(57)【要約】【課題】発光効率が極めて高く、しかも一度のエピタキシャル成長により低コストで製造することができる発光ダイオードおよびその製造方法を提供する。【解決手段】サファイア基板などの基板１１の一主面にＳｉＯ2 などにより凸部１２を形成し、凸部１２の間の凹部１３に、その底面を底辺とする三角形状の断面形状となる状態を経て窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５を成長させ、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５から横方向成長を行った後、その上に活性層１７を含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる。これらの層のうちの凸部１２および／または互いに隣接する凹部１３の間の中央部に対応する部分に発生した貫通転位１９をこれらの部分をエッチングして溝２０を形成することにより除去する。【選択図】図６
2008091608.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一主面に複数の凸部を有する基板を用い、当該基板の凹部に、その底面を底辺とする三角形状の断面形状となる状態を経て第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる工程と、
上記第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層から上記基板上に第２の窒化物系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の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に第１の導電型の第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、活性層および第２の導電型の第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を順次成長させる工程と、
上記第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記活性層および上記第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のうちの上記凹部および／または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分を、上記第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の表面から深さ方向に、少なくとも上記第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が露出するまで除去する工程と
を有することを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
【請求項２】
上記第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる際に、上記凹部の底面との界面から上記一主面に対して垂直方向に発生する転位が、上記三角形状の断面形状となる状態の上記第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の斜面またはその近傍に到達したとき、上記一主面に平行な方向に屈曲することを特徴とする請求項１記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項３】
上記凸部は上記基板と異なる材料からなることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項４】
上記凸部、上記第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記活性層および上記第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のうちの上記凹部および／または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分を、上記第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の表面から深さ方向に、上記基板が露出するまで除去することを特徴とする請求項３記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項５】
上記凸部、上記第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記活性層および上記第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のうちの上記凹部および／または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分を、上記第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の表面から深さ方向に、上記基板が露出するまで除去した後、残された上記凸部をエッチング除去することにより上記第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記活性層および上記第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を上記基板から剥離することを特徴とする請求項４記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項６】
一主面に複数の凸部を有する基板と、
上記基板上に、上記基板の凹部に空隙を形成しないで成長された第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上の第１の導電型の第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、活性層および第２の導電型の第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層とを有し、
上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層において、上記凹部の底面との界面から上記一主面に対して垂直方向に発生した転位が、上記凹部の底面を底辺とする三角形状部の斜面またはその近傍に到達し、そこから上記一主面に平行な方向に屈曲しており、
上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記活性層および上記第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のうちの上記凹部および／または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分が、上記第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の表面から深さ方向に、少なくとも上記第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が露出するまで除去されている
ことを特徴とする発光ダイオード。
【請求項７】
赤色発光の発光ダイオード、緑色発光の発光ダイオードおよび青色発光の発光ダイオードをそれぞれ少なくとも一つ含むセルがプリント配線基板上に複数個配列した光源セルユニットにおいて、
上記赤色発光の発光ダイオード、上記緑色発光の発光ダイオードおよび上記青色発光の発光ダイオードのうちの少なくとも一つの発光ダイオードが、
一主面に複数の凸部を有する基板と、
上記基板上に、上記基板の凹部に空隙を形成しないで成長された第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上の第１の導電型の第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、活性層および第２の導電型の第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層とを有し、
上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層において、上記凹部の底面との界面から上記一主面に対して垂直方向に発生した転位が、上記凹部の底面を底辺とする三角形状部の斜面またはその近傍に到達し、そこから上記一主面に平行な方向に屈曲しており、
上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記活性層および上記第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のうちの上記凹部および／または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分が、上記第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の表面から深さ方向に、少なくとも上記第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が露出するまで除去されているものである
ことを特徴とする光源セルユニット。
【請求項８】
赤色発光の発光ダイオード、緑色発光の発光ダイオードおよび青色発光の発光ダイオードをそれぞれ複数個配列した発光ダイオードバックライトにおいて、
上記赤色発光の発光ダイオード、上記緑色発光の発光ダイオードおよび上記青色発光の発光ダイオードのうちの少なくとも一つの発光ダイオードが、
一主面に複数の凸部を有する基板と、
上記基板上に、上記基板の凹部に空隙を形成しないで成長された第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上の第１の導電型の第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、活性層および第２の導電型の第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層とを有し、
上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層において、上記凹部の底面との界面から上記一主面に対して垂直方向に発生した転位が、上記凹部の底面を底辺とする三角形状部の斜面またはその近傍に到達し、そこから上記一主面に平行な方向に屈曲しており、
上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記活性層および上記第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のうちの上記凹部および／または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分が、上記第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の表面から深さ方向に、少なくとも上記第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が露出するまで除去されているものである
ことを特徴とする発光ダイオードバックライト。
【請求項９】
赤色発光の発光ダイオード、緑色発光の発光ダイオードおよび青色発光の発光ダイオードをそれぞれ複数個配列した発光ダイオード照明装置において、
上記赤色発光の発光ダイオード、上記緑色発光の発光ダイオードおよび上記青色発光の発光ダイオードのうちの少なくとも一つの発光ダイオードが、
一主面に複数の凸部を有する基板と、
上記基板上に、上記基板の凹部に空隙を形成しないで成長された第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上の第１の導電型の第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、活性層および第２の導電型の第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層とを有し、
上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層において、上記凹部の底面との界面から上記一主面に対して垂直方向に発生した転位が、上記凹部の底面を底辺とする三角形状部の斜面またはその近傍に到達し、そこから上記一主面に平行な方向に屈曲しており、
上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記活性層および上記第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のうちの上記凹部および／または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分が、上記第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の表面から深さ方向に、少なくとも上記第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が露出するまで除去されているものである
ことを特徴とする発光ダイオード照明装置。
【請求項１０】
赤色発光の発光ダイオード、緑色発光の発光ダイオードおよび青色発光の発光ダイオードをそれぞれ複数個配列した発光ダイオードディスプレイにおいて、
上記赤色発光の発光ダイオード、上記緑色発光の発光ダイオードおよび上記青色発光の発光ダイオードのうちの少なくとも一つの発光ダイオードが、
一主面に複数の凸部を有する基板と、
上記基板上に、上記基板の凹部に空隙を形成しないで成長された第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上の第１の導電型の第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、活性層および第２の導電型の第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層とを有し、
上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層において、上記凹部の底面との界面から上記一主面に対して垂直方向に発生した転位が、上記凹部の底面を底辺とする三角形状部の斜面またはその近傍に到達し、そこから上記一主面に平行な方向に屈曲しており、
上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記活性層および上記第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のうちの上記凹部および／または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分が、上記第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の表面から深さ方向に、少なくとも上記第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が露出するまで除去されているものである
ことを特徴とする発光ダイオードディスプレイ。
【請求項１１】
一つまたは複数の発光ダイオードを有する電子機器において、
少なくとも一つの上記発光ダイオードが、
一主面に複数の凸部を有する基板と、
上記基板上に、上記基板の凹部に空隙を形成しないで成長された第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上の第１の導電型の第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、活性層および第２の導電型の第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層とを有し、
上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層において、上記凹部の底面との界面から上記一主面に対して垂直方向に発生した転位が、上記凹部の底面を底辺とする三角形状部の斜面またはその近傍に到達し、そこから上記一主面に平行な方向に屈曲しており、
上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記活性層および上記第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のうちの上記凹部および／または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分が、上記第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の表面から深さ方向に、少なくとも上記第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が露出するまで除去されているものである
ことを特徴とする電子機器。
【請求項１２】
一主面に複数の凸部を有する基板を用い、当該基板の凹部に、その底面を底辺とする三角形状の断面形状となる状態を経て第１の層を成長させる工程と、
上記第１の層から上記基板上に第２の層を横方向成長させる工程と、
上記第２の層上に少なくとも活性層を含む第３の層を成長させる工程と、
上記第１の層、上記第２の層および上記第３の層のうちの上記凹部および／または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分を、上記第３の層の表面から深さ方向に、少なくとも上記活性層の下地層が露出するまで除去する工程と
を有することを特徴とする電子装置の製造方法。
【請求項１３】
一主面に複数の凸部を有する基板と、
上記基板上に、上記基板の凹部に空隙を形成しないで成長された第４の層と、
上記第４の層上に成長された少なくとも活性層を含む第３の層とを有し、
上記第４の層において、上記凹部の底面との界面から上記一主面に対して垂直方向に発生した転位が、上記凹部の底面を底辺とする三角形状部の斜面またはその近傍に到達し、そこから上記一主面に平行な方向に屈曲しており、
上記第４の層および上記第３の層のうちの上記凹部および／または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分が、上記第３の層の表面から深さ方向に、少なくとも上記活性層の下地層が露出するまで除去されている
ことを特徴とする電子装置。
【請求項１４】
一主面に成長マスクを有する基板を用い、当該基板の上記成長マスクの開口部からなる凹部から上記成長マスク上に第５の層を横方向成長させる工程と、
上記第５の層上に少なくとも活性層を含む第３の層を成長させる工程と、
上記第５の層および上記第３の層のうちの上記凹部および／または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分を、上記第３の層の表面から深さ方向に、上記基板が露出するまで除去する工程と、
残された上記成長マスクをエッチング除去することにより上記第５の層および上記第３の層を上記基板から剥離する工程と
を有することを特徴とする電子装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、発光ダイオードおよびその製造方法ならびに光源セルユニットならびに発光ダイオードバックライトならびに発光ダイオード照明装置ならびに発光ダイオードディスプレイならびに電子機器ならびに電子装置およびその製造方法に関し、例えば、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた発光ダイオードおよびこの発光ダイオードを用いる各種の装置または機器に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ系半導体をサファイア基板などの異種基板上にエピタキシャル成長させる場合には、両者の格子定数差や熱膨張係数差が大きいため、結晶欠陥、特に貫通転位が高密度に発生してしまう。
この問題を回避するために、従来より、選択横方向成長による転位密度低減化技術が広く用いられている。この技術では、まずサファイア基板などの上にＧａＮ系半導体をエピタキシャル成長させた後、結晶成長装置より基板を取り出し、そのＧａＮ系半導体層上にＳｉＯ2 膜などからなる成長マスクを形成してからこの基板を再び結晶成長装置に戻し、この成長マスクを用いてＧａＮ系半導体を再度エピタキシャル成長させる。
この技術によれば、上層のＧａＮ系半導体層の転位密度を低減することができるが、２回のエピタキシャル成長が必要であるため、コスト高となっていた。
【０００３】
そこで、異種基板にあらかじめ凹凸加工を施し、この加工基板上にＧａＮ系半導体をエピタキシャル成長させる方法が提案されている（例えば、非特許文献１、特許文献１、２参照。）。この方法の概要を図４８に示す。この方法によれば、まず、図４８Ａに示すように、ｃ面のサファイア基板１０１の一主面に凹凸加工を施す。符号１０１ａは凹部、１０１ｂは凸部を示す。これらの凹部１０１ａおよび凸部１０１ｂはサファイア基板１０１の〈１−１００〉方向に延在する。次に、このサファイア基板１０１上に、図４８ＢおよびＣに示す過程を経て、ＧａＮ系半導体層１０２を成長させる。図４８Ｃ中、点線は成長途中の成長界面を示す。ここで特徴的なことは、図４８Ｃに示すように、凹部１０１ａにおいてサファイア基板１０１とＧａＮ系半導体層１０２との間に空隙１０３が形成されてしまうことである。図４９にこの方法により成長されたＧａＮ系半導体層１０２の結晶欠陥分布を模式的に示す。図４９に示すように、ＧａＮ系半導体層１０２のうちの凸部１０１ｂ上の部分に、この凸部１０１ｂの上面との界面から垂直方向に貫通転位１０４が発生して高欠陥密度領域１０５が形成され、凹部１０１ａの上方の、高欠陥密度領域１０５の間の部分が低欠陥密度領域１０６となっている。
【０００４】
参考までに、図５０に、凹部１０１ａおよび凸部１０１ｂの延在方向が、サファイア基板１０１の〈１−１００〉方向と直交する〈１１−２０〉方向である場合のＧａＮ系半導体層１０２の成長の様子を示す。
図５１は、上記のものと別の従来の成長方法を示す（例えば、特許文献３参照。）。この方法では、図５１Ａに示すように、凹凸加工を施したサファイア基板１０１を用い、その上に図５１Ｂ〜Ｆに示す過程を経てＧａＮ系半導体層１０２を成長させる。この方法では、サファイア基板１０１との間に空隙を形成しないでＧａＮ系半導体層１０２を成長させることができるとされている。
【０００５】
基板上にこの基板と異なる材料により凸部を形成し、凸部の間の凹部から窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長を開始する成長方法が提案されているが（例えば、特許文献４、５参照。）、これらの成長様式はこの発明と大きく異なる。
【非特許文献１】三菱電線工業時報  第９８号  ２００１年１０月：ＬＥＰＳ法を用いた高出力紫外ＬＥＤの開発
【特許文献１】特開２００４−６９３１号公報
【特許文献２】特開２００４−６９３７号公報
【特許文献３】特開２００３−３１８４４１号公報
【特許文献４】特開２００３−３２４０６９号公報
【特許文献５】特許第２８３０８１４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図４８に示す従来の成長方法では、サファイア基板１０１とＧａＮ系半導体層１０２との間に空隙１０３が形成されてしまうことは上述のとおりであるが、本発明者らが行った実験結果によると、ＧａＮ系半導体層１０２上にＧａＮ系半導体層を成長させて発光ダイオード構造を形成した場合、この発光ダイオードの発光効率は低いという課題があった。これは、発光ダイオードの動作時に活性層から発生する光が、空隙１０３の内部で反射を繰り返し、その結果光が吸収されてしまうことにより、光の取り出し効率が悪いためであると考えられる。
【０００７】
一方、図５１に示す従来の成長方法では、サファイア基板１０１とＧａＮ系半導体層１０２との間に空隙が形成されないとされているものの、ＧａＮ系半導体層１０２の転位密度を、図４８に示す従来の成長方法と同等のレベルに低減することは困難と考えられる。このため、この高転位密度のＧａＮ系半導体層１０２上にＧａＮ系半導体層を成長させて発光ダイオード構造を形成した場合、これらのＧａＮ系半導体層の転位密度も高くなり、これが発光効率の低下を招いていた。
【０００８】
そこで、この発明が解決しようとする課題は、上記の空隙の解消による光の取り出し効率の大幅な向上および発光ダイオードを構成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の結晶性の大幅な向上により発光効率が極めて高く、しかも一度のエピタキシャル成長により低コストで製造することができる発光ダイオードおよびその製造方法を提供することである。
この発明が解決しようとする他の課題は、上記のような発光ダイオードを用いた高性能の光源セルユニット、発光ダイオードバックライト、発光ダイオード照明装置、発光ダイオードディスプレイおよび電子機器を提供することである。
この発明が解決しようとするさらに他の課題は、上記の空隙の解消および素子構造を構成する層の結晶性の大幅な向上により特性が極めて良好で、しかも一度のエピタキシャル成長により低コストで製造することができる発光ダイオード、半導体レーザ、トランジスタなどを含む電子装置およびその製造方法を提供することである。
上記課題および他の課題は、添付図面を参照した本明細書の記述により明らかとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、第１の発明は、
一主面に複数の凸部を有する基板を用い、当該基板の凹部に、その底面を底辺とする三角形状の断面形状となる状態を経て第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる工程と、
上記第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層から上記基板上に第２の窒化物系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の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に第１の導電型の第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、活性層および第２の導電型の第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を順次成長させる工程と、
上記第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記活性層および上記第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のうちの上記凹部および／または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分を、上記第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の表面から深さ方向に、少なくとも上記第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が露出するまで除去する工程と
を有することを特徴とする発光ダイオードの製造方法である。
【００１０】
基板の凸部は、基板と異なる材料または基板と同一の材料からなる。
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層および第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の導電型は問わず、ｐ型、ｎ型、ｉ型のいずれであってもよく、互いに同一導電型であってもそうでなくてもよく、さらには第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層あるいは第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層内に互いに導電型が異なる二つ以上の部分が混在してもよい。
【００１１】
典型的には、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる際に、基板の凹部の底面との界面から基板の一主面に対して垂直方向に転位が発生し、この転位が上記の三角形状の断面形状となる状態の第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の斜面またはその近傍に到達したとき、上記の一主面に平行な方向に、三角形状部から遠ざかるように屈曲する。ここで、三角形状の断面形状あるいは三角形状部における三角形状とは、正確な三角形だけでなく、例えば頂部が丸まったものなど、近似的に三角形とみなすことができるものも含むことを意味する（以下同様）。また、好適には、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長初期に、基板の凹部の底面に複数の微小核が生成し、これらの微小核が成長し合体して行く過程で基板の凹部の底面との界面から基板の一主面に対して垂直方向に発生する転位が、上記の一主面に平行な方向に繰り返し屈曲される。こうすることで、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長時に上部に抜ける転位を少なくすることができる。
【００１２】
上述のように、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長時に上部に抜ける転位を少なくすることができるが、上部に抜けた転位は上層の第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、活性層および第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に伝播し、貫通転位となる。この貫通転位は、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、活性層および第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のうちの凹部に対応する部分（凹部の上の部分）に集中する。この貫通転位およびその近傍は結晶性が悪く、非発光中心が多く存在するため、発光効率を低下させ、特に活性層に存在する非発光中心は発光効率に大きな悪影響を及ぼす。そこで、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、活性層および第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のうちの凹部に対応する部分を、第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の表面から深さ方向に、少なくとも第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が露出するまで除去すると、この貫通転位のうちの少なくとも活性層およびその上層に発生したものを除去することができるため、非発光中心を大幅に減少させることができる。この除去する部分の幅は、例えばこの貫通転位の全部または大部分を除去することができる幅であればよく、凹部の幅と同じでも凹部の幅より小さくても凹部の幅より大きくてもよい。この除去は、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法、粉末ブラスト法、サンドブラスト法などの各種の方法により行うことができる。一方、第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を横方向成長させる際、凸部の上の部分の第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の会合部には貫通転位が集中し、この第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の貫通転位が上層の第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、活性層および第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に伝播する。この貫通転位は、第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、活性層および第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のうちの互いに隣接する凹部の間の中央部に対応する部分（凹部の間の中央部の上の部分）に集中する。そこで、第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、活性層および第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のうちの互いに隣接する凹部の間の中央部に対応する部分を、第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の表面から深さ方向に、少なくとも第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が露出するまで除去すると、この貫通転位のうちの少なくとも活性層およびその上層に発生したものを除去することができるため、非発光中心を大幅に減少させることができる。この除去する部分の幅は、例えばこの貫通転位の全部または大部分を除去することができる幅であればよい。この除去も、例えば、ＲＩＥ法、粉末ブラスト法、サンドブラスト法などの各種の方法により行うことができる。
【００１３】
好適には、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、活性層および第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のうちの凹部および／または互いに隣接する凹部の間の中央部に対応する部分を、第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の表面から深さ方向に、基板が露出するまで除去し、こうすることで貫通転位をほとんど除去することができる。
特に凸部が基板と異なる材料からなる場合、好適には、凸部、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、活性層および第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のうちの凹部および／または互いに隣接する凹部の間の中央部に対応する部分を、第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の表面から深さ方向に、基板が露出するまで除去する。この場合、こうして基板が露出した後に、残された凸部をウエットエッチングなどによりエッチング除去することにより、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、活性層および第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を基板から剥離することができる。この場合の凸部の材料としては、好適には、容易にエッチング除去可能な非晶質材料が用いられる。ただし、この剥離は他の手法、例えばレーザ光照射法による剥離（いわゆるレーザ剥離）などにより行ってもよい。この剥離後の基板は、必要に応じて表面研磨などの処理を施した後、再利用することができる。
【００１４】
典型的には、基板の一主面に凸部と凹部とを交互に周期的に形成する。この場合、凸部および凹部の周期は、好適には、３〜５μｍである。また、凸部の底辺の長さと凹部の底辺の長さとの比は、好適には０．５〜３であり、最も好適には０．５付近である。基板の一主面から見たこの凸部の高さは、好適には０．３μｍ以上、より好適には１μｍ以上である。この凸部は、好適には基板の一主面に対して傾斜した側面（例えば、基板の一主面と接する側面）を有し、この側面と基板の一主面とのなす角度をθとすると、光の取り出し効率の向上を図る観点より、例えば、好適には１００°＜θ＜１６０°、より好適には１３２°＜θ＜１３９°あるいは１４７°＜θ＜１５４°であり、最も好適には１３５°あるいは１５２°である。この凸部の断面形状は、種々の形状であってよく、その側面も平面だけでなく曲面であってもよいが、例えば、ｎ角形（ただし、ｎは３以上の整数）、具体的には三角形、四角形、五角形、六角形など、あるいはこれらの角部を切除したものや角が丸まっているもの、円形、楕円形などであり、これらの中でも基板の一主面から見て最も高い位置に頂点を一つ持つものが望ましく、特に三角形あるいはその頂部を切除したものや頂部が丸まっているものが最も望ましい。凹部の断面形状も種々の形状であってよいが、例えば、ｎ角形（ただし、ｎは３以上の整数）、具体的には三角形、四角形、五角形、六角形など、あるいはこれらの角部を切除したものや角が丸まっているものや、円形、楕円形などである。光の取り出し効率の向上を図る観点より、好適には、この凹部の断面形状は逆台形状とする。ここで、逆台形状とは、正確な逆台形だけでなく、近似的に逆台形とみなすことができるものも含むことを意味する（以下同様）。この場合、第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の転位密度を最小化する観点より、好適には、凹部の深さ（凸部の高さと同じ）をｄ、凹部の底面の幅をＷg 、三角形状の断面形状となる状態の第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の斜面と基板の一主面とがなす角度をαとしたとき、２ｄ≧Ｗg ｔａｎαが成立するように、ｄ、Ｗg 、αを決める。αは通常一定であるため、この式が成立するようにｄ、Ｗg を決める。ｄは、大きすぎると原料ガスが凹部の内部に十分に供給されず、凹部の底面からの第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長に支障を来し、逆に小さすぎると基板の凹部だけでなく、その両側の凸部にも第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が成長してしまうため、これらを防止する観点より、一般的には０．５μｍ＜ｄ＜５μｍの範囲内に選ばれ、典型的には１．０±０．２μｍの範囲内に選ばれる。Ｗg は、一般的には０．５〜５μｍであり、典型的には２±０．５μｍの範囲内に選ばれる。また、凸部の上面の幅Ｗt は、凸部の断面形状が三角形状の場合は０であるが、凸部の断面形状が台形状の場合は、この凸部は第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の横方向成長に使用する領域であるため、長ければ長いほど転位密度の少ない部分の面積を大きくすることができる。凸部の断面形状が台形状の場合、Ｗt は一般的には１〜１０００μｍである。
【００１５】
凸部または凹部は、例えば、基板上の一方向にストライプ状に延在するようにしてもよいし、少なくとも互いに交差する第１の方向および第２の方向にストライプ状に延在するようにすることにより凸部がｎ角形（ただし、ｎは３以上の整数）、具体的には三角形、四角形、五角形、六角形など、あるいはこれらの角部を切除したものや角が丸まっているもの、円形、楕円形、点状などの二次元パターンとなるようにしてもよい。好適な一つの例では、凸部が六角形の平面形状を有し、この凸部が蜂の巣状に二次元配列しており、この凸部を囲むように凹部が形成される。こうすることで、活性層から放出される光を３６０°の全方向に効率よく取り出すことができる。あるいは、凹部が六角形の平面形状を有し、この凹部が蜂の巣状に二次元配列しており、この凹部を囲むように凸部が形成されるようにしてもよい。基板の凹部がストライプ状である場合、この凹部は、例えば、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の〈１−１００〉方向に延在し、あるいは、基板として例えばサファイア基板を用いる場合にはこのサファイア基板の〈１１−２０〉方向に延在してもよい。凸部は、例えば、ｎ角錐（ただし、ｎは３以上の整数）、具体的には三角錐、四角錐、五角錐、六角錐など、あるいはこれらの角部を切除したものや角が丸まったもの、円錐、楕円錐などである。
【００１６】
凸部が基板と異なる材料からなる場合、この凸部の材料は、各種のものであってよく、導電性の有無も問わないが、例えば、酸化物や窒化物や炭化物などの誘電体、金属や合金などの導電体（透明導電体を含む）などである。酸化物としては、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯx ）、酸化チタン（ＴｉＯx ）、酸化タンタル（ＴａＯx ）などの各種のものを用いることができ、これらの二種類以上を混合して、または積層膜の形で用いることもできる。窒化物としては、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮx ）、ＳｉＯＮ、ＣｒＮ、ＣｒＮＯなどを用いることができ、これらの二種類以上を混合して、または積層膜の形で用いることもできる。炭化物としては、ＳｉＣ、ＨｆＣ、ＺｒＣ、ＷＣ、ＴｉＣ、ＣｒＣなどを用いることができ、これらの二種類以上を混合して、または積層膜の形で用いることもできる。金属または合金としては、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｗ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｇ、ＡｇＮｉ、ＡｇＰｄ、ＡｕＮｉ、ＡｕＰｄなどを用いることができ、これらの二種類以上を混合して、または積層膜の形で用いることもできる。透明導電体としては、ＩＴＯ（インジウム−スズ複合酸化物）、ＩＺＯ（インジウム−亜鉛複合酸化物）、ＺＯ（酸化亜鉛）、ＦＴＯ（フッ素ドープ酸化スズ）、酸化スズなどを用いることができ、これらの二種類以上を混合して、または積層膜の形で用いることもできる。さらに、以上の各種の材料を二種類以上混合して、または積層膜の形で用いることもできる。金属などにより凸部を形成し、この凸部の少なくとも表面を窒化処理、酸化処理あるいは炭化処理することにより窒化物、酸化物あるいは炭化物を形成するようにしてもよい。
【００１７】
凸部の屈折率は、必要に応じて設計により決められるが、一般的には、基板の屈折率およびこの基板上に成長させる窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の屈折率とは異なる屈折率に選ばれ、典型的には、基板の屈折率以下に選ばれる。
凸部には、必要に応じて、活性層から放出される光を散乱し、光取り出し効率の向上を図り、発光ダイオードの高出力化を図る目的で、散乱中心を導入するようにしてもよい。このような散乱中心としては、例えばシリコンナノ結晶などのシリコン微粒子を用いることができる。このようなシリコン微粒子が導入された凸部を形成するためには、例えば、基板上に酸化シリコンにより凸部を形成した後、熱処理を行えばよい。
【００１８】
基板の凹部にのみ第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる観点より、例えば、凸部の少なくとも表面を非晶質層により形成してもよい。この非晶質層は成長マスクとなるものである。これは、非晶質層上では成長時に核形成が起きにくいことを利用したものである。この非晶質層は、各種の成膜法により基板上に成膜したり、金属などにより凸部を形成し、この凸部の表面を酸化することなどにより形成してもよい。この非晶質層は、例えば、ＳｉＯx 膜、ＳｉＮx 膜、非晶質Ｓｉ（ａ−Ｓｉ）膜、非晶質ＣｒＮ膜あるいはこれらの二種類以上の積層膜などであり、一般的には絶縁膜である。場合によっては、凸部を基板上に形成された第１の非晶質層、第２の非晶質層および第３の非晶質層により形成してもよい。この場合、例えば、第２の非晶質層は、第１の非晶質層および第３の非晶質層に対して選択的にエッチング可能なものとしてもよい。
第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層には、これと電気的に接続された状態で第１の導電型側の電極を形成する。同様に、第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層にも、これと電気的に接続された状態で第２の導電型側の電極を形成する。
【００１９】
基板としては種々のものを用いることができる。窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なる物質からなる基板としては、具体的には、例えば、サファイア（ｃ面、ａ面、ｒ面などを含み、これらの面からオフした面のものも含む）、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、Ｓｉ、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＬｉＭｇＯ、ＧａＡｓ、スピネル（ＭｇＡｌ2 Ｏ4 、ＳｃＡｌＭｇＯ4 ）、ガーネット、ＣｒＮ（例えば、ＣｒＮ（１１１））などからなる基板を用いることができ、好適には、これらの材料からなる六方晶基板または立方晶基板、より好適には六方晶基板を用いる。基板としては、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体（ＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＩｎＮなど）からなる基板を用いてもよい。あるいは、基板として、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なる物質からなる基板上に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させ、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に上記の凸部を形成したものであってもよい。
なお、例えば、基板上に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層などの層を成長させたものを基板として用いる場合、凸部の材料はこの凸部の直下の層と異なる材料のものが用いられる。
基板は、必要に応じて除去してもよい。
【００２０】
第１〜第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層および活性層を構成する窒化物系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）からなり、具体例を挙げると、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮなどからなる。第１〜第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層および活性層を構成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は、例えばＧａＮにＢやＣｒなどを含ませると転位の屈曲を促進する効果があるので、ＢＧａＮ、ＧａＮにＢをドープしたＧａＮ：Ｂ、ＧａＮにＣｒをドープしたＧａＮ：Ｃｒなどからなるものであってもよい。特に最初に基板の凹部に成長させる第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層としては、好適には、ＧａＮ、ＩｎX Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜０．５）、ＡｌX Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜０．５）、ＡｌX Ｉｎy Ｇａ1-x-y Ｎ（０＜ｘ＜０．５、０＜ｙ＜０．２）からなるものが用いられる。第１の導電型はｎ型であってもｐ型であってもよく、それに応じて第２の導電型はｐ型またはｎ型である。また、基板上に最初に成長させるいわゆる低温バッファ層としてはＧａＮバッファ層、ＡｌＮバッファ層、ＡｌＧａＮバッファ層などが一般的に用いられるが、これらにＣｒをドープしたものやＣｒＮバッファ層などを用いてもよい。
【００２１】
第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の厚さは、必要に応じて選ばれ、典型的には数μｍ程度以下であるが、用途などによってはより厚く、例えば数１０〜３００μｍ程度であってもよい。
第１〜第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層および活性層を構成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法としては、例えば、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あるいはハライド気相エピタキシャル成長（ＨＶＰＥ）、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）などの各種のエピタキシャル成長法を用いることができる。
【００２２】
第２の発明は、
一主面に複数の凸部を有する基板と、
上記基板上に、上記基板の凹部に空隙を形成しないで成長された第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上の第１の導電型の第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、活性層および第２の導電型の第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層とを有し、
上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層において、上記凹部の底面との界面から上記一主面に対して垂直方向に発生した転位が、上記凹部の底面を底辺とする三角形状部の斜面またはその近傍に到達し、そこから上記一主面に平行な方向に屈曲しており、
上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記活性層および上記第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のうちの上記凹部および／または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分が、上記第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の表面から深さ方向に、少なくとも上記第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が露出するまで除去されている
ことを特徴とする発光ダイオードである。
【００２３】
第２の発明ならびに後述の第３〜第７の発明において、第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は、第１の発明における第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層および第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に対応するものである。
第２の発明および後述の第３〜第１０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。
【００２４】
第３の発明は、
赤色発光の発光ダイオード、緑色発光の発光ダイオードおよび青色発光の発光ダイオードをそれぞれ少なくとも一つ含むセルがプリント配線基板上に複数個配列した光源セルユニットにおいて、
上記赤色発光の発光ダイオード、上記緑色発光の発光ダイオードおよび上記青色発光の発光ダイオードのうちの少なくとも一つの発光ダイオードが、
一主面に複数の凸部を有する基板と、
上記基板上に、上記基板の凹部に空隙を形成しないで成長された第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上の第１の導電型の第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、活性層および第２の導電型の第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層とを有し、
上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層において、上記凹部の底面との界面から上記一主面に対して垂直方向に発生した転位が、上記凹部の底面を底辺とする三角形状部の斜面またはその近傍に到達し、そこから上記一主面に平行な方向に屈曲しており、
上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記活性層および上記第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のうちの上記凹部および／または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分が、上記第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の表面から深さ方向に、少なくとも上記第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が露出するまで除去されているものである
ことを特徴とするものである。
【００２５】
第４の発明は、
赤色発光の発光ダイオード、緑色発光の発光ダイオードおよび青色発光の発光ダイオードをそれぞれ複数個配列した発光ダイオードバックライトにおいて、
上記赤色発光の発光ダイオード、上記緑色発光の発光ダイオードおよび上記青色発光の発光ダイオードのうちの少なくとも一つの発光ダイオードが、
一主面に複数の凸部を有する基板と、
上記基板上に、上記基板の凹部に空隙を形成しないで成長された第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上の第１の導電型の第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、活性層および第２の導電型の第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層とを有し、
上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層において、上記凹部の底面との界面から上記一主面に対して垂直方向に発生した転位が、上記凹部の底面を底辺とする三角形状部の斜面またはその近傍に到達し、そこから上記一主面に平行な方向に屈曲しており、
上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記活性層および上記第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のうちの上記凹部および／または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分が、上記第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の表面から深さ方向に、少なくとも上記第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が露出するまで除去されているものである
ことを特徴とするものである。
【００２６】
第５の発明は、
赤色発光の発光ダイオード、緑色発光の発光ダイオードおよび青色発光の発光ダイオードをそれぞれ複数個配列した発光ダイオード照明装置において、
上記赤色発光の発光ダイオード、上記緑色発光の発光ダイオードおよび上記青色発光の発光ダイオードのうちの少なくとも一つの発光ダイオードが、
一主面に複数の凸部を有する基板と、
上記基板上に、上記基板の凹部に空隙を形成しないで成長された第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上の第１の導電型の第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、活性層および第２の導電型の第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層とを有し、
上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層において、上記凹部の底面との界面から上記一主面に対して垂直方向に発生した転位が、上記凹部の底面を底辺とする三角形状部の斜面またはその近傍に到達し、そこから上記一主面に平行な方向に屈曲しており、
上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記活性層および上記第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のうちの上記凹部および／または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分が、上記第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の表面から深さ方向に、少なくとも上記第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が露出するまで除去されているものである
ことを特徴とするものである。
【００２７】
第６の発明は、
赤色発光の発光ダイオード、緑色発光の発光ダイオードおよび青色発光の発光ダイオードをそれぞれ複数個配列した発光ダイオードディスプレイにおいて、
上記赤色発光の発光ダイオード、上記緑色発光の発光ダイオードおよび上記青色発光の発光ダイオードのうちの少なくとも一つの発光ダイオードが、
一主面に複数の凸部を有する基板と、
上記基板上に、上記基板の凹部に空隙を形成しないで成長された第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上の第１の導電型の第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、活性層および第２の導電型の第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層とを有し、
上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層において、上記凹部の底面との界面から上記一主面に対して垂直方向に発生した転位が、上記凹部の底面を底辺とする三角形状部の斜面またはその近傍に到達し、そこから上記一主面に平行な方向に屈曲しており、
上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記活性層および上記第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のうちの上記凹部および／または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分が、上記第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の表面から深さ方向に、少なくとも上記第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が露出するまで除去されているものである
ことを特徴とするものである。
第３〜第６の発明において、赤色発光の発光ダイオードとしては、例えば、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体を用いたものを用いることもできる。
【００２８】
第７の発明は、
一つまたは複数の発光ダイオードを有する電子機器において、
少なくとも一つの上記発光ダイオードが、
一主面に複数の凸部を有する基板と、
上記基板上に、上記基板の凹部に空隙を形成しないで成長された第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上の第１の導電型の第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、活性層および第２の導電型の第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層とを有し、
上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層において、上記凹部の底面との界面から上記一主面に対して垂直方向に発生した転位が、上記凹部の底面を底辺とする三角形状部の斜面またはその近傍に到達し、そこから上記一主面に平行な方向に屈曲しており、
上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記活性層および上記第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のうちの上記凹部および／または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分が、上記第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の表面から深さ方向に、少なくとも上記第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が露出するまで除去されているものである
ことを特徴とするものである。
【００２９】
第７の発明において、電子機器は、発光ダイオードバックライト（液晶ディスプレイのバックライトなど）、発光ダイオード照明装置、発光ダイオードディスプレイなど、さらには発光ダイオードを光源とするプロジェクタあるいはリアプロジェクションテレビ、グレーティングライトバルブ（ＧＬＶ）などを含むが、一般的には、表示、照明、光通信、光伝送やその他の目的で少なくとも一つの発光ダイオードを有するものであれば、基本的にはどのようなものであってもよく、携帯型のものと据え置き型のものとの双方を含むが、上記以外の具体例を挙げると、携帯電話、モバイル機器、ロボット、パーソナルコンピュータ、車載機器、各種家庭電気製品、発光ダイオード光通信装置、発光ダイオード光伝送装置、電子鍵などのポータブルセキュリティー機器などである。電子機器にはまた、遠赤外波長帯域、赤外波長帯域、赤色波長帯域、黄色波長帯域、緑色波長帯域、青色波長帯域、紫色波長帯域、紫外波長帯域などのうちの互いに異なる波長帯域の光を放出する二種類以上の発光ダイオードを組み合わせたものも含まれる。特に、発光ダイオード照明装置では、赤色波長帯域、黄色波長帯域、緑色波長帯域、青色波長帯域、紫色波長帯域などのうちの互いに異なる波長帯域の可視光を放出する二種類以上の発光ダイオードを組み合わせ、これらの発光ダイオードから放出される二種類以上の光を混合して自然光あるいは白色光を得ることができる。また、青色波長帯域、紫色波長帯域、紫外波長帯域などのうちの少なくとも一つの波長帯域の光を放出する発光ダイオードを光源として用い、この発光ダイオードから放出される光を蛍光体に照射して励起することにより得られる光を混合して自然光あるいは白色光を得ることができる。また、これらの互いに異なる波長帯域の可視光を放出する発光ダイオードを例えば、セル単位、カルテット単位、クラスター単位なる集合単位（厳密には、これらの単位に１単位に含まれる発光ダイオードの数は定義されておらず、同一波長または異なる波長の光を放出する複数の発光ダイオードで同一集団を複数形成し、これらを配線基板、配線パッケージ、配線筐体壁などに搭載する場合の１集合単位名称。）にまとめ、具体的には、例えば、三つの発光ダイオード（例えば、赤色発光の発光ダイオードを一つ、緑色発光の発光ダイオードを一つ、青色発光の発光ダイオードを一つ）からなる単位、または四つの発光ダイオード（例えば、赤色発光の発光ダイオードを一つ、緑色発光の発光ダイオードを二つ、青色発光の発光ダイオードを一つ）からなる単位、または五つ以上の発光ダイオードからなる単位などにまとめ、各単位を基板上または板上、あるいは筐体板上に二次元アレイ状や一列または複数列に搭載するようにしてもよい。
【００３０】
第８の発明は、
一主面に複数の凸部を有する基板を用い、当該基板の凹部に、その底面を底辺とする三角形状の断面形状となる状態を経て第１の層を成長させる工程と、
上記第１の層から上記基板上に第２の層を横方向成長させる工程と、
上記第２の層上に少なくとも活性層を含む第３の層を成長させる工程と、
上記第１の層、上記第２の層および上記第３の層のうちの上記凹部および互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分を、上記第３の層の表面から深さ方向に、少なくとも上記活性層の下地層が露出するまで除去する工程と
を有することを特徴とする電子装置の製造方法である。
【００３１】
第９の発明は、
一主面に複数の凸部を有する基板と、
上記基板上に、上記基板の凹部に空隙を形成しないで成長された第４の層と、
上記第４の層上に成長された少なくとも活性層を含む第３の層とを有し、
上記第４の層において、上記凹部の底面との界面から上記一主面に対して垂直方向に発生した転位が、上記凹部の底面を底辺とする三角形状部の斜面またはその近傍に到達し、そこから上記一主面に平行な方向に屈曲しており、
上記第４の層および上記第３の層のうちの上記凹部および／または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分が、上記第３の層の表面から深さ方向に、少なくとも上記活性層の下地層が露出するまで除去されている
ことを特徴とする電子装置である。
第９の発明において、第４の層は、第８の発明における第１の層および第２の層に対応するものである。
【００３２】
第８および第９の発明において、第１〜第４の層は、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のほか、ウルツ鉱型（wurtzit)構造、より一般的には六方晶系の結晶構造を有する他の半導体、例えばＺｎＯ、α−ＺｎＳ、α−ＣｄＳ、α−ＣｄＳｅなど、さらにはＣｒＮ（１１１）などの他の結晶構造を有する各種の半導体からなるものであってもよい。これらの半導体を用いた半導体装置には、一般的な発光ダイオード、サブバンド間遷移発光型（量子カスケード型）発光ダイオード、通常の半導体レーザ、サブバンド間遷移発光型（量子カスケード型）半導体レーザのような発光素子のほか、フォトダイオードなどの受光素子あるいはセンサ、太陽電池、さらには高電子移動度トランジスタなどの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）やヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）などのバイポーラトランジスタのようなトランジスタに代表される電子走行素子が含まれる。ここで、活性層とは、半導体発光素子においては発光領域、半導体受光素子においては受光領域、電子走行素子においては電子が走行する領域を意味する。同一基板またはチップ上にこれらの素子が１個または複数個形成される。これらの素子は必要に応じて独立的に駆動されるように構成される。同一基板上に発光素子と電子走行素子とを集積化することにより光電子集積回路（ＯＥＩＣ）を構成することが可能である。必要に応じて、光配線を形成することも可能である。少なくとも一つの発光素子（発光ダイオードあるいは半導体レーザ）の点滅を用いて明かりの供給による照明通信あるいは光通信を行うこともできる。この場合、異なる波長帯域の光を複数用いて照明通信あるいは光通信を行ってもよい。
【００３３】
電子装置は、上記の半導体装置（発光素子、受光素子、電子走行素子など）のほかに、圧電装置、焦電装置、光学装置（非線形光学結晶を用いる第２次高調波発生素子など）、誘電体装置（強誘電体素子を含む）、超伝導装置なども含む。この場合、第１〜第４の層の材料は、半導体装置では上記のような各種の半導体を用いることができ、圧電装置、焦電装置、光学装置、誘電体装置、超伝導装置などでは、六方晶系の結晶構造を有する酸化物などの各種の材料を用いることができる。
電子装置として発光ダイオードあるいは半導体レーザを含むものを用いることにより、発光ダイオードバックライト、発光ダイオード照明装置、発光ダイオードディスプレイなど、さらには発光ダイオードあるいは半導体レーザを光源とするプロジェクタあるいはリアプロジェクションテレビ、グレーティングライトバルブなどの電子機器を構成することができる。
第８および第９の発明についても第１〜第７の発明と同様な応用が可能である。
【００３４】
第１０の発明は、
一主面に成長マスクを有する基板を用い、当該基板の上記成長マスクの開口部からなる凹部から上記成長マスク上に第５の層を横方向成長させる工程と、
上記第５の層上に少なくとも活性層を含む第３の層を成長させる工程と、
上記第５の層および上記第３の層のうちの上記凹部および／または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分を、上記第３の層の表面から深さ方向に、上記基板が露出するまで除去する工程と、
残された上記成長マスクをエッチング除去することにより上記第５の層および上記第３の層を上記基板から剥離する工程と
を有することを特徴とする電子装置の製造方法である。
【００３５】
第１０の発明においても、第５の層には、成長マスクの開口部からなる凹部からの横方向成長の初期にこの凹部に対応する部分に貫通転位が発生するとともに、成長マスクの上の部分の第５の層の会合部に貫通転位が集中する。そして、これらの貫通転位が上層の第３の層に伝播する。このため、第５の層および第３の層のうちの凹部に対応する部分および／または凹部の間の中央部に対応する部分を、第３の層の表面から深さ方向に、基板が露出するまで除去することにより、この貫通転位をほとんど除去することができる。
第１０の発明についても第１〜第７の発明と同様な応用が可能である。
【００３６】
上述のように構成されたこの発明においては、基板の凹部の底面から第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長を開始し、途中でこの底面を底辺とする三角形状の断面形状となる状態を経て第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させることによりこの凹部を隙間なく埋めることができる。そして、こうして成長された第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層から第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を横方向成長させる。このとき、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層では、基板の凹部の底面との界面から基板の一主面に対して垂直方向に転位が発生し、この転位が第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の斜面またはその近傍に到達し、第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長に伴い、この転位はそこから基板の一主面に平行な方向に屈曲する。第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を十分に厚く成長させた時点で、この基板の一主面に平行な転位の上の部分は転位密度が極めて少ない領域となる。この第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のうちの凹部に対応する部分および／または互いに隣接する凹部の間の中央部に対応する部分には貫通転位が発生するが、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、活性層および第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のうちの凹部および／または互いに隣接する凹部の間の中央部に対応する部分を、少なくとも第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が露出するまで除去することにより、少なくとも活性層およびその上層の貫通転位を除去することができる。また、この方法では、第１〜第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を一回のエピタキシャル成長により成長させることができる。
より一般的には、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を第１の層、第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を第２の層、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、活性層および第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を第３の層と読み替えて上記と同様なことが成立する。
【発明の効果】
【００３７】
この発明によれば、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層および第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と基板との間に隙間が形成されないことにより、光の取り出し効率を大幅に向上させることができ、また、第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の結晶性が良好となるため、その上に成長させる第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、活性層および第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の結晶性も大幅に向上し、これに加えて貫通転位の除去により非発光中心を大幅に減少させることができることから、発光効率が極めて高い発光ダイオードを得ることができる。しかも、一回のエピタキシャル成長により発光ダイオードを製造することができるため、低コストである。そして、この発光効率が高い発光ダイオードを用いて高性能の光源セルユニット、発光ダイオードバックライト、発光ダイオード照明装置、発光ダイオードディスプレイ、発光ダイオード光通信装置、光空間伝送装置、各種の電子機器などを実現することができる。
より一般的には、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を第１の層、第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を第２の層、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、活性層および第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を第３の層と読み替えて上記と同様な効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
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６はこの発明の第１の実施形態による発光ダイオードの製造方法を工程順に示す。この発光ダイオードは、ＧａＮなどの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いたものである。
【００３９】
この第１の実施形態においては、図１Ａに示すように、まず、平坦な一主面を有し、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なる材料からなる基板１１を用意し、この基板１１上に断面形状が二等辺三角形状の凸部１２を所定の平面形状で周期的に形成する。凸部１２の間には逆台形状の断面形状を有する凹部１３が形成される。この基板１１としては、例えばすでに述べたものを用いることができるが、具体的には、例えばサファイア基板であり、その主面は例えばｃ面である。凸部１２および凹部１３の平面形状はすでに述べた各種の平面形状とすることができるが、例えば、図７に示すように、凸部１２および凹部１３とも一方向に延在するストライプ形状を有する場合や、図８に示すように、凸部１２が六角形の平面形状を有し、これを蜂の巣状に二次元配列した場合などである。典型的には、図７における点線の方向（ストライプに直交する方向）が後述の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５のａ軸と平行となり、図８における点線の方向（最隣接の凸部１２間を結ぶ方向）が、後述の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５のｍ軸と平行となるようにする。例えば、基板１１がサファイア基板である場合、図７におけるストライプ形状の凸部１２および凹部１３の延在方向はサファイア基板の〈１−１００〉方向であり、図８における凹部１３の延在方向は同じくサファイア基板の〈１−１００〉方向である。これらの延在方向はサファイア基板の〈１１−２０〉方向であってもよい。凸部１２の材料としてはすでに述べたものを用いることができるが、加工の容易さなどの観点から、好適には例えばＳｉＯ2 、ＳｉＮ（Ｓｉ3 Ｎ4 だけでなく、プラズマＣＶＤ法などにより成膜される組成の異なるものも含む）、ＣｒＮ、ＳｉＯＮ、ＣｒＯＮなどが用いられる。
【００４０】
基板１１上に断面形状が二等辺三角形状の凸部１２を形成するためには、従来公知の方法を用いることができる。例えば、ＣＶＤ法、真空蒸着法、スパッタリング法などにより基板１１の全面に凸部１２の材料となる膜（例えば、ＳｉＮ膜、ＳｉＯ2 膜など）を形成する。次に、この膜上に所定形状のレジストパターンをリソグラフィーにより形成する。次に、ＲＩＥ法などにより、テーパーエッチングが行われる条件で、このレジストパターンをマスクとしてこの膜をエッチングすることにより、断面形状が二等辺三角形状の凸部１２が形成される。
【００４１】
次に、サーマルクリーニングなどを行うことによりこの基板１１および凸部１２の表面を清浄化した後、この基板１１上に従来公知の方法により例えば５５０℃程度の成長温度で例えばＧａＮバッファ層、ＡｌＮバッファ層、ＣｒＮバッファ層、ＣｒドープＧａＮバッファ層あるいはＣｒドープＡｌＮバッファ層（図示せず）を成長させる。次に、例えばＭＯＣＶＤ法により窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のエピタキシャル成長を行う。この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は例えばＧａＮである。このとき、図１Ｂに示すように、まず凹部１３の底面から成長を開始させ、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる微小核１４を複数生成させる。次に、図１Ｃに示すように、微小核１４の成長および合体の過程を経て、凹部１３の底面を底辺とし、基板１１の主面に対して傾斜したファセットを斜面に有する二等辺三角形状の断面形状となるように窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５を成長させる。この例では、この二等辺三角形状の断面形状の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の高さは凸部１２の高さより大きい。例えば、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の延在方向はその〈１−１００〉方向であり、その斜面のファセットは（１−１０１）面である。この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５は、アンドープであっても、ｎ型不純物またはｐ型不純物をドープしてもよい。この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の成長条件については後述する。窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の延在方向はその〈１１−２０〉方向であってもよい。
【００４２】
引き続いて、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の成長をその斜面のファセット面方位を維持しながら行うことにより、図２Ａに示すように、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の両端部が凸部１２の側面の下部まで成長して断面形状が五角形状となる状態とする。
次に、成長条件を横方向成長が支配的となる条件に設定して成長を続けると、図２Ｂに示すように、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５は、矢印で示すように横方向成長して断面形状が六角形状となる状態で凸部１２の上に広がって行く。図２Ｂ中、点線は成長途中の成長界面を示す（以下同様）。
さらに横方向成長を続けると、図２Ｃに示すように、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５はその厚さを増しながら成長し、遂には隣接する凹部１３から成長した窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５同士が凸部１２上で接触し、会合する。
引き続いて、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５をその表面が基板１１の主面と平行な平坦面となるまで横方向成長させる。こうして成長された窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５は、凹部１３の上の部分の転位密度が極めて低くなる。
なお、場合によっては、図１Ｃに示す状態から、図２Ａに示す状態を経ないで、図２Ｂに示す状態に直接移ることも可能である。
【００４３】
次に、図３に示すように、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５上に、例えばＭＯＣＶＤ法により、ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた活性層１７およびｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８を順次エピタキシャル成長させる。この場合、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５はｎ型であるとする。これらの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５、ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６、活性層１７およびｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８においては、凸部１２の中央部近傍、すなわち互いに隣接する凹部１３から成長する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５同士の会合部では貫通転位１９が高密度（例えば、１０8 ／ｃｍ2 程度以上）に発生し、凹部１３の上の部分でも低密度ではあるが貫通転位１９が発生し、その他の部分は低転位密度となっている。例えば、凹部１３の深さｄ＝１μｍ、底面の幅Ｗg ＝２μｍの場合、この低転位密度の部分の転位密度は６×１０7 ／ｃｍ2 であり、凹凸加工を施した基板１１を用いない場合に比べて１〜２桁転位密度が低減される。凹部１３の側壁に対して垂直方向への転位の発生は一切起きない。図９に、凸部１２が図７に示す平面形状を有する場合の貫通転位１９の分布を示す。また、図１０に、凸部１２が図８に示す平面形状を有する場合の貫通転位１９の分布を示す。
【００４４】
次に、こうして窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させた基板１１をＭＯＣＶＤ装置から取り出す。
次に、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８上にリソグラフィーにより、貫通転位１９を含む所定部分に対応する部分が開口した所定形状のレジストパターン（図示せず）を形成した後、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ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６の厚さ方向の途中の深さまでエッチングする。このエッチングにより、図４に示すように、溝２０が形成され、この溝２０の部分にあった貫通転位１９が除去される。
次に、図５に示すように、こうして形成された溝２０の内部を例えばＳｉＯ2 などの絶縁材料２１により埋め込み、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８の表面の全体を平坦化する。
次に、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８上にｐ側電極２２を形成する。基板１１を通して外部に光を取り出す場合、ｐ側電極２２の材料としては、例えば、高反射率を有するオーミック金属を用いるのが好ましい。
【００４５】
この後、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８のｐ型不純物を活性化するために、例えばＮ2 とＯ2 との混合ガス（組成は例えばＮ2 が９９％、Ｏ2 が１％）の雰囲気中において５５０〜７５０℃（例えば、６５０℃）あるいは５８０〜６２０℃（例えば、６００℃）の温度で熱処理を行う。ここで、例えば、Ｎ2 にＯ2 を混合することで活性化が起きやすくなる。また、例えば、Ｏ、Ｎと同様に電気陰性度の高いＦ、Ｃｌなどの原料としてハロゲン化窒素（ＮＦ3 、ＮＣｌ3 など）をＮ2 またはＮ2 とＯ2 との混合ガス雰囲気に混合するようにしてもよい。この熱処理の時間は例えば５分〜２時間あるいは４０分〜２時間、一般的には１０〜６０分程度である。熱処理の温度を比較的低くするのは、熱処理時の活性層１７などの劣化を防止するためである。なお、この熱処理は、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８をエピタキシャル成長させた後、ｐ側電極２２を形成する前に行ってもよい。
次に、図６に示すように、ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６、活性層１７およびｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８を、例えばＲＩＥ法、粉末ブラスト法、サンドブラスト法などにより所定形状にパターニングし、メサ部２３を形成する。
【００４６】
次に、このメサ部２３に隣接する部分のｎ型の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５上にｎ側電極２４を形成する。
次に、必要に応じて、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１１をその裏面側から研削やラッピングすることにより厚さを減少させた後、この基板１１のスクライビングを行い、バーを形成する。この後、このバーのスクライビングを行うことでチップ化する。
以上により、目的とする発光ダイオードが製造される。
凸部１２が一方向に延在するストライプ形状を有する場合におけるｐ側電極２２およびｎ側電極２４の平面形状の一例を図１１に示す。
【００４７】
上記の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長原料は、例えば、Ｇａの原料としてはトリエチルガリウム（（Ｃ2 Ｈ5 ）3 Ｇａ、ＴＥＧ）また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エチルインジウム（（Ｃ2 Ｈ5 ）3 Ｉｎ、ＴＥＩ）またはトリメチルインジウム（（ＣＨ3 ）3 Ｉｎ、ＴＭＩ）を、Ｎの原料としてはアンモニア（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 ）あるいはジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）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）、ビス（エチルシクロペンタジエニル）マグネシウム（（Ｃ2 Ｈ5 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。また、上記の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長時のキャリアガス雰囲気としては、例えば、Ｈ2 ガスが用いられる。
【００４８】
この発光ダイオードの具体的な構造例について説明する。すなわち、例えば、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５がｎ型ＧａＮ層、ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６が、下から順に、ｎ型ＧａＮ層およびｎ型ＧａＩｎＮ層、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８が下から順に、ｐ型ＡｌＩｎＮ層、ｐ型ＧａＮ層およびｐ型ＧａＩｎＮ層である。活性層１７は例えばＧａＩｎＮ系の多重量子井戸（ＭＱＷ）構造（例えば、ＧａＩｎＮ量子井戸層とＧａＮ障壁層とを交互に積層したもの）を有し、この活性層１７のＩｎ組成は発光ダイオードの発光波長に応じて選ばれ、例えば発光波長４０５ｎｍでは〜１１％、４５０ｎｍでは〜１８％、５２０ｎｍでは〜２４％である。ｐ側電極２２の材料としては、例えばＡｇやＰｄ／Ａｇなどを用い、あるいは必要に応じてこれに加えてＴｉ、Ｗ、Ｃｒ、ＷＮ、ＣｒＮなどからなるバリアメタルを用いる。ｎ側電極２４としては、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ構造のものを用いる。
【００４９】
こうして得られた図６に示す発光ダイオードにおいては、ｐ側電極２２とｎ側電極２４との間に順方向電圧を印加して電流を流すことにより発光を行わせ、例えば、基板１１を通して外部に光を取り出す。活性層１７のＩｎ組成の選定により、赤色〜紫外の発光、取り分け青色発光、緑色発光または赤色発光を得ることができる。この場合、活性層１７から発生した光のうち、基板１１に向かう光は、基板１１とその凹部１３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５との界面で屈折した後、基板１１を通って外部に出て行き、活性層１７から発生した光のうち、ｐ側電極２２に向かう光は、このｐ側電極２２で反射されて基板１１に向かい、基板１１を通って外部に出て行く。
【００５０】
この第１の実施形態においては、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の貫通転位密度を最小化するために、凹部１３の底面の幅Ｗg 、凹部１３の深さ、すなわち凸部１２の高さｄ、および、図１Ｃに示す状態の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の斜面と基板１１の主面とのなす角度αが下記の式を満たすように決められている（図１２参照）。
２ｄ≧Ｗg ｔａｎα
例えば、Ｗg ＝２．１μｍ、α＝５９°の場合にはｄ≧１．７５μｍ、Ｗg ＝２μｍ、α＝５９°の場合にはｄ≧１．６６μｍ、Ｗg ＝１．５μｍ、α＝５９°の場合にはｄ≧１．２４５μｍ、Ｗg ＝１．２μｍ、α＝５９°の場合にはｄ≧０．９６６μｍとする。ただし、いずれの場合もｄ＜５μｍとするのが望ましい。
【００５１】
図１ＢおよびＣならびに図２Ａに示す工程における窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の成長時には、成長原料のＶ／ＩＩＩ比を高めに、成長温度を低めに設定するのが好ましい。具体的には、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の成長を１気圧の圧力条件下で行う場合は、成長原料のＶ／ＩＩＩ比を例えば１３０００±２０００の範囲、成長温度を例えば１１００±５０℃の範囲に設定するのが好ましい。成長原料のＶ／ＩＩＩ比については、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の成長をｘ気圧の圧力条件下で行う場合は、流速と圧力との関係を規定するベルヌーイの法則から、圧力の変化量を二乗した分のＶ／ＩＩＩ比、具体的には概ね（１３０００±２０００）×ｘ2 に設定するのが好ましい。例えば、０．９２気圧（７００Ｔｏｒｒ）で成長を行う場合は、成長原料のＶ／ＩＩＩ比を１１０００±１７００の範囲（例えば、１０５３０）に設定するのが好ましい。ｘは一般的には０．０１〜２気圧である。成長温度については、１気圧以下の圧力条件下で成長を行う場合は、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の横方向成長を抑え、凹部１３への窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の選択成長を容易にするため、より低い成長温度に設定するのが好ましい。例えば、０．９２気圧（７００Ｔｏｒｒ）で成長を行う場合は、成長温度を１０５０±５０℃の範囲（例えば、１０５０℃）に設定するのが好ましい。以上のようにすることで、図１ＢおよびＣならびに図２Ａに示すように窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５が成長する。この際、凸部１２上からは窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５は成長を開始しない。成長速度は一般的には０．５〜５．０μｍ／ｈ、好適には３．０μｍ／ｈ程度とする。窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５が例えばＧａＮ層の場合、原料ガスの流量は、例えば、ＴＭＧは２０ＳＣＣＭ、ＮＨ3 は２０ＳＬＭである。一方、図２ＢおよびＣに示す工程における窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の成長（横方向成長）は、成長原料のＶ／ＩＩＩ比を低めに、成長温度を高めに設定する。具体的には、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の成長を１気圧の圧力条件下で行う場合は、成長原料のＶ／ＩＩＩ比を例えば５０００±２０００の範囲、成長温度を例えば１２００±５０℃の範囲に設定する。成長原料のＶ／ＩＩＩ比については、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の成長をｘ気圧の圧力条件下で行う場合は、流速と圧力との関係を規定するベルヌーイの法則から、圧力の変化量を二乗した分のＶ／ＩＩＩ比、具体的には概ね（５０００±２０００）×ｘ2 に設定するのが好ましい。例えば、０．９２気圧（７００Ｔｏｒｒ）で成長を行う場合は、成長原料のＶ／ＩＩＩ比を４２００±１７００の範囲（例えば、４２３２）に設定するのが好ましい。成長温度については、１気圧以下の圧力条件下で成長を行う場合は、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の表面の荒れを防止し、横方向成長を良好に行うため、より低い成長温度に設定するのが好ましい。例えば、０．９２気圧（７００Ｔｏｒｒ）で成長を行う場合は、成長温度を１１５０±５０℃の範囲（例えば、１１１０℃）に設定するのが好ましい。窒化物系ＩＩＩ−Ｖ��化合物半導体層１５が例えばＧａＮ層の場合、原料ガスの流量は、例えば、ＴＭＧは４０ＳＣＣＭ、ＮＨ3 は２０ＳＬＭである。こうすることで、図２ＢおよびＣに示すように窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５が横方向成長する。
【００５２】
図１３に、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の一例としてＧａＮ層の成長時の原料ガスの流れおよび基板１１上での拡散の様子を模式的に示す。この成長において最も重要な点は、成長初期に、基板１１の凸部１２にはＧａＮは成長せず、凹部１３においてＧａＮの成長が開始することである。なお、図１３では凸部１２の断面形状が三角形状であるが、凸部１２の断面形状が台形状であっても、同様に凸部１２にはＧａＮは成長しない。これは、一般に、ＧａＮの成長は、Ｇａ原料としてＴＭＧ、Ｎ原料としてＮＨ3 を用いる場合を考えると
Ｇａ（ＣＨ3 ）3 （ｇ）＋３／２Ｈ2 （ｇ）→Ｇａ（ｇ）＋３ＣＨ4 （ｇ）
ＮＨ3 （ｇ）→（１−α）ＮＨ3 （ｇ）＋α／２Ｎ2 （ｇ）＋３α／２Ｈ2 （ｇ）
Ｇａ（ｇ）＋ＮＨ3 （ｇ）＝ＧａＮ（ｓ）＋３／２Ｈ2 （ｇ）
なる反応式で表現されるように、ＮＨ3 とＧａとが直接反応することで起きる。この際、Ｈ2 ガスが発生するが、このＨ2 ガスは結晶成長とは逆の作用、すなわちエッチング作用をする。図１ＢおよびＣならびに図２Ａに示す工程では、従来の平坦な基板上でのＧａＮの成長では行わない条件、すなわちエッチング作用を高め、成長しにくい条件（Ｖ／ＩＩＩ比を高める）を用いることにより、凸部１２での成長を抑制する。一方、凹部１３の内部では、このエッチング作用が弱まるので、結晶成長が起きる。さらに、従来は、成長結晶表面の平坦性を向上させるため、横方向成長の度合いが高まる条件（より高温）で成長させるが、この第１の実施形態においては、貫通転位を基板１１の主面に平行な方向に屈曲させることにより低減させたり、より早期に凹部１３の内部を窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５で埋めたりする目的で、既に述べたように従来より低温（例えば、１０５０±５０℃）で成長させる。
【００５３】
次に、成長初期からの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の成長様式および転位の伝播の様子について図１４を参照しながら説明する。
成長を開始すると、図１４Ａに示すように、まず凹部１３の底面に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる微小核１４が複数生成する。これらの微小核１４では、基板１１との界面から垂直方向に転位（点線で示す）が伝播し、この転位は微小核１４の側面から抜ける。成長を続けると、図１４Ｂおよび図１４Ｃに示すように、微小核１４の成長および合体の過程を経て窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５が成長する。これらの微小核１４の成長および合体の過程で、基板１１の主面に平行な方向に転位の屈曲が起きる結果、上部に抜ける転位が少なくなる。さらに成長を続けると、図１４Ｄに示すように、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５は、凹部１３の底面を底辺とする二等辺三角形状の断面形状になる。この時点では、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５から上部に抜ける転位は、大幅に減少している。次に、図１４Ｅに示すように、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５を横方向成長させる。この過程では、凹部１３の底面を底辺とする二等辺三角形状の断面形状を有する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の側面に抜けた転位は、凸部１２より低い位置にあるものは基板１１の主面に平行に凸部１２の側面まで延伸し続けて消失し、凸部１２より高い位置にあるものは基板１１の主面に平行に延伸して横方向成長した窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の側面に抜ける。窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の横方向成長をさらに続けると、図１４Ｆに示すように、凸部１２の上でその両側から成長した窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５同士が会合し、やがては窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の表面が基板１１の主面と平行な平坦面となる。窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５中の転位は、凸部１２上で会合したときに上方（基板１１の主面に垂直な方向）に屈曲し、貫通転位となる。
【００５４】
図１５ＡおよびＢを参照して、微小核１４の生成から窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の横方向成長後までの転位の挙動について改めて説明する。図１５ＡおよびＢに示すように、微小核１４の生成、成長および合体の過程で、基板１１との界面から発生した転位は水平方向への屈曲を繰り返して束ねられる（転位（１））。また、こうして水平方向に屈曲した転位が凸部１２の側面に延伸して消失する（転位（２））。さらに、基板１１との界面から発生した転位が一回だけ屈曲して窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の表面に抜けていく（転位（３））。上記の転位が束ねられること、および、水平方向に屈曲した転位が凸部１２の側面に延伸して消失することにより、微小核１４が生成されない場合に比べて、貫通転位が少ない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５を得ることができる。
図１４Ａに示すように凹部１３の底面に微小核１４が生成された状態の断面ＴＥＭ写真を図１６に示す。図１６ＢおよびＣは図１６Ａの楕円で囲んだ部分を拡大した断面ＴＥＭ写真である。図１６より、成長初期に微小核１４が生成されている様子がよく分かる。
【００５５】
次に、成長初期に微小核１４が生成する場合と生成しない場合とで窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５中に発生する転位の挙動がどのように異なるかについて説明する。
図１７Ａ〜Ｃは、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の成長初期に微小核１４が生成しない場合における図１４Ｄ〜Ｆに対応する状態を示す。図１７Ａに示すように、成長初期に微小核１４が生成しない場合には、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５が凹部１３の底面を底辺とする二等辺三角形状の断面形状を有するように成長した時点では凹部１３の底面との界面から上方に延伸した転位のみ存在するが、この転位密度は一般に図１４Ｄの場合に比べて多い。成長を続けると、図１７Ｂに示すように、凹部１３の底面を底辺とする二等辺三角形状の断面形状を有する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の側面に抜けた転位は、凸部１２より低い位置にあるものは基板１１の主面に平行に凸部１２の側面まで延伸し続けて消失し、凸部１２より高い位置にあるものは基板１１の主面に平行に延伸して横方向成長した窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の側面に抜ける。窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の横方向成長をさらに続けると、図１７Ｃに示すように、凸部１２の上でその両側から成長した窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５同士が会合し、やがて窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の表面が基板１１の主面と平行な平坦面となる。窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５中の転位は、凸部１２上で会合したときに上方に屈曲し、貫通転位１９となる。この貫通転位１９の密度は、十分に低いものの、成長初期に凹部１３の底面に微小核１４が生成する場合に比べると高くなる。これは、図１８ＡおよびＢに示すように、微小核１４を生成しない場合には、基板１１との界面から発生する転位は、凹部１３の底面を底辺とする二等辺三角状部の斜面に到達したときに一回だけ水平方向に屈曲するためである。すなわち、この場合には、微小核１４の生成、成長および合体の過程で転位が束ねられる効果が得られない。
【００５６】
図１９に、基板１１の凹凸の深さを変えた場合に、凹凸を形成しないフラットな場合と比べて発光ダイオードから外部への光取り出し効率がどの程度向上するかシミュレーション（レイトレーシング・シミュレーション）を行った結果の一例を示す。光取り出しは基板１１の裏面側から行うものとする。図１９において、横軸は凹部１３の深さ（凸部１２の高さ）、縦軸は凸部１２を形成しなかった場合に対する光取り出し効率ηの向上度（光取り出し倍率）を示す。ただし、凸部１２は一方向に延在するストライプ形状を有し、この凸部１２の側面と基板１１の一主面とのなす角度θは１３５°、凹部１３の底辺の長さＷg ＝２μｍ、凸部１２の底辺の長さ＝３μｍである。基板１１の屈折率は１．７７、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の屈折率は２．３５と仮定した。図１９より、光取り出し倍率は、凹部１３の深さが０．３μｍ以上では１．３５倍以上、０．５μｍ以上２．５μｍ以下では１．５倍以上、０．７μｍ以上２．１５μｍ以下では１．７５倍以上、１μｍ以上１．７５μｍ以下では１．８５倍以上となり、約１．３μｍで最大（約１．９５）となる。
【００５７】
以上のように、この第１の実施形態によれば、基板１１と窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５との間に空隙が形成されないことにより、この空隙に起因する光取り出し効率の低下を防止することができる。また、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の貫通転位は基板１１の凸部１２の中央部近傍に集中し、その他の部分の転位密度は例えば６×１０7 ／ｃｍ2 程度と従来の凹凸加工基板を用いた場合に比べて大幅に低減されるため、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５およびその上に成長される活性層１７などの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の結晶性は大幅に向上し、非発光中心なども大幅に減少する。さらに、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５、ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６、活性層１７およびｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８に発生した貫通転位１９のうちのｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６の厚さ方向の途中の深さまでの部分にあるものを、この部分に溝２０を形成することにより除去しているので、この除去された部分の貫通転位１９およびその近傍の部分に集中して発生した非発光中心を除去することができる。このため、非発光再結合の大幅な低減を図ることができる。これらによって、発光効率が極めて高い窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体系発光ダイオードを得ることができる。
加えて、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体系発光ダイオードの製造に必要なエピタキシャル成長は１回で済み、しかも成長マスクが不要であるだけでなく、基板１１上の凸部１２は基板１１上に凸部１２の材料となる膜、例えばＳｉＯ2 膜、ＳｉＯＮ膜、ＳｉＮ膜、ＣｒＮ膜、ＣｒＯＮ膜などの膜を形成し、これをエッチング、粉末ブラスト法、サンドブラスト法などにより加工するだけで形成することができるので、凹凸加工が困難なサファイア基板などの基板１１の加工が不要であるため、製造工程が簡単であり、低コストで窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体系発光ダイオードを製造することができる。
【００５８】
次に、この発明の第２の実施形態について説明する。
この第２の実施形態においては、第１の実施形態と異なり、ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６、活性層１７およびｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８にメサ部２３を形成しない。そして、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８上のｐ側電極２２まで形成した後、基板１１を除去し、ｎ型の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の裏面を露出させる。そして、図２０に示すように、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の裏面にｎ側電極２４を形成する。
ここで、ｐ側電極２２およびｎ側電極２４を高反射電極あるいは透明電極とすることにより、光の取り出し方向を選択することができる。
また、基板１１を除去することにより発光ダイオードの全体の厚さが極めて小さくなるので、機械的強度の向上を図るため、図２１に示すように、ｐ側電極２２に支持基板２５をその上の金属電極２６を介して貼り付けて接合してもよい。支持基板２５は導電性、非導電性のいずれであってもよく、金属電極２６を介して発光ダイオードに電流を流すことが可能な構造を支持基板２５に持たせればよい。
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。ここで、活性層１７で発生した光は、ｐ側電極２２側およびｎ側電極２４側へ広がるが、基板１１および凸部１２の材料、凸部１２の構成、ｐ側電極２２およびｎ側電極２４として高反射電極あるいは透明電極を使い分けることにより光取り出し方向を制御することが可能である。また、ｐ側電極２２をｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８のほぼ全面に形成し、ｎ側電極２４もｎ型の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５のほぼ全面に形成していることから、発光ダイオードの動作時に、発光効率の低下や信頼性の低下などの要因と懸念されているカレントクラウディング（current crowding）現象が生じるのを防止することができるため、発光ダイオードの発光効率および信頼性の向上を図ることができ、特に発光ダイオードの高出力化の際に有効である。
【００５９】
次に、この発明の第３の実施形態について説明する。
この第３の実施形態においては、図２２Ａに示すように、基板１１上に断面形状が台形状の凸部１２を所定の平面形状で周期的に形成する。凸部１２の間には逆台形状の断面形状を有する凹部１３が形成される。
次に、第１の実施形態と同様にして窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５を成長させる。具体的には、凹部１３の底面上の微小核１４の生成、成長および合体の過程を経て図２２Ｂに示すように、凹部１３の底面を底辺とする二等辺三角形状の断面形状を有する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５を成長させ、さらに横方向成長を経て図２２Ｃに示すように、平坦な表面を有し、貫通転位密度が低い窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５を成長させる。
次に、第１の実施形態と同様に工程を進めて、図２３に示すように、目的とする窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体系発光ダイオードを製造する。
上記以外のことは第１の実施形態と同様である。
この第３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。
【００６０】
図２４〜図２６に、基板１１に凹凸を形成した場合と凹凸を形成しないフラットな場合とで発光ダイオードから外部への光取り出し効率の変化のシミュレーションを行った結果の一例を示す。いずれも光取り出しは基板１１の裏面側から行うものとする。
図２４において、横軸は凸部１２の屈折率、縦軸は凸部１２を形成しなかった場合に対する光取り出し効率ηの向上度（光取り出し倍率）を示す。また、図２４中、▲のデータは凸部１２が図７に示す一次元ストライプ形状の場合（１Ｄ）、●のデータは一次元ストライプ形状の凸部１２を互いに直交して設けることにより得られる二次元配列の場合（２Ｄ）を示す。ただし、凸部１２の側面と基板１１の一主面とのなす角度θは１３５°、凹部１３の底辺の長さＷg ＝２μｍ、凸部１２の底辺の長さ＝３μｍである。基板１１の屈折率は１．７７、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の屈折率は２．３５と仮定した。図２４より、光取り出し倍率は、１Ｄ、２Ｄとも凸部１２の屈折率が１．４のときに最大となり、屈折率が１．２〜１．７の範囲では十分に大きくなること、２Ｄでは１Ｄに比べて光取り出し倍率が大きいことが分かる。
なお、この結果は凸部１２の断面形状が第１の実施形態のように三角形状である場合も同様である。
【００６１】
図２５において、横軸は凸部１２の側面が基板１１の一主面となす角度θ、縦軸は光取り出し倍率を示す。また、図２５中、▲のデータは凸部１２が図７に示す一次元ストライプ形状の場合（１Ｄ）、●のデータは一次元ストライプ形状の凸部１２を互いに直交して設けることにより得られる二次元配列の場合（２Ｄ）を示す。ただし、凹部１３の底辺の長さＷg ＝３μｍ、凸部１２の底辺の長さ＝２μｍである。基板１１の屈折率は１．７７、凸部１２の屈折率は１．４、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の屈折率は２．３５と仮定した。図２５より、光取り出し倍率は、１Ｄ、２Ｄとも凸部１２の側面が基板１１の一主面となす角度θが１００°＜θ＜１６０°の範囲で１．５５倍以上と大きく、１３２°＜θ＜１３９°の範囲では１．７５倍以上と極めて大きく、特にθ＝１３５°で極大となり、あるいは１４７°＜θ＜１５４°の範囲でも１．７５倍以上と極めて大きく、特にθ＝１５２°で極大となること、２Ｄでは１Ｄに比べて光取り出し倍率が大きいことが分かる。
なお、この結果は凸部１２の断面形状が第１の実施形態のように三角形状である場合も同様である。
【００６２】
図２６において、横軸は凹部１３の深さｄ、縦軸は凸部１２を形成しなかった場合に対する光取り出し効率ηの向上度（光取り出し倍率）を示す。凸部１２は図７に示す一次元ストライプ形状を有する。ただし、凹部１３の底辺の長さＷg と凸部１２の底辺の長さとの比は３：２である。基板１１の屈折率は１．７７、凸部１２の屈折率は１．４、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の屈折率は２．３５と仮定した。図２６より、光取り出し倍率は、凹部１３の深さが大きくなるにつれて増加することが分かる。
【００６３】
図２７Ａは、基板１１としてサファイア基板を用い、その上に断面形状が台形状の凸部１２を形成した凹凸基板を用い、その上に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５としてｎ型ＧａＮ層、ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６としてｎ型ＧａＮ層およびｎ型ＧａＩｎＮ層、活性層１７として緑色の発光波長に対応するＩｎ組成のＧａＩｎＮ／ＧａＮ  ＭＱＷ構造、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８としてｐ型ＡｌＩｎＮ層、ｐ型ＧａＮ層およびｐ型ＧａＩｎＮ層を成長させて作製した緑色発光の発光ダイオードのｐ型ＧａＩｎＮ層の表面の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）像（２０μｍ□）の一例を示す。また、図２７Ｂは、通常の平坦なサファイア基板を用いることを除いて上記と同様にして作製した緑色発光の発光ダイオードのｐ型ＧａＩｎＮ層の表面のＡＦＭ像（２０μｍ□）の一例を示す。図２７Ｂに示すように、通常の平坦なサファイア基板を用いた発光ダイオードのｐ型ＧａＩｎＮ層の表面には面内にランダムに、１×１０8 ／ｃｍ2 を超える高密度のピットが分散している。一方、図２７Ａに示すように、凹凸基板を用いた発光ダイオードのｐ型ＧａＩｎＮ層の表面には、ピットが偏在し、凸部１２の中央部の近傍、すなわち互いに隣接する凹部１３から成長するＧａＮ層同士の会合部に対応する部分と考えられる部分のピット密度が１×１０8 ／ｃｍ2 程度と高く、凹部１３に対応する部分と考えられる部分のピット密度が１×１０7 ／ｃｍ2 程度と低く、図２３に示す貫通転位１９の分布と良く一致している。
【００６４】
次に、この発明の第４の実施形態について説明する。
この第４の実施形態においては、図２８に示すように、基板１１上に断面形状が台形状の凸部１２を周期的に形成し、凸部１２の間に逆台形状の断面形状を有する凹部１３を形成することは第３の実施形態と同様であるが、この場合、凸部１２の上面の幅Ｗt は凹部１３の底面の幅Ｗg より十分に大きく選ばれている。そして、この基板１１上に第３の実施形態と同様にして、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５、ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６、活性層１７およびｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８を順次成長させる。
次に、第１の実施形態と同様にして、図２９に示すように、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８上にｐ側電極２２を形成した後、貫通転位１９の部分に溝２０を形成する。
次に、図３０に示すように、各溝２０の底部のｎ型の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５上にｎ側電極２４を形成する。
ここで、ｐ側電極２２を高反射電極あるいは透明電極とすることにより、光の取り出し方向を選択することができる。
この後、第１の実施形態と同様に工程を進めて、目的とする窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体系発光ダイオードを製造する。
この第４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。
【００６５】
次に、この発明の第５の実施形態について説明する。
この第５の実施形態においては、第４の実施形態と同様にして貫通転位１９の部分に溝２０を形成するが、この場合、図３１に示すように、この溝２０は基板１１が露出する深さに形成する。このとき、この溝２０の内壁下部に凸部１２が露出する。この場合、凸部１２の材料としては、後のウエットエッチングの際に容易にエッチング除去することができるように、好適には、非晶質材料が用いられる。
次に、図３２に示すように、別の基板２７の一主面側を基板１１上のｐ側電極２２と接着剤などを介して貼り合わせる。
次に、図３３に示すように、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に対して凸部１２を選択的にエッチングすることができるエッチング液を用いて凸部１２をウエットエッチングして除去することにより、その上の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５、ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６、活性層１７およびｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８を基板１１から剥離する。例えば、凸部１２の材料としてＳｉＯ2 を用いる場合には、エッチング液としてフッ酸系のエッチング液を用いる。
次に、図３４に示すように、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の裏面にｎ側電極２４として例えばＩＴＯなどからなる透明電極を形成する。
【００６６】
単体の発光ダイオードを製造する場合には、この後、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５、ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６、活性層１７およびｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８からなり、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８上にｐ側電極２２が形成され、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５上にｎ側電極２４が形成された各発光ダイオードに分離する。
発光ダイオードアレイを製造する場合には、図３５に示すように、例えば配線基板２８の配線面側を基板１１上のｐ側電極２２とこの配線基板２８の配線とが接続されるように貼り合わせる。次に、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に対して凸部１２を選択的にエッチングすることができるエッチング液を用いて凸部１２をエッチング除去することにより、その上の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５、ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６、活性層１７およびｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８を基板１１から剥離する。次に、図３６に示すように、溝２０に絶縁材料２１を埋め込んだ後、全面にｎ側電極２４として例えばＩＴＯなどからなる透明電極を窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５と接続されるように形成する。
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ほか、次のような利点を得ることもできる。すなわち、ｐ側電極２２をｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８のほぼ全面に形成し、ｎ側電極２４もｎ型の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５のほぼ全面または全面に形成していることから、発光ダイオードの動作時に、発光効率の低下や信頼性の低下などの要因と懸念されているカレントクラウディング現象が生じるのを防止することができるため、発光ダイオードの発光効率および信頼性の向上を図ることができ、特に発光ダイオードの高出力化の際に有効である。また、簡便で低コストのウエットエッチング法により凸部１２をエッチング除去することにより、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５、ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６、活性層１７およびｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８を基板１１から剥離しているので、高価な設備を要し、非生産的な方法であるレーザ剥離を用いる必要がなく、発光ダイオードの製造コストの低減を図ることができる。また、この剥離後の基板１１は、必要に応じて表面研磨などの処理を施した後、再利用することができるので、これによっても発光ダイオードの製造コストの低減を図ることができる。
【００６７】
次に、この発明の第６の実施形態について説明する。
この第６の実施形態においては、図３７に示すように、例えばサファイア基板などの基板１１上に従来公知の方法により例えば５５０℃程度の成長温度で例えばＧａＮバッファ層、ＡｌＮバッファ層、ＣｒＮバッファ層、ＣｒドープＧａＮバッファ層あるいはＣｒドープＡｌＮバッファ層（図示せず）を成長させた後、その上に例えばＭＯＣＶＤ法により例えばＧａＮ層などの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層３１を成長させる。次に、従来公知の横方向エピタキシャル成長（epitaxial lateral overgrowth，ＥＬＯ）法に従い、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層３１上に例えばＳｉＯ2 膜などからなる成長マスク３２を形成し、この成長マスク３２を用いて窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５を横方向成長させる。
【００６８】
次に、第１の実施形態と同様にして、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５上に、例えばＭＯＣＶＤ法により、ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６、活性層１７およびｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８を順次エピタキシャル成長させる。これらの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５、ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６、活性層１７およびｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８においては、成長マスク３２の中央部近傍、すなわち互いに隣接する開口部３２ａから成長する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５同士の会合部に貫通転位１９が発生し、開口部３２ａの上の部分にも貫通転位１９が発生し、その他の部分は低転位密度となっている。
次に、図３８に示すように、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８上にｐ側電極２２を形成した後、第５の実施形態と同様にして貫通転位１９の部分に溝２０を窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層３１が露出する深さに形成する。このとき、この溝２０の内壁下部に成長マスク３２が露出する。
この後、第５の実施形態と同様に工程を進め、単体の発光ダイオードまたは発光ダイオードアレイを製造する。
【００６９】
この第６の実施形態によれば、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の貫通転位は成長マスク３２の中央部および開口部３２ａに対応する部分に集中し、その他の部分の転位密度は低減されるため、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５およびその上に成長される活性層１７などの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の結晶性は大幅に向上し、非発光中心なども減少する。さらに、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５、ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６、活性層１７およびｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８に発生した貫通転位１９を、この部分に溝２０を形成することにより除去しているので、この除去された部分の貫通転位１９およびその近傍の部分に集中して発生した非発光中心を除去することができる。このため、非発光再結合の大幅な低減を図ることができる。これらによって、発光効率が極めて高い窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体系発光ダイオードを得ることができる。
【００７０】
次に、この発明の第７の実施形態について説明する。
この第７の実施形態においては、ｐ側電極２２の形成工程までは第１の実施形態と同様であるが、それ以降の工程が異なる。ここで、このｐ側電極２２においては、好適には、電極材料（例えばＡｇなど）の拡散を防ぐためにＰｄを含有する層を介在させたり、その上に、応力、熱、上層に形成されるＡｕやＳｎを含む層（はんだ層やバンプなど）からのＡｕやＳｎのｐ側電極２２への拡散などによる不良の発生を防止するために例えばＴｉ、Ｗ、Ｃｒあるいはこれらの合金などの高融点金属、あるいはこれらの金属の窒化物（ＴｉＮ、ＷＮ、ＴｉＷＮ、ＣｒＮなど）を形成することにより、粒界のないアモルファス状のバリアメタル層として用いる技術を適用する。
【００７１】
すなわち、この第７の実施形態においては、図３９Ａに示すように、ｐ側電極２２を形成した後、リフト法などにより、このｐ側電極２２を覆うようにＮｉ膜４１を形成する。次に、図示は省略するが、例えば、Ｎｉ膜４１を覆うようにＰｄ膜を形成し、このＰｄ膜を覆うように金属窒化膜、例えばＴｉＮ、ＷＮ、ＴｉＷＮ、ＣｒＮなどの膜を形成し、さらに必要に応じてこの膜を覆うようにＴｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒあるいはそれらの合金などの膜を形成する。ただし、Ｎｉ膜４１を形成せず、その代わりに、ｐ側電極２２を覆うようにＰｄ膜を形成し、このＰｄ膜を覆うようにＴｉＮ、ＷＮ、ＴｉＷＮ、ＣｒＮなどの膜を形成し、さらに必要に応じてこの膜を覆うようにＴｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒあるいはそれらの合金などの膜を形成するようにしてもよい。
次に、図３９Ｂに示すように、リソグラフィーにより、Ｎｉ膜４１およびその上のＰｄ膜などの層を覆う所定形状のレジストパターン４２を形成する。
次に、図３９Ｃに示すように、レジストパターン４２をマスクとして例えばＲＩＥ法によりエッチングすることによりメサ部２３を断面形状が台形になるように形成する。このメサ部２３の斜面と基板１１の主面とのなす角度は例えば３５度程度とする。このメサ部２３の斜面には必要に応じてλ／４誘電体膜（λ：発光波長）を形成する。
【００７２】
次に、図３９Ｄに示すように、ｎ型の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５上にｎ側電極２４を形成する。
次に、図３９Ｅに示すように、基板全面にパッシベーション膜としてＳｉＯ2 膜４３を形成する。下地に対する密着性、耐久性、プロセス上の耐食性を考慮に入れた場合、ＳｉＯ2 膜４３の代わりにＳｉＮ膜あるいＳｉＯＮ膜を用いてもよい。
次に、図３９Ｆに示すように、このＳｉＯ2 膜４３をエッチバックして薄くした後、メサ部２３の斜面のＳｉＯ2 膜４３上に反射膜としてＡｌ膜４４を形成する。このＡｌ膜４４は、活性層１７から発生する光を基板１１側に反射させて光の取り出し効率の向上を図るためのものである。このＡｌ膜４４の一端はｎ側電極２４と接触するように形成する。これは、Ａｌ膜４４とｎ側電極２４との間に隙間をつくらないようにすることで光の反射を増すためである。この後、ＳｉＯ2 膜４３を再度形成してパッシベーション膜として必要な厚さにする。
【００７３】
次に、図３９Ｇに示すように、ＳｉＯ2 膜４３のうちのＮｉ膜４１およびｎ側電極２４の上方の部分をエッチング除去して開口４５、４６を形成し、これらの部分にＮｉ膜４１およびｎ側電極２４を露出させる。
次に、図３９Ｈに示すように、開口４５の部分のＮｉ膜４１上にパッド電極４７を形成するとともに、開口４６の部分のｎ側電極２４上にパッド電極４８を形成する。
次に、図３９Ｉに示すように、基板全面にバンプマスク材４９を形成した後、このバンプマスク材４９のうちのパッド電極４８の上方の部分をエッチング除去して開口５０を形成し、この部分にパッド電極４８を露出させる。
【００７４】
次に、図３９Ｊに示すように、バンプマスク材４９を用いてパッド電極４８上にＡｕバンプ５１を形成する。次に、バンプマスク材４９を除去する。次に、基板全面に再度バンプマスク材（図示せず）を形成した後、このバンプマスク材のうちのパッド電極４７の上方の部分をエッチング除去して開口を形成し、この部分にパッド電極４７を露出させる。次に、パッド電極４７上にＡｕバンプ５２を形成する。
次に、必要に応じて、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１１をその裏面側から研削やラッピングすることにより厚さを減少させた後、この基板１１のスクライビングを行い、バーを形成する。この後、このバーのスクライビングを行うことでチップ化する。
【００７５】
次に、この発明の第８の実施形態について説明する。
この第８の実施形態においては、第１の実施形態による方法により得られる青色発光の発光ダイオードおよび緑色発光の発光ダイオードに加え、別途用意する赤色発光の発光ダイオード（例えば、ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオード）を用いて発光ダイオードバックライトを製造する場合について説明する。
第１の実施形態による方法により基板１１上に青色発光の発光ダイオード構造を形成し、さらにｐ側電極２２およびｎ側電極２４上にそれぞれバンプ（図示せず）を形成した後、これをチップ化することによりフリップチップの形で青色発光の発光ダイオードを得る。同様にして、緑色発光の発光ダイオードをフリップチップの形で得る。一方、赤色発光の発光ダイオードとしては、ｎ型ＧａＡｓ基板上にＡｌＧａＩｎＰ系半導体層を積層してダイオード構造を形成し、その上部にｐ側電極を形成する工程を経る、ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードをチップの形で用いるものとする。
【００７６】
そして、これらの赤色発光の発光ダイオードチップ、緑色発光の発光ダイオードチップおよび青色発光の発光ダイオードチップをそれぞれＡｌＮなどからなるサブマウント上にマウントした後、これをサブマウントを下にして例えばＡｌ基板などの基板上に所定の配置でマウントする。この状態を図４０Ａに示す。図４０Ａ中、符号６１は基板、６２はサブマウント、６３は赤色発光の発光ダイオードチップ、６４は緑色発光の発光ダイオードチップ、６５は青色発光のダイオードチップを示す。これらの赤色発光の発光ダイオードチップ６３、緑色発光の発光ダイオードチップ６４および青色発光の発光ダイオードチップ６５のチップサイズは例えば３５０μｍ角である。ここで、赤色発光の発光ダイオードチップ６３はそのｎ側電極がサブマウント６２上に来るようにマウントし、緑色発光の発光ダイオードチップ６４および青色発光の発光ダイオードチップ６５はそのｐ側電極およびｎ側電極が、バンプを介してサブマウント６２上に来るようにする。赤色発光の発光ダイオードチップ６３がマウントされているサブマウント６２上にはｎ側電極用の引き出し電極（図示せず）が所定のパターン形状に形成されており、この引き出し電極上の所定部分に赤色発光の発光ダイオードチップ６３のｎ側電極側がマウントされている。そして、この赤色発光の発光ダイオードチップ６３のｐ側電極と、基板６１上に設けられた所定のパッド電極６６とにこれらを接続するようにワイヤ６７がボンディングされているとともに、上記の引き出し電極の一端と基板６１上に設けられた別のパッド電極とにこれらを接続するようにワイヤ（図示せず）がボンディングされている。緑色発光の発光ダイオードチップ６４がマウントされているサブマウント６２上には、ｐ側電極用の引き出し電極およびｎ側電極用の引き出し電極（いずれも図示せず）がそれぞれ所定のパターン形状に形成されており、これらのｐ側電極用の引き出し電極およびｎ側電極用の引き出し電極上の所定部分に、緑色発光の発光ダイオードチップ６４のｐ側電極およびｎ側電極側がそれらの上に形成されたバンプを介してそれぞれマウントされている。そして、この緑色発光の発光ダイオードチップ６４のｐ側電極用の引き出し電極の一端と、基板６１上に設けられたパッド電極とにこれらを接続するようにワイヤ（図示せず）がボンディングされているとともに、そのｎ側電極用の引き出し電極の一端と、基板６１上に設けられたパッド電極とにこれらを接続するようにワイヤ（図示せず）がボンディングされている。青色発光の発光ダイオードチップ６５も同様である。
ただし、サブマウント６２を省略して、赤色発光の発光ダイオードチップ６３、緑色発光の発光ダイオードチップ６４および青色発光の発光ダイオードチップ６５を直接、放熱性を有する任意のプリント配線基板あるいは、プリント配線基板の機能を有する板、筐体の内外壁（例えば、シャーシの内壁など）にダイレクトマウントすることも可能であり、こうすることで発光ダイオードバックライトあるいはパネル全体の低コスト化を図ることができる。
【００７７】
上述のような赤色発光の発光ダイオードチップ６３、緑色発光の発光ダイオードチップ６４および青色発光の発光ダイオードチップ６５を一単位（セル）とし、これを基板６１上に所定のパターンで必要な数配置する。その一例を図４１に示す。次に、図４０Ｂに示すように、この一単位を覆うように透明樹脂６８のポッティングを行う。この後、透明樹脂６８のキュア処理を行う。このキュア処理により透明樹脂６８は固化し、それに伴い少し縮小する（図４０Ｃ）。こうして、図４２に示すように、赤色発光の発光ダイオードチップ６３、緑色発光の発光ダイオードチップ６４および青色発光の発光ダイオードチップ６５を一単位としたものが基板６１上にアレイ状に配列された発光ダイオードバックライトが得られる。この場合、透明樹脂６８は緑色発光の発光ダイオードチップ６４および青色発光の発光ダイオードチップ６５の基板１１の裏面と接触しているため、この基板１１の裏面が空気と直接接触している場合に比べて屈折率差が小さくなり、したがってこの基板１１を透過して外部に出ようとする光がこの基板１１の裏面で反射される割合が減少し、それによって光取り出し効率が向上することで発光効率が向上する。
この発光ダイオードバックライトは、例えば液晶パネルのバックライトに用いて好適なものである。
【００７８】
次に、この発明の第９の実施形態について説明する。
この第９の実施形態においては、第８の実施形態と同様にして、赤色発光の発光ダイオードチップ６３、緑色発光の発光ダイオードチップ６４および青色発光の発光ダイオードチップ６５を基板６１上に所定のパターンで必要な数配置した後、図４３に示すように、赤色発光の発光ダイオードチップ６３を覆うようにこの発光ダイオードチップ６３に適した透明樹脂６９のポッティングを行い、緑色発光の発光ダイオードチップ６４を覆うようにこの発光ダイオードチップ６４に適した透明樹脂７０のポッティングを行い、青色発光の発光ダイオードチップ６５を覆うようにこの発光ダイオードチップ６５に適した透明樹脂７１のポッティングを行う。この後、透明樹脂６９〜７１のキュア処理を行う。このキュア処理により透明樹脂６９〜７１は固化し、それに伴い少し縮小する。こうして、赤色発光の発光ダイオードチップ６３、緑色発光の発光ダイオードチップ６４および青色発光の発光ダイオードチップ６５を一単位としたものが基板６１上にアレイ状に配列された発光ダイオードバックライトが得られる。この場合、透明樹脂７０、７１はそれぞれ緑色発光の発光ダイオードチップ６４および青色発光の発光ダイオードチップ６５の基板１１の裏面と接触しているため、この基板１１の裏面が空気と直接接触している場合に比べて屈折率差が小さくなり、したがってこの基板１１を透過して外部に出ようとする光がこの基板１１の裏面で反射される割合が減少し、それによって光取り出し効率が向上することで発光効率が向上する。
この発光ダイオードバックライトは、例えば液晶パネルのバックライトに用いて好適なものである。
【００７９】
次に、この発明の第１０の実施形態について説明する。
この第１０の実施形態においては、第１の実施形態による方法により得られる青色発光の発光ダイオードおよび緑色発光の発光ダイオードに加え、別途用意する赤色発光の発光ダイオードを用いて光源セルユニットを製造する場合について説明する。
図４４Ａに示すように、この第１０の実施形態においては、第８の実施形態と同様にして、赤色発光の発光ダイオードチップ６３、緑色発光の発光ダイオードチップ６４および青色発光の発光ダイオードチップ６５をそれぞれ少なくとも一つ含み、これらが所定のパターンで配置されたセル７５をプリント配線基板７６上に所定のパターンで必要な数配置する。この例では、各セル７５は、赤色発光の発光ダイオードチップ６３、緑色発光の発光ダイオードチップ６４および青色発光の発光ダイオードチップ６５をそれぞれ一つ含み、これらが正三角形の頂点に配置されている。図４４Ｂにセル７５を拡大して示す。各セル７５における赤色発光の発光ダイオードチップ６３、緑色発光の発光ダイオードチップ６４および青色発光の発光ダイオードチップ６５の間隔ａは例えば４ｍｍであるが、これに限定されるものではない。セル７５の間隔ｂは例えば３０ｍｍであるが、これに限定されるものではない。プリント配線基板７６としては、例えば、ＦＲ４（Flame Retardant
Type 4の略）基板やメタルコア基板やフレキシブル配線基板などを用いることができるが、放熱性を有するプリント配線基板であれば他のものを用いることもでき、これらに限定されるものではない。第８の実施形態と同様にして、各セル７６を覆うように透明樹脂６８のポッティングを行い、あるいは、第９の実施形態と同様にして、赤色発光の発光ダイオードチップ６３を覆うように透明樹脂６９のポッティングを行い、緑色発光の発光ダイオードチップ６４を覆うように透明樹脂７０のポッティングを行い、青色発光の発光ダイオードチップ６５を覆うように透明樹脂７１のポッティングを行う。こうして、赤色発光の発光ダイオードチップ６３、緑色発光の発光ダイオードチップ６４および青色発光の発光ダイオードチップ６５からなるセル７５がプリント配線基板７６上に配置された光源セルユニットが得られる。
【００８０】
プリント配線基板７６上のセル７５の配置の具体例を図４５および図４６に示すが、これらに限定されるものではない。図４５に示す例はセル７５を４×３の二次元アレイ状に配置したもの、図４６に示す例はセル７５を６×２の二次元アレイ状に配置したものである。
図４７はセル７５の他の構成例を示す。この例では、セル７５は、赤色発光の発光ダイオードチップ６３を一つ、緑色発光の発光ダイオードチップ６４を二つ、青色発光の発光ダイオードチップ６５を一つ含み、これらが例えば正方形の頂点に配置されている。二つの緑色発光の発光ダイオードチップ６４はこの正方形の一つの対角線の両端の頂点に配置され、赤色発光の発光ダイオードチップ６３および青色発光の発光ダイオードチップ６５はこの正方形のもう一つの対角線の両端の頂点に配置されている。
この光源セルユニットを一つまたは複数配列することにより、例えば液晶パネルのバックライトに用いて好適な発光ダイオードバックライトを得ることができる。
【００８１】
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１０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、凸部１２および凹部１３の方位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。
具体的には、例えば、上述の第１〜第７の実施形態において、ｐ型層およびｎ型層の導電型を互いに逆にしてもよい。
また、必要に応じて、上述の第１〜第１０の実施形態のうちの二以上を組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】この発明の第１の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図２】この発明の第１の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図３】この発明の第１の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図４】この発明の第１の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図５】この発明の第１の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図６】この発明の第１の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図７】この発明の第１の実施形態による発光ダイオードの製造方法において基板上に形成する凸部の平面形状の例を示す平面図である。
【図８】この発明の第１の実施形態による発光ダイオードの製造方法において基板上に形成する凸部の平面形状の例を示す平面図である。
【図９】この発明の第１の実施形態による発光ダイオードの製造方法において基板上に成長させた窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の貫通転位の分布の例を示す略線図である。
【図１０】この発明の第１の実施形態による発光ダイオードの製造方法において基板上に成長させた窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の貫通転位の分布の例を示す略線図である。
【図１１】この発明の第１の実施形態による発光ダイオードの製造方法により製造された発光ダイオードの平面図である。
【図１２】この発明の第１の実施形態による発光ダイオードの製造方法において用いる基板を示す略線図である。
【図１３】この発明の第１の実施形態による発光ダイオードの製造方法における基板上の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長の様子を説明するための略線図である。
【図１４】この発明の第１の実施形態による発光ダイオードの製造方法において基板上に成長させる窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長の様子を示す略線図である。
【図１５】この発明の第１の実施形態による発光ダイオードの製造方法において基板上に成長させる窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の転位の挙動を説明するための略線図である。
【図１６】この発明の第１の実施形態による発光ダイオードの製造方法において基板上に成長させる窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長初期の様子を示す図面代用写真である。
【図１７】この発明の第１の実施形態による発光ダイオードの製造方法において基板上に成長させる窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長初期に微小核の生成を伴わない場合の成長の様子を示す略線図である。
【図１８】この発明の第１の実施形態による発光ダイオードの製造方法において基板上に成長させる窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長初期に微小核の生成を伴わない場合の成長の様子を示す略線図である。
【図１９】この発明の第１の実施形態により製造される発光ダイオードのレイトレーシング・シミュレーションの結果を示す略線図である。
【図２０】この発明の第２の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図２１】この発明の第２の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図２２】この発明の第３の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図２３】この発明の第３の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図２４】この発明の第３の実施形態により製造される発光ダイオードのレイトレーシング・シミュレーションの結果を示す略線図である。
【図２５】この発明の第３の実施形態により製造される発光ダイオードのレイトレーシング・シミュレーションの結果を示す略線図である。
【図２６】この発明の第３の実施形態により製造される発光ダイオードのレイトレーシング・シミュレーションの結果を示す略線図である。
【図２７】この発明の第３の実施形態により製造される発光ダイオードの一例のＡＦＭ像および比較例の発光ダイオードの一例のＡＦＭ像を示す図面代用写真である。
【図２８】この発明の第４の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図２９】この発明の第４の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図３０】この発明の第４の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図３１】この発明の第５の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図３２】この発明の第５の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図３３】この発明の第５の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図３４】この発明の第５の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図３５】この発明の第５の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図３６】この発明の第５の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図３７】この発明の第６の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図３８】この発明の第６の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図３９】この発明の第７の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図４０】この発明の第８の実施形態による発光ダイオードバックライトの製造方法を説明するための断面図である。
【図４１】この発明の第８の実施形態による発光ダイオードバックライトの製造方法を説明するための斜視図である。
【図４２】この発明の第８の実施形態による発光ダイオードバックライトの製造方法を説明するための斜視図である。
【図４３】この発明の第９の実施形態による発光ダイオードバックライトの製造方法を説明するための斜視図である。
【図４４】この発明の第１０の実施形態による光源セルユニットを示す平面図およびこの光源セルユニットのセルの拡大図である。
【図４５】この発明の第１０の実施形態による光源セルユニットの一つの具体例を示す平面図である。
【図４６】この発明の第１０の実施形態による光源セルユニットの他の具体例を示す平面図である。
【図４７】この発明の第１０の実施形態による光源セルユニットのセルの他の構成例を示す平面図である。
【図４８】従来の凹凸加工基板上へのＧａＮ系半導体層の成長方法を説明するための断面図である。
【図４９】図４７に示す従来のＧａＮ系半導体層の成長方法の課題を説明するための断面図である。
【図５０】従来の凹凸加工基板上へのＧａＮ系半導体層の成長方法を説明するための断面図である。
【図５１】他の従来の凹凸加工基板上へのＧａＮ系半導体層の成長方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００８３】
１１…基板、１２…凸部、１３…凹部、１４…微小核、１５…窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、１６…ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、１７…活性層、１８…ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、１９…貫通転位、２０…溝、２２…ｐ側電極、２３…メサ部、２４…ｎ側電極、６３〜６５…発光ダイオードチップ、６８〜７１…透明樹脂、７５…セル、７６…プリント配線基板
【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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【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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