JP5957358B2 - 発光ダイオード、発光ダイオードランプ及び照明装置 - Google Patents
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Description
本発明は、発光ダイオード、発光ダイオードランプ及び照明装置に関するものであり、特に高輝度発光に適した発光ダイオード、発光ダイオードランプ及び照明装置に関する。
従来、赤色、赤外の光を発する高輝度の発光ダイオード(英略称:LED)としては例えば、砒化アルミニウム・ガリウム(組成式AlXGa1−XAs;0≦X≦1)からなる発光層や砒化インジウム・ガリウム(組成式InXGa1−XAs;0≦X≦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。一方、赤色、橙色、黄色或いは黄緑色の可視光を発する高輝度の発光ダイオードとしては例えば、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。これら化合物半導体発光ダイオードの基板として、一般に、発光層から出射される発光に対し光学的に不透明であり、また機械的にもそれ程強度のない砒化ガリウム(GaAs)等の基板材料が用いられてきた。
このため、最近では、より高輝度のLEDを得るために、また、更なる素子の機械的強度、放熱性の向上を目的として、発光光に対して不透明な基板材料を除去して、しかる後、発光光を透過または反射し、尚且つ機械強度、放熱性に優れる材料からなる支持基板を改めて接合させて、接合型LEDを構成する技術が開示されている(例えば、特許文献1〜7参照)。
高輝度発光ダイオードにおいて、表面電極に大電流を供給可能とするためには、表面電極は十分な大きさのボンディングパッドを有することが望ましいが、かかるボンディングパッドは発光部で発光した光を吸収して、光取り出し効率を低下させてしまうという問題がある。表面電極のパッド部での光の吸収の問題は高輝度発光ダイオードにおいては特に顕著になる。
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、表面電極における光吸収が低減されると共に、化合物半導体層を挟むオーミック電極の配置関係を改良することにより高発光出力を維持したまま、低順方向電圧を達成された発光ダイオード、発光ダイオードランプ及び照明装置を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、発光した光の吸収要因を排除する観点から、成長用基板を除去して光吸収のより少ない支持基板に貼り付ける構成を採用すると共に、表面電極の(ボンディング)パッド部での光の吸収を低減するために表面電極のパッド部の直下では発光が生じない構成を採用した。また、発光層を含む化合物半導体層の半導体基板側に配置する離散して配置する複数のオーミックコンタクト電極のうち、所定の割合のオーミックコンタクト電極が平面視して表面電極のパッド部に連結する線状部に重なる位置に配置する構成が高発光出力を維持したまま、低順方向電圧を達成することを見出し、本発明を完成した。従来、発光層を含む化合物半導体層の半導体基板側に配置する離散して配置する複数のオーミックコンタクト電極を、平面視して表面電極のパッド部に連結する線状部に重ならない位置に配置する構成とする方が、素子全体に電流が拡がり、好ましいと考えられていた。
すなわち、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。
(1)半導体基板上に、接合層と、金属反射膜を含む反射構造部と、発光層と該発光層を挟む第1のクラッド層及び第2のクラッド層とを含む化合物半導体層とを順に備え、前記金属反射膜と前記化合物半導体層との間には、複数のドット状のオーミックコンタクト電極が設けられ、前記化合物半導体層の前記半導体基板の反対側には順に、オーミック電極と、パッド部及び該パッド部に連結する複数の線状部からなる表面電極とが設けられており、前記オーミック電極の表面は前記線状部により覆われており、前記オーミックコンタクト電極及び前記オーミック電極は平面視して、前記パッド部に重ならない位置に形成され前記複数のオーミックコンタクト電極のうち、平面視して、5%以上40%以下のオーミックコンタクト電極が前記線状部に重なる位置に配置することを特徴とする発光ダイオード。
(2)前記パッド部は平面視して円形状であることを特徴とする請求項1に記載の発光ダイオード。
(3)前記線状部は前記パッド部の中心を通る直線上に直径を挟んで周端からその直線方向に延在する2本の第1の直線部と、該第1の直線部に対して直交する方向に延在する複数の第2の直線部とからなることを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載の発光ダイオード。
(4)前記線状部は、円形状の前記パッド部の周端に接して延在する2本の第2の直線部からなることを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載の発光ダイオード。
(5)前記反射構造部が、透明誘電体膜と金属膜とからなることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
(6)前記透明誘電体膜の厚さが、発光ダイオードが発光する波長の透明誘電体膜中での波長の3/4倍または5/4倍であることを特徴とする請求項5に記載の発光ダイオード。
(7)前記透明誘電体膜がSiO2であることを特徴とする請求項5又は6のいずれかに記載の発光ダイオード。
(8)前記パッド部が複数の円形状パッドからなることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
(9)前記半導体基板がGe、Si、GaP、GaAsのいずれかからなることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
(10)前記接合層がAu層、AuGe層、AuSn層、AuSi層、AuIn層のいずれかの組み合わせを含むことを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
(11)前記発光層が、AlGaAs、InGaAs、GaInP、又は、AlGaInPのいずれかからなることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
(12)請求項1〜11のいずれか一項に記載の発光ダイオードを備えることを特徴とする発光ダイオードランプ。
(13)請求項1〜11のいずれか一項に記載の発光ダイオードを複数個搭載した照明装置。
(1)半導体基板上に、接合層と、金属反射膜を含む反射構造部と、発光層と該発光層を挟む第1のクラッド層及び第2のクラッド層とを含む化合物半導体層とを順に備え、前記金属反射膜と前記化合物半導体層との間には、複数のドット状のオーミックコンタクト電極が設けられ、前記化合物半導体層の前記半導体基板の反対側には順に、オーミック電極と、パッド部及び該パッド部に連結する複数の線状部からなる表面電極とが設けられており、前記オーミック電極の表面は前記線状部により覆われており、前記オーミックコンタクト電極及び前記オーミック電極は平面視して、前記パッド部に重ならない位置に形成され前記複数のオーミックコンタクト電極のうち、平面視して、5%以上40%以下のオーミックコンタクト電極が前記線状部に重なる位置に配置することを特徴とする発光ダイオード。
(2)前記パッド部は平面視して円形状であることを特徴とする請求項1に記載の発光ダイオード。
(3)前記線状部は前記パッド部の中心を通る直線上に直径を挟んで周端からその直線方向に延在する2本の第1の直線部と、該第1の直線部に対して直交する方向に延在する複数の第2の直線部とからなることを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載の発光ダイオード。
(4)前記線状部は、円形状の前記パッド部の周端に接して延在する2本の第2の直線部からなることを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載の発光ダイオード。
(5)前記反射構造部が、透明誘電体膜と金属膜とからなることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
(6)前記透明誘電体膜の厚さが、発光ダイオードが発光する波長の透明誘電体膜中での波長の3/4倍または5/4倍であることを特徴とする請求項5に記載の発光ダイオード。
(7)前記透明誘電体膜がSiO2であることを特徴とする請求項5又は6のいずれかに記載の発光ダイオード。
(8)前記パッド部が複数の円形状パッドからなることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
(9)前記半導体基板がGe、Si、GaP、GaAsのいずれかからなることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
(10)前記接合層がAu層、AuGe層、AuSn層、AuSi層、AuIn層のいずれかの組み合わせを含むことを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
(11)前記発光層が、AlGaAs、InGaAs、GaInP、又は、AlGaInPのいずれかからなることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
(12)請求項1〜11のいずれか一項に記載の発光ダイオードを備えることを特徴とする発光ダイオードランプ。
(13)請求項1〜11のいずれか一項に記載の発光ダイオードを複数個搭載した照明装置。
本発明の発光ダイオードによれば、表面電極における光吸収が低減されると共に、高発光出力を維持したまま、低順方向電圧を達成することができる。
以下、本発明を適用した実施形態の発光ダイオード、発光ダイオードランプ及び照明装置について、図を用いてその構成を説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
〔発光ダイオード(第1の実施形態)〕
図1は、本発明を適用した一実施形態の発光ダイオードの一例を示す断面模式図である。
本実施形態の発光ダイオード100は、半導体基板1上に、接合層2と、金属反射膜4を含む反射構造部9と、発光層と該発光層を挟む第1のクラッド層及び第2のクラッド層とを含む化合物半導体層20とを順に備え、前記金属反射膜4と前記化合物半導体層20との間には、複数のドット状のオーミックコンタクト電極7が設けられ、前記化合物半導体層の前記半導体基板の反対側には順に、オーミック電極11と、パッド部12a及び該パッド部に連結する複数の線状部12bからなる表面電極12とが設けられており、前記オーミック電極11の表面は前記線状部12bにより覆われており、前記オーミックコンタクト電極7及び前記オーミック電極11は平面視して、前記パッド部12aに重ならない位置に形成され、前記複数のオーミックコンタクト電極7のうち、平面視して、5%以上40%以下のオーミックコンタクト電極が前記線状部に重なる位置に配置することを特徴とする。
図1は、本発明を適用した一実施形態の発光ダイオードの一例を示す断面模式図である。
本実施形態の発光ダイオード100は、半導体基板1上に、接合層2と、金属反射膜4を含む反射構造部9と、発光層と該発光層を挟む第1のクラッド層及び第2のクラッド層とを含む化合物半導体層20とを順に備え、前記金属反射膜4と前記化合物半導体層20との間には、複数のドット状のオーミックコンタクト電極7が設けられ、前記化合物半導体層の前記半導体基板の反対側には順に、オーミック電極11と、パッド部12a及び該パッド部に連結する複数の線状部12bからなる表面電極12とが設けられており、前記オーミック電極11の表面は前記線状部12bにより覆われており、前記オーミックコンタクト電極7及び前記オーミック電極11は平面視して、前記パッド部12aに重ならない位置に形成され、前記複数のオーミックコンタクト電極7のうち、平面視して、5%以上40%以下のオーミックコンタクト電極が前記線状部に重なる位置に配置することを特徴とする。
図1で示す例では、オーミックコンタクト電極7は複数のドット状の導電性部材からなり、その導電性部材間には透明誘電体膜8が充填されている。また、化合物半導体層20の透明誘電体膜8側には下部電流拡散層5が設けられ、表面電極側には上部電流拡散層6が設けられている。また、金属反射膜4と接合層2との間には拡散防止層3が設けられている。
<化合物半導体層>
化合物半導体層20は、複数のエピタキシャル成長させた層を積層してなる、発光層24を含む化合物半導体の積層構造体である。
化合物半導体層20としては、例えば、発光効率が高く、基板接合技術が確立されているAlGaInP層またはAlGaInAs層などを利用できる。AlGaInP層は、一般式(AlXGa1−X)YIn1−YP(0≦X≦1,0<Y≦1)で表される材料からなる層である。この組成は、発光ダイオードの発光波長に応じて、決定される。赤および赤外発光の発光ダイオードを作製する際に用いられるAlGaInAs層の場合も同様に、構成材料の組成は発光ダイオードの発光波長に応じて決定される。
化合物半導体層20は、n型またはp型の何れか一の伝導型の化合物半導体であり、内部でpn接合が形成される。AlGaInAsにはAlGaAs、GaAs等も含まれる。
なお、化合物半導体層20の表面の極性はp型、n型のどちらでもよい。
化合物半導体層20は、複数のエピタキシャル成長させた層を積層してなる、発光層24を含む化合物半導体の積層構造体である。
化合物半導体層20としては、例えば、発光効率が高く、基板接合技術が確立されているAlGaInP層またはAlGaInAs層などを利用できる。AlGaInP層は、一般式(AlXGa1−X)YIn1−YP(0≦X≦1,0<Y≦1)で表される材料からなる層である。この組成は、発光ダイオードの発光波長に応じて、決定される。赤および赤外発光の発光ダイオードを作製する際に用いられるAlGaInAs層の場合も同様に、構成材料の組成は発光ダイオードの発光波長に応じて決定される。
化合物半導体層20は、n型またはp型の何れか一の伝導型の化合物半導体であり、内部でpn接合が形成される。AlGaInAsにはAlGaAs、GaAs等も含まれる。
なお、化合物半導体層20の表面の極性はp型、n型のどちらでもよい。
図1に示す例では、化合物半導体層20は、例えば、コンタクト層22cと、上部電流拡散層6と、クラッド層23aと、発光層24と、クラッド層23bと、下部電流拡散層5とからなる。上部電流拡散層6は、光取出しのために表面を粗面化させてもよい。また表面粗面化層を含む2層以上の構造としてもよい。
コンタクト層22cは、オーミック(Ohmic)電極の接触抵抗を下げるための層であり、例えば、Siドープしたn型のGaAsからなり、キャリア濃度を2×1018cm−3とし、層厚を0.05μmとする。
上部電流拡散層6は例えば、Siドープのn型の(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5Pからなり、キャリア濃度を3×1018cm−3とし、層厚を5.0μmとする。
クラッド層23aは例えば、Siをドープしたn型のAl0.45Ga0.55Asからなり、キャリア濃度を2×1018cm−3とし、層厚を0.5μmとする。
発光層24としては例えば、AlGaAs、InGaAs、GaInP、又は、AlGaInPのいずれかからなるものを用いることができる。
具体的には、例えば、井戸層としてアンドープのInGaAs層を5層、バリア層として(Al0.15Ga0.85)As層を4層の積層構造からなり、それぞれの層厚を0.007μmとする。発光層24とクラッド層23aとの間にガイド層を備えてもよい。ガイド層は例えば、(Al0.25Ga0.75)Asからなり、層厚を0.05μmとする。
発光層24は、ダブルへテロ構造(Double Hetero:DH)、単一量子井戸構造(Single Quantum Well:SQW)または多重量子井戸構造(Multi Quantum Well:MQW)などの構造を有するものとすることができる。ここで、ダブルへテロ構造は、放射再結合を担うキャリアを閉じ込められる構造である。また、量子井戸構造は、井戸層と井戸層を挟む2つの障壁層とを有する構造であって、SQWは井戸層が1つのものであり、MQWは井戸層が2以上のものである。化合物半導体層20の形成方法としては、MOCVD法などを用いることができる。
発光層24から単色性に優れる発光を得るためには、発光層24としてMQW構造を用いることが好ましい。
具体的には、例えば、井戸層としてアンドープのInGaAs層を5層、バリア層として(Al0.15Ga0.85)As層を4層の積層構造からなり、それぞれの層厚を0.007μmとする。発光層24とクラッド層23aとの間にガイド層を備えてもよい。ガイド層は例えば、(Al0.25Ga0.75)Asからなり、層厚を0.05μmとする。
発光層24は、ダブルへテロ構造(Double Hetero:DH)、単一量子井戸構造(Single Quantum Well:SQW)または多重量子井戸構造(Multi Quantum Well:MQW)などの構造を有するものとすることができる。ここで、ダブルへテロ構造は、放射再結合を担うキャリアを閉じ込められる構造である。また、量子井戸構造は、井戸層と井戸層を挟む2つの障壁層とを有する構造であって、SQWは井戸層が1つのものであり、MQWは井戸層が2以上のものである。化合物半導体層20の形成方法としては、MOCVD法などを用いることができる。
発光層24から単色性に優れる発光を得るためには、発光層24としてMQW構造を用いることが好ましい。
クラッド層23bは、クラッド層23bとしては例えば、Mgをドープしたnp型のAl0.45Ga0.55Asからなり、キャリア濃度を4×1017cm−3とし、層厚を0.5μmとする。発光層24とクラッド層23bとの間にガイド層を備えてもよい。ガイド層は例えば、(Al0.25Ga0.75)Asからなり、層厚を0.3μmとする。
下部電流拡散層5は例えば、Mgドープのp型のGaPからなり、5×1018cm−3とし、層厚を2μmとすることができる。
また、下部電流拡散層5として積層構造としてもよく、例えば、Mgドープの(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5Pからなり、4×1017cm−3とし、層厚0.05μmとする層と、MgドープのGa0.7In0.3Pからなり、4×1017cm−3とし、層厚を0.02μmとする層と、MgドープのGaPからなり、5×1018cm−3とし、層厚を3.5μmとする層との積層構造のものを用いることができる。
また、下部電流拡散層5として積層構造としてもよく、例えば、Mgドープの(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5Pからなり、4×1017cm−3とし、層厚0.05μmとする層と、MgドープのGa0.7In0.3Pからなり、4×1017cm−3とし、層厚を0.02μmとする層と、MgドープのGaPからなり、5×1018cm−3とし、層厚を3.5μmとする層との積層構造のものを用いることができる。
化合物半導体層20の構成は、上記に記載した構造に限られるものではなく、例えば、素子駆動電流の通流する領域を制限するための電流阻止層または電流狭窄層などを有していてもよい。
(電極構造)
図2(a)は、本実施形態の表面電極の一例を示す平面摸式図である。図2(b)は、本実施形態のオーミック電極の一例を示す平面摸式図である。図2(c)は、本実施形態のオーミックコンタクト電極の一例を示す平面摸式図である。図2(d)は、表面電極、オーミック電極、オーミックコンタクト電極を重ねて描いた平面摸式図である。
図2(a)は、本実施形態の表面電極の一例を示す平面摸式図である。図2(b)は、本実施形態のオーミック電極の一例を示す平面摸式図である。図2(c)は、本実施形態のオーミックコンタクト電極の一例を示す平面摸式図である。図2(d)は、表面電極、オーミック電極、オーミックコンタクト電極を重ねて描いた平面摸式図である。
<表面電極>
図2(a)に示すように、表面電極12は、パッド部12aとパッド部12に連結する線状部12bとからなる。
本実施形態では、パッド部12aは平面視して円形状であるが、円形状以外の他の形状でもよい。
図2(a)に示すように、表面電極12は、パッド部12aとパッド部12に連結する線状部12bとからなる。
本実施形態では、パッド部12aは平面視して円形状であるが、円形状以外の他の形状でもよい。
線状部12bは、円形状のパッド部12aの中心を通る直線上において直径を挟んだ周端(周端部)12aaa、12aabから互いに逆方向に延在する2本の第1の直線部12baa、12babと、第1の直線部12baa、12babに対して直交する方向に延在する4本の第2の直線部12bba、12bbb、12bca、12bcbとからなる。
第2の直線部12bba、12bbbはそれぞれ、第1の直線部12baa、12babの周端部12aaa、12aabとは反対側の端部に接続し、パッド部12aから離間して配置する。他方、第2の直線部12bca、12bcbはそれぞれ、2つの周端部12aaa、12aabの間の一方の円弧側と他方の円弧側のそれぞれ2個の周端部12aba、12abbから延在する。周端部12abaから延在する第2の直線部12bcaと、周端部12abbから延在する第2の直線部12bcbとはそれぞれ一直線上に、第2の直線部12bba、12bbbの延在方向に平行な方向に延在する。
本実施形態の線状部12bは、2本の第1の直線部と、4本の第2の直線部とからなる構成であるが、この本数には限らない。
パッド部12aのサイズは、円形状の場合、直径を例えば、50〜150μm程度とする。
また、線状部12bの幅はオーミック電極11の線状部位を覆うためにその幅より幅広となるように、例えば、2〜20μm程度とする。第1の直線部及び第2の直線部のすべてについて同じ幅にする必要はないが、均一な光取り出しの観点から、対称な位置に配置する直線部の幅は同じであるのが好ましい。
また、線状部12bの幅はオーミック電極11の線状部位を覆うためにその幅より幅広となるように、例えば、2〜20μm程度とする。第1の直線部及び第2の直線部のすべてについて同じ幅にする必要はないが、均一な光取り出しの観点から、対称な位置に配置する直線部の幅は同じであるのが好ましい。
表面電極の材料としては、Au/Ti/Au、(Au/Pt/Au、Au/Cr/Au、Au/Ta/Au、Au/W/Au、Au/Mo/Au)などを用いることができる。
<オーミック電極>
図2(b)に示すように、オーミック電極11は4本の線状部位11ba、11bb、11ca、11cbからなる。
本実施形態のオーミック電極11は4本の線状部位からなる構成であるが、この本数には限らない。オーミック電極11は表面電極の線状部12b下に不連続に配列されている形状、たとえばドット形状電極の配列としてもよい。
図2(b)に示すように、オーミック電極11は4本の線状部位11ba、11bb、11ca、11cbからなる。
本実施形態のオーミック電極11は4本の線状部位からなる構成であるが、この本数には限らない。オーミック電極11は表面電極の線状部12b下に不連続に配列されている形状、たとえばドット形状電極の配列としてもよい。
また、オーミック電極11のそれぞれの線状部位は、平面視して表面電極12のパッド部12aに重ならない位置であって、表面電極12の線状部12bの4本の第2の直線部12bba、12bbb、12bca、12bcbのそれぞれに覆われる位置に配置する。
すなわち、長い2本の線状部位11ba、11bbはそれぞれ、第2の直線部12bba、12bbbのそれぞれの直下に配置しており、短い2本の線状部位11ca、11cbはそれぞれ、第2の直線部12bca、12bcbのそれぞれの直下に配置する。
すなわち、長い2本の線状部位11ba、11bbはそれぞれ、第2の直線部12bba、12bbbのそれぞれの直下に配置しており、短い2本の線状部位11ca、11cbはそれぞれ、第2の直線部12bca、12bcbのそれぞれの直下に配置する。
このように、オーミック電極11が平面視して、表面電極12のパッド部12aに重ならない位置に配置するのは、オーミック電極11がパッド部12aに重なる位置に配置するとパッド部の直下で発光した光がパッド部で吸収される割合が高くなって、光取り出し効率が低下してしまうからであり、それを回避するためである。表面電極12の材料は化合物半導体層と直接接触した場合にオーミック接合を形成しにくくショットキー接合を形成しやすい材料であるため、オーミック電極を介さずに接触しているパッド部12aの抵抗はオーミック電極11の部分の抵抗に比べ大きい。それにより、電流はパッド部12aの下部には実質的に流れないで、オーミック電極11に流れる。
オーミック電極11を構成する線状部位の幅は、表面電極12の線状部で覆われるようにその幅より幅狭となるよう、例えば、1〜10μm程度とする。幅はすべての線状部位について同じにする必要はないが、均一な光取り出しの観点から、対称な位置に配置する線状部位の幅は同じであるのが好ましい。
オーミック電極の材料としては、例えば、AuGeNi、AuGe、AuNiSi、AuSiなどを用いることができる。
<オーミックコンタクト電極>
図2(c)に示すように、オーミックコンタクト電極7は平面視してドット状の複数の導電性部材からなり、後述する透明誘電体膜内に埋め込まれている。
図2(c)に示すように、オーミックコンタクト電極7は平面視してドット状の複数の導電性部材からなり、後述する透明誘電体膜内に埋め込まれている。
オーミックコンタクト電極7を構成するドット状の導電性部材(すなわち、離散して配置する導電性部材)は、平面視して、5%以上40%以下のオーミックコンタクト電極が表面電極12の線状部12bに重なる位置に配置し、残りは表面電極の12の線状部12bに重ならない位置に配置する。
オーミックコンタクト電極7の形状は特に制限はなく、円柱状、楕円柱状、ドーナツ状、線状等でもよい。
オーミックコンタクト電極7の形状は特に制限はなく、円柱状、楕円柱状、ドーナツ状、線状等でもよい。
図2に示す例では、複数のオーミックコンタクト電極7は、表面電極の12の第1の直線部12baa、12babに平行に並ぶオーミックコンタクト電極7の複数の列が、第2の直線部12bba、12bbb、12bca、12bcbに平行な方向に並んでおり、オーミックコンタクト電極7の複数の列は交互に半周期ずれている。
より具体的には、各列におけるオーミックコンタクト電極7の個数は紙面の上から下へ順に、7個(第1列)、6個(第2列)、4個(第3列)、2個(第4列)、4個(第5列)、6個(第6列)、7個(第7列)となっており、第1列及び第7列は交互に3個が平面視して、線状部に重なる位置に配置しており、第3列及び第5列は2個が平面視して、線状部に重なる位置に配置しており、第2列、第6列及び第4列は線状部と重なるオーミックコンタクト電極はない。平面視して線状部に重なる位置に配置するオーミックコンタクト電極は、表面電極の12のパッド部12aを囲むように配置する構成となっている。
図2に示す例では、合計で36個のオーミックコンタクト電極7のうち、10個が平面視して線状部に重なる位置に配置するので、約28%のオーミックコンタクト電極が平面視して線状部に重なる位置に配置することになる。
より具体的には、各列におけるオーミックコンタクト電極7の個数は紙面の上から下へ順に、7個(第1列)、6個(第2列)、4個(第3列)、2個(第4列)、4個(第5列)、6個(第6列)、7個(第7列)となっており、第1列及び第7列は交互に3個が平面視して、線状部に重なる位置に配置しており、第3列及び第5列は2個が平面視して、線状部に重なる位置に配置しており、第2列、第6列及び第4列は線状部と重なるオーミックコンタクト電極はない。平面視して線状部に重なる位置に配置するオーミックコンタクト電極は、表面電極の12のパッド部12aを囲むように配置する構成となっている。
図2に示す例では、合計で36個のオーミックコンタクト電極7のうち、10個が平面視して線状部に重なる位置に配置するので、約28%のオーミックコンタクト電極が平面視して線状部に重なる位置に配置することになる。
オーミックコンタクト電極7を構成するドット状の導電性部材は例えば、直径を5〜20μm程度とする円柱状部材とする。
また、直線状に並ぶドット状の導電性部材の群において、隣接する導電性部材間の距離は例えば、5〜40μm程度とする。
また、直線状に並ぶドット状の導電性部材の群において、隣接する導電性部材間の距離は例えば、5〜40μm程度とする。
オーミックコンタクト電極7が平面視して、表面電極12のパッド部12aに重ならない位置に配置するのは、オーミックコンタクト電極7がパッド部12aに重なる位置に配置するとパッド部の直下で発光した光がパッド部で吸収される割合が高くなってしまい、光取り出し効率が低下してしまうからであり、それを回避するためである。
オーミックコンタクト電極の材料としては、例えば、AuBe、AuZnなどを用いることができる。
〔発光ダイオード(他の実施形態)〕
図3〜図7は、本発明の他の実施形態の電極配置構造を示すものであって、第1の実施形態の図2(d)に相当する図である。
図3〜図7は、本発明の他の実施形態の電極配置構造を示すものであって、第1の実施形態の図2(d)に相当する図である。
図3に示す実施形態では、第1の実施形態の、表面電極の第2の直線部に相当する線状部を8本備えている。すなわち、長い第2の直線部が4本、短い第2の直線部が6本備えている。
図3に示す実施形態でも第1の実施形態と同様に、複数のオーミックコンタクト電極は、第1の実施形態の表面電極の第1の直線部に相当する線状部に平行に並ぶオーミックコンタクト電極の複数の列が、第2の直線部に相当する線状部に平行な方向に並んでおり、オーミックコンタクト電極の複数の列は交互に半周期ずれている。
より具体的には、各列におけるオーミックコンタクト電極の個数は紙面の上から下へ順に、11個(第1列)、10個(第2列)、8個(第3列)、4個(第4列)、8個(第5列)、10個(第6列)、11個(第7列)となっており、第1列及び第7列は交互に5個が平面視して、線状部に重なる位置に配置しており、第3列及び第5列は4個が平面視して、線状部に重なる位置に配置しており、第5列は1個が平面視して、線状部に重なる位置に配置しており、第2列及び第6列は線状部と重なるオーミックコンタクト電極はない。
図3に示す例では、合計で62個のオーミックコンタクト電極のうち、19個が平面視して線状部に重なる位置に配置するので、約31%のオーミックコンタクト電極が平面視して線状部に重なる位置に配置することになる。
図3に示す実施形態でも第1の実施形態と同様に、複数のオーミックコンタクト電極は、第1の実施形態の表面電極の第1の直線部に相当する線状部に平行に並ぶオーミックコンタクト電極の複数の列が、第2の直線部に相当する線状部に平行な方向に並んでおり、オーミックコンタクト電極の複数の列は交互に半周期ずれている。
より具体的には、各列におけるオーミックコンタクト電極の個数は紙面の上から下へ順に、11個(第1列)、10個(第2列)、8個(第3列)、4個(第4列)、8個(第5列)、10個(第6列)、11個(第7列)となっており、第1列及び第7列は交互に5個が平面視して、線状部に重なる位置に配置しており、第3列及び第5列は4個が平面視して、線状部に重なる位置に配置しており、第5列は1個が平面視して、線状部に重なる位置に配置しており、第2列及び第6列は線状部と重なるオーミックコンタクト電極はない。
図3に示す例では、合計で62個のオーミックコンタクト電極のうち、19個が平面視して線状部に重なる位置に配置するので、約31%のオーミックコンタクト電極が平面視して線状部に重なる位置に配置することになる。
図4に示す実施形態では、第1の実施形態の、表面電極の第2の直線部に相当する線状部を6本備えている。すなわち、長い第2の直線部が4本、短い第2の直線部が2本備えている。
図4に示す実施形態でも第1の実施形態と同様に、複数のオーミックコンタクト電極は、第1の実施形態の表面電極の第1の直線部に相当する線状部に平行に並ぶオーミックコンタクト電極の複数の列が、第2の直線部に相当する線状部に平行な方向に並んでおり、オーミックコンタクト電極の複数の列は交互に半周期ずれている。
より具体的には、各列におけるオーミックコンタクト電極の個数は紙面の上から下へ順に、11個(第1列)、10個(第2列)、11個(第3列)、8個(第4列)、8個(第5列)、8個(第6列)、11個(第7列)、10個(第8列)、11個(第9列)となっており、第1列、第3列、第7列及び第9列は交互に5個が平面視して、線状部に重なる位置に配置しており、第5列は6個が平面視して、線状部に重なる位置に配置しており、第2列、第4列、第6列及び第8列は線状部と重なるオーミックコンタクト電極はない。
図4に示す例では、合計で88個のオーミックコンタクト電極のうち、26個が平面視して線状部に重なる位置に配置するので、約30%のオーミックコンタクト電極が平面視して線状部に重なる位置に配置することになる。
図4に示す実施形態でも第1の実施形態と同様に、複数のオーミックコンタクト電極は、第1の実施形態の表面電極の第1の直線部に相当する線状部に平行に並ぶオーミックコンタクト電極の複数の列が、第2の直線部に相当する線状部に平行な方向に並んでおり、オーミックコンタクト電極の複数の列は交互に半周期ずれている。
より具体的には、各列におけるオーミックコンタクト電極の個数は紙面の上から下へ順に、11個(第1列)、10個(第2列)、11個(第3列)、8個(第4列)、8個(第5列)、8個(第6列)、11個(第7列)、10個(第8列)、11個(第9列)となっており、第1列、第3列、第7列及び第9列は交互に5個が平面視して、線状部に重なる位置に配置しており、第5列は6個が平面視して、線状部に重なる位置に配置しており、第2列、第4列、第6列及び第8列は線状部と重なるオーミックコンタクト電極はない。
図4に示す例では、合計で88個のオーミックコンタクト電極のうち、26個が平面視して線状部に重なる位置に配置するので、約30%のオーミックコンタクト電極が平面視して線状部に重なる位置に配置することになる。
図5に示す実施形態では、第1の実施形態の、表面電極の第2の直線部に相当する線状部を10本備えている。すなわち、長い第2の直線部が4本と、短い第2の直線部が6本備えている。
図5に示す実施形態でも第1の実施形態と同様に、複数のオーミックコンタクト電極は、第1の実施形態の表面電極の第1の直線部に相当する線状部に平行に並ぶオーミックコンタクト電極の複数の列が、第2の直線部に相当する線状部に平行な方向に並んでおり、オーミックコンタクト電極の複数の列は交互に半周期ずれている。
より具体的には、各列におけるオーミックコンタクト電極の個数は紙面の上から下へ順に、15個(第1列)、14個(第2列)、15個(第3列)、10個(第4列)、10個(第5列)、10個(第6列)、15個(第7列)、14個(第8列)、15個(第9列)となっており、第1列、第3列、第7列及び第9列は交互に7個が平面視して、線状部に重なる位置に配置しており、第5列は8個が平面視して、線状部に重なる位置に配置しており、第2列、第4列、第6列及び第8列は線状部と重なるオーミックコンタクト電極はない。
図5に示す例では、合計で118個のオーミックコンタクト電極のうち、36個が平面視して線状部に重なる位置に配置するので、約31%のオーミックコンタクト電極が平面視して線状部に重なる位置に配置することになる。
図5に示す実施形態でも第1の実施形態と同様に、複数のオーミックコンタクト電極は、第1の実施形態の表面電極の第1の直線部に相当する線状部に平行に並ぶオーミックコンタクト電極の複数の列が、第2の直線部に相当する線状部に平行な方向に並んでおり、オーミックコンタクト電極の複数の列は交互に半周期ずれている。
より具体的には、各列におけるオーミックコンタクト電極の個数は紙面の上から下へ順に、15個(第1列)、14個(第2列)、15個(第3列)、10個(第4列)、10個(第5列)、10個(第6列)、15個(第7列)、14個(第8列)、15個(第9列)となっており、第1列、第3列、第7列及び第9列は交互に7個が平面視して、線状部に重なる位置に配置しており、第5列は8個が平面視して、線状部に重なる位置に配置しており、第2列、第4列、第6列及び第8列は線状部と重なるオーミックコンタクト電極はない。
図5に示す例では、合計で118個のオーミックコンタクト電極のうち、36個が平面視して線状部に重なる位置に配置するので、約31%のオーミックコンタクト電極が平面視して線状部に重なる位置に配置することになる。
図6に示す実施形態は、表面電極のパッド部を2個備え、第1の実施形態の、表面電極の第1の直線部に相当する線状部をその2個のパッド部に共通する1本を含めて3本備えている。また、第1の実施形態の、表面電極の第2の直線部に相当する線状部を12本備えている。すなわち、長い第2の直線部が8本、短い第2の直線部が4本備えている。図6に示す実施形態は、パッド部が複数の円形状パッドからなるものの一例であり、パッド部は3個以上でもよい。
図6に示す実施形態でも第1の実施形態と同様に、複数のオーミックコンタクト電極は、第1の実施形態の表面電極の第1の直線部に相当する線状部に平行に並ぶオーミックコンタクト電極の複数の列が、第2の直線部に相当する線状部に平行な方向に並んでおり、オーミックコンタクト電極の複数の列は交互に半周期ずれている。
より具体的には、各列におけるオーミックコンタクト電極の個数は紙面の上から下へ順に、21個(第1列)、20個(第2列)、21個(第3列)、20個(第4列)、21個(第5列)、20個(第6列)、21個(第7列)、16個(第8列)、15個(第9列)、16個(第10列)、21個(第11列)、20個(第12列)、21個(第13列)、20個(第14列)、21個(第15列)、20個(第16列)、21個(第17列)となっており、第3列、第5列、第7列、第11列、第13列及び第15列は交互に10個が平面視して、線状部に重なる位置に配置しており、第9列は13個が平面視して、線状部に重なる位置に配置しており、第1列、第2列、第4列、第6列、第8列、第10列、第12列、第14列及び第16列は線状部と重なるオーミックコンタクト電極はない。
図4に示す例では、合計で335個のオーミックコンタクト電極のうち、73個が平面視して線状部に重なる位置に配置するので、約22%のオーミックコンタクト電極が平面視して線状部に重なる位置に配置することになる。
図6に示す実施形態でも第1の実施形態と同様に、複数のオーミックコンタクト電極は、第1の実施形態の表面電極の第1の直線部に相当する線状部に平行に並ぶオーミックコンタクト電極の複数の列が、第2の直線部に相当する線状部に平行な方向に並んでおり、オーミックコンタクト電極の複数の列は交互に半周期ずれている。
より具体的には、各列におけるオーミックコンタクト電極の個数は紙面の上から下へ順に、21個(第1列)、20個(第2列)、21個(第3列)、20個(第4列)、21個(第5列)、20個(第6列)、21個(第7列)、16個(第8列)、15個(第9列)、16個(第10列)、21個(第11列)、20個(第12列)、21個(第13列)、20個(第14列)、21個(第15列)、20個(第16列)、21個(第17列)となっており、第3列、第5列、第7列、第11列、第13列及び第15列は交互に10個が平面視して、線状部に重なる位置に配置しており、第9列は13個が平面視して、線状部に重なる位置に配置しており、第1列、第2列、第4列、第6列、第8列、第10列、第12列、第14列及び第16列は線状部と重なるオーミックコンタクト電極はない。
図4に示す例では、合計で335個のオーミックコンタクト電極のうち、73個が平面視して線状部に重なる位置に配置するので、約22%のオーミックコンタクト電極が平面視して線状部に重なる位置に配置することになる。
図7に示す実施形態は、線状部が円形状のパッド部の周端に接して延在する2本の第2の直線部からなるである。すなわち、第1の実施形態の、表面電極の第1の直線部に相当する線状部を備えないが、表面電極の第2の直線部に相当する線状部を2本備えた構成である。
図7に示す実施形態でも第1の実施形態と同様に、複数のオーミックコンタクト電極は、第1の実施形態の表面電極の第1の直線部に相当する線状部に平行に並ぶオーミックコンタクト電極の複数の列が、第2の直線部に相当する線状部に平行な方向に並んでおり、オーミックコンタクト電極の複数の列は交互に半周期ずれている。
より具体的には、各列におけるオーミックコンタクト電極の個数は紙面の上から下へ順に、5個(第1列)、4個(第2列)、4個(第3列)、2個(第4列)、4個(第5列)、4個(第6列)、5個(第7列)となっており、第1列、第3列、第5列及び第7列は交互に2個が平面視して、線状部に重なる位置に配置しており、第2列、第4列及び第6列は線状部と重なるオーミックコンタクト電極はない。
図7に示す例では、合計で28個のオーミックコンタクト電極のうち、8個が平面視して線状部に重なる位置に配置するので、約29%のオーミックコンタクト電極が平面視して線状部に重なる位置に配置することになる。
図7に示す実施形態でも第1の実施形態と同様に、複数のオーミックコンタクト電極は、第1の実施形態の表面電極の第1の直線部に相当する線状部に平行に並ぶオーミックコンタクト電極の複数の列が、第2の直線部に相当する線状部に平行な方向に並んでおり、オーミックコンタクト電極の複数の列は交互に半周期ずれている。
より具体的には、各列におけるオーミックコンタクト電極の個数は紙面の上から下へ順に、5個(第1列)、4個(第2列)、4個(第3列)、2個(第4列)、4個(第5列)、4個(第6列)、5個(第7列)となっており、第1列、第3列、第5列及び第7列は交互に2個が平面視して、線状部に重なる位置に配置しており、第2列、第4列及び第6列は線状部と重なるオーミックコンタクト電極はない。
図7に示す例では、合計で28個のオーミックコンタクト電極のうち、8個が平面視して線状部に重なる位置に配置するので、約29%のオーミックコンタクト電極が平面視して線状部に重なる位置に配置することになる。
図8(a)及び(b)に、図9に示す従来の電極配置構造を備えた発光ダイオード(typeA)と、図2に示す本発明の電極配置構造を備えた発光ダイオード(typeB)の、IF−VF特性、IF−Po特性を示す。本明細書において、従来の電極配置構造とは、オーミックコンタクト電極が表面電極の線状部に重ならない位置にのみ形成されている電極配置構造を意味する。
なお、上述の通り、図2に示す本発明の電極配置構造では、約28%のオーミックコンタクト電極が平面視して線状部に重なる位置に配置する。
図9に示す従来の電極配置構造を備えた発光ダイオード(typeA)は、オーミックコンタクト電極が平面視して表面電極のパッド部に重ならない位置に形成されている点は本発明と共通であるが、オーミックコンタクト電極が表面電極の線状部に重ならない位置にのみ形成されている点が本発明と異なる。
なお、上述の通り、図2に示す本発明の電極配置構造では、約28%のオーミックコンタクト電極が平面視して線状部に重なる位置に配置する。
図9に示す従来の電極配置構造を備えた発光ダイオード(typeA)は、オーミックコンタクト電極が平面視して表面電極のパッド部に重ならない位置に形成されている点は本発明と共通であるが、オーミックコンタクト電極が表面電極の線状部に重ならない位置にのみ形成されている点が本発明と異なる。
「typeB」の発光ダイオードは以下の通りのものである。
支持基板としては、Ge基板の両面に順にPt層1μm、Au層1μmを備えたものを用いた。
Siをドープしたn型のGaAs単結晶からなるGaAs基板上に、化合物半導体層を順次積層して発光波長620nmのエピタキシャルウェーハを作製した。
GaAs基板は、(100)面から(0−1−1)方向に15°傾けた面を成長面とし、キャリア濃度を1×1018cm−3とした。化合物半導体層としては、SiをドープしたGaAsからなるn型の緩衝層、Siドープの(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5Pからなるエッチングストップ層、SiドープのGaAsからなるn型のコンタクト層、Siドープの(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5Pからなるn型の表面粗面化層、SiドープのAl0.5In0.5Pからなるn型のクラッド層、(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5P/(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5Pの20対からなる井戸層/バリア層の発光層、Al0.5In0.5Pからなるp型のクラッド層23b、Mgドープしたp型GaPからなる電流拡散層5である。
GaAsからなる緩衝層は、キャリア濃度を約1×1018cm−3、層厚を約0.5μmとした。エッチングストップ層は、キャリア濃度を1×1018cm−3、層厚を約0.5μmとした。コンタクト層は、キャリア濃度を約1×1018cm−3、層厚を約0.05μmとした。表面粗面化層は、キャリア濃度を1×1018cm−3、層厚を約3μmとした。上部クラッド層は、キャリア濃度を約2×1018cm−3、層厚を約0.5μmとした。井戸層は、アンドープで層厚が約5nmの(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5Pとし、バリア層はアンドープで層厚が約5nmの(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5Pとした。また、井戸層とバリア層とを交互に20対積層した。下部クラッド層は、キャリア濃度を約8×1017cm−3、層厚を約0.5μmとした。
電流拡散層5上にSiO2膜8及びAuBe合金からなるオーミックコンタクト電極7を形成した。SiO2膜8は厚さ0.3μmとして、オーミックコンタクト電極7を構成する円柱状の導電性部材は直径9μmとし、直線上に隣接する導電性部材の間隔43μmとした。SiO2膜8及びオーミックコンタクト電極7上に、蒸着法を用いて、厚さ0.7μmのAu膜からなる金属反射膜4を形成した。金属反射膜4上に、蒸着法を用いて、厚さ0.5μmのTi膜からなる拡散防止層3を形成した。拡散防止層3上に、蒸着法を用いて、厚さ1.0μmのAuGeからなる接合層2を形成した。
GaAs基板上に化合物半導体層及び金属反射膜等を形成した構造体と、支持基板とを対向して重ね合わせるように配置して減圧装置内に搬入し、400℃で加熱した状態で、500kg重の荷重でそれらを接合して接合構造体を形成した。
化合物半導体層20のオーミックコンタクト電極7と反対側の面に、蒸着法を用いて、図2(b)に示したパターンの厚さ0.1μmのAuGeNi合金からなるオーミック電極11を形成した。
4本の線状部位の幅はいずれも4μmとし、線状部位11ba、11bbの長さは270μm、線状部位11ca、11cbの長さは85μmとした。
また、線状部位11ba、11bbと表面電極12のパッド部12aとの最近接距離は45μmとし、線状部位11ca、11cbと表面電極12のパッド部12aとの最近接距離は10μmとした。
なお、線状部位11ba、11bbと表面電極12のパッド部12aとの最近接距離は表面電極12の第1の直線部12baa、12babの長さに一致する。
化合物半導体層20のオーミックコンタクト電極7と反対側の面にオーミック電極11を覆うように、蒸着法を用いて、図2(a)に示したパターンの厚さ1.6μmのパッド部12a及び線状部12bからなる表面電極12を形成した。
パッド部12aは直径100μmとし、線状部12bの幅は第1の直線部及び第2の直線部共に8μmとした。
また、第1の直線部12baa、12babの長さは43μmとし、第2の直線部12bba、12bbbの長さは270μmとし、第2の直線部12bca、12bcbの長さは100μmとした。
支持基板としては、Ge基板の両面に順にPt層1μm、Au層1μmを備えたものを用いた。
Siをドープしたn型のGaAs単結晶からなるGaAs基板上に、化合物半導体層を順次積層して発光波長620nmのエピタキシャルウェーハを作製した。
GaAs基板は、(100)面から(0−1−1)方向に15°傾けた面を成長面とし、キャリア濃度を1×1018cm−3とした。化合物半導体層としては、SiをドープしたGaAsからなるn型の緩衝層、Siドープの(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5Pからなるエッチングストップ層、SiドープのGaAsからなるn型のコンタクト層、Siドープの(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5Pからなるn型の表面粗面化層、SiドープのAl0.5In0.5Pからなるn型のクラッド層、(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5P/(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5Pの20対からなる井戸層/バリア層の発光層、Al0.5In0.5Pからなるp型のクラッド層23b、Mgドープしたp型GaPからなる電流拡散層5である。
GaAsからなる緩衝層は、キャリア濃度を約1×1018cm−3、層厚を約0.5μmとした。エッチングストップ層は、キャリア濃度を1×1018cm−3、層厚を約0.5μmとした。コンタクト層は、キャリア濃度を約1×1018cm−3、層厚を約0.05μmとした。表面粗面化層は、キャリア濃度を1×1018cm−3、層厚を約3μmとした。上部クラッド層は、キャリア濃度を約2×1018cm−3、層厚を約0.5μmとした。井戸層は、アンドープで層厚が約5nmの(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5Pとし、バリア層はアンドープで層厚が約5nmの(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5Pとした。また、井戸層とバリア層とを交互に20対積層した。下部クラッド層は、キャリア濃度を約8×1017cm−3、層厚を約0.5μmとした。
電流拡散層5上にSiO2膜8及びAuBe合金からなるオーミックコンタクト電極7を形成した。SiO2膜8は厚さ0.3μmとして、オーミックコンタクト電極7を構成する円柱状の導電性部材は直径9μmとし、直線上に隣接する導電性部材の間隔43μmとした。SiO2膜8及びオーミックコンタクト電極7上に、蒸着法を用いて、厚さ0.7μmのAu膜からなる金属反射膜4を形成した。金属反射膜4上に、蒸着法を用いて、厚さ0.5μmのTi膜からなる拡散防止層3を形成した。拡散防止層3上に、蒸着法を用いて、厚さ1.0μmのAuGeからなる接合層2を形成した。
GaAs基板上に化合物半導体層及び金属反射膜等を形成した構造体と、支持基板とを対向して重ね合わせるように配置して減圧装置内に搬入し、400℃で加熱した状態で、500kg重の荷重でそれらを接合して接合構造体を形成した。
化合物半導体層20のオーミックコンタクト電極7と反対側の面に、蒸着法を用いて、図2(b)に示したパターンの厚さ0.1μmのAuGeNi合金からなるオーミック電極11を形成した。
4本の線状部位の幅はいずれも4μmとし、線状部位11ba、11bbの長さは270μm、線状部位11ca、11cbの長さは85μmとした。
また、線状部位11ba、11bbと表面電極12のパッド部12aとの最近接距離は45μmとし、線状部位11ca、11cbと表面電極12のパッド部12aとの最近接距離は10μmとした。
なお、線状部位11ba、11bbと表面電極12のパッド部12aとの最近接距離は表面電極12の第1の直線部12baa、12babの長さに一致する。
化合物半導体層20のオーミックコンタクト電極7と反対側の面にオーミック電極11を覆うように、蒸着法を用いて、図2(a)に示したパターンの厚さ1.6μmのパッド部12a及び線状部12bからなる表面電極12を形成した。
パッド部12aは直径100μmとし、線状部12bの幅は第1の直線部及び第2の直線部共に8μmとした。
また、第1の直線部12baa、12babの長さは43μmとし、第2の直線部12bba、12bbbの長さは270μmとし、第2の直線部12bca、12bcbの長さは100μmとした。
「typeA」の発光ダイオードは、「typeB」の発光ダイオードとオーミックコンタクト電極の配置構成が異なるだけである。
列状に並ぶオーミックコンタクト電極の隣接する電極間の距離は12μmであった。
列状に並ぶオーミックコンタクト電極の隣接する電極間の距離は12μmであった。
図8(b)に示されている通り、発光出力(Po)については、順方向電流(IF)が300mAまで、本発明の発光ダイオード(typeB)と従来の発光ダイオード(typeA)との間でほとんど差がない。
これに対して、図8(a)に示されている通り、順方向電圧(VF)については、順方向電流(IF)が20mAを超えるあたりから、本発明の発光ダイオード(typeB)は従来の発光ダイオード(typeA)に対して明確に優位性を示すようになり、順方向電流(IF)が150mAでは本発明の発光ダイオード(typeB)のVFは従来の発光ダイオード(typeA)のVFに比べて7%程度低く、さらに順方向電流(IF)が300mAでは本発明の発光ダイオード(typeB)のVFは従来の発光ダイオード(typeA)のVFに比べて10%程度低くなっている。
以上の通り、本発明の電極配置構造を備えた発光ダイオード(typeB)は、従来の電極配置構造を備えた発光ダイオード(typeA)よりも順方向電圧(VF)特性が優れている。
これに対して、図8(a)に示されている通り、順方向電圧(VF)については、順方向電流(IF)が20mAを超えるあたりから、本発明の発光ダイオード(typeB)は従来の発光ダイオード(typeA)に対して明確に優位性を示すようになり、順方向電流(IF)が150mAでは本発明の発光ダイオード(typeB)のVFは従来の発光ダイオード(typeA)のVFに比べて7%程度低く、さらに順方向電流(IF)が300mAでは本発明の発光ダイオード(typeB)のVFは従来の発光ダイオード(typeA)のVFに比べて10%程度低くなっている。
以上の通り、本発明の電極配置構造を備えた発光ダイオード(typeB)は、従来の電極配置構造を備えた発光ダイオード(typeA)よりも順方向電圧(VF)特性が優れている。
図10は、図2に示す本発明の電極配置構造を備えた発光ダイオードについて、オーミックコンタクト電極のうちの、平面視して線状部に重なる位置に配置するオーミックコンタクト電極の割合(比率)に対する順方向電圧(VF)及び発光出力(Po)の関係を示すグラフである。表面電極及びオーミック電極の構成、並びにドット状のオーミックコンタクト電極の数は変えずに、線状部に重なる位置に配置するオーミックコンタクト電極の比率が変わるようにオーミックコンタクト電極の配置構成を変えたものである。
なお、順方向電圧(VF)は順方向電流(IF)が300mAのときの値であり、また、発光出力(Po)は20mAのときの値に対する300mAのときの値の比で示した。
図10に示されている通り、線状部に重なる位置に配置するオーミックコンタクト電極の比率が高くなるほど、順方向電圧(VF)は低下するが、発光出力(Po)も低下してしまう。しかし、線状部に重なる位置に配置するオーミックコンタクト電極の比率が40%程度までは発光出力(Po)の低下は小さい。
線状部に重なる位置に配置するオーミックコンタクト電極がない場合(図10の横軸が0%の場合)の発光出力(Po)の90%以上を確保しつつ、3%程度以上の順方向電圧(VF)の低下の効果を得るためには、線状部に重なる位置に配置するオーミックコンタクト電極の比率は5%以上40%以下であることが必要である。
なお、順方向電圧(VF)は順方向電流(IF)が300mAのときの値であり、また、発光出力(Po)は20mAのときの値に対する300mAのときの値の比で示した。
図10に示されている通り、線状部に重なる位置に配置するオーミックコンタクト電極の比率が高くなるほど、順方向電圧(VF)は低下するが、発光出力(Po)も低下してしまう。しかし、線状部に重なる位置に配置するオーミックコンタクト電極の比率が40%程度までは発光出力(Po)の低下は小さい。
線状部に重なる位置に配置するオーミックコンタクト電極がない場合(図10の横軸が0%の場合)の発光出力(Po)の90%以上を確保しつつ、3%程度以上の順方向電圧(VF)の低下の効果を得るためには、線状部に重なる位置に配置するオーミックコンタクト電極の比率は5%以上40%以下であることが必要である。
<透明誘電体膜>
透明誘電体膜8は、オーミックコンタクト電極7を構成するドット状の導電性部材間に充填するように形成されている。
透明誘電体膜8の材料としては、例えば、ITO、SiO2、IZO、Si3N4、TiO2、TiNなどを用いることができる。
透明誘電体膜8の厚さとしては、例えば、0.05〜1.0μmとすることができる。
透明誘電体膜8は、オーミックコンタクト電極7を構成するドット状の導電性部材間に充填するように形成されている。
透明誘電体膜8の材料としては、例えば、ITO、SiO2、IZO、Si3N4、TiO2、TiNなどを用いることができる。
透明誘電体膜8の厚さとしては、例えば、0.05〜1.0μmとすることができる。
図11は、SiO2からなる透明誘電体膜の厚さと、反射率(縦軸右側)及び照度(縦軸左側)との関係を示す。横軸は透明誘電体膜の厚さであり、発光波長(620nmを用いた)の1/4n(nは透明誘電体膜の屈折率)に対する長さで示している。
反射率はコンピュータシミュレーションによって計算した結果であり、照度は順方向電流(IF)が20mAのときの実験結果であり、620nmの波長に換算した。
コンピュータシミュレーションは、SiO2の屈折率を1.474、反射光の波長を630nmという条件で行った。
反射率はコンピュータシミュレーションによって計算した結果であり、照度は順方向電流(IF)が20mAのときの実験結果であり、620nmの波長に換算した。
コンピュータシミュレーションは、SiO2の屈折率を1.474、反射光の波長を630nmという条件で行った。
図11に示されている通り、透明誘電体膜の厚さがλ/4n(nm)の場合に反射率が高く、3λ/4n(nm)及び5λ/4n(nm)の場合にさらに反射率が高くなることがわかる。
また、照度についても、λ/4n(nm)の場合に高く、3λ/4n(nm)及び5λ/4n(nm)の場合にさらに高くなることがわかった。このように、透明誘電体膜の厚さがλ/4n(nm)の場合も厚い3λ/4n(nm)及び5λ/4n(nm)の場合の方が照度が高かった。
従って、透明誘電体膜の厚さとしては、λ/4n(nm)よりも厚く、3λ/4n(nm)又は5λ/4n(nm)であることが好ましい。
また、照度についても、λ/4n(nm)の場合に高く、3λ/4n(nm)及び5λ/4n(nm)の場合にさらに高くなることがわかった。このように、透明誘電体膜の厚さがλ/4n(nm)の場合も厚い3λ/4n(nm)及び5λ/4n(nm)の場合の方が照度が高かった。
従って、透明誘電体膜の厚さとしては、λ/4n(nm)よりも厚く、3λ/4n(nm)又は5λ/4n(nm)であることが好ましい。
本発明の電極配置構造では、表面電極の線状部に重なる位置(ほぼ直下)に配置するオーミックコンタクト電極が5%以上40%以下で存在し、線状部の直下には素子表面側のオーミック電極が配置する。従って、本発明の電極配置構造を備えた発光ダイオードではオーミックコンタクト電極とオーミック電極とが素子表面に対して直交する方向(透明誘電体膜の厚さ方向に平行な方向(以下、単に「厚さ方向」という)に並ぶ関係にある比率が従来の電極配置構造のものより高い。そのため、オーミックコンタクト電極とオーミック電極との間を透明誘電体膜の厚さ方向に流れる電流の比率が従来の電極配置構造のものより高い。オーミックコンタクト電極とオーミック電極との間を流れる電流が透明誘電体膜の厚さ方向に流れる場合、電流は化合物半導体層を最短距離で流れることになり、順方向電圧(VF)を低下させることにつながるから、透明誘電体膜の厚さ方向に流れる電流の比率が高いことは望ましい。
また、透明誘電体膜の厚さ方向に並ぶオーミックコンタクト電極とオーミック電極との間を流れる電流の比率が従来の電極配置構造の発光ダイオードに比べて高いことは、透明誘電体膜の厚さ方向に並ぶオーミックコンタクト電極とオーミック電極との間で発光する光の割合が多くなることを意味する。透明誘電体膜の厚さ方向に並ぶオーミックコンタクト電極とオーミック電極との間の発光光は透明誘電体膜の厚さ方向で金属反射膜側に進んだ場合、オーミックコンタクト電極に当たることになり、透明誘電体膜の厚さ方向に進む光の割合が少なくなり、言い換えると、透明誘電体膜の厚さ方向に対して斜め方向に透明誘電体膜を進む光の割合が多くなると考えられる。図11の透明誘電体層(SiO2)層の厚さと反射率の関係では、λ/4n(nm)の場合は、SiO2膜厚の変化に対して反射率の変化の割合は大きい。一方、3λ/4n(nm)及び5λ/4n(nm)の場合は、SiO2膜厚の変化に対して反射率の変化の割合はより小さい。したがって、透明誘電体膜の厚さ方向に対して斜め方向に透明誘電体膜を進む光の割合が多くなる本願の構造に対しては、透明誘電体層の膜厚が3λ/4n(nm)及び5λ/4n(nm)の方が有利である。このように、電極配置構造と透明誘電体膜の厚さとは相乗効果を奏するものであり、実験結果は、透明誘電体膜の厚さがλ/4n(nm)よりも長く、3λ/4n(nm)、5λ/4n(nm)の方が発光特性を良好にするものであることがわかった。
<金属反射膜>
金属反射膜4は、発光層24からの光を金属反射膜4で正面方向fへ反射させて、正面方向fでの光取り出し効率を向上させることができ、これにより、発光ダイオードをより高輝度化できる。
金属反射膜4の材料としては、金、AgPdCu合金(APC)、銅、銀、アルミニウムなどの金属およびそれらの合金等を用いることができる。これらの材料は光反射率が高く、光反射率を90%以上とすることができる。
金属反射膜4の厚さとしては、例えば、0.1〜1.0μmとすることができる。
金属反射膜4は、発光層24からの光を金属反射膜4で正面方向fへ反射させて、正面方向fでの光取り出し効率を向上させることができ、これにより、発光ダイオードをより高輝度化できる。
金属反射膜4の材料としては、金、AgPdCu合金(APC)、銅、銀、アルミニウムなどの金属およびそれらの合金等を用いることができる。これらの材料は光反射率が高く、光反射率を90%以上とすることができる。
金属反射膜4の厚さとしては、例えば、0.1〜1.0μmとすることができる。
<拡散防止層>
拡散防止層3は、基板側から金属が拡散して、金属反射膜4と反応するのを抑制することができる。
拡散防止層3の材料としては、ニッケル、チタン、白金、クロム、タンタル、タングステン、モリブデン等を用いることができる。
拡散防止層は、2種類以上の金属の組み合わせを用いてもよい。たとえば、図1に示すように第1拡散防止層3aと第2拡散防止層3bとしてそれぞれ白金層、チタン層の組み合わせなどにより、バリアの性能を向上させることができる。
なお、拡散防止層を設けなくても、接合層にそれらの材料を添加することにより接合層に拡散防止層と同様な機能を持たせることもできる。
拡散防止層3の厚さとしては、例えば、0.02〜0.5μmとすることができる。
拡散防止層3は、基板側から金属が拡散して、金属反射膜4と反応するのを抑制することができる。
拡散防止層3の材料としては、ニッケル、チタン、白金、クロム、タンタル、タングステン、モリブデン等を用いることができる。
拡散防止層は、2種類以上の金属の組み合わせを用いてもよい。たとえば、図1に示すように第1拡散防止層3aと第2拡散防止層3bとしてそれぞれ白金層、チタン層の組み合わせなどにより、バリアの性能を向上させることができる。
なお、拡散防止層を設けなくても、接合層にそれらの材料を添加することにより接合層に拡散防止層と同様な機能を持たせることもできる。
拡散防止層3の厚さとしては、例えば、0.02〜0.5μmとすることができる。
<接合層>
接合層2は、発光層24を含む化合物半導体層20等の構造体を支持基板10に接合するための層である。
接合層2の材料としては、例えば、化学的に安定で融点の低いAuや、Au系の共晶金属などを用いられる。Au系の共晶金属としては、例えば、AuGe、AuSn、AuSi、AuInなどの合金の共晶組成を挙げることができる。2種類以上の金属の組み合わせ、たとえば、図1に示すように、第1接合層2aと第2接合層2bとしてそれぞれAuGe層、Au層の組み合わせを用いることができる。
接合層2の厚さとしては、例えば、0.3〜3.0μmとすることができる。
接合層2は、発光層24を含む化合物半導体層20等の構造体を支持基板10に接合するための層である。
接合層2の材料としては、例えば、化学的に安定で融点の低いAuや、Au系の共晶金属などを用いられる。Au系の共晶金属としては、例えば、AuGe、AuSn、AuSi、AuInなどの合金の共晶組成を挙げることができる。2種類以上の金属の組み合わせ、たとえば、図1に示すように、第1接合層2aと第2接合層2bとしてそれぞれAuGe層、Au層の組み合わせを用いることができる。
接合層2の厚さとしては、例えば、0.3〜3.0μmとすることができる。
<半導体基板>
支持基板を構成する半導体基板としては例えば、Ge基板、Si基板、GaP基板、GaAs基板などを用いることができる。
支持基板を構成する半導体基板としては例えば、Ge基板、Si基板、GaP基板、GaAs基板などを用いることができる。
<発光ダイオードランプ>
発光ダイオードランプとは、図示しないが、マウント基板の表面に1以上の発光ダイオード1が実装されたものをいう。より具体的には、マウント基板の表面には、n電極端子とp電極端子とが設けられている。また、発光ダイオードの第1の電極であるn型オーミック電極とマウント基板のn電極端子とが例えば、金線を用いて接続されている(ワイヤボンディング)。一方、発光ダイオードの第2の電極であるp型オーミック電極とマウント基板のp電極端子とが例えば、金線を用いて接続されている。マウント基板の発光ダイオードが実装された表面はエポキシ樹脂等によって封止されていてもよい。
発光ダイオードランプとは、図示しないが、マウント基板の表面に1以上の発光ダイオード1が実装されたものをいう。より具体的には、マウント基板の表面には、n電極端子とp電極端子とが設けられている。また、発光ダイオードの第1の電極であるn型オーミック電極とマウント基板のn電極端子とが例えば、金線を用いて接続されている(ワイヤボンディング)。一方、発光ダイオードの第2の電極であるp型オーミック電極とマウント基板のp電極端子とが例えば、金線を用いて接続されている。マウント基板の発光ダイオードが実装された表面はエポキシ樹脂等によって封止されていてもよい。
<照明装置>
照明装置とは、図示しないが、配線やスルーホール等が形成された基板と、基板表面に取り付けられた複数の発光ダイオードランプと、凹字状の断面形状を有し、凹部内側の底部に発光ダイオードランプが取り付けられるように構成されたリフレクタ又はシェードとを少なくとも備えた照明装置をいう。
照明装置とは、図示しないが、配線やスルーホール等が形成された基板と、基板表面に取り付けられた複数の発光ダイオードランプと、凹字状の断面形状を有し、凹部内側の底部に発光ダイオードランプが取り付けられるように構成されたリフレクタ又はシェードとを少なくとも備えた照明装置をいう。
[発光ダイオードの製造方法]
次に、本発明の一実施形態である発光ダイオードの製造方法について説明する。
次に、本発明の一実施形態である発光ダイオードの製造方法について説明する。
<支持基板の製造工程>
接合層と、金属反射膜と、化合物半導体層とを含む構造体を支持する半導体基板は、この構造体と接合させるのに適した層などを形成した上で、当該構造体を支持する。本明細書では半導体基板にかかる層を形成した基板を「支持基板」という。
〔1〕半導体基板としてGe基板を用いる場合
図12に示すように、Ge基板(半導体基板)1のおもて面1Aに例えば、Pt層10a、Au層10bを順に積層したAu/Ptでなる層を形成し、Ge基板1の裏面にも同様に例えば、Pt層10a、Au層10bを順に積層したPt/Auでなる層を形成して、化合物半導体層20を含む構造体を支持する支持基板10を作製する。
なお、Au/Ptでなる層はこれらの材料に限らず、本発明の効果を損なわない範囲において選択することができる。
接合層と、金属反射膜と、化合物半導体層とを含む構造体を支持する半導体基板は、この構造体と接合させるのに適した層などを形成した上で、当該構造体を支持する。本明細書では半導体基板にかかる層を形成した基板を「支持基板」という。
〔1〕半導体基板としてGe基板を用いる場合
図12に示すように、Ge基板(半導体基板)1のおもて面1Aに例えば、Pt層10a、Au層10bを順に積層したAu/Ptでなる層を形成し、Ge基板1の裏面にも同様に例えば、Pt層10a、Au層10bを順に積層したPt/Auでなる層を形成して、化合物半導体層20を含む構造体を支持する支持基板10を作製する。
なお、Au/Ptでなる層はこれらの材料に限らず、本発明の効果を損なわない範囲において選択することができる。
〔2〕半導体基板としてSi基板を用いる場合
Si基板(半導体基板)を用いる場合にもGe基板と同様に、Si基板のおもて面に例えば、Au/Ptでなる層を形成し、Si基板の裏面に例えば、Pt/Auでなる層を形成して、支持基板10を作製する。
なお、Au/Ptでなる層はこれらの材料に限らず、本発明の効果を損なわない範囲において選択することができる。
Si基板(半導体基板)を用いる場合にもGe基板と同様に、Si基板のおもて面に例えば、Au/Ptでなる層を形成し、Si基板の裏面に例えば、Pt/Auでなる層を形成して、支持基板10を作製する。
なお、Au/Ptでなる層はこれらの材料に限らず、本発明の効果を損なわない範囲において選択することができる。
〔3〕半導体基板としてGaP基板を用いる場合
GaP基板(半導体基板)を用いる場合にもGe基板と同様に、GaP基板のおもて面に例えば、Au/Ptでなる層を形成し、GaP基板の裏面に例えば、Pt/Auでなる層を形成して、支持基板10を作製する。
なお、Au/Ptでなる層はこれらの材料に限らず、本発明の効果を損なわない範囲において選択することができる。
GaP基板(半導体基板)を用いる場合にもGe基板と同様に、GaP基板のおもて面に例えば、Au/Ptでなる層を形成し、GaP基板の裏面に例えば、Pt/Auでなる層を形成して、支持基板10を作製する。
なお、Au/Ptでなる層はこれらの材料に限らず、本発明の効果を損なわない範囲において選択することができる。
〔4〕半導体基板としてGaAs基板を用いる場合
GaAs基板(半導体基板)を用いる場合にもGe基板と同様に、GaAs基板のおもて面に例えば、Au/Ptでなる層を形成し、GaAs基板の裏面に例えば、Pt/Auでなる層を形成して、支持基板10を作製する。
なお、Au/Ptでなる層はこれらの材料に限らず、本発明の効果を損なわない範囲において選択することができる。
GaAs基板(半導体基板)を用いる場合にもGe基板と同様に、GaAs基板のおもて面に例えば、Au/Ptでなる層を形成し、GaAs基板の裏面に例えば、Pt/Auでなる層を形成して、支持基板10を作製する。
なお、Au/Ptでなる層はこれらの材料に限らず、本発明の効果を損なわない範囲において選択することができる。
<化合物半導体層の形成工程>
まず、図13に示すように、成長用基板21の一面21A上に、複数のエピタキシャル層を成長させて化合物半導体層20を含むエピタキシャル積層体30を形成する。
半導体基板21は、エピタキシャル積層体30形成用基板であり、例えば、一面21Aが(100)面から15°傾けた面とされた、Siドープしたn型のGaAs単結晶基板である。エピタキシャル積層体30としてAlGaInP層またはAlGaAs層を用いる場合、エピタキシャル積層体30を形成する基板として砒化ガリウム(GaAs)単結晶基板を用いることができる。
まず、図13に示すように、成長用基板21の一面21A上に、複数のエピタキシャル層を成長させて化合物半導体層20を含むエピタキシャル積層体30を形成する。
半導体基板21は、エピタキシャル積層体30形成用基板であり、例えば、一面21Aが(100)面から15°傾けた面とされた、Siドープしたn型のGaAs単結晶基板である。エピタキシャル積層体30としてAlGaInP層またはAlGaAs層を用いる場合、エピタキシャル積層体30を形成する基板として砒化ガリウム(GaAs)単結晶基板を用いることができる。
化合物半導体層20の形成方法としては、有機金属化学気相成長(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:MOCVD)法、分子線エピタキシャル(Molecular Beam Epitaxicy:MBE)法や液相エピタキシャル(Liquid Phase Epitaxicy:LPE)法などを用いることができる。
本実施形態では、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た減圧MOCVD法を用いて、各層をエピタキシャル成長させる。
なお、Mgのドーピング原料にはビスシクロペンタジエニルマグネシウム((C5H5)2Mg)を用いる。また、Siのドーピング原料にはジシラン(Si2H6)を用いる。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。
なお、下部電流拡散層(GaP層)5は、例えば、750°Cで成長させ、その他のエピタキシャル成長層は、例えば、730°Cで成長させる。
なお、Mgのドーピング原料にはビスシクロペンタジエニルマグネシウム((C5H5)2Mg)を用いる。また、Siのドーピング原料にはジシラン(Si2H6)を用いる。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。
なお、下部電流拡散層(GaP層)5は、例えば、750°Cで成長させ、その他のエピタキシャル成長層は、例えば、730°Cで成長させる。
具体的には、まず、半導体基板21の一面21A上に、緩衝(バッファ)層22aを形成する。緩衝層22aとしては、例えば、Siをドープしたn型のGaAsを用い、キャリア濃度を2×1018cm−3とし、層厚を0.5μmとする。
次に、本実施形態では、緩衝層22a上に、エッチングストップ層22bを形成する。
エッチングストップ層22bは、半導体基板をエッチング除去する際、クラッド層および発光層までがエッチングされてしまうことを防ぐための層であり、例えば、Siドープの(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5Pからなり、キャリア濃度を1×1018cm−3とし、層厚を0.5μmとする。
エッチングストップ層22bは、半導体基板をエッチング除去する際、クラッド層および発光層までがエッチングされてしまうことを防ぐための層であり、例えば、Siドープの(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5Pからなり、キャリア濃度を1×1018cm−3とし、層厚を0.5μmとする。
次に、エッチングストップ層22b上に、コンタクト層22cを形成する。コンタクト層22cは例えば、Siドープしたn型のGaAsからなり、キャリア濃度を2×1018cm−3とし、層厚を0.05μmとする。
次に、コンタクト層22c上に、上部電流拡散層6を形成する。上部電流拡散層6は例えば、Siドープの(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5Pからなり、キャリア濃度を3×1018cm−3とし、層厚を5.0μmとする。
次に、n型電流拡散層6上に、クラッド層23aを形成する。クラッド層23aとしては例えば、Siをドープしたn型のAl0.45Ga0.55Asからなり、キャリア濃度を2×1018cm−3とし、層厚を0.5μmとする。
次に、クラッド層23a上に、発光層24を形成する。発光層24としては例えば、井戸層としてアンドープのInGaAs層を5層、バリア層として(Al0.15Ga0.85)AS層を4層の積層構造からなり、それぞれの層厚を0.007μmとする。発光層24とクラッド層23aとの間にガイド層を備えてもよい。ガイド層は例えば、(Al0.25Ga0.75)Asからなり、層厚を0.05μmとする。
次に、発光層24上に、クラッド層23bを形成する。クラッド層23bとしては例えば、Mgをドープしたn型のAl0.45Ga0.55Asからなり、キャリア濃度を4×1017cm−3とし、層厚を0.5μmとする。発光層24とクラッド層23bとの間にガイド層を備えてもよい。ガイド層は例えば、(Al0.25Ga0.75)Asからなり、層厚を0.3μmとする。
次に、クラッド層23b上に、下部電流拡散層5を形成する。下部電流拡散層5は例えば、Mgドープの(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5Pからなり、4×1017cm−3とし、層厚0.05μmとする層と、MgドープのGa0.7In0.3Pからなり、4×1017cm−3とし、層厚を0.02μmとする層と、MgドープのGaPからなり、4×1017cm−3とし、層厚を3.5μmとする層との積層構造のものを用いることができる。
下部電流拡散層5上にキャップ層を設けてもよい。キャップ層としては例えば、アンドープのGaAsからなるものを用いることができる。キャップ層は、下部電流拡散層5の表面を一時的に保護する目的で設け、オーミックコンタクト電極の形成の前に除去をする。
<オーミックコンタクト電極の形成工程>
次に、図14に示すように、下部電流拡散層5上にオーミックコンタクト電極7を形成する。
まず、下部電流拡散層5全面に透明誘電体膜8を形成する。透明誘電体膜8の形成は、例えば、CVD法を用いてSiO2膜8を形成する。
次に、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を用いて、透明誘電体膜8に、オーミックコンタクト電極7を構成する導電性部材を埋め込むための複数の貫通孔を形成する。この複数の貫通孔は、後の工程で形成する表面電極12のパッド部12aに平面視して重ならない位置であって、複数のオーミックコンタクト電極7のうち、平面視して、5%以上40%以下のオーミックコンタクト電極が線状部に重なる位置に配置するように形成する。
次に、図14に示すように、下部電流拡散層5上にオーミックコンタクト電極7を形成する。
まず、下部電流拡散層5全面に透明誘電体膜8を形成する。透明誘電体膜8の形成は、例えば、CVD法を用いてSiO2膜8を形成する。
次に、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を用いて、透明誘電体膜8に、オーミックコンタクト電極7を構成する導電性部材を埋め込むための複数の貫通孔を形成する。この複数の貫通孔は、後の工程で形成する表面電極12のパッド部12aに平面視して重ならない位置であって、複数のオーミックコンタクト電極7のうち、平面視して、5%以上40%以下のオーミックコンタクト電極が線状部に重なる位置に配置するように形成する。
より具体的には、それらの貫通孔に対応する孔を有するフォトレジストパターンをSiO2膜8上に形成し、フッ酸系のエッチャントを用いて貫通孔に対応する箇所のSiO2膜8を除去することにより、SiO2膜8に複数の貫通孔を形成する。
次に、例えば、蒸着法を用いて、SiO2膜8の複数の貫通孔にオーミックコンタクト電極7の材料であるAuBe合金を形成する。
<金属反射膜の形成工程>
次に、図15に示すように、オーミックコンタクト電極7及びSiO2膜8上に金属反射膜4を形成する。
具体的には、例えば、蒸着法を用いて、Auからなる金属反射膜4をオーミックコンタクト電極7及びSiO2膜8上に形成する。
次に、図15に示すように、オーミックコンタクト電極7及びSiO2膜8上に金属反射膜4を形成する。
具体的には、例えば、蒸着法を用いて、Auからなる金属反射膜4をオーミックコンタクト電極7及びSiO2膜8上に形成する。
<拡散防止層の形成工程>
次に、図15に示すように、金属反射膜4上に拡散防止層3を形成する。図14に示すように、拡散防止層3は複数の層(3a、3b)によって形成してもよい。
具体的には、例えば、蒸着法を用いて、Pt層3a、Ti層3bからなる拡散防止層3を金属反射膜4上に形成する。
次に、図15に示すように、金属反射膜4上に拡散防止層3を形成する。図14に示すように、拡散防止層3は複数の層(3a、3b)によって形成してもよい。
具体的には、例えば、蒸着法を用いて、Pt層3a、Ti層3bからなる拡散防止層3を金属反射膜4上に形成する。
<接合層の形成工程>
次に、図15に示すように、拡散防止層3上に接合層2を形成する。図14に示すように、接合層2は複数の層(2a、2b)によって形成してもよい。
具体的には、例えば、蒸着法を用いて、Au系の共晶金属であるAuGe層2a、Au2bからなる接合層2を拡散防止層3上に形成する。
次に、図15に示すように、拡散防止層3上に接合層2を形成する。図14に示すように、接合層2は複数の層(2a、2b)によって形成してもよい。
具体的には、例えば、蒸着法を用いて、Au系の共晶金属であるAuGe層2a、Au2bからなる接合層2を拡散防止層3上に形成する。
<支持基板の接合工程>
次に、図16に示すように、エピタキシャル積層体30や金属反射膜4等を形成した構造体40と、支持基板の製造工程で形成した支持基板10とを減圧装置内に搬入して、その接合層2の接合面2Aと支持基板10の接合面10Aとが対向して重ね合わされるように配置する。
次に、減圧装置内を3×10−5Paまで排気した後、重ね合わせた構造体と支持基板10とを400℃に加熱した状態で、500kgの荷重を印加して接合層2の接合面2Aと支持基板10の接合面10Aとを接合して、接合構造体50を形成する。
次に、図16に示すように、エピタキシャル積層体30や金属反射膜4等を形成した構造体40と、支持基板の製造工程で形成した支持基板10とを減圧装置内に搬入して、その接合層2の接合面2Aと支持基板10の接合面10Aとが対向して重ね合わされるように配置する。
次に、減圧装置内を3×10−5Paまで排気した後、重ね合わせた構造体と支持基板10とを400℃に加熱した状態で、500kgの荷重を印加して接合層2の接合面2Aと支持基板10の接合面10Aとを接合して、接合構造体50を形成する。
<半導体基板および緩衝層除去工程>
次に、図17に示すように、接合構造体50から、半導体基板21及び緩衝層22aをアンモニア系エッチャントにより選択的に除去する。
次に、図17に示すように、接合構造体50から、半導体基板21及び緩衝層22aをアンモニア系エッチャントにより選択的に除去する。
<エッチングストップ層除去工程>
次に、図18に示すように、エッチングストップ層22bを塩酸系エッチャントにより選択的に除去する。これにより、発光層24を含む化合物半導体層20が形成される。
次に、図18に示すように、エッチングストップ層22bを塩酸系エッチャントにより選択的に除去する。これにより、発光層24を含む化合物半導体層20が形成される。
<オーミック電極の形成工程>
次に、図19に示すように、化合物半導体層20のオーミックコンタクト電極7と反対側の面に、オーミック電極11を形成する。
具体的には例えば、蒸着法を用いて、厚さ0.1μmのAuGeNi合金を全面に成膜し、次に、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を用いて、AuGeNi合金からなる膜をパターニングして、図2(b)に示すような4本の線状部位11ba、11bb、11ca、11cbからなるオーミック電極11を形成する。
次に、図19に示すように、化合物半導体層20のオーミックコンタクト電極7と反対側の面に、オーミック電極11を形成する。
具体的には例えば、蒸着法を用いて、厚さ0.1μmのAuGeNi合金を全面に成膜し、次に、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を用いて、AuGeNi合金からなる膜をパターニングして、図2(b)に示すような4本の線状部位11ba、11bb、11ca、11cbからなるオーミック電極11を形成する。
上記オーミック電極形成工程のパターニングで用いたマスクを用いて、コンタクト層22cのうち、例えば、アンモニア水(NH4OH)/過酸化水素(H2O2)/純水(H20)混合液により、オーミック電極11の下以外の部分をエッチングで除去する。これにより、オーミック電極11とコンタクト層22cの平面形状は図1に示すように、実質的に同一の形状とすることができる。
オーミック電極11のそれぞれの線状部位は、後述する工程で形成する表面電極12のパッド部12aに平面視して重ならない位置であって、表面電極12の線状部12bの4本の第2の直線部12bba、12bbb、12bca、12bcのそれぞれに覆われる位置に形成する。
<表面電極の形成工程>
次に、化合物半導体層20のオーミックコンタクト電極7と反対側の面に、オーミック電極11を覆うように、パッド部12a及び該パッド部に連結する線状部12bからなる表面電極12を形成する。
具体的には例えば、蒸着法を用いて、厚さ0.3μmのAu層、厚さ0.3μmのTi層、厚さ1μmのAu層を順に全面に成膜し、次に、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を用いて、Au/Ti/Au膜をパターニングして、図2(a)に示すようなパッド部12aと該パッド部に連結する2本の第1の直線部12baa、12babと、4本の第2の直線部12bba、12bbb、12bca、12bcbとからなる線状部12bとからなる表面電極12を形成する。
次に、化合物半導体層20のオーミックコンタクト電極7と反対側の面に、オーミック電極11を覆うように、パッド部12a及び該パッド部に連結する線状部12bからなる表面電極12を形成する。
具体的には例えば、蒸着法を用いて、厚さ0.3μmのAu層、厚さ0.3μmのTi層、厚さ1μmのAu層を順に全面に成膜し、次に、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を用いて、Au/Ti/Au膜をパターニングして、図2(a)に示すようなパッド部12aと該パッド部に連結する2本の第1の直線部12baa、12babと、4本の第2の直線部12bba、12bbb、12bca、12bcbとからなる線状部12bとからなる表面電極12を形成する。
第2の直線部のそれぞれは、オーミック電極11を構成する4本の線状部位のそれぞれを覆う位置に形成する。
<個片化工程>
次に、ウェハ上の発光ダイオードを個片化する。
切断する領域の半導体層を除去した後に、以上の工程で形成された半導体基板を含む構造体をブレードダイサーで例えば、350μm間隔で切断し、発光ダイオード100を作製する。
次に、ウェハ上の発光ダイオードを個片化する。
切断する領域の半導体層を除去した後に、以上の工程で形成された半導体基板を含む構造体をブレードダイサーで例えば、350μm間隔で切断し、発光ダイオード100を作製する。
1 半導体基板
2 接合層
4 金属反射膜
7 オーミックコンタクト電極
8 透明誘電体膜
9 反射構造部
10 支持基板
11 オーミック電極
12 表面電極
12a パッド部
12b 線状部
20 化合物半導体層
21 成長用基板
100 発光ダイオード
2 接合層
4 金属反射膜
7 オーミックコンタクト電極
8 透明誘電体膜
9 反射構造部
10 支持基板
11 オーミック電極
12 表面電極
12a パッド部
12b 線状部
20 化合物半導体層
21 成長用基板
100 発光ダイオード
Claims (13)
- 半導体基板上に、接合層と、金属反射膜を含む反射構造部と、発光層と該発光層を挟む第1のクラッド層及び第2のクラッド層とを含む化合物半導体層とを順に備え、前記金属反射膜と前記化合物半導体層との間には、複数のドット状のオーミックコンタクト電極が設けられ、前記化合物半導体層の前記半導体基板の反対側には順に、オーミック電極と、パッド部及び該パッド部に連結する複数の線状部からなる表面電極とが設けられており、前記オーミック電極の表面は前記線状部により覆われており、前記オーミックコンタクト電極及び前記オーミック電極は平面視して、前記パッド部に重ならない位置に形成され前記複数のオーミックコンタクト電極のうち、平面視して、5%以上40%以下のオーミックコンタクト電極が前記線状部に重なる位置に配置することを特徴とする発光ダイオード。
- 前記パッド部は平面視して円形状であることを特徴とする請求項1に記載の発光ダイオード。
- 前記線状部は前記パッド部の中心を通る直線上に直径を挟んで周端からその直線方向に延在する2本の第1の直線部と、該第1の直線部に対して直交する方向に延在する複数の第2の直線部とからなることを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載の発光ダイオード。
- 前記線状部は、円形状の前記パッド部の周端に接して延在する2本の第2の直線部からなることを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載の発光ダイオード。
- 前記反射構造部が、透明誘電体膜と金属膜とからなることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
- 前記透明誘電体膜の厚さが、発光ダイオードが発光する波長の透明誘電体膜中での波長の3/4倍または5/4倍であることを特徴とする請求項5に記載の発光ダイオード。
- 前記透明誘電体膜がSiO2であることを特徴とする請求項5又は6のいずれかに記載の発光ダイオード。
- 前記パッド部が複数の円形状パッドからなることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
- 前記半導体基板がGe、Si、GaP、GaAsのいずれかからなることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
- 前記接合層がAu層、AuGe層、AuSn層、AuSi層、AuIn層のいずれかの組み合わせを含むことを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
- 前記発光層が、AlGaAs、InGaAs、GaInP、又は、AlGaInPのいずれかからなることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
- 請求項1〜11のいずれか一項に記載の発光ダイオードを備えることを特徴とする発光ダイオードランプ。
- 請求項1〜11のいずれか一項に記載の発光ダイオードを複数個搭載した照明装置。
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