(57)【要約】【課題】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、透明基板１と、配線層３１と、透明基板１と配線層３１との間に設けられる半導体発光素子構造部２０と、を有し、半導体発光素子構造部２０は、半導体発光層６と、透明導電層８と、透明絶縁膜１１と、透明導電層８の透明絶縁膜１１に覆われるように設けられる金属反射層９と、透明絶縁膜１１の配線層３１側に離間領域１８，１９を介して設けられ、配線層３１と電気的に接続される第１電極部２１及び第２電極部２２と、を有し、第１電極部２１は、第１コンタク卜部１４を介して第１半導体層５と電気的に接続され、第２電極部２２は、第２コンタクト部１５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
2012114184.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板と、配線層と、前記透明基板と前記配線層との間に設けられる半導体発光素子構造部と、を有し、
前記半導体発光素子構造部は、
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配線層側に設けられる透明導電層と、
前記透明導電層の前記配線層側に設けられる透明絶縁膜と、
前記透明導電層と前記透明絶縁膜とに覆われるように設けられる金属反射層と、
前記透明絶縁膜の前記配線層側に離間領域を介して設けられ、前記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コンタク卜部を介して前記第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、前記透明導電層、前記第１半導体層、及び前記活性層を貫通すると共に、前記透明導電層、前記第１半導体層、及び前記活性層に対して絶縁されて設けられる第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】
前記透明基板は、前記半導体発光素子構造部側の面に凹凸部を有し、前記半導体発光層を含む半導体層は、前記透明基板の前記凹凸部が形成された面に対して隙間を形成することなく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】
前記配線層上には、前記半導体発光素子構造部が素子分離されて形成された複数の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配線層に接合さ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】
前記配線層が絶縁性の支持基台上に設けら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】
前記支持基台には２箇所以上に貫通孔が形成され、前記貫通孔に金属材料が設けられことで、前記配線層に電気的に接続される基台コンタクト部が形成されていることを特徴とする請求項５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、特に照明用光源に適した構造の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（ＬＥＤ）は、結晶品質の向上によって高い電気・光変換効率が実現されている。また、ＧａＮ系やＡｌＧａＩｎＰ系の高品質結晶をＭＯＶＰＥ（Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy：有機金属気相成長）法で成長出来
るようになったことから、青色、緑色、橙色、黄色、赤色の高輝度ＬＥＤが製作出来るようになった（例えば、特許文献１参照）。このように結晶品質の向上によって、ＬＥＤの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】
発光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、バンプを用いたフリップチップ構造が知られている（例えば、特許文献２参照）。このフリップチップ構造では、図１０に示すように、透明基板２１０上に半導体発光層を有する所定の半導体層２１１を積層成長し、半導体層２１１上に電流注入用の２つの電極２１２、電極２１３を設け、これら電極２１２、２１３にバンプ２１４をそれぞれ形成したＬＥＤチップが用いられる。このフリップチップ構造のＬＥＤチップは基板２１６上の金属配線２１５にバンプ２１４を介して実装される。フリップチップ構造のＬＥＤでは、透明基板２１０側が光取出し面として使用され、発光部からの光が電極によって遮られることがないので、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２００７−３０５８５１号公報
【特許文献２】特開２００８−７８２２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のような構造では、ワイヤボンディングによる確実な実装が可能ではあるが、１つ１つの発光素子に対してボンディングを行う必要があり、多数の発光素子を実装するには不向きである。また、ボンディングワイヤによって光が遮られるおそれもある。
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、接合不良が生じ易く、生産性や歩留まりの改善が難しいという問題がある。
【０００６】
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】
【０００７】
本発明の第１の態様は、透明基板と、配線層と、前記透明基板と前記配線層との間に設けられる半導体発光素子構造部と、を有し、
前記半導体発光素子構造部は、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配線層側に設けられる透明導電層と、前記透明導電層の
前記配線層側に設けられる透明絶縁膜と、前記透明導電層と前記透明絶縁膜とに覆われるように設けられる金属反射層と、前記透明絶縁膜の前記配線層側に離間領域を介して設けられ、前記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コンタク卜部を介して前記第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、前記透明導電層、前記第１半導体層、及び前記活性層を貫通すると共に、前記透明導電層、前記第１半導体層、及び前記活性層に対して絶縁されて設けられる第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。
【０００８】
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、前記透明基板は、前記半導体発光素子構造部側の面に凹凸部を有し、前記半導体発光層を含む半導体層は、前記透明基板の前記凹凸部が形成された面に対して隙間を形成することなく設けられている発光ダイオードである。
【０００９】
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、前記配線層上には、前記半導体発光素子構造部が素子分離されて形成された複数の半導体発光素子が設けられている発光ダイオードである。
【００１０】
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配線層に接合されている発光ダイオードである。
【００１１】
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、前記配線層が絶縁性の支持基台上に設けられている発光ダイオードである。
【００１２】
本発明の第６の態様は、第５の態様の発光ダイオードにおいて、前記支持基台には２箇所以上に貫通孔が形成され、前記貫通孔に金属材料が設けられことで、前記配線層に電気的に接続される基台コンタクト部が形成されている発光ダイオードである。
【発明の効果】
【００１３】
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発光ダイオードが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【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７】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】本発明の一実施例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１０】従来の発光ダイオードを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
［第１の実施形態の構造]
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、透明基板１と、支持基台３０と、支持基台３０上に配設される配線層３１と、透明基板１と配線層３１との間に設けられる半導体発光素子構造部２０とを有する。
半導体発光素子構造部２０は、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の配線層３１側に設けられる透明導電層８と、透明導電層８の配線層３１側に設けられる透明絶縁膜１１と、透明導電層８と透明絶縁膜１１とに覆われるように設けられる金属反射層９と、透明絶縁膜１１の配線層３１側に離間領域（溝）１８，１９を介して設けられ、配線層３１と電気的に接続される第１電極部２１及び第２電極部２２とを有する。半導体発光素子構造部２０は離間領域１９により素子分離され、支持基台３０上には複数の半導体発光素子１０が形成されている。
第１電極部２１及び第２電極部２２は、支持基台３０側に貼り合せ層１７を備え、第１電極部２１及び第２電極部２２は貼り合せ層１７により配線層３１と接合されている。第１電極部２１は、透明絶縁膜１１を貫通して設けられる第１コンタク卜部１４により透明導電層８を介して第１半導体層５と電気的に接続されている。第２電極部２２は、透明絶縁膜１１を貫通して設けられると共に、透明導電層８、第１半導体層５、及び活性層４に対して絶縁されつつ貫通して設けられる第２コンタクト部１５により第２半導体層３と電気的に接続されている。
【００１７】
本実施形態では、第１電極部２１及び第２電極部２２は、透明絶縁膜１１側から密着層１６と、貼り合せ層（接合用金属層）１７とを積層した金属層で構成されている。密着層１６は、透明絶縁膜１１との密着性を高める層であり、透明絶縁膜１１として例えばＳｉＯ２を用いる場合には、密着層１６の材料には、Ｔｉ（チタン）、Ｎｉ（ニッケル）あるいはＡｌ（アルミニウム）を用い、密着層１６の厚さは２ｎｍ〜２０ｎｍとするのがよい。また、配線層３１は、支持基台３０側から密着層３２と、貼り合せ層（接合用金属層）３３とを積層した金属層で構成されている。発光素子側の貼り合せ層１７、および支持基台３０側の貼り合せ層３３の材料には、一例として、ＡｕやＡｕ共晶合金などのＡｕ系の材料が用いられる。
第１電極部２１及び第２電極部２２の貼り合せ層１７と、配線層３１の貼り合せ層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。透明基板１側の第１電極部２１及び第２電極部２２の貼り合せ層１７の表面（貼り合せ面、接合面）は、ほぼ同一の平面上にあり、また同様に、支持基台３０側の配線層３１の貼り合せ層３３の表面（貼り合せ面、接合面）は、ほぼ同一の平面上にある。このため、貼り合せ層１７と貼り合せ層３３とは、熱圧着などによって、面状に接合する面接合（貼り合せ）となる。このため、バンプを用いたフリップチップ実装（図１０参照）に比べて、接合は確実かつ容易となり、接合不良の発生を抑えることができる。
【００１８】
金属反射層９は、活性層４で発光し透明絶縁膜１１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る。金属反射層９の材料には、発光波長の光に対して高い反射率を有する、例えばＡｇ（銀）、Ａｕ、Ｃｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）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。金属反射層９の材料は、特にＡｇが好ましい。
本実施形態では、金属反射層９は、透明絶縁膜１１と透明導電層８とに覆われるように設けられている。金属反射層９を透明絶縁膜１１で覆うのは、金属反射層９を構成する材料（Ａｇ等）のエレクトロマイグレーションを抑制するためである。
【００１９】
透明基板１は、発光波長に対して透明な基板である。本実施形態の透明基板１では、図１に示すように、透明基板１の半導体発光層６側の面（主面）は、平坦ではなく、凹凸部１ｂ（テクスチャ構造、粗面化構造）を有する。透明基板１の面の凹凸部１ｂは、光取り出し効率を向上させるための構造である。また、本実施形態の透明基板１は、半導体発光層６を含む半導体層を成長させる成長用基板であり、半導体発光層６を含む半導体層が、例えばＧａＮ等のIII族窒化物半導体である場合には、透明基板１としてはサファイア基
板を用いるのが好ましい。透明基板１には、サファイア基板以外に、例えばＧａＮ自立基板を用いてもよい。
本実施形態では、半導体発光層６を含む半導体層は、透明基板１の凹凸部１ｂが形成された面に対して隙間を形成することなく設けられている。図１に示される例では、バッファ層２が、透明基板１の凹凸部１ｂを有する面に隙間を形成することなく形成されている。透明基板１の凹凸部１ｂを有する面（成長面）に隙間を形成することなく半導体層を成長させるために、凹凸部１ｂの構造・形状に対応させて、成長条件を適切に設定する。
なお、透明基板１の半導体発光層６とは反対側の面（主面）は光取出し面１ａとなっているが、この光取出し面１ａにも、凹凸部（テクスチャ構造）を形成して、光取り出し効率を更に向上させるようにしてもよい。
本実施形態の半導体発光層６を含む半導体層には、半導体発光層６以外に、第１半導体層５の透明導電層８側に設けられるコンタクト層７と、第２半導体層３の透明基板１側に設けられる電流分散層２３及びバッファ層２とを有する。
【００２０】
本実施形態では、支持基台３０上に配設される配線層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、図２に示すように、矩形状の支持基台３０上の対角配置にある２つの配線層３１上にパッド電極４０を形成し、この２つのパッド電極４０、４０間に電圧を加え、配線層３１を通じて、７個のＳ字状に直列接続された半導体発光素子１０に電流が流れるように構成している。具体的には、各半導体発光素子１０の第１電極部２１に接続された配線層３１から供給された電流は、第１電極部２１、第１コンタクト部１４を通じて透明導電層８に流れ、透明導電層８で拡散されてコンタクト層７に供給され、更に第１半導体層５、活性層４、第２半導体層３及び電流分散層２３を流れ、電流分散層２３を通じて離間領域１８により分離された第２コンタクト部１５を通って第２電極部２２に流れ、第２電極部２２から配線層３１を通じて当該半導体発光素子１０に隣接し配線層３１により直列接続された半導体発光素子１０の第１電極部２１へと流れる。
なお、図２に示すように、第１コンタクト部１４はドット状に形成され、第２コンタクト部１５は矩形状に形成されているが、環状や枝状などに連続的に形成してもよい。また、支持基台３０上の配線層３１の配線パターンや半導体発光素子１０の電極部構造などを適宜変更することで、複数の半導体発光素子１０を、直列接続のみならず、並列接続にも、或いは直列接続と並列接続を組み合わせた接続とすることもできる。
【００２１】
本実施形態の発光ダイオード１００によれば、半導体発光素子構造部２０の透明基板１とは反対側の第１電極部２１及び第２電極部２２を支持基台３０上の配線層３１に貼り合せているため、光取出し面１ａ側に影となる電極（遮蔽物）などが存在せず、しかも支持基台３０側への光を金属反射層９で光取出し面１ａ側に反射しているので、光取出し効率が高い。
また、透明基板１側の第１電極部２１及び第２電極部２２と、支持基台３０側の配線層３１とを面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、発光ダイオードの発光ムラを抑制できると共に、接合の容易化も図れることから、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、第１電極部２１及び第２電極部２２と配線層３１との面接合となるため、放熱
面積を広くとることができ、半導体発光素子１０で発生した熱を第１電極部２１及び第２電極部２２から配線層３１を介して支持基台３０側に効率よく逃がすことができ、発光ダイオードの信頼性を向上できる。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。
また、半導体発光層６を含む半導体層が透明基板１により支持された構造であるため、発光ダイオード１００の取り扱いが容易となると共に、半導体層の保護が図られる。更に、透明基板１の凹凸を有する表面上に半導体発光層６を含む半導体層が形成されているため、半導体発光層６で発光した光が、透明基板１と半導体層との界面で反射されて半導体発光層６側に戻される光の割合を低減でき、発光ダイオードの高い光取出し効率、発光効率を維持できる。更に、半導体発光層６を含む半導体層の成長用基板である透明基板１をそのまま残して発光ダイオード１００に用いているので、透明基板１の除去工程が不要となり、製造工程の簡略化が図れる。
また、半導体発光層６を含む半導体層の配線層３１側に、電流分散層として機能する透明導電層８が設けられているため、発光ダイオードの発光ムラを抑制できる。
【００２２】
［第１の実施形態の製造方法]
以下に、上記第１の実施形態の発光ダイオードの製造工程と共に、第１の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５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。
【００２３】
(支持基台上への配線層の形成工程)
支持基台（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、ＡｌＮ、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、これらの材料のうち、支持基台３０には、高抵抗で熱伝導性が高い材料が望ましい。
配線層３１は、図３（ａ）に示すように、支持基台３０上に密着層３２と貼り合せ層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２０ｎｍ以下の厚さで形成するのがよい。貼り合せ層３３としては、ＡｕやＡｕ共晶合金などを用いることができ、例えば０.５μｍ〜２.０μｍの厚さに形成するのがよい。
【００２４】
(透明基板上へのエピタキシャル層の形成工程)
本実施形態では、透明基板であるサファイア基板１の半導体層成長側の面には、図３（ｂ）に示すように、光取出し効率を向上させるための凹凸部１ｂを予め施しておく。凹凸部１ｂの粗面化は、例えば、サファイア基板１の表面に、円柱状、半球状、円錐状、矩形状などの微小な凹凸形状を所定のパターン、所定の周期などでエッチング等により形成する。
サファイア基板１の凹凸部１ｂを有する面（成長面）上に発光素子用半導体層として、III−Ｖ族化合物半導体層を積層形成する。窒化物半導体系のエピタキシャル層を形成す
る場合には、例えば、サファイア基板１を用意し、サファイア基板１上に、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）法、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長）法などにより、窒化物半導体系のエピタキシャル層を形成する。
本実施形態では、バッファ層２が、サファイア基板１の凹凸部１ｂを有する面に隙間を形成することなく形成される。サファイア基板１の凹凸部１ｂを有する面（成長面）に隙間を形成することなく半導体層を成長させるために、凹凸部１ｂの構造・形状に対応させて、成長条件を適切に設定する。具体的には、凹凸部１ｂの凸部の面を起点として横方向に成長した結晶と、凹凸部１ｂの凹部の面を起点として成長した結晶とが隙間（空洞）を形成することなく繋がって、平坦な半導体結晶面が形成されるように成長させる。
本実施形態では、半導体層の一例として、サファイア基板１上に、アンドープＧａＮバ
ッファ層２と、ｎ型ＧａＮ電流分散層２３と、第２半導体層としてのｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３と、活性層としてのアンドープの量子井戸型ＩｎＧａＮ活性層（井戸層及びバリア層のペアが５〜６ペア）４と、第１半導体層としてのｐ型ＡｌＧａＮクラッド層５と、ｐ型ＧａＮコンタクト層７とを順次成長させ、エピタキシャルウェハを形成する（図３（ｂ））。上記半導体層の具体的な一例として、各半導体層のＡｌＮ混晶比、キャリア濃度、厚さなどを次の表１に示す。アンドープＧａＮバッファ層２は、転位（欠陥）が少ない半導体発光層６を作製するためであり、ｎ型ＧａＮ電流分散層２３は、注入された電流を素子全体に拡げるための高キャリア濃度の層である。
【００２５】
【表１】
2012114184.tif 000003
【００２６】
（透明導電層、金属反射層の形成工程）
次に、図３（ｃ）に示すように、電流分散層として機能する透明導電層８をｐ型ＧａＮ層７上に形成する。透明導電層８には、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）等が用いられる。更に、透明導電層８上の所定箇所に金属反射層９を形成する。金属反射層９は、例えば、透明導電層８上の全面に蒸着等によってＡｇ層を形成した後、Ａｇ層をエッチングにより、第１コンタクト部１４、第２コンタクト部１５を形成する部分などを除去することで形成する。なお、本実施形態では、金属反射層９は、図２、図４に示すように、第２コンタクト部１５側には形成されず、第１コンタクト部１４側のみに形成されている。
【００２７】
（透明絶縁膜、第１コンタクト部、第２コンタクト部の形成工程）
次に、図４（ａ）に示すように、透明導電層８上の金属反射層９を覆うように透明絶縁膜１１を形成する。透明絶縁膜１１には、例えばＳｉＯ２、ＳｉＮなどを用いる。金属反射層９は、透明導電層８と透明絶縁膜１１に覆われて閉じ込められた状態となる。次いで、フォトリソグラフィ法、エッチング法を用いて、透明絶縁膜１１を貫通し、第１コンタクト部であるｐ側コンタクト部１４を形成するための孔１２を形成する。更に、透明絶縁膜１１、透明導電層８、ｐ型ＧａＮコンタクト層７、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層５、およびＩｎＧａＮ活性層４、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３を貫通してｎ型ＧａＮ電流分散層２３の一部にまで至る、第２コンタクト部であるｎ側コンタクト部１５を形成するための孔１３を形成する。
このとき、ｎ側コンタクト部１５用の孔１３の側面に、透明導電層８、ｐ型ＧａＮコンタクト層７、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層５、ＩｎＧａＮ活性層４、およびｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３に対して電気的な絶縁をとるための絶縁膜（ＳｉＯ２など）を設ける構成としてもよい。ただし、孔１３は、孔径５〜１０μｍ程度であるのに対して、深さ（エピタ
キシャル層の厚さ）が１μｍ程度と浅い（薄い）ので、精度良く孔１３及びｎ側コンタクト部１５を形成することで、絶縁膜を形成しなくても、ｎ側コンタクト部１５と透明導電層８、ｐ型ＧａＮコンタクト層７等との間の絶縁性を確保できる。
【００２８】
次に、図４（ｂ）に示すように、孔１２，１３にＡｕ系の金属を設けることでｐ側コンタクト部１４，ｎ側コンタクト部１５を形成する。ｐ側コンタクト部１４，ｎ側コンタクト部１５の材料には、一例として、ＮｉＡｕを用いる。
【００２９】
（第１電極部、第２電極部の形成、及び素子分離工程）
次に、透明絶縁膜１１、ｐ側コンタクト部１４及びｎ側コンタクト部１５の上に、図５（ａ）に示すように、第１電極部であるｐ側電極部２１及び第２電極部であるｎ側電極部２２を構成するための電極層として、例えば、Ｔｉからなる密着層１６と、Ａｕからなる接合用金属層１７とを、蒸着法などによって積層して形成する。
更に、ｐ側電極部２１となる領域およびｐ側電極部２１に接続される透明導電層８等と、ｎ側電極部２２となる領域およびｎ側電極部２２に接続される透明導電層８等とが導通しないように、フォトリソグラフィ法、エッチング法を用いて、密着層１６、接合用金属層１７、透明絶縁膜１１、透明導電層８、ｐ型ＧａＮコンタクト層７、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層５、ＩｎＧａＮ活性層４、およびｎ型ＧａＮクラッド層３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。素子分離用溝１９はさらにｎ型ＧａＮ電流分散層２３、アンドープＧａＮバッファ層２にも形成され、素子分離用溝１９はサファイア基板１にまで達している。電極分離用溝１８及び素子分離用溝１９により、ｐ側電極部２１とｎ側電極部２２が分離されて形成される。ｐ側電極部２１の接合用金属層１７の表面と、ｎ側電極部２２の接合用金属層１７の表面とは同じ高さになる。
この素子分離用溝１９の形成時に、一つの基板から複数の半導体発光素子１０を備えた発光ダイオードを切り出す（分割する）ために、半導体発光素子構造部２０に対して分割溝（図示せず）も形成する。また、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層等もエッチングにより除去して配線層３１を露出させる。
【００３０】
なお、分離用溝１８、１９に、ＳｉＯ２などの絶縁物を設けてもよい。分離用溝１８、１９内に絶縁物を設けると、ｐ側電極部２１側とｎ側電極部２２側との間の電気的絶縁性がより確実となる。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の間の密着層１６及び接合用金属層１７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間の密着層１６や接合用金属層１７を残すことで、導電性や放熱性の向上が図れる。
また、半導体発光素子１０の側面に低屈折率の透明絶縁膜（ＳｉＯ２など）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。
【００３１】
（貼り合せ工程）
図３（ａ）に示す配線層３１を形成した支持基台（支持基板）３０と、図５（ａ）に示すサファイア基板１のｐ側電極部２１及びｎ側電極部２２を有する半導体発光素子構造部２０が形成されたエピタキシャルウェハとを、図５（ｂ）に示すように貼り合わせて、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、配線層３１とｐ側電極部２１及びｎ側電極部２２との位置合わせを行い、配線層３１の貼り合せ層（接合用金属層）３３と、ｐ側電極部２１及びｎ側電極部２２の貼り合せ層１７（接合用金属層）とを密接させて熱圧着により貼り合わせる。具体的には、貼り合せ装置内に支持基台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。支持基台３０と電極付き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。
【００３２】
（ダイシングによるチップ化工程）
次に、貼り合せ前に形成した上記分割溝の位置を切断箇所として、ダイシングブレードによってサファイア基板１、支持基台３０を切断し、複数の半導体発光素子１０を備えた所定サイズの発光ダイオードにチップ化した。分割溝の幅は、ダイシングブレードの幅（例えば３０μｍ）に対して、十分に余裕を持った幅（例えば５０μｍ）とするのがよい。
【００３３】
［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６（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・配線層構造の例を示す。また、図６（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・配線層構造の例を示す。
【００３４】
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７に示すように、支持基台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。
【００３５】
また、図８に示すように、支持基台３０に貫通孔を形成し、当該貫通孔に金属材料を充填することで、配線層３１に電気的に接続される基台コンタクト部３５を形成しても良い。一つの発光ダイオードに一対以上の基台コンタクト部３５が設けられる。一対の基台コンタクト部３５のうち、一方の基台コンタクト部３５はｐ側電極部に、他方の基台コンタクト部３５はｎ側電極部に接続され、また、支持基台３０裏面側で基板コンタクト部３５はステムの配線（図示せず）などに接続され、発光ダイオードに基板コンタクト部３５を通じて電流が供給される構造となる。基台コンタクト部３５を採用することで、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、基台コンタクト部３５を有する構造では、ワイヤボンディングが不要となり、また高精度の位置合わせも必要とせず、電極部や配線の構造・接続の簡略化が可能となると共に、容易に電流量を増加することが可能となる。
【００３６】
また、上記実施形態において、半導体発光層６を含む半導体層のｎ型、ｐ型の導電型を逆にして構成しても良い。
【実施例】
【００３７】
次に、本発明の実施例を説明する。
【００３８】
本発明の上記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。
【００３９】
（実施例１）
実施例１のＬＥＤは、図９に示すように、矩形状の支持基台３０上に９個の半導体発光素子１０を格子状に配置した。また、図９中、支持基台３０上の右上隅の半導体発光素子１０と左下隅の半導体発光素子１０の近傍に、図８と同様に基台コンタクト部３５を設け、この２つの基台コンタクト部３５、３５間に電圧を印加し、配線層３１を通じてＳ字状に直列接続された９個の半導体発光素子１０に電流が流れるように構成した。
【００４０】
透明基板１はサファイア基板、半導体発光素子１０の半導体発光層６を含むエピタキシャル層は、上記実施形態と同様に窒化ガリウム系の半導体で構成した。透明導電層８にはＩＴＯ、金属反射層９にはＡｇ、透明絶縁膜１１にはＳｉＯ２、ｐ側コンタクト部１４及びｎ側コンタク卜部１５にはＮｉＡｕ、貼り合せ層１７，３３にはＡｕをそれぞれ用いた。
上記サファイア基板としては、ｃ面サファイア基板を用い、ｃ面サファイア基板上に設けたフォトレジストに対してパターニング（幅：２μｍ、周期：４μｍ、ストライプ方位：ストライプ延伸方向がサファイア基板の＜１１−２０＞方向）を行った後、ＲＩＥ(Reactive Ion Etching)装置で４μｍの深さまで断面方形型のエッチングを行い、ｃ面サファイア基板面にストライプ状の凹凸部を形成した。
次いで、上記フォトレジストを除去した後、ＭＯＶＰＥ装置にサファイア基板を装着し、水素雰囲気下で１１００℃まで昇温し、サーマルエッチングを行った。その後、サファイア基板温度を５００℃まで下げ、Ｇａ原料としてトリメチルガリウム（以下ＴＭＧ）を、Ｎ原料としてアンモニアを流し、ＧａＮ低温バッファ層を成長した。続いて、基板温度を昇温しＧａ原料、Ｎ原料としてＴＭＧ、アンモニアを、ｎ型ドーパントとしてシラン（ＳｉＨ４）を流しｎ型ＧａＮ電流分散層を成長した。
また、各部のサイズに関しては、発光ダイオード１００のサイズは１ｍｍ角、半導体発光素子１０のサイズは３００μｍ角、金属反射層９の面積は、２６０μｍ×１３０μｍとした（金属反射層９はｐ側電極部２１側にのみ形成した）。また、ｐ側コンタクト部１４は直径５μｍの柱状電極を合計５０個を配置し、ｎ側コンタクト部１５は断面積２６０μｍ×２０μｍとした。
【００４１】
実施例１の窒化物系ＬＥＤをステム上に実装し、発光及び電気特性を測定した。電流４０ｍＡを流したときの電圧は３４.２Ｖと、通常の青色ＬＥＤに比べ高い値であるが、こ
れは半導体発光素子１０が９個直列に接続されているためである。この時の明るさは、波長４６０ｎｍで２４ルーメン（ｌｍ）であった。この値は、発光効率で１７.５ｌｍ／Ｗ
となり、青色ＬＥＤとしては非常に高い値であった。青色ＬＥＤでこのような高い値が得られたのは、従来のフリップチップ構造のＬＥＤ（図１０参照）と同様に、表面（光取出し面）に電極（遮蔽物）がないフリップタイプのチップ構造であることにより、光取出し効率が高いことによる。しかし、従来のフリップチップ構造のＬＥＤでは、これほどの高い発光効率が出ていないのは、フリップチッブ実装時のバンブ接続により、活性層への欠陥が発生するためと考えられる。本実施例では、配線層とｐ側電極部及びｎ側電極部とを金属面接合によって接合しているため、活性層への均一化された応力でウエハ接続（貼り合わせ）が行われ、高い内部量子効率を達成できた。また貼り合わせにより広い面での面接合となるため、放熱特性が良好であり、通電時の活性層の温度上昇を抑えることができた。
【００４２】
従来、より高輝度のＬＥＤを得るためには、ＬＥＤへの入力電力を大きくせざるを得なかった。従来のＬＥＤチップでは、このサイズになると、電流として３６０ｍＡ（４０ｍＡ×９（個））の電流を流した。これだけの電流を流すためには、実装配線も細い配線では難しく、太い配線にせざるを得ない。また、この電流を制御するトランジスターもパワートランジスターとなるため、素子が大きく高価になる。一方、本実施例の構造のＬＥＤを駆動するために用いたトランジスターは、耐電圧は高いが小電流対応のトランジスターで十分であった。このため、９個の半導体発光素子１０を１回の実装で容易に行うことができるだけでなく、ＬＥＤ周辺の回路も小型で安価にできる。特にスイッチング駆動の時はその効果を最大限に発揮できることになる。
【００４３】
また、実施例１のＬＥＤでは、透明導電層によって電流分散を行っているので、ドット状のｐ側コンタクト部の数を低減できると共に、ｐ側コンタクト部の配置位置を各ＬＥＤ素子の端部側に形成できる（配置関係の一例として、透明絶縁膜の形成面において、ｐ側
コンタクト部、金属反射層、ｎ側コンタクト部がこの順序で並ぶようにする）。これにより、金属反射層の面積を広く取ることができ、光反射量、光取出し効率の向上を図ることができる。
【００４４】
（比較例１）
比較例１として、実施例１の透明導電層を省略した構造のＬＥＤを作製したが、電流分散が良好でなく発光ムラがみられた。発光ムラをなくすためには、ｐ側コンタクト部の数を増やすことが考えられるが、ｐ側コンタクト部の数を増やすと、金属反射層の面積が狭くなり、その結果、光取出し効率が低下することが確認された。
【００４５】
（実施例２）
実施例２のＬＥＤでは、上記実施例１において、凹凸のテクスチャを有さないサファイア基板を用いた以外は、実施例１と同様にしてＬＥＤを作製した。実施例２のＬＥＤに対しても実施例１と同様に発光特性を測定した。実施例２のＬＥＤでも実施例１と同様に発光ムラはなかったが、明るさは、波長４６０ｎｍで１５ルーメン（ｌｍ）であった。この値は、発光効率で１０.９ｌｍ／Ｗとなり、実施例１に対して６０％程度の発光効率であ
った。実施例２では、ＧａＮ層とサファイア基板との屈折率差の影響によって、半導体発光層からの光の一部がサファイア基板へと透過せずにサファイア基板で反射されることが原因であると考えられる。したがって、サファイア基板の表面に凹凸のテクスチャ構造を備えていることが、好ましい。
【００４６】
（比較例２）
比較例２として、実施例２において、貼り合わせ工程の後に、サファイア基板を除去し、ＧａＮバッファ層２に粗面化を施したＬＥＤを作製した。比較例２のＬＥＤでは、実施例１と同等の発光出力を得ることができたが、サファイア基板の除去、ＧａＮバッファ層２の粗面化の工程を必要とするため、生産性の観点から、実施例１の方が好ましい。
【００４７】
（他の実施例）
透明基板にサファイア基板を用いる場合には、サファイア基板上に１〜２０ｎｍのＡｌＮ膜を形成してもよい。ＡｌＮ膜の膜厚は、好ましくは２〜１０ｎｍとする。
また、サファイア基板の表面に表面改質膜を形成してもよい。例えば、窒素ガス雰囲気下において、プラズマ処理を行い、サファイア基板表面に窒化処理を施すことで、サファイア基板の表面に表面改質膜として窒化膜を形成する。窒化処理は、具体的には、サファイア基板を室温から３００℃まで昇温し、その後窒素ガス又は窒素を含むガス雰囲気下でプラズマ処理を行った後、室温まで降温する。一例として、ＥＣＲプラズマ装置内に窒素ガスを３０ｓｃｃｍで導入し、７ｍＴｏｒｒ程度の真空度とし、この状態でマイクロ波を照射（パワー１００Ｗ）してプラズマを生成して、サファイア基板上に窒化膜を形成する。プラズマ処理温度とパワーを変更することで、窒化膜の厚さの制御が可能となる。窒化膜は厚さ１ｎｍ〜１０ｎｍの範囲で形成する。好ましくは、窒化膜の厚さは２〜６ｎｍの範囲とする。窒化膜が厚すぎると、窒化膜の結晶性が悪くなり、窒化膜上に形成される窒化物半導体層の転位密度が大きくなる。なお、窒化膜を形成したサファイア基板を成長温度まで昇温する場合は、窒化膜がエッチングされるのを防止するために、アンモニア雰囲気下で行うようにする。
【符号の説明】
【００４８】
１  透明基板（サファイア基板）
１ａ  光取出し面
１ｂ  凹凸部
２  ＧａＮバッファ層
３  第２半導体層（ｎ型クラッド層）
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
８  透明導電層
９  金属反射層
１０  半導体発光素子
１１  透明絶縁膜
１４  第１コンタクト部（ｐ側コンタクト部）
１５  第２コンタクト部（ｎ側コンタクト部）
１７  貼り合せ層（接合用金属層）
１８  離間領域（電極分離用溝）
１９  離間領域（素子分離用溝）
２１  第１電極部（ｐ側電極部）
２２  第２電極部（ｎ側電極部）
３０  支持基台（支持基板）
３１  配線層
３３  貼り合せ層（接合用金属層）
３５  基台コンタクト部
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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