(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の一主面にこの基板１１と異なり、屈折率が１．７〜２．２の誘電体により凸部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を成長させた後、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う。この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５上に、活性層を含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させて発光ダイオード構造を形成する。基板１１を除去する場合は、屈折率が１．０〜２．３の誘電体により凸部１２を形成する。この発光ダイオードを用いて発光ダイオードバックライトなどを製造する。【選択図】図１６
2008153634.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であって当該凸部は当該基板と異なる、屈折率が１．７以上２．２以下の誘電体からなるものを用い、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
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】
一主面に複数の凸部を有する基板であって当該凸部は当該基板と異なる、屈折率が１．７以上２．２以下の誘電体からなるものと、
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いる
ことを特徴とする発光ダイオード。
【請求項３】
一主面に複数の凸部を有する基板であって当該凸部は当該基板と異なる、屈折率が１．０以上２．３以下の誘電体からなるものを用い、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、
上記凸部を除いて上記基板を除去する工程と
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４】
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族化合物半導体層の上記活性層と反対側の一主面に、屈折率が１．０以上２．３以下の誘電体からなる複数の凸部が埋設されており、
上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層において、上記一主面の上記凸部の間の部分から上記一主面に対して垂直方向に発生した転位が、上記一主面の上記凸部の間の部分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いる
ことを特徴とする発光ダイオード。
【請求項５】
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であって当該凸部は当該基板と異なる、屈折率が１．７以上２．２以下の誘電体からなるものと、
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６】
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、
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族化合物半導体層の上記活性層と反対側の一主面に、屈折率が１．０以上２．３以下の誘電体からなる複数の凸部が埋設されており、
上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層において、上記一主面の上記凸部の間の部分から上記一主面に対して垂直方向に発生した転位が、上記一主面の上記凸部の間の部分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であって当該凸部は当該基板と異なる、屈折率が１．７以上２．２以下の誘電体からなるものと、
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、
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族化合物半導体層の上記活性層と反対側の一主面に、屈折率が１．０以上２．３以下の誘電体からなる複数の凸部が埋設されており、
上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層において、上記一主面の上記凸部の間の部分から上記一主面に対して垂直方向に発生した転位が、上記一主面の上記凸部の間の部分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であって当該凸部は当該基板と異なる、屈折率が１．７以上２．２以下の誘電体からなるものと、
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、
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族化合物半導体層の上記活性層と反対側の一主面に、屈折率が１．０以上２．３以下の誘電体からなる複数の凸部が埋設されており、
上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層において、上記一主面の上記凸部の間の部分から上記一主面に対して垂直方向に発生した転位が、上記一主面の上記凸部の間の部分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１１】
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であって当該凸部は当該基板と異なる、屈折率が１．７以上２．２以下の誘電体からなるものと、
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１２】
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、
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族化合物半導体層の上記活性層と反対側の一主面に、屈折率が１．０以上２．３以下の誘電体からなる複数の凸部が埋設されており、
上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層において、上記一主面の上記凸部の間の部分から上記一主面に対して垂直方向に発生した転位が、上記一主面の上記凸部の間の部分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１３】
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であって当該凸部は当該基板と異なる、屈折率が１．７以上２．２以下の誘電体からなるものと、
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いるものである
ことを特徴とする電子機器。
【請求項１４】
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、
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族化合物半導体層の上記活性層と反対側の一主面に、屈折率が１．０以上２．３以下の誘電体からなる複数の凸部が埋設されており、
上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層において、上記一主面の上記凸部の間の部分から上記一主面に対して垂直方向に発生した転位が、上記一主面の上記凸部の間の部分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いるものである
ことを特徴とする電子機器。
【請求項１５】
一主面に複数の凸部を有する基板であって当該凸部は当該基板と異なる、電圧の印加により屈折率を変化させることができる誘電体からなるものと、
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いる
ことを特徴とする発光ダイオード。
【請求項１６】
上記複数の凸部は複数の群に分割され、これらの群のうちの少なくとも二つの群に互いに独立に電圧を印加することができるように構成されていることを特徴とする請求項１５記載の発光ダイオード。
【請求項１７】
上記複数の凸部を上記基板の上記一主面に部分的に有することを特徴とする請求項１５記載の発光ダイオード。
【請求項１８】
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族化合物半導体層の上記活性層と反対側の一主面に、電圧の印加により屈折率を変化させることができる誘電体からなる複数の凸部が埋設されており、
上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層において、上記一主面の上記凸部の間の部分から上記一主面に対して垂直方向に発生した転位が、上記一主面の上記凸部の間の部分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いるものである
ことを特徴とする発光ダイオード。
【請求項１９】
上記複数の凸部は複数の群に分割され、これらの群のうちの少なくとも二つの群に互いに独立に電圧を印加することができるように構成されていることを特徴とする請求項１８記載の発光ダイオード。
【請求項２０】
上記複数の凸部を上記基板の上記一主面に部分的に有することを特徴とする請求項１８記載の発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、発光ダイオードの製造方法、発光ダイオード、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５７Ａ〜Ｃに示す。この方法によれば、まず、図５７Ａ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５７Ｂ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５７Ｃ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５７Ｃ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５８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５８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】
なお、図５７Ｃでは、サファイア基板１０１の凹部１０１ａ内に形成された空隙１０３の下のＧａＮ系半導体層１０２の埋め込み形状は四角形であるが、この埋め込み形状は三角形の場合もあり、この場合も四角形の場合同様、この凹部１０１ａ内に埋め込まれるＧａＮ系半導体層１０２が凸部１０１ｂから横方向成長するＧａＮ系半導体層１０２に接触することによって空隙が形成されてしまう場合がある。
参考までに、図５９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６０Ａ〜Ｆ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６０Ａ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６０Ｂ〜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５７Ａ〜Ｃ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６０Ａ〜Ｆ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５７Ａ〜Ｃ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。
さらに、図５７Ａ〜Ｃおよび図６０Ａ〜Ｆに示す従来の成長方法のいずれにおいても、サファイア基板１０１の表面に凹凸加工を施すためには一般にドライエッチングが用いられるが、サファイア基板１０１はドライエッチングが難しいため、エッチングに時間がかかるだけでなく、加工精度も低かった。
【０００８】
そこで、この発明が解決しようとする課題は、光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る内部量子効率の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、基板の凹凸加工も容易な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。
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】
本発明者は、上記の課題を解決すべく鋭意研究を行った。その概要について説明すると次の通りである。
本発明者の知見によれば、発光ダイオード構造を形成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長の際に、成長基板として、一主面に複数の凸部を有する基板であってこの凸部がこの基板と異なる材料からなるもの、すなわち凹凸基板を用い、まず、この凹凸基板の凹部に、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、この第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層から基板上に第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ことにより、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ようにすることができる。また、第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の結晶性を良好とすることができるため、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させることができる。
【００１０】
一方、本発明者は、鋭意研究の結果、上記のような成長基板を用いる場合、その凸部の材質を適切に選択することにより、発光ダイオードの遠視野像（遠方における強度分布）をレンズなどの光学部品を用いないでも制御することができることを見出した。ここで、凸部の材質を適切に選択することは、発光ダイオードの上面からの放射束と側面からの放射束との比率を変化させることを意味し、活性層より放射された光が発光ダイオード構造を形成する半導体層内部における全反射により減衰していくことによる発光効率の低下を抑制しつつ、遠視野像の制御を可能にする。発光ダイオードの応用範囲は、ディスプレイ、バックライト、照明（車載照明、生活照明など）など多岐に亘り、用途によって発光ダイオードの遠視野像の望ましい形が異なる。このため、発光ダイオードでは、発光効率もさることながら、所望の遠視野像を得ることも同じく重要である。以下、本発明者が独自に得た知見の概要について説明する。
【００１１】
発光ダイオードの発光効率は、内部量子効率と光取り出し効率とによって決定される。光取り出し効率は、発光ダイオードの活性層から放射された光が発光ダイオードの外部へと脱出することができる割合を示すものであり、発光ダイオードの高輝度化には光取り出し効率の向上が不可欠である。通常、活性層から放射された光は、全反射により、発光ダイオードを構成する半導体層の内部から外部へと脱出することが困難になり、この半導体層の内部を反射往復するうちに減衰する。この半導体層の内部において脱出錐体 (escape cone)内にある光は外部へと脱出することができるが、脱出錐体内にない光の多くは減衰し、光取り出し効率を低下させる。
【００１２】
上述の凹凸基板を用いて、発光ダイオード構造を形成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させた発光ダイオードにおいては、その凹凸構造により、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の内部での全反射による減衰を軽減し、脱出錐体に入る光を増やすことができる。すなわち、発光ダイオード構造を形成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の断面形状が理想的な矩形であった場合、脱出錐体に入らない光は、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と外部の媒質との界面で永久に反射し続けて減衰してしまうのに対し、図１に示すように、基板１の一主面に複数の凸部２を設けた凹凸基板上に発光ダイオード構造を形成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層（ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層３、活性層４およびｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層５）を成長させた発光ダイオードでは、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の内部に凹凸構造を有することにより、活性層４から放射された光の反射角度を変えることができるため、脱出錐体に入る光が増加し、光取り出し効率を向上させることができる。
【００１３】
一般に、発光ダイオード構造を形成する半導体層が平行平板状の構造を有する図２に示すような発光ダイオードの上面からの発光の遠視野像は、通常、図３に示すようなLambertianと呼ばれる余弦関数的強度分布になる。Lambertianは発光ダイオードの天頂方向に集光性の高い分布であり、一般的には光を散光させる場合には、発光ダイオードに光学部品を組み合わせ、散光させることが行われている。一方で、側面からの発光による遠視野像は、広角にピークを持つ散光性の高い分布であるが、一般的には、側面の面積は上面の面積に比べて大きくないため、上面と側面とを合わせた全面からの総遠視野像は集光性の高いものになる。
【００１４】
図２に示す発光ダイオードでは、活性層４から放射され、互いに異なる光路を通って基板１から出射される光線Ａと光線Ｂとの間に干渉が生じ、この干渉の起こり方により発光ダイオードの光取り出し効率および遠視野像は変化する。この干渉による光取り出し効率および遠視野像の変化は光線Ａと光線Ｂとの位相差により決定される。一般に、この位相差は、光線Ａと光線Ｂとの光学的距離の差および光線Ｂの反射面における位相シフトにより決まる。このとき、干渉により光が強め合う方向が脱出錐体内に多く存在するようにすることで、光取り出し効率を向上させることができる。
【００１５】
図１における発光点から反射面までの距離Ｄによって、発光ダイオードの全放射束および遠視野像の形状が変化する。上述の凹凸基板の凸部の媒質を最適化する前段階として、距離Ｄを決定する必要がある。距離Ｄを決定し終えた後に、凸部２の媒質を、望ましい遠視野像の形状が得られるように決定する。凸部２の媒質の屈折率が変化することにより、発光ダイオードの上面からの発光と側面からの発光との光量比が変化する。いま、図４ＡおよびＢに示すように、基板１上の凸部２の断面形状が台形、平面形状が正六角形でこの凸部２が蜂の巣状に二次元的に配列されている場合を考える。図４Ａは断面図、図４Ｂは基板１側からこの基板１の凹凸構造を見た平面図であり、図４Ａは図４ＢのＡ−Ａ線に沿っての断面図である。凸部２の幅をＷt 、凸部２の高さをｄ、凸部２の間の凹部６の幅をＷg 、基板１の主面と凸部２の側面とのなす角度をθとする。図５は、発光点から反射面までの距離Ｄ（図１参照）によって、光取り出し倍率 (凹凸構造が存在せず、Ｄ＝１．１０９λｎの発光ダイオードにおける光取り出し効率で光取り出し効率を規格化した値（以下同様））および側面発光率 (側面からの放射光量の全発光量に占める割合（以下同様）) が変化する様子を、電磁光学シミュレーションにて計算した結果である。ただし、ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層３、活性層４およびｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層５はいずれもＧａＮからなり、基板１はサファイア基板であるとし、また、Ｗt ＝４．０μｍ、凸部２の上面の幅は３．２７２μｍ、ｄ＝１．０μｍ、Ｗg ＝１．５μｍ、凸部２の材質の屈折率ｎは１．４６とした。なお、この電磁光学シミュレーションの条件は、その性質に反しない限り、以下の電磁光学シミュレーションでも同様である。図５から分かるように、光取り出し効率が極大となる時、側面発光率はほぼ極小となっているため、散光性が低い。図６に、発光波長λが５３０ｎｍ、かつ、発光点から反射面までの距離Ｄが０．７λｎである場合に、側面発光率に伴って遠視野像が変化していく様子の計算結果を示す。図６から分かるように、側面発光率が特に０．６の時には、発光ダイオードの直上方向のみに集光しておらず、散光性が高い。散光性を強くするためには側面からの発光が多い方が望ましいことが分かる。
【００１６】
図１、図４ＡおよびＢに示すような凹凸構造を有する発光ダイオードにおいては、凸部２の屈折率ｎを変化させることによって、発光ダイオードの光取り出し効率および遠視野像を制御することができる。図７ＡおよびＢは電磁光学シミュレーションによる結果であり、発光波長が５３０ｎｍ、かつ、発光点から反射面までの距離Ｄがそれぞれ０．９３λｎおよび１．１１λｎである場合に、凸部２の屈折率によって、光取り出し倍率および側面発光率が変化していく様子を示す。図７ＡおよびＢから分かるように、凸部２の屈折率が２．０程度の時、光取り出し効率が最も大きく、かつ側面発光率が増えている。光取り出し効率を向上させるためには、凸部２の屈折率を１．７〜２．１、望ましくは２．０程度にするとよい。また、散光性をよくするためには、凸部１の屈折率を１．７〜２．２、望ましくは２．０程度にするとよい。
【００１７】
図１に示す発光ダイオードから凸部２を除いて基板１を除去したものと実質的に同様な図８に示す発光ダイオードにおいても、上述と同様に、凸部２の屈折率ｎを変化させることによって、発光ダイオードの光取り出し効率および遠視野像を制御することができる。この場合、活性層４から放射された光は、複雑な光路を経て図９に示すような方向に出射される。図１０は電磁光学シミュレーションによる結果であり、発光波長が５３０ｎｍ、かつ、発光点から反射面までの距離Ｄが１．１１λｎの場合に、凸部２の屈折率によって、光取り出し倍率および側面発光率が変化していく様子を示す。図１０から分かるように、凸部２の屈折率が１．５５程度の時に、光取り出し効率が最も大きく、側面発光率が高い。光取り出し効率を向上させるためには、凸部２の屈折率を１．０〜１．８、望ましくは１．５５程度にするとよい。また、散光性をよくするためには、凸部２の屈折率を１．０〜２．３、望ましくは１．３〜１．８５程度にするとよい。
上述の凸部２の屈折率の最適範囲は、基板１の主面と凸部２の側面とのなす角度θ、凸部２の幅Ｗt 、凸部２の高さｄ、凹部６の幅Ｗg 、凸部２の平面形状、凸部２の二次元配列パターン、発光波長λなどによらず有効である。
一方、凸部２の媒質として例えば強誘電体を選択すると、この凸部２に外部電場を印加することで、電気光学効果により凸部２の屈折率を変化させることができる。この場合にも、上述と同様に、側面発光量および光取り出し効率が変化するので、遠視野像を印加電場によって連続的に変化させることができる。
図１に示す発光ダイオードまたは図８に示す発光ダイオードにおいて、凸部２の媒質として、電気光学効果により屈折率を変化させることができる媒質、例えば強誘電体などを用いる場合、基板１上の全ての凸部２に同一の電場、言い換えると電圧を印加してもよいが、基板１上の全ての凸部２を複数の群に分割し、これらの群のうちの少なくとも二つの群に互いに独立に電圧を印加することができるように構成してもよい。こうすることで、これらの群毎に凸部２の屈折率を電気的に互いに独立に制御することができるので、発光ダイオードの光取り出し効率および遠視野像を電気的に、かつ動的に制御することができる。例えば、図１１に示すように、基板１上の凸部２をＡ、Ｂの二つの群に分割し、これらの群Ａ、Ｂに互いに独立に電圧を印加することができるように構成することにより、これらの群Ａ、Ｂの凸部２の屈折率を電気的に互いに独立に制御することができる。同様に、図１２に示すように、ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層３に埋設された凸部２をＡ、Ｂの二つの群に分割し、これらの群Ａ、Ｂに互いに独立に電圧を印加することができるように構成することにより、これらの群Ａ、Ｂの凸部２の屈折率を電気的に互いに独立に制御することができる。この図１１または図１２に示す発光ダイオードにおいて、例えば、群Ａ、Ｂに互いに異なる電圧を印加することにより、群Ａ、Ｂの凸部２の屈折率を互いに異ならせることができるので、非対称な遠視野像を得ることができる。また、例えば、群Ａに電圧Ｖ1 を印加し、群Ｂに電圧Ｖ2 ≠Ｖ1 を印加した時に図１３に示すような遠視野像が得られた場合、群Ａ、Ｂに印加する電圧を反転させることにより、すなわち、群Ａに電圧Ｖ2 を印加し、群Ｂに電圧Ｖ1 を印加することにより、図１４に示すように、図１３に示す遠視野像と反転した遠視野像を得ることができる。このため、遠視野像のピーク位置、すなわち、光の強度が最も高い放射角度を電気的に制御することができる。さらに、例えば、図１５に示すように、基板１上に部分的に凸部２を設けることにより、非対称な遠視野像を得ることができる。
【００１８】
この発明は、本発明者による上記の研究結果に基づいて案出されたものである。
すなわち、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であって当該凸部は当該基板と異なる、屈折率が１．７以上２．２以下の誘電体からなるものを用い、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
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。
【００１９】
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。
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。
【００２０】
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３〜６μｍであるが、これに限定されるものではない。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付近であるが、これに限定されるものではない。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、光取り出し効率の向上を図る観点より、例えば、好適には３０°＜θ＜８０°、最も好適には約４０°であるが、これに限定されるものではない。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が、これに限定されるものではない。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が、これに限定されるものではない。また、凸部の上面の幅は、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、例えば４±２μｍの範囲内であるが、これに限定される���のではない。
【００２１】
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、活性層から放射される光を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。
【００２２】
凸部を構成する誘電体は、屈折率が１．７以上２．２以下であり、好ましくは発光波長の光を大きく吸収するものでなければ、基本的にはどのようなものであってもよいが、例えば、酸化物、窒化物、酸窒化物、フッ化物などである。必要に応じて、二種類以上の誘電体を混合して、あるいは、二種類以上の誘電体の積層膜を用いて凸部を構成してもよい。この誘電体の具体例を挙げると下記の通りである。ただし、下記の化学量論組成の誘電体のほかに、組成が少しずれた非化学量論組成の誘電体を用いてもよい。
【００２３】
物質名                        屈折率                波長（ｎｍ）
酸化セリウム（ＣｅＯ2 ）              ２．２０                ５５０
酸化ハフニウム（ＨｆＯ2 ）            １．９５                ５５０
五酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）          ２．１６                ５５０
酸化イットリウム（Ｙ2 Ｏ3 ）          １．８７                ５５０
酸化亜鉛（ＺｎＯ）                    ２．１０                ５５０
酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2 ）          ２．０５                ５５０
斜方晶硫黄                            ２．０１
タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3 ）    ２．２１                ５３０
ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）      ２．３２（常光線）      ５３０
ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）      ２．２４（異常光線）    ５３０
酸窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ）        １．７９                ５３０
一酸化シリコン（ＳｉＯ）              ２．０１                ５３０
窒化シリコン（Ｓｉ3 Ｎ4 ）            ２．０４                ５３０
酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）        １．７７                ５３０
酸化ベリリウム（ＢｅＯ）              １．７２                ５３０
酸化マグネシウム（ＭｇＯ）            １．７４                ５３０
【００２４】
凸部を構成する誘電体の屈折率は、発光ダイオードの光取り出し効率の向上の観点からは、１．７〜２．１であることが好ましく、約２．０（例えば、１．９〜２．１）であることが最も好ましく、散光性の向上の観点からは、約２．０（例えば、１．９〜２．１）であることが最も好ましい。
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することが好ましい。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。
【００２５】
また、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貫通転位が集中することから、この会合部となる部分の凸部上に絶縁体や空隙などからなる転位伝播素子部をあらかじめ形成しておき、この第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層中を基板の一主面に平行な方向に伝播する転位をこの転位伝播素子部により阻止することで、第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の表面に転位が抜けて貫通転位となるのを防止することができる。
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族化合物半導体層上に、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。
【００２６】
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。
この場合、基板は除去せず、最終的に製造される発光ダイオードに残す。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
第２の発明は、
一主面に複数の凸部を有する基板であって当該凸部は当該基板と異なる、屈折率が１．７以上２．２以下の誘電体からなるものと、
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いる
ことを特徴とする発光ダイオードである。
【００３０】
第２の発明ならびに後述の第４〜第１６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１６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。
【００３１】
第３の発明は、
一主面に複数の凸部を有する基板であって当該凸部は当該基板と異なる、屈折率が１．０以上２．３以下の誘電体からなるものを用い、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、
上記凸部を除いて上記基板を除去する工程と
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。
【００３２】
第４の発明は、
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族化合物半導体層の上記活性層と反対側の一主面に、屈折率が１．０以上２．３以下の誘電体からなる複数の凸部が埋設されており、
上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層において、上記一主面の上記凸部の間の部分から上記一主面に対して垂直方向に発生した転位が、上記一主面の上記凸部の間の部分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いる
ことを特徴とする発光ダイオードである。
【００３３】
ここで、第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の活性層と反対側の一主面に、屈折率が１．０以上２．３以下の誘電体からなる複数の凸部が埋設された構造は、第３の発明において、凸部を除いて基板を除去した後に現れる構造と同一である。
第３および第４の発明において、凸部を構成する誘電体は、屈折率が１．０以上２．３以下であり、好ましくは発光波長の光を大きく吸収するものでなければ、基本的にはどのようなものであってもよいが、具体的には、第１の発明において例示したものに加えて下記の誘電体を挙げることができる。二種類以上の誘電体を混合して、あるいは、二種類以上の誘電体の積層膜を用いて凸部を構成してもよい。ただし、下記の化学量論組成の誘電体のほかに、組成が少しずれた非化学量論組成の誘電体を用いてもよい。凸部を構成する誘電体は空気（屈折率は約１．０）であってもよい。
【００３４】
物質名                        屈折率                波長（ｎｍ）
二酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）            １．４６                ５３０
フッ化リチウム（ＬｉＦ）              １．３９                ５３０
フッ化カルシウム（ＣａＦ2 ）          １．４４                ５３０
フッ化マグネシウム（ＭｇＦ2 ）        １．３８                ５３０
フッ化ナトリウム（ＮａＦ）            １．３３                ５３０
フッ化アルミニウム（ＡｌＦ3 ）        １．３８                ５５０
フッ化セリウム（ＣｅＦ3 ）            １．６３                ５５０
フッ化ランタン（ＬａＦ3 ）            １．５９                ５５０
フッ化ネオジム（ＮｄＦ3 ）            １．６１                ５５０
【００３５】
凸部を構成する誘電体の屈折率は、発光ダイオードの光取り出し効率の向上の観点からは、１．０以上１．８以下であることが好ましく、特に１．５５程度であるとより好ましく、散光性の向上の観点からは、１．３以上１．８５以下であることが好ましい。
【００３６】
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少なくとも一つ含むセルが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であって当該凸部は当該基板と異なる、屈折率が１．７以上２．２以下の誘電体からなるものと、
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いるものである
ことを特徴とするものである。
【００３７】
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少なくとも一つ含むセルが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、
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族化合物半導体層の上記活性層と反対側の一主面に、屈折率が１．０以上２．３以下の誘電体からなる複数の凸部が埋設されており、
上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層において、上記一主面の上記凸部の間の部分から上記一主面に対して垂直方向に発生した転位が、上記一主面の上記凸部の間の部分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いるものである
ことを特徴とするものである。
【００３８】
第７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であって当該凸部は当該基板と異なる、屈折率が１．７以上２．２以下の誘電体からなるものと、
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いるものである
ことを特徴とするものである。
【００３９】
第８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、
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族化合物半導体層の上記活性層と反対側の一主面に、屈折率が１．０以上２．３以下の誘電体からなる複数の凸部が埋設されており、
上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層において、上記一主面の上記凸部の間の部分から上記一主面に対して垂直方向に発生した転位が、上記一主面の上記凸部の間の部分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いるものである
ことを特徴とするものである。
【００４０】
第９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であって当該凸部は当該基板と異なる、屈折率が１．７以上２．２以下の誘電体からなるものと、
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いるものである
ことを特徴とするものである。
【００４１】
第１０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、
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族化合物半導体層の上記活性層と反対側の一主面に、屈折率が１．０以上２．３以下の誘電体からなる複数の凸部が埋設されており、
上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層において、上記一主面の上記凸部の間の部分から上記一主面に対して垂直方向に発生した転位が、上記一主面の上記凸部の間の部分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いるものである
ことを特徴とするものである。
【００４２】
第１１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であって当該凸部は当該基板と異なる、屈折率が１．７以上２．２以下の誘電体からなるものと、
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いるものである
ことを特徴とするものである。
【００４３】
第１２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、
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族化合物半導体層の上記活性層と反対側の一主面に、屈折率が１．０以上２．３以下の誘電体からなる複数の凸部が埋設されており、
上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層において、上記一主面の上記凸部の間の部分から上記一主面に対して垂直方向に発生した転位が、上記一主面の上記凸部の間の部分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いるものである
ことを特徴とするものである。
第５〜第１２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。
【００４４】
第１３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であって当該凸部は当該基板と異なる、屈折率が１．７以上２．２以下の誘電体からなるものと、
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いるものである
ことを特徴とするものである。
【００４５】
第１４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、
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族化合物半導体層の上記活性層と反対側の一主面に、屈折率が１．０以上２．３以下の誘電体からなる複数の凸部が埋設されており、
上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層において、上記一主面の上記凸部の間の部分から上記一主面に対して垂直方向に発生した転位が、上記一主面の上記凸部の間の部分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いるものである
ことを特徴とするものである。
【００４６】
第１３および第１４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（屋内および屋外用の各種の照明器具のほか、自動車やオートバイなどのヘッドライト、カメラのフラッシュランプなど）、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。
【００４７】
第１５の発明は、
一主面に複数の凸部を有する基板であって当該凸部は当該基板と異なる、電圧の印加により屈折率を変化させることができる誘電体からなるものと、
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いる
ことを特徴とする発光ダイオードである。
【００４８】
第１６の発明は、
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族化合物半導体層の上記活性層と反対側の一主面に、電圧の印加により屈折率を変化させることができる誘電体からなる複数の凸部が埋設されており、
上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層において、上記一主面の上記凸部の間の部分から上記一主面に対して垂直方向に発生した転位が、上記一主面の上記凸部の間の部分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いる
ことを特徴とする発光ダイオードである。
【００４９】
第１５および第１６の発明において、凸部を構成する、電圧の印加により屈折率を変化させることができる誘電体としては、基本的にはどのようなものを用いてもよいが、好ましくは発光波長の光を大きく吸収しないものが用いられる。この誘電体としては、具体的には、例えば、ロッシェル塩（Rochelle salt)（ＮａＫＣ4 Ｈ4 Ｏ6 ・４Ｈ2 Ｏ）、リン酸二水素カリウム（ＫＨ2 ＰＯ4 ）、ヒ酸二水素カリウム（ＫＨ2 ＡｓＯ4 ）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3 ）、硫酸グアニジンアルミニウム（ＣＮ3 Ｈ6 Ａｌ（ＳＯ4 ）2 ・６Ｈ2 Ｏ）、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ランタンドープジルコン酸チタン酸鉛などの従来公知の強誘電体や、最近開発されたＫＴａ1-x Ｎｂx Ｏ3 （ＫＴＯ）結晶などが用いられる。この強誘電体としては、化学量論組成のもののほかに、組成が少しずれた非化学量論組成のものを用いてもよい。
第１５および第１６の発明による発光ダイオードは、それぞれ第２および第４の発明による発光ダイオードの製造方法と同様な方法により製造することができる。また、第１５および第１６の発明についても、第２および第４の発明と同様な応用が可能である。
【００５０】
上述のように構成されたこの発明においては、凸部を構成する誘電体の屈折率の選択により、レンズなどの光学部品を用いないでも発光ダイオードの遠視野像を制御することができ、屈折率の最適化により光取り出し効率の向上および散光性の向上を図ることができる。また、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。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。さらに、基板上にこの基板と異なる誘電体からなる凸部を形成することは、基板をドライエッチングなどにより直接加工して凹凸を形成するのに比べて非常に簡単であり、加工精度も一般に高い。
【発明の効果】
【００５１】
この発明によれば、凸部を構成する誘電体の屈折率の最適化に加えて、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、発光ダイオードの光の取り出し効率を大幅に向上させることができる。さらに、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することから、発光ダイオードの内部量子効率の向上を図ることができる。このため、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。さらに、基板の凹凸加工も容易であり、加工精度も高い。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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５２】
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１６Ａ〜Ｃ、図１７Ａ〜Ｃおよび図１８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り、発光波長の光に対して透明な基板を用い、この透明基板の裏面全面から発光させる、フリップチップ型（ＦＣ型）発光ダイオードである。
【００５３】
この第１の実施形態においては、図１６Ａ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１９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２０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１９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２０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１９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２０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、屈折率が１．７〜２．２の誘電体、具体的には、例えば、ＣｅＯ2 、ＨｆＯ2 、Ｔａ2 Ｏ5 、Ｙ2 Ｏ3 、ＺｎＯ、ＺｒＯ2 、斜方晶硫黄、ＬｉＴａＯ3 、ＬｉＮｂＯ3 、ＡｌＯＮ、ＳｉＯ、Ｓｉ3 Ｎ4 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＢｅＯ、ＭｇＯなどが用いられ、例えばこれらの中から適宜選択される。
【００５４】
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の材料となる誘電体膜を形成する。次に、この誘電体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、反応性イオンエッチング（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誘電体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。
【００５５】
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１６Ｂ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１６Ｃ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。
【００５６】
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１７Ａ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１７Ｂ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１７Ｂ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１７Ｃ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、図１７Ｃに示すように、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１６Ｃに示す状態から、図１７Ａに示す状態を経ないで、図１７Ｂに示す状態に直接移ることも可能である。
【００５７】
次に、図１８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。
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ｐ側電極１９を形成する。ｐ側電極１９の材料としては、発光波長の光に対して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。
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１６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１９を形成する前に行ってもよい。
次に、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２０を形成する。
【００５８】
次に、このメサ部２０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２１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１９およびｎ側電極２１の平面形状の一例を図２１に示す。
【００５９】
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。
【００６０】
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１９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２１としては、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ構造のものを用いる。
【００６１】
こうして得られた図１８に示す発光ダイオードにおいては、ｐ側電極１９とｎ側電極２１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、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、屈折率が１．７〜２．２の誘電体からなる凸部１２および凹部１３からなる凹凸構造により、活性層１７から放射された光の反射角度を変えることができるため、脱出錐体に入る光が増加し、光取り出し効率を向上させることができる。
【００６２】
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１６Ｃ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２２参照）。
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。
【００６３】
図１６ＢおよびＣならびに図１７Ａ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１６ＢおよびＣならびに図１７Ａ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１７Ｂ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��ＩＩ−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４０ＳＣＣＭ、ＮＨ3 は２０ＳＬＭである。こうすることで、図１７Ｂ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。
【００６４】
図２３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２３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１６ＢおよびＣならびに図１７Ａ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。
【００６５】
図２４に、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の結晶欠陥分布を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により調べた結果を模式的に示す。図２４中、符号２２は貫通転位を示す。図２４から分かるように、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同士の会合部では転位密度が高くなっているものの、凹部１３の上の部分を含む他の部分では転位密度は低くなっている。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ている。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ていないことも分かる。
また、図２４において、凹部１３における基板１１と接する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の高転位密度で結晶性が悪い領域の平均厚さは、凸部１２における基板１１と接する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の高転位密度で結晶性が悪い領域の平均厚さの１．５倍程度である。これは、凸部１２上では窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５が横方向成長することを反映した結果である。
図２５に、凸部１２が図１９に示す平面形状を有する場合の貫通転位２２の分布を示す。また、図２６に、凸部１２が図２０に示す平面形状を有する場合の貫通転位２２の分布を示す。
【００６６】
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２７Ａ〜Ｆを参照しながら説明する。
成長を開始すると、図２７Ａ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２７Ｂおよび図２７Ｃ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２７Ｄ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２７Ｅ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２７Ｆ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。
【００６７】
図２８Ａ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２８Ａ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２７Ａ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２９Ａ〜Ｃに示す。図２９ＢおよびＣは図２９Ａの楕円で囲んだ部分を拡大した断面ＴＥＭ写真である。図２９Ａ〜Ｃ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。
【００６８】
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３０Ａ〜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２７Ｄ〜Ｆに対応する状態を示す。図３０Ａ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２７Ｄの場合に比べて多い。成長を続けると、図３０Ｂ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３０Ｃ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２２となる。この貫通転位２２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３１Ａ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。
【００６９】
以上のように、この第１の実施形態によれば、凸部１２の材料として屈折率が１．７〜２．２の誘電体を用いていることにより、発光ダイオードの光取り出し効率の最大化を図ることができる。また、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、非発光中心などが大幅に減少することにより、内部量子効率が向上する。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の材料となる誘電体膜を形成し、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。
【００７０】
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、凹部１３の底面を底辺と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が成長した時点で、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の高さが凸部１２の高さ以下になるように凸部１２の高さが選ばれている。一例として図３２ＡおよびＢに、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の高さが凸部１２の高さと等しい場合を示す。このようにすることにより、基板１１との界面から発生し、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全て、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するため、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の表面に抜ける貫通転位２２は激減し、実質的に貫通転位密度をゼロとすることができる。
上記以外のことは第１の実施形態と同様である。
【００７１】
この第２の実施形態によれば、実質的に貫通転位密度がゼロの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５を成長させることができるため、実質的に無転位の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板を得ることができる。そして、例えば、この無転位の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板上に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を成長させることにより、これらの層の転位密度を大幅に低減させることができ、特性が極めて良好な窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体系発光ダイオードを実現することができるという利点を得ることができる。第１の実施形態と同様な利点を得ることができることは言うまでもない。
【００７２】
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、第１の実施形態と同様にしてｐ側電極１９まで形成した後、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２０を形成することなく、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３３に示すように、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の裏面のほぼ全面にｎ側電極２１を形成する。ここで、ｐ側電極１９およびｎ側電極２１をそれぞれ高反射電極および透明電極とすることにより、透明電極からなるｎ側電極２１を通して外部に光を取り出すことができる。
【００７３】
この場合、凸部１２の材料としては、屈折率が１．０〜２．３の誘電体、具体的には、例えば、ＣｅＯ2 、ＨｆＯ2 、Ｔａ2 Ｏ5 、Ｙ2 Ｏ3 、ＺｎＯ、ＺｒＯ2 、斜方晶硫黄、ＬｉＴａＯ3 、ＬｉＮｂＯ3 、ＡｌＯＮ、ＳｉＯ、Ｓｉ3 Ｎ4 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＢｅＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ2 、ＬｉＦ、ＣａＦ2 、ＭｇＦ2 、ＮａＦ、ＡｌＦ3 、ＣｅＦ3 、ＬａＦ3 、ＮｄＦ3 などが用いられ、例えばこれらの中から適宜選択される。
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３４に示すように、ｐ側電極１９に支持基板２３をその上の金属電極２４を介して貼り付けて接合してもよい。支持基板２３は導電性、非導電性のいずれであってもよく、金属電極Ｍ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２３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３の実施形態によれば、基板１１を除去したフリップチップ型発光ダイオードにおいて第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。また、ｎ側電極２１が窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の裏面のほぼ全面に形成されるため、発光ダイオードの動作時にカレント・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、特に発光ダイオードの高出力化、高輝度化、大面積化の際に有利である。
【００７４】
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３５Ａ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３５Ｂ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３５Ｃ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３６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。
図３７に、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の結晶欠陥分布をＴＥＭにより調べた結果を模式的に示す。
【００７５】
〈実施例〉
凸部１２を構成する誘電体として屈折率が２．０のＳｉ3 Ｎ4 を用いて発光ダイオードを作製した。比較例として、凸部１２を構成する誘電体として屈折率が１．４６のＳｉＯ2 を用いて発光ダイオードを作製した。凸部１２の形状および配列は図２０に示すものと同じとした。ｐ側電極１９としてはＡｇ電極を用いた。これらの発光ダイオードの発光波長λは５３０ｎｍ、かつ、多重量子井戸構造を有する活性層１７の中心（発光点）から反射面（ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８とｐ側電極１９との界面）までの距離Ｄは１．１１λｎ程度（ｎは凸部１２を構成する誘電体の屈折率）である。図３８は、中心光量で規格化されたこれらの二種類の発光ダイオードの遠視野像を示す。図３８より、凸部１２を構成する誘電体として屈折率が２．０のＳｉ3 Ｎ4 を用いた発光ダイオードは散光性が高く、凸部１２を構成する誘電体として屈折率が１．４６のＳｉＯ2 を用いた発光ダイオードは前者の発光ダイオードに比べて集光性が高いことが分かる。また、この時の全放射束を積分球装置( 全放射束測定装置) にて計測したところ、凸部１２を構成する誘電体として屈折率が２．０のＳｉ3 Ｎ4 を用いた発光ダイオードの方が、全放射束が大きかった。表１にこれらの発光ダイオードのそれぞれ２個の試料の放射束測定結果を示す。表１の結果によると、凸部１２を構成する誘電体として屈折率が２．０のＳｉ3 Ｎ4 を用いた発光ダイオードの方が、１０％程度放射束が大きくなっている。
【００７６】
表１
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
凸部１２を構成する誘電体      試料番号        放射束（ｍＷ）
ＳｉＯ2                 Ｎｏ．１        １１．３７
ＳｉＯ2                 Ｎｏ．２        １１．３５
Ｓｉ3 Ｎ4               Ｎｏ．１        １２．５６
Ｓｉ3 Ｎ4               Ｎｏ．２        １２．６２
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
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。
【００７７】
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ｐ側電極１９まで形成した後、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２０を形成することなく、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３９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２１を形成する。ここで、ｐ側電極１９およびｎ側電極２１をそれぞれ高反射電極および透明電極とすることにより、透明電極からなるｎ側電極２１を通して外部に光を取り出すことができる。
【００７８】
この場合、凸部１２の材料としては、第３の実施形態と同様に、屈折率が１．０〜２．３の誘電体が用いられる。
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３４に示すと同様に、ｐ側電極１９に支持基板２３をその上の金属電極２４を介して貼り付けて接合してもよい。
上記以外のことは第４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３の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００７９】
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、第３の実施形態と同様にしてメサ部２０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。凸部１２の平面形状および配列は例えば図２０に示すものと同じである。次に、メサ部２０に隣接する部分の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５上に電極２５を形成する。
次に、図４０Ａ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ＳｉＯ2 膜などの絶縁膜２６を形成した後、この絶縁膜２６のうちの凸部１２に対応する部分をエッチング除去してコンタクトホール２７を形成する。図４２にこのコンタクトホール２７の平面形状の一例を示す。
【００８０】
次に、図４０Ｂに示すように、この絶縁膜２６およびコンタクトホール２７の部分に露出した凸部１２の全面にＩＴＯなどからなる透明電極２８を形成する。この透明電極２８はコンタクトホール２７を通じて凸部１２と接触している。この透明電極２８は絶縁膜２６により窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５と電気的に分離されている。
次に、図４１Ａに示すように、この透明電極２８の全面にＳｉＯ2 膜などの絶縁膜２９を形成した後、この絶縁膜２９、透明電極２８および絶縁膜２６のうちの凸部１２の間の部分の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５に対応する部分をエッチング除去してコンタクトホール３０を形成する。図４２にこのコンタクトホール３０の平面形状の一例を示す。次に、このコンタクトホール３０の内壁にＳｉＯ2 膜などの絶縁膜３１を形成する。
次に、図４１Ｂに示すように、絶縁膜２９上にＩＴＯなどの透明電極からなるｎ側電極２１を形成し、コンタクトホール３０を通じて窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５とオーミック接触させる。このｎ側電極２１は絶縁膜２６、２９、３１により透明電極２８と電気的に分離されている。
この場合、凸部１２の材料としては、電圧の印加によって屈折率を変化させることができる強誘電体、具体的には、例えば、ロッシェル塩、リン酸二水素カリウム、ヒ酸二水素カリウム、チタン酸バリウム、硫酸グアニジンアルミニウム、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ランタンドープジルコン酸チタン酸鉛などが用いられ、例えばこれらの中から適宜選択される。
この第６の実施形態によれば、図４１Ｂに示すように、電極２５と透明電極２８との間に電圧Ｖc を印加することにより凸部１２の屈折率を変化させることができ、それによって発光ダイオードの遠視野像を電気的に、かつ動的に制御することができる。特に、凸部１２の屈折率を１．０〜２．３とすることにより第３の実施形態と同様な利点を得ることができる。電圧Ｖc は直流電圧であっても交流電圧であってもよく、発光ダイオードの用途や機能に応じて適宜選択される。
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、第１の実施形態と同様にして基板１１上にｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８まで成長させた後、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を所定形状にパターニングし、図４３に示すように、メサ部２０を形成する。この場合、メサ部２０の両側の部分にｎ型の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５を露出させる。次に、基板１１を除去し、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の裏面を露出させる。凸部１２の平面形状および配列は例えば図２０に示すものと同じである。次に、メサ部２０の両側の部分の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５上に電極２５ａ、２５ｂを形成する。
次に、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の裏面にＳｉＯ2 膜などの絶縁膜２６を形成した後、この絶縁膜２６のうちの凸部１２に対応する部分をエッチング除去してコンタクトホール２７を形成する。図４７にこのコンタクトホール２７の平面形状の一例を示す。
次に、図４４に示すように、この絶縁膜２６およびコンタクトホール２７の部分に露出した凸部１２の全面にＩＴＯなどからなる透明電極２８を形成する。この透明電極２８はコンタクトホール２７を通じて凸部１２と接触している。この透明電極２８は絶縁膜２６により窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５と電気的に分離されている。
次に、図４５に示すように、この透明電極２８の全面にＳｉＯ2 膜などの絶縁膜２９を形成した後、この絶縁膜２９、透明電極２８および絶縁膜２６のうちの凸部１２の間の部分の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５に対応する部分をエッチング除去してコンタクトホール３０を形成する。図４７にこのコンタクトホール３０の平面形状の一例を示す。この場合、図４７の左側の片側半分の領域の凸部１２と右側の片側半分の領域の凸部１２とに互いに独立に電圧を印加することができるようにするために、図４７の左側の片側半分の領域と右側の片側半分の領域との境界に沿ってコンタクトホール３０が形成されており、図４７の左側の片側半分の領域の透明電極２８と右側の片側半分の領域の透明電極２８とが互いに分断されている。次に、このコンタクトホール３０の内壁にＳｉＯ2 膜などの絶縁膜３１を形成する。
次に、図４６に示すように、絶縁膜２９上にＩＴＯなどの透明電極からなるｎ側電極２１を形成し、コンタクトホール３０を通じて窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５とオーミック接触させる。このｎ側電極２１は絶縁膜２６、２９、３１により透明電極２８と電気的に分離されている。
この場合、凸部１２の材料としては、電圧の印加によって屈折率を変化させることができる強誘電体、具体的には、例えば、ロッシェル塩、リン酸二水素カリウム、ヒ酸二水素カリウム、チタン酸バリウム、硫酸グアニジンアルミニウム、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ランタンドープジルコン酸チタン酸鉛、ＫＴＯ結晶などが用いられ、例えばこれらの中から適宜選択される。
この第７の実施形態によれば、図４６に示すように、電極２５ａと透明電極２８との間には電圧Ｖc1を、電極２５ｂと透明電極２８との間には電圧Ｖc2を互いに独立に印加することができ、それによって図４６または図４７の左側の片側半分の領域の凸部１２の屈折率と右側の片側半分の領域の凸部１２の屈折率とを互いに独立に変化させることができる。このため、発光ダイオードの遠視野像を様々な形状に容易に制御することができる。例えば、発光ダイオードの遠視野像を図１３に示す形状にしたり、図１４に示す形状にしたりすることができる。電圧Ｖc1、Ｖc2は直流電圧であっても交流電圧であってもよく、発光ダイオードの用途や機能に応じて適宜選択される。
【００８１】
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、ｐ側電極１９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１９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１９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。ここで、Ｐｄを含有する層を介在させる技術は、例えば金属めっき技術においてはＰｄ介在層として周知であり、上記のバリアメタル層材料はＳｉ系電子デバイスのＡｌ配線技術、Ａｇ配線技術などで周知である。
【００８２】
また、ここでは、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８と直接接触する、熱応力的に弱いｐ側電極１９を保護する目的で、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などが保護層として積層される例が示されるが、この保護層は、それ自身をｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８と直接接触する電極として用いることが可能であり、応力耐性や接着強化力があることなどから、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８側だけでなく、特に、ｎ型の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５に接触させるｎ側電極２１として従来用いられているＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極の代わりに、あるいは第１層目のｎ側電極として用いてもよい。接着強化力を利用した方法としては、基板の貼り合わせ技術などを、金属−金属間接合部の強化や金属−誘電体接合部などの強化のためにｐ側、ｎ側を問わず利用することができる。応力耐性や接着強化力を持たせる具体例を挙げると、単層金属膜あるいは複数層の金属膜で形成されたｐ側電極１９の最表面がＡｕからなる場合に、導電性支持基板上にＴｉ、Ｗ、Ｃｒあるいはこれらの合金などの高融点金属膜、あるいはこれらの金属の窒化膜を形成し、その上にＡｕ膜を形成したもののＡｕ膜をｐ側電極１９と貼り合わせることができる。
【００８３】
すなわち、この第８の実施形態においては、図４８Ａに示すように、ｐ側電極１９を形成した後、リフト法などにより、このｐ側電極１９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１９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４８Ｂ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４８Ｃ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２０を断面形状が台形になるように形成する。このメサ部２０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２０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。
【００８４】
次に、図４８Ｄ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２１を形成する。
次に、図４８Ｅ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４８Ｆ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２０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２１と接触するように形成する。これは、Ａｌ膜４４とｎ側電極２１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。
【００８５】
次に、図４８Ｇに示すように、ＳｉＯ2 膜４３のうちのＮｉ膜４１およびｎ側電極２１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２１を露出させる。
次に、図４８Ｈ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２１上にパッド電極４８を形成する。
次に、図４９Ｉ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。
【００８６】
次に、図４８Ｊ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。
なお、図４８Ａ〜Ｊで説明した発光ダイオードの電極積層構造は一例に過ぎず、特に、各電極層を複数積層する場合、素子温度上昇に伴う各金属層の熱膨張係数の違いによる応力発生の抑制、金属層間の拡散の抑制を考慮に入れながら、Ａｇ電極などからなるｐ側電極１９と他の金属層との密着性の向上、応力耐久性の向上、クラック防止性の向上、低コンタクト抵抗化、Ａｇ電極などの品質維持による高反射率化を図る必要があるので、必要に応じて、既に述べたＳｉ系電子デバイスのＡｌ配線技術などを組み込むことが可能である。
【００８７】
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１９およびｎ側電極２１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。
【００８８】
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４９Ａに示す。図４９Ａ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。
【００８９】
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。
【００９０】
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５０に示す。次に、図４９Ｂ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４９Ｃ）。こうして、図５１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。
【００９１】
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、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５２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。
【００９２】
次に、この発明の第１１の実施形態について説明する。
この第１１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５３Ａに示すように、この第１１の実施形態においては、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、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５３Ｂ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。
【００９３】
プリント配線基板７６上のセル７５の配置の具体例を図５４および図５５に示すが、これらに限定されるものではない。図５４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５５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５６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。
【００９４】
なお、プリント配線基板７６上のパッド電極部や配線部などは従来、Ａｕにより形成するのが一般的であるが、これらの全部あるいは部分的に耐久性や接着強化力がある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などを用い、その上にＡｕを形成するようにしてもよい。これらの材料は、例えば、電解めっき、無電解めっき、真空蒸着（フラッシュ蒸着など）、スパッタリングなどにより形成することができる。あるいは、パッド電極部や配線部などをＡｕにより形成し、その上にこれらの材料を形成するようにしてもよい。また、例えば、パッド電極部や配線部などをＴｉ、Ｗ、Ｃｒあるいはこれらの合金などの高融点金属により形成し、これらの材料を窒化してからその上に再びＴｉ、Ｗ、Ｃｒあるいはこれらの合金などの高融点金属を形成して表面を窒化前の状態に戻し、その上に発光ダイオードチップ６３〜６５をそのＴｉＷ電極などやＡｕ電極などの側から、必要に応じてＴｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ａｕなどからなる膜を一層介して、ダイボンディングするようにしてもよい。
【００９５】
また、プリント配線基板７６上に搭載される発光ダイオードチップ６３〜６５に接続される保護チップ（回路）、ベースオープンされたトランジスタ素子（回路）、トリガダイオード素子（回路）、負性抵抗素子（回路）などの搭載時にも、接着強度、熱応力耐性など、光源セルユニットの信頼性向上を目的として、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などを用いた上記の電極構造の採用が可能である。
また、プリント配線基板７６上のポッティングにより形成された透明樹脂６８〜７１以外の部分に最終的に、なるべく白レジストを厚く塗って、発光ダイオードチップ６３〜６５からの光がプリント配線基板７６により吸収されるのを抑制するようにしてもよい。
【００９６】
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１１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１１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１１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】
【００９７】
【図１】この発明による発光ダイオードを説明するための断面図である。
【図２】この発明による発光ダイオードを説明するための断面図である。
【図３】図２に示す発光ダイオードの上面および側面の放射分布を示す略線図である。
【図４】図２に示す発光ダイオードにおける干渉現象による光取り出し倍率の変化を示す略線図である。
【図５】図１に示す発光ダイオードにおいて基板上に形成する凸部の断面形状および平面形状の例を示す断面図および平面図である。
【図６】図１および図５に示す発光ダイオードの側面発光量の変化に伴う遠視野像の形状の変化を示す略線図である。
【図７】図１および図５に示す発光ダイオードにおける凸部の屈折率による光取り出し倍率および側面発光率の変化を示す略線図である。
【図８】成長基板を除去したこの発明による発光ダイオードを示す断面図である。
【図９】成長基板を除去したこの発明による発光ダイオードからの発光の様子を示す断面図である。
【図１０】図８に示す発光ダイオードにおける凸部の屈折率による光取り出し倍率および側面発光率の変化を示す略線図である。
【図１１】この発明による発光ダイオードにおいて遠視野像の制御のために凸部の屈折率を電気的に制御する方法を説明するための断面図である。
【図１２】成長基板を除去したこの発明による発光ダイオードにおいて遠視野像の制御のために凸部の屈折率を電気的に制御する方法を説明するための断面図である。
【図１３】図１１に示す発光ダイオードの放射分布の一例を示す略線図である。
【図１４】図１１に示す発光ダイオードの放射分布の他の例を示す略線図である。
【図１５】この発明による発光ダイオードを示す断面図である。
【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を説明するための断面図である。
【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を説明するための断面図である。
【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を説明するための断面図である。
【図１９】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２０】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２１】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２２】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２３】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２４】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ＴＥＭ観察により得られた転位の振る舞いを説明するための略線図である。
【図２５】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２６】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２７】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２８】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２９】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３０】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３１】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３２】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３３】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３４】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３５】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３６】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３７】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ＴＥＭ観察により得られた転位の振る舞いを説明するための略線図である。
【図３８】この発明の第４の実施形態により製造された発光ダイオードの実施例の遠視野像の測定結果を示す略線図である。
【図３９】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４０】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４１】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４２】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４３】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４４】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４５】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４６】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４７】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４８】この発明の第８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４９】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断面図である。
【図５０】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５１】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５２】この発明の第１０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５３】この発明の第１１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５４】この発明の第１１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５５】この発明の第１１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５６】この発明の第１１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５７】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５８】図５７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５９】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６０】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】
【００９８】
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…ｐ側電極、２０…メサ部、２１…ｎ側電極、２２…貫通転位、２３…支持基板、２４…金属電極、２５、２５ａ、２５ｂ…電極、２６、２９、３１…絶縁膜、２７、３０…コンタクトホール、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】
2008153634.tif 000003
【図２】
2008153634.tif 000004
【図３】
2008153634.tif 000005
【図４】
2008153634.tif 000006
【図５】
2008153634.tif 000007
【図６】
2008153634.tif 000008
【図７】
2008153634.tif 000009
【図８】
2008153634.tif 000010
【図９】
2008153634.tif 000011
【図１０】
2008153634.tif 000012
【図１１】
2008153634.tif 000013
【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】
2008153634.tif 000021
【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】
2008153634.tif 000027
【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】
2008153634.tif 000035
【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
2008153634.tif 000039
【図３８】
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【図３９】
2008153634.tif 000041
【図４０】
2008153634.tif 000042
【図４１】
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【図４２】
2008153634.tif 000044
【図４３】
2008153634.tif 000045
【図４４】
2008153634.tif 000046
【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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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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