(57)【要約】【課題】ＬＥＤ構造の表面を荒らして光取出し効率を高める方法と、低コストな電極パッドの悪影響を回避する方法（（１）金属又は酸化物の透明導電膜による電流分散層を形成する、（２）フリップ・チップ構造を形成する）を、両立させる方法を提供すること。【解決手段】基板上に少なくともｎ型半導体層、３０層以下の量子井戸層から成る活性層、ｐ型半導体層を半導体積層構造として有する発光ダイオードにおいて、半導体積層構造の表面に平坦部分と複数の穴を形成する。このとき、複数の穴の面内占有率を１０％以上８５％以下とし、穴の開口部の直径を１００nm以上４０００nm以下とし、穴の深さを活性層と平坦部分との間の距離よりも浅くし、複数の穴の密度を８×１０５個／cm２以上１.０８×１０１０個／cm２以下とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に少なくともｎ型半導体層、３０層以下の量子井戸層から成る活性層、ｐ型半導体層を半導体積層構造として有する発光ダイオードにおいて、
前記半導体積層構造の表面が平坦部分と複数の穴から成り、
前記複数の穴の面内占有率が１０％以上８５％以下であり、
前記穴の開口部の直径が１００nm以上４０００nm以下であり、前記穴の深さが前記活性層と前記平坦部分との間の距離よりも浅く、
前記複数の穴の密度が８×１０５個／cm２以上１.０８×１０１０個／cm２以下であることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項２】
前記半導体積層構造の表面に透明導電膜が形成され、前記透明導電膜の表面の一部に電極パッドが形成され、前記透明導電膜の側から光が出射することを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項３】
前記半導体積層構造の表面に電極パッドが形成され、前記基板の側から光が出射することを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項４】
前記穴の開口部の形状が、円形又は多角形であることを特徴とする請求項２又は３に記載の発光ダイオード。
【請求項５】
前記穴の深さが１００nm以上１０００nm以下であることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の発光ダイオード。
【請求項６】
前記穴の形状が、円錐形又は多角錐形であることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の発光ダイオード。
【請求項７】
前記ｎ型半導体層とｐ型半導体層が窒化物半導体から成ることを特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載の発光ダイオード。
【請求項８】
前記量子井戸層が、ＩｎｘＡｌｙＧａｚＮ（０≦ｘ、ｙ、ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）から成る井戸層と、前記井戸層とは組成が異なり、且つ前記井戸層よりもバンドギャップエネルギーの大きいＩｎａＡｌｂＧａｃＮ（０≦ａ、ｂ、ｃ≦１、ａ＋ｂ＋１＝１）から成る障壁層とからなることを特徴とする請求項７に記載の発光ダイオード。
【請求項９】
前記井戸層はアンドープであり、且つ前記障壁層はｎ型であることを特徴とする請求項８に記載の発光ダイオード。
【請求項１０】
前記ｎ型半導体層及びｐ型半導体層の両方又は一方が、ドーピング濃度又は組成の異なる複数の層から構成されていることを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の発光ダイオード。
【請求項１１】
前記ｎ型半導体層が、アンドープＧａＮ層とｎ型ＧａＮ層から成ることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれかに記載の発光ダイオード。
【請求項１２】
前記ｐ型半導体層が、ｐ型ＡｌＧａＮ層とｐ型ＧａＮ層から成ることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれかに記載の発光ダイオード。
【請求項１３】
前記ｎ型半導体層が、前記ｐ型半導体層と前記基板との間に形成されていることを特徴とする請求項７乃至１２のいずれかに記載の発光ダイオード。
【請求項１４】
前記ｐ型半導体層が、前記ｎ型半導体層と前記基板との間に形成されていることを特徴とする請求項７乃至1３のいずれかに記載の発光ダイオード。
【請求項１５】
前記基板が、サファイア、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＺｎＯのいずれかから成ることを特徴とする請求項７乃至１４のいずれかに記載の発光ダイオード。
【請求項１６】
基板上に少なくともｎ型半導体層、３０層以下の量子井戸層から成る活性層、ｐ型半導体層を順に積層することにより半導体積層構造を形成する工程、
前記半導体積層構造の表面をエッチングすることにより、平坦部分と複数の穴を、前記複数の穴の面内占有率が１０％以上８５％以下であり、前記穴の開口部の直径が１００nm以上４０００nm以下であり、前記穴の深さが前記活性層と前記平坦部分との間の距離よりも浅く、前記複数の穴の密度が８×１０５個／cm２以上１.０８×１０１０個／cm２以下であるように形成する穴形成工程を含むことを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
【請求項１７】
前記穴形成工程の後に、前記半導体積層構造の表面に透明導電膜を形成する工程、前記透明導電膜の表面の一部に電極パッドを形成する工程を更に含むことを特徴とする請求項１６に記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項１８】
前記穴形成工程の後に、前記半導体積層構造の表面に電極パッドを形成する工程を更に含むことを特徴とする請求項１６に記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項１９】
前記エッチングを、Ｈ２ＳＯ４、Ｈ３ＰＯ４、ＨＣｌ、ＫＯＨ、ＮａＯＨの少なくとも１つを含む溶液を用いたウエットエッチング又は電気化学エッチングにより行うことを特徴とする請求項１７又は１８に記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項２０】
前記エッチングを、ＨＣｌ、Ｃｌ２、ＳＦ６、ＢＣｌ３、ＣＨ４の少なくとも１つを含むガスを用いたドライエッチングにより行うことを特徴とする請求項１７又は１８に記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項２１】
基板上に少なくとも、ｎ型不純物濃度が５×１０１８／cm２以上であり、且つ膜厚が１μｍ以上であるｎ型不純物高濃度ドープ層を含むｎ型半導体層、３０層以下の量子井戸層から成る活性層、ｐ型半導体層を順に積層することにより半導体積層構造を形成し、これにより、前記半導体積層構造の表面に、平坦部分と複数の穴を、前記複数の穴の面内占有率が１０％以上８５％以下であり、前記穴の開口部の直径が１００nm以上４０００nm以下であり、前記穴の深さが前記活性層と前記平坦部分との間の距離よりも浅く、前記複数の穴の密度が８×１０５個／cm２以上１.０８×１０１０個／cm２以下であるように形成する穴形成工程から成ることを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
【請求項２２】
基板上に少なくとも、ｎ型半導体層、３０層以下の量子井戸層から成る活性層、基板温度Ｔｇが１０００℃以下であり、且つ膜厚が１００nm以上１μｍ以下であり、且つ前記基板温度Ｔｇとｐ型不純物濃度（単位：／cm３）との関係が、ｐ型不純物濃度＞４．５８×１０１８ｅ０．００２１１Ｔｇである条件により形成されるｐ型穴形成層を含むｐ型半導体層を順に形成し、これにより、前記半導体積層構造の表面に、平坦部分と複数の穴を、前記複数の穴の面内占有率が１０％以上８５％以下であり、前記穴の開口部の直径が１００nm以上４０００nm以下であり、前記穴の深さが前記活性層と前記平坦部分との間の距離よりも浅く、前記複数の穴の密度が８×１０５個／cm２以上１.０８×１０１０個／cm２以下であるように形成する穴形成工程から成ることを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
【請求項２３】
前記穴形成工程の後に、前記半導体積層構造の表面に透明導電膜を形成する工程、前記透明導電膜の表面の一部に電極パッドを形成する工程を更に含むことを特徴とする請求項２１又は２２に記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項２４】
前記穴形成工程の後に、前記半導体積層構造の表面に電極パッドを形成する工程を更に含むことを特徴とする請求項２１又は２２に記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項２５】
基板上に少なくともｎ型半導体層、３０層以下の量子井戸層から成る活性層、ｐ型半導体層を順に積層することにより半導体積層構造を形成する工程、前記半導体積層構造の表面に、Ｎｉ、Ｗ、Ａｌ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｎから選ばれた金属から成り、且つ膜厚が０．５nm以上１００nm以下である金属膜を形成する工程、前記金属膜が形成された半導体積層構造を熱処理することにより、前記半導体積層構造の表面に、平坦部分と複数の穴を、前記複数の穴の面内占有率が１０％以上８５％以下であり、前記穴の開口部の直径が１００nm以上４０００nm以下であり、前記穴の深さが前記活性層と前記平坦部分との間の距離よりも浅く、前記複数の穴の密度が８×１０５個／cm２以上１.０８×１０１０個／cm２以下であるように形成する穴形成工程から成ることを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
【請求項２６】
前記穴形成工程の後に、前記半導体積層構造の表面に透明導電膜を形成する工程、前記透明導電膜の表面の一部に電極パッドを形成する工程を更に含むことを特徴とする請求項２５に記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項２７】
前記穴形成工程の後に、前記半導体積層構造の表面に電極パッドを形成する工程を更に含むことを特徴とする請求項２５に記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項２８】
前記熱処理の温度が８００℃以上１３００℃以下であり、且つ前記熱処理の雰囲気がアンモニア単体ガス、アンモニアと水素の混合ガス、アンモニアと窒素の混合ガス、アンモニアと水素と窒素の混合ガスのいずれかから成ることを特徴とする請求項２６又は２７に記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項２９】
前記金属膜を、前記熱処理の後に酸溶液又はアルカリ溶液により除去することを特徴とする請求項２６乃至２８に記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項３０】
前記金属膜が、複数の金属が積層された複合金属膜であることを特徴とする請求項２６乃至２９のいずれかに記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項３１】
前記透明導電膜が、Ｎｉ、Ａｕ、ＩＴＯ、ＺｎＯの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１７、２３、２６のいずれかに記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項３２】
前記穴形成工程の後に、Ｈ２ＳＯ４、Ｈ３ＰＯ４、ＨＣｌ、ＫＯＨ、ＮａＯＨの少なくとも１つを含む溶液を用いたウエットエッチングにより、前記穴の開口部又は深さの少なくとも一方を拡張することを特徴とする請求項１６乃至３１のいずれかに記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項３３】
前記平坦部分のみが透明導電膜で覆われていることを特徴とする請求項１７、２３、２６、３１のいずれかに記載の発光ダイオードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、従来よりも内部量子効率及び光取出し効率において優れた効果を奏する発光ダイオード（ＬＥＤ）及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤにおける最も重要な性能指数としては、効率が挙げられる。即ち、ＬＥＤにおいては、可能な限り少ない電流でより高い発光出力が得られること、すなわち高効率であることが望まれている。
【０００３】
一般に、効率は、内部量子効率と光取出し効率で決定される。内部量子効率とは、ＬＥＤ内部における電気−光変換効率のことであり、注入電流が発光層内で光子に変換される効率のことである。また、光取出し効率とは、発光層で発生した光が素子の外部に取り出される効率のことである。これらのうち、内部量子効率については、一般的に市販されているＬＥＤのほぼ全てにおいて５０％以上の値が既に得られており、それらの中には、ほぼ１００％の内部量子効率が達成されているものもある。
【０００４】
その一方、光取出し効率は、光取出し面におけるＬＥＤの内部と外部の屈折率の比や、その面性状に依存することが知られている。すなわち、ＬＥＤの材料として一般的に用いられる化合物半導体の屈折率（ｎ≒２．２〜３．８、例えばＧａＮでは２．７）は、空気（真空）の屈折率（ｎ＝１）と比較して極めて大きい。このため、スネルの法則に従い、発光素子から外部へ射出されうる光が、ＬＥＤの内部から表面への光の入射角が、ある臨界角（θｃ）以下のものに制限される。つまり、ＬＥＤの活性層では、光は全ての方位に向かって発生するが、ＬＥＤ構造の表面における全反射により、発生した光の大部分はＬＥＤの外部へ取り出すことができない。例えば、ＧａＮ の場合を例に取ると、臨界角（θｃ）はθｃ＝２１．９°であり、全発光（発生した全ての光）のうちの約４％しかＬＥＤの外部には取り出せないことになる。ＬＥＤ構造の表面で全反射した光は、再びＬＥＤの内部に侵入し、ＬＥＤ内の界面あるいはＬＥＤの裏面などで反射され、再びＬＥＤ構造の表面へ向かう。これらのＬＥＤ内の界面あるいはＬＥＤの裏面は、一般的にＬＥＤ構造の表面と平行な面から構成されているため、再びＬＥＤ構造の表面へ向かった光の、ＬＥＤ構造の表面への入射角は、最初のＬＥＤ構造の表面への入射角と同じであり、再び全反射されることになる。このように、一度全反射された光は、ＬＥＤの外部へ取り出すことができず、何度も全反射を繰り返す間に吸収され、欠陥準位を介した再結合により熱として失われるのである。
【０００５】
光取出し効率を向上させる方法としては、ＬＥＤ構造の表面を荒らす方法が古くから提案されている。これは、エッチング処理等により光取出し面を適度に荒らすと、光取出し面で全反射した光がＬＥＤの界面や裏面で反射して再びＬＥＤ構造の表面に入射する際の入射角が、最初の全反射時の入射角から変化するので、光がＬＥＤの内部で何度も全反射を繰り返すことになり、そして、全反射を繰り返すうちに、どこかの段階で臨界角以下の角度でＬＥＤ構造の表面に入射する確率が生じるので、光取出し効率が向上するということを利用したものである。
【０００６】
ＬＥＤ構造の表面を荒らす方法から得られるこのような効果は古くから知られており、例えば、Ｉ．Ｓｃｈｎｉｔｚｅｒ ｅｔ ａｌ．，“３０％ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｑｕａｎｔｕｍ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｆｒｏｍ ｓｕｒｆａｃｅ ｔｅｘｔｕｒｅｄ， ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅｓ”，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６３（１９９３）２１７４．（非特許文献１）においては、ＡｌＧａＡｓ系のＬＥＤ構造の表面をガスエッチングにより荒らし、表面を荒らしていないＬＥＤで９％であった外部量子効率（＝内部量子効率×光取出し効率）を３０％にまで向上した例が示されている。
【０００７】
また、ＧａＮ系ＬＥＤについても、米国特許第６，０９１，０８５号（特許文献１）に、基板表面に凹凸を形成して光取出し効率を向上する方法とともに、絶縁体で表面の一部を被覆した基板に成長を行うことでＧａＮ系ＬＥＤ構造の表面に凹凸を形成する方法や、ＧａＮ系ＬＥＤの最表面の層を１０４０℃以下の低温であるいはＶ／ＩＩＩ比が１００００以下で成長することでＧａＮ系ＬＥＤ構造の表面に凹凸を形成する方法が記載されている。この場合のＧａＮ系ＬＥＤの最表面の層とは、当時知られていた一般的なＧａＮ系ＬＥＤがサファイア／低温成長バッファ層／Ｓｉドープｎ型ＧａＮ／ＩｎＧａＮ多重量子井戸／Ｍｇドープｐ型ＡｌＧａＮＭｇドープｐ型ＧａＮであったことを考慮すると、ｐ型ＧａＮ層のことである（例えば、Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ ｅｔ ａｌ．，“Ｈｉｇｈ Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ ＩｎＧａＮ ｂｌｕｅ，ｇｒｅｅｎ ａｎｄ ｙｅｌｌｏｗ ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅｓ ｗｉｔｈ ｑｕａｎｔｕｍ  ｗｅｌｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ”，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ３４（１９９５）ｐｐ．Ｌ７９７−Ｌ７９９．（非特許文献２）及びＳ．Ｄ．Ｌｅｓｔｅｒ ｅｔ ａｌ．“Ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ＩｎＧａＮ ＭＱＷ ｂｌｕｅ ａｎｄ ｇｒｅｅｎ ＬＥＤｓ”，Ｊ．Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ Ｖｏｌ．１８９／１９０（１９９８）ｐｐ．７８６−７８９．（非特許文献３）を参照）。
【０００８】
また、米国特許第６，４４１，４０３号（特許文献２）等にも特許文献１と同様に、ＧａＮ系ＬＥＤの最表面の層を４００℃〜１０００℃の温度で成長することでＧａＮ系ＬＥＤ構造の表面に凹凸を形成し、光取出し効率を向上する方法が記載されている。
【０００９】
このような、表面に凹凸を持つＧａＮ系ＬＥＤについては、特許文献１より前に既に特開平８−２３６８６７号公報（特許文献３）に記載があり、特開平８−２７４４１１号公報（特許文献４）にも表面に凹凸を持つＧａＮ系ＬＥＤの記述がある。更に言えば、Ｉ．Ａｋａｓａｋｉ ｅｔ ａｌ．，“Ｃｒｙｓｔａｌ ｇｒｏｗｔｈ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｇａｌｌｉｕｍ ｎｉｔｒｉｄｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｂｌｕｅ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ”，ＪＡＲＥＣＴ Ｖｏｌ．１９，Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ（１９８６），Ｊ．Ｎｉｓｈｉｚａｗａ（ｅｄ），Ｏｈｍｓｈａ  ｌｔｄ．Ａｎｄ  Ｎｏｒｒｔｈ−Ｈｏｌｌａｎｄ（非特許文献４）及びＫ．Ｈｉｒａｍａｔｓｕ ｅｔ ａｌ．，“Ｃａｔｈｏｄｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ ｏｆ ＭＯＶＰＥ ｇｒｏｗｎ ＧａＮ ｌａｙｅｒ ｏｎ α−Ａｌ２Ｏ３”，Ｊ．Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ ９９（１９９０）３７５．（非特許文献５）には、成長時に形成された多数のピットを表面に有するＧａＮ系ＬＥＤの例が示されている。ＧａＮ系ＬＥＤに限っては、非特許文献１及び特許文献１以前のＧａＮ系ＬＥＤ研究の初期の段階には、ＧａＮ系材料を表面を平坦な状態で成長することが困難であったため、表面に凹凸をもつＬＥＤが既に一般的に知られていたことが分かる。
【００１０】
このような荒れた表面を持つＬＥＤにおいて光取出し効率を十分に増大するためには、ＬＥＤの内部での光の吸収を十分少なくする必要があることをここで指摘しておく。活性層が厚く、表面で全反射してＬＥＤの内部へ戻ってきた光のほとんどが活性層で再び吸収される状況を考える。活性層で吸収された光は電子−正孔対を生成し、この電子−正孔対の再結合により発生した光は再び全ての方向に向けて放射される（これを、「ホトン・リサイクリング」という）。このような状況にあっては、光の進行方向の情報が吸収により失われるので、表面を荒らして光の反射角度を変えても光取出し効率は向上しない。
【００１１】
ところで、光取出し効率を考える上で表面の性状と並んで重要な要素に、電極の構成・配置がある。すなわち、ＬＥＤ表面に設置される電極の少なくとも一部には、外部の電源から電極へ配線を施す必要からある程度の機械的強度を持たせた領域（電極パッド）を形成する必要がある。このような電極パッドは光を透過せず、素子外部への光取出しを阻害する。
【００１２】
上述の電極パッドの悪影響を緩和する代表的な方法としては、電極パッドから供給されたキャリアが発光層に到達するまでに十分広がり、活性層が存在する面上での通電領域のうち電極の影にならない部分の割合が増えるように、表面−発光層間の距離を十分大きく（１０μｍ以上）取る、すなわち「電流分散層」を設ける、という方法がある。この方法は、電流分散層を発光層などと同時に結晶成長で実施できる簡便な方法であるが、活性層の厚さ（典型的には１μｍ以下）よりも電流分散層の厚さの方が極端に大きいため成長膜厚が増大し製造コストが上がるという欠点がある。更に、このような電流分散層は通常高濃度にドーピングされているため、不純物準位や高濃度ドープに起因する欠陥準位による光吸収があり、１０μｍもの厚さがあるとそこでの光吸収により効率が大幅に低下するといったデメリットも生じてしまう。
【００１３】
このようなデメリットを無くすためには、電流分散層として厚い半導体層ではなく、光を透過するほどに極めて薄い金属膜や、ＩＴＯ等の酸化物からなる透明導電膜をＬＥＤ表面に設置する方法が有効である。
【００１４】
電極パッドの悪影響を緩和する他の方法としては、フリップ・チップ構造がある。これは光を吸収する基板を含まないＬＥＤに対して有効な方法であり、ｐ電極及びｎ電極の両方を基板の同じ面に設置し、一方あるいは両方の電極に高反射率の金属を用いて、且つこれらの金属でその面のほぼ全面を覆い、活性層で発生した光を電極で反射して基板の電極を設置していない面から光を取り出す方法である。この場合にも、半導体の電流分散層を設けた場合のような、成長のためのコスト増加や、電流分散層での光吸収といったデメリットは無い。
【００１５】
以上の議論から、生産コストの増大を招かずにＬＥＤの光取出し効率を向上するためには、方法１として、“ＬＥＤ構造の表面を荒らして、且つ（１）金属又は金属酸化物の透明導電膜による電流分散層を形成する”、という方法や、方法２として、“ＬＥＤ構造の表面を荒らして、且つ（２）フリップ・チップ構造を形成する”、という方法の組み合わせが有望と思われる。また前述の議論から明らかなように、表面を荒らした効果を十分に発揮するためには、活性層での光の吸収を低く抑えることも必要である。
【００１６】
しかしながら、実際に前記の（１）又は（２）と、ＬＥＤ表面を荒らす工夫とを併用する場合には、著しい困難を伴う場合がほとんどである。
【００１７】
例えば、非特許文献４では、前記で述べた様な電極の設置された面全体を覆う電極というのは設置されておらず、表面の一部にのみパッドが設置されている。これは、非特許文献４の図１９．２に示されている様に、表面の凹凸の段差が２０μｍ以上あるため、薄い透明導電膜を分断せずに全面に形成するのが困難だったためと推察される。
【００１８】
また例えば、特許文献１における６番目の実施例、あるいは、特許文献２における図３（Ｂ）、４（Ｂ）、５（Ｂ）、６（Ｂ）に例示されている、ＧａＮ系ＬＥＤ上に１０００℃以下でＭｇドープあるいはＳｉドープＧａＮを成長し、ＬＥＤ表面に凹凸を形成する手法に関して我々が追試したところ、低抵抗なＧａＮ層が得られるような通常のドーピング濃度のＧａＮ層を成長した場合には、光取出し効率を向上せしめるのに十分な凹凸を形成するためには、２μｍ程度のＧａＮ層を成長する必要がある。この場合、ＭｇドープＧａＮあるいはＳｉドープＧａＮ層での光吸収が大きくなりすぎて、前記の（１）、（２）のいずれの方法を用いたとしても、逆に光取出し効率が低下してしまう。
【００１９】
更に、前記の（１）の方法では透明電極としては、通常、厚さが１００nm程度かそれ以下の膜が用いられる。これは、透明電極での光の吸収を抑制するためである。このため、特許文献２における図３（Ｂ）、４（Ｂ）、５（Ｂ）、６（Ｂ）に例示されたような表面形態、すなわち光取出し効率が高まる程度の凹凸（高さ＞１００nm）があり、且つ平坦部が全く無い表面を用いた場合には、透明導電膜を連続的に形成することが不可能であり、表面全体に電流を分散できずに結果としてＬＥＤの発光出力を効果的に高めることは難しい。更に言えば、このような電流分散が不十分な場合には逆に、平坦な表面を有するＬＥＤよりも発光出力が低くなってしまう場合がほとんどである。
【００２０】
また、Ｔ．Ｒｉｅｍａｎｎ ｅｔ ａｌ．“Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ Ｎｉｔｒｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ”，ＩＰＡＰ Ｃｏｎｆ．Ｓｅｒｉｅｓ １ ｐｐ．２８０−２８３．（非特許文献６）及び我々の調査結果によれば、成長により表面に凹凸を形成した場合、成長雰囲気中に含まれる不純物のオートドーピングにより、凹凸の斜面は高濃度のｎ型になる。現在までに報告されているＧａＮ系ＬＥＤは、そのほとんどが表面にｐ型ＧａＮ層を成長する形態である。ｐ型の不純物として用いられているＭｇの原料（Ｃｐ２Ｍｇ）が成長装置内に残留しやすく、ｐ型半導体層を活性層よりも先に成長すると、活性層にＭｇが混入して発光出力が低下してしまうのが、ｐ型半導体層を最上層にする理由である。このような通常のＧａＮ系ＬＥＤの実施形態に、特許文献１における６番目の実施例、あるいは、特許文献２における図３（Ｂ）、４（Ｂ）に記載の方法を適用し、特許文献２における図３（Ｂ）、４（Ｂ）の様な表面形態を形成した場合（表面に斜面しか存在しない形態）、上述のオートドーピングのためにＬＥＤの最表面はｐ型ではなくｎ型となってしまう。
【００２１】
更に、表面の凸凹をエッチングにより形成した場合においても、穴の斜面には平坦部分とは異なる化学的性質を持つ面が出現する。一般的に、このような化学的性質が異なる面は、その面上へ金属電極を形成した場合の特性も異なり、同一の電極形成条件において平坦な面と穴の斜面との両方で、ＬＥＤに必要な低い接触抵抗を持つ電極が形成されるとは限らない。極端な場合には、平坦な面で低い接触抵抗が得られる電極形成条件においても、穴の斜面では整流性のあるショットキー型の電極になる場合もある。
【００２２】
これらの場合、ＬＥＤに通電しても駆動電圧が極めて高くなり、上述の（１）、（２）いずれの方法を用いたとしても、発熱のために発光出力は極めて低くなってしまう。
【００２３】
以上述べてきたように、ＬＥＤ構造の表面を荒らして光取出し効率を高める方法と、低コストな電極パッドの悪影響を回避する方法（（１）金属又は金属酸化物の透明導電膜による電流分散層を形成する、（２）フリップ・チップ構造を形成する、など）を、両立させる方法は未だに確立していない。
【００２４】
以上は、ＧａＮ系ＬＥＤについて例示して述べてきたが、表面を荒らす工夫と、前記の（１）、（２）の方法を併用する際に生じる問題点は、他の半導体においても同様に発生するものなので、以下に述べる内容は、ＧａＮ系ＬＥＤのみならずそれ以外の半導体からなるＬＥＤについても適用可能である。
【特許文献１】米国特許第６，０９１，０８５号
【特許文献２】米国特許第６，４４１，４０３号
【特許文献３】特開平８−２３６８６７号公報
【特許文献４】特開平８−２７４４１１号公報
【非特許文献１】Ｉ．Ｓｃｈｎｉｔｚｅｒ ｅｔ ａｌ．，“３０％ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｑｕａｎｔｕｍ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｆｒｏｍ ｓｕｒｆａｃｅ ｔｅｘｔｕｒｅｄ， ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅｓ”，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６３（１９９３）２１７４．
【非特許文献２】Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ ｅｔ ａｌ．，“Ｈｉｇｈ Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ ＩｎＧａＮ ｂｌｕｅ，ｇｒｅｅｎ ａｎｄ ｙｅｌｌｏｗ ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅｓ ｗｉｔｈ ｑｕａｎｔｕｍ  ｗｅｌｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ”，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ３４（１９９５）ｐｐ．Ｌ７９７−Ｌ７９９．
【非特許文献３】Ｓ．Ｄ．Ｌｅｓｔｅｒ ｅｔ ａｌ．“Ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ＩｎＧａＮ ＭＱＷ ｂｌｕｅ ａｎｄ ｇｒｅｅｎ ＬＥＤｓ”，Ｊ．Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ Ｖｏｌ．１８９／１９０（１９９８）ｐｐ．７８６−７８９．
【非特許文献４】Ｉ．Ａｋａｓａｋｉ ｅｔ ａｌ．，“Ｃｒｙｓｔａｌ ｇｒｏｗｔｈ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｇａｌｌｉｕｍ ｎｉｔｒｉｄｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｂｌｕｅ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ”，ＪＡＲＥＣＴ Ｖｏｌ．１９，Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ（１９８６），Ｊ．Ｎｉｓｈｉｚａｗａ（ｅｄ），Ｏｈｍｓｈａ ｌｔｄ．Ａｎｄ  Ｎｏｒｒｔｈ−Ｈｏｌｌａｎｄ
【非特許文献５】Ｋ．Ｈｉｒａｍａｔｓｕ ｅｔ ａｌ．，“Ｃａｔｈｏｄｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ ｏｆ ＭＯＶＰＥ ｇｒｏｗｎ ＧａＮ ｌａｙｅｒ ｏｎ α−Ａｌ２Ｏ３”，Ｊ．Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ ９９（１９９０）３７５．
【非特許文献６】Ｔ．Ｒｉｅｍａｎｎ ｅｔ ａｌ．“Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ Ｎｉｔｒｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ”，ＩＰＡＰ Ｃｏｎｆ．Ｓｅｒｉｅｓ １ ｐｐ．２８０−２８３．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
本発明の目的は、ＬＥＤ構造の表面を荒らして光取出し効率を高める方法と、低コストな電極パッドの悪影響を回避する方法（（１）金属又は酸化物の透明導電膜による電流分散層を形成する、（２）フリップ・チップ構造を形成する）を、両立させる方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明の発光ダイオードは、基板上に少なくともｎ型半導体層、３０層以下の量子井戸層から成る活性層、ｐ型半導体層を半導体積層構造として有する発光ダイオードにおいて、前記半導体積層構造の表面（半導体積層構造が基板と接する面とは逆側の面）が平坦部分と複数の穴から成り、前記複数の穴の面内占有率（（穴の開口部の面積／表面積）×１００）が１０％以上８５％以下であり、前記穴の開口部の直径が１００nm以上４０００nm以下であり、前記穴の深さが前記活性層と前記平坦部分との間の距離よりも浅く、前記複数の穴の密度が８×１０５個／cm２以上１.０８×１０１０個／cm２以下であることを特徴とする。
【００２７】
このように、半導体積層構造の表面に単に凹凸を形成するのではなく、半導体積層構造の表面に平坦部分を残すことで、上述のオートドーピングによるｐ型半導体層のｎ型半導体層化や、高接触抵抗化を防止することができる。そして、活性層を３０層以下の量子井戸層とすることで、活性層での光の再吸収が抑制され、効果的に光取出し効率を向上させることができる。そして、穴の深さを、前記活性層と前記平坦部分との間の距離よりも浅くすることで、電極と発光領域（活性層）との短絡を防止することができる。穴が発光ダイオードの発光領域（活性層）にまで達すると、穴の表面に電極を形成した際に電極が発光領域（活性層）と短絡してしまうのである。発光ダイオードは、ｐｎ接合に電圧を印加することで発光するので、電極と発光領域（活性層）とが短絡した場合には発光しなくなってしまうのである。
【００２８】
また、本発明の発光ダイオードにおいては、前記半導体積層構造の表面に透明導電膜が形成され、前記透明導電膜の表面の一部に電極パッドが形成され、前記透明導電膜の側から光が出射することが好ましい。
【００２９】
このように、平坦部分を残した半導体積層構造の表面に透明導電膜を形成することで、半導体積層構造の表面に透明導電膜を形成した際に、透明導電膜が分断されて電流分散ができなくなることを防止することができる。
【００３０】
また、本発明の発光ダイオードにおいては、前記半導体積層構造の表面に電極パッドが形成され、前記基板の側から光が出射することが好ましい。
【００３１】
また、本発明の発光ダイオードにおいては、前記穴の開口部の形状が、円形又は多角形であることが好ましい。なお、ここで、前記穴の開口部の形状が多角形の場合における直径とは、その多角形の外接円の直径のことである。
【００３２】
また、本発明の発光ダイオードにおいては、前記穴の深さが１００nm以上１０００nm以下であることが好ましい。
【００３３】
また、本発明の発光ダイオードにおいては、前記穴の形状が、円錐形又は多角錐形であることが好ましい。
【００３４】
また、本発明の発光ダイオードにおいては、前記ｎ型半導体層とｐ型半導体層が窒化物半導体から成ることが好ましい。
【００３５】
また、本発明の発光ダイオードにおいては、前記量子井戸層が、ＩｎｘＡｌｙＧａｚＮ（０≦ｘ、ｙ、ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）から成る井戸層と、前記井戸層とは組成が異なり、且つ前記井戸層よりもバンドギャップエネルギーの大きいＩｎａＡｌｂＧａｃＮ（０≦ａ、ｂ、ｃ≦１、ａ＋ｂ＋１＝１）から成る障壁層とからなることが好ましい。
【００３６】
また、本発明の発光ダイオードにおいては、前記井戸層はアンドープであり、且つ前記障壁層はｎ型であることが好ましい。
【００３７】
また、本発明の発光ダイオードにおいては、前記ｎ型半導体層及びｐ型半導体層の両方又は一方が、ドーピング濃度又は組成の異なる複数の層から構成されていることが好ましい。
【００３８】
また、本発明の発光ダイオードにおいては、前記ｎ型半導体層が、アンドープＧａＮ層とｎ型ＧａＮ層から成ることが好ましい。
【００３９】
また、本発明の発光ダイオードにおいては、前記ｐ型半導体層が、ｐ型ＡｌＧａＮ層とｐ型ＧａＮ層から成ることが好ましい。
【００４０】
また、本発明の発光ダイオードにおいては、前記ｎ型半導体層が、前記ｐ型半導体層と前記基板との間に形成されていることが好ましい。
【００４１】
また、本発明の発光ダイオードにおいては、前記ｐ型半導体層が、前記ｎ型半導体層と前記基板との間に形成されていることが好ましい。
【００４２】
また、本発明の発光ダイオードにおいては、前記基板が、サファイア、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＺｎＯのいずれかから成ることが好ましい。
【００４３】
本発明の発光ダイオードの製造方法（製造方法１）は、基板上に少なくともｎ型半導体層、３０層以下の量子井戸層から成る活性層、ｐ型半導体層を順に積層することにより半導体積層構造を形成する工程、前記半導体積層構造の表面（半導体積層構造が基板と接する面とは逆側の面）をエッチングすることにより、平坦部分と複数の穴を、前記複数の穴の面内占有率（（穴の開口部の面積／表面積）×１００）が１０％以上８５％以下であり、前記穴の開口部の直径が１００nm以上４０００nm以下であり、前記穴の深さが前記活性層と前記平坦部分との間の距離よりも浅く、前記複数の穴の密度が８×１０５個／cm２以上１.０８×１０１０個／cm２以下であるように形成する穴形成工程を含むことを特徴とする。
【００４４】
また、本発明の発光ダイオードの製造方法（製造方法１）においては、前記穴形成工程の後に、前記半導体積層構造の表面に透明導電膜を形成する工程、前記透明導電膜の表面の一部に電極パッドを形成する工程を更に含むか、前記穴形成工程の後に、前記半導体積層構造の表面に電極パッドを形成する工程を更に含むことが好ましい。
【００４５】
また、本発明の発光ダイオードの製造方法（製造方法１）においては、前記エッチングを、Ｈ２ＳＯ４、Ｈ３ＰＯ４、ＨＣｌ、ＫＯＨ、ＮａＯＨの少なくとも１つを含む溶液を用いたウエットエッチング又は電気化学エッチングにより行うことが好ましい。
【００４６】
また、本発明の発光ダイオードの製造方法（製造方法１）においては、前記エッチングを、ＨＣｌ、Ｃｌ２、ＳＦ６、ＢＣｌ３、ＣＨ４の少なくとも１つを含むガスを用いたドライエッチングにより行うことが好ましい。
【００４７】
本発明の発光ダイオードの製造方法（製造方法２）は、基板上に少なくとも、ｎ型不純物濃度が５×１０１８／cm２以上であり、且つ膜厚が１μｍ以上であるｎ型不純物高濃度ドープ層を含むｎ型半導体層、３０層以下の量子井戸層から成る活性層、ｐ型半導体層を順に積層することにより半導体積層構造を形成し、これにより、前記半導体積層構造の表面（半導体積層構造が基板と接する面とは逆側の面）に、平坦部分と複数の穴を、前記複数の穴の面内占有率（（穴の開口部の面積／表面積）×１００）が１０％以上８５％以下であり、前記穴の開口部の直径が１００nm以上４０００nm以下であり、前記穴の深さが前記活性層と前記平坦部分との間の距離よりも浅く、前記複数の穴の密度が８×１０５個／cm２以上１.０８×１０１０個／cm２以下であるように形成する穴形成工程から成ることを特徴とする。
【００４８】
本発明の発光ダイオードの製造方法（製造方法３）は、基板上に少なくとも、ｎ型半導体層、３０層以下の量子井戸層から成る活性層、基板温度Ｔｇが１０００℃以下であり、且つ膜厚が１００nm以上１μｍ以下であり、且つ前記基板温度Ｔｇとｐ型不純物濃度（単位：／cm３）との関係が、ｐ型不純物濃度＞４．５８×１０１８ｅ０．００２１１Ｔｇである条件により形成されるｐ型穴形成層を含むｐ型半導体層を順に形成し、これにより、前記半導体積層構造の表面（半導体積層構造が基板と接する面とは逆側の面）に、平坦部分と複数の穴を、前記複数の穴の面内占有率（（穴の開口部の面積／表面積）×１００）が１０％以上８５％以下であり、前記穴の開口部の直径が１００nm以上４０００nm以下であり、前記穴の深さが前記活性層と前記平坦部分との間の距離よりも浅く、前記複数の穴の密度が８×１０５個／cm２以上１.０８×１０１０個／cm２以下であるように形成する穴形成工程から成ることを特徴とする。
【００４９】
また、本発明の発光ダイオードの製造方法（製造方法２，３）は、前記穴形成工程の後に、前記半導体積層構造の表面に透明導電膜を形成する工程、前記透明導電膜の表面の一部に電極パッドを形成する工程を更に含むか、前記穴形成工程の後に、前記半導体積層構造の表面に電極パッドを形成する工程を更に含むことが好ましい。
【００５０】
本発明の発光ダイオードの製造方法（製造方法４）は、基板上に少なくともｎ型半導体層、３０層以下の量子井戸層から成る活性層、ｐ型半導体層を順に積層することにより半導体積層構造を形成する工程、前記半導体積層構造の表面（半導体積層構造が基板と接する面とは逆側の面）に、Ｎｉ、Ｗ、Ａｌ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｎから選ばれた金属から成り、且つ膜厚が０．５nm以上１００nm以下である金属膜（単独膜又は複合膜）を形成する工程、前記金属膜が形成された半導体積層構造を熱処理することにより、前記半導体積層構造の表面に、平坦部分と複数の穴を、前記複数の穴の面内占有率（（穴の開口部の面積／表面積）×１００）が１０％以上８５％以下であり、前記穴の開口部の直径が１００nm以上４０００nm以下であり、前記穴の深さが前記活性層と前記平坦部分との間の距離よりも浅く、前記複数の穴の密度が８×１０５個／cm２以上１.０８×１０１０個／cm２以下であるように形成する穴形成工程から成ることを特徴とする。
【００５１】
また、本発明の発光ダイオードの製造方法（製造方法４）においては、前記穴形成工程の後に、前記半導体積層構造の表面に透明導電膜を形成する工程、前記透明導電膜の表面の一部に電極パッドを形成する工程を更に含むか、前記穴形成工程の後に、前記半導体積層構造の表面に電極パッドを形成する工程を更に含むことが好ましい。
【００５２】
また、本発明の発光ダイオードの製造方法（製造方法４）においては、前記熱処理の温度が８００℃以上１３００℃以下であり、且つ前記熱処理の雰囲気がアンモニア単体ガス、アンモニアと水素の混合ガス、アンモニアと窒素の混合ガス、アンモニアと水素と窒素の混合ガスのいずれかから成ることが好ましい。
【００５３】
また、本発明の発光ダイオードの製造方法（製造方法４）においては、前記金属膜を、前記熱処理の後に酸溶液又はアルカリ溶液により除去することが好ましい。
【００５４】
また、本発明の発光ダイオードの製造方法（製造方法４）においては、前記金属膜が、複数の金属が積層された複合金属膜であることが好ましい。
【００５５】
また、本発明の発光ダイオードの製造方法（製造方法１，２，３，４）においては、前記透明導電膜が、Ｎｉ、Ａｕ、ＩＴＯ、ＺｎＯの少なくとも１つを含むことが好ましい。
【００５６】
また、本発明の発光ダイオードの製造方法（製造方法１，２，３，４）においては、前記穴形成工程の後に、Ｈ２ＳＯ４、Ｈ３ＰＯ４、ＨＣｌ、ＫＯＨ、ＮａＯＨの少なくとも１つを含む溶液を用いたウエットエッチングにより、前記穴の開口部又は深さの少なくとも一方を拡張することが好ましい。
【００５７】
また、本発明の発光ダイオードの製造方法（製造方法１，２，３，４）においては、前記平坦部分のみが透明導電膜で覆われていることが好ましい。
【発明の効果】
【００５８】
以上説明したように、本発明の発光ダイオードは、半導体積層構造の表面に単に凹凸を形成するのではなく、半導体積層構造の表面に平坦部分を残すことで、上述のオートドーピングによるｐ型半導体層のｎ型半導体層化や、高接触抵抗化を防止することができる。そして、さらに、活性層を３０層以下の量子井戸層とすることで、活性層での光の再吸収が抑制され、効果的に光取出し効率を向上させることができる。
【００５９】
また、半導体積層構造の表面が平坦部分と複数の穴から成り、前記複数の穴の面内占有率が１０％以上８５％以下であり、前記半導体積層構造の表面に透明導電膜が形成されていることにより、電流分散が不可能になる程度にまで透明導電膜が分断されることがない。
【００６０】
また、本発明により、ＬＥＤ構造の表面を荒らして光取出し効率を高める方法と、低コストな電極パッドの悪影響を回避する方法（（１）金属又は金属酸化物の透明導電膜を形成する、（２）フリップ・チップ構造を形成する）を、両立させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６１】
本発明における発光ダイオードにおいては、量子井戸層の数は３０層以下が好ましいが、１２層以下がさらに好ましく、また、６層以下がそれよりもさらに好ましい。なぜならば、量子井戸層の数が３０層以下の場合には、表面に穴を形成したＬＥＤ構造の発光出力は、表面が平坦なＬＥＤ構造よりも高くなり、特に量子井戸層の数が１２層以下の場合には出力増大率は１．５以上となり、また更に、量子井戸層の数を６層以下とすると、出力増大率は２以上となるからである。
【実施例】
【００６２】
以下に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
【００６３】
［実施例１］
最初に、基本となる従来型の発光ダイオード（ＬＥＤ）の製作方法を、図１５及び図１６を参照しつつ説明する。
【００６４】
まず、２インチ径でＣ面のサファイアから成る基板（５０１、６０１）上にＭＯＶＰＥ法により青色で発光するＬＥＤ構造を成長した。具体的には、サファイアから成る基板（５０１、６０１）をＭＯＶＰＥ装置に導入した後に、７６０Ｔｏｒｒの窒素／水素混合ガス雰囲気中（総流量＝１５０ｓｌｍ、窒素／水素＝２）で1１３５℃で１０分間加熱することにより基板表面の酸化物等を除去した（熱清浄化した）。その後、基板温度を５１５℃に下げると共に、キャリアガス流量を１４０ｓｌｍ、キャリアガス中の窒素／水素の体積比を１．５として、窒素原料であるアンモニア(ＮＨ３)ガスを１０ｓｌｍの流量で成長装置に導入した。更に、Ｇａの原料としてトリメチルガリウム(ＴＭＧ)を成長装置に導入し、基板上にＧａＮから成る低温成長バッファ層（５０２、６０２）を１．６μｍ／時の成長速度で２２nm成長した。
【００６５】
その後、キャリアガス流量を８０ｓｌｍ、キャリアガス中の窒素／水素の体積比を１として、アンモニアガス流量を２０ｓｌｍに、基板温度を１０７５℃として、アンドープＧａＮ層（５０３、６０３）を４μｍ／時の成長速度で２μｍの膜厚で成長した。その上に、Ｓｉ濃度が３×１０１８cm−３のＳｉドープｎ型ＧａＮ層（５０４、６０４）を４μｍの膜厚で成長した。
【００６６】
その後、基板温度を７５０℃に下げ、６周期の、アンドープＩｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ量子井戸層（膜厚：３．５nm）／Ｓｉ濃度が３×１０１８cm−３のＳｉドープｎ型ＧａＮ層から成るＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸層（活性層）（５０５、６０５）を形成した。次に、再び基板温度を１０７５℃として、Ｍｇ濃度が３×１０１９cm−３のｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層（５０６、６０６）を３５nmの膜厚、Ｍｇ濃度が５×１０１９cm−３のｐ型ＧａＮ層（５０７、６０７）を２００nmの膜厚で成長した。
【００６７】
続いて、エピタキシャルウエハの一部をリアクティブ・イオン・エッチング（ＲＩＥ）装置により、ｎ型ＧａＮ層（５０４、６０４）までエッチングした。ここで、エッチングで除去されなかった領域の斜面は、図１に示すように垂直ではなく、傾いた面となっていた。そして、エッチングを施した領域の底面に、第二電極パッド（Ｔｉ（膜厚：２００nm）／Ａｌ（膜厚：２０００nm））（５１０、６１０）を形成した。
【００６８】
その後、一部のエピタキシャルウエハに対しては、透明導電膜（Ｎｉ（膜厚：２nm）／Ａｕ（膜厚：６nm））（５０８）及び、第一電極パッド（Ｎｉ（膜厚：２０nm）／Ａｕ（膜厚：５０００nm））（５０９）を形成し、図１５に示す金属又は金属酸化物の透明導電膜による電流分散層を形成したＬＥＤ構造（以下、「表面光取出し型のＬＥＤ構造」という）を製作した。また、他の一部のエピタキシャルウエハに対しては、ＬＥＤ表面に第一電極パッド（Ａｇ（膜厚：５０００nm））（６０９）を形成し、図１６に示すフリップ・チップ構造を形成したＬＥＤ構造（以下、「フリップ・チップ型のＬＥＤ構造」という）のＬＥＤ構造を製作した。以下では、それぞれを「従来型の表面光取出し型のＬＥＤ構造」、「従来型のフリップ・チップ型のＬＥＤ構造」と呼び、これらを総称して「従来型のＬＥＤ構造」と呼ぶ。
【００６９】
これらのＬＥＤの２０ｍＡ通電時の発光出力は、図１の表面光取出し型のＬＥＤ構造では４ｍＷ、図２のフリップ・チップ型のＬＥＤ構造では９ｍＷであった。
【００７０】
続いて同様のエピタキシャルウエハで、ｐ型ＧａＮ層（５０７、６０７）の厚さのみを２００nm〜３０００nmとした数種類のエピタキシャルウエハを準備し、これらを硫酸と燐酸の混合溶液中で表面をエッチングして、表面に穴を形成したエピタキシャルウエハを製作した。エッチング時の溶液の温度は１００℃〜１８０℃の範囲であり、またエッチング時間は１０分間〜２時間の範囲である。
【００７１】
エッチング後のエピタキシャルウエハの表面状態の一例を図３に示す。図３に見られるように、本エッチングにより形成された表面形態は、多数の穴とそれ以外の平坦部分からなっている。エッチング条件により、穴の密度は１×１０５個／cm２〜５×１０１０個／cm２の範囲で変化した。また、穴の開口部の形状はエッチング条件に依存し、円形、六角形、１２角形など様々であるが、穴自体はこれらを上面とした円錐あるいは角錐形であり、穴の深さは穴の開口部の外接円の直径と同じ程度〜１／４程度の間であった。穴の直径及び深さはエッチング温度、時間によりそれぞれ５０nm〜５０００nm、３０nm〜５０００nmの範囲で変化していた。以上の条件を組み合わせて、開口部が表面に占める面積割合を０％（エッチング無し）〜１００％（平坦部無し）の間とした各種の表面形態を有するエピタキシャルウエハを準備し、前記の従来例と同様に表面光取出し型のＬＥＤ構造及びフリップ・チップ型のＬＥＤ構造を製作した（図１及び図２参照）。
【００７２】
図１及び図２に模式的に示したように、前記の穴を形成したエピタキシャルウエハにＲＩＥによるエッチングを施した際には、ＲＩＥにより除去されなかった領域の斜面にも前記の穴が残留して凸凹の斜面が形成されていた。斜面上の穴の密度、上から見た際の穴の径などは、当初の値をほぼ踏襲していた。
【００７３】
また、図１に示したように本発明の表面光取出し型のＬＥＤにおいては、透明導電膜が穴の内部にまで蒸着されていた。
【００７４】
これらのＬＥＤのうちのあるものは、従来型のＬＥＤ構造と比較して発光出力の顕著な増大が認められ、発光出力は最大で従来型のＬＥＤ構造の２倍にまで増大した。しかしながら、あるものについては、従来型のＬＥＤ構造と同等かそれ以下の発光出力しか示さず、さらに一部のＬＥＤについては全く発光しなかった。
【００７５】
発光出力が増大したＬＥＤにおいて見られた穴の形態をまとめると以下の通りある。
【００７６】
１）ＬＥＤ構造の表面における穴の開口部が表面で占める面積の割合が１０％以上８５％以下である。
２）穴の外接円の直径が１００nm以上４０００nm以下であり、穴の深さが１００nm以上１０００nm以下であり、穴の深さがｐ型半導体層全体の厚さ（活性層と平坦部分との間の距離）よりも浅い。
３）穴の密度が８×１０５個／cm２以上１.０８×１０１０個／cm２以下である。
【００７７】
一方、全く発光しなかったＬＥＤは、穴の深さがｐ型ＧａＮ層全体の厚さ（活性層と平坦部分との間の距離）よりも深いＬＥＤである。これは、上述したように透明導電膜と発光層が短絡したためである。
【００７８】
また、ｐ型ＧａＮ層全体の厚さが１０００nmよりも厚いＬＥＤについては、穴の密度・深さ・径によらず、従来型のＬＥＤ構造よりも発光出力が小さくなった。これは、ｐ型ＧａＮ層での光の吸収が大きくなりすぎたためである。すなわち、穴の深さを１０００nm以上として、前記の短絡を防ぐためにｐ型ＧａＮ層全体を１０００nm以上の厚さで成長しても、発光出力向上の効果は無いということである。
【００７９】
さらに、穴の径が１００nm未満の場合と、穴の深さが１００nm未満の場合は、従来型のＬＥＤ構造と比較してほとんど発光出力に違いは見られなかった。これは、穴の径及び深さが光の波長に対して小さいため、光が穴により散乱して光取出し効率が向上する効果が得られなかったものと考えられる。
【００８０】
ＬＥＤ構造の表面における穴の開口部が表面で占める面積の割合が１０％未満の場合は、従来型とほぼ同程度の発光出力であった。
【００８１】
また、開口部が表面で占める面積の割合が８５％よりも大きい場合には、表面光取出し型のＬＥＤ構造では透明導電膜が分断されてＬＥＤ全体に通電することが不可能となり、従来型のＬＥＤ構造よりも発光出力が低下してしまった。更に、フリップ・チップ型のＬＥＤ構造においても、開口部が表面で占める面積の割合が８５％よりも大きい場合には、従来型のＬＥＤ構造よりも発光出力が低下してしまった。これは、表面での穴の斜面が占める割合が増えたために電極の接触抵抗が増大し、従来型のＬＥＤ構造で３．３Ｖであった２０ｍＡ通電時の電圧が５．１Ｖにまで上昇し、素子の発熱が大きくなったためである。
【００８２】
［実施例２］
実施例１のＬＥＤ構造において、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸層（活性層）（１０５、２０５）におけるアンドープＩｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層の数を１層〜５０層としたエピタキシャルウエハを準備し、それぞれのエピタキシャルウエハから従来型の表面光取出し型のＬＥＤ構造と、実施例１と同様にして表面に穴を形成した表面光取出し型のＬＥＤ構造とを作製した。
【００８３】
量子井戸層の数と、表面に穴を形成したことによる出力増大率（表面に穴を形成したＬＥＤ構造で得られた最大の発光出力／従来型のＬＥＤ構造の発光出力）を図４に示す。図４に見られるように、量子井戸層の数が３０よりも多い場合には、表面に穴を形成しても発光出力は増加しない（出力増大率：１以下）。これは、前述したように活性層での光吸収が多くなった影響である。量子井戸層の数が３０層以下の場合には、表面に穴を形成したＬＥＤ構造の発光出力は、表面が平坦なＬＥＤ構造よりも高くなり、特に量子井戸層の数が１２層以下の場合には出力増大率は１．５以上となった。更に、量子井戸層の数を６層以下とすると、出力増大率は２以上となった。
【００８４】
［実施例３］
図５及び図６に示すように、実施例１のＬＥＤ構造において、ｎ型ＧａＮ層（１０４、２０４）とＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸層（活性層）（１０５、２０５）の間にＳｉ濃度が３×１０１８cm−３のＳｉドープｎ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層（１１１、２１１）を挿入し、活性層を、６周期の、アンドープＩｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ（膜厚：３．５nm）／Ｓｉ濃度が３×１０１８cm−３のＳｉドープｎ型ＧａＮ層から成るＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸層（活性層）（１０５、２０５）とした、青紫ＬＥＤ（発光波長：４００nm）用のエピタキシャルウエハを製作し、実施例１と同様な実験を行った。その結果、実施例１の場合と同様に、
１）ＬＥＤ構造の表面における穴の開口部が表面で占める面積の割合が１０％以上８５％以下である。
２）穴の外接円の直径が１００nm以上４０００nm以下であり、穴の深さが１００nm以上１０００nm以下であり、穴の深さがｐ型半導体層全体の厚さ（活性層と平坦部分との間の距離）よりも浅い。
３）穴の密度が８×１０５個／cm２以上１.０８×１０１０個／cm２以下である。
の場合に、従来型のＬＥＤ構造と比較して発光出力の顕著な増大が認められた。
【００８５】
［実施例４］
図７及び図８に示すように、実施例３のＬＥＤ構造において、多重量子井戸をＩｎｘＡｌｙＧａｚＮ(０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１)で表される井戸層と、これとは組成が異なり、且つ井戸層よりもバンドギャップの大きいＩｎａＡｌｂＧａｃＮ(０≦a，b，c≦１、a＋b＋c＝１)で表される障壁層から成るＩｎＡｌＧａＮ／ＩｎＡｌＧａＮ多重量子井戸層（活性層）（１１２、２１２）で構成した紫外ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ（発光波長：３２０nm〜３９５nm）を製作し、実施例１と同様な実験を行った。その結果、実施例１の場合と同様に、
１）ＬＥＤ構造の表面における穴の開口部が表面で占める面積の割合が１０％以上８５％以下である。
２）穴の外接円の直径が１００nm以上４０００nm以下であり、穴の深さが１００nm以上１０００nm以下であり、穴の深さがｐ型半導体層全体の厚さ（活性層と平坦部分との間の距離）よりも浅い。
３）穴の密度が８×１０５個／cm２以上１.０８×１０１０個／cm２以下である。
の場合に、従来型のＬＥＤ構造と比較して発光出力の顕著な増大が認められた。
【００８６】
［実施例５］
図９及び図１０に示すように、実施例１と同様な成長条件を用いて、ｎ型ＧａＮ層が最上層にある青色ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハを成長した。具体的には、まず、サファイアから成る基板（１０１、２０１）上にＧａＮから成る低温成長バッファ層（１０２、２０２）、アンドープＧａＮ層（膜厚：２μｍ）（１０３、２０３）、Ｍｇ濃度が５×１０１9cm−３のＭｇドープｐ型ＧａＮ層（膜厚：４μｍ）（１０７、２０７）、Ｍｇ濃度が３×１０１９cm−３のＭｇドープｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層（膜厚：３５nm）（１０６、２０６）を成長した。ここで一度成長を中断し、エピタキシャルウエハを成長装置から取出した。その後、成長装置に残留したＭｇを除去するために、成長装置内にエピタキシャルウエハが無い状態で水素を５０ｓｌｍの流量で流しつつ、温度を１２００℃にまで上げて３０分間の空焼きを行った。その後、成長装置の温度を再び室温まで戻し、先ほど取り出したエピタキシャルウエハを成長装置に導入した。そして、成長装置の温度を７５０℃として、６周期の、アンドープＩｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ（膜厚：３．５nm）／Ｓｉ濃度が３×１０１８cm−３のＳｉドープｎ型ＧａＮ層から成る量子井戸構造（ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸層（活性層）（１０５、２０５））を形成した。最後に、Ｓｉ濃度が３×１０１８cm−３のＳｉドープｎ型ＧａＮ層（１０４、２０４）を２００nm〜３０００nmとした数種類のエピタキシャルウエハを成長した。
【００８７】
これらエピタキシャルウエハに対しても、実施例１と同様な実験を行った。その結果、やはり実施例１の場合と同様に、
１）ＬＥＤ構造の表面における穴の開口部が表面で占める面積の割合が１０％以上８５％以下である。
２）穴の外接円の直径が１００nm以上４０００nm以下であり、穴の深さが１００nm以上１０００nm以下であり、穴の深さがｎ型半導体層全体の厚さ（活性層と平坦部分との間の距離）よりも浅い。
３）穴の密度が８×１０５個／cm２以上１.０８×１０１０個／cm２以下である。
の場合に、従来型のＬＥＤ構造と比較して発光出力の顕著な増大が認められた。
【００８８】
［実施例６］
実施例１と同様な実験を、基板を、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＡｌＮ、又はＺｎＯから成る基板に変更して行った。これらのいずれの基板を用いた場合にも、本発明によるＬＥＤ構造は従来型のＬＥＤ構造と比較して１．５倍〜２倍程度の発光出力の増大が認められた。従って、本発明が、用いる基板の種類に依存せずに適用可能であることが明らかとなった。
【００８９】
［実施例７］
次に、図１１及び図１２に示すように、実施例１に記載された従来型のＬＥＤ構造の成長手順を基にして、ｎ型ＧａＮ層に高濃度にＳｉをドーピングすることにより、ｎ型不純物高濃度ドープ層（１１３、２１３）を形成し、それによりＬＥＤ構造の表面に穴を形成することを試みた。
【００９０】
その結果、基板温度が、通常のＧａＮ層の成長の際に用いられる基板温度である１０００℃よりも高い場合、Ｓｉ濃度が５×１０１８cm−３以上のＳｉドープｎ型ＧａＮ層を１μｍ以上成長すると、ｎ型ＧａＮ層の成長後に表面に穴が形成され、これらの穴は活性層及びｐ型半導体層成長後も残留し、ＬＥＤ構造の表面に深さ及び径が１００nm以上の穴が形成されることが明らかと成った。この場合の基板温度は１０００℃〜１２００℃が適切であり、成長速度は０．１nm／ｓ〜１０nm／ｓが適切であり、またＶ族／ＩＩＩ族原料の比は１００〜５００００が適切であった。キャリアガス中の水素：窒素の比率は１：０〜１：１０が適切であった。更に、成長圧力は１０ｋＰａ〜１５０ｋＰａが適切であった。また、成長装置内へ導入するガスの総量としては、基板設置位置でのガス流速が室温に換算して０．１ｍ／ｓ〜１０ｍ／ｓとなるようにするのが適切である。
【００９１】
また、表面の形態とＬＥＤの発光出力の関係については、実施例１の場合と同様に、
１）ＬＥＤ構造の表面における穴の開口部が表面で占める面積の割合が１０％以上８５％以下である。
２）穴の外接円の直径が１００nm以上４０００nm以下であり、穴の深さが１００nm以上１０００nm以下であり、穴の深さがｐ型半導体層全体の厚さ（活性層と平坦部分との間の距離）よりも浅い。
３）穴の密度が８×１０５個／cm２以上１.０８×１０１０個／cm２以下である。
の場合に、従来型のＬＥＤ構造と比較して発光出力の顕著な増大が認められた。
【００９２】
［実施例８］
次に、図１３及び図１４に示すように、実施例１の従来型のＬＥＤ構造の成長手順を基に、通常、ＧａＮ層の成長に用いられている基板温度である１０００℃よりも低い基板温度でｐ型ＧａＮ層を成長することで、ＬＥＤ構造の表面に穴を形成することを試みた。
【００９３】
しかしながら、基板温度が７００℃〜１０００℃の範囲で、Ｍｇドーピング量を通常低抵抗なｐ型ＧａＮが得られる1×１０１９／cm３程度とした場合には、光取出し効率の改善に寄与する様な深さ及び径が１００nm以上の穴を形成するためには、ｐ型ＧａＮ層を１０００nm以上の厚さで成長することが必要であった。このようにして作成した表面に穴を有するＬＥＤでは、厚いｐ型ＧａＮ層での光吸収のために、発光出力は従来型のＬＥＤ構造よりも低くなってしまった。
【００９４】
本発明者は、ｐ型ＧａＮ層（１０７、２０７）へのＭｇドーピング量を更に増やすことで、ＬＥＤ構造の表面に穴を生じるために必要なｐ型ＧａＮ層の膜厚を１０００nm以下とすることが可能であることを見出した。具体的には、ｐ型ＧａＮ層（１０７、２０７）の厚さが１００nm以上１μｍ以下（光の吸収が問題にならず、且つ原理的に１００nm以上の深さの穴が形成可能な厚さ）の範囲で、光取出し効率を高めるために十分な、深さ、径、密度を有する穴を形成するためには、基板温度をＴｇ（単位：℃）とした場合にｐ型不純物濃度（単位：／cm３）＞４．５８×１０１８ｅ０．００２１１Ｔｇである条件により形成されるｐ型穴形成層（１１４、２１４）を形成することが必要である。この場合の基板温度Ｔｇは７００℃〜１０００℃が適切であり、成長速度は０．１nm／ｓ〜１０nm／ｓが適切であり、Ｖ族／ＩＩＩ族原料の比は１００〜５００００が適切であった。キャリアガス中の水素：窒素の比率は１：０〜１：１０が適切であった。更に、成長圧力は１０ｋＰａ〜１５０ｋＰａが適切であった。また、成長装置内へ導入するガスの総量としては、基板設置位置でのガス流速が室温に換算して０．１ｍ／ｓ〜１０ｍ／ｓとなるようにするのが適切である。
【００９５】
このようにして製作したＬＥＤについても、実施例１の場合と同様に、
１）ＬＥＤ構造の表面における穴の開口部が表面で占める面積の割合が１０％以上８５％以下である。
２）穴の外接円の直径が１００nm以上４０００nm以下であり、穴の深さが１００nm以上１０００nm以下であり、穴の深さがｐ型半導体層全体の厚さ（活性層と平坦部分との間の距離）よりも浅い。
３）穴の密度が８×１０５個／cm２以上１.０８×１０１０個／cm２以下である。
の場合に、従来型のＬＥＤ構造と比較して発光出力の顕著な増大が認められた。
【００９６】
［実施例９］
実施例１と同様なエピタキシャルウエハに対して、以下の方法により表面に穴を形成した。
【００９７】
１）膜厚が０．５nm以上１００nm以下である、Ｎｉ、Ｗ、Ａｌ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｎの単独膜又は複合膜で覆った状態で、アンモニア単独、アンモニアと水素の混合、アンモニアと窒素の混合、あるいは、アンモニアと水素及び窒素の混合、のいずれかを主成分とする雰囲気中で、温度を８００〜１３００℃とした熱処理（これらのエピタキシャルウエハ上の金属膜は、ＬＥＤ素子プロセスを施す前に、酸あるいはアルカリ溶液により除去した。）
２）Ｈ２ＳＯ４、Ｈ３ＰＯ４、ＨＣｌ、ＫＯＨ、ＮａＯＨの水溶液又はエチレングリコール溶液、あるいは、これらの混合物の水溶液又はエチレングリコール溶液中での、ウエットエッチング
３）Ｈ２ＳＯ４、Ｈ３ＰＯ４、ＨＣｌ、ＫＯＨ、ＮａＯＨの水溶液又はエチレングリコール溶液、あるいは、これらの混合物の水溶液又はエチレングリコール溶液中での、電気化学エッチング
４）ＨＣｌ、Ｃｌ２、ＳＦ６、ＢＣｌ３、ＣＨ４の少なくとも一つを含むガスによるドライエッチング
これらの何れの方法によってもＬＥＤ表面に穴を形成することができるが、その密度、径、深さは形成条件に依存している。しかしながら、何れの場合においても実施例１の場合と同様に、
１）ＬＥＤ構造の表面における穴の開口部が表面で占める面積の割合が１０％以上８５％以下である。
２）穴の外接円の直径が１００nm以上４０００nm以下であり、穴の深さが１００nm以上１０００nm以下であり、穴の深さがｐ型半導体層全体の厚さ（活性層と平坦部分との間の距離）よりも浅い。
３）穴の密度が８×１０５個／cm２以上１.０８×１０１０個／cm２以下である。
の場合に、従来型のＬＥＤ構造と比較して発光出力の顕著な増大が認められた。
【００９８】
［実施例１０］
実施例７及び８に記載の本発明におけるＬＥＤ構造の中で、従来型のＬＥＤ構造と比較した発光出力の向上割合が１．５倍程度であったＬＥＤについて、エピタキシャルウエハ表面をＨ３ＰＯ４中で１５０℃〜２００℃の温度で５分間〜３０分間エッチングした。このエッチングにより、実施例６及び７の段階で得られたものよりも、穴の径及び深さが大きくなり、その結果これらのＬＥＤの発光出力は従来型のＬＥＤ構造の１．８〜２．２倍にまで増大した。Ｈ３ＰＯ４以外のＨ２ＳＯ４、ＨＣｌ、ＫＯＨ、ＮａＯＨ溶液あるいは、これらの混合溶液中で１５０℃〜２５０℃の温度でエッチングした場合にも同様な結果が得られた。
【００９９】
［実施例１１］
実施例１に記載の本発明における穴を有するＬＥＤ構造の穴を有する表面及びエッチングにより生じた側面に、ＬＥＤ封止用のエポキシ樹脂よりも屈折率が大きい（ｎ＞１．５）材料から成る粉を付着させたることで、更に、発光出力を向上することができ、従来型のＬＥＤ構造と比較して最大で２．５倍程度の発光出力を得ることができた。具体的には、粉としてはＧａＮ、ＡｌＮ、ＴｉＯ２、ＺｎＳ、サファイア、ＳｉＣ、ダイヤモンド、ＺｎＯ、ＺｎＳが適しており、粉の粒径としては１００nm以上１０μｍ以下の範囲が適切であった。
【０１００】
［実施例１２］
上述の実施例では、ｎ型不純物としてＳｉをｐ型不純物としてＭｇを用いた例を示したが、本発明の効果はこれに限定されるものではない。
【０１０１】
例えば、本発明の多くの場合においては、ｎ型不純物としてＳｅ、Ｏ、Ｇｅ、Ｔｅなどを用いた場合にも同様の効果が得られており、またｐ型不純物としてＢｅ、Ｚｎ、Ｃを用いた場合にも同様な結果が得られている。
【０１０２】
［実施例１３］
更に、前記の実施例では表面光取出し型のＬＥＤ構造として、穴の内部にも透明導電膜がある例を示したが、平坦部分にのみ透明導電膜を形成した場合にも、ほぼ同様の結果が得られている。このような電極形態は、電極材料をエピタキシャルウエハの表面の法線に対して傾けて蒸着することで実現される。
【０１０３】
［実施例１４］
更に、前記の実施例では透明導電膜としてＮｉ／Ａｕから成る透明導電膜を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、Ｐｄ／Ａｕから成る透明導電膜や、ＩＴＯ、ＺｎＯなどの金属酸化物系の材料から成る透明導電膜を用いた場合にも、前記の実施例とほぼ同様の結果が得られている。
【０１０４】
［実施例１５］
更に、前記の実施例ではフリップ・チップ型のＬＥＤ構造用の第一電極パッド（１０９、２０９）として、Ａｇを用いた例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕや、これらの複合膜を光を透過しない程度に厚く蒸着した電極を用いた場合にも、前記の実施例とほぼ同様の結果が得られている。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の一実施例（実施例１）における、金属又は金属酸化物の透明導電膜による電流分散層を形成した発光ダイオードの断面図である。
【図２】本発明の一実施例（実施例１）における、フリップ・チップ構造を形成した発光ダイオードの断面図である。
【図３】本発明の一実施例（実施例１）における、ｐ型ＧａＮ層の表面をエッチングすることにより複数の穴を形成した、エピタキシャルウェハの表面状態を示した図面代用写真である。
【図４】本発明の一実施例（実施例２）における、量子井戸の数と出力増大率の関係を示した図である。
【図５】本発明の一実施例（実施例３）における、金属又は金属酸化物の透明導電膜による電流分散層を形成した発光ダイオードの断面図である。
【図６】本発明の一実施例（実施例３）における、フリップ・チップ構造を形成した発光ダイオードの断面図である。
【図７】本発明の一実施例（実施例４）における、金属又は金属酸化物の透明導電膜による電流分散層を形成した発光ダイオードの断面図である。
【図８】本発明の一実施例（実施例４）における、フリップ・チップ構造を形成した発光ダイオードの断面図である。
【図９】本発明の一実施例（実施例５）における、金属又は金属酸化物の透明導電膜による電流分散層を形成した発光ダイオードの断面図である。
【図１０】本発明の一実施例（実施例５）における、フリップ・チップ構造を形成した発光ダイオードの断面図である。
【図１１】本発明の一実施例（実施例７）における、金属又は金属酸化物の透明導電膜による電流分散層を形成した発光ダイオードの断面図である。
【図１２】本発明の一実施例（実施例７）における、フリップ・チップ構造を形成した発光ダイオードの断面図である。
【図１３】本発明の一実施例（実施例８）における、金属又は金属酸化物の透明導電膜による電流分散層を形成した発光ダイオードの断面図である。
【図１４】本発明の一実施例（実施例８）における、フリップ・チップ構造を形成した発光ダイオードの断面図である。
【図１５】従来例における、金属又は金属酸化物の透明導電膜による電流分散層を形成した発光ダイオードの断面図である。
【図１６】従来例における、フリップ・チップ構造を形成した発光ダイオードの断面図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１０１  基板
１０２  低温成長バッファ層
１０３  アンドープＧａＮ層
１０４  ｎ型ＧａＮ層
１０５  ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸層（活性層）
１０６  ｐ型ＡｌＧａＮ層
１０７  ｐ型ＧａＮ層
１０８  透明導電膜
１０９  第一電極パッド
１１０  第二電極パッド
１１１  ｎ型ＡｌＧａＮ層
１１２  ＩｎＡｌＧａＮ／ＩｎＡｌＧａＮ多重量子井戸層（活性層）
１１３  ｎ型ＧａＮ層（ｎ型不純物高濃度ドープ層）
１１４  ｐ型ＧａＮ層（ｐ型穴形成層）
２０１  基板
２０２  低温成長バッファ層
２０３  アンドープＧａＮ層
２０４  ｎ型ＧａＮ層
２０５  ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸層（活性層）
２０６  ｐ型ＡｌＧａＮ層
２０７  ｐ型ＧａＮ層
２０９  第一電極パッド
２１０  第二電極パッド
２１１  ｎ型ＡｌＧａＮ層
２１２  ＩｎＡｌＧａＮ／ＩｎＡｌＧａＮ多重量子井戸層（活性層）
２１３  ｎ型ＧａＮ層（ｎ型不純物高濃度ドープ層）
２１４  ｐ型ＧａＮ層（ｐ型穴形成層）
【図１】
2006339546.tif 000003
【図２】
2006339546.tif 000004
【図４】
2006339546.tif 000005
【図５】
2006339546.tif 000006
【図６】
2006339546.tif 000007
【図７】
2006339546.tif 000008
【図８】
2006339546.tif 000009
【図９】
2006339546.tif 000010
【図１０】
2006339546.tif 000011
【図１１】
2006339546.tif 000012
【図１２】
2006339546.tif 000013
【図１３】
2006339546.tif 000014
【図１４】
2006339546.tif 000015
【図１５】
2006339546.tif 000016
【図１６】
2006339546.tif 000017
【図３】
2006339546.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成17年9月1日(2005.9.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項８】
前記量子井戸層が、ＩｎｘＡｌｙＧａｚＮ（０≦ｘ、ｙ、ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）から成る井戸層と、前記井戸層とは組成が異なり、且つ前記井戸層よりもバンドギャップエネルギーの大きいＩｎａＡｌｂＧａｃＮ（０≦ａ、ｂ、ｃ≦１、ａ＋ｂ＋ｃ＝１）から成る障壁層とからなることを特徴とする請求項７に記載の発光ダイオード。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
また、ＧａＮ系ＬＥＤについても、米国特許第６，０９１，０８５号（特許文献１）に、基板表面に凹凸を形成して光取出し効率を向上する方法とともに、絶縁体で表面の一部を被覆した基板に成長を行うことでＧａＮ系ＬＥＤ構造の表面に凹凸を形成する方法や、ＧａＮ系ＬＥＤの最表面の層を１０４０℃以下の低温であるいはＶ／ＩＩＩ比が１００００以下で成長することでＧａＮ系ＬＥＤ構造の表面に凹凸を形成する方法が記載されている。この場合のＧａＮ系ＬＥＤの最表面の層とは、当時知られていた一般的なＧａＮ系ＬＥＤがサファイア／低温成長バッファ層／Ｓｉドープｎ型ＧａＮ／ＩｎＧａＮ多重量子井戸／Ｍｇドープｐ型ＡｌＧａＮ／Ｍｇドープｐ型ＧａＮであったことを考慮すると、ｐ型ＧａＮ層のことである（例えば、Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ ｅｔ ａｌ．，“Ｈｉｇｈ Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ ＩｎＧａＮ ｂｌｕｅ，ｇｒｅｅｎ ａｎｄ ｙｅｌｌｏｗ ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅｓ ｗｉｔｈ ｑｕａｎｔｕｍ  ｗｅｌｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ”，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ３４（１９９５）ｐｐ．Ｌ７９７−Ｌ７９９．（非特許文献２）及びＳ．Ｄ．Ｌｅｓｔｅｒ ｅｔ ａｌ．“Ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ＩｎＧａＮ ＭＱＷ ｂｌｕｅ ａｎｄ ｇｒｅｅｎ ＬＥＤｓ”，Ｊ．Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ Ｖｏｌ．１８９／１９０（１９９８）ｐｐ．７８６−７８９．（非特許文献３）を参照）。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
このような、表面に凹凸を持つＧａＮ系ＬＥＤについては、特許文献１より前に既に特開平８−２３６８６７号公報（特許文献３）に記載があり、特開平８−２７４４１１号公報（特許文献４）にも表面に凹凸を持つＧａＮ系ＬＥＤの記述がある。更に言えば、Ｉ．Ａｋａｓａｋｉ ｅｔ ａｌ．，“Ｃｒｙｓｔａｌ ｇｒｏｗｔｈ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｇａｌｌｉｕｍ ｎｉｔｒｉｄｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｂｌｕｅ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ”，ＪＡＲＥＣＴ Ｖｏｌ．１９，Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ（１９８６），Ｊ．Ｎｉｓｈｉｚａｗａ（ｅｄ），Ｏｈｍｓｈａ  ｌｔｄ．Ａｎｄ  Ｎｏｒｔｈ−Ｈｏｌｌａｎｄ（非特許文献４）及びＫ．Ｈｉｒａｍａｔｓｕ ｅｔ ａｌ．，“Ｃａｔｈｏｄｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ ｏｆ ＭＯＶＰＥ ｇｒｏｗｎ ＧａＮ ｌａｙｅｒ ｏｎ α−Ａｌ２Ｏ３”，Ｊ．Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ ９９（１９９０）３７５．（非特許文献５）には、成長時に形成された多数のピットを表面に有するＧａＮ系ＬＥＤの例が示されている。ＧａＮ系ＬＥＤに限っては、非特許文献１及び特許文献１以前のＧａＮ系ＬＥＤ研究の初期の段階には、ＧａＮ系材料を表面を平坦な状態で成長することが困難であったため、表面に凹凸をもつＬＥＤが既に一般的に知られていたことが分かる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
以上は、ＧａＮ系ＬＥＤについて例示して述べてきたが、表面を荒らす工夫と、前記の（１）、（２）の方法を併用する際に生じる問題点は、他の半導体においても同様に発生するものなので、以下に述べる内容は、ＧａＮ系ＬＥＤのみならずそれ以外の半導体からなるＬＥＤについても適用可能である。
【特許文献１】米国特許第６，０９１，０８５号
【特許文献２】米国特許第６，４４１，４０３号
【特許文献３】特開平８−２３６８６７号公報
【特許文献４】特開平８−２７４４１１号公報
【非特許文献１】Ｉ．Ｓｃｈｎｉｔｚｅｒ ｅｔ ａｌ．，“３０％ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｑｕａｎｔｕｍ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｆｒｏｍ ｓｕｒｆａｃｅ ｔｅｘｔｕｒｅｄ， ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅｓ”，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６３（１９９３）２１７４．
【非特許文献２】Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ ｅｔ ａｌ．，“Ｈｉｇｈ Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ ＩｎＧａＮ ｂｌｕｅ，ｇｒｅｅｎ ａｎｄ ｙｅｌｌｏｗ ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅｓ ｗｉｔｈ ｑｕａｎｔｕｍ  ｗｅｌｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ”，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ３４（１９９５）ｐｐ．Ｌ７９７−Ｌ７９９．
【非特許文献３】Ｓ．Ｄ．Ｌｅｓｔｅｒ ｅｔ ａｌ．“Ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ＩｎＧａＮ ＭＱＷ ｂｌｕｅ ａｎｄ ｇｒｅｅｎ ＬＥＤｓ”，Ｊ．Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ Ｖｏｌ．１８９／１９０（１９９８）ｐｐ．７８６−７８９．
【非特許文献４】Ｉ．Ａｋａｓａｋｉ ｅｔ ａｌ．，“Ｃｒｙｓｔａｌ ｇｒｏｗｔｈ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｇａｌｌｉｕｍ ｎｉｔｒｉｄｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｂｌｕｅ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ”，ＪＡＲＥＣＴ Ｖｏｌ．１９，Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ（１９８６），Ｊ．Ｎｉｓｈｉｚａｗａ（ｅｄ），Ｏｈｍｓｈａ ｌｔｄ．Ａｎｄ  Ｎｏｒｔｈ−Ｈｏｌｌａｎｄ
【非特許文献５】Ｋ．Ｈｉｒａｍａｔｓｕ ｅｔ ａｌ．，“Ｃａｔｈｏｄｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ ｏｆ ＭＯＶＰＥ ｇｒｏｗｎ ＧａＮ ｌａｙｅｒ ｏｎ α−Ａｌ２Ｏ３”，Ｊ．Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ ９９（１９９０）３７５．
【非特許文献６】Ｔ．Ｒｉｅｍａｎｎ ｅｔ ａｌ．“Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ Ｎｉｔｒｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ”，ＩＰＡＰ Ｃｏｎｆ．Ｓｅｒｉｅｓ １ ｐｐ．２８０−２８３．
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
また、本発明の発光ダイオードにおいては、前記量子井戸層が、ＩｎｘＡｌｙＧａｚＮ（０≦ｘ、ｙ、ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）から成る井戸層と、前記井戸層とは組成が異なり、且つ前記井戸層よりもバンドギャップエネルギーの大きいＩｎａＡｌｂＧａｃＮ（０≦ａ、ｂ、ｃ≦１、ａ＋ｂ＋ｃ＝１）から成る障壁層とからなることが好ましい。