥＤの光束ばらつきのヒストグラムを示す。図１４は、Ｓｉウエハ面上に多数のＬＥＤ（ＬＥＤチップ）を形成し、Ｓｉウエハ面内でのＬＥＤチップの光束ばらつきの結果を示すものである。本実施例の構造のＬＥＤに比べ、バンブ方式の比較例のＬＥＤは、光束ばらつきが大きく、しかも低輝度に分布が広がっているとともに、低輝度側にバラバラと散らばって低い輝度のＬＥＤが現れている。この輝度の低いＬＥＤに対して信頼性試験を行ったところ、寿命が短いことが確認された。更に、比較例のＬＥＤチップ表面の発光強度分布を測定してみると、バンプ接合場所の数箇所に暗部が確認され、バンプの接合がうまくいかなかったところで活性層に欠陥が発生していることがわかった。
【符号の説明】
【００５４】
１  成長用基板
３  第２半導体層（ｎ型クラッド層）
３ａ  光取出し面
４  活性層
５  第１半導体層（ｐ型クラッド層）
６  半導体発光層
７  透明絶縁膜（ＳｉＯ２膜）
１０  半導体発光素子
１１  第２コンタクト部（ｎ型コンタクト部）
１２  第１コンタクト部（ｐ型コンタクト部）
１３  金属反射層
１４  拡散防止層
１５  貼り合せ層（接合用金属層）
１６  第１電極部（ｐ側電極部）
１７  第２電極部（ｎ側電極部）
１８  離間領域（電極分離用溝）
１９  離間領域（素子分離用溝）
２０  素子分離用溝
２５  透光性を有する導電膜
３０  基板
３１  金属配線層
３３  接合用金属層
３５  裏面コンタクト部
１００  発光ダイオード
【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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