特許 6208051 点光源発光ダイオード

(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】6208051

(24)【登録日】2017年9月15日

(45)【発行日】2017年10月4日

(54)【発明の名称】点光源発光ダイオード

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/10 20100101AFI20170925BHJP

   H01L 33/30 20100101ALI20170925BHJP

【ＦＩ】

   H01L33/10

   H01L33/30

【請求項の数】11

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2014-44284(P2014-44284)

(22)【出願日】2014年3月6日

(65)【公開番号】特開2015-170717(P2015-170717A)

(43)【公開日】2015年9月28日

【審査請求日】2016年9月2日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003713

【氏名又は名称】大同特殊鋼株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】514057673

【氏名又は名称】光▲宏▼科技股▲分▼有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】100085361

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 治幸

(74)【代理人】

【識別番号】100147669

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 光治郎

(72)【発明者】

【氏名】廣谷 真澄

(72)【発明者】

【氏名】飯尾 晋司

(72)【発明者】

【氏名】曽根 豪紀

(72)【発明者】

【氏名】川口 恵藏

(72)【発明者】

【氏名】楊 正中

【審査官】 村井 友和

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−２１１０１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−２９１３６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−０４７８７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２１１０８２（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】

支持基板上に、金属層と、第１導電型層と、活性層と、電流狭窄構造を含む第２導電型層と、前記活性層で発生した光を出射する開口が形成された上面電極とをその順で積層して成る点光源発光ダイオードであって、
前記金属層は、前記開口に対応する部位に局所的に設けられ、前記活性層で発生した光を前記開口側へ反射する金属反射面を有し、
前記金属反射面の周囲には、前記金属反射面よりも反射率が低くおよび／又は光吸収率が高い光反射低減面が設けられており、
前記第１導電型層は、第１コンタクト層を含み、
前記第１コンタクト層の一部と接触する誘電体層が、前記金属層上に設けられている
点光源発光ダイオード。

【請求項2】

前記誘電体層は、前記第１コンタクト層に対して、前記開口に対応する部位に局所的に設けられたものである
請求項１に記載の点光源発光ダイオード。

【請求項3】

前記誘電体層には、前記第１コンタクト層と前記金属層との間を導通させる１又は２以上の中間電極が前記誘電体層を貫通して設けられている
請求項１または２に記載の点光源発光ダイオード。

【請求項4】

前記金属層は、前記第１コンタクト層に対して、前記誘電体層と同様のパターンで前記誘電体層に隣接して局所的に或いは全面的に積層されている
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の点光源発光ダイオード。

【請求項5】

前記支持基板は、前記第１コンタクト層に低融点金属から成る金属密着層を介して熱圧着されたものであり、
該金属密着層と前記金属層との間には拡散防止バリヤ層が介在させられている
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の点光源発光ダイオード。

【請求項6】

前記金属層に設けられた金属反射面の径Ｌ２は、前記上面電極に局所的に形成された開口の中心を通る断面において、開口の径Ｌ１に対して、０．２Ｌ１≦Ｌ２≦１．８Ｌ１の大きさを有する
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の点光源発光ダイオード。

【請求項7】

前記光反射低減面の反射率ＲＲ２は、前記金属層に設けられた金属反射面の反射率ＲＲ１に対して、ＲＲ２≦０．８ＲＲ１である
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の点光源発光ダイオード。

【請求項8】

前記金属反射面は、前記開口の中心を通る断面において、前記金属反射面における前記開口の端部の垂線の交点と前記金属反射面の端部との距離をＤとしたとき、前記開口の寸法Ｌ１に対して、０≦Ｄ≦０．４Ｌ１の関係を満足する
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の点光源発光ダイオード。

【請求項9】

前記金属反射面の面積Ａ２は、前記開口の面積Ａ１に対して、０．０４Ａ１≦Ａ２≦３．２４Ａ１である
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の点光源発光ダイオード。

【請求項10】

前記上面電極の一の外周端部及び他の外周端部との距離Ｌ３は、前記上面電極に局所的に形成された開口の中心をとおる断面において、Ｌ２≦０．９Ｌ３の関係を満足する
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の点光源発光ダイオード。

【請求項11】

支持基板上に、金属層と、第１導電型層と、活性層と、電流狭窄構造を含む第２導電型層と、前記活性層で発生した光を出射する開口が形成された上面電極とをその順で積層して成る点光源発光ダイオードであって、
前記金属層は、前記開口に対応する部位に局所的に設けられ、前記活性層で発生した光を前記開口側へ反射する金属反射面を有し、
前記金属反射面の周囲には、前記金属反射面よりも反射率が低くおよび／又は光吸収率が高い光反射低減面が設けられており、
前記第１導電型層は、第１コンタクト層を含み、
前記第１コンタクト層の一部と接触するＩＴＯからなる中間電極が、前記金属層上に設けられている
点光源発光ダイオード。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、チップ端面から漏れ出るサイド光を抑制する構造を有する点光源発光ダイオードに関するものである。

【背景技術】

【0002】

上面電極と支持基板との間に、活性層と、その活性層の一部に駆動電流を集中させてその活性層の一部から局所的に発光させる電流狭窄構造と、活性層から基板側へ放射された光を上面電極側へ反射する金属反射層とを有し、上面電極に局所的に形成された開口を通して出力光を出力するチップ状の発光ダイオードが知られている。たとえば、特許文献１に記載された発光ダイオードがそれである。このような発光ダイオードは、その活性層において発生させられる光のうち支持基板側へ向かった光が金属反射層によって上面電極側へ反射されるので、角度依存性が高い多層膜反射鏡（ＤＢＲ層）に比較して高い光の取出し効率が得られるという特徴があり、光センサや光学式エンコーダ或いはプラスチック光ファイバ（ＰＯＦ）通信における点光源などとして利用されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００６−１４８０５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上記チップ状の点光源発光ダイオードでは、金属反射層がチップの厚み方向に直交する断面全体に設けられていて、活性層の一部から発生した光のうちの金属反射層により反射された光は、そのままチップの端面から射出され、或いは上面電極との多重反射を経てチップ端面から射出される。このようにチップの端面から漏れ出たサイド光は、たとえば最大強度の２０％程度の強度となる場合があり、点光源発光ダイオードの上面電極に形成された開口を通して出力される出力光に混入してノイズ成分となるという不都合があった。このノイズ成分は、点光源発光ダイオードを光源として利用する測定や通信の障害となる場合がある。また、特許文献１では、発光ダイオードの発光点の解像度を向上させるために、島状発光ダイオード領域の側壁を配線兼クラッド層で被覆しているが、均一な厚みの側壁を形成することは困難であり、サイド光を確実に抑制できない場合があった。

【0005】

本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、点光源発光ダイオードの端面から漏れ出るサイド光が抑制された点光源発光ダイオードを提供することにある。

【0006】

本発明者等は、以上の事情を背景として種々検討を重ねた結果、点光源発光ダイオードの活性層のうちの局所的発光部位の直下に金属反射面を有する金属層を設け、その金属反射面の周囲に光反射を低減する光反射低減面を設けると、点光源発光ダイオードの端面から漏れでるサイド光が好適に少なくなることを見いだした。本発明はこのような知見に基づいて為されたものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

すなわち、第１発明の要旨とするところは、（ａ）支持基板上に、金属層と、第１導電型層と、活性層と、電流狭窄構造を含む第２導電型層と、前記活性層で発生した光を出射する開口が形成された上面電極とをその順で積層して成る点光源発光ダイオードであって、（ｂ）前記金属層は、前記開口に対応する部位に局所的に設けられ、前記活性層で発生した光を前記開口側へ反射する金属反射面を有し、（ｃ）前記金属反射面の周囲には、前記金属反射面よりも反射率が低くおよび／又は光吸収率が高い光反射低減面が設けられており、（ｄ）前記第１導電型層は、第１コンタクト層を含み、（ｅ）前記第１コンタクト層の一部と接触する誘電体層が、前記金属層上に設けられていることにある。
第２発明の要旨とするところは、（ａ）支持基板上に、金属層と、第１導電型層と、活性層と、電流狭窄構造を含む第２導電型層と、前記活性層で発生した光を出射する開口が形成された上面電極とをその順で積層して成る点光源発光ダイオードであって、（ｂ）前記金属層は、前記開口に対応する部位に局所的に設けられ、前記活性層で発生した光を前記開口側へ反射する金属反射面を有し、（ｃ）前記金属反射面の周囲には、前記金属反射面よりも反射率が低くおよび／又は光吸収率が高い光反射低減面が設けられており、（ｄ）前記第１導電型層は、第１コンタクト層を含み、（ｆ）前記第１コンタクト層の一部と接触する、ＩＴＯからなる中間電極が、前記金属層上に設けられていることにある。

【発明の効果】

【0008】

第１発明の点光源発光ダイオードによれば、前記金属層の前記上面電極に局所的に形成された開口に対応する部位に局所的に設けられて前記活性層で発生した光を前記開口側へ反射する金属反射面が設けられ、その金属反射面の周囲には、金属反射面よりも反射率が低い光反射低減面が設けられていることから、活性層の一部から支持基板側へ向かう光のうちの一部は金属反射面により反射され、他の一部の光は反射されず、光反射低減面により吸収されるので、チップ状の点光源発光ダイオードの端面から漏れ出るサイド光が好適に抑制される。また、前記第１導電型層は、第１コンタクト層を含み、前記第１コンタクト層の一部と接触する誘電体層が、前記金属層上に設けられているので、金属層上のうち前記第１コンタクト層の一部と接触する誘電体層により覆われた界面は、金属層と第１コンタクト層との間の反応すなわち拡散或いは合金化が阻止されて、乱反射や光吸収が防止されて金属層の活性層側に反射率の高い金属反射面が形成される。この点で、上記誘電体層は、合金阻止層として機能している。

【0010】

ここで、好適には、前記誘電体層は、前記第１コンタクト層に対して、前記開口に対応する部位に局所的に設けられたものである。このようにすれば、金属層上の面のうち前記開口に対応する部位は、金属層と第１コンタクト層との間の反応すなわち拡散或いは合金化が阻止されて、乱反射や光吸収が防止されて金属層の活性層側に反射率の高い金属反射面が形成される。

【0011】

また、好適には、前記誘電体層には、前記第１コンタクト層と前記金属層との間を導通させる１または２以上の中間電極が前記誘電体層を貫通して設けられている。このようにすれば、前記上面電極とこの複数個の中間電極との間で移動する電流は、前記上面電極に局所的に形成された開口に対応する部位に設けられた誘電体層を貫通する中間電極を通ることから、拡散することなく、前記活性層のうち上面電極の開口の直下に対応する部位に集中させられるので、その活性層のうち上面電極の開口の直下に対応する部位が局所的に発光させられる。これにより、サイド光の発生が一層抑制される。

【0012】

また、好適には、前記金属層は、前記第１コンタクト層に対して、前記誘電体層と同様のパターンでその誘電体層に隣接して局所的或いは全面的に積層されている。金属層が第１コンタクト層に対して局所的に積層される場合には、少なくとも誘電体層と金属層とがパターニングされる必要があるが、金属層が第１コンタクト層に対して全面的に積層される場合は、誘電体層のみがパターニングされる。後者の、局所的な誘電体層を介して前記コンタクト層に対して前記金属層が全面的に積層される場合は、熱圧着時の温度によって、コンタクト層と金属層との間の境界面に、それらの合金化によって反射率が低減されおよび／又は光吸収率が増加された前記光反射低減面が生成される。なお、局所的な誘電体層の周囲に光反射低減物質からなる層を積極的に設けることもできる。

【0013】

また、好適には、前記支持基板は、前記第１コンタクト層に低融点金属から成る金属密着層を介して熱圧着されたものであり、その金属密着層と前記金属層との間には拡散防止バリヤ層が介在させられている。これにより、金属密着層の溶融時の温度による金属密着層と前記金属層との間の反応が抑制される。金属密着層には、Ａｕ／Ｉｎ、Ｐｂ／Ｓｎ、Ｉｎ／Ｓｎ、Ａｕ／Ｓｎなどの低融点金属が好適に用いられる。

【0014】

前記中間電極に用いられる材質は、特に限定はされないが、オーミック電極となるものが好ましい。オーミック電極となるものとしては、例えば、ＡｕＺｎ、ＡｕＢｅ、ＩＴＯ等が挙げられる。また、金属層に用いられる材質は、特に限定されず、例えば、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ及びそれらのいずれかを含む合金（例えばＡｕＺｎ）等が用いられる。また、中間電極と金属層は、本件発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、同じ材質であっても異なる材質であってもよい。

【0015】

また、前記金属反射面の径Ｌ２は、前記上面電極に局所的に形成された開口の中心を通る断面において、開口の径Ｌ１に対して、０．２Ｌ１≦Ｌ２≦１．８Ｌ１であることが好ましく、また、０．６Ｌ１≦Ｌ２≦１．４Ｌ１であることがさらに好ましい。このようにすれば、出力光の強度の維持とサイド光の抑制とを両立させ、出力光の強度を低下させることなくサイド光の強度を抑制することができる。

【0016】

また、好適には、前記光反射低減面の反射率ＲＲ２は、前記金属層に設けられた金属反射面の反射率ＲＲ１に対して、ＲＲ２≦０．８ＲＲ１である。このようにすれば、出力光の強度の維持とサイド光の抑制とを両立させ、出力光の強度を低下させることなくサイド光の強度を抑制することができる。また、金属反射面の反射率ＲＲ１は、活性層から出射される波長の光に対して、ＲＲ１≧７０％の関係であることが好ましい。

【0017】

また、前記金属反射面は、前記開口の中心を通る断面において、前記金属反射面における前記開口の端部の垂線との交点と、前記金属反射面の端部との距離をＤとしたとき、前記開口の寸法Ｌ１に対して、０≦Ｄ≦０．４Ｌ１の関係を満たすことが好ましく、０≦Ｄ≦０．２Ｌ１の関係を満たすことがより好ましい。このようにすれば、出力光の強度の維持とサイド光の抑制とを両立させ、出力光の強度を低下させることなくサイド光の強度を抑制することができる。

【0018】

また、前記金属反射面の面積をＡ２、前記開口の面積をＡ１としたとき、０．０４Ａ１≦Ａ２≦３．２４Ａ１の関係を満たすことが好ましく、０．３６Ａ１≦Ａ２≦１．９６Ａ１の関係を満たすことがより好ましい。このようにすれば、出力光の強度の維持とサイド光の抑制とを両立させ、出力光の強度を低下させることなくサイド光の強度を抑制することができる。

【0019】

また、好適には、前記上面電極の一の外周端部及び他の外周端部との距離Ｌ３は、前記上面電極に局所的に形成された開口の中心をとおる断面において、Ｌ２≦０．９Ｌ３の関係である。このようにすれば、より効果的にサイド光の抑制を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明が適用された点光源発光ダイオードの一例を示す平面図である。

【図2】図１の点光源発光ダイオードの積層構造を模式的に説明する垂直断面図であって、図１のII−II視断面図である。

【図3】図１の点光源発光ダイオードの光取出面側において、上面電極に形成された開口の中心を通るＹ軸に沿って変化する光出力の変化を示す光出力特性を示す図である。

【図4】金属反射面が全面に設けられている点光源発光ダイオードの積層構造を模式的に説明する垂直断面図であって、図２に相当する図である。

【図5】図４の点光源発光ダイオードの光出力特性を示す図であって、図３に相当する図である。

【図6】図１の点光源発光ダイオードの製造工程をそれぞれ説明する図である。

【図7】図６の各製造工程による積層状態を説明する図であって、(a)は結晶成長工程Ｐ１を経た中間製品の積層構造を、(b)は誘電体形成工程Ｐ２、中間電極形成工程Ｐ３、金属層形成工程Ｐ４、および拡散防止バリヤ層形成工程Ｐ５を経た中間製品の積層構造を、(c)は支持基板接合工程Ｐ６および成長基板分離工程Ｐ７を経た中間製品の積層構造を、(d)は電流狭窄構造形成工程Ｐ８および電極形成工程Ｐ９を経た製品の積層構造をそれぞれ示している。

【図8】本発明の他の実施例の点光源発光ダイオードの積層構造を模式的に説明する垂直断面図であって、図１に相当する図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。

【実施例1】

【0022】

図１は、本発明が適用された面発光型半導体発光素子すなわち点光源発光ダイオード１０を示す平面図であり、図２は、点光源発光ダイオード１０の上面電極１６の開口１２の中心ＣＰを通る垂直断面を示す図１のII−II視断面図である。点光源発光ダイオード１０は、チップ状の直方体であって、たとえば蒸着あるいはスパッタにより固着された、局所的に形成された略正方形の開口１２およびボンディングパッド１４を有する上面電極１６とその開口１２に囲まれた光取出面１７とを、上面に備えている。この上面電極１６はたとえばＡｕＧｅＮｉ共晶体から構成される。この上面電極１６の開口１２内には、光を可及的に通過させつつ電流を均一化するための導電性格子１８が上面電極１６に接続した状態で設けられている。図１の１点破線Ｘは点光源発光ダイオード１０の長手（長辺）方向に平行であって開口１２の中心ＣＰを通る線であり、一点鎖線Ｙは点光源発光ダイオード１０の短辺方向に平行であって開口１２の中心ＣＰを通る線である。

【0023】

点光源発光ダイオード１０は、図２に例示するように、たとえば数百μｍ程度の厚みを有するＳｉ製の支持基板２０の上に、たとえばＡｕ／Ｉｎ、Ｐｂ／Ｓｎ、Ｉｎ／Ｓｎ、Ａｕ／Ｓｎなどの低融点金属（はんだ）から成る金属密着層２２と、上面電極１６の開口１２に対応する位置に局部的に且つ相互に重なる状態でパターニングされた、たとえばチタンなどから成る拡散防止バリヤ層２４、たとえばＡｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ及びそれらのいずれかを含む合金（例えばＡｕＺｎ）などから成る金属層２６、および、たとえばＡｕＺｎ、ＡｕＢｅ、ＩＴＯなどから成る複数個の中間電極２８を貫通状態で有するたとえばＳｉＯ２などの非導電性物質から成る誘電体層３０と、たとえばｐ−ＧａＰなどのｐ型半導体から成る４μｍ程度の厚みを有する第１コンタクト層３２と、たとえばｐ−Ａｌ0.53Ｉｎ0.47Ｐなどのｐ型半導体から成る０．５μｍ程度の厚みを有する下部クラッド層３４と、たとえばＧａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ／(Ａｌ0.5Ｇａ0.5)0.51Ｉｎ0.49Ｐの多層体から構成された多重量子井戸からなる活性層３６と、たとえばｎ−Ａｌ0.53Ｉｎ0.47Ｐなどの０．５μｍ程度の厚みを有するｎ型半導体から成る上部クラッド層３８と、たとえばｎ−(Ａｌ0.5Ｇａ0.5)0.51Ｉｎ0.49Ｐなどのｎ型半導体から成る２μｍ程度の厚みを有するブロック層４０と、たとえばｎ−ＧａＡｓなどのｎ型半導体から成る５０ｎｍ程度の厚みを有する第２コンタクト層４２と、上面電極１６とが、順次積層された構造を備えている。

【0024】

上記支持基板２０の下面には、たとえばＴｉ及びＡｕの積層構造からなる下面電極４６が、たとえば蒸着あるいはスパッタにより固着されている。上面電極１６および下面電極４６は、点光源発光ダイオード１０の製造プロセス中のエッチング工程などにおいて安定な貴金属或いはその合金等の金属材料が用いられる。そして、点光源発光ダイオード１０の上面電極１６直下から上部クラッド層３８に到達するまでたとえば水素イオンＨ^＋を注入させて著しく高抵抗化させることで電流を通過させない電流ブロック領域４４が設けられている。この電流ブロック領域４４は、上面電極１６から支持基板２０の下面に固着された下面電極４６との間に流されて活性層３６を通過する電流を狭窄し、活性層３６のうちの開口１２直下に対応する部位に集中させてそこで局所的に発光させる。これにより、点光源発光ダイオード１０は、たとえば直径１５０μｍφ程度の光取出面１７直下の領域に電流を集中させて活性層３６から局所的に発光させる電流狭窄機能を備えていることになる。

【0025】

点光源発光ダイオード１０において、金属層２６の誘電体層３０側の界面は、誘電体層３０が介在されていることにより支持基板２０の熱圧着時の温度による第１コンタクト層３２との反応すなわち拡散或いは合金化が防止されて乱反射や光吸収が抑制されているので、高い反射率ＲＲ１を有する金属反射面５０が形成されている。この点で、上記誘電体層３０は、合金阻止層として機能している。

【0026】

一方、支持基板２０の熱圧着時の温度による、第１コンタクト層３２と金属密着層２２との反応すなわち拡散或いは合金化が行なわれることによって、第１コンタクト層３２と金属密着層２２との界面には、反射率が低減されおよび／又は光吸収率が増加されることで金属反射面５０の反射率ＲＲ１よりも低い反射率ＲＲ２を有する光反射低減面５２が生成される。金属反射面５０の周囲に形成される、反射率ＲＲ２を有する合金層５４は極めて薄い層であるが、理解を容易とするために図２に破線で示されている。なお、金属反射面５０の周囲における第１コンタクト層３２と金属密着層２２との間の境界面に、光反射低減面５２を形成する光反射低減物質からなる層が積極的に設けられてもよい。光反射低減面５２の反射率ＲＲ２は、金属層２６に設けられた金属反射面５０の反射率ＲＲ１に対して、ＲＲ２≦０．８ＲＲ１となるように、材質、温度が予め実験的に設定されている。また、金属反射面の反射率ＲＲ１は、活性層から出射される波長の光に対して、ＲＲ１≧７０％の関係であることが好ましい。

【0027】

図２に示される上面電極１６に局所的に形成された開口１２の中心ＣＰを通る縦断面において、誘電体層３０および金属反射面５０は、開口１２と同様のパターンでそれと同心に配置されており、金属反射面５０の径Ｌ２は、開口１２の径Ｌ１に対して、０．２Ｌ１≦Ｌ２≦１．８Ｌ１（好ましくは０．６Ｌ１≦Ｌ２≦１．４Ｌ１）を満足する範囲の大きさを有するように、金属反射面５０における開口１２の端部からの垂線との交点とその金属反射面５０の端部との距離をＤとしたとき、図２内の開口１２の寸法Ｌ１に対して、０≦Ｄ≦０．４Ｌ１（好ましくは０≦Ｄ≦０．２Ｌ１）の関係を満たすように、金属反射面５０の面積をＡ２、開口１２の面積をＡ１としたとき、０．０４Ａ１≦Ａ２≦３．２４Ａ１（好ましくは０．３６Ａ１≦Ａ２≦１．９６Ａ１）の関係を満たすように、および／または、上面電極１６の一の外周端部及び他の外周端部との距離Ｌ３は、上面電極１６に局所的に形成された開口１２の中心ＣＰをとおる断面において、Ｌ２≦０．９Ｌ３の関係となるように、形成されている。それらの関係は、出力光の強度の維持とサイド光の抑制とを両立させ得て、出力光の強度を低下させることなく、よりサイド光の強度が抑制されるように、予め実験的に求められたものである。

【0028】

上記のように構成された点光源発光ダイオード１０においては、結晶成長により互いに積層された上部クラッド層３８、活性層３６、および下部クラッド層３４によってダブルへテロ構造が構成されており、上面電極１６と下面電極４６との間に、順方向の電流が流されると、活性層３６のうちの開口１２すなわち光取出面１７直下の発光領域Ｐが局所的に発光させられる。この活性層３６の発光領域Ｐから発生した光は、点光源発光ダイオード１０の上面側、側面側、および下面側方向へ射出される。活性層３６の発光領域Ｐから下面電極４６側へ向けて射出された光のうち、金属反射面５０により反射されて上面側へ向い、活性層３６から開口１２側へ向けて射出された光とともに、光取出面１７から出力される。また、活性層３６から下面電極４６側へ向けて射出された光のうち、金属反射面５０の周囲に存在する光反射低減面５２に到達した光は、その光反射低減面５２において吸収や乱反射されてその反射光の強度が低下させられる。図２の１点鎖線で示す矢印はそれらの光を示している。

【0029】

これにより、点光源発光ダイオード１０においては、角度依存性が高い多層膜反射鏡（ＤＢＲ層）が設けられる場合に比較して高い光の取出し効率が得られると共に、図１のＡ、Ｂ、Ｃに示す部位において点光源発光ダイオード１０の端面から漏れ出るサイド光が好適に抑制される。図３は、図１の一点鎖線Ｙに沿って光強度を測定したときの相対的変化特性を示している。図３において、開口１２の真上位置で測定された光強度の最大値を１００％としたとき、Ａ、Ｂに示す部位において点光源発光ダイオード１０の端面から漏れ出るサイド光は、それぞれ４〜５％程度であった。

【0030】

因みに、金属反射面５０が上面電極１６に平行なチップの横断面の全面に設けられた形式の点光源発光ダイオード１００の構成例を図４に示す。この点光源発光ダイオード１００では、拡散防止バリヤ層２４と、その上の金属層２６と、金属層２６と第１コンタクト層３２との間の誘電体層３０とが、上面電極１６に平行なチップの横断面の全面に重ねて積層されている点で、点光源発光ダイオード１０と相違し、他は同一の構成を有している。

【0031】

このように構成された点光源発光ダイオード１００によれば、金属層２６と誘電体層３０との間の界面に形成された金属反射面５０が、上面電極１６に平行なチップの横断面の全面に設けられていることから、図４の１点鎖線の矢印に示すように、活性層３６の発光領域Ｐから下面電極４６側へ向けて射出された光のうち、金属反射面５０により反射されて上面側へ向い、活性層３６から開口１２側へ向けて射出された光とともに、光取出面１７から出力される点は点光源発光ダイオード１０と共通する。しかし、活性層３６から下面電極４６側へ向けて射出されて金属層２６に到達した光は、その金属反射面５０によりすべて反射されるため、その一部が点光源発光ダイオード１００の端面から漏れ出るサイド光の強度が比較的高くなる。図５は、図４の一点鎖線Ｙに沿って光強度を測定したときの相対的変化特性を示している。図５において、開口１２の真上位置で測定された光強度の最大値を１００％としたとき、Ａ、Ｂに示す部位において点光源発光ダイオード１０の端面から漏れ出るサイド光は、それぞれ２０％程度と、比較的高い強度を示した。

【0032】

図６は、点光源発光ダイオード１０の製造工程例の要部を説明する図であり、図７は、製造工程中の中間製品の積層状態をそれぞれ説明する図である。図６において、結晶成長工程Ｐ１では、切り分けられる前の成長基板６０なわちＧａＡｓ単結晶の半導体ウエーハの上に、ＭＯＣＶＤ法(有機金属気相成長法)やＭＢＥ法(分子線エピタキシー法）などによって、たとえばＧａ0.51Ｉｎ0.49Ｐなどの化合物半導体から成り０．２μｍ程度の厚みを有するエッチングストップ層５６、第２コンタクト層４２、ブロック層４０、上部クラッド層３８、活性層３６、下部クラッド層３４、第１コンタクト層３２が、順次エピタキシャル成長させられる。図７の(a)はこの状態を示している。

【0033】

ついで、誘電体層形成工程Ｐ２では、例えば第１コンタクト層３２の支持基板２０側の全面に、ＳｉＯ２からなる誘電体材料を電子線蒸着或いはスパッタするかプラズマＣＶＤを用いて固着させ、その後、ホトリソグラフィー手法により、開口１２に対応する部分を残すように誘電体材料をパターニング（エッチング）することで誘電体層３０が局所的に形成される。なお、ＳｉＯ２からなる誘電体材料は、バッファードフッ酸を用いてパターニングすることができる。続く中間電極形成工程Ｐ３では、ホトリソグラフィー手法により、中間電極２８が形成される。具体的には、例えば、活性層で発生した光を出射する開口に対応する部位のうち前記誘電体層３０上にのみレジスト層を設け、ＡｕＢｅ、ＡｕＺｎ等の中間電極材料を蒸着或いはスパッタし、その後、当該レジスト層を除去することで中間電極２８が局所的に形成される。続く金属層形成工程Ｐ４では、ホトリソグラフィー手法により、金属層２６が形成される。具体的には、例えば、前記開口１２に対応する部分以外にレジスト層を設け、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ及びそれらのいずれかを含む合金等の金属材料を抵抗加熱又は電子線蒸着或いはスパッタし、その後、当該レジスト層を除去することで金属層２６が局所的に形成される。続く拡散防止バリヤ層形成工程Ｐ５では、ホトリソグラフィー手法により、拡散防止バリヤ層２４が形成される。具体的には、例えば、前記金属層２６以外にレジスト層を設け、Ｔｉ等の拡散防止バリヤ材料を抵抗加熱又は電子線蒸着或いはスパッタし、その後、当該レジスト層を除去することで拡散防止バリヤ層２４が局所的に形成される。そして、金属密着層２２が形成される。

【0034】

支持基板接合工程Ｐ６では、図７の(b)に示すように、上記第１コンタクト層３２の誘電体層３０、金属層２６、拡散防止バリヤ層２４が固着された支持基板２０側の一面と、支持基板２０の活性層３６側の一面とに、Ａｕ／Ｉｎ、Ｐｂ／Ｓｎ、Ｉｎ／Ｓｎ、Ａｕ／Ｓｎなどの低融点金属が蒸着などによりそれぞれ固着された後、ウエーハ状の支持基板２０の活性層３６側の一面が上記第１コンタクト層３２の支持基板２０側の一面に押圧された状態で熱圧着される。続く、成長基板分離工程Ｐ７では、成長基板６０及びエッチングストップ層５６が分離される。例えば、ＧａＡｓからなる成長基板を過酸化水素／アンモニア混合液でエッチングする。その後、ＩｎＧａＰからなるエッチングストップ層５６を塩酸系のエッチング液でエッチングする。図７の(c)はこの状態を示している。

【0035】

続いて、電流狭窄構造形成工程Ｐ８では、上面電極１６直下の光取出面１７を除く領域であって、第２コンタクト層４２の表面から少なくとも上部クラッド層３８の厚みの中間までの範囲で、たとえばＨ^＋イオンが注入されることにより、抵抗値が著しく高い不伝導領域を構成する電流ブロック領域４４が形成される。この電流ブロック領域４４は、厚み方向において第１コンタクト層３２付近から第２コンタクト層４２に至るまでの領域に形成されてもよい。そして、電極形成工程Ｐ９では、第２コンタクト層４２の上面すなわち点光源発光ダイオード１０の上面に上面電極１６が蒸着あるいはスパッタにより形成される。また、点光源発光ダイオード１０の裏面（下面）が研磨により鏡面加工されており、その鏡面加工された面において下面電極４６が抵抗加熱又は電子線蒸着あるいはスパッタにより形成される。そして、ウエーハから個々の点光源発光ダイオード１０に分割される。図７の(d)はこの状態を示している。すなわち、図１および図２に示す点光源発光ダイオード１０が製造される。

【0036】

上述のように、本実施例の点光源発光ダイオード１０によれば、金属層２６のうちの上面電極１６に局所的に形成された開口１２に対応する部位に局所的に設けられて活性層３６で発生した光を開口１２側へ反射する金属反射面５０が設けられ、その金属反射面５０の周囲には、金属反射面５０よりも反射率が低い光反射低減面５２が設けられていることから、活性層３６の一部から支持基板２０側へ向かう光のうちの一部は金属反射面５０により反射され、他の一部の光は反射されず、光反射低減面５２により吸収されるので、チップ状の点光源発光ダイオード１０の端面から漏れ出るサイド光が好適に抑制される。

【0037】

また、本実施例の点光源発光ダイオード１０によれば、ｐ型半導体層（第１導電型層）は第１コンタクト層３２を含み、第１コンタクト層３２の一部と接触する誘電体層３０が金属層２６上に設けられている。このため、金属層２６上のうち第１コンタクト層３２の一部と接触する誘電体層３０により覆われた界面は、金属層２６と第１コンタクト層３２との間の反応すなわち拡散或いは合金化が阻止されて、乱反射や光吸収が防止されて金属層２６の活性層側に反射率の高い金属反射面５０が局所的に形成される。

【0038】

また、本実施例の点光源発光ダイオード１０によれば、誘電体層３０は、第１コンタクト層３２に対して開口１２に対応する部位に局所的に設けられている。このため、金属層２６上の面のうち開口１２に対応する部位は、金属層２６と第１コンタクト層３２との間の反応すなわち拡散或いは合金化が阻止されて、乱反射や光吸収が防止されて金属層２６の活性層３６側に反射率の高い金属反射面５０が局所的に形成される。

【0039】

また、本実施例の点光源発光ダイオード１０によれば、第１コンタクト層３２と金属層２６との間を導通させる複数個の中間電極２８が誘電体層３０を貫通して設けられている。このため、上面電極１６と複数個の中間電極２８との間で移動する電流は、上面電極１６に局所的に形成された開口１２に対応する部位に設けられた誘電体層３０を貫通する中間電極２８を通ることから、電流拡散することなく、活性層３６のうち上面電極１６の開口１２の直下に対応する部位に集中させられるので、その活性層３６のうち上面電極１６の開口１２の直下に対応する部位Ｐが局所的に発光させられる。これにより、サイド光の発生が一層抑制される。

【0040】

また、本実施例の点光源発光ダイオード１０によれば、金属層２６は、第１コンタクト層３２に対して、誘電体層３０と同様のパターンでその隣接して局所的に積層されている。このため、少なくとも誘電体層３０と金属層２６とがパターニングされる必要があるが、金属層が第１コンタクト層に対して全面的に積層される場合は、誘電体層のみがパターニングされる。後者の、局所的な誘電体層を介して前記コンタクト層に対して前記金属層が全面的に積層される場合は、熱圧着時の温度によって、第１コンタクト層３２と金属層２６との間の境界面に、それらの合金化によって反射率が低減されおよび／又は光吸収率が増加された光反射低減面５２が生成される。

【0041】

また、本実施例の点光源発光ダイオード１０によれば、支持基板２０は、第１コンタクト層３２に低融点金属から成る金属密着層２２を介して熱圧着されたものであり、その金属密着層２２と金属層２６との間には拡散防止バリヤ層２４が介在させられている。このため、金属密着層２２の熱圧着における溶融時の温度による金属密着層２２と金属層２６との間の反応が抑制される。

【0042】

また、本実施例の点光源発光ダイオード１０によれば、金属反射面５０の径Ｌ２は、図２に示される上面電極１６に局所的に形成された開口１２の中心ＣＰを通る縦断面において、開口１２の径Ｌ１に対して、０．２Ｌ１≦Ｌ２≦１．８Ｌ１（好ましくは０．６Ｌ１≦Ｌ２≦１．４Ｌ１）の大きさを有するので、出力光の強度の維持とサイド光の抑制とを両立させ得て、出力光の強度を低下させることなくサイド光の強度を抑制することができる。

【0043】

また、本実施例の点光源発光ダイオード１０によれば、光反射低減面５２の反射率ＲＲ２は、金属層２６に設けられた金属反射面５０の反射率ＲＲ１に対して、ＲＲ２≦０．８ＲＲ１であるので、出力光の強度の維持とサイド光の抑制とを両立させ、出力光の強度を低下させることなくサイド光の強度を抑制することができる。

【0044】

また、本実施例の点光源発光ダイオード１０によれば、図２に示される開口１２の中心ＣＰを通る縦断面において、金属反射面５０における開口１２の端部からの垂線との交点とその金属反射面５０の端部との距離をＤとしたとき、図２内の開口１２の寸法Ｌ１に対して、０≦Ｄ≦０．４Ｌ１（好ましくは０≦Ｄ≦０．２Ｌ１）の関係を満たす。これにより、出力光の強度の維持とサイド光の抑制とを両立させ、出力光の強度を低下させることなくサイド光の強度を抑制することができる。

【0045】

また、本実施例の点光源発光ダイオード１０によれば、金属反射面５０の面積をＡ２、開口１２の面積をＡ１としたとき、０．０４Ａ１≦Ａ２≦３．２４Ａ１（好ましくは０．３６Ａ１≦Ａ２≦１．９６Ａ１）である。これにより、出力光の強度の維持とサイド光の抑制とを両立させ、出力光の強度を低下させることなくサイド光の強度を抑制することができる。

【0046】

また、本実施例の点光源発光ダイオード１０によれば、前記上面電極１６の一の外周端部及び他の外周端部との距離Ｌ３は、前記上面電極１６に局所的に形成された開口１２の中心をとおる断面において、Ｌ２≦０．９Ｌ３の関係である。このようにすれば、より効果的にサイド光の抑制を行うことができる。

【実施例2】

【0047】

図９は、誘電体層３０が開口１２に対応する位置に局所的に設けられている点は共通するものの、金属層２６および拡散防止バリヤ層２４が上面電極１６に平行なチップの横断面の全面に設けられた形式の点光源発光ダイオード７００の構成例を図８に示す。この点光源発光ダイオード７０では、金属層２６と第１コンタクト層３２とは、誘電体層３０の周囲において直接的に隣接しており、支持基板２０の熱圧着時の温度によって相互に反応して、光反射低減面５２を生成する。これにより、本実施例の点光源発光ダイオード７０は、前述の点光源発光ダイオード１０と同様の作用効果が得られる。

【0048】

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。

【0049】

たとえば、前述の実施例の点光源発光ダイオード１０、７０の活性層３６は、Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ／(Ａｌ0.5Ｇａ0.5)0.51Ｉｎ0.49Ｐの多層体から構成されたＡｌＩｎＧａＰ系の多重量子井戸構造を有するものであったが、たとえば、ＧａＡｓ系の半導体やＧａＰ系の半導体が用いられたものでもよい。

【0050】

たとえば、点光源発光ダイオード１０、７０は、Ｓｉ−ＧａＡｓ又はＴｅ−ＧａＡｓから成る第２コンタクト層４２と、Ｓｉ−ＡｌxＩｎ1-xＰ又はＴｅ−ＡｌxＩｎ1-xＰ（但し、0.47≦x≦0.53）から成る上部クラッド層３８と、(ＡｌxＧａ1-x)yＩｎ1-yＰ（但し、0.47≦x≦0.53、0.47≦y≦0.53）から成る障壁層と(ＡｌxＧａ1-x)yＩｎ1-yＰ（但し、0≦x≦0.05、0.47≦y≦0.53）から成る量子井戸層とから成る活性層３６と、Ｚｎ−ＡｌxＩｎ1-xＰ、Ｍｇ−ＡｌxＩｎ1-xＰ、又はＣ−ＡｌxＩｎ1-xＰ（但し、0.47≦x≦0.53）から成る下部クラッド層３４と、Ｍｇ−ＧａＰ又はＣ−ＧａＰから成る第１コンタクト層３２とを有するものであってもよい。

【0051】

また、点光源発光ダイオード１０、７０は、ＳｉＮx、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2、又はＴａ2Ｏ3から成る誘電体層３０と、ＡｕＺｎ、ＡｕＢｅ、又はＩＴＯから成る中間電極層２８と、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｒ、又はＷから成る拡散防止バリヤ層２４と、ＳｉＣ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ａｌ2Ｏ3、又はＳiＯ2から成る支持基板２０とのうちの少なくとも１つを有するものであってもよい。

【0052】

また、前述の実施例の点光源発光ダイオード１０、７０の活性層３６は、多重量子井戸構造を有するものであったが、必ずしも多重量子井戸構造を有するものでなくてもよく、単層の量子井戸構造を有するものや、通常のｐｎ接合構造を有するものであってもよい。

【0053】

また、前述の実施例の点光源発光ダイオード１０、７０では、誘電体層３０にそれを貫通する中間電極２８が複数個設けられていたが、１個であっても差し支えない。要するに、１又は２以上の中間電極２８が誘電体層３０に設けられていればよい。

【0054】

また、前述の実施例の点光源発光ダイオード１０、７０は、平面視が長方形状であったが、正方形状であってもよい。また、前述の実施例の開口１２は、略4角形状であったが、円形であってもよい。

【0055】

また、前述の実施例の点光源発光ダイオード１０、７０の光取出面１７には、光取り出し効率を高めるために必要仁応じて、湿式エッチング或いは気相エッチングによる粗面化処理（テクスチャリング処理）が施されることにより、０．４〜１．０μｍ程度の十分な高さを有し、高アスペクト比で急峻な多数の針山状の微小突起が設けられてもよい。また、点光源発光ダイオード１０、７０の光取出面１７には、光の反射を防止するための反射防止膜が設けられてもよい。

【0056】

また、前述の実施例の点光源発光ダイオード１０、７０は、イオン注入により形成された電流ブロック領域４４が上面電極１６の開口１２を除く直下に設けられた電流狭窄構造を備えていたが、不純物拡散により形成された電流ブロック領域４４が上面電極１６の開口１２を除く直下に設けられた電流狭窄構造でもよいし、メサエッチングにより上記電流ブロック領域４４が除去された電流狭窄構造であってもよい。

【0057】

なお、上述したのはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。

【符号の説明】

【0058】

１０、７０：点光源発光ダイオード
１２：開口
１６：上面電極
２０：支持基板
２２：金属密着層
２４：拡散防止バリヤ層
２６：金属層
２８：中間電極
３０：誘電体層
３２：第１コンタクト層
３６：活性層
４４：電流ブロック領域（電流狭窄構造）
５０：金属反射面
５２：光反射低減面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】