特許 6153351 半導体発光装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6153351

(24)【登録日】2017年6月9日

(45)【発行日】2017年6月28日

(54)【発明の名称】半導体発光装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/14 20100101AFI20170619BHJP

【ＦＩ】

   H01L33/14

【請求項の数】3

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2013-47693(P2013-47693)

(22)【出願日】2013年3月11日

(65)【公開番号】特開2014-175512(P2014-175512A)

(43)【公開日】2014年9月22日

【審査請求日】2016年2月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002303

【氏名又は名称】スタンレー電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091340

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 敬四郎

(74)【代理人】

【識別番号】100141302

【弁理士】

【氏名又は名称】鵜飼 伸一

(72)【発明者】

【氏名】茂木 正彦

【審査官】 高椋 健司

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１１−５０５０７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０８８５０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０２８０２５８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００５−１８３９３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０５９９１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３３／００−３３／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

支持基板と、
前記支持基板上に配置される第１電極と、
前記第１電極上に配置され、ｐ型半導体からなる第１半導体層と、
前記第１半導体層上に配置される発光層と、
前記発光層上に配置され、ｉ型半導体からなるアンドープ層およびｎ型半導体からなるドープ層が交互に積層する構造を有する電流拡散層と、
前記電流拡散層上に配置され、ｎ型半導体からなる第２半導体層と、
前記第２半導体層に配置される第２電極と、
を含み、
前記電流拡散層は、前記第２半導体層から前記発光層に向かって、ｉ型半導体からなる第１アンドープ層、ｎ型半導体からなる第１ドープ層、ｉ型半導体からなる第２アンドープ層、ｎ型半導体からなる第２ドープ層、および、ｉ型半導体からなる第３アンドープ層が積層する５層構造を有し、
前記電流拡散層において、前記第１アンドープ層、前記第１ドープ層、前記第２アンドープ層、前記第２ドープ層、および、前記第３アンドープ層のうち、前記第１アンドープ層の層厚が最も厚い半導体発光装置。

【請求項2】

支持基板と、
前記支持基板上に配置される第１電極と、
前記第１電極上に配置され、ｐ型半導体からなる第１半導体層と、
前記第１半導体層上に配置される発光層と、
前記発光層上に配置され、ｉ型半導体からなるアンドープ層およびｎ型半導体からなるドープ層が交互に積層する構造を有する電流拡散層と、
前記電流拡散層上に配置され、ｎ型半導体からなる第２半導体層と、
前記第２半導体層に配置される第２電極と、
を含み、
前記電流拡散層は、前記第２半導体層から前記発光層に向かって、ｉ型半導体からなる第１アンドープ層、ｎ型半導体からなる第１ドープ層、ｉ型半導体からなる第２アンドープ層、ｎ型半導体からなる第２ドープ層、および、ｉ型半導体からなる第３アンドープ層が積層する５層構造を有し、
前記電流拡散層において、前記第１アンドープ層、前記第１ドープ層、前記第２アンドープ層、前記第２ドープ層、および、前記第３アンドープ層のうち、前記第３アンドープ層の層厚が最も厚い半導体発光装置。

【請求項3】

前記第１アンドープ層、前記第１ドープ層、前記第２アンドープ層、前記第２ドープ層、および、前記第３アンドープ層は、それぞれＧａＮを含む請求項１または２記載の半導体発光装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体発光装置、特に高輝度タイプの半導体発光装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ＧａＮ等の窒化物半導体を用いた半導体発光装置（ＬＥＤ）は、紫外光ないし青色光を発光することができ、さらに蛍光体を利用することにより白色光を発光することができる。このようなＬＥＤは、たとえば、低輝度タイプないし小電流タイプ（たとえば特許文献１）と、高輝度タイプないし大電流タイプ（たとえば特許文献２）と、に分類される。

【0003】

小電流タイプの窒化物系ＬＥＤは、たとえば、サファイアからなる成長基板上に、ｎ型ＧａＮ層、ＧａＮを含む活性層（発光層）およびｐ型ＧａＮ層を順に成長し、ｐ型ＧａＮ層および活性層の一部をエッチングしてｎ型ＧａＮ層を露出し、露出したｎ型ＧａＮ層上およびｐ型ＧａＮ層表面に電極を形成して、製造される。小電流タイプＬＥＤの製造方法は、非常にシンプルである。ただし、成長基板に一般に用いられるサファイア基板は、熱伝導率が比較的低いため放熱性に劣る。このため、大電流が投入され、高温に発熱しうる大電流タイプＬＥＤの支持基板としては相応しくない。

【0004】

大電流タイプの窒化物系ＬＥＤは、たとえば、サファイアからなる成長基板上に、ｎ型ＧａＮ層、ＧａＮを含む活性層およびｐ型ＧａＮ層を順に成長し、ｐ型ＧａＮ層表面にｐ側電極を形成し、ｐ側電極を放熱性に優れるＣｕやＳｉなどからなる支持基板に接着して成長基板をｎ型ＧａＮ層から剥離し、成長基板を剥離して露出したｎ型ＧａＮ層表面にｎ側電極を形成して、製造される。支持基板に放熱性に優れるＣｕやＳｉなどを用いることにより、大電流タイプＬＥＤの発熱による信頼性低下は抑制される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０００−２８６５０９号公報

【特許文献2】特開２０１２−０７４５０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

半導体発光装置は、大電流を供給すると発光効率が低下してしまう（いわゆるＤｒｏｏｐ現象）という課題を有する。本発明の目的は、Ｄｒｏｏｐ現象による発光効率の低下を抑制する半導体発光装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の主な観点によれば、支持基板と、前記支持基板上に配置される第１電極と、前記第１電極上に配置され、ｐ型半導体からなる第１半導体層と、前記第１半導体層上に配置される発光層と、前記発光層上に配置され、ｉ型半導体からなるアンドープ層およびｎ型半導体からなるドープ層が交互に積層する構造を有する電流拡散層と、前記電流拡散層上に配置され、ｎ型半導体からなる第２半導体層と、前記第２半導体層に配置される第２電極と、を含み、前記電流拡散層は、前記第２半導体層から前記発光層に向かって、ｉ型半導体からなる第１アンドープ層、ｎ型半導体からなる第１ドープ層、ｉ型半導体からなる第２アンドープ層、ｎ型半導体からなる第２ドープ層、および、ｉ型半導体からなる第３アンドープ層が積層する５層構造を有し、前記電流拡散層において、前記第１アンドープ層、前記第１ドープ層、前記第２アンドープ層、前記第２ドープ層、および、前記第３アンドープ層のうち、前記第１アンドープ層の層厚が最も厚い半導体発光装置、が提供される。

【発明の効果】

【0008】

電流拡散層を有することにより、Ｄｒｏｏｐ現象による発光効率の低下が抑制される。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１Ａ〜図１Ｃは、実施例による半導体発光装置を示す断面図および平面図である。

【図2-1】、

【図2-2】、および

【図2-3】図２Ａ〜図２Ｌは、実施例による半導体発光装置を製造する様子を示す断面図である。

【図3】図３Ａおよび図３Ｂは、作製したサンプルおよびレファレンスのＤｒｏｏｐ特性を示すグラフである。

【図4】図４Ａおよび図４Ｂは、参考例および実施例による半導体発光装置におけるｎ側電極の一部近傍を示す拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施例による半導体発光装置（ＬＥＤ）の構成について説明する。

【0011】

図１Ａ〜図１Ｃは、実施例によるＬＥＤ１００を示す断面図および平面図である。図１Ａは、図１ＢにおけるＩＡ−ＩＡ断面を示す。なお、図中に示す各構成の相対的なサイズは、実際のものと異なっている。

【0012】

実施例によるＬＥＤ１００は、主に、支持基板１２上に形成されるｐ側電極３０、ｐ側電極上に形成される光半導体積層２０、および、光半導体積層２０上に部分的に形成されるｎ側電極６０、を含む構成である。

【0013】

光半導体積層２０は、図１Ａに示すように、主に、ｐ型半導体層２８、活性層（発光層）２６、電流拡散層２４およびｎ型半導体層２３を含む構成である。ｐ型半導体層２８は、たとえば、ｐ型不純物が添加されたＧａＮ（ｐ型ＧａＮ）より構成され、層厚が０．１μｍ程度である。活性層２６は、たとえば、ＧａＮからなる障壁層およびＩｎＧａＮからなる井戸層を含む多重量子井戸構造を有し、障壁層および井戸層の層厚がそれぞれ３ｎｍ程度である。ｎ型半導体層２３は、たとえばｎ型不純物が添加されたＧａＮ（ｎ型ＧａＮ）より構成され、層厚が３μｍ程度である。

【0014】

電流拡散層２４は、不純物が添加されていないＧａＮ（ｉ型ＧａＮ）からなるアンドープ層およびｎ型ＧａＮからなるドープ層が交互積層する半導体多層構造を有する。たとえば、第１アンドープ層２４ｉａ、第１ドープ層２４ｎａ、第２アンドープ層２４ｉｂ、第２ドープ層２４ｎｂおよび第３アンドープ層２４ｉｃを含む５層構造を有する。第１，第２アンドープ層２４ｉａ，２４ｉｂの層厚は、それぞれ１０ｎｍ〜５００ｎｍ程度である。第１，第２ドープ層２４ｎａ，２４ｎｂの層厚は、それぞれ１０ｎｍ〜２００ｎｍ程度である。第３アンドープ層２４ｉｃの層厚は、１ｎｍ〜３００ｎｍ程度である。

【0015】

なお、ｐ型半導体層２８と活性層２６との間に、クラッド層２７を設けてもかまわない。クラッド層２７は、たとえばｐ型ＡｌＧａＮより構成される。また、活性層２６と電流拡散層２４との間に、歪緩和層２５を設けてもかまわない。歪緩和層２５は、たとえば、ＧａＮ層とＩｎＧａＮ層とが交互積層する超格子構造を有する。また、ｎ型半導体層２３の、ｎ側電極６０が形成される表面に、微細凹凸構造層、いわゆるマイクロコーン構造層（ＭＣ層）２３ｍｃを形成してもかまわない。ｎ型半導体層２３表面にマイクロコーン構造層２３ｍｃを形成することにより、光取り出し効率（＝ＬＥＤから出射される光強度／活性層により発光する光強度）が向上する。

【0016】

ｐ側電極３０は、図１Ａに示すように、支持基板１２と光半導体積層２０との間に形成される。また、光半導体積層２０（ｐ型半導体層２８）に密着し、融着層４０を介して支持基板１２に支持される。ｐ側電極３０は、高い光反射率を有する部材を含み、たとえばＡｇを含む。

【0017】

ｎ側電極６０は、図１Ａに示すように、光半導体積層２０表面（ｎ型半導体層２３ないしＭＣ層２３ｍｃ）に部分的に形成される。たとえば、図１Ｂに示すように、ｎ側電極６０の平面形状は、パッド部６０ａを含む梯子状である。ｎ側電極６０は、たとえばＴｉ層やＰｔ層などが積層する金属多層構造を有する。なお、ｎ側電極６０の平面形状は、図１Ｃに示すように、櫛歯状であってもかまわなし、また、格子状などであってもかまわない。少なくともストライプ状に成形される部分を有していることが好ましいであろう。

【0018】

支持基板１２は、窒化物系半導体の成長基板として一般に用いられるサファイア基板（熱伝導率：約４２Ｗ／ｍ・Ｋ）よりも熱伝導率が高い部材（つまり放熱性に優れた部材）、たとえばＳｉ（熱伝導率：約１４９Ｗ／ｍ・Ｋ）から構成される。支持基板１２は、熱伝導率が高い部材から構成されることが好ましく、たとえば熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である部材から構成されることが好ましい。なお、支持基板１２表面にコンタクト電極７０を設けてもかまわない。

【0019】

電源８０を、ｎ側電極６０のパット部６０ａおよびコンタクト電極７０（ないしｐ側電極３０）に接続し、光半導体積層２０に電流を供給する。ｐ側電極３０から供給される正孔とｎ側電極６０から供給される電子とが、活性層２６において再結合し、その再結合にかかるエネルギが光（および熱）として放出される。活性層２６において放出される光の一部は、直接、ｎ型半導体層２３表面のｎ側電極６０が配置されていない領域から出射される。その他の一部は、高い光反射率を有するｐ側電極３０に反射されて、ｎ型半導体層２３表面のｎ側電極６０が配置されていない領域から出射される。

【0020】

以下、図２Ａ〜図２Ｌを参照して、実施例によるＬＥＤ１００の製造方法について説明する。最初に、成長基板１１上に光半導体積層２０が成長する半導体ウエハを製造する。

【0021】

Ｃ面サファイア基板からなる成長基板１１を準備し、その成長基板１１をサーマルクリーニングする。なお、成長基板１１には、サファイア以外に、スピネル、ＺｎＯ等を用いることができる。

【0022】

その後、図２Ａに示すように、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、成長基板１１上に窒化物系半導体からなる光半導体積層２０を成長する。

【0023】

まず、成長基板１１上に、低温バッファ層２１および下地層２２を成長する。具体的には、成長基板１１の温度を５５０℃とし、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）ガス（流量：２０μｍｏｌ／ｍｉｎ）、および、アンモニア（ＮＨ_３）ガス（流量：２Ｌ／ｍｉｎ）を供給して、ＧａＮからなるバッファ層２１（層厚：２０ｎｍ）を成長する。続いて、成長基板１１の温度を１０５０℃とし、ＴＭＧガス（流量：４０μｍｏｌ／ｍｉｎ）、および、ＮＨ_３ガス（流量：４Ｌ／ｍｉｎ）を供給して、ＧａＮからなる下地層２２（層厚：１μｍ）を成長する。

【0024】

その後、ｎ型半導体層２３を成長する。具体的には、成長基板１１の温度を１０５０℃に保持したまま、ＴＭＧガス（流量：４０μｍｏｌ／ｍｉｎ）、ＮＨ_３ガス（流量：４Ｌ／ｍｉｎ）、および、シラン（ＳｉＨ_４）ガスを供給して、Ｓｉがドープされたｎ型ＧａＮ（不純物濃度１×１０^１８〜１×１０^２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）からなるｎ型半導体層２３（層厚：３μｍ）を成長する。

【0025】

その後、５層構造からなる電流拡散層２４を成長する。具体的には、成長基板１１の温度を１０５０℃に保持したまま、ＴＭＧガス（流量：４０μｍｏｌ／ｍｉｎ）、および、ＮＨ_３ガス（流量：４Ｌ／ｍｉｎ）を供給して、ｉ型ＧａＮからなる第１アンドープ層２４ｉａを成長する。続いて、ＴＭＧガス（流量：４０μｍｏｌ／ｍｉｎ）、ＮＨ_３ガス（流量：４Ｌ／ｍｉｎ）、および、ＳｉＨ_４ガスを供給して、Ｓｉがドープされたｎ型ＧａＮ（不純物濃度約２×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）からなる第１ドープ層２４ｎａを成長する。同様の工程を交互に繰り返し、第２アンドープ層２４ｉｂ，第２ドープ層２４ｎｂおよび第３アンドープ層２４ｉｃを順次成長する。

【0026】

その後、超格子構造を有する歪緩和層２５を成長する。具体的には、成長基板１１の温度を８５０℃とし、ＴＥＧ（トリエチルガリウム）ガス（流量：５．５μｍｏｌ／ｍｉｎ）、および、ＮＨ_３ガス（流量：４Ｌ／ｍｉｎ）を供給して、ＧａＮ層（層厚：３ｎｍ）を成長する。続いて、ＴＥＧガス（流量：５．５μｍｏｌ／ｍｉｎ）、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）ガス（流量：４μｍｏｌ／ｍｉｎ）、および、ＮＨ_３ガス（流量：４Ｌ／ｍｉｎ）を供給して、ＩｎＧａＮ層（層厚：３ｎｍ）を成長する。同様の工程を交互に繰り返し、たとえば２０層構造を有する歪緩和層２５を成長する。

【0027】

その後、多重量子井戸構造を有する活性層（発光層）２６を成長する。具体的には、成長基板１１の温度を８００℃とし、ＴＥＧガス（流量：５．５μｍｏｌ／ｍｉｎ）、および、ＮＨ_３ガス（流量：４Ｌ／ｍｉｎ）を供給して、ＧａＮ層（障壁層，層厚：６ｎｍ）を成長する。続いて、ＴＥＧガス（流量：５．５μｍｏｌ／ｍｉｎ）、ＴＭＩガス（流量：６．５μｍｏｌ／ｍｉｎ）、および、ＮＨ_３ガス（流量：４Ｌ／ｍｉｎ）を供給して、ＩｎＧａＮ層（井戸層，層厚：３ｎｍ）を成長する。同様の工程を交互に繰り返し、たとえば６層構造を有する活性層２６を成長する。

【0028】

その後、クラッド層２７を成長する。具体的には、成長基板１１の温度を９５０℃とし、ＴＭＧガス（流量：３．５μｍｏｌ／ｍｉｎ）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）ガス（流量：０．４μｍｏｌ／ｍｉｎ）、ＮＨ_３ガス（流量：４Ｌ／ｍｉｎ）、および、ＣＰ２Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニエルマグネシウム）ガスを供給して、Ｍｇがドープされたｐ型ＡｌＧａＮ（不純物濃度１×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）からなるクラッド層２７（層厚：２０ｎｍ）を成長する。

【0029】

最後に、不純物濃度が異なる２層構造からなるｐ型半導体層２８を成長する。具体的には、成長基板１１の温度を９５０℃に保持したまま、ＴＭＧガス（流量：１２μｍｏｌ／ｍｉｎ）、ＮＨ_３ガス（流量：４Ｌ／ｍｉｎ）、および、ＣＰ２Ｍｇガスを供給して、Ｍｇがドープされた第１ｐ型ＧａＮ層（層厚：０．１μｍ，不純物濃度５×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）、および、Ｍｇがドープされた第２ｐ型ＧａＮ層（層厚：５ｎｍ，不純物濃度２×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）を成長する。

【0030】

以上により、成長基板１１上に、窒化物系半導体からなる光半導体積層２０が成長される。なお、光半導体積層２０各層の組成比・不純物濃度や層厚などは、各種原料ガスの流量や供給時間などを調整することにより制御することが可能である。

【0031】

次に、図２Ｂに示すように、電子ビーム蒸着法により光半導体積層２０表面（ｐ型半導体層２８表面）に、Ｎｉ層およびＡｇ層を積層し、リフトオフ法等によりパターニングして、所望の平面形状を有するｐ側電極３０を形成する。ｐ側電極３０は、高い光反射率を有する部材を含み、Ｎｉ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｐｄおよびこれらの合金を含むことが好ましい。なお、ｐ側電極３０と光半導体積層２０表面との間に、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などのオーミック接合層を形成してもよい。

【0032】

次に、図２Ｃに示すように、スパッタ法によりｐ側電極３０を覆うＡｕ層を形成し、リフトオフ法等によりパターニングして、第１接着層４１を形成する。なお、ｐ側電極３０を覆って拡散防止層等を形成した後に、第１接着層４１を形成しても良い。拡散防止層はｐ側電極３０に用いられる部材の拡散を防止する。ｐ側電極３０がＡｇを含む場合には、Ｔｉ、Ｗ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ａｕ及びこれらの合金を用いることができる。

【0033】

次に、図２Ｄに示すように、第１接着層４１を覆うフォトレジストパターン５１を形成し、塩素ガスを用いたドライエッチング法により、光半導体積層２０を複数の素子（発光積層体２９）に分割する。発光積層体２９の平面形状は、たとえば１辺が１ｍｍである正方形状である。なお、フォトレジストパターン５１は、光半導体積層２０を分割した後に除去される。以上により、半導体ウエハが完成する。

【0034】

次に、図２Ｅに示すように、所望の平面形状を有する第２接着層４２が表面に形成された支持基板１２を準備する。支持基板１２には、熱膨張係数がサファイア（７．５×１０^−６／Ｋ）やＧａＮ（５．６×１０^−６／Ｋ）に近く、熱伝導率が高い部材を用いることが好ましい。例えば、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ、ＣｕＷ、ＡｌＮ等を用いることができる。第２接着層４２は、たとえばＴｉ／Ｎｉ／Ａｕ／Ｐｔ／ＡｕＳｎ（Ｓｎ：２０ｗｔ％）からなる金属積層を含む。なお、第１接着層４１（図２Ｃ参照）および第２接着層４２（金属積層の最上層）に用いられる部材は、融着接合が可能な、Ａｕ−Ｓｎ、Ａｕ−Ｉｎ、Ｐｄ−Ｉｎ、Ｃｕ−Ｉｎ、Ｃｕ−Ｓｎ、Ａｇ−Ｓｎ、Ａｇ−Ｉｎ、Ｎｉ−Ｓｎ等を含む金属や、拡散接合が可能なＡｕを含む金属を用いることができる。

【0035】

次に、図２Ｆに示すように、先に製造した半導体ウエハと支持基板１２とを、第１接着層４１と第２接着層４２とが接触するように対向配置し、３ＭＰａで加圧しながら３００℃に加熱した状態で、１０分間保持する。その後、室温まで冷却して、第１，第２接着層４１，４２を融着接合する。

【0036】

第１，第２接着層４１，４２が融着した層を融着層４０と呼ぶこととする。成長基板１１と支持基板１２とが、光半導体積層２０を狭持する構造体をサンドウィッチ構造体と呼ぶこととする。

【0037】

次に、図２Ｇに示すように、レーザリフトオフ法により、サンドウィッチ構造体から成長基板１１を除去する。具体的には、成長基板１１側から光半導体積層２０に、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長：２４８ｎｍ，照射エネルギ密度：８００〜９００ｍＪ／ｃｍ^２）を照射し、成長基板１１に接する光半導体積層２０の界面（バッファ層２１および下地層２２の一部，図２Ａ参照）を熱分解する。これにより、成長基板１１と光半導体積層２０とが分離する。

【0038】

次に、図２Ｈに示すように、レーザリフトオフ法による光半導体積層２０（ＧａＮからなるバッファ層２１および下地層２２，図２Ａ参照）の熱分解で発生したＧａを熱水などで除去し、その後塩酸や水酸化ナトリウムなどで表面エッチングする。これにより、光半導体積層２０のｎ型半導体層２３（図２Ａ参照）が露出する。なお、Ａｒプラズマないし塩素系プラズマを用いたドライエッチングや研磨などで、光半導体積層２０のｎ型半導体層２３を露出させてもよい。

【0039】

次に、図２Ｉに示すように、露出したｎ型半導体層表面にＭＣ層２３ｍｃを形成する。具体的には、ｎ型半導体層表面を、ＴＭＡＨ（水酸化フェニルトリメチルアンモニウム）水溶液（温度約７０℃，濃度約２５％）などによりウエットエッチングする。これにより、ｎ型半導体層表面に、六角錐状のマイクロコーンが複数形成される。なお、ＭＣ層２３ｍｃは、Ａｒプラズマや塩素系プラズマなどによるドライエッチングを用いても形成することができる。

【0040】

次に、図２Ｊに示すように、光半導体積層２０表面（ＭＣ層２３ｍｃ表面）にｎ側電極６０を形成する。具体的には、電子ビーム蒸着法を用いてＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる金属積層を形成し、リフトオフ法等によりパターニングして、所望の平面形状を有するｎ側電極６０を形成する。ｎ側電極６０の平面形状は、たとえば図１Ｂないし図１Ｃに示す形状である。

【0041】

次に、図２Ｋに示すように、支持基板１２を研削・研磨処理により、薄片化する。その後、薄片化した支持基板１２にコンタクト電極７０を形成する。コンタクト電極７０は、例えば、電子ビーム真空蒸着法も用いて、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕを順次成膜することにより形成することができる。

【0042】

次に、図２Ｌに示すように、支持基板１２（およびコンタクト電極７０）をレーザスクライブ又は、ダイシングにより分割する。以上により、実施例によるＬＥＤ１００が完成する。なお、ＧａＮを含む青色ＬＥＤを白色化する場合には、当該ＬＥＤを封止充填する樹脂に黄色蛍光体を添加すればよい。

【0043】

本発明者は、上述したＬＥＤの製造方法に基づいて、電流拡散層の構成が異なる複数のサンプルＳ１〜Ｓ４およびレファレンスＲ１，Ｒ２を作製した。そして、サンプルＳ１〜Ｓ４およびレファレンスＲ１，Ｒ２のＤｒｏｏｐ特性を測定した。ここで、Ｄｒｏｏｐ特性とは、ＬＥＤ（特にその活性層）に流れる電流の電流密度に対するＬＥＤの外部量子効率（発光効率）の低減特性を言う。また、外部量子効率とは、ＬＥＤの活性層に注入される電子数に対するＬＥＤ外部に出射される光子数の割合を言う。

【0044】

第１のレファレンスＲ１は、電流拡散層が形成されていないＬＥＤである。また、第２のレファレンスＲ２は、電流拡散層の替わりに、層厚が２６０ｎｍである単一のアンドープ層を挿入したＬＥＤである。

【0045】

第１のサンプルＳ１は、電流拡散層が、第１アンドープ層、第１ドープ層および第２アンドープ層からなる３層構造を有するＬＥＤである。第１アンドープ層の層厚は１３０ｎｍであり、第１ドープ層の層厚は２５ｎｍであり、第２アンドープ層の層厚は１３０ｎｍである。

【0046】

第２のサンプルＳ２は、電流拡散層が５層構造を有するＬＥＤである。第１アンドープ層の層厚は１３０ｎｍであり、第１ドープ層の層厚は２５ｎｍであり、第２アンドープ層の層厚は１３０ｎｍ、第２ドープ層の層厚は５０ｎｍであり、第３アンドープ層の層厚は２ｎｍである。

【0047】

第３のサンプルＳ３は、電流拡散層が５層構造を有し、電流拡散層のうち第３アンドープ層の層厚が最も厚いＬＥＤである。第１アンドープ層の層厚は１３０ｎｍであり、第１ドープ層の層厚は２５ｎｍであり、第２アンドープ層の層厚は１３０ｎｍ、第２ドープ層の層厚は５０ｎｍであり、第３アンドープ層の層厚は１４０ｎｍである。

【0048】

第４のサンプルＳ４は、電流拡散層が５層構造を有し、電流拡散層のうち第１アンドープ層の層厚が最も厚いＬＥＤである。第１アンドープ層の層厚は３００ｎｍであり、第１ドープ層の層厚は２０ｎｍであり、第２アンドープ層の層厚は１００ｎｍ、第２ドープ層の層厚は４０ｎｍであり、第３アンドープ層の層厚は２ｎｍである。

【0049】

図３Ａおよび図３Ｂは、サンプルＳ１〜Ｓ４およびレファレンスＲ１，Ｒ２のＤｒｏｏｐ特性を示すグラフである。図３Ａおよび図３Ｂに示すグラフの横軸は、サンプルＳ１〜Ｓ４およびレファレンスＲ１，Ｒ２に供給した電流の電流密度（Ａ／ｃｍ^２）を示し、縦軸は、サンプルＳ１〜Ｓ４およびレファレンスＲ１，Ｒ２の外部量子効率（任意単位）を示す。サンプルＳ１〜Ｓ４およびレファレンスＲ１，Ｒ２のＤｒｏｏｐ特性は、電流密度が２０Ａ／ｃｍ^２であるときの外部量子効率値（外部量子効率の最大値）において規格化されている。ここで、電流密度２０Ａ／ｃｍ^２の外部量子効率値に対する電流密度３５Ａ／ｃｍ^２の外部量子効率値の低減率をＤｒｏｏｐ率と呼ぶこととする。

【0050】

図３Ａおよび図３Ｂに示すグラフから、サンプルＳ１〜Ｓ４およびレファレンスＲ１，Ｒ２において、ＬＥＤに流れる電流の電流密度が小さい場合（具体的には電流密度が２０Ａ／ｃｍ^２より小さい場合）、ＬＥＤの外部量子効率（発光効率）はほぼ線形的に増加していることがわかる。一方、ＬＥＤに流れる電流の電流密度が大きい場合（具体的には電流密度が２０Ａ／ｃｍ^２以上である場合）、ＬＥＤの外部量子効率が徐々に低減していることがわかる。

【0051】

レファレンスＲ１（電流拡散層が設けられていないＬＥＤ）のＤｒｏｏｐ率は、約５％程度である。また、レファレンスＲ２（電流拡散層が単一のアンドープ層に代替されているＬＥＤ）のＤｒｏｏｐ率は約２．５％であり、レファレンスＲ１のＤｒｏｏｐ率よりも顕著に良好であることがわかった。しかしながら、レファレンスＲ２の外部量子効率は、電流密度がたとえば５０Ａ／ｃｍ^２よりも高くなると、極端に悪化することがわかった。また、レファレンスＲ２の順方向電圧（駆動電圧）は、レファレンスＲ１の順方向電圧よりも約２倍程度大きくなることが確認された。順方向電圧の増大は、消費電力増大等の観点からあまり好ましいとは言えない。

【0052】

サンプルＳ１（電流拡散層が３層構造であるＬＥＤ）のＤｒｏｏｐ率は約３．７％であり、レファレンスＲ１のＤｒｏｏｐ率よりも良好であることがわかった。また、サンプルＳ２（電流拡散層が５層構造であるＬＥＤ）のＤｒｏｏｐ率は約３％であり、サンプルＳ１のＤｒｏｏｐ率よりも良好であることがわかった。

【0053】

さらに、サンプルＳ３（電流拡散層が５層構造であって、第３アンドープ層が最も厚膜であるＬＥＤ）のＤｒｏｏｐ率は約２．５％であり、サンプルＳ２のＤｒｏｏｐ率よりも良好であることがわかった。しかしながら、サンプルＳ３の順方向電圧は、サンプルＳ２の順方向電圧よりも若干大きくなることが確認された。だたし、このサンプルＳ３における順方向電圧の増大は、許容できる範囲内であった。

【0054】

また、サンプルＳ４（電流拡散層が５層構造であって、第１アンドープ層が最も厚膜であるＬＥＤ）のＤｒｏｏｐ率は約２．５％であり、サンプルＳ２のＤｒｏｏｐ率よりも良好であることがわかった。加えて、サンプルＳ３の順方向電圧は、サンプルＳ２の順方向電圧とほぼ同等であることがわかった。

【0055】

以上のＤｒｏｏｐ特性の測定結果から、ＬＥＤの光半導体積層に電流拡散層を挿入することにより、Ｄｒｏｏｐ特性が改善することが確認された。また、５層構造の電流拡散層を有するＬＥＤの方が、３層構造の電流拡散層を有するＬＥＤよりもＤｒｏｏｐ特性が改善することが確認された。さらに、５層構造の電流拡散層を有するＬＥＤにおいて、最外層（第１アンドープ層ないし第３アンドープ層）の層厚を厚くすることにより、Ｄｒｏｏｐ特性がより改善することが確認された。

【0056】

以下、Ｄｒｏｏｐ特性の測定結果に基づいて、電流拡散層が果たす機能について考察する。

【0057】

図４Ａは、電流拡散層が形成されていない参考例によるＬＥＤ（レファレンスＲ１）において、ｎ側電極の一部近傍を示す拡大断面図である。また、図４Ｂは、実施例によるＬＥＤ（サンプルＳ１〜Ｓ４）において、ｎ側電極の一部近傍を示す拡大断面図である。

【0058】

電流拡散層が形成されていないＬＥＤ（参考例によるＬＥＤ）の場合、図４Ａに示すように、電子がｎ側電極６０から活性層２６まで到達する間に平面方向に拡散する拡散距離Ｌｅは、相対的に短くなると考えられる。電子の拡散距離Ｌｅが短い場合、活性層２６におけるｎ側電極に対応する領域近傍に、電子が集中する（電流が集中的に流れる）ことになる。活性層２６の特定の領域に供給される単位面積当たりの電子量が極端に多い（活性層２６の特定の領域に流れる電流の電流密度が非常に大きい）場合、活性層２６における電子および正孔の再結合が効率的に行われず、発光効率は飽和ないし低減すると考えられる。

【0059】

一方、電流拡散層２４が形成されているＬＥＤ（実施例によるＬＥＤ）の場合、図４Ｂに示すように、電子がｎ側電極６０から活性層２６まで到達する間に平面方向に拡散する拡散距離Ｌｅは、相対的に長くなると考えられる。これは、電流拡散層２４における第１〜第３アンドープ層の抵抗成分が高いため、電流が厚み方向に相対的に流れにくく、平面方向に相対的に流れやすく（拡散しやすく）なるためだと考えられる。

【0060】

電子の拡散距離Ｌｅが長い場合、活性層２６の広い領域に、電子が分散する（電流が分散的に流れる）ことになる。このため、活性層２６の特定の領域に供給される単位面積当たりの電子量が相対的に少なくなり（活性層２６の特定の領域に流れる電流の電流密度が相対的に小さくなり）、活性層２６における電子および正孔の再結合が参考例によるＬＥＤよりも効率的に行われると考えられる。したがって、参考例によるＬＥＤよりも発光効率が改善すると考えられる。

【0061】

以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。たとえば、電流拡散層は、５層構造に限られず、５層以上の多層構造であってもかまわない。その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。

【符号の説明】

【0062】

１１…成長基板、１２…支持基板、２０…光半導体積層、２１…低温バッファ層、２２…下地層、２３…ｎ型半導体層、２４…電流拡散層、２５…歪緩和層、２６…活性層（発光層）、２７…クラッド層、２８…ｐ型半導体層、２９…発光積層体、３０…ｐ側電極、４０…融着層、４１…第１接着層、４２…第２接着層、５１…フォトレジストパターン、６０…ｎ側電極、７０…コンタクト電極、８０…電源、１００…ＬＥＤ（実施例）。

【図1】

【図2-1】

【図2-2】

【図2-3】

【図3】

【図4】