(57)【要約】【課題】ＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャル構造およびその製造方法を提供する。【解決手段】ＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャル構造は、フォトルミネセンス蛍光材料を含む基板と、前記基板上に、エピタキシャル成長させたＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャル構造とを含む。希土類元素ドープＲｅ３Ａｌ５Ｏ１２基板を用いることによって、ＬＥＤエピタキシャル構造の光電効率を向上させるとともに、デバイスの放熱量を低減している。ＬＥＤエピタキシャル構造が蛍光材料を基板として用いるので、当該エピタキシャル構造によって製作されたＬＥＤチップが直接の白色光発光を実現することができ、白色光ＬＥＤ光源の製造プロセスが簡略化され、製造コストが削減される。まずエピタキシャル成長させて、次に基板をパターン化し、さらにＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャル構造を横方向エピタキシャル成長させることによって、エピタキシャル構造における欠陥密度が低減される。【選択図】図１
2015023291.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトルミネセンス蛍光材料を含む基板と、
前記基板上に、エピタキシャル成長させたＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャル構造と、を含む
ことを特徴とするＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャル構造。
【請求項２】
前記基板は、希土類元素ドープガーネット系Ｒｅ３Ａｌ５Ｏ１２基板を含む
ことを特徴とする請求項１に記載のＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャル構造。
【請求項３】
前記基板は、希土類元素ドープＲｅ３Ａｌ５Ｏ１２基板とＡｌ２Ｏ３基板が結合された基板を含む
ことを特徴とする請求項２に記載のＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャル構造。
【請求項４】
前記希土類元素ドープＲｅ３Ａｌ５Ｏ１２基板は、Ｒｅ３Ａｌ５Ｏ１２セラミックス基板または単結晶基板を含む
ことを特徴とする請求項３に記載のＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャル構造。
【請求項５】
前記Ｒｅ３Ａｌ５Ｏ１２セラミックス基板は、多結晶Ｒｅ３Ａｌ５Ｏ１２セラミックス基板またはテクスチャＲｅ３Ａｌ５Ｏ１２セラミックス基板を含む
ことを特徴とする請求項４に記載のＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャル構造。
【請求項６】
前記基板は、精密研磨されてその表面粗さが１０ｎｍより小さい基板を含む
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャル構造。
【請求項７】
前記ＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャル構造は、低温ＡｌＮバッファ層と、低温ＧａＮバッファ層と、ＧａＮバッファ層と、ｎ型ＧａＮ層と、ＡｌＧａＮバリア層と、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸発光層と、ＡｌＧａＮバリア層と、Ｐ型ＧａＮ層と、高濃度ドープＰ型ＧａＮ電極コンタクト層と、を順次に含む
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャル構造。
【請求項８】
前記希土類元素ドープガーネット系Ｒｅ３Ａｌ５Ｏ１２基板における希土類元素Ｒｅは、Ｃｅ、Ｇｄ、Ｅｕ、Ｅｒ、Ｎｄ、Ｔｂ、Ｓｍ、Ｔｍ、ＤｙまたはＹｂから選ばれた一つまたは任意の複数のものである
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャル構造。
【請求項９】
前記希土類元素ドープガーネット系基板は、ＲｅｘＡ（３−ｘ）Ａｌ５Ｏ１２ガーネット系基板を含み、ただし、Ａは、Ｌａ系元素である
ことを特徴とする請求項８に記載のＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャル構造。
【請求項１０】
前記Ａは、Ｙ、Ｌｕ、Ｇａを含む
ことを特徴とする請求項９に記載のＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャル構造。
【請求項１１】
前記ＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャル構造は、希土類元素ドープＲｅ３Ａｌ５Ｏ１２セラミックスまたは単結晶または結合基板上にパターン化処理が行われ、横方向エピタキシャル成長させたＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャル構造、を含む
ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャル構造。
【請求項１２】
フォトルミネセンス蛍光材料を含む基板を用意するステップと、
前記基板上にＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャル構造をエピタキシャル成長させるステップとを、含む
ことを特徴とするＧａＮ系ＬＥＤ半導体デバイスの製造方法。
【請求項１３】
前記基板は、希土類元素ドープガーネット系Ｒｅ３Ａｌ５Ｏ１２基板を含む
ことを特徴とする請求項１２に記載のＧａＮ系ＬＥＤ半導体デバイスの製造方法。
【請求項１４】
エピタキシャル成長する前に、希土類元素ドープＲｅ３Ａｌ５Ｏ１２セラミックス基板とＡｌ２Ｏ３基板を結合するステップをさらに含む
ことを特徴とする請求項１３に記載のＧａＮ系ＬＥＤ半導体デバイスの製造方法。
【請求項１５】
前記希土類元素ドープＲｅ３Ａｌ５Ｏ１２基板は、Ｒｅ３Ａｌ５Ｏ１２セラミックス基板または単結晶基板を含む
ことを特徴とする請求項１３に記載のＧａＮ系ＬＥＤ半導体デバイスの製造方法。
【請求項１６】
前記Ｒｅ３Ａｌ５Ｏ１２セラミックス基板は、多結晶Ｒｅ３Ａｌ５Ｏ１２セラミックス基板またはテクスチャＲｅ３Ａｌ５Ｏ１２セラミックス基板を含む  
ことを特徴とする請求項１５に記載のＧａＮ系ＬＥＤ半導体デバイスの製造方法。
【請求項１７】
エピタキシャル成長する前に、用意された基板を精密研磨してその表面粗さを１０ｎｍより小さくするステップをさらに含む
ことを特徴とする請求項１２〜１６のいずれかに記載のＧａＮ系ＬＥＤ半導体デバイスの製造方法。
【請求項１８】
前記ＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャル構造は、低温ＡｌＮバッファ層と、低温ＧａＮバッファ層と、ＧａＮバッファ層と、ｎ型ＧａＮ層と、ＡｌＧａＮバリア層と、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸発光層と、ＡｌＧａＮバリア層と、Ｐ型ＧａＮ層と、高濃度ドープＰ型ＧａＮ電極コンタクト層と、を順次に含む
ことを特徴とする請求項１２〜１７のいずれかに記載のＧａＮ系ＬＥＤ半導体デバイスの製造方法。
【請求項１９】
前記希土類元素Ｒｅは、Ｃｅ、Ｇｄ、Ｅｕ、Ｅｒ、Ｎｄ、Ｔｂ、Ｓｍ、Ｔｍ、ＤｙまたはＹｂから選ばれた一つまたは任意の複数のものである
ことを特徴とする請求項１２〜１８のいずれかに記載のＧａＮ系ＬＥＤ半導体デバイスの製造方法。
【請求項２０】
前記希土類元素ドープガーネット系基板は、ＲｅｘＡ（３−ｘ）Ａｌ５Ｏ１２ガーネット系基板を含み、ただし、Ａは、Ｌａ系元素である
ことを特徴とする請求項１９に記載のＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャル構造。
【請求項２１】
前記Ａは、Ｙ、Ｌｕ、Ｇａを含む
ことを特徴とする請求項２０に記載のＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャル構造。
【請求項２２】
希土類元素ドープＲｅ３Ａｌ５Ｏ１２セラミックスまたは単結晶または結合基板上にパターン化処理を行うステップと、
パターン化処理された基板上にＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャル構造を横方向エピタキシャル成長させるステップとをさらに含む
ことを特徴とする請求項１２〜２１のいずれかに記載のＧａＮ系ＬＥＤ半導体デバイスの製造方法。
【請求項２３】
フォトルミネセンス蛍光材料を含む基板を製作するステップは、
フォトルミネセンス蛍光材料の粉末を配合するステップと、
前記配合された粉末を胚様体にコールドプレス成形するステップと、
前記胚様体を焼結するステップと、
焼結完了した透明セラミックスのサンプルを薄く削り、その表面を精密研磨して、フォトルミネセンス蛍光材料を含む基板を得るステップと、を含む
ことを特徴とする請求項１２〜２２のいずれかに記載のＧａＮ系ＬＥＤ半導体デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体光電子デバイス分野に関し、具体的にはＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャル構造およびその製作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ−ＬＥＤ）は、電気エネルギーを光エネルギーに直接変換することができる。ＬＥＤチップは二つの部分によって構成されており、一つは正孔がその中で支配的な地位を占めるＰ型半導体であり、もう一つは電子がその中で支配的な地位を占めるＮ型半導体である。この２種の半導体が接続される際に、それらの間に一つの「Ｐ―Ｎ接合部」が形成される。リードによって電流がこのチップに作用すると、電子がＰ領域へプッシュされ、Ｐ領域の中で電子と正孔とが合成されることで、光子の形でエネルギーを放出することになる。これがＬＥＤの発光原理である。
【０００３】
ＬＥＤは、新型光源として、省エネ、環境保全、長寿命、高速起動、発光スペクトルと禁制帯幅の大きさを制御して色度を高くすることができるなど、従来の光源とは比較できないほどの利点を有するため、前例のない発展を遂げている。現在、白色光ＬＥＤは照明分野での用途がますます広がっている。一般的に、ＬＥＤは白色光を形成する方法が主に二つあり、一つは赤、緑、青を発光する三つモノクロダイオードを用いて混色して白色光を形成するものであり、もう一つは蛍光材料を用いて青色または紫外線ＬＥＤによって発光された単色光を広帯域スペクトルの白色光に変換するものである。そのうち前者の方法によって形成された白色光は主に大画面ディスプレイ技術に用いられ、後者の方法によって形成された白色光は主に照明とバックライトに用いられる。
【０００４】
後者の白色光技術について、日本の日亜化学工業株式会社は、青色ＧａＮチップによりＹＡＧ黄色蛍光体が励起されて白色光を発光させるという当該分野での先駆的な発明（US5998925A）を有している。当該特許の発明点はイットリウム・ アルミニウム・ガーネット蛍光体にあり、当該蛍光体が波長４５０ｎｍ乃至４７０ｎｍの青色光を吸収し、波長５５０ｎｍ乃至５６０ｎｍの黄色光を励起し、低コスト且つ高効率という利点がある。しかし、普通の青色光または紫外線ＬＥＤチップは、その光電変換効率が一般に３０％よりも低い。現在最も良いＬＥＤチップであっても、その光電変換効率が５０％を超えることはない。したがって、ＬＥＤは、発光する際に大量の熱の発生を伴うことになる。一般に点灯中のチップの周囲は、温度が１５０℃乃至２００℃に達する。そのような高温は、蛍光体の効率を２０〜３０％低減させ、光源の色温度と色座標のオフセットが生じると同時に、ＬＥＤ光源の光電効果と安定性にも影響を及ぼす。ところが、イットリウム・ アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）蛍光体は１２０℃以上の温度で劣化する。また、塗布された蛍光体材料は透明材料ではないため、青色光または紫外線チップで発光される光がＹＡＧ蛍光体を通る際に、散乱と吸収の現象が発生することで、出光効率が低くなる。同時に塗布厚さの不均一であるため、そのスポットと白色光の色温度に厳重な影響をあたえることになる。例えば、塗布の不均一による黄色いアイリス、青色スポット、白色光の色温度の不整合などの問題がある。
【０００５】
それに、現在、ＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャルウェハは、基板材料としてサファイアを多く用いており、サファイア結晶構造がＧａＮと同じ（六方対称のウルツ鉱型結晶構造）であるが、ＧａＮ材料との格子不整合性が大きく１３％にも達し、ＧａＮエピタキシャル層の転位密度が高くなり易く、転位密度が１０８〜１０９／ｃｍ２に達することもある。高転位密度は発光効率の低下をもたらし、大量の放熱とチップの光減衰をもたらす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、従来技術におけるＬＥＤの光電変換効率が低く、放熱量が大きく、サファイア基板とＧａＮ材料との格子不整合性が大きく、転位密度が高いという問題を克服することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、従来技術における上記の問題を解決するために、蛍光体を用いることなく、希土類元素ドープガーネット系Ｒｅ３Ａｌ５Ｏ１２セラミックスまたは単結晶基板上に成長したＧａＮ系白色光ＬＥＤエピタキシャルウェハを提供し、同時に当該エピタキシャルウェハの成長プロセスを提供する。
【０００８】
本発明のある局面は、フォトルミネセンス蛍光材料を含む基板と、前記基板上に、エピタキシャル成長させたＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャル構造と、を含むＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャル構造を提供する。
【０００９】
本発明のほかの局面は、フォトルミネセンス蛍光材料を含む基板を用意するステップと、前記基板上にＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャル構造をエピタキシャル成長させるステップとを、含むＧａＮ系ＬＥＤ半導体デバイスの製造方法を提供する。
【００１０】
前記基板は、希土類元素ドープガーネット系Ｒｅ３Ａｌ５Ｏ１２基板を含むことが好ましい。
【００１１】
前記基板は、希土類元素ドープＲｅ３Ａｌ５Ｏ１２基板とＡｌ２Ｏ３基板が結合された基板を含むことが好ましい。
【００１２】
前記希土類元素ドープＲｅ３Ａｌ５Ｏ１２基板は、Ｒｅ３Ａｌ５Ｏ１２セラミックス基板または単結晶基板を含むことが好ましい。前記Ｒｅ３Ａｌ５Ｏ１２セラミックス基板は、多結晶Ｒｅ３Ａｌ５Ｏ１２セラミックス基板またはテクスチャＲｅ３Ａｌ５Ｏ１２セラミックス基板を含むことが好ましい。
【００１３】
前記基板は、精密研磨されてその表面粗さが１０ｎｍより小さい基板を含むことが好ましい。
【００１４】
前記ＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャル構造は、低温ＡｌＮバッファ層と、低温ＧａＮバッファ層と、ＧａＮバッファ層と、ｎ型ＧａＮ層と、ＡｌＧａＮバリア層と、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸発光層と、ＡｌＧａＮバリア層と、Ｐ型ＧａＮ層と、高濃度ドープＰ型ＧａＮ電極コンタクト層と、を順次に含むことが好ましい。
【００１５】
前記希土類元素Ｒｅは、Ｃｅ、Ｇｄ、Ｅｕ、Ｅｒ、Ｎｄ、Ｔｂ、Ｓｍ、Ｔｍ、ＤｙまたはＹｂから選ばれた一つまたは任意の複数のものである。
【００１６】
前記ＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャル構造は、希土類元素ドープＲｅ３Ａｌ５Ｏ１２セラミックスまたは単結晶または結合基板上にパターン化処理が行われ、横方向エピタキシャル成長させたＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャル構造、を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の中心的な技術思想は、希土類元素ドープＲｅ３Ａｌ５Ｏ１２セラミックスまたは単結晶が基板として用いられ、その表面にＧａＮ系青色ＬＥＤエピタキシャル構造を成長させ、青色光を用いてセラミックスまたは単結晶蛍光材料基板を励起させて白色光に混合することである。本発明は、ＧａＮ系白色光ＬＥＤエピタキシャルウェハの成長を実現することで、伝統的な白色光ＬＥＤにおける蛍光体の使用を回避しており、高温による蛍光量子効率の低下、光源の色温度と色座標のオフセットが生じることを効果的に回避している。同時に白色光ＬＥＤの製造プロセスを簡略化し、白色光ＬＥＤの製造コストを大きく低減している。
【００１８】
希土類元素ドープＲｅ３Ａｌ５Ｏ１２基板を用いることによって、ＬＥＤエピタキシャル構造の光電効率を向上させ、デバイスの放熱量を低減している。ＬＥＤエピタキシャル構造は蛍光材料が基板として用いられるため、当該エピタキシャル構造によって製作されたＬＥＤチップが直接に白色光発光を実現することができ、白色光ＬＥＤ光源の製造プロセスが簡略化され、製造コストが削減されている。まずエピタキシャル成長させて、次に基板をパターン化して、さらにＧａＮ系エピタキシャル構造を横方向エピタキシャル成長させることによって、エピタキシャル構造における欠陥密度が低減されている。  
【図面の簡単な説明】
【００１９】
添付の図面を併せて以下の説明を参照することで、本考案のメリットを理解しやすくなる。
【図１】本発明の実施例に係るＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャル構造を示す模式図である。
【図２】本発明の実施例に係るよるＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャル構造を示す詳細な模式図である。
【図３】その他のＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャル構造を示す模式図である。
【図４】フォトルミネセンス蛍光材料を含む基板を製造する方法を示している。
【図５】ＧａＮ系ＬＥＤ半導体デバイスを製造する方法を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付の図面を参照して本発明をより詳細に説明する。各図面において、同一の素子は類似の符号で示している。明確化のに、図面における各部分は、一定の縮尺で描かれていない。また簡略化のために、一つの図面において複数のステップを経て得られた半導体構造を示すことができる。
【００２１】
以下に、本発明をより良く理解するために、本発明の特定の詳細の多く、例えば、デバイスの構成、材料、サイズ、処理プロセスおよび技術を説明している。しかし当業者が理解できるように、これら特定の詳細に従わずに本発明を実現してもよい。
【００２２】
デバイスの構造を説明する際に、一層または一つのエリアが別の一層または一つのエリアの「上」または「上方」に位置すると称した際に、直接別の一層または一つのエリアの上方に位置することを指すこともでき、あるいはそれとは別の一層または一つのエリアとの間に、他の層またはエリアをさらに含むことを指すことができる点を理解すべきである。また、デバイスを反転すると、当該一層または一つのエリアが、別の一層または一つのエリアの「下」あるいは「下方」に位置することになる。別の一層または一つのエリアの上方に位置する場合を直接的に説明する場合、本明細書は「直接…の上方にある」或は「…の上方にそれと隣接」のような説明の仕方を採用することとする。
【００２３】
本出願において、「半導体構造」という用語は、半導体デバイスを製造する各ステップに形成された全半導体構造の総称であり、既に形成されたすべての層やエリアを含む。以下では、本発明をより良く理解するために、本発明の多くの特定の詳細、例えばデバイスの構成、材料、サイズ、処理プロセスおよび技術を説明している。しかし当業者が理解できるように、これら特定の詳細に従わず本発明を実現してもよい。
【００２４】
以下では特別に説明しない限り、半導体デバイスの各部は、当業者に知られている材料によって構成されている。本発明は様々な形態で表すことができ、以下ではそのうちのいくつかの例を説明する。
【００２５】
図１は本発明の実施例に係るＧａＮ系白色光ＬＥＤエピタキシャル構造を示している模式図である。図１に示すように、前記ＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャル構造は、フォトルミネセンス蛍光材料を含む基板１００と、前記基板上にエピタキシャル成長させたＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャル構造１０１と、を含む。
【００２６】
具体的に、前記基板は、希土類元素ドープガーネット系Ｒｅ３Ａｌ５Ｏ１２基板を含む。また、前記希土類元素ドープＲｅ３Ａｌ５Ｏ１２基板は、Ｒｅ３Ａｌ５Ｏ１２セラミックス基板または単結晶基板を含む。また、前記Ｒｅ３Ａｌ５Ｏ１２セラミックス基板は、多結晶Ｒｅ３Ａｌ５Ｏ１２セラミックス基板またはテクスチャＲｅ３Ａｌ５Ｏ１２セラミックス基板を含む。また、前記基板は、精密研磨された後にその表面粗さが１０ｎｍより小さい基板を含む。そして、前記希土類元素Ｒｅは、Ｃｅ、Ｇｄ、Ｅｕ、Ｅｒ、Ｎｄ、Ｔｂ、Ｓｍ、Ｔｍ、ＤｙまたはＹｂから選ばれた一つまたは任意の複数のものである。ドープ量は、具体的には０．００５ｗｔ％乃至２５ｗｔ．％である。希土類元素ドープＹＡＧ基板を用いることによって、ＬＥＤエピタキシャル構造の光電効率を向上させるとともに、デバイスの放熱量を低減している。
【００２７】
図２は、ＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャル構造を示す模式図である。前記ＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャル構造は、具体的には基板上に低温ＡｌＮバッファ層１０１１と、低温ＧａＮバッファ層１０１２と、ＧａＮバッファ層１０１３と、ｎ型ＧａＮ層１０１４と、ＡｌＧａＮバリア層１０１５と、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸発光層１０１６と、ＡｌＧａＮバリア層１０１７と、Ｐ型ＧａＮ層１０１８と、高濃度ドープＰ型ＧａＮ電極コンタクト層１０１９とを順次に備えている。
【００２８】
図３は、別のＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャル構造を示す模式図である。具体的には、Ｒｅ：ＹＡＧ透明セラミックスまたは単結晶基板上に、低温ＡｌＮバッファ層３０１１と、高温ＡｌＮバッファ層３０１２と、高温ＧａＮバッファ層３０１３と、ｎ型ＧａＮ層３０１４と、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸層３０１５と、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸層３０１６と、高濃度ドープＰ型ＧａＮ電極コンタクト層３０１７と、を順次備えている。
【００２９】
前記基板は、希土類元素ドープＲｅ３Ａｌ５Ｏ１２基板とＡｌ２Ｏ３基板とが結合された基板を含めてもよい。前記結合は、以下の（１）〜（６）を含む。（１）希土類元素ドープＲｅ３Ａｌ５Ｏ１２セラミックスまたは単結晶を表面粗さが１０ｎｍより小さくなるまで研磨する、（２）Ａｌ２Ｏ３単結晶を表面粗さが１０ｎｍより小さくなるまで研磨する、（３）研磨されたＲｅ３Ａｌ５Ｏ１２セラミックスまたは単結晶の表面と研磨されたＡｌ２Ｏ３単結晶の表面を、ＲＣＡまたはピラニア（Ｐｉｒａｎｈａ）標準洗浄した後に、真空乾燥する、（４）洗浄と乾燥に基づいて、選択的に洗浄完了した研磨されたＲｅ３Ａｌ５Ｏ１２セラミックスまたは単結晶の表面と研磨されたＡｌ２Ｏ３単結晶の表面を、真空度が１×１０−３Ｐａ未満である真空雰囲気で、アルゴン（Ａｒ）ガスを用いて表面スパッタクリーニングする、（５）洗浄完了した研磨されたＹＡＧセラミックスまたは単結晶の表面と研磨されたＡｌ２Ｏ３単結晶の表面を常圧下で貼り合せ、あるいは真空度が１×１０−３Ｐａ未満である真空中に置いて貼り合わせて、結合処理を行う（その際の貼り合わせ時間は約２０ｓ〜２ｈ、貼り合わせ面に施された温度は約２００℃〜１５００℃）、（６）結合完了したウェハを２００℃〜１５００℃下にアニーリングする（アニーリング時間は約３０分〜１０ｈ）。そして、希土類元素ドープＹＡＧ基板とＡｌ２Ｏ３を結合してからエピタキシャル構造を成長させる。
【００３０】
前記ＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャル構造は、具体的には希土類元素ドープＲｅ３Ａｌ５Ｏ１２セラミックスまたは単結晶または結合基板上にパターン化処理が行われ、横方向エピタキシャル成長させたＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャル構造を含む。横方向エピタキシャル成長のパターン化基板の製作ステップは以下の（１）〜（８）の通りである。（１）低圧有機金属化合物化学気相成長（ＬＰ−ＭＯＣＶＤ）システムを利用して、それぞれ、ＴＭＧａとＮＨ３をＧａとＮ源とし、Ｈ２をキャリヤガスとして、ＧａＮエピタキシャル層を成長させる、（２）前記基板を１０００℃〜１２００℃で５〜１０分間の熱処理を行う、（３）前記基板を４００〜７００℃まで温度を下げて、窒化処理を行い、厚さ１５〜６０ｎｍの低温ＧａＮバッファ層を成長させる、（４）前記基板を１０００〜１２００℃まで温度を上げて、厚さ１００ｎｍ〜４μｍのＧａＮバッファ層を成長させる、（５）選択的に前記基板を１０００〜１２００℃まで温度を上げて、厚さ１０ｎｍ〜５００ｎｍのＮ型ＧａＮ層を成長させ、Ｓｉドーピング濃度を１×１０１７ｃｍ−３〜３×１０２０ｃｍ−３とする、（６）システムの温度を下げてサンプルを取り出して、ＧａＮの表面にプラズマ強化化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）によってマスク層として厚さ５０〜５００ｎｍのＳｉＯ２を堆積する、（７）従来のフォトリソグラフィプロセスを利用してドライまたはウェットエッチング技術を併せて、ＧａＮの表面に結晶方位に沿って長尺状の窓口をエッチングし、その窓口領域の長さを２〜１５μｍとし、窓口領域とマスク領域との比率を１：４〜４：１とする、（８）パターン化された基板に対して半導体素子製造分野で常用されている洗浄プロセスを応用して洗浄して乾燥させる。そして、洗浄乾燥されたパターン化基板を再びエピタキシャル成長システムに置いて、引き続き後続エピタキシャル構造を成長させる。まずエピタキシャル成長させて、次に基板をパターン化して、それからＧａＮ系エピタキシャル構造を横方向成長させることによって、エピタキシャル構造における欠陥密度が低減される。
【００３１】
図４は、フォトルミネセンス蛍光材料を含む基板を製造する方法を示している。図４に示すように、前記方法は、以下の（１）〜（４）を含む。（１）フォトルミネセンス蛍光材料粉末を配合する（Ｓ４０１）、（２）配合された粉末を胚様体にコールドプレス成形する（Ｓ４０２）、（３）前記胚様体を焼結する（Ｓ４０３）、（４）焼結完了した透明セラミックスのサンプルを薄く削り、その表面を精密研磨する（Ｓ４０４）。
【００３２】
前記方法は、具体的には以下の（１）〜（６）をさらに含む。（１）一定比例の希土類酸化物粉末をイットリウムアルミニウムガーネットＹＡＧ粉末に配合する、（２）湿式粉砕によって所述粉末を十分配合させる、（３）前記粉末を乾燥させて、蛍光セラミック粉体材料を得る、（４）蛍光セラミック粉体材料を胚様体にコールドプレス成形する、（５）胚様体を高温真空焼結炉に置いて焼結する、（６）焼結完了した透明セラミックスのサンプルを薄く削り、その表面を精密研磨する。
【００３３】
前記希土類酸化物は、具体的にはＣｅＯおよび／またはＧｄＯ酸化物を含む。
その際、前記配合された粉末を胚様体にコールドプレス成形した後に、以下の（１）〜（３）をさらに含む。（１）胚様体を真空高温単結晶育成炉に置いて、粉体溶融まで温度を上げる、（２）ＹＡＧ種結晶を用いてチョクラルスキー成長を行う、（３）成長した後の結晶をエピタキシャルウェハにカットする、（４）薄く削り、その表面を精密研磨する。
【００３４】
図５は、ＧａＮ系ＬＥＤ半導体デバイスを製造する方法を示している。前記方法は、以下の（１）〜（２）を含む。（１）フォトルミネセンス蛍光材料を含む基板を用意する（５０１）、（２）前記基板上にＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャル構造をエピタキシャル成長させる（５０２）。
【００３５】
前記基板は、希土類元素ドープガーネット系Ｒｅ３Ａｌ５Ｏ１２基板を含む。前記希土類元素ドープＲｅ３Ａｌ５Ｏ１２基板は、Ｒｅ３Ａｌ５Ｏ１２セラミックス基板または単結晶基板を含む。前記Ｒｅ３Ａｌ５Ｏ１２セラミックス基板は、多結晶Ｒｅ３Ａｌ５Ｏ１２セラミックス基板またはテクスチャＲｅ３Ａｌ５Ｏ１２セラミックス基板を含む。前記希土類元素Ｒｅは、Ｃｅ、Ｇｄ、Ｅｕ、Ｅｒ、Ｎｄ、Ｔｂ、Ｓｍ、Ｔｍ、ＤｙまたはＹｂから選ばれた一つまたは任意の複数のものである。
【００３６】
前記方法は、エピタキシャル成長の前に、希土類元素ドープＲｅ３Ａｌ５Ｏ１２セラミックス基板とＡｌ２Ｏ３基板を結合するステップをさらに含む。
【００３７】
また、エピタキシャル成長の前に、用意された基板をその表面粗さが１０ｎｍより小さくなるまで研磨するステップをさらに含む。前記基板は、精密研磨した後にその表面粗さが０．１〜０．３ｎｍであることがより好ましい。
【００３８】
前記ＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャル構造は、低温ＡｌＮバッファ層と、低温ＧａＮバッファ層と、ＧａＮバッファ層と、ｎ型ＧａＮ層と、ＡｌＧａＮバリア層と、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸発光層と、ＡｌＧａＮバリア層と、Ｐ型ＧａＮ層と、高濃度ドープＰ型ＧａＮ電極コンタクト層とを、順次に備えている。その中に前記異なる基板上にＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャル層を成長させることができており、例えば、以下のステップ（１）〜（８）を順次に行う。（１）まず、８００℃〜１４００℃の水素雰囲気中で、基板に対して５〜２０分間の高温清浄処理を行う、（２）温度を５００℃〜７００℃まで下げて、厚さ１５〜６０ｎｍの低温ＡｌＮバッファ層を成長させ、パターン化基板に対して選択的に成長厚さを０〜２００ｎｍに設定してもよい、（３）温度を５００℃〜７００℃に保持して、厚さ５０ｎｍ〜３００ｎｍの低温ＧａＮバッファ層を成長させ、パターン化基板に対して選択的に成長厚さを５０〜８００ｎｍに設定してもよい、（４）温度を９００℃〜１２００℃まで上げて、厚さ２〜４μｍの高温ＧａＮバッファ層を成長させる、（５）温度を９００℃〜１２００℃まで上げて、１μｍ〜３μｍのｎ型ＧａＮ層を成長させ、Ｓｉドーピング濃度を１×１０１７ｃｍ−３〜３×１０２０ｃｍ−３とする、（６）温度を６５０℃〜８５０℃まで下げて、１〜３０リサイクルのＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸発光層を成長させる、（７）８００℃〜１１５０℃の温度で、１００ｎｍ〜８００ｎｍのＰ型ＧａＮ層を成長させて、ドーピング濃度を１×１０１７ｃｍ−３〜３×１０２０ｃｍ−３とする、（８）８００℃〜１１５０℃の温度で、５ｎｍ〜５０ｎｍの高濃度ドープＰ型ＧａＮ電極コンタクト層を成長させて、Ｍｇドーピング濃度を１×１０１８ｃｍ−３〜５×１０２０ｃｍ−３とする。
【００３９】
前記方法は、希土類元素ドープＲｅ３Ａｌ５Ｏ１２セラミックスまたは単結晶または結合基板上にパターン化処理すること、およびパターン化処理された基板上にＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャル構造を横方向エピタキシャル成長させることを、さらに含む。
【００４０】
以下、フォトルミネセンス蛍光材料の製作方法、ＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャル構造の製造方法、およびこれによって得られるＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャル構造について、具体的な実施例を参照して説明する。
【００４１】
実施例１
０．００５ｗｔ．％のＣｅ２Ｏ３粉末をＹＡＧ粉末に混ぜ、湿式粉砕によって十分配合させて、乾燥した後に蛍光セラミック粉体材料を得る。蛍光セラミック粉体材料を胚様体にコールドプレス成形する。胚様体を高温真空焼結炉に置き、焼結温度を１４５０℃とし、焼結時間は１０ｈとする。焼結完了した透明セラミックスのサンプルを薄く削り、その表面を精密研磨した後、厚さが６００μｍになり、表面粗さが３ｎｍになる。次いで、以下の（１）〜（７）を行う。（１）このＣｅ：ＹＡＧ透明セラミックス材料を基板として有機金属化合物化学気相成長装置に置いて、８００℃の水素雰囲気中で２０分間の高温清浄処理を行う。そして、温度を５００℃まで下げて、厚さ１５ｎｍの低温ＡｌＮバッファ層を成長させる、（２）引き続き厚さ３００ｎｍの低温ＧａＮバッファ層を成長させる、（３）温度を９００℃まで上げて、厚さ２μｍの高温ＧａＮバッファ層を成長させる、（４）温度を９００℃に保持して、３μｍのｎ型ＧａＮ層を成長させて、Ｓｉドーピング濃度を１×１０１７ｃｍ−３〜３×１０２０ｃｍ−３とする、（５）再び温度を６５０℃まで下げて、３０リサイクルのＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸発光層を成長させる、（６）再度温度を８００℃まで上げて、１００ｎｍのＰ型ＧａＮ層を成長させて、ドーピング濃度を３×１０２０ｃｍ−３とする、（７）温度を８００℃に保持して、５０ｎｍの高濃度ドープＰ型ＧａＮ電極コンタクト層を成長させて、Ｍｇドーピング濃度を５×１０２０ｃｍ−３とし、最後にＭＯＣＶＤ装置の温度を室温まで下げる。このようにして、本発明によるＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャル構造が得られる。
【００４２】
実施例２
０．３ｗｔ．％のＣｅ２Ｏ粉末をＹＡＧ粉末に混ぜ、湿式粉砕によって十分配合させて、乾燥した後に蛍光セラミック粉体材料を得る。蛍光セラミック粉体材料を胚様体にコールドプレス成形する。胚様体を高温真空焼結炉に置いて、焼結温度を１８５０℃とし、焼結時間を１５ｈとする。焼結完了した透明セラミックスのサンプルを薄く削り、その表面を精密研磨した後、厚さが４５０μｍになり、表面粗さが２ｎｍになる。次いで、以下の（１）〜（７）を行う。（１）このＣｅ：ＹＡＧセラミックス材料を基板として有機金属化合物化学気相成長装置に置いて、１４００℃の水素雰囲気中で２０分間の高温清浄処理を行う。そして、温度を７００℃まで下げて、厚さ６０ｎｍの低温ＡｌＮバッファ層を成長させる、（２）引き続き厚さ５０ｎｍの低温ＧａＮバッファ層を成長させる、（３）温度を１２００℃まで上げて、厚さ４μｍの高温ＧａＮバッファ層を成長させる、（４）温度を１２００℃に保持して、１μｍのｎ型ＧａＮ層を成長させて、Ｓｉドーピング濃度を３×１０２０ｃｍ−３とする、（５）再び温度を８５０℃まで下げて、２５リサイクルのＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸発光層を成長させる、（６）再度温度を１１５０℃まで上げて、８００ｎｍのＰ型ＧａＮ層を成長させて、ドーピング濃度を３×１０２０ｃｍ−３とする、（７）温度を１１５０℃に保持して、５ｎｍの高濃度ドープＰ型ＧａＮ電極コンタクト層を成長させて、Ｍｇドーピング濃度を５×１０２０ｃｍ−３とする、最後にＭＯＣＶＤ装置を室温まで温度を下げる。このようにして、本発明によるＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャル構造が得られる。
【００４３】
実施例３
１．２ｗｔ．％のＣｅ２Ｏ３粉末と２５ｗｔ．％的Ｇｄ２Ｏ３をＹＡＧ粉末に混ぜ、湿式粉砕によって十分配合させて、乾燥した後に蛍光セラミック粉体材料を得る。蛍光セラミック粉体材料を胚様体にコールドプレス成形する。胚様体を高温真空焼結炉に置いて、焼結温度を１８３０℃とし、焼結時間を１２ｈとする。焼結完了した透明セラミックスのサンプルを薄く削り、その表面を精密研磨した後、厚さが３５０μｍになり、表面粗さが１ｎｍになる。次いで、以下の（１）〜（７）を行う。（１）このＣｅ：ＹＡＧセラミックス材料を基板として有機金属化合物化学気相成長装置に置いて、１３００℃の水素雰囲気中で１５分間の高温清浄処理を行って、温度を５００℃まで下げて、厚さ６０ｎｍの低温ＡｌＮバッファ層を成長させる、（２）温度を７００℃まで上げて、厚さ５０ｎｍの低温ＧａＮバッファ層を成長させる、（３）温度を１１００℃まで上げて、厚さ４μｍの高温ＧａＮバッファ層を成長させる、（４）温度を１２００℃まで上げて、１μｍのｎ型ＧａＮ層を成長させて、Ｓｉドーピング濃度を１．５×１０１９ｃｍ−３とする、（５）再び温度を８５０℃まで下げて、３０リサイクルのＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸発光層を成長させる、（６）再度温度を１０５０℃まで上げて、５００ｎｍのＰ型ＧａＮ層を成長させて、ドーピング濃度を２×１０１７ｃｍ−３とする、（７）温度を１１８０℃まで上げて、１５ｎｍの高濃度ドープＰ型ＧａＮ電極コンタクト層を成長させて、Ｍｇドーピング濃度を３×１０１９ｃｍ−３とし、最後にＭＯＣＶＤ装置の温度を室温まで下げる。このようにして、本発明によるＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャル構造が得られている。
【００４４】
実施例４
０．００５ｗｔ．％のＧｄ２Ｏ３粉末をＹＡＧ粉末に混ぜ、湿式粉砕によって十分配合させて、乾燥した後に蛍光結晶粉体材料を得る。蛍光粉体材料を胚様体にコールドプレス成形する。胚様体を高温真空焼結炉に置いて、粉体溶融まで温度を上げて、ＹＡＧ種結晶を用いてチョクラルスキー成長を行う。成長した後の結晶をエピタキシャルウェハにカットして、薄く削り、その表面を精密研磨した後、厚さが６００μｍになり、表面粗さが３ｎｍになる。次いで、以下の（１）〜（７）を行う。（１）このＣｅ：ＹＡＧ透明セラミックス材料を基板として有機金属化合物化学気相成長装置に置いて、８００℃の水素雰囲気中で２０分間の高温清浄処理を行って、温度を５００℃まで下げて、厚さ１５ｎｍの低温ＡｌＮバッファ層を成長させる、（２）引き続き厚さ３００ｎｍの低温ＧａＮバッファ層を成長させる、（３）温度を９００℃まで上げて、厚さ２μｍの高温ＧａＮバッファ層を成長させる、（４）温度を９００℃に保持して、３のｎ型ＧａＮ層を成長させて、Ｓｉドーピング濃度を１×１０１７ｃｍ−３とする、（５）再び温度を６５０℃まで下げて、３０リサイクルのＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸層を成長させる、（６）再度温度を８００℃まで上げて、１００ｎｍのＰ型ＧａＮ層を成長させて、ドーピング濃度を３×１０２０ｃｍ−３とする、（７）温度を８００℃に保持して、５０ｎｍの高濃度ドープＰ型ＧａＮ電極コンタクト層を成長させて、Ｍｇドーピング濃度を５×１０２０ｃｍ−３とし、最後にＭＯＣＶＤ装置の温度を室温まで下げる。このようにして、本発明によるＧａＮ系ＬＥＤエピタキシャル構造が得られる。
【００４５】
実施例５
例１：(Ｃｅ０．０１％Ｙ９９．９４％)3Al5O12化学組成に従ってセラミックスを焼結し、焼結した後のサンプルを研磨して、研磨した後の厚さを０．６１ｍｍとし、表面粗さを０．３ｎｍとする。次いで、以下の（１）〜（７）を行う。（１）このセラミックス材料を基板として有機金属化合物化学気相成長装置に置いて、８００℃の水素雰囲気中で２０分間の高温清浄処理を行って、温度を５００℃まで下げて、厚さ１５ｎｍの低温ＡｌＮバッファ層を成長させる、（２）引き続き厚さ３００ｎｍの低温ＧａＮバッファ層を成長させる、（３）温度を９００℃まで上げて、厚さ２μｍの高温ＧａＮバッファ層を成長させる、（４）温度を９００℃に保持して、３μｍのｎ型ＧａＮ層を成長させて、Ｓｉドーピング濃度を１×１０１７ｃｍ−３とする、（５）再び温度を６５０℃まで下げて、３０リサイクルのＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸発光層を成長させる、（６）再度温度を８００℃まで上げて、１００ｎｍのＰ型ＧａＮ層を成長させて、ドーピング濃度を３×１０２０ｃｍ−３とする、（７）温度を８００℃に保持して、５０ｎｍの高濃度ドープＰ型ＧａＮ電極コンタクト層を成長させて、Ｍｇドーピング濃度を５×１０２０ｃｍ−３とし、最後にＭＯＣＶＤ装置の温度を室温まで下げて、ＧａＮ系白色光ＬＥＤエピタキシャル構造の成長を完成する。
【００４６】
実施例６
(Ｃｅ０．０６％Ｙ９９．９４％)3Al5O12化学組成に従ってセラミックスを焼結して、焼結完了したセラミックスを厚さが０．６ｍｍになるまで薄く削り、表面研磨して、研磨した後の表面粗さを０．３ｎｍとする。同時に市販されているＡｌ２Ｏ３単結晶を両面研磨して、その両面の表面粗さが０．５ｎｍになるようにする。このＣｅ：ＹＡＧセラミックスとＡｌ２Ｏ３単結晶を標準ＲＣＡ清浄してから、真空乾燥する。乾燥したＣｅ：ＹＡＧセラミックスとＡｌ２Ｏ３単結晶をクリーンチャンバー内に、研磨された表面を面対面で貼り合せさせるとともに、加熱装置を用いて貼り合わせ面の温度を１５００℃まで上げ、結合時間を２０ｓとする。次いで、下記の（１）〜（７）を行う。（１）結合完了した基板を有機金属化合物化学気相成長装置に置いて、８００℃の水素雰囲気中で２０分間の高温清浄処理を行って、温度を５００℃まで下げて、厚さ１５ｎｍの低温ＡｌＮバッファ層を成長させる、（２）引き続き厚さ３００ｎｍの低温ＧａＮバッファ層を成長させる、（３）温度を９００℃まで上げて、厚さ２μｍの高温ＧａＮバッファ層を成長させる、（４）温度を９００℃に保持して、３μｍのｎ型ＧａＮ層を成長させて、Ｓｉドーピング濃度を１×１０１７ｃｍ−３とする、（５）再び温度を６５０℃まで下げて、３０リサイクルのＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸発光層を成長させる、（６）再度温度を８００℃まで上げて、１００ｎｍのＰ型ＧａＮ層を成長させて、ドーピング濃度を３×１０２０ｃｍ−３とする、（７）温度を８００℃に保持して、５０ｎｍの高濃度ドープＰ型ＧａＮ電極コンタクト層を成長させて、Ｍｇドーピング濃度を５×１０２０ｃｍ−３とし、最後にＭＯＣＶＤ装置を室温まで温度を下げて、ＧａＮ系白色光ＬＥＤエピタキシャル構造の成長を完成する。
【００４７】
実施例７
(Ｃｅ０．０１％Ｙ９９．９４％)3Al5O12化学組成に従ってテンプレート法を利用しテクスチャ(Ｃｅ０．０１％Ｙ９９．９４％)3Al5O12セラミックスを焼結して、焼結した後のサンプルを研磨して、研磨した後の厚さを０．５８ｍｍとし、表面粗さを０．３ｎｍとする。次いで、以下の（１）〜（７）を行う。（１）このセラミックス材料を基板として有機金属化合物化学気相成長装置に置いて、９００℃の水素雰囲気中で４０分間の高温清浄処理を行って、温度を５００℃まで下げて、厚さ１５ｎｍの低温ＡｌＮバッファ層を成長させる、（２）引き続き厚さ３００ｎｍの低温ＧａＮバッファ層を成長させる、（３）温度を９００℃まで上げて、厚さ２μｍの高温ＧａＮバッファ層を成長させる、（４）温度を９００℃に保持して、３μｍのｎ型ＧａＮ層を成長させて、Ｓｉドーピング濃度を１×１０１７ｃｍ−３とする、（５）再び温度を６５０℃まで下げて、３０リサイクルのＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸発光層を成長させる、（６）再度温度を８００℃まで上げて、１００ｎｍのＰ型ＧａＮ層を成長させて、ドーピング濃度を３×１０２０ｃｍ−３とする、（７）温度を８００℃に保持して、５０ｎｍの高濃度ドープＰ型ＧａＮ電極コンタクト層を成長させて、Ｍｇドーピング濃度を５×１０２０ｃｍ−３とし、最後にＭＯＣＶＤ装置を室温まで温度を下げて、ＧａＮ系白色光ＬＥＤエピタキシャル構造の成長を完成する。
【００４８】
実施例８
(Ｃｅ０．０６％Ｇｄ２５％Ｙ７４．９４％)3Al5O12化学組成に従ってセラミックスを焼結して、焼結完了したセラミックスサンプルを薄く削り、表面研磨して、サンプル厚さを０．４５ｍｍに薄く削り、表面粗さを３ｎｍとする。次いで、以下の（１）〜（９）を行う。（１）この（Ｃｅ０．０６％Ｇｄ２５％Ｙ７４．９４％）３Ａｌ５Ｏ１２セラミックス材料を基板として有機金属化合物化学気相成長装置に置いて、１３００℃の水素雰囲気中で１５分間の高温清浄処理を行って、温度を５００℃まで下げて、厚さ６０ｎｍの低温ＡｌＮバッファ層を成長させる、（２）温度を７００℃まで上げて、厚さ５０ｎｍの低温ＧａＮバッファ層を成長させる、（３）温度を１１００℃まで上げて、厚さ４μｍの高温ＧａＮバッファ層を成長させる、（４）温度を１２００℃まで上げて、１μｍのｎ型ＧａＮ層を成長させて、Ｓｉドーピング濃度を１．５×１０１９ｃｍ−３とする、（７）再び温度を８５０℃まで下げて、３０リサイクルのＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸発光層を成長させる、（８）再度温度を１０５０℃まで上げて、５００ｎｍのＰ型ＧａＮ層を成長させて、ドーピング濃度を２×１０１７ｃｍ−３とする、（９）温度を１１８０℃まで上げて、１５ｎｍの高濃度ドープＰ型ＧａＮ電極コンタクト層を成長させて、Ｍｇドーピング濃度を３×１０１９ｃｍ−３とし、最後にＭＯＣＶＤ装置を室温まで温度を下げて、ＧａＮ系白色光ＬＥＤエピタキシャル構造の成長を完成する。
【００４９】
実施例９
(Ｃｅ０．１％Ｇｄ１０％Ｙ２９．９％Ｔｂ６０％)3Al5O12化学組成に従ってセラミックスを焼結して、サンプルを厚さ０．５ｍｍになるまで薄く削って、表面粗さが１０ｎｍになるまで研磨する。それに市販されているＡｌ２Ｏ３単結晶を両面研磨して、その両面の表面粗さが５ｎｍになるようにする。（Ｃｅ０．１％Ｇｄ１０％Ｙ２９．９％Ｔｂ６０％）３Ａｌ５Ｏ１２セラミックスとＡｌ２Ｏ３単結晶を標準ピラニア清浄してから、真空乾燥する。乾燥した（Ｃｅ０．１％Ｇｄ１０％Ｙ２９．９％Ｔｂ６０％）３Ａｌ５Ｏ１２セラミックスとＡｌ２Ｏ３単結晶をクリーンチャンバー内に置いて、チャンバーを５×１０−４ＰＡに真空排気して、研磨された表面を面対面で貼り合せさせるとともに、加熱装置を用いて貼り合わせ面の温度を２００℃まで上げ、結合時間を２ｈとする。（Ｃｅ０．１％Ｇｄ１０％Ｙ２９．９％Ｔｂ６０％）３Ａｌ５Ｏ１２セラミックスとＡｌ２Ｏ３単結晶とが結合された基板を有機金属化合物化学気相成長装置に置いて、Ａｌ２Ｏ３単結晶を基板としてエピタキシャル成長させる。次いで、以下の（１）〜（５）を行う。（１）結合基板を１０００℃で１０分間の熱処理を行う、（２）基板温度を４００℃まで下げて、窒化処理を行い、厚さ６０ｎｍの低温ＧａＮバッファ層を成長させる、（３）基板温度を１０００℃まで上げて、厚さ４μｍのＧａＮバッファ層を成長させる、（４）システムの温度を下げてサンプルを取り出して、ＧａＮの表面にプラズマ強化化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）によってマスク層として厚さ５００ｎｍのＳｉＯ２を堆積する、（５）従来のフォトリソグラフィプロセスを利用してドライまたはウェットエッチング技術を併せて、ＧａＮの表面に結晶方位に沿って長尺状の窓口をエッチングし、その窓口領域の長さを１５μｍとし、窓領域とマスク層との比率を４：１とする。エッチングされた長方形状の窓に、下記の（１）〜（７）の通り、後続の横方向エピタキシャル成長を行う。（１）このパターン化基板を有機金属化合物化学気相成長装置に置いて、８００℃の水素雰囲気中で２０分間の高温清浄処理を行って、温度を５００℃まで下げて、厚さ６０ｎｍの低温ＡｌＮバッファ層を成長させる、（２）引き続き厚さ３００ｎｍの低温ＧａＮバッファ層を成長させる、（３）温度を９００℃まで上げて、厚さ４μｍの高温ＧａＮバッファ層を成長させる、（４）温度を９００℃に保持して、３μｍのｎ型ＧａＮ層を成長させて、Ｓｉドーピング濃度を１×１０１７ｃｍ−３とする、（５）再び温度を６５０℃まで下げて、３０リサイクルのＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸発光層を成長させる、（６）再度温度を８００℃まで上げて、１００ｎｍのＰ型ＧａＮ層を成長させて、ドーピング濃度を３×１０２０ｃｍ−３とする、（７）温度を８００℃に保持して、５０ｎｍの高濃度ドープＰ型ＧａＮ電極コンタクト層を成長させて、Ｍｇドーピング濃度を５×１０２０ｃｍ−３とし、最後にＭＯＣＶＤ装置を室温まで温度を下げて、ＧａＮ系白色光ＬＥＤエピタキシャル構造の成長を完成する。
【００５０】
実施例１０
(Ｃｅ０．０６％Ｇｄ２５％Ｙ７４．９４％)3Al5O12化学組成に従ってセラミックスを焼結し、サンプルを薄く削り、表面研磨して、サンプル厚さを０．３ｍｍに薄く削り、表面粗さを３ｎｍとする。次いで、以下の（１）〜（６）を行う。（１）研磨基板を有機金属化合物化学気相成長装置に置いて、１２００℃で５分間の熱処理を行う、（２）基板が温度を７００℃まで下げて、窒化処理を行い、厚さ１５ｎｍの低温ＧａＮバッファ層を成長させる、（３）基板が温度を１２００℃まで上げて、厚さ１００ｎｍのＧａＮバッファ層を成長させる、（４）基板温度を１０００℃まで下げて、厚さ５５０ｎｍのｎ型ＧａＮ層を成長させて、Ｓｉドーピング濃度を１×１０１７ｃｍ−３とする、（５）システムの温度を下げてサンプルを取り出して、ＧａＮの表面にプラズマ強化化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）によってマスク層として厚さ５００ｎｍのＳｉＯ２を堆積する、（６）従来のフォトリソグラフィプロセスを利用してドライまたはウェットエッチング技術を併せて、ＧａＮの表面に結晶方位に沿って長尺状の窓口をエッチングし、その窓口領域の長さを２μｍとし、窓口領域とマスク領域との比率を１：４とする。次いで、以下の（１）〜（７）を行う。（１）このパターン化基板を有機金属化合物化学気相成長装置に置いて、１４００℃の水素雰囲気中で５分間の高温清浄処理を行って、温度を７００℃まで下げて、厚さ２００ｎｍの低温ＡｌＮバッファ層を成長させる、（２）引き続き厚さ８００ｎｍの低温ＧａＮバッファ層を成長させる、（３）温度を９００℃まで上げて、厚さ４μｍの高温ＧａＮバッファ層を成長させる、（４）温度を１０００℃まで上げて、３μｍのｎ型ＧａＮ層を成長させて、Ｓｉドーピング濃度を２×１０１９ｃｍ−３とする、（５）再び温度を７５０℃まで下げて、２０リサイクルのＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸発光層を成長させる、（６）また温度を１０００℃まで上げて、３００ｎｍのＰ型ＧａＮ層を成長させて、ドーピング濃度を４×１０１９ｃｍ−３とする、（７）温度を１０００℃に保持して、３５ｎｍの高濃度ドープＰ型ＧａＮ電極コンタクト層を成長させて、Ｍｇドーピング濃度を４×１０２０ｃｍ−３とし、最後にＭＯＣＶＤ装置を室温まで温度を下げて、ＧａＮ系白色光ＬＥＤエピタキシャル構造の成長を完成する。
【００５１】
実施例５〜実施例１０から分るように、前記希土類元素ドープガーネット系基板は、ＲｅｘＡ（３−ｘ）Ａｌ５Ｏ１２ガーネット系基板を含んでも良く、ただし、Ａは、Ｌａ系元素である。さらに、前記Ａは、Ｙ、Ｌｕ、Ｇａを含んでも良い。
【００５２】
本発明の典型的な実施例を参照しながら本発明を具体的に示して説明したが、当業者は、添付された特許請求の範囲に限定された本発明の主旨と範囲を逸脱しない限り、これらの実施例に対して、形式および詳細における様々な変更を行うことができることを、理解すべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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