(57)【要約】  【課題】  成長層の会合領域が事実上一点に限られ、転位密度が十分に低い成長層として大きさが例えば８〜３０μｍのものを容易に得ることができ、しかもその成長層は発光ダイオードの形成に適した形状を有し、信頼性および特性に優れた半導体発光素子を提供する。  【解決手段】  基板１１上に第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１２を成長させ、これに最大径が３０μｍ以下の一つまたは複数の開口１５を形成し、開口１５を覆うように第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１２の上面から第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６を横方向成長させ、その上に活性層１７および第３のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１９を順次成長させることにより、発光ダイオード構造を形成する。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる工程と、
上記第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に最大径が３０μｍ以下の一つまたは複数の開口を形成する工程と、
上記開口を覆うように上記第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の上面から第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を横方向成長させる工程と、
上記第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に活性層および第３のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を順次成長させる工程とを有する
ことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項２】
上記第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の上記開口の最大径が８μｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項３】
上記第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の上記開口の最大径が２５μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項４】
上記第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の上記開口が上記基板に達する深さに形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項５】
上記第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の上記開口が正六角形または円形であることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項６】
上記第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長温度が１０３０℃以上１１００℃以下であることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項７】
上記第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長速度が１μｍ／ｈ以上であることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
上記第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長を、上記第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の上記開口の部分で上記第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が閉じる直前まで第１の成長速度で行い、その後上記第１の成長速度より遅い第２の成長速度で行うことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項９】
上記第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の上記開口の上方の部分の上記第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記活性層および上記第３のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のみを素子部として用いることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１０】
上記第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に上記活性層および上記第３のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を順次成長させた後、上記第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の上記開口の上方の部分以外の部分の上記活性層および上記第３のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を除去することを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１１】
上記第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の上記開口の上方の部分の上記第３のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に電極を形成することを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１２】
上記基板がサファイア基板であることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１３】
第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に形成された最大径が３０μｍ以下の一つまたは複数の開口を覆うように上記第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の上面から横方向成長された第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
上記第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に順次成長された活性層および第３のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
上記第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と電気的に接続された第１の電極と、
上記第３のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と電気的に接続された第２の電極とを有する
ことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１４】
上記第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の上記開口の上方の部分の上記第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記活性層および上記第３のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のみを素子部として用いることを特徴とする請求項１３記載の半導体発光素子。
【請求項１５】
基板上に第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる工程と、
上記第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に最大径が３０μｍ以下の複数の開口を形成する工程と、
上記開口を覆うように上記第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の上面から第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を横方向成長させる工程と、
上記第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に活性層および第３のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を順次成長させる工程とを有する
ことを特徴とする集積型半導体発光装置の製造方法。
【請求項１６】
第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に形成された最大径が３０μｍ以下の複数の開口を覆うように上記第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の上面から横方向成長された第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
上記第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に順次成長された活性層および第３のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
上記第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と電気的に接続された第１の電極と、
上記第３のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と電気的に接続された第２の電極とを有する複数の半導体発光素子が集積された
ことを特徴とする集積型半導体発光装置。
【請求項１７】
基板上に第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる工程と、
上記第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に最大径が３０μｍ以下の複数の開口を形成する工程と、
上記開口を覆うように上記第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の上面から第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を横方向成長させる工程と、
上記第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に活性層および第３のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を順次成長させる工程とを有する
ことを特徴とする画像表示装置の製造方法。
【請求項１８】
第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に形成された最大径が３０μｍ以下の複数の開口を覆うように上記第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の上面から横方向成長された第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
上記第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に順次成長された活性層および第３のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
上記第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と電気的に接続された第１の電極と、
上記第３のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と電気的に接続された第２の電極とを有する複数の半導体発光素子を用いた
ことを特徴とする画像表示装置。
【請求項１９】
基板上に第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる工程と、
上記第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に最大径が３０μｍ以下の一つまたは複数の開口を形成する工程と、
上記開口を覆うように上記第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の上面から第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を横方向成長させる工程と、
上記第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に活性層および第３のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を順次成長させる工程とを有する
ことを特徴とする照明装置の製造方法。
【請求項２０】
第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に形成された最大径が３０μｍ以下の一つまたは複数の開口を覆うように上記第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の上面から横方向成長された第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
上記第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に順次成長された活性層および第３のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
上記第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と電気的に接続された第１の電極と、
上記第３のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と電気的に接続された第２の電極とを有する一つまたは複数の半導体発光素子を用いた
ことを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体発光素子の製造方法、半導体発光素子、集積型半導体発光装置の製造方法、集積型半導体発光装置、画像表示装置の製造方法、画像表示装置、照明装置の製造方法および照明装置に関し、特に、ＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた発光ダイオードに適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
転位が少ないＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法として従来から知られている技術としてＥＬＯ（Epitaxial Lateral Overgrowth）法がある。例えば、特許文献１、２には、サファイア基板上に形成した下地ＧａＮ結晶膜上に、複数の成長領域を形成するようにストライプ状にマスクを形成し、これらの成長領域からマスク上にＧａＮ結晶膜を横方向成長させることにより転位を低減する技術が開示されている。また、特許文献３には、基礎的窒化ガリウム層の側壁を、この基礎的窒化ガリウム層にあるストライプ状のトレンチ内に横方向成長させて、これにより横方向の窒化ガリウム半導体層を形成するステップを含んでなる窒化ガリウム半導体層の製造方法が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−３４９３３８号公報
【特許文献２】特開２００３−３００８００号公報
【特許文献３】特表２００２−５１８８２６号公報
【０００３】
特許文献４には、サファイア基板上に形成した第１の窒化物半導体層の表面に直径が２〜１００μｍの正三角形、正六角形、正円形の抜き取り型の窓を有するマスクを形成し、このマスクを用いてエッチングにより第１の窒化物半導体層を抜き取って凹部を形成し、マスクを除去した後、第１の窒化物半導体層の側面より第２の窒化物半導体層を選択的に成長させることにより、凹部中央で接合させ接合部を一点に集中させることにより欠陥も同様に一点に集中させる技術が開示されている。しかしながら、この技術により低転位密度の第２の窒化物半導体層を得ることは実際には難しいと考えられ、また、第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の上面から第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を横方向成長させるこの発明とは技術的思想が大きく異なるものである。
【特許文献４】特開２００２−２０８７５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１、２、３などで提案された従来の横方向成長を用いた転位低減技術では、成長層の会合領域は線状となるため、転位密度が低い成長層はそれらの間にある幅が高々７μｍ程度のストライプ状の形状に限られてしまい、したがってその上にさらに、転位密度の低い層を成長させようとしてもその幅はやはり高々７μｍ程度に限られてしまい、発光ダイオードの形成に適していないという問題があった。
【０００５】
したがって、この発明が解決しようとする課題は、成長層の会合領域が事実上一点に限られ、転位密度が十分に低い成長層として大きさが例えば８〜３０μｍのものを容易に得ることができ、しかもその成長層は発光ダイオードの形成に適した形状を有し、信頼性および特性に優れた半導体発光素子およびその製造方法を提供することにある。
この発明が解決しようとする他の課題は、信頼性および特性に優れた画像表示装置およびその製造方法を提供することにある。
この発明が解決しようとするさらに他の課題は、信頼性および特性に優れた照明装置およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、第１の発明は、
基板上に第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる工程と、
上記第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に最大径が３０μｍ以下の一つまたは複数の開口を形成する工程と、
上記開口を覆うように上記第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の上面から第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を横方向成長させる工程と、
上記第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に活性層および第３のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を順次成長させる工程とを有する
ことを特徴とする半導体発光素子の製造方法である。
【０００７】
第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の開口は、好適には対称な（中心に関して回転対称な）形状のものが用いられ、具体的には正六角形、円形などの形状のものが用いられる。この開口の上方の部分の第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、活性層および第３のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層からなる素子部の最大径として最低限８μｍを確保する観点より、この開口の最大径は好適には８μｍ以上である。この開口の最大径を３０μｍ以下としているのは、３０μｍより大きいと成長層の点状の会合領域が大きくなりやすくなって素子部の転位が増えることから、これを防止するためであるが、会合領域を十分に小さくする観点からは、好適には、この開口の最大径を２５μｍ以下とする。これらをまとめると、この開口の最大径は、好適には、８μｍ以上３０μｍ以下、より好適には８μｍ以上２５μｍ以下、さらに好適には１５μｍ以上２５μｍ以下である。また、この開口は、基板に達する深さに形成しても、第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の厚さ方向の途中の深さに形成してもよい。この開口はその最大径とほぼ同じ深さに形成することもあるし、そうでなくてもよい。
【０００８】
第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長温度は、１０３０℃より低いと第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の開口の側壁からの横方向成長が起きやすくなって、第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の上面からの第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の横方向成長が支配的とならないため、この観点より、好適には１０３０℃以上、より好適には１０４０℃以上とし、一般的には１１００℃以下とする。また、第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長速度によらず、第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の上面からの第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の横方向成長が支配的となるが、成長時間があまり長くならないようにするため、第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長速度は、好適には１μｍ／ｈ以上、より好適には２μｍ／ｈ以上、さらに好適には４μｍ／ｈ以上とする。また、第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が多数の開口を有する場合、第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層全体の成長時間を十分に短く抑えつつ、第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が横方向成長によりそれらの開口の部分で均一に同時に閉じるようにする観点からは、第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長を、第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の開口の部分で第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が閉じる直前まで第１の成長速度で行い、その後第１の成長速度より遅い第２の成長速度で行うことも有効である。具体的には、例えば、第１の成長速度を４μｍ／ｈ以上あるいは５μｍ／ｈ以上とし、第２の成長速度を２μｍ／ｈ以上３μｍ／ｈ以下とする。
【０００９】
素子部を転位密度が低い良好な結晶により構成する観点より、好適には、第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の開口の上方の部分の第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、活性層および第３のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のみを素子部として用いる。このためには、第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に活性層および第３のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を順次成長させた後、第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の開口の上方の部分以外の部分の活性層および第３のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を除去することが有効である。この場合、第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の開口の上方の部分の第３のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に電極（後述の第２の電極）を形成するのが一般的である。第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層からの電極（後述の第１の電極）の取り出しは、素子部以外の部分に第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の上面を露出させ、その上に電極を形成してもよいし、基板を除去し、さらに必要に応じて第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層も除去して第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の裏面を露出させ、その上に電極を形成してもよい。
【００１０】
活性層としては、一般的にはＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が用いられる。第１〜第３のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層および活性層として用いられるＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は、最も一般的にはＡｌx Ｂy Ｇａ1-x-y-z Ｉｎz Ａｓu Ｎ1-u-v Ｐv （ただし、０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜１、０≦ｕ＜１、０≦ｖ＜１、０≦ｘ＋ｙ＋ｚ＜１、０≦ｕ＋ｖ＜１）からなり、より具体的にはＡｌx Ｂy Ｇａ1-x-y-z Ｉｎz Ｎ（ただし、０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜１、０≦ｘ＋ｙ＋ｚ＜１）からなり、典型的にはＡｌx Ｇａ1-x-z Ｉｎz Ｎ（ただし、０≦ｘ＜１、０≦ｚ＜１、０≦ｘ＋ｚ＜１）からなる。これらのＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の具体例をいくつか挙げると、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮなどである。典型的には、第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は第１導電型（ｎ型またはｐ型）であり、第３のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は第２導電型（ｐ型またはｎ型）であり、これらの第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、活性層および第３のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層により発光素子構造が形成される。
【００１１】
基板としては、第１〜第３のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層および活性層として用いられるＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層などを良好な結晶性で成長させることが可能である限り、基本的にはどのような材料のものを用いてもよい。具体的には、サファイア（Ａｌ2 Ｏ3 ）（Ｃ面、Ａ面、Ｒ面を含む）、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、Ｓｉ、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＬｉＭｇＯ、ＧａＡｓ、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 などからなる基板や、ＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる基板を用いることができる。より具体的には、例えば、Ｃ面を主面としたサファイア基板を用いることができる。ただし、ここで言うＣ面には、これに対して５〜６°程度まで傾いていて実質的にＣ面とみなすことができる結晶面も含むものとする。
【００１２】
第１〜第３のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層および活性層として用いられるＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法としては、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）、ハイドライド気相エピタキシャル成長またはハライド気相エピタキシャル成長（ＨＶＰＥ）などを用いることができる。
【００１３】
第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に開口を形成するためには、エッチング、典型的には、ドライエッチング、特に異方性エッチングが可能な反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）が用いられる。このときのエッチングマスクとしては、好適には、金属膜、例えばＮｉ膜や、Ｔｉ膜上にＮｉ膜を積層したＴｉ／Ｎｉ積層膜が用いられる。
【００１４】
第２の発明は、
第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に形成された最大径が３０μｍ以下の一つまたは複数の開口を覆うように上記第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の上面から横方向成長された第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
上記第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に順次成長された活性層および第３のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
上記第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と電気的に接続された第１の電極と、
上記第３のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と電気的に接続された第２の電極とを有する
ことを特徴とする半導体発光素子である。
【００１５】
第３の発明は、
基板上に第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる工程と、
上記第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に最大径が３０μｍ以下の複数の開口を形成する工程と、
上記開口を覆うように上記第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の上面から第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を横方向成長させる工程と、
上記第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に活性層および第３のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を順次成長させる工程とを有する
ことを特徴とする集積型半導体発光装置の製造方法である。
【００１６】
第４の発明は、
第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に形成された最大径が３０μｍ以下の複数の開口を覆うように上記第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の上面から横方向成長された第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
上記第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に順次成長された活性層および第３のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
上記第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と電気的に接続された第１の電極と、
上記第３のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と電気的に接続された第２の電極とを有する複数の半導体発光素子が集積された
ことを特徴とする集積型半導体発光装置である。
ここで、集積型半導体発光装置はその用途を問わないが、典型的な用途を挙げると、画像表示装置や照明装置などである。
【００１７】
第５の発明は、
基板上に第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる工程と、
上記第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に最大径が３０μｍ以下の複数の開口を形成する工程と、
上記開口を覆うように上記第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の上面から第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を横方向成長させる工程と、
上記第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に活性層および第３のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を順次成長させる工程とを有する
ことを特徴とする画像表示装置の製造方法である。
【００１８】
第６の発明は、
第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に形成された最大径が３０μｍ以下の複数の開口を覆うように上記第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の上面から横方向成長された第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
上記第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に順次成長された活性層および第３のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
上記第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と電気的に接続された第１の電極と、
上記第３のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と電気的に接続された第２の電極とを有する複数の半導体発光素子を用いた
ことを特徴とする画像表示装置である。
【００１９】
第７の発明は、
基板上に第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる工程と、
上記第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に最大径が３０μｍ以下の一つまたは複数の開口を形成する工程と、
上記開口を覆うように上記第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の上面から第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を横方向成長させる工程と、
上記第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に活性層および第３のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を順次成長させる工程とを有する
ことを特徴とする照明装置の製造方法である。
【００２０】
第８の発明は、
第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に形成された最大径が３０μｍ以下の開口を覆うように上記第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の上面から横方向成長された第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
上記第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に順次成長された活性層および第３のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
上記第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と電気的に接続された第１の電極と、
上記第３のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と電気的に接続された第２の電極とを有する一つまたは複数の半導体発光素子を用いた
ことを特徴とする照明装置である。
【００２１】
第２〜第８の発明においては、その性質に反しない限り、第１の発明に関連して説明したことが成立する。
上述のように構成されたこの発明によれば、第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の開口を覆うように第１のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の上面から第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を横方向成長させることにより、成長層の会合領域は実質的に上記の開口の中央部一点となり、この開口の上方の部分の第２のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の転位密度は極めて低くなるため、その上に成長させる活性層および第３のＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の転位密度も低くすることができる。
【発明の効果】
【００２２】
この発明によれば、成長層の会合領域が事実上一点に限られ、転位密度が十分に低い成長層として例えば大きさが８〜３０μｍのものを容易に得ることができ、しかもその成長層は発光ダイオードの形成に適した形状を有し、信頼性および特性に優れた半導体発光素子を得ることができる。そして、このような半導体発光素子を用いることにより、信頼性および特性に優れた集積型半導体発光装置、画像表示装置および照明装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全図において、同一または対応する部分には同一の符号を付す。
図１〜図９はこの発明の第１の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を工程順に示し、各図のＡは斜視図、Ｂは断面図である。また、図１０はこのＧａＮ系発光ダイオードの完成状態を示す断面図である。
【００２４】
この第１の実施形態においては、図１に示すように、まず、例えば主面がＣ＋面であるサファイア基板１１を用意し、サーマルクリーニングなどによりその表面を清浄化した後、このサファイア基板１１上に、例えば有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、テンプレート層となるＧａＮ層１２を成長させる。このＧａＮ層１２は、可能な限り結晶欠陥、特に貫通転位が少ないものが望ましく、その厚さは例えば２μｍ程度とする。低欠陥のＧａＮ層１２の形成方法としては種々の方法があるが、一般的な方法として、サファイア基板１１上に、まず例えば５００℃程度の低温でＧａＮバッファ層やＡｌＮバッファ層（図示せず）を成長させ、その後１０００℃程度まで昇温して結晶化してから、その上にＧａＮ層１２を成長させる方法がある。
【００２５】
次に、ＧａＮ層１２の全面に、例えば真空蒸着法、スパッタリング法などにより、例えば厚さがそれぞれ１００ｎｍ程度のＴｉ膜およびＮｉ膜（図示せず）を順次形成した後、その上にリソグラフィーにより、所定の正六角形状の開口をアレー状に有するレジストパターン（図示せず）を形成し、このレジストパターンをマスクとして、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法によりＴｉ／Ｎｉ積層膜をエッチングし、図２に示すように、素子形成位置に正六角形状の開口１３を有するＴｉ／Ｎｉ積層膜からなるエッチングマスク１４を形成する。この開口１３の一辺は、〈１１−２０〉方向に平行とするのが好ましい。この開口１３の最大径は８〜３０μｍの範囲で必要に応じて決められるが、具体的には例えば１０μｍ程度とする。
【００２６】
次に、図３に示すように、このエッチングマスク１３を用いて、ＧａＮ層１２を、例えば塩素系のエッチングガスを用いたＲＩＥ法により、サファイア基板１１に達するまで基板表面に対して垂直方向にエッチングし、正六角柱状の開口１５を形成する。この開口１５は、実際にはＧａＮ層１２に２次元アレイ状に多数形成されるが、図３にはその一部のみが示されている。
【００２７】
次に、例えばＲＩＥ法などにより、エッチングマスク１３をエッチング除去する。こうして得られる、サファイア基板１１上のＧａＮ層１２に正六角柱状の開口１５が形成されたものを、以下においてはテンプレートＧａＮ基板と呼ぶ。
【００２８】
次に、このテンプレートＧａＮ基板をＭＯＣＶＤ装置の反応管に入れ、この反応管内において、例えば１〜２分間サーマルクリーニングを行って表面の清浄化を行う。引き続いて、図４に示すように、このテンプレートＧａＮ基板上に、例えば成長温度を１０４０℃とし、ｎ型不純物として例えばＳｉがドープされたｎ型ＧａＮ層１６を例えば成長速度約５μｍ／ｈで成長させる。このｎ型ＧａＮ層１６のＳｉ濃度は例えば３×１０18ｃｍ-3である。この成長は、ｎ型ＧａＮ層１６により全ての開口１５が覆われるまで行う。このｎ型ＧａＮ層１６の成長の際には、成長温度が１０３０℃より低いと開口１５の内壁の結晶情報を引き継ぎ、しかも開口１５の内部のサファイア基板１１上に直接成長してしまうモード（この成長モードをモードＡと呼ぶことにする）になることがあるのに対し、成長温度が上記のように１０４０℃と適切である場合には、ＧａＮ層１２のＣ面からなる上面から成長が始まって横方向成長により、開口１５を覆うようにｎ型ＧａＮ層１６が成長する（この成長モードをモードＢと呼ぶことにする）。
【００２９】
このモードＢの成長を図１１を参照して詳細に説明すると次のとおりである。図１１Ａ〜Ｄはｎ型ＧａＮ層１６の成長を開始してから成長終了までを示す断面図、図１１Ｅ〜Ｈは図１１Ａ〜Ｄに対応する平面図である。まず、図１１Ａおよび図１１Ｅに示すように、ＧａＮ層１２の上面からｎ型ＧａＮ層１６の成長が開始する。次に、図１１Ｂおよび図１１Ｆに示すように、ｎ型ＧａＮ層１６が横方向成長により開口１５の縁全体からその内部にせり出し始め、ｎ型ＧａＮ層１６の成長フロントにより囲まれる穴が次第にすぼまるとともに厚さも増加し、成長がさらに進むと図１１Ｃおよび図１１Ｇに示すように、ｎ型ＧａＮ層１６の成長フロントにより囲まれる穴はますます小さくなるとともに厚さもより増加する。そして、成長がより進むと遂には、ｎ型ＧａＮ層１６の成長フロントにより囲まれる穴がふさがって開口１５が完全に覆われるようになり、最終的には図１１Ｄおよび図１１Ｈに示すように、平面的に見た場合に開口１５の中央部の一点（基板表面から垂直方向に見た場合には一直線）で成長領域が会合した状態となり、ｎ型ＧａＮ層１６の表面は平坦となる。これらの成長過程では、ｎ型ＧａＮ層１６の成長フロントにおいて、｛１−１０１｝面とこれらの面の間の｛１１−２２｝面とが現れる。こうして得られるｎ型ＧａＮ層１６のうちの開口１５の上の部分はその周囲の部分に比べて転位密度が一桁低く結晶性が極めて良好である。この場合、ｎ型ＧａＮ層１６の成長の際に必ずしも全ての開口１５が完全に均一に同時に覆われるわけではないため、全ての開口１５を完全に覆うためには、ｎ型ＧａＮ層１６を十分な厚さ、例えば１０μｍ程度の厚さまで成長させることが望ましい。ｎ型ＧａＮ層１６が閉じるまでに要する時間の一例を挙げると、開口１５の最大径が１４μｍの場合に３６００ｓ程度である。
【００３０】
次に、必要に応じてｎ型ＧａＮ層１６をさらに例えば１μｍ程度の厚さだけ成長させた後、図５に示すように、その上に例えばＩｎＧａＮ系の活性層１７、ｐ型不純物として例えばＭｇがドープされたｐ型ＡｌＧａＮ層１８および同じくｐ型不純物として例えばＭｇがドープされたｐ型ＧａＮ層１９を順次成長させる。ｐ型ＡｌＧａＮ層１８は、活性層１７に注入される電子が活性層１７からオーバーフローするのを防止したり、光閉じ込めを高めたりするためのものである。この場合、これらの活性層１７、ｐ型ＡｌＧａＮ層１８およびｐ型ＧａＮ層１９のうちのＧａＮ層１２の開口１５の上方の部分は、その下地のｎ型ＧａＮ層１６が低転位密度で結晶性が良好であることを反映して、低転位密度で結晶性が良好となる。活性層１７は、例えば厚さが２．５ｎｍのＩｎＧａＮ層からなる井戸層とＩｎ組成がより大きく例えば厚さが７ｎｍのＩｎＧａＮ層からなる障壁層とを交互に積層した多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有し、井戸数は１５である。活性層１７の井戸層および障壁層を構成するＩｎＧａＮ層のＩｎ組成は発光波長に応じて選ばれるものであるが、一例を挙げると、井戸層を構成するＩｎＧａＮ層のＩｎ組成は例えば０．１４、障壁層を構成するＩｎＧａＮ層のＩｎ組成は例えば０．０２である。ｐ型ＡｌＧａＮ層１８は、例えばＡｌ組成が０．１５で厚さが２０ｎｍである。ｐ型ＧａＮ層１９の厚さは例えば２００ｎｍである。活性層１７の成長温度は６５０〜８００℃、例えば７２０℃、ｐ型ＡｌＧａＮ層１８およびｐ型ＧａＮ層１９の成長温度は例えば８５０℃程度とする。
【００３１】
上記のＧａＮ系半導体層の成長原料は、例えば、Ｇａの原料としてはトリメチルガリウム（（ＣＨ3 ）3 Ｇａ、ＴＭＧ）、Ａｌの原料としてはトリメチルアルミニウム（（ＣＨ3 ）3 Ａｌ、ＴＭＡ）、Ｉｎの原料としてはトリメチルインジウム（（ＣＨ3 ）3 Ｉｎ、ＴＭＩ）を、Ｎの原料としてはＮＨ3 を用いる。ドーパントについては、ｎ型ドーパントとしては例えばシラン（ＳｉＨ4 ）を、ｐ型ドーパントとしては例えばビス＝メチルシクロペンタジエニルマグネシウム（（ＣＨ3 Ｃ5 Ｈ4 ）2 Ｍｇ）あるいはビス＝シクロペンタジエニルマグネシウム（（Ｃ5 Ｈ5 ）2 Ｍｇ）を用いる。
【００３２】
また、上記のＧａＮ系半導体層の成長時のキャリアガス雰囲気としては、ｎ型ＧａＮ層１６はＮ2 とＨ2 との混合ガス、活性層１７はＮ2 ガス雰囲気、ｐ型ＡｌＧａＮ層１８およびｐ型ＧａＮ層１９はＮ2 とＨ2 との混合ガスを用いる。この場合、活性層１７の成長ではキャリアガス雰囲気をＮ2 雰囲気としており、キャリアガス雰囲気にＨ2 が含まれないので、Ｉｎが脱離するのを抑えることができ、活性層１７の劣化を防止することができる。また、ｐ型ＡｌＧａＮ層１８およびｐ型ＧａＮ層１９の成長時にはキャリアガス雰囲気をＮ2 とＨ2 との混合ガス雰囲気としているので、これらのｐ型ＡｌＧａＮ層１８およびｐ型ＧａＮ層１９を良好な結晶性で成長させることができる。
【００３３】
次に、上述のようにしてＧａＮ系半導体層を成長させたサファイア基板１１をＭＯＣＶＤ装置から取り出す。
次に、基板全面に例えば真空蒸着法によりＮｉ膜およびＡｕ膜を順次形成した後、その上にリソグラフィーにより所定のリング形状のレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとしてＮｉ膜およびＡｕ膜をエッチングする。これによって、図６に示すように、ｎ型ＧａＮ層１２の開口１５の上方の部分のｐ型ＧａＮ層１９上に、この開口１５より外径が一回り小さいｐ側電極２０が形成される。
【００３４】
次に、リソグラフィーにより、ＧａＮ層１２の開口１５の上方の部分のｐ型ＧａＮ層１上に例えばこの開口１５の直径と同じ直径の円形のレジストパターン（図示せず）をｐ側電極２０を覆うように形成する。
次に、図７に示すように、このレジストパターンをマスクとして例えばＲＩＥ法によりｐ型ＧａＮ層１９、ｐ型ＡｌＧａＮ層１８および活性層１７を基板表面に対して垂直方向に順次エッチングし、円柱状にパターニングする。このエッチングは、ｎ型ＧａＮ層１６の最上部が少しエッチングされるまで行う。この後、レジストパターンを除去する。こうして、ｎ型ＧａＮ層１６、活性層１７、ｐ型ＡｌＧａＮ層１８およびｐ型ＧａＮ層１９により、ダブルヘテロ構造の発光ダイオード構造が形成される。
【００３５】
次に、基板全面に例えば真空蒸着法によりＴｉ膜およびＡｕ膜を順次形成した後、その上にリソグラフィーにより所定形状のレジストパターン（図示せず）を形成し、このレジストパターンをマスクとしてＴｉ膜およびＡｕ膜をエッチングする。これによって、図８に示すように、円柱状の素子部から離れた位置におけるｎ型ＧａＮ層１６上にＴｉ／Ａｕ構造のｎ側電極２１を形成する。
【００３６】
この後、上述のようにして発光ダイオード構造が形成された基板をＲＩＥ法によるエッチングやダイサーなどによりチップ化する。チップ化されたＧａＮ系発光ダイオードを図９に示す。図１０に完成状態のＧａＮ系発光ダイオードの断面図を示す。
このようにして製造されたＧａＮ系発光ダイオードのｐ側電極２０とｎ側電極２１との間に電流を流して駆動したところ、活性層１７のＩｎ組成に応じて発光波長３８０〜６２０ｎｍの範囲で、サファイア基板１１を通した発光を確認することができた。
【００３７】
図１２Ａに、ＧａＮ層１２に正六角形状の開口１５を形成したテンプレートＧａＮ基板の表面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を示す。図１２Ｂに、上記のモードＡにより成長を行って開口１５を埋めたｎ型ＧａＮ層１６のＳＥＭ写真を示す。図１２Ｃに、上記のモードＢにより成長を行って開口１５を覆ったｎ型ＧａＮ層１６のＳＥＭ写真を示す。図１２Ｂより、モードＡにより成長を行ってｎ型ＧａＮ層１６のうちの開口１５の部分は、転位密度が高く、結晶性が悪いことを反映して多くのピットが観察されるのに対し、図１２Ｃより、モードＢにより成長を行ってｎ型ＧａＮ層１６のうちの開口１５の上方の部分は、転位密度が低く、結晶性が良好であることを反映してピットが極めて少ないことがわかる。
図１３〜図１５に、モードＢによりｎ型ＧａＮ層１６の成長を行った試料の断面ＳＥＭ写真を示す。ただし、図１３の開口１５の最大径は２０μｍ、図１４および図１５の開口１５の最大径は３０μｍであり、成長条件は上記と同様である。図１３〜図１５より、ｎ型ＧａＮ層１６がＧａＮ層１２の上面から横方向成長する途中の様子がわかる。
【００３８】
以上のように、この第１の実施形態によれば、ＧａＮ層１２に最大径が例えば１０μｍ程度の正六角形状の開口１５を形成し、例えば成長温度１０４０℃で成長を行うことにより、このＧａＮ層１２のＣ面からなる上面からｎ型ＧａＮ層１６を横方向成長させて開口１５を覆い、さらにその上に活性層１７、ｐ型ＡｌＧａＮ電子阻止層１８およびｐ型ＧａＮ層１９を順次成長させ、開口１５の上方の部分の低転位密度で結晶性が良好なｎ型ＧａＮ層１６、活性層１７、ｐ型ＡｌＧａＮ層１８およびｐ型ＧａＮ層１９により素子部を形成している。このため、このＧａＮ系発光ダイオードに通電して動作させた場合、通電に伴う電流リークや輝度の劣化が極めて少なく、静電破壊も起きにくく、また、発光効率が高く、信頼性および特性に優れたＧａＮ系発光ダイオードを得ることができる。
【００３９】
次に、この発明の第２の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法について説明する。
この第２の実施形態においては、第１の実施形態と同様に工程を進めてｐ側電極２０まで形成した後、サファイア基板１１の裏面側から例えばエキシマーレーザなどによるレーザビームを照射することにより、サファイア基板１１から、ＧａＮ層１２から上の部分を剥離する。この際、樹脂などでｐ側電極２０側を固定してから剥離を行うのが望ましい。次に、このようにして剥離されたＧａＮ系発光ダイオードのＧａＮ層１２を裏面からＨＣｌなどを用いてウエットエッチングしたり、さらにラッピングを行ったりすることにより除去してｎ型ＧａＮ層１６を裏面を露出させた後、図１６に示すように、この裏面にｎ側電極２１を形成する。このｎ側電極２１は例えばインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）などからなる透明電極としてもよく、この場合は円柱状の素子部に対応する部分を含むｎ型ＧａＮ層１６の裏面の広い面積にわたってｎ側電極２１を形成することができる。また、このｎ側電極２１をＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ構造の金属積層膜により形成する場合には、ｎ型ＧａＮ層１６を通して外部に光が放射されるようにするため、図１７に示すように、円柱状の素子部に対応する部分におけるｎ側電極２１に開口２１ａを設ける。
上記以外のことは、第１の実施形態と同様である。
この第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００４０】
次に、この発明の第３の実施形態による画像表示装置について説明する。この画像表示装置を図１８に示す。
図１８に示すように、この画像表示装置においては、サファイア基板１１の面内の互いに直交するｘ方向およびｙ方向にＧａＮ系発光ダイオードが規則的に配列され、ＧａＮ系発光ダイオードの二次元アレイが形成されている。各ＧａＮ系発光ダイオードの構造は、例えば第１の実施形態と同様である。
【００４１】
ｙ方向には、赤色（Ｒ）発光用のＧａＮ系発光ダイオード、緑色（Ｇ）発光用のＧａＮ系発光ダイオードおよび青色（Ｂ）発光用のＧａＮ系発光ダイオードが隣接して配列され、これらの３つのＧａＮ系発光ダイオードにより１画素が形成されている。ｘ方向に配列された赤色発光用のＧａＮ系発光ダイオードのｐ側電極２０同士は配線２２により互いに接続され、同様に、ｘ方向に配列された緑色発光用のＧａＮ系発光ダイオードのｐ側電極２０同士は配線２３により互いに接続され、ｘ方向に配列された青色発光用のＧａＮ系発光ダイオードのｐ側電極２０同士は配線２４により互いに接続されている。一方、ｎ側電極２１はｙ方向に延在しており、ｙ方向に配列されたＧａＮ系発光ダイオードの共通電極となっている。
【００４２】
このように構成された単純マトリクス方式の画像表示装置においては、表示すべき画像の信号に応じて配線２２〜２４とｎ側電極２１とを選択し、選択された画素の選択されたＧａＮ系発光ダイオードに電流を流して駆動し、発光を起こさせることにより、画像を表示することができる。
この第３の実施形態によれば、各ＧａＮ系発光ダイオードが第１の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードと同様な構成を有することにより発光効率が高いため、高輝度のフルカラー画像表示装置を実現することができる。
【００４３】
次に、この発明の第４の実施形態による照明装置について説明する。この照明装置は図１８に示す画像表示装置と同様な構成を有する。
この照明装置においては、照明光の色に応じて配線２２〜２４とｎ側電極２１とを選択し、選択された画素の選択されたＧａＮ系発光ダイオードに電流を流して駆動し、発光を起こさせることにより、照明光を発生させることができる。
この第４の実施形態によれば、各ＧａＮ系発光ダイオードが第１の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードと同様な構成を有することにより発光効率が高いため、高輝度の照明装置を実現することができる。
【００４４】
次に、この発明の第５の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法について説明する。
この第５の実施形態においては、活性層１７として、例えば、例えば厚さが２．５ｎｍのＩｎＧａＮ層からなる井戸層と例えば厚さが２０ｎｍのＩｎＧａＮ層からなる障壁層とを交互に積層したＭＱＷ構造を有し、井戸数が７であるものを用い、また、この活性層１７の成長温度を６８０℃とする。
上記以外のことは、第１の実施形態と同様である。
この第５の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００４５】
次に、この発明の第６の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法について説明する。
この第６の実施形態においては、図１９に示すように、第１の実施形態と同様に工程を進めてエッチングマスク１４まで形成した後、このエッチングマスク１４を用いて、ＧａＮ層１２を、例えば塩素系のエッチングガスを用いたＲＩＥ法により、その途中の深さ、例えば深さ１μｍ程度まで基板表面に対して垂直方向にエッチングし、正六角柱状の開口１５を形成する。
上記以外のことは、第１の実施形態と同様である。
この第６の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００４６】
次に、この発明の第７の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法について説明する。
この第７の実施形態においては、サファイア基板１１上に最初に成長させるＧａＮ層１２の厚さを２０μｍと大きくし、また、エッチングマスク１４を用いてこのＧａＮ層１２をその途中の深さ、例えば約１２μｍの深さまで基板表面に対して垂直方向にエッチングする。
上記以外のことは、第１の実施形態と同様である。
この第７の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００４７】
次に、この発明の第８の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法について説明する。
この第８の実施形態においては、ｎ型ＧａＮ層１６を成長させる際に、ＧａＮ層１２の開口１５がこのｎ型ＧａＮ層１６により完全に覆われる直前まで、あるいは開口１５の内部のサファイア基板１１が見えなくなる程度にこのｎ型ＧａＮ層１６により覆われるまでは成長速度を５μｍ／ｈとし、その後は成長速度をその半分の２．５μｍ／ｈに下げて成長を行う。
上記以外のことは、第１の実施形態と同様である。
図２０に、ＧａＮ層１２の開口１５がｎ型ＧａＮ層１６により完全に覆われる直前までこのｎ型ＧａＮ層１６を成長させたときのＳＥＭ写真を示す。
【００４８】
この第８の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができるほか、次のような利点を得ることができる。すなわち、ＧａＮ層１２の開口１５がｎ型ＧａＮ層１６により完全に覆われる直前まで、あるいは、開口１５の内部のサファイア基板１１が見えなくなる程度にこのｎ型ＧａＮ層１６により覆われるまでは成長速度を５μｍ／ｈとし、その後は成長速度をその半分の２．５μｍ／ｈに下げて成長を行うことにより、ｎ型ＧａＮ層１６の全体の成長時間を抑えつつ、全ての開口１５の部分において均一に同時にｎ型ＧａＮ層１６が閉じるようにすることができる。このため、全ての開口１５の上方の部分のｎ型ＧａＮ層１６の結晶性を均一にすることができ、ひいては各ＧａＮ系発光ダイオードの特性を均一にすることができる。
【００４９】
以上、この発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、上述の第１〜第８の実施形態において挙げた数値、材料、構造、形状、基板、原料、プロセスなどはあくまでも例に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、材料、構造、形状、基板、原料、プロセスなどを用いてもよい。
【００５０】
具体的には、例えば、上述の第１〜第８の実施形態において、いわゆるbowingによるバンドギャップの縮小効果を得るために、活性層１７を構成するＩｎＧａＮ層にＡｌを加えてＡｌＧａＩｎＮ層としてもよい。さらに、必要に応じて、活性層１７とｎ型ＧａＮ層１６との間や活性層１７とｐ型ＧａＮ層１９との間に光導波層を設けてもよい。
【００５１】
また、上述の第１〜第８の実施形態においては、サファイア基板を用いているが、必要に応じて、すでに述べたＳｉＣ基板、Ｓｉ基板などの他の基板を用いてもよい。さらに、やペンデオなどの横方向結晶成長技術を利用して得られる低転位密度のＧａＮ基板を用いてもよい。
【００５２】
さらに、上述の第１〜第８の実施形態において、ｐ側電極２０の材料として例えばＡｕやＡｇなどを用いるとともに、ｐ型ＧａＮ層１９とｐ側電極２０との間に活性層１７で発生した光の侵入長以下の厚さを有し、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｃｏ、Ｓｂなどからなるコンタクト金属層を形成してもよい。このようにすることにより、コンタクト金属層による反射増強効果で、ＧａＮ系発光ダイオードの発光効率のより一層の向上を図ることができる。
また、ｐ側電極２０をリング状に形成してもよく、このようにすれば、開口１５の中心の上方のｐ型ＧａＮ層１９に点状の会合部位が存在してもその上にｐ側電極２０は形成されないため、通電に伴う電流リークをより有効に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を説明するための斜視図および断面図である。
【図２】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を説明するための斜視図および断面図である。
【図３】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を説明するための斜視図および断面図である。
【図４】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を説明するための斜視図および断面図である。
【図５】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を説明するための斜視図および断面図である。
【図６】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を説明するための斜視図および断面図である。
【図７】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を説明するための斜視図および断面図である。
【図８】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を説明するための斜視図および断面図である。
【図９】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を説明するための斜視図および断面図である。
【図１０】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの断面図である。
【図１１】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法におけるｎ型ＧａＮ層の横方向成長の詳細を説明するための断面図および上面図である。
【図１２】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法においてサファイア基板上の正六角形状の開口を有するＧａＮ層、モードＡによりｎ型ＧａＮ層の成長を行って開口を埋めた状態およびモードＢによりｎ型ＧａＮ層の成長を行って開口を覆った状態を示す図面代用写真である。
【図１３】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法においてモードＢによりｎ型ＧａＮ層の成長を行って開口を覆った状態を示す図面代用写真である。
【図１４】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法においてモードＢによりｎ型ＧａＮ層の成長を行って開口を覆った状態を示す図面代用写真である。
【図１５】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法においてモードＢによりｎ型ＧａＮ層の成長を行って開口を覆った状態を示す図面代用写真である。
【図１６】この発明の第２の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードを示す断面図である。
【図１７】この発明の第２の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードをｎ側電極から見た斜視図である。
【図１８】この発明の第４の実施形態による画像表示装置を示す斜視図である。
【図１９】この発明の第５の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を説明するための斜視図および断面図である。
【図２０】この発明の第７の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法においてｎ型ＧａＮ層が閉じる直前の状態を示す図面代用写真である。
【符号の説明】
【００５４】
１１…サファイア基板、１２…ＧａＮ層、１３…開口、１４…エッチングマスク、１５…開口、１６…ｎ型ＧａＮ層、１７…活性層、１８…ｐ型ＡｌＧａＮ層、１９…ｐ型ＧａＮ層、２０…ｐ側電極、２１…ｎ側電極、２２〜２５…配線
【図１】
2006054381.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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