JP4813394B2 - 端面発光型ｌｅｄ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、発光ダイオード（以下、ＬＥＤ：Light Emitting Diode）に関するものであって、特に、高い発光効率を有する端面発光型ＬＥＤ及びその製造方法に関する。

最近、ＩＩＩ−Ｖ族またはＩＩ−ＶＩ族化合物半導体材料を用いたＬＥＤが可視光領域の光を得るための発光装置に多く使用されており、電光板、照明装置、ＬＣＤバックライトなど各種製品の光源として応用されている。このような半導体ＬＥＤを製造するため、基板上にｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層を順次に成長させて発光構造物を形成する。

通常使用される半導体ＬＥＤは、平面（端面（facet）ではない上面または下面）から光を抽出する構造を有する。しかし、光子結晶（photonic crystal）等の別途の技術を導入せずには、ＬＥＤの光抽出効率は１５％を超えられていない。光子結晶などの別途の技術を使用しても、ＬＥＤの光抽出効率は３０％程度に過ぎない。このように低い光抽出効率は、結晶内における光吸収だけでなく、電極での光損失などに起因する。

半導体ＬＥＤの他の構造として、端面発光型（facet extraction type）構造が提案された。端面発光型ＬＥＤは、端面（活性層が露出された端面）から光を抽出する構造を有する。多数の端面発光型ＬＥＤを配列することにより、小型の面光源装置を製造することが出来る。このような端面発光型ＬＥＤは、光を活性層の近くに閉じ込めるためＳＣＨ（separate confinement heterostructure）構造を採用することが出来る。しかし、端面発光型ＬＥＤでは、光抽出面の面積が他の面に比べ小さく、光が端面から抽出されるまで結晶内で進行する経路が長い。これによって、結晶内の光損失が大きく抽出される光量が少ないため、光抽出効率が２％以下と低い。

図１は、従来の端面発光型ＬＥＤを示した斜視図である。図１を参照すると、端面発光型ＬＥＤ１０は、導電性基板１１上に順次積層されたｎ型半導体層１３、活性層１５及びｐ型半導体層１７を含む。ｎ型及びｐ型半導体層１３、１７と活性層１５は、発光構造物を成す。ｐ型半導体層１７の上面と基板１１の下面にはｐ側電極１８とｎ側電極１９がそれぞれ形成されている。

図１に図示された通り、光は活性層１５が露出された一端面Ａから抜け出され放出される。他の面に比べ上記端面Ａからの光抽出量が最も多い場合、この端面Ａが光抽出面となる。ところが、光抽出面である端面Ａは、他の面（例えば、端面Ｂ、上面や下面）に比べ面積が小さい。即ち、光抽出面Ａの活性層方向の幅Ｗは、光抽出面Ａとこれに対向する面間の間隔Ｌより小さい。これによって、光がＬＥＤの外部へ抜け出されるまで結晶内での光の電波距離が長く、結晶内での光損失が大きくなる。

結局、従来の端面発光型ＬＥＤ１０では、十分の光抽出効率または発光効率を期待し難い。また、多数の端面発光型ＬＥＤ１０を用いて製造されたＬＣＤ用バックライト等の面光源装置は製品の小型化には適しているが、ＬＥＤ１０の効率劣化によって十分の輝度が得られなくなる。従って、さらに改善された光抽出効率を有する端面発光型ＬＥＤが要される。

本発明は上記の問題点を解決するためのものであって、本発明の目的は、改善された光抽出効率を有する端面発光型ＬＥＤを提供することである。本発明の他の目的は改善された光抽出効率を有する端面発光型ＬＥＤの製造方法を提供することである。

上述の技術的課題を達成すべく、本発明による端面発光型ＬＥＤは、基板と、上記基板上に順次積層されたｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層を備える発光部と、上記基板に対して同一側に形成されたｐ側電極及びｎ側電極とを含み、上記発光部はリング型（ring-type）構造物から成っている。本発明によると、上記リング型構造物の外側端面は、上記活性層を横断する端面のうち光抽出量が最も多い端面に該当する。

本発明の実施形態によると、上記ｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体物質から成ることが出来る。例えば、上記半導体層はＧａＮ等の３族窒化物系半導体から成ることが出来る。

好ましい実施形態によると、上記端面発光型ＬＥＤは、上記リング型構造物の外側端面に形成された反射防止膜（anti-reflective coating）をさらに含む。好ましくは、上記反射防止膜の反射率は、上記活性層から出た光に対して５％以下である。

好ましい実施形態によると、上記端面発光型ＬＥＤは、上記リング型構造物の内側端面上に形成された反射膜（reflective coating）をさらに含む。 好ましくは、上記反射膜の反射率は、上記活性層から出た光に対して９０％以上である。好ましくは、上記端面発光型ＬＥＤは上記反射防止膜と上記反射膜を両方とも含む。

本発明の一実施形態によると、上記リング型構造物は、円形のリング型構造物であることが出来る。本発明の他の実施形態によると、上記リング型構造物は６角形または８角形などの多角形のリング型構造物であることが出来る。

本発明の実施形態によると、上記端面発光型ＬＥＤはフリップ−チップ（flip-chip）タイプのＬＥＤであることが出来る。この場合、上記ｐ側電極及びｎ側電極は、ソルダーバンプ等を通じてＬＥＤ実装用サブマウント（例えば、パッケージ反射コップ）にボンディングされる。

上記リング型構造物の外側端面と内側端面との間の間隔をＬとし、上記リング型構造物の外側端面の活性層方向の幅をＷとする場合、好ましくはＷ／Ｌは５乃至１００００である。好ましくは、上記リング型構造物の外側端面と内側端面との間の間隔Ｌは１乃至１００μｍである。

本発明の実施形態によると、上記リング型構造物の外側端面は凸凹面から成ることが出来る。上記外側端面を凸凹面に形成することにより、上記外側端面からの光抽出効率をさらに高くすることが出来る。

本発明の一実施形態によると、上記基板は、サファイア基板であることが出来る。他の実施形態によると、上記基板は導電性基板であることも出来る。上記導電性基板は、例えば、ＧａＮ基板またはＳｉＣ基板であることが出来る。

本発明の好ましい実施形態によると、上記ｎ側電極は、上記リング型構造物の内側部に配置される。特に、上記ｎ側電極は、上記リング型構造物の内側部のｎ型半導体層上に配置されることが出来る。もし、上記基板が導電性基板の場合には、上記ｎ側電極は上記リング型構造物の内側部から上記基板と直接接触することも出来る。

本発明の実施形態によると、上記リング型構造物の外側端面と内側端面は、上記半導体層の積層方向に沿って傾斜することにより、上記基板側に行くほど上記外側端面と内側端面との間の間隔が広くなることが出来る。

好ましい実施形態によると、上記ＬＥＤの半導体層は、ＳＣＨ（Separate Confinement Heterostructure）構造を形成する。このようなＳＣＨの半導体層構造は、光の分布を活性層の近くに閉じ込める役割をして、電極による光の損失を減らす。

本発明の他の目的を達成すべく、本発明による端面発光型ＬＥＤの製造方法は、基板上にｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層を順次に形成する段階と、上記ｐ型半導体層上にリング型（ring-type）のパターンを有するｐ側電極を形成する段階と、ｐ型半導体層、活性層及びｎ型半導体層を選択的に蝕刻して上記ｐ側電極の下にリング型構造の発光部を形成する段階と、上記発光部の内側にｎ側電極を形成する段階とを含む。

本発明の一実施形態によると、上記リング型構造の発光部を形成する段階において、上記発光部の内側で上記ｎ型半導体層は、その一部の厚さが残るよう蝕刻されることが出来る。この場合、上記ｎ側電極は上記発光部の内側のｎ型半導体層上に形成されることが出来る。

本発明の他の実施形態によると、上記基板が導電性基板の場合、上記リング型構造の発光部を形成する段階において、上記発光部の内側で上記ｎ型半導体層の全体厚さが蝕刻されることが出来る。この場合、上記ｎ側電極は上記発光部の内側に上記基板と接触するよう形成されることが出来る。

好ましい実施形態によると、上記端面発光型ＬＥＤの製造方法は、上記リング型構造物の外側端面に反射防止膜を形成する段階をさらに含むことが出来る。また、上記端面発光型ＬＥＤの製造方法は、上記リング構造物の内側端面に反射膜を形成する段階をさらに含むことが出来る。

本明細書において、‘３族窒化物半導体’とは、Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{（１−ｘ−ｙ）}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表現される２成分系（bianary）、３成分系（ternary）または４成分系（quaternary）化合物半導体を意味する。

本発明によると、リング型構造の発光部を設けることにより、主な光抽出面である端面の面積比が大きくなる。これによって、光抽出端面からの光抽出量が多くなり素子全体の光抽出効率が高くなる。さらに、光抽出端面での全反射可能性を減らすことにより、光抽出効率及び輝度がより向上される。

以下、添付の図面を参照に本発明の実施形態を説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形することができ、本発明の範囲が以下に説明する実施形態に限定されるのではない。本発明の実施形態は当業界において平均的な知識を有している者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。

（第１実施形態）
図２は本発明の第１実施形態による端面発光型ＬＥＤの斜視図で、図３は図２の端面発光型ＬＥＤの平面図で、図４は図３のＸＸ’ラインに沿って切った側断面図である。

図２乃至４を参照すると、端面発光型ＬＥＤ１００は、基板１０１上に順次形成されたｎ型半導体層１０３、活性層１０５及びｐ型半導体層１０７を含む。この半導体層１０３、１０５、１０７はＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、例えばＧａＮ等の３族窒化物半導体から成ることが出来る。上記基板１０１は、サファイア基板であるかまたはＧａＮ、ＳｉＣなどの導電性基板であることが出来る。ｐ型半導体層１０７上にはｐ側電極１０９が形成されている（図２及び３では便宜上ｐ側電極１０９を図示していない）。ｎ型及びｐ型半導体層１０３、１０７と活性層１０５は、基板１０１から突き出され発光部１５０を形成する。

図２乃至４に図示された通り、上記ＬＥＤ１００の発光部１５０は、リング型（ring-type）の構造物から成っている。特に、本実施形態において発光部１５０は、円形のリング型構造を有する。上記リング型構造の発光部１５０の内側部には、ｎ型半導体層１０３上にｎ側電極１１０が形成されている。上記ＬＥＤ１００のｐ側及びｎ側電極１０９、１１０は基板１０１に対して同一側上に配置されるので、上記ＬＥＤ１００は一種の水平構造のＬＥＤに該当する。

上記リング型構造の発光部１５０の外側端面Ｃは、光抽出量が最も多い端面に該当する。発光部１５０の外側端面Ｃが内側端面Ｄより大きい面積を有しているため外側端面Ｃを主な光出射面として利用する。これによって、活性層１０５から発生した光は主に外側端面Ｃから抽出される（図２参照）。光抽出効率をさらに高めるために上記外側端面Ｃ上には反射防止膜（anti-reflective coating、１２０）が形成されている。また主な光抽出面である外側端面Ｃに対向する内側端面Ｄには、その端面Ｄからの光放出を抑えるため反射膜（reflective coating、１３０）が形成されている。

図２乃至４を参照すると、光抽出面である外側端面Ｃの活性層方向の幅（Ｗ、 図４において点線円の円周に該当する）は、外側端面Ｃとこれに対向する内側端面Ｄとの間の間隔Ｌより大きい（図１と比較）。このように幅Ｗを間隔Ｌより大きくすることにより、主な光出射面（即ち、外側端面Ｃ）は他の端面Ｄに比べ広い面積を有することになる。従って、より広い端面から光が抽出されることが出来る。さらに、上記間隔Ｌが上記幅Ｗより短いため、活性層１０５内から発生した光が外側端面Ｃから外部へ抽出されるまで結晶内を進行する距離が短くなる。結局、結晶内での多重反射と光損失は少なくなり、これによって光抽出効率と輝度は大きく向上される。

結晶内での光路を十分短くするために、上記幅Ｗと間隔Ｌとの比Ｗ／Ｌは５以上であることが好ましい。例えば、上記幅Ｗは約２５００μｍ程度で、上記間隔Ｌは約５０μｍであることが出来る。しかし、定められた大きさの幅Ｗに対して間隔Ｌが小さ過ぎると、活性層１０５の面積が小さくなり工程技術上の困難さがあるため、上記幅Ｗと 間隔Ｌとの比Ｗ／Ｌは１００００を超えないことが好ましい。好ましくは、上記比Ｗ／Ｌは１０乃至１００００で、さらに好ましくは上記比Ｗ／Ｌは５０乃至１００００である。結晶内での光路をさらに短くするために、上記比Ｗ／Ｌは１００以上であることが出来る。

端面発光型ＬＥＤ１００の素子の大きさを減らし上記比Ｗ／Ｌを大きくするため、上記間隔Ｌは１００μｍ以下であることが好ましい。また、十分の活性層１０５面積を確保するため上記間隔Ｌは１μｍ以上であることが好ましい。特に、上記間隔Ｌは１乃至５０μｍであることが出来る。極小型の端面発光型ＬＥＤを具現するため、上記間隔Ｌは２０μｍ以下または１０μｍ以下になるようにすることが出来る。

上記反射防止膜１２０は、結晶内部から外側端面Ｃへ入射する光の反射を抑えることにより、外側端面Ｃからの光抽出をより容易にする。従って、反射防止膜１２０の反射率は小さいほど良い。好ましくは、反射防止膜１２０の反射率は、活性層１０５から発生した光に対して０以上５％以下である。

上記反射膜１３０は、内側端面Ｄからの光の抽出を抑え、内側端面Ｄに入射された光を外側端面Ｃ側に反射させる役割をする。本実施形態では、主な光出射面は外側端面Ｃであるため、他の端面Ｄからは光が抽出されないことが好ましい。このような理由で光出射面（即ち、外側端面Ｃ）の対向面（即ち、内側端面Ｄ）上に高反射率を有する反射膜１３０を形成する。従って、反射膜１３０の反射率は大きいほど良い。好ましくは、反射膜１３０の反射率は、活性層１０５から発生した光に対して9０％以上１００％以下である。

端面発光型ＬＥＤ１００から発生する光損失は、ｐ側電極１０９または基板１０１での光吸収及び反射によっても発生する。このような光損失を減らすためには、光の分布を出来るだけ活性層１０５の近くに閉じ込めることが好ましい。このため、上記半導体層１０３、１０５、１０７は、ＳＣＨ（Separate Confinement Heterostructure）構造を形成することが有利である。このようなＳＣＨ構造では、低屈折率層／高屈折率層／活性層／高屈折率層／低屈折率層の積層構造を有することにより、光を活性層の近くに効果的に閉じ込める。図１２は、このようなＳＣＨ構造の例を示したエネルギーバンドダイアグラムである。図１２において‘ＥＣ’は伝導帯域（conduction band）のエッジを表し、‘Ｅｖ’は価電子帯域（valence band）のエッジを表す。

図１２を参照すると、活性層はｐ側及びｎ側光導波層の間に挟まれており、活性層及び光導波層はｐ型及びｎ型クラッド層の間に挟まれている。図示された通り、活性層はＧａＮ障壁とＩｎＧａＮ井戸が交代で積層された多重量子井戸構造を有することが出来る。ｐ型及びｎ型クラッド層は、光導波層より低い屈折率を有する。例えば、光導波層はＧａＮで形成され、ｐ型及びｎ型クラッド層はＧａＮより低い屈折率とより大きいバンドギャップを有するＡｌＧａＮで形成されることが出来る。ｐ側光導波層はアンドープＧａＮ（ｕ−ＧａＮ）またはｐ−ドープＧａＮ（ｐ−ＧａＮ）で形成されることが出来る。このようなＳＣＨのエネルギーバンド構造を採用することにより、光を活性層１０５の近くに効果的に閉じ込めることが出来る。

本実施形態によると、光出射面である外側端面Ｃが凸曲面になっているため、光出射面に入射した光の全反射確率を減少させる効果が得られる。このような全反射減少効果は図５を通じて分かる。

図５の（ａ）は、本実施形態によるリング型構造の発光部１５０を示した部分平面図である。図５の（ｂ）は、比較例として直線構造の発光部１５０’を示した部分平面図である。図５の（ａ）に図示された通り、発光部１５０の中心線Ｌｃに対してａの角度で進行する光は、凸曲面である外側端面Ｃに対してより大きい角度（ｂ＞ａ）で外側端面Ｃに入射するようになる。これによって、外側端面Ｃから全反射される可能性は少なくなり、外側端面Ｃから抽出される光の量が増加するようになる。

しかし、図５の（ｂ）に図示された通り、発光部１５０’が直線構造の場合には、発光部１５０’の中心線Ｌｃ’に対してａの角度で進行する光は、平面の端面Ｃ’に対して同一の角度ａで端面Ｃ’に入射するようになる。これによって、端面Ｃ’で全反射減少効果は期待し難い。平面の端面Ｄ’でも全反射減少効果を期待できないのは確かである。

（第２実施形態）
図６は、本発明の第２実施形態による端面発光型ＬＥＤ１００’の平面図である。この実施形態では、端面発光型ＬＥＤの主な光抽出端面は凸凹面から成っている。図６に図示された通り、端面発光型ＬＥＤ１００’の発光部１５０は、リング型構造になっており、このリング型構造物の外側端面Ｒは、平らな面でなく凸凹面に成っている。外側端面Ｒに凸凹を形成することにより、外側端面Ｒに入射する光が全反射する可能性が少なくなる。これによって全反射による光の消滅可能性が減り、ＬＥＤの光抽出効率はさらに向上される。

（第３実施形態）
図７は、本発明の第３実施形態による端面発光型ＬＥＤ１００’’の側断面図である。この実施形態では、リング型構造発光部の対向する２個の端面が傾斜している。図７を参照すると、発光部１５０の外側端面Ｅと内側端面Ｆ、は半導体層１０３、１０５、１０７の積層方向に沿って傾斜することにより、発光部１５０は基板１０１側に行くほど広くなる梯形の角形状（角錐形状）を有する。このように発光部１５０の２個の端面を傾斜して形成することにより、端面Ｅ、Ｆから反射された一部光が基板１０１側に進行するようになる。この端面発光型ＬＥＤ１００’’がフリップ−チップ（flip chip）タイプのＬＥＤとして使用される場合、上記のように端面Ｅ、Ｆを傾斜するようにすることにより、基板１０１からの光抽出量とＬＥＤの光抽出効率をさらに増大させることが出来る（図１０参照）。

（第４実施形態）
図８は、本発明の第４実施形態による端面発光型ＬＥＤ２００の斜視図である。この実施形態では、発光部が６角形構造を有している。図８に図示された通り、この実施形態においても、基板１０１上に形成された発光部２５０は、リング型構造物になっており、このリング型構造物の外側端面及び内側端面上に各々反射防止膜２２０と反射膜２３０が形成されている。ｎ側電極２１０は、上記リング型構造物の内側部に配置されている。しかし、発光部２５０を形成するリング型構造物は、前述の実施形態とは異なり、円形でなく６角形のリング型構造物から成っている。

図８に図示された通り、発光部２５０が円形でなく６角形のリング型構造物から成っている場合にも、主な光出射面（外側端面）の活性層方向の幅が主な光出射面（外側端面）とその対向面（内側端面）間の間隔より大きいため、従来端面発光型ＬＥＤに比べて高い効率の光抽出効果が得られる。上記発光部２５０は６角形のリング型構造物になっているが、本発明がこれに限定されるのではなく、例えば８角形または１０角形などの他の多角形のリング型構造物になることも出来る。

（第５実施形態）
図９は、本発明の第５実施形態による端面発光型ＬＥＤ３００の側断面図である。本実施形態では、ｎ側電極１１０がリング型構造物（発光部１５０）の内側部において基板１０１’上に直接形成されている。図９に図示された通り、端面発光型ＬＥＤ３００のｎ側電極１１０は、リング型構造の発光部１５０の内側部に配置されており、特に基板１０１’と接触している。このようなｎ側電極１１０と基板１０１’との間の直接的な接触（ｃｏｎｔａｃｔ）を形成するため、リング型構造を形成するためのメサ蝕刻時基板１０１’を露出させ、この露出された基板１００’上にｎ側電極１１０を形成する（図１４参照）。ｎ側電極１１０と基板１０１’との間の電気的連結のためには、上記基板１０１’は導電性基板でなければならない。

本実施形態でも、リング型構造発光部１５０の外側端面Ｃの活性層方向の幅Ｗは、外側端面Ｃと内側端面Ｄとの間の間隔Ｌより大きい。従って、他の端面Ｄに対する主な光出射面（即ち、外側端面Ｃ）の面積比が大きく、結晶内での光の進行距離が短くなる。光抽出効率と輝度の改善効果が期待できるのは前述からみて明らかである。

前述の実施形態では、リング型構造発光部１５０の外側端面Ｃ、Ｒ、Ｅ及び内側端面Ｄ、Ｆに反射防止膜１２０及び反射膜１３０が各々形成されているが、本発明がこれに限定されるのではない。例えば、反射防止膜１２０と反射膜１３０のうち何れか一つが省略されることができ、反射防止膜１２０と反射膜１３０の両方とも省略されることも出来る（図１１の図面符号１００’’’参照）。

（フリップ−チップボンディングによるＬＥＤ実装）
図１０及び図１１は、前述の実施形態による端面発光型ＬＥＤをパッケージの反射コップに実装した状態を示した図面である。特に、図１０及び１１では、端面発光型ＬＥＤがサブマウント（本実施形態ではパッケージの反射コップ）にフリップ−チップボンディングで実装されている。

図１０を参照すると、端面発光型ＬＥＤ１００’’の電極１０９、１１０は、パッケージの反射コップ６０の底部に向かうよう引っくり返され、基板１０１が光出射方向に向かうようにする。この場合、基板１０１はサファイアまたはＧａＮ基板のような投光性基板であることが好ましい。ｐ側及びｎ側電極１０９、１１０は、ソルダーバンプ５１、５３を通じてパッケージ反射コップ６０の下面にボンディングされる。反射コップ６０が金属のような導電体から成る場合、反射コップ６０の底面上には適切な絶縁体層５７を形成し、その上に電極パターンを形成することが出来る。ソルダーバンプ５３と反射コップの底面との間には、Ａｕなどから成る金属パターン５５が形成されることが出来る。

図１０に図示された通り、端面発光型ＬＥＤ１００’’の主な光出射面（発光部１５０の外側端面）から抽出された光は、反射コップ６０の側面に反射され光出射方向（上向）に進行する。基板１０１がサファイア基板またはＧａＮ基板のような投光性基板である場合には、光は発光部１５０の外側端面から抽出されるだけでなく基板１０１からも抽出される。特に、図１０に図示された通り、発光部１５０の外側端面と内側端面は、基板１０１側に行くほど２端面間の間隔が広くなるよう傾斜しているため、外側端面及び内側端面から反射された一部光を基板１０１側へ放出させることが出来る。

図１１でも、端面発光型ＬＥＤ１００’’’は、反射コップ６０の底部にフリップ−チップボンディングされている。特に、端面発光型ＬＥＤ１００’’’は反射防止膜及び反射膜を設けていない。従って、発光部１５０を成すリング型構造物の外側端面だけでなく内側端面からも光が放出される。しかし、内側端面から放出された光は、パッケージ中心部に位置したバンプ５３または金属層５５等により吸収されるか、再反射されることが出来る。結局、発光部１５０の外側端面及び基板（１０１、投光性基板である場合）から放出された光が実際出力光として利用される。

上記端面発光型ＬＥＤ１００’’、１００’’’だけでなく、他の実施形態の端面発光型ＬＥＤ１００、１００’、２００、３００も反射コップ６０にフリップ−チップボンディングされることが出来るのは明らかである。図１０及び図１１では、ＬＥＤ用サブマウントとして反射コップ６０を使用しているが、必要に応じて他の形態のサブマウントが使用されることも出来る。また、本発明による端面発光型ＬＥＤは、フリップ−チップボンディング以外の他のボンディング方法を通じてサブマウントに実装されることも出来る。例えば、本発明のＬＥＤはワイヤボンディングを通じてサブマウントに実装されることも出来る。

（製造工程）
図１３は、本発明の一実施形態による端面発光型ＬＥＤの製造方法を説明するための側断面図である。本実施形態においてｎ側電極は、ｎ型半導体層上に形成される。

先ず、図１３の（ａ）を参照すると、絶縁性または導電性基板１０１上にｎ型半導体層１０３、活性層１０５及びｐ型半導体層１０７を順次に形成する。この半導体層１０３、１０５、１０７はＧａＮ系の３族窒化物であることができ、３族窒化物半導体層は例えば、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相蒸着）を用いて成長することが出来る。

その後、図１３の（ｂ）に図示された通り、ｐ型半導体層上にリング型（ring-type）のパターンを有するｐ側電極１０９を形成する。このリング型パターンは円形であることもでき（図２参照）、６角形などの多角形であることも出来る（図８参照）。

次に、図１３の（ｃ）に図示された通り、上記ｐ側電極１０９またはその上にあるマスク（未図示）を蝕刻マスクとして使用し上記半導体層１０３、１０５、１０７を選択的に蝕刻する。これによって、図示された通り、ｐ側電極１０９の下にリング型構造を有する発光部１５０を形成する。この発光部１５０が成すリング型構造物は、前述の通り円形であることもでき、６角形などの多角形であることも出来る。リング構造の発光部１５０形成のための蝕刻時、ｎ型半導体層１０３はその一部の厚さが残るよう蝕刻される。特に、上記基板１０１がサファイア基板のような絶縁性基板である場合、ｎ側電極とのコンタクトのためｎ型半導体層１０３の一部厚さは残すべきである。

その後、図１３の（ｄ）に図示された通り、リング型構造の発光部１５０内側中心部にｎ側電極１１０を形成する。このｎ側電極１１０は、発光部１５０内側のｎ型半導体層１０３上に形成される。これによって、ｎ側電極１１０はｎ型半導体層１０３と電気的に繋がる。

次に、図１３の（ｅ）に図示された通り、必要に応じてリング型構造の発光部１５０の外側端面Ｃ及び内側端面Ｄに反射防止膜１２０及び反射膜１３０を形成する。これによって、本発明の一実施形態による端面発光型ＬＥＤが得られる。

図１４は、本発明の他の実施形態による端面発光型ＬＥＤの製造方法を説明するための側断面図である。本実施形態においてｎ側電極は、導電性基板上に直接形成される。本実施形態の製造方法は、図９の端面発光型ＬＥＤ３００を得るに適用されることが出来る。

先ず、図１４の（ａ）を参照すると、ＧａＮ基板などの導電性基板１０１’上にｎ型半導体層１０３、活性層１０５及びｐ型半導体層１０７を順次に形成する。その後、図１４の（ｂ）に図示された通り、ｐ型半導体層１０７上にリング型パターンのｐ側電極を形成する。

次に、図１４の（ｃ）に図示された通り、上記半導体層１０３、１０５、１０７を選択的に蝕刻して、ｐ側電極１０９の下にリング型構造を有する発光部１５０を形成する。本実施形態では、リング型構造を得るための選択的蝕刻時、導電性基板１０１’が露出されるようｎ型半導体層の全体厚さを蝕刻する。この場合、導電性基板１０１’も一部厚さに蝕刻されることが出来る。

その後、図１４の（ｄ）に図示された通り、リング型構造の発光部１５０の内側中心部で導電性基板１０１’上に直接ｎ側電極１１０を形成する。これによって、ｎ側電極１１０は導電性基板１０１’と直接接触することになる。その後、図１４の（ｅ）に図示された通り、必要に応じてリング型構造物の外側端面Ｃ及び内側端面Ｄに各々反射防止膜１２０及び反射膜１３０を形成する。これによって、導電性基板１０１’に直接接触するｎ側電極１１０を有する端面発光型ＬＥＤが得られる。

本発明は上述の実施形態及び添付の図面により限定されるのでなく、添付の請求範囲により限定し、請求範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない範囲内で様々な形態の置換、変形及び変更が可能ということは、当技術分野において通常の知識を有している者には自明である。

従来の端面発光型ＬＥＤの斜視図である。 本発明の第１実施形態による端面発光型ＬＥＤの斜視図である。 図２の端面発光型ＬＥＤの平面図である。 図３のＸＸ’ラインに沿って切った端面発光型ＬＥＤの側断面図である。 （ａ），（ｂ）は、図２の端面発光型ＬＥＤが表す全反射減少効果を説明するための部分平面図である。 本発明の第２実施形態による端面発光型ＬＥＤの平面図である。 本発明の第３実施形態による端面発光型ＬＥＤの側断面図である。 本発明の第４実施形態による端面発光型ＬＥＤの斜視図である。 本発明の第５実施形態による端面発光型ＬＥＤの側断面図である。 本発明の一実施形態による端面発光型ＬＥＤをパッケージの反射コップに実装した状態を示した図面である。 本発明の他の実施形態による端面発光型ＬＥＤをパッケージの反射コップに実装した状態を示した図面である。 本発明の一実施形態による端面発光型ＬＥＤのエネルギーバンド構造を示した図面である。 （ａ）〜（ｅ）は、本発明の一実施形態による端面発光型ＬＥＤの製造方法を説明するための側断面図である。 （ａ）〜（ｅ）は、本発明の他の実施形態による端面発光型ＬＥＤの製造方法を説明するための側断面図である。

符号の説明

１００、１００’、１００’’、１００’’’、２００、3００ 端面発光型ＬＥＤ
１０１、１０１’ 基板
１０３ ｎ型半導体層
１０５ 活性層
１０７ ｐ型半導体層
１０９ ｐ側電極
１１０ ｎ側電極
１２０ 反射防止膜
１３０ 反射膜
１５０ 発光部

Claims (24)

1. 基板と、
   前記基板上に順次積層されたn型半導体層、活性層及びp型半導体層を備える発光部と、
   前記基板に対して同一側に形成されたp側電極及びn側電極を含み、
   前記発光部はリング型構造物から成り、前記リング型構造物の内側端面上に形成された反射膜をさらに含み、
   前記リング型構造物は、外側端面が凸曲面からなる円筒状構造であることを特徴とする端面発光型LED。
2. 前記リング型構造物の外側端面は、前記活性層を横断する端面のうち光抽出量が最も多い端面であることを特徴とする請求項１に記載の端面発光型ＬＥＤ。
3. 前記ｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体物質から成ることを特徴とする請求項１に記載の端面発光型ＬＥＤ。
4. 前記リング型構造物の外側端面に形成された反射防止膜をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の端面発光型ＬＥＤ。
5. 前記反射防止膜の反射率は、前記活性層から出た光に対して０以上５％以下であることを特徴とする請求項４に記載の端面発光型ＬＥＤ。
6. 前記反射膜の反射率は、前記活性層から出た光に対して９０％以上１００％以下であることを特徴とする請求項１に記載の端面発光型ＬＥＤ。
7. 前記端面発光型ＬＥＤは、フリップ−チップタイプのＬＥＤであることを特徴とする請求項１に記載の端面発光型ＬＥＤ。
8. 前記リング型構造物の外側端面と内側端面との間の間隔をＬとし、前記リング型構造物の外側端面の活性層方向の幅をＷとする場合、Ｗ／Ｌは５乃至１００００であることを特徴とする請求項１に記載の端面発光型ＬＥＤ。
9. 前記リング型構造物の外側端面と内側端面との間の間隔は、１乃至１００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の端面発光型ＬＥＤ。
10. 前記リング型構造物の外側端面は、凸凹面から成ることを特徴とする請求項１に記載の端面発光型ＬＥＤ。
11. 前記基板は、サファイア基板であることを特徴とする請求項１に記載の端面発光型ＬＥＤ。
12. 前記基板は、導電性基板であることを特徴とする請求項１に記載の端面発光型ＬＥＤ。
13. 前記導電性基板は、ＧａＮ系基板であることを特徴とする請求項１２に記載の端面発光型ＬＥＤ。
14. 前記ｎ側電極は、前記リング型構造物の内側部に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の端面発光型ＬＥＤ。
15. 前記ｎ側電極は、前記リング型構造物内側部のｎ型半導体層上に配置されることを特徴とする請求項１４に記載の端面発光型ＬＥＤ。
16. 前記基板が導電性基板で、
    前記ｎ側電極は、前記リング型構造物の内側部で前記基板と直接接触することを特徴とする請求項１４に記載の端面発光型ＬＥＤ。
17. 前記リング型構造物の外側端面と内側端面は、前記半導体層の積層方向に沿って傾斜することにより、前記基板側に行くほど前記外側端面と内側端面との間の間隔が広くなることを特徴とする請求項１に記載の端面発光型ＬＥＤ。
18. 前記ｎ型及びｐ型半導体層と前記活性層は、ＳＣＨ構造を形成することを特徴とする請求項１に記載の端面発光型ＬＥＤ。
19. 基板上にn型半導体層、活性層及びp型半導体層を順次に形成する段階と、
    前記p型半導体層上にリング型のパターンを有するp側電極を形成する段階と、
    p型半導体層、活性層及びn型半導体層を選択的に蝕刻して前記p側電極の下にリング型構造の発光部を形成する段階と、
    前記発光部の内側にn側電極を形成する段階と、
    前記リング型構造物の内側端面に反射膜を形成する段階と、を含み、
    前記リング型構造物は、外側端面が凸曲面からなる円筒状構造であることを特徴とする端面発光型LEDの製造方法。
20. 前記リング型構造の発光部を形成する段階において、
    前記発光部の内側において前記ｎ型半導体層は、その一部の厚さが残るよう蝕刻されることを特徴とする請求項１９に記載の端面発光型ＬＥＤの製造方法。
21. 前記ｎ側電極は、前記発光部の内側のｎ型半導体層上に形成されることを特徴とする請求項２０に記載の端面発光型ＬＥＤの製造方法。
22. 前記基板が導電性基板で、
    前記リング型構造の発光部を形成する段階において、前記発光部の内側で前記ｎ型半導体層は、全体厚さが蝕刻されることを特徴とする請求項１９に記載の端面発光型ＬＥＤの製造方法。
23. 前記ｎ側電極は、前記発光部の内側で前記基板と接触するよう形成されることを特徴とする請求項２２に記載の端面発光型ＬＥＤの製造方法。
24. 前記リング型構造物の外側端面に反射防止膜を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の端面発光型ＬＥＤの製造方法。

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