JP2006049765A - 半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 発光及び光取出し効率が高く、製造コストの低減が可能な半導体発光素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 発光ダイオード層２０と、発光ダイオード層２０の一面に設けられ、第１の貫通孔４４を有する第１の絶縁性透明材４１と、第１の絶縁性透明材４１の発光ダイオード層２０と反対側面に設けられた第１の外部電極４５と、第１の貫通孔４４内に設けられ、第１の外部電極４５と発光ダイオード層２０とを電気的に接続する第１の導電性材料４７と、発光ダイオード層２０の他面に設けられ、第２の貫通孔５４を有する第２の絶縁性透明材５１と、第２の絶縁性透明材５１の発光ダイオード層２０と反対側面に設けられた第２の外部電極５５と、第２の貫通孔５４内に設けられ、第２の外部電極５５と発光ダイオード層２０とを電気的に接続する第２の導電性材料５７とを具備する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体発光素子及びその製造方法に関わり、特に、低コストで発光及び光取出し効率の向上を目指す半導体発光素子及びその製造方法に関する。

近年、ＩｎＧａＡｌＰ系材料を用いた可視領域の半導体発光素子が種々提案されている。従来の半導体発光素子は、例えば、ｎ型ＧａＡｓ基板の上に、ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層を順次エピタキシャル成長させたＩｎＧａＡｌＰ系のダブルヘテロ構造部を形成し、ｎ型ＧａＡｓ基板下面にｎ側コンタクト電極を形成し、ｐ型クラッド層上のコンタクト層にｐ側コンタクト電極を設けている。

このダブルへテロ構造部を形成する、活性層、及びｎ型／ｐ型クラッド層のバンドギャップ及び格子定数を設計値に合わせて、最適に選ぶことによって、キャリアを閉じ込めて効率よく可視光領域内で所望の波長で発光させることができる。

例えば、エピタキシャル成長する活性層の組成を、Ｉｎ_０．５（Ｇａ_１−ＸＡｌ_Ｘ）_０．５Ｐ、ｎ型／ｐ型クラッド層の組成をＩｎ_０．５（Ｇａ_１−ｙＡｌ_ｙ）_０．５Ｐとした時、ＸあるいはＹを適当に選択することにより、赤色帯から緑色帯の発光が得られる。

また、ＩｎＧａＡｌＰ系のダブルへテロ半導体発光素子は、基板の入手や格子整合の取り易さ等の関係で、最も一般的なＧａＡｓ基板が利用されている。しかしながら、ＧａＡｓのバンドギャップ波長が８７０ｎｍにあるため、約８７０ｎｍ以下の、いわゆる可視光の吸収係数は大きくなり、ＧａＡｓ基板を用いた可視光半導体発光素子では、発光した光の約半分がＧａＡｓ基板に吸収されて輝度が低下する。

ＧａＡｓ基板による可視光の吸収を避けるためには、可視光に透明な材料を基板に用いればよい。一般的な透明材料として、ＧａＰがある。しかしながら、ＧａＰ基板はＩｎＧａＡｌＰ系材料とは格子整合が取れないために、良好なエピタキシャル結晶を成長することが難しい。そのために、ＧａＡｓ基板上に成長したＩｎＧａＡｌＰ系エピタキシャル層とＧａＰ基板とを、ウェーハ同士で直接接着し、その後、ＧａＡｓ基板を除去してなる半導体発光素子が提案されている。

この半導体発光素子によれば、接着した透明なＧａＰ基板を使用することによって、発光した可視光の吸収を抑制することができるので、ＧａＡｓ基板を使用した場合に比較して輝度の低下を防ぐことができる。更に、輝度すなわち光取出し効率を高くするために、半導体発光素子を、ほぼ半球状の透明なｐ型ＧａＰ接着基板と、ほぼ半球状の透明なｎ型ＧａＰ接着基板と、これらに挟まれたエピタキシャル層からなる発光ダイオード層とにより、全体がほぼ球状のものとする半導体発光素子が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

この開示された半導体発光素子は、発光した可視光が基板で吸収される割合はずっと少なくなり、外形を半球状としているので半導体発光素子の外側に取出せる割合も大きくなると期待される。しかしながら、エピタキシャル層結晶とＧａＰ基板の結晶を直接接着するために、結晶方位の整合や接着面の清浄度を確保する外に、接着温度を上げて電気的な接合を確保する必要がある。この７００〜８００℃における温度での熱処理時に、エピタキシャル層は高温にさらされて、エピタキシャル層のドーパント原子の相互拡散等による熱劣化が起こる。その結果、発光性能が劣化するという問題が発生する。また、高価なＧａＰ基板を両側から接着するために、製造コストが上昇するという問題が発生する。
特開２００２−１９０６１９号公報（第４頁、図１）

本発明は、発光及び光取出し効率が高く、製造コストの低減が可能な半導体発光素子及びその製造方法を提供する。

本発明の一態様の半導体発光素子は、特定の波長を発光する発光ダイオード層と、前記発光ダイオード層の一面に設けられ、前記発光ダイオード層の一面に達する第１の貫通孔を有し、且つ前記波長の発光に対して透光性を有する第１の絶縁性透明材と、前記第１の絶縁性透明材の前記発光ダイオード層と反対側面に設けられた第１の外部電極と、前記第１の貫通孔内に設けられ、前記第１の外部電極と前記発光ダイオード層とを電気的に接続する第１の導電性材料と、前記発光ダイオード層の他面に設けられ、前記発光ダイオード層の他面に達する第２の貫通孔を有し、且つ前記波長の発光に対して透光性を有する第２の絶縁性透明材と、前記第２の絶縁性透明材の前記発光ダイオード層と反対側面に設けられた第２の外部電極と、前記第２の貫通孔内に設けられ、前記第２の外部電極と前記発光ダイオード層とを電気的に接続する第２の導電性材料とを具備することを特徴とする。

また、本発明の別の態様の半導体発光素子は、特定の波長を発光する活性層、前記活性層の一面に設けられた第１のクラッド層、前記第１のクラッド層表面に設けられた第１のコンタクト層、前記活性層の一面と相対向する他面に設けられた第２のクラッド層及び前記第２のクラッド層表面に設けられた第２のコンタクト層を含む発光ダイオード層と、前記第１のコンタクト層表面に設けられた第１の内部電極と、前記第１の内部電極を含む前記第１のコンタクト層表面に設けられ、前記第１の内部電極に達する第１の貫通孔を有し、且つ前記波長の発光に対して透光性を有する第１の絶縁性透明材と、前記第１の絶縁性透明材の前記第１のコンタクト層と反対側面に設けられた第１の外部電極と、前記第１の貫通孔内に設けられ、前記第１の外部電極と前記第１の内部電極とを電気的に接続する第１の導電性材料と、前記第２のコンタクト層表面に設けられた第２の内部電極と、前記第２の内部電極を含む前記第２のコンタクト層表面に設けられ、前記第２の内部電極に達する第２の貫通孔を有し、且つ前記波長の発光に対して透光性を有する第２の絶縁性透明材と、前記第２の絶縁性透明材の前記第２のコンタクト層と反対側面に設けられた第２の外部電極と、前記第２の貫通孔内に設けられ、前記第２の外部電極と前記第２の内部電極とを電気的に接続する第２の導電性材料とを具備することを特徴とする。

また、本発明の別の態様の半導体発光素子の製造方法は、活性層の一面に第１のクラッド層及び第１のコンタクト層を順次積層形成し、且つ前記活性層の一面と反対側の他面に第２のクラッド層及び第２のコンタクト層を順次積層形成して特定の波長を発光する発光ダイオード層を形成する工程と、前記第１のコンタクト層表面に第１の内部電極を形成する工程と、第１の貫通孔を有し、且つ前記波長の発光に対して透光性を有する第１の絶縁性透明材を前記第１のコンタクト層表面に第１の絶縁性接合材を介して配置し、前記第１の貫通孔と前記第１の内部電極とを位置合せした後、加熱処理を行い、前記第１のコンタクト層表面に前記第１の絶縁性透明材を固着する工程と、前記第２のコンタクト層表面に第２の内部電極を形成する工程と、第２の貫通孔を有し、且つ前記波長の発光に対して透光性を有する第２の絶縁性透明材を前記第２のコンタクト層表面に第２の絶縁性接合材を介して配置し、前記第２の貫通孔と前記第２の内部電極とを位置合せした後、加熱処理を行い、前記第２のコンタクト層表面に前記第２の絶縁性透明材を固着する工程と、前記第１及び第２の貫通孔内に全長に亘って第１及び第２の導電性材料をそれぞれ設け、前記第１及び第２の導電性材料の一端を前記第１及び第２の内部電極にそれぞれ電気的に接続する工程と、前記第１及び第２の絶縁性透明材の前記第１及び第２のコンタクト層と反対側表面に第１及び第２の外部電極をそれぞれ設け、前記第１及び第２の導電性材料の他端に前記第１及び第２の外部電極をそれぞれ電気的に接続する工程とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、発光及び光取出し効率が高く、製造コストの低減が可能な半導体発光素子及びその製造方法を提供することができる。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。なお、図において、同一の構成要素には同一の符号を付す。

本発明の実施例１に係る半導体発光素子及びその製造方法について、図１乃至図４を参照して説明する。図１は半導体発光素子の構造を模式的に示すもので、図１（ａ）は図１（ｂ）のＡ−Ａ線に沿った断面図、図１（ｂ）は平面図、図１（ｃ）は発光ダイオード層の部分を拡大した部分断面図である。図２乃至図４は半導体発光素子の製造工程を模式的に示す工程断面図である。

まず、図１に示すように、半導体発光素子１は、発光ダイオード層２０と、この発光ダイオード層２０の一面に設けられた第１の内部電極３１と、この第１の内部電極３１を含む発光ダイオード層２０の一面に設けられた第１の絶縁性透明材４１と、この第１の絶縁性透明材４１に設けられた第１の貫通孔４４と、第１の絶縁性透明材４１の表面に設けられた第１の外部電極４５と、第１の貫通孔４４内に充填されて第１の内部電極３１と第１の外部電極４５とを電気的に接続する第１の導電性材料４７と、発光ダイオード層２０の他面に設けられた第２の内部電極３２と、この第２の内部電極３２を含む発光ダイオード層２０の他面に設けられた第２の絶縁性透明材５１と、この第２の絶縁性透明材５１に設けられた第２の貫通孔５４と、第２の絶縁性透明材５１の表面に設けられた第２の外部電極５５と、第２の貫通孔５４内に充填されて第２の内部電極３２と第２の外部電極５５とを電気的に接続する第２の導電性材料５７から構成されている。

詳しくは、発光ダイオード層２０は、図１（ｃ）に示すように、エピタキシャル成長層で構成されている。すなわち、活性層２３の一面、例えば上面に第１のクラッド層であるｐ型クラッド層２７が設けられ、このｐ型クラッド層２７表面に第１のコンタクト層であるｐ型コンタクト層２８が設けられ、また、活性層２３の他面、例えば下面に第２のクラッド層であるｎ型クラッド層２２が設けられ、このｎ型クラッド層２２表面に第２のコンタクト層であるｎ型コンタクト層２１が設けられて特定の波長の光を発光する。

第１の内部電極３１は、ｐ型コンタクト層２８表面の中心部に形成され、第２の内部電極３２は、ｎ型コンタクト層２１表面の中心部に形成されている。ここでは、第１の内部電極３１は、ＡｕＺｎ／Ａｕ層からなり、第２の内部電極３２は、ＡｕＧｅ／Ａｕからなる。また、第１の内部電極３１及び第２の内部電極３２は、いずれも、可視光の一部を透過するように数１０ｎｍ〜５０ｎｍ程度の厚さで、円形構造に形成されてなり、発光ダイオード層２０とオーミック接触している。

第１の絶縁性透明材４１は、第１の内部電極３１を含むｐ型コンタクト層２８表面に第１の絶縁性接合材４３を介して固着され、また第２の絶縁性透明材５１は、第２の内部電極３２を含むｎ型コンタクト層２１表面に第２の絶縁性接合材５３を介して固着されている。ここでは、この絶縁性透明材４１、５１は、発光ダイオード層２０で発光される特定の波長の光に対して透光性を有する材料、例えば屈折率が約１．９の鉛ガラスからなる。

また、絶縁性接合材４３、５３は、絶縁性透明材４１、５１の鉛ガラスに近い成分のＰｂ、Ｓｉ等を含む絶縁性の酸化物からなり、図中に破線で模式的に示したが、絶縁性透明材４１、５１をコンタクト層２２、２５に固着するための加熱処理により、絶縁性透明材４１、５１と一体化してしまい、実際には存在しない。

第１の貫通孔４４は、第１の絶縁性透明材４１の第１の内部電極３１に対応する部分に設けられており、第１の絶縁性透明材４１表面から第１の内部電極３１に達する深さに形成されている。また、第２の貫通孔５４は、第２の絶縁性透明材５１の第２の内部電極３２に対応する部分に設けられており、第２の絶縁性透明材５１表面から第２の内部電極３２に達する深さに形成されている。ここでは、貫通孔４４、５４は、いずれも円筒構造に形成され、その筒軸が第１の内部電極３１及び第２の内部電極３２の円形の中心に位置するようにそれぞれ設けられている。

第１の外部電極４５は、第１の貫通孔４４を閉塞するように第１の絶縁性透明材４１表面に設けられており、ここでは、円形構造に形成されている。また、第２の外部電極５５は、第２の絶縁性透明材５１の表面全面に形成されている。ここでは、この外部電極４５、５７は、いずれもＡｕを主成分とする層からなる。

第１の導電性材料４７は、第１の貫通孔４４内に孔全長に亘って充填されており、第１の内部電極３１と第１の外部電極４５とを電気的に接続している。また、第２の導電性材料５７は、第２の貫通孔５４内に孔全長に亘って充填されており、第２の内部電極３２と第２の外部電極５５とを電気的に接続している。ここでは、導電性材料４７、５７は、いずれも、Ａｇ、Ａｕ等の金属あるいはＣ等をフィラーとする熱硬化性樹脂からなる。

次に、上記構造の半導体発光素子１の製造方法について、図２乃至図４を参照ながら説明する。図２（ａ）に示すように、例えば、周知のＭＯＣＶＤ装置等を使用して、ｎ型ＧａＡｓ基板１１の表面にｎ型ＧａＡｓからなるバッファ層１６、このバッファ層１６表面にｎ型ＩｎＡｌＰからなるエッチング停止層１７、このエッチング停止層１７表面に第２のコンタクト層であるＧａＡｓからなる約１０ｎｍ厚のｎ型コンタクト層２１、このｎ型コンタクト層２１表面にｎ型ＩｎＡｌＰからなるｎ型クラッド層２２、このｎ型クラッド層２２表面に単層あるいはＭＱＷ構造のｐ型ＩｎＧａＡｌＰを含む活性層２３、この活性層２３表面にｐ型ＩｎＡｌＰからなるｐ型クラッド層２７、このｐ型クラッド層２７表面に第１のコンタクト層であるＧａＡｓからなる約１０ｎｍ厚のｐ型コンタクト層２を、順次、この順番にエピタキシャル成長する。ここでは、ｎ型コンタクト層２１及びｐ型コンタクト層２８の不純物濃度は、後述する内部電極とオーミック接触するように、それぞれ１Ｅ１８／ｃｍ３程度に設定している。

なお、エピタキシャル成長層には、必要に応じて、電流拡散層、接着層、あるいは最外層表面にカバー層等を更に追加しても差し支えなく、また、例えば、ｎ型クラッド層２２及びｐ型クラッド層２７は、４元層に置き換えることも可能である。

次に、図２（ｂ）に示すように、ｐ型コンタクト層２８の表面に、ＡｕＺｎ／Ａｕ層を数１０ｎｍ〜５０ｎｍ程度の厚さに形成した後、このＡｕＺｎ／Ａｕ層をパターニングしてｐ型コンタクト層２８の中心部に円形構造の第１の内部電極３１を形成する。

次に、図２（ｃ）に示すように、まず、周知のスパッタ法で、低軟化点の第１の絶縁性接合材４３をｐ型コンタクト層２８及び第１の内部電極３１の表面上に形成した後、第１の内部電極３１が露出するように第１の絶縁性接合材４３をパターニングする。

次に、この第１の絶縁性接合材４３表面に、第１の貫通孔４４を有する第１の絶縁性透明材４１を設ける。この時、第１の貫通孔４４の筒軸と第１の内部電極３１の円形の中心とが一致するように位置合わせする。ここでは、第１の絶縁性透明材４１の厚さを１００〜２５０μｍ、第１の貫通孔４４の直径を３０〜６０μｍに形成している。

その後、第１の絶縁性透明材４１の屈伏点より４０〜８０℃高い温度、例えば、約４００℃で約３０分間、加熱処理を行う。この加熱処理によって、図３（ａ）に示すように、第１の絶縁性接合材４３は、第１の絶縁性透明材４１と一体化して第１の絶縁性透明材４１となり、この第１の絶縁性透明材４１は、ｐ型コンタクト層２８に固着される。また、この加熱処理によって、第１の内部電極３１は、ｐ型コンタクト層２８にオーミック接触される。

次に、図３（ｂ）に示すように、例えば、アンモニア系のエッチング液でｎ型ＧａＡｓ基板１１及びバッファ層１６を選択的に除去し、その後、リン酸系のエッチング液でエッチング停止層１７を選択的に除去して、ｎ型コンタクト層２１を露出させる。この結果、第１の絶縁性透明材４１に支持された発光ダイオード層２０が残される。

次に、図３（ｃ）に示すように、ｎ型コンタクト層２１の表面にＡｕＧｅ／Ａｕ層を数１０ｎｍ〜５０ｎｍ程度の厚さに形成した後、このＡｕＧｅ／Ａｕ層をパターニングしてｎ型コンタクト層２１の中心部に円形構造の第２の内部電極３２を形成する。

次に、図４（ａ）に示すように、まず、周知のスパッタ法で、低軟化点の第２の絶縁性接合材５３をｎ型コンタクト層２１及び第２の内部電極３２の表面上に形成した後、第２の内部電極３２が露出するように第２の絶縁性接合材５３をパターニングする。

次に、この第２の絶縁性接合材５３表面に、第２の貫通孔５４を有する第２の絶縁性透明材５１を設ける。この時、第２の貫通孔５４の筒軸と第２の内部電極３２の円形の中心が一致するように位置合わせする。ここでは、第２の絶縁性透明材４１の厚さを１００〜２５０μｍ、第１の貫通孔４４の直径を３０〜６０μｍに形成している。

その後、第２の絶縁性透明材５１の屈伏点より４０〜８０℃高い温度、例えば、約４００℃で、約３０分間、加熱処理を行う。この加熱処理によって、図４（ｂ）に示すように、第２の絶縁性接合材５３は、第２の絶縁性透明材５１と一体化して第２の絶縁性透明材５１となり、この第２の絶縁性透明材５１は、ｎ型コンタクト層２１に固着される。また、この加熱処理によって、第２の内部電極３２は、ｎ型コンタクト層２１にオーミック接触される。

次に、図４（ｃ）に示すように、第１の貫通孔４４及び第２の貫通孔５４内に、孔全長に亘って第１の導電性材料４７及び第２の導電性材料５７をそれぞれ充填する。ここでは、導電性材料４７、５７として、例えば、Ａｇ、Ａｕ等の金属あるいはＣ等をフィラーとするペースト状の熱硬化性樹脂を用いる。その後、例えば、約１３０℃、３０分間、加熱処理を行い、第１の導電性材料４７及び第２の導電性材料５７を硬化させる。

そして、第１の絶縁性透明材４１の表面全面にＡｕを主成分とする層を堆積した後、このＡｕ系の層をパターニングして第１の貫通孔４４上に孔を閉塞するように第１の外部電極４５を形成する。また、第２の絶縁性透明材５１の表面全面にＡｕを主成分とする層を堆積して第２の外部電極５５を形成する。

以上の製造工程を経て、図１に示すような、１辺が２５０〜５００μｍ程度の概略直方体の半導体発光素子１を得る。

上述した実施例の半導体発光素子１においては、発光ダイオード層２０の上下面には、鉛ガラスの第１の絶縁性透明材４１及び第２の絶縁性透明材５１がそれぞれ固着されている。従って、ＧａＡｓ基板を有する半導体発光素子に比べて、発光ダイオード層で発光した光の基板での吸収が極めて少なく、発光光を効率よく外部に取り出すことができるため、輝度の向上を図ることができる。このＧａＡｓ基板を有する半導体発光素子の輝度に比較して、本実施例の半導体発光素子１では約６０％の輝度の向上となった。

そして、この第１の絶縁性透明材４１及び第２の絶縁性透明材５１の固着は、低軟化点を有する第１の絶縁性接合材４３及び第２の絶縁性接合材５３を用いて、約４００℃の熱処理温度で行われる。これに対して従来の半導体発光素子では、ＧａＰ基板を発光ダイオード層に固着するためには、７００〜８００℃の熱処理温度が必要で、そのため発光ダイオード層のドーパント原子の相互拡散等による熱劣化が起こり、しきい値電流の上昇や、発光性能の劣化が起こるが、本実施例の半導体発光素子では、このような熱劣化の発生を低く抑えられる。その結果、発光ダイオード層の発光効率を落とすことなく、発光させ、しかも鉛ガラスからなる絶縁性透明材から効率よく光取出しが可能である。

また、従来の半導体発光素子では、ＧａＰ基板の全体が発光ダイオード層への電流供給源となるのに対して、本実施例の半導体発光素子では、絶縁性透明材の一部に設けた貫通孔を介して電流供給が行われる。従って、電流の広がりが少なく、発光部に無駄なく電流供給が可能となり、注入電流に対する発光効率をより高くすることが可能である。

また、鉛ガラスからなる絶縁性透明材は、ＧａＰ基板に比較して、低価格で入手可能であるために、半導体発光素子の低コスト化が可能である。

なお、本実施例では、ｐ型コンタクト層２８及びｎ型コンタクト層２１がｐ型クラッド層２７及びｎ型クラッド層２２の全面に残っているが、第１の内部電極３１及び第２の内部電極３２を形成した後、この第１の内部電極３１及び第２の内部電極３２をマスクにして、内部電極周囲のオーミック接触に寄与しないｐ型コンタクト層２８及びｎ型コンタクト層２１部分をそれぞれエッチング除去してもよい。なお、この場合には、ｐ型コンタクト層２８及びｎ型コンタクト層２１の厚さは、必ずしも１０ｎｍ〜５０ｎｍにこだわる必要はなく、もっと厚くすることが可能である。また、この場合には、製造工程が増えることになるが、ＧａＡｓ層による光の吸収を極力抑えることができ、光取出し効率を更に向上させることが可能となる。

本発明の実施例２に係る半導体発光素子について、図５を参照しながら説明する。図５は半導体発光素子の構造を模式的に示すもので、図５（ａ）は図５（ｂ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図、図５（ｂ）は平面図である。以下、実施例１と同一構成部分には同一の符号を付して、その説明は省略し、異なる構成部分について説明する。

本実施例は、図５（ａ）に示すように、上記実施例１とは、第１の内部電極の形状、配置及び第１の貫通孔及び第１の外部電極の配置が異なっている。すなわち、図５に示すように、第１の内部電極３６は、リング構造を有し、発光ダイオード層２０の一面、例えば上面の中央部に形成されている。一方、第２の内部電極５４は、実施例１と同様に円形構造を有し、発光ダイオード層２０の他面、例えば下面の中心部に形成されている。

第１の貫通孔６４は、矩形状の発光ダイオード層２０の対角線（Ｂ−Ｂ線に相当）と交わる第１の内部電極３６の部分に対応する位置に設けられており、実施例１と同様に円筒構造で、第１の絶縁性透明材６１の表面から第１の内部電極３６に達する深さに形成されている。一方、第２の貫通孔５４は、実施例１と同様に第２の絶縁性透明材５１に設けられている。

第１の外部電極６５は、第１の絶縁性透明材６１の表面に、第１の貫通孔６４に対しては実施例１と同様の構造及び位置に設けられている。第２の外部電極５５は、実施例１と同様の構造及び位置に設けられている。

そして、第１の貫通孔６４内に充填した第１の導電性材料６７によって、第１の内部電極３６と第１の外部電極６５とを電気的に接続し、第２の貫通孔５４内に充填した第２の導電性材料５７によって、第２の内部電極３２と第２の外部電極５５とを電気的に接続している。

なお、上記構造の半導体発光素子２の製造方法については、第１の内部電極３６の配置、形状、第１の貫通孔６４及び第１の外部電極６５の配置を除けば、上記実施例１の製造工程とほぼ同じであるので、説明は省略する。

上述した実施例２の半導体発光素子２は、上記実施例１と同様の効果の他に、第１の内部電極３６をリング構造に形成したことにより、電流供給経路に伴う発光位置の変更、光を遮る第１の内部電極３６、第１の貫通孔６４、及び第１の外部電極６５等の位置の変更が生じて、上記実施例１で比較に使用したＧａＡｓ基板を有する半導体発光素子に比較して、約８０％の輝度の向上が可能になった。

本発明の実施例３に係る半導体発光素子について、図６を参照しながら説明する。図６は半導体発光素子の構造を模式的に示すもので、図６（ａ）は正面図、図６（ｂ）は平面図である。以下、実施例１あるいは実施例２と同一構成部分には同一の符号を付して、その説明は省略し、異なる構成部分について説明する。

本実施例は、上記実施例２では第１の絶縁性透明材４１及び第２の絶縁性透明材５１をほぼ直方体構造にしているのに対して、第１の絶縁性透明体８１及び第２の絶縁性透明材９１を垂直面と傾斜面とを有する構造にした点で異なっている。

すなわち、図６に示すように、第１の絶縁性透明材８１及び第２の絶縁性透明材９１は、いずれも、半導体発光素子３側の４つの外側部分が垂直面に形成され、この垂直面と上面との間の４つの外側部分が絶縁性透明材の表面（上面又は下面）に向うに従って傾斜するような傾斜面に形成されている。ここでは、傾斜面は、発光ダイオード層２０の上面または下面とのなす角が概略６０度の傾斜角を有する。換言すれば、上記実施例２の第１の絶縁性透明材６１及び第２の絶縁性透明材５１の直方体の上面付近及び下面付近の直角部分を、それぞれ、切り落とした形状である。

次に、上記構造の半導体発光素子３の製造方法を説明する。すなわち、上記実施例１の図４（ｃ）に示す工程までは同じである。次に、個片化する工程において、ウェーハの上面及び下面から、碁盤の目状に、先端が６０度の角度を有するＶ字形ブレードでウェーハ厚の途中まで切り込みを入れ、最後に、厚さ一定のブレードで切り離す。その結果、第１の絶縁性透明材８１の上面付近及び第２の絶縁性透明材９１の下面付近の角部が、概略６０度の傾斜角に形成される。

上述の実施例３の半導体発光素子３では、上記実施例１と同様な効果を有する他に、第１の絶縁性透明材８１及び第２の絶縁性透明材９１の表面側の外側が傾斜面となっているために、発光ダイオード２０の中央付近で発光し、第１の絶縁性透明材８１及び第２の絶縁性透明材９１と空気との界面において全反射して外部に出て行かない光を減少させることが可能となる。その結果、上記実施例１で比較に使用したＧａＡｓ基板を有する半導体発光素子に比較して、約９５％の輝度の向上が可能である。

また、本実施例の変形として、半導体発光素子の外形構造の変更が可能である。すなわち、本実施例では矩形状の平面構造となっているが、多角形構造、例えば、６角形あるいは８角形をなす多面体とすることは差し支えない。さらに、多面体の面と面のなす境界を、例えば、エッチング液で除去して、球面に近い外形構造としても良い。球状に近い外形構造にすれば、発光した光をより多く外に取り出せる可能性がある。製造工程数の増加に見合う輝度の向上が得られる場合、外形構造を球状として差し支えない。

本発明は、上述した各実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々、変形して実施することができる。

例えば、内部電極と外部電極とを電気的に接続するための導電性材料として、熱硬化性樹脂を用いたが、貫通孔内壁に孔全長に亘って無電解メッキ法等でＡｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ等をメッキした金属層であっても良い。また、プラズマＣＶＤ法等で、不純物をドープしたポリシリコンを貫通孔内に充填して内部電極と外部電極とを電気的に接続するようにしても良い。また、このポリシリコンによる場合は、第１及び第２の内部電極を必ずしも必要とせず、ｐ型及びｎ型コンタクト層に、直接、ポリシリコンを接触するようにしても良い。

また、各実施例では、ｎ型ＧａＡｓ基板の上に、ｎ型のエピタキシャル成長層、活性層、次にｐ型のエピタキシャル成長層を成長させたが、逆に、ｐ型ＧａＡｓ基板の上に、ｐ型のエピタキシャル成長層、活性層、次にｎ型のエピタキシャル成長層を成長させても差し支えない。

第１あるいは第２の内部電極をＡｕＺｎ／ＡｕあるいはＡｕＧｅ／Ａｕで薄く形成する例を示したが、その他のオーミック電極材料を使用してもよい。また、可視光に対して透明度の高いＩＴＯ（Indium-Tin Oxide）を使用することも可能である。

本発明の実施例１に係る半導体発光素子の構造を模式的に示すもので、図１（ａ）は図１（ｂ）のＡ−Ａ線に沿う断面図、図１（ｂ）は平面図、図１（ｃ）は発光ダイオード層の断面図。 本発明の実施例１に係る半導体発光素子の製造工程を模式的に示す工程断面図。 本発明の実施例１に係る半導体発光素子の製造工程を模式的に示す工程断面図。 本発明の実施例１に係る半導体発光素子の製造工程を模式的に示す工程断面図。 本発明の実施例２に係る半導体発光素子の構造を模式的に示すもので、図５（ａ）は図５（ｂ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、図５（ｂ）は平面図。 本発明の実施例３に係る半導体発光素子の構造を模式的に示すもので、図６（ａ）は正面図、図６（ｂ）は平面図。

符号の説明

１、２、３ 半導体発光素子
１１ ｎ型ＧａＡｓ基板
１６ バッファ層
１７ エッチング停止層
２０ 発光ダイオード層
２１ ｎ型コンタクト層
２２ ｎ型クラッド層
２３ 活性層
２７ ｐ型クラッド層
２８ ｐ型コンタクト層
３１、３６ 第１の内部電極
３２ 第２の内部電極
４１、６１、８１ 第１の絶縁性透明材
４３、６３ 第１の絶縁性接合材
４４、６４ 第１の貫通孔
４５、６５ 第１の外部電極
４７、６７ 第１の導電性材料
５１、９１ 第２の絶縁性透明材
５３ 第２の絶縁性接合材
５４ 第２の貫通孔
５５、９５ 第２の外部電極
５７ 第２の導電性材料

Claims (5)

1. 特定の波長を発光する発光ダイオード層と、
   前記発光ダイオード層の一面に設けられ、前記発光ダイオード層の一面に達する第１の貫通孔を有し、且つ前記波長の発光に対して透光性を有する第１の絶縁性透明材と、
   前記第１の絶縁性透明材の前記発光ダイオード層と反対側面に設けられた第１の外部電極と、
   前記第１の貫通孔内に設けられ、前記第１の外部電極と前記発光ダイオード層とを電気的に接続する第１の導電性材料と、
   前記発光ダイオード層の他面に設けられ、前記発光ダイオード層の他面に達する第２の貫通孔を有し、且つ前記波長の発光に対して透光性を有する第２の絶縁性透明材と、
   前記第２の絶縁性透明材の前記発光ダイオード層と反対側面に設けられた第２の外部電極と、
   前記第２の貫通孔内に設けられ、前記第２の外部電極と前記発光ダイオード層とを電気的に接続する第２の導電性材料と
   を具備することを特徴とする半導体発光素子。
2. 特定の波長を発光する活性層、前記活性層の一面に設けられた第１のクラッド層、前記第１のクラッド層表面に設けられた第１のコンタクト層、前記活性層の一面と相対向する他面に設けられた第２のクラッド層及び前記第２のクラッド層表面に設けられた第２のコンタクト層を含む発光ダイオード層と、
   前記第１のコンタクト層表面に設けられた第１の内部電極と、
   前記第１の内部電極を含む前記第１のコンタクト層表面に設けられ、前記第１の内部電極に達する第１の貫通孔を有し、且つ前記波長の発光に対して透光性を有する第１の絶縁性透明材と、
   前記第１の絶縁性透明材の前記第１のコンタクト層と反対側面に設けられた第１の外部電極と、
   前記第１の貫通孔内に設けられ、前記第１の外部電極と前記第１の内部電極とを電気的に接続する第１の導電性材料と、
   前記第２のコンタクト層表面に設けられた第２の内部電極と、
   前記第２の内部電極を含む前記第２のコンタクト層表面に設けられ、前記第２の内部電極に達する第２の貫通孔を有し、且つ前記波長の発光に対して透光性を有する第２の絶縁性透明材と、
   前記第２の絶縁性透明材の前記第２のコンタクト層と反対側面に設けられた第２の外部電極と、
   前記第２の貫通孔内に設けられ、前記第２の外部電極と前記第２の内部電極とを電気的に接続する第２の導電性材料と
   を具備することを特徴とする半導体発光素子。
3. 前記第１及び第２の絶縁性透明材は、鉛ガラスであることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光素子。
4. 前記第１及び第２の導電性材料は、導電性樹脂からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
5. 活性層の一面に第１のクラッド層及び第１のコンタクト層を順次積層形成し、且つ前記活性層の一面と反対側の他面に第２のクラッド層及び第２のコンタクト層を順次積層形成して特定の波長を発光する発光ダイオード層を形成する工程と、
   前記第１のコンタクト層表面に第１の内部電極を形成する工程と、
   第１の貫通孔を有し、且つ前記波長の発光に対して透光性を有する第１の絶縁性透明材を前記第１のコンタクト層表面に第１の絶縁性接合材を介して配置し、前記第１の貫通孔と前記第１の内部電極とを位置合せした後、加熱処理を行い、前記第１のコンタクト層表面に前記第１の絶縁性透明材を固着する工程と、
   前記第２のコンタクト層表面に第２の内部電極を形成する工程と、
   第２の貫通孔を有し、且つ前記波長の発光に対して透光性を有する第２の絶縁性透明材を前記第２のコンタクト層表面に第２の絶縁性接合材を介して配置し、前記第２の貫通孔と前記第２の内部電極とを位置合せした後、加熱処理を行い、前記第２のコンタクト層表面に前記第２の絶縁性透明材を固着する工程と、
   前記第１及び第２の貫通孔内に全長に亘って第１及び第２の導電性材料をそれぞれ設け、前記第１及び第２の導電性材料の一端を前記第１及び第２の内部電極にそれぞれ電気的に接続する工程と、
   前記第１及び第２の絶縁性透明材の前記第１及び第２のコンタクト層と反対側表面に第１及び第２の外部電極をそれぞれ設け、前記第１及び第２の導電性材料の他端に前記第１及び第２の外部電極をそれぞれ電気的に接続する工程と
   を具備することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。

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