(57)【要約】【課題】電極のコンタクト抵抗の低減により動作電圧の低減を図ることができるとともに、光取り出し効率の向上により発光効率の大幅な向上を図ることができ、しかも製造が容易な半導体発光素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】第１の導電型の第１の半導体層１１、１２と第２の導電型の第２の半導体層１４との間に発光層１３を挟んだ構造を有し、第１の半導体層１１に金属電極１７がコンタクトしている半導体発光素子において、金属電極１７を第１の半導体層１２に埋め込むようにする。金属電極１７の第１の半導体層１１に埋め込まれていない方の面と第１の半導体層１１の主面とをほぼ同一平面とする。【選択図】図１
2008172040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電型の第１の半導体層と第２の導電型の第２の半導体層との間に発光層を挟んだ構造を有し、上記第１の半導体層に金属電極がコンタクトしている半導体発光素子において、
上記金属電極が上記第１の半導体層に埋め込まれている
ことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
上記金属電極の上記第１の半導体層に埋め込まれていない方の面と上記第１の半導体層の主面とがほぼ同一平面上にあることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
上記金属電極がＲｈからなることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項４】
上記金属電極の平面形状が所定の繰り返しパターンからなることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項５】
上記金属電極の上記第１の半導体層に埋め込まれている方の面と上記第１の半導体層との間に誘電体膜を有することを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項６】
上記金属電極の上記第１の半導体層に埋め込まれている方の面が上記第１の半導体層の主面に対して傾斜していることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項７】
上記金属電極の上記第１の半導体層に埋め込まれている方の面が上記金属電極の上記第１の半導体層に埋め込まれていない方の面に対して傾斜していることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項８】
上記第１の半導体層、上記発光層および上記第２の半導体層が窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項９】
上記金属電極が上記第１の半導体層のＣ−面とコンタクトしていることを特徴とする請求項８記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
第１の導電型の第１の半導体層と第２の導電型の第２の半導体層との間に発光層を挟んだ構造を有し、上記第１の半導体層に金属電極がコンタクトしている半導体発光素子の製造方法において、
基板上に第１の導電型の第３の半導体層を成長させる工程と、
上記第３の半導体層上に上記金属電極を形成する工程と、
上記金属電極を覆うように上記第１の半導体層を成長させる工程と、
上記第１の半導体層上に上記発光層および上記第２の半導体層を順次成長させる工程とを有する
ことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項１１】
上記第３の半導体層から上記基板を剥離した後、上記第３の半導体層を裏面側からエッチングまたは研磨することにより上記金属電極を露出させる工程を有することを特徴とする請求項１０記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１２】
上記第１の半導体層を成長させる際に、第１の成長温度で上記第１の半導体層を成長させて上記金属電極を覆った後、上記第１の成長温度よりも高い第２の成長温度で上記第１の半導体層を成長させるようにしたことを特徴とする請求項１０記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１３】
上記第３の半導体層上に誘電体膜および上記金属電極を順次形成することを特徴とする請求項１０記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１４】
上記第２の半導体層上に第１の誘電体膜、上記金属電極および第２の誘電体膜を順次形成することを特徴とする請求項１０記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１５】
上記第１の半導体層、上記発光層、上記第２の半導体層および上記第３の半導体層が窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなることを特徴とする請求項１０記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１６】
赤色発光の半導体発光素子、緑色発光の半導体発光素子および青色発光の半導体発光素子をそれぞれ複数個配列したバックライトにおいて、
上記赤色発光の半導体発光素子、上記緑色発光の半導体発光素子および上記青色発光の半導体発光素子のうちの少なくとも一つの半導体発光素子が、
第１の導電型の第１の半導体層と第２の導電型の第２の半導体層との間に発光層を挟んだ構造を有し、上記第１の半導体層に金属電極がコンタクトしている半導体発光素子において、
上記金属電極が上記第１の半導体層に埋め込まれているものである
ことを特徴とするバックライト。
【請求項１７】
赤色発光の半導体発光素子、緑色発光の半導体発光素子および青色発光の半導体発光素子をそれぞれ複数個配列したディスプレイにおいて、
上記赤色発光の半導体発光素子、上記緑色発光の半導体発光素子および上記青色発光の半導体発光素子のうちの少なくとも一つの半導体発光素子が、
上記赤色発光の半導体発光素子、上記緑色発光の半導体発光素子および上記青色発光の半導体発光素子のうちの少なくとも一つの半導体発光素子が、
第１の導電型の第１の半導体層と第２の導電型の第２の半導体層との間に発光層を挟んだ構造を有し、上記第１の半導体層に金属電極がコンタクトしている半導体発光素子において、
上記金属電極が上記第１の半導体層に埋め込まれているものである
ことを特徴とするディスプレイ。
【請求項１８】
一つまたは複数の半導体発光素子を有する電子機器において、
少なくとも一つの上記半導体発光素子が、
第１の導電型の第１の半導体層と第２の導電型の第２の半導体層との間に発光層を挟んだ構造を有し、上記第１の半導体層に金属電極がコンタクトしている半導体発光素子において、
上記金属電極が上記第１の半導体層に埋め込まれているものである
ことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体発光素子、半導体発光素子の製造方法、バックライト、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た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系発光ダイオードは、通常、サファイア基板上に発光ダイオード構造を形成するＧａＮ系半導体層、具体的には、ｎ型ＧａＮ層、ＩｎＧａＮ系の発光層（活性層）、ｐ型ＧａＮ層などを順次成長させることにより製造される。この場合、ｐ側電極はｐ型ＧａＮ層上に形成することができるが、ｎ側電極は、サファイア基板に導電性がないため基板裏面側に形成することができない。このため、従来は、発光ダイオード構造を形成するＧａＮ系半導体層の成長後に、ｐ型ＧａＮ層、活性層およびｎ型ＧａＮ層の上層部を所定のメサ形状にパターニングし、このメサ部のｐ型ＧａＮ層上にｐ側電極を、このメサ部に隣接する部分のｎ型ＧａＮ層上にｎ側電極を形成するのが一般的であった。ところが、この発光ダイオードでは、光取り出し効率を十分に大きくすることが困難である。そこで、近年では、発光ダイオードの光取り出し効率の向上を図る見地から、発光ダイオード構造を形成するＧａＮ系半導体層の成長後に、レーザ剥離法などによりサファイア基板を剥離し、ｎ型ＧａＮ層の裏面を露出させ、その面にリソグラフィー技術および真空蒸着などの成膜技術を用いてｎ側電極を形成することが多くなっている。
【０００３】
なお、基板上に成長マスクを形成し、この成長マスクを用いて基板上に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を選択成長させるようにした窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法において、成長マスクとして少なくとも最表面が窒化物（窒化シリコンまたは窒化チタン）からなる多層膜を用いることが提案されている（特許文献１参照。）が、特許文献１には、金属電極を半導体層に埋め込むことについては何ら開示されていない。
【特許文献１】特開２０００−１６４９８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、発光ダイオード構造を形成するＧａＮ系半導体層の成長後にサファイア基板を剥離した後、ｎ型ＧａＮ層の裏面にｎ側電極を形成する上述の従来の方法では、ｎ側電極の高さがかなり大きくなってしまい、ｎ側電極の高さを低くするためにｎ型ＧａＮ層を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法などにより裏面側から部分的にエッチングして凹部を形成し、この凹部にｎ側電極を形成するとｎ側電極のコンタクト抵抗が増加し、良好なコンタクトが取りにくくなる。
【０００５】
そこで、この発明が解決しようとする課題は、電極のコンタクト抵抗の低減により動作電圧の低減を図ることができるとともに、光取り出し効率の向上により発光効率の大幅な向上を図ることができ、しかも製造が容易な半導体発光素子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、上記のような優れた半導体発光素子を用いたバックライト、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】
【０００６】
上記課題を解決するために、第１の発明は、
第１の導電型の第１の半導体層と第２の導電型の第２の半導体層との間に発光層を挟んだ構造を有し、上記第１の半導体層に金属電極がコンタクトしている半導体発光素子において、
上記金属電極が上記第１の半導体層に埋め込まれている
ことを特徴とするものである。
【０００７】
発光素子構造を形成する半導体層には、必要に応じて、第１の半導体層、発光層および第２の半導体層以外のものが含まれてもよい。金属電極は第１の半導体層の成長に先立って形成され、この金属電極を覆うように第１の半導体層を成長させることによりこの金属電極が第１の半導体層に埋め込まれる。この金属電極の埋め込みは、一般的にはこの第１の半導体層の横方向成長を利用して行われる。この金属電極の一方向の幅は、この金属電極の埋め込みが良好に行われ、結晶性の良好な半導体層が得られるようにする観点から、好ましくは２μｍ以下とし、コンタクト抵抗が高くなり過ぎないようにする観点から、例えば１〜２μｍ程度とする。好ましくは、金属電極の第１の半導体層に埋め込まれていない方の面とこの第１の半導体層の主面とがほぼ同一平面上にあるようにするが、これに限定されるものではない。必要に応じて、金属電極の第１の半導体層に埋め込まれている方の面と第１の半導体層との間に、発光層から発生した光を反射する誘電体膜を設けてもよい。
【０００８】
金属電極の第１の半導体層に埋め込まれている方の面を、この金属電極を有する側の第１の半導体層の主面に対して傾斜させるか、この金属電極の第１の半導体層に埋め込まれている方の面を、この金属電極の第１の半導体層に埋め込まれていない方の面に対して傾斜させてもよい。この場合、上記の主面は、典型的には光取り出し面である。
光取り出し効率の向上や実装の容易さの観点より、発光素子構造を形成する半導体層は光取り出し面およびその反対側の面にそれぞれ第１の電極としての金属電極および第２の電極を有するものの方が好ましいが、これに限定されるものではなく、片面に第１の電極および第２の電極を有するものであってもよい。
【０００９】
光取り出し面に金属電極を有する場合、この金属電極は、この金属電極が埋め込み電極であるため、発光層からの光はこの金属電極に当たって方向が変わりやすく、さらに、後述のように、この金属電極自体を高反射電極としたり、いわゆるＯＤＲ電極としたり、金属電極の埋め込まれている側の面を傾斜させるなどして、この金属電極を光取り出し効率の向上に適した構造とすることができるので、この金属電極は必ずしも面積を小さくすることなく形成することが可能である。
金属電極は、任意の平面形状であってよいが、典型的には、円弧状、長方形、円形、多角形、リング形状などの幾何学模様の平面形状を有するものが用いられるほか、これらの幾何学模様の所定の繰り返しパターン、具体的には、メッシュ状のものや、複数のドットを等間隔にグリッド状に配置したものを用いてもよい。
【００１０】
金属電極の材料としては、第１の半導体層と良好なコンタクトを取ることができ、かつ光取り出し効率の向上の観点から、好ましくは、発光層からの光に対する反射率の高いものが用いられる。ここで、発光層からの光に対して反射率の高い材料を用いるのは次のような理由による。すなわち、金属電極が発光素子構造を形成する半導体層の光取り出し面に設けられる場合、この金属電極によって光取り出し面が遮光されるが、この金属電極を高反射電極に構成すると、この金属電極に光が当たることによって反射され、さらに半導体発光素子の内部で反射されることにって光取り出し面から外部に効率的に取り出すことができる。この場合、半導体発光素子にさらに反射部を設けることによって、所望の光を取り出すことが可能である。このような金属電極の材料としては、具体的には例えばＲｈが最も好ましい。Ｒｈは融点が１９６３℃と極めて高く、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させる際の１０００℃程度の高い温度でも融解することがなく、しかも可視光に対する反射率が７７〜８０％と高い。ただし、Ｒｈ以外の金属、例えばＮｉ、Ｗ、Ｔｉなどを用いてもよい。これらの金属はいずれも高融点金属であり、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させる際の温度でも融解しない。また、この金属電極は、上記した金属の多層膜からなるものであってもよい。
【００１１】
発光素子構造を形成する半導体層、具体的には、第１の半導体層、活性層および第２の半導体層ならびに後述の第３の半導体層の材料としては、種々の半導体を用いることができるが、例えば、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が挙げられる。窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、ＩＩＩ族元素としてＡｌ、Ｂ、Ｇａ、ＩｎおよびＴｌからなる群より選ばれた少なくとも一種の元素を含み、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）からなる。窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の具体例を挙げると、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮなどである。これら以外に、Ｔｌx Ｉｎy Ａｌz Ｇａ1-x-y-z Ｎ（ただし、０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜１、０＜ｘ＋ｙ＋ｚ＜１）を用いてもよい。第１の導電型は典型的にはｎ型であるが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。
第１の半導体層、活性層および第２の半導体層が窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる場合、金属電極は、良好なオーミックコンタクト特性を得る観点より、第１の半導体層のＣ＋面よりもＣ−面にコンタクトしていることが望ましい。これは、金属電極を覆うように第１の半導体層を成長させる際に、この第１の半導体層のＣ−面が金属電極とコンタクトする方がその成長温度でこの第１の半導体層と金属電極との界面で合金化が起きやすいためである。
【００１２】
半導体発光素子の最大寸法は、必要に応じて決めることができるが、一般的には例えば１ｍｍ以下あるいは例えば３００μｍ以下あるいは例えば１００μｍ以下、好適には５０μｍ以下、典型的には３０μｍ以下、より典型的には２５μｍ以下である。半導体発光素子は、典型的には発光ダイオードであるが、これに限定されるものではない。
【００１３】
発光層は、典型的には、井戸層と障壁層とが交互に積層された多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有する。このＭＱＷ構造を有する発光層における井戸層密度はその厚さ方向に一定であってもよいが、半導体発光素子の動作電流密度の増加に伴う発光波長の大きなシフトを抑制し、しかも一層広範囲の輝度制御を行うことができるようにする観点からは、第１の半導体層がｎ型、第２の半導体層がｐ型である場合、この発光層の第１の半導体層側の井戸層密度をｄ1 、第２の半導体層側の井戸層密度をｄ2 としたとき、ｄ1 ＜ｄ2 を満足するように発光層における井戸層を配置する。このように発光層における井戸層密度を異ならせるためには、例えば、井戸層の厚さを一定とし、障壁層の厚さを異ならせる（具体的には、発光層における第２の半導体層側の障壁層の厚さを、第１の半導体層側の障壁層の厚さよりも小さくする）のが好ましいが、これに限定されるものではなく、障壁層の厚さを一定とし、井戸層の厚さを異ならせる（具体的には、発光層における第２の半導体層側の井戸層の厚さを、第１の半導体層側の井戸層の厚さよりも大きくする）ようにしてよいし、井戸層の厚さおよび障壁層の厚さの両方を異ならせてもよい。
【００１４】
ここで、井戸層密度ｄ1 および井戸層密度ｄ2 は以下のように定義する。すなわち、総厚ｔ0 の発光層を厚さ方向に２つに分割したとき、第１の半導体層側の発光層の領域である第１領域の厚さをｔ1 、第２の半導体層側の発光層の領域である第２領域の厚さをｔ2 とする。ただし、ｔ0 ＝ｔ1 ＋ｔ2 である。また、第１領域に含まれる井戸層の数をＷＬ1 （正数であり、整数には限定されない）、第２領域に含まれる井戸層の数をＷＬ2 （正数であり、整数には限定されず、井戸層の総数ＷＬ＝ＷＬ1 ＋ＷＬ2 ）とする。なお、第１領域と第２領域とに跨がって１つの井戸層（厚さｔIF）が存在する場合には、第１領域内のみに含まれる井戸層の数をＷＬ’1 、第２領域内のみに含まれる井戸層の数をＷＬ’2 とし、第１領域と第２領域とに跨がった井戸層における第１領域に含まれる厚さを厚さｔIF-1、第２領域に含まれる厚さを厚さｔIF-2（ｔIF＝ｔIF-1＋ｔIF-2）としたとき、
ＷＬ1 ＝ＷＬ’1 ＋ΔＷＬ1 
ＷＬ2 ＝ＷＬ’2 ＋ΔＷＬ2 
である。ただし、
ΔＷＬ1 ＋ΔＷＬ2 ＝１
であり、
ＷＬ＝ＷＬ1 ＋ＷＬ2 
＝ＷＬ’1 ＋ＷＬ’2 ＋１
ΔＷＬ1 ＝ｔIF-1／ｔIF
ΔＷＬ2 ＝ｔIF-2／ｔIF
である。
【００１５】
そして、井戸層密度ｄ1 および井戸層密度ｄ2 は以下の式から求めることができる。ただし、ｋ≡（ｔ0 ／ＷＬ）である。
ｄ1 ＝（ＷＬ1 ／ＷＬ）／（ｔ1 ／ｔ0 ）
＝ｋ（ＷＬ1 ／ｔ1 ）                                （１）
ｄ2 ＝（ＷＬ2 ／ＷＬ）／（ｔ2 ／ｔ0 ）
＝ｋ（ＷＬ2 ／ｔ2 ）                                （２）
【００１６】
ここで、発光層における第１の半導体層側の界面から厚さ（２ｔ0 ／３）までの第１領域内の井戸層密度をｄ1 、第２の半導体層側の界面から厚さ（ｔ0 ／３）までの第２領域内の井戸層密度をｄ2 としたとき、ｄ1 ＜ｄ2 を満足するように発光層における井戸層が配置されている構成とすることができ、あるいは、発光層における第１の半導体層側の界面から厚さ（ｔ0 ／２）までの第１領域内の井戸層密度をｄ1 、第２の半導体層側の界面から厚さ（ｔ0 ／２）までの第２領域内の井戸層密度をｄ2 としたとき、ｄ1 ＜ｄ2 を満足するように発光層における井戸層が配置されている構成とすることができ、あるいは、発光層における第１の半導体層側の界面から厚さ（ｔ0 ／３）までの第１領域内の井戸層密度をｄ1 、第２の半導体層側の界面から厚さ（２ｔ0 ／３）までの第２領域内の井戸層密度をｄ2 としたとき、ｄ1 ＜ｄ2 を満足するように発光層における井戸層が配置されている構成とすることができる。ここで、１＜ｄ2 ／ｄ1 ≦２０、好ましくは１．２≦ｄ2 ／ｄ1 ≦１０、より好ましくは１．５≦ｄ2 ／ｄ1 ≦５を満足するように、発光層における井戸層が配置されていることが望ましい。発光層における井戸層の数（ＷＬ）は、２以上、好ましくは４以上である。
【００１７】
上述のような発光層を有する半導体発光素子においては、動作電流密度を３０Ａ／ｃｍ2 としたときの発光層の発光波長をλ2 （ｎｍ）、動作電流密度を３００Ａ／ｃｍ2 としたときの発光層の発光波長をλ3 （ｎｍ）としたとき、
５００（ｎｍ）≦λ2 ≦５５０（ｎｍ）
０≦｜λ2 −λ3 ｜≦５（ｎｍ）
を満足することが望ましく、あるいは、動作電流密度を１Ａ／ｃｍ2 としたときの発光層の発光波長をλ1 （ｎｍ）、動作電流密度を３０Ａ／ｃｍ2 としたときの発光層の発光波長をλ2 （ｎｍ）、動作電流密度を３００Ａ／ｃｍ2 としたときの発光層の発光波長をλ3 （ｎｍ）としたとき、
５００（ｎｍ）≦λ2 ≦５５０（ｎｍ）
０≦｜λ1 −λ2 ｜≦１０（ｎｍ）
０≦｜λ2 −λ3 ｜≦５（ｎｍ）
を満足することが望ましい。なお、この半導体発光素子の動作電流密度とは、動作電流値を発光層面積（接合領域の面積）で除した値である。
【００１８】
あるいは、上述のような発光層を有する半導体発光素子において、動作電流密度を３０Ａ／ｃｍ2 としたときの発光層の発光波長をλ2 （ｎｍ）、動作電流密度を３００Ａ／ｃｍ2 としたときの発光層の発光波長をλ3 （ｎｍ）としたとき、
４３０（ｎｍ）≦λ2 ≦４８０（ｎｍ）
０≦｜λ2 −λ3 ｜≦２（ｎｍ）
を満足することが望ましく、あるいは、動作電流密度を１Ａ／ｃｍ2 としたときの発光層の発光波長をλ1 （ｎｍ）、動作電流密度を３０Ａ／ｃｍ2 としたときの発光層の発光波長をλ2 （ｎｍ）、動作電流密度を３００Ａ／ｃｍ2 としたときの発光層の発光波長をλ3 （ｎｍ）としたとき、
４３０（ｎｍ）≦λ2 ≦４８０（ｎｍ）
０≦｜λ1 −λ2 ｜≦５（ｎｍ）
０≦｜λ2 −λ3 ｜≦２（ｎｍ）
を満足することが望ましい。
この第１の発明による半導体発光素子は各種の装置または機器（バックライト、ディスプレイ、照明装置、電子機器など）に用いることができる。
【００１９】
第２の発明は、
第１の導電型の第１の半導体層と第２の導電型の第２の半導体層との間に発光層を挟んだ構造を有し、上記第１の半導体層に金属電極がコンタクトしている半導体発光素子の製造方法において、
基板上に第１の導電型の第３の半導体層を成長させる工程と、
上記第３の半導体層上に上記金属電極を形成する工程と、
上記金属電極を覆うように上記第１の半導体層を成長させる工程と、
上記第１の半導体層上に上記発光層および上記第２の半導体層を順次成長させる工程とを有する
ことを特徴とするものである。
【００２０】
典型的には、第３の半導体層から基板を剥離した後、第３の半導体層を裏面側からエッチングまたは研磨することにより金属電極を露出させる工程を有するが、これに限定されるものではない。また、例えば、第１の半導体層を成長させる際に、第１の成長温度で第１の半導体層を成長させて金属電極を覆った後、第１の成長温度よりも高い第２の成長温度で第１の半導体層を成長させるようにしてもよい。第３の半導体層上に誘電体膜および金属電極を順次形成し、その上に第１の半導体層を成長させるようにしてもよく、第３の半導体層上に第１の誘電体膜、第１の電極および第２の誘電体膜を順次形成し、その上に第１の半導体層を成長させるようにしてもよい。この場合、第１の半導体層と金属電極との間の誘電体膜により発光層からの光を反射させることができる。また、第３の半導体層と金属電極との間の第１の誘電体膜により、第３の半導体層と金属電極とが直接接触するのを防止することができるため、第１の半導体層を成長させる際に、触媒効果により金属電極の下地の第３の半導体層が気相エッチングで削られるのを防止することができる。これらの誘電体膜としては例えばＳｉＯ2 膜やＳｉＮ膜などを用いることができる。第１の誘電体膜は、基板裏面側から第１の電極を露出させる工程の際にエッチングなどにより除去される。
【００２１】
基板としては種々の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（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。
第１〜第３の半導体層および活性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が、これに限定されるものではない。
第２の発明においては、上記以外のことについては、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。
【００２２】
第３の発明は、
赤色発光の半導体発光素子、緑色発光の半導体発光素子および青色発光の半導体発光素子をそれぞれ複数個配列したバックライトにおいて、
上記赤色発光の半導体発光素子、上記緑色発光の半導体発光素子および上記青色発光の半導体発光素子のうちの少なくとも一つの半導体発光素子が、
第１の導電型の第１の半導体層と第２の導電型の第２の半導体層との間に発光層を挟んだ構造を有し、上記第１の半導体層に金属電極がコンタクトしている半導体発光素子において、
上記金属電極が上記第１の半導体層に埋め込まれているものである
ことを特徴とするものである。
【００２３】
第４の発明は、
赤色発光の半導体発光素子、緑色発光の半導体発光素子および青色発光の半導体発光素子をそれぞれ複数個配列したディスプレイにおいて、
上記赤色発光の半導体発光素子、上記緑色発光の半導体発光素子および上記青色発光の半導体発光素子のうちの少なくとも一つの半導体発光素子が、
上記赤色発光の半導体発光素子、上記緑色発光の半導体発光素子および上記青色発光の半導体発光素子のうちの少なくとも一つの半導体発光素子が、
第１の導電型の第１の半導体層と第２の導電型の第２の半導体層との間に発光層を挟んだ構造を有し、上記第１の半導体層に金属電極がコンタクトしている半導体発光素子において、
上記金属電極が上記第１の半導体層に埋め込まれているものである
ことを特徴とするものである。
【００２４】
第５の発明は、
一つまたは複数の半導体発光素子を有する電子機器において、
少なくとも一つの上記半導体発光素子が、
第１の導電型の第１の半導体層と第２の導電型の第２の半導体層との間に発光層を挟んだ構造を有し、上記第１の半導体層に金属電極がコンタクトしている半導体発光素子において、
上記金属電極が上記第１の半導体層に埋め込ま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５の発明においては、赤色発光の半導体発光素子、緑色発光の半導体発光素子および青色発光の半導体発光素子としては、例えば、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いたものを用いることができる。赤色発光の半導体発光素子としては、例えば、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体を用いたものを用いることもできる。
【００２５】
この電子機器は、液晶ディスプレイのバックライト、表示、照明その他の目的で少なくとも一つの半導体発光素子（発光ダイオードなど）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み、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、各種家庭電気製品などである。
第３〜第６の発明においては、上記以外のことについては、その性質に反しない限り、第１の発明および第２の発明に関連して説明したことが成立する。
【００２６】
上述のように構成された第１〜第５の発明においては、金属電極が発光素子構造を形成する第１の半導体層に埋め込まれているため、従来のようにエッチングや研磨によって発光素子構造を形成する半導体層のコンタクト特性を劣化させることなく、第１の半導体層に金属電極を良好にコンタクトさせることができ、したがって金属電極のコンタクト抵抗を低減することができ、金属電極を高い光取り出し効率を実現するのに適したものとすることができ、金属電極による段差を解消することができる。
【発明の効果】
【００２７】
この発明によれば、第１の半導体層に対する金属電極のコンタクト抵抗の低減により動作電圧の低減を図ることができ、光取り出し効率の向上により発光効率の大幅な向上を図ることができ、しかも、製造が容易な半導体発光素子を得ることができ、そして、この動作電圧が低く、発光効率が高く、しかも製造が容易な半導体発光素子を用いて高性能のバックライト、ディスプレイ、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】
【００２８】
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、第１〜第６の実施形態の図１〜図１５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。
まず、この発明の第１の実施形態について説明する。
図１および図２はこの第１の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードを示す。ここで、図１はこのＧａＮ系発光ダイオードの断面図、図２はこのＧａＮ系発光ダイオードの底面図である。
図１および図２に示すように、このＧａＮ系発光ダイオードにおいては、ｎ型ＧａＮ層１１、その上のｎ型ＧａＮ層１２、その上の例えば多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の発光層１３およびその上のｐ型ＧａＮ層１４により発光ダイオード構造が形成されている。ｎ型ＧａＮ層１１およびｎ型ＧａＮ層１２には、ｎ型不純物として例えばＳｉがドープされている。ｐ型ＧａＮ層１４には、ｐ型不純物として例えばＭｇがドープされている。これらのｎ型ＧａＮ層１１、ｎ型ＧａＮ層１２、発光層１３およびｐ型ＧａＮ層１４は全体として例えば円形の平面形状を有する。この場合、ｎ型ＧａＮ層１２、発光層１３およびｐ型ＧａＮ層１４は円柱形状を有する。また、ｎ型ＧａＮ層１１はテーパー形状を有し、その端面（側面）１５はｎ型ＧａＮ層１１の裏面（光取り出し面）に対して傾斜していて外部に光を取り出しやすくなっている。ｐ型ＧａＮ層１４上には、例えば円形のｐ側電極１６が形成されている。ｎ型ＧａＮ層１１の裏面側には、このｎ型ＧａＮ層１１に埋め込まれて金属電極からなるｎ側電極１７が形成されている。このｎ側電極１７のｎ型ＧａＮ層１１に埋め込まれていない方の面とｎ型ＧａＮ層１１の裏面とは互いにほぼ同一平面上にある。光取り出し効率を向上させるために、このｎ側電極１７はｎ型ＧａＮ層１１の裏面の外周部に近い位置に形成されている。典型的な一例では、ｎ型ＧａＮ層１１、ｎ型ＧａＮ層１２、発光層１３およびｐ型ＧａＮ層１４はＣ軸配向しており、ｎ側電極１７はｎ型ＧａＮ層１１のＣ−面とコンタクトしている。
【００２９】
ｎ側電極１７は、後述のように、基板上にあらかじめｎ側電極１７を形成しておき、その上にｎ型ＧａＮ層１１を成長させて覆うことにより、このｎ型ＧａＮ層１１に埋め込むことができる。このｎ側電極１７は、ＧａＮ系半導体層の高い成長温度（１０００℃程度）に耐えられるように、例えば高融点金属であるＲｈ（融点は１９６３℃）により形成するのが好ましい。Ｒｈは可視光に対する反射率が７７〜８０％と高く、したがってｎ側電極１７を高反射電極に構成することができる。このｎ側電極１７は、ｎ型ＧａＮ層１１を成長させる際に良好な結晶性が得られるように、一方向の幅を例えば２μｍ以下に選ぶのが好ましいが、これに限定されるものではない。この場合、このｎ側電極１７は、例えば幅２μｍ、長さ５μｍの円弧状の平面形状を有する。ただし、このｎ側電極１７の平面形状は円弧状に限定されず、他の形状、例えば長方形であってもよい。
【００３０】
ｎ側電極１７によって光取り出し面が一部遮光されるものの、このＧａＮ系発光ダイオードにおいては、ｎ側電極１７が埋め込み電極であることに加えてｎ側電極１７自体を高反射電極に構成することができることにより、発光層１３からの光はｎ側電極１７で反射されて方向が変化し、さらに端面１５で反射されることによって外部に取り出される。したがって、このｎ側電極１７は、必ずしも面積を小さくすることなく形成することが可能であり、例えば図３Ａ〜Ｃに示すような繰り返しパターンからなる平面形状を有するｎ側電極１７を用いてもよい。
図３Ａはリング状の平面形状を有するｎ側電極１７を示す。このｎ側電極１７の幅は例えば１〜２μｍ程度であるが、これに限定されるものではない。
図３Ｂはメッシュ状のｎ側電極１７を示す。このｎ側電極１７においては、ほぼ等間隔の同心円状に配置された複数のリング状の部分と、これらのリング状の部分を接続するように放射状に配置された複数の直線状の部分とによりメッシュが構成されている。このｎ側電極１７の各部の幅は例えば１〜２μｍ程度であるが、これに限定されるものではない。
図３Ｃはドット状のｎ側電極１７を示す。このｎ側電極１７においては、複数のドット状（円形）の電極がほぼ等間隔にグリッド状に配置されている。この場合、ｎ側電極１７は、ｎ型ＧａＮ層１１の裏面のほぼ全域に形成されている。各ｎ側電極１７の直径は例えば１〜２μｍ程度であるが、これに限定されるものではない。
これらの図３Ａ〜Ｃに示したｎ側電極１７においては、光取り出し効率を損なわずに、電流注入をほぼ均一に行うことが可能である。
【００３１】
このＧａＮ系発光ダイオードの各部の寸法、材料などの具体例を挙げると次のとおりである。ｎ型ＧａＮ層１１の厚さは例えば５μｍ、ｎ型ＧａＮ層１３の厚さは例えば２００ｎｍ、発光層１２の厚さは例えば２００ｎｍ、ｐ型ＧａＮ層１３の厚さは例えば２００ｎｍである。発光層１２は、例えば、ＩｎＧａＮ井戸層とＧａＮ障壁層とからなるＭＱＷ構造を有し、ＩｎＧａＮ井戸層のＩｎ組成は、このＧａＮ系発光ダイオードが青色発光である場合は例えば０．１７、緑色発光である場合は例えば０．２５である。ｎ型ＧａＮ層１１に代えて、例えばｎ型ＩｎＧａＮ層、ｎ型ＡｌＧａＮ層およびｎ型ＧａＮ層を適宜組み合わせた積層構造とすることも可能である。また、ｐ型ＧａＮ層１３に代えて、例えばｐ型ＩｎＧａＮ層、ｐ型ＡｌＧａＮ層およびｐ型ＧａＮ層を適宜組み合わせた積層構造とすることも可能であり、この場合、好適には、ｐ側電極１６とコンタクトする部分はｐ型ＧａＮ層またはｐ型ＩｎＧａＮ層とされる。発光ダイオード構造の最大径（ｎ型ＧａＮ層１１の裏面の最大径）は例えば２０μｍ程度である。ｐ側電極１６は例えばＮｉ／Ａｇ／Ａｕ構造の金属多層膜からなり、Ｎｉ膜の厚さは例えば５０ｎｍ、Ａｇ膜の厚さは例えば５０ｎｍ、Ａｕ膜の厚さは例えば２０００ｎｍである。ｐ側電極１６は、Ｎｉ／Ａｕ膜やＡｇ／Ａｕ膜などからなるものであってもよい。ｎ側電極１７は例えばＲｈ膜からなり、その厚さは例えば０．２μｍである。
【００３２】
このＧａＮ系発光ダイオードにおいては、動作時に発光層１３から発生する光は、端面１５で反射されてｎ型ＧａＮ層１１の裏面から外部に取り出され、あるいは、ｎ側電極１７および端面１５で順次反射されて外部に取り出され、あるいは、直接ｎ型ＧａＮ層１１の裏面に向かってそのまま外部に取り出される。この場合、上述のようにｎ側電極１７が埋め込み電極で、かつ高反射電極であることにより光取り出し効率の向上が図られているため、このＧａＮ系発光ダイオードから外部に取り出される光の量を大きくすることができる。
【００３３】
次に、このＧａＮ系発光ダイオードの製造方法について説明する。
図４Ａに示すように、まず、例えば主面がＣ面のサファイア基板１８を用意し、サーマルクリーニングを行うことなどによりその表面を清浄化した後、このサファイア基板１８上に、例えば有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、まず例えば５００℃程度の低温で例えばＧａＮバッファ層（図示せず）を成長させ、その後１０００℃程度まで昇温して結晶化させてから、その上にｎ型不純物として例えばＳｉがドープされたｎ型ＧａＮ層１９を成長させる。このｎ型ＧａＮ層１９の厚さは特に限定されないが、例えば２μｍ程度とする。このｎ型ＧａＮ層１９は、平坦な表面を有するように成長させることができる。
【００３４】
次に、ｎ型ＧａＮ層１９上にリソグラフィーにより所定形状のレジストパターン（図示せず）を形成し、さらに基板全面に、例えば真空蒸着法やスパッタリング法などによりＲｈ膜を形成した後、このレジストパターンをその上に形成されたＲｈ膜とともに除去する（リフトオフ）。これによって、ｎ型ＧａＮ層１９上にＲｈからなるｎ側電極１７を形成する。
【００３５】
次に、図４Ｂに示すように、ｎ側電極１７が形成されたｎ型ＧａＮ層１９上に、例えばＭＯＣＶＤ法により、ｎ型不純物としてＳｉがドープされたｎ型ＧａＮ層１１を成長させる。この際、ｎ側電極１７上にはｎ型ＧａＮ層１１が直接成長しないが、ｎ側電極１７が成長マスクとなりｎ型ＧａＮ層１１が横方向成長することにより、このｎ型ＧａＮ層１１が成長するに連れてｎ側電極１７を覆い始め、やがてこのｎ側電極１７を完全に覆い尽くし、連続膜となる。例えば、ｎ側電極１７の幅が２μｍの場合、ｎ型ＧａＮ層１１を例えば厚さ５μｍ程度成長させることでｎ側電極１７を完全に覆うことができる。この場合、典型的な一例では、ｎ型ＧａＮ層１１はＣ軸方位で成長し、このｎ型ＧａＮ層１１のＣ−面がｎ側電極１７とコンタクトするようにする。こうすることで、この成長温度においてｎ型ＧａＮ層１１とｎ側電極１７との界面で合金化が起きやすく、ｎ側電極１７の良好なオーミックコンタクト特性を得ることができる。
【００３６】
こうしてｎ側電極１７をｎ型ＧａＮ層１１で完全に覆った後、引き続いて、図４Ｃに示すように、ｎ型不純物として例えばＳｉがドープされたｎ型ＧａＮ層１２、発光層１３およびｐ型不純物として例えばＭｇがドープされたｐ型ＧａＮ層１４を順次成長させる。ここで、ｎ型ＧａＮ層１１およびｎ型ＧａＮ層１２は例えば１０２０℃程度の温度で成長させ、発光層１３は例えば６００〜８００℃程度の温度で成長させ、ｐ型ＧａＮ層１４は例えば８００〜９００℃程度の温度で成長させるが、これに限定されるものではない。また、ｎ型ＧａＮ層１１およびｎ型ＧａＮ層１２は例えば水素ガス雰囲気中で成長させ、発光層１３は例えば窒素ガス雰囲気中で成長させ、ｐ型ＧａＮ層１４は例えば水素ガス雰囲気中で成長させるが、これに限定されるものではない。
【００３７】
上記のＧａＮ系半導体層の成長原料は、例えば、Ｇａの原料としてはトリメチルガリウム（（ＣＨ3 ）3 Ｇａ、ＴＭＧ）、Ａｌの原料としてはトリメチルアルミニウム（（ＣＨ3 ）3 Ａｌ、ＴＭＡ）、Ｉｎの原料としてはトリメチルインジウム（（ＣＨ3 ）3 Ｉｎ、ＴＭＩ）を、Ｎの原料としてはアンモニア（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 ）を、ｐ型ドーパントとしては例えばビス（メチルシクロペンタジエニル）マグネシウム（（ＣＨ3 Ｃ5 Ｈ4 ）2 Ｍｇ）あるいはビス（シクロペンタジエニル）マグネシウム（（Ｃ5 Ｈ5 ）2 Ｍｇ）を用いる。
【００３８】
次に、上述のようにしてＧａＮ系半導体層を成長させたサファイア基板１８をＭＯＣＶＤ装置から取り出す。
次に、基板表面にリソグラフィーにより所定の円形のレジストパターン（図示せず）を形成し、さらに基板全面に例えば真空蒸着法により例えばＮｉ膜、Ａｇ膜およびＡｕ膜を順次形成した後、このレジストパターンをその上に形成されたＮｉ膜、Ａｇ膜およびＡｕ膜とともに除去する（リフトオフ）。これによって、図５に示すように、ｐ型ＧａＮ層１４上にＮｉ／Ａｇ／Ａｕ構造の円形のｐ側電極１６を形成する。
【００３９】
次に、図５Ｂに示すように、ｐ側電極１６を含むｐ型ＧａＮ層１４の所定領域の表面を覆う円形のレジストパターン２０を形成する。
次に、レジストパターン２０をマスクとして、例えば塩素系ガスをエッチングガスに用いたＲＩＥ法により、基板表面に対して垂直にエッチングが行われる条件でｎ型ＧａＮ層１１に到達するまでエッチングを行い、引き続いて、テーパーエッチングが行われる条件でｎ型ＧａＮ層１９に到達するまでエッチングを行った後、レジストパターン２０を除去する。こうして、図６Ｃに示すように、ｎ型ＧａＮ層１２、発光層１３およびｐ型ＧａＮ層１４が円柱形状にパターニングされ、ｎ型ＧａＮ層１１が、そ下面に対して所定の角度傾斜した端面１５を有するテーパー形状にパターニングされる。
【００４０】
次に、例えば、別の基板を用意し、この基板上にｐ側電極１６を貼り合わせた後、サファイア基板１８の裏面側から例えばエキシマーレーザなどによるレーザビームを照射してサファイア基板１８とｎ型ＧａＮ層１９との界面のアブレーションを行うことにより、ｎ型ＧａＮ層１９からサファイア基板１８を剥離する（レーザ剥離）。次に、塩酸、王水、ＫＯＨ、ＮａＯＨなどの酸またはアルカリ溶液により、剥離面に付着しているＧａドロップレットを除去した後、剥離面の全体をＲＩＥ法によりエッチングして、この剥離面のＧａＮバッファ層および型ＧａＮ層１９を除去し、最終的にｎ型ＧａＮ層１１の裏面にｎ側電極１７を露出させるとともにこの面を平坦化する。この時点で各ＧａＮ系発光ダイオード間が分離された状態となる。
【００４１】
必要に応じて、ｎ型ＧａＮ層１１の裏面を多少荒らすことにより、光取り出し効率の向上を図ることも可能である。例えば、ｎ型ＧａＮ層１１の裏面に、リソグラフィーおよびＲＩＥ法などによるエッチングにより、発光層１３からの光を効率的に散乱することができる微小な凹凸（図示せず）を形成する。この凹凸の大きさおよび間隔は例えば０．１〜１μｍ程度である。この際、従来技術では、この凹凸の形成後にｎ側電極を形成していたため、そのコンタクト抵抗が高くなるという問題が生じるが、このＧａＮ系発光ダイオードにおいては、すでにｎ側電極１７が形成されているため、コンタクト特性が損なわれることがない。
【００４２】
この後、ｐ側電極１６側を貼り合わせた基板を除去して各ＧａＮ系発光ダイオードを分離する。
以上により、図１に示すように、目的とするＧａＮ系発光ダイオードが完成する。こうして製造されたＧａＮ系発光ダイオードは、用途に応じて、単体素子として用いてもよいし、他の基板と貼り合わせたり、転写したり、配線接続を行ったりすることができる。
図６ＡおよびＢにこのＧａＮ系発光ダイオードの実装例を示す。図６Ａに示すように、例えば表面に所定形状の導電層が形成されたサブマウント２１（例えば、熱放散性のよい銀メッキ銅やアルミナなどの高反射率のサブマウント）を用意し、その導電層に、図１に示すＧａＮ系発光ダイオードのｐ側電極１６を張り合わせる。そして、図６Ｂに示すように、例えば、図示省略した配線基板上に、光取り出し面であるｎ型ＧａＮ層１１の裏面が上を向くようにサブマウント２１を載せる。ＧａＮ系発光ダイオードのｎ側電極１７と配線基板上に設けられた電極（図示せず）とをワイヤ２２でボンディングするとともに、サブマウント２１上に設けられ、ＧａＮ系発光ダイオードのｐ側電極１６と電気的に接続されたパッド（図示せず）と配線基板上に設けられた別の電極（図示せず）とをワイヤー（図示せず）でボンディングする。そして、このＧａＮ系発光ダイオードの全体を透明な樹脂２３（輪郭のみ示す）によりモールドする。
【００４３】
図７に、このＧａＮ系発光ダイオードを樹脂パッケージ化し配線接続した例を示す。図７に示すように、ＧａＮ系発光ダイオードの側面を樹脂２４で覆い、ｐ側電極１６上に対応する部分にバンプ２５を形成する。パッケージの下面にはｎ側電極１７に接続するようにＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）のような透明電極２６を形成する。この透明電極２６は例えばＩＴＯインクを塗布し、乾燥することによって形成する。このようにパッケージ化されたＧａＮ系発光ダイオードを、例えば配線基板の面内に規則的に配列した後、ｐ側電極１６上に形成されたバンプ２５に接続した配線２７と、ｎ側電極１７を覆うように形成した透明配線２６とを用いて、複数のＧａＮ系発光ダイオードを接続することができる。
【００４４】
以上のように、この第１の実施形態によれば、ｎ側電極１７が、この上に成長させたｎ型ＧａＮ層１１に埋め込まれていることにより、ｎ型ＧａＮ層１１に対するｎ側電極１７のコンタクト抵抗の低減を図ることができ、ｎ側電極１７のコンタクトを良好に取ることができるので、ＧａＮ系発光ダイオードの動作電圧の低減を図ることができる。また、ｎ側電極１７が埋め込み電極であり、かつ高反射電極であることにより、光取り出し効率の向上を図ることができ、発光効率の向上を図ることができる。
【００４５】
次に、この発明の第２の実施形態について説明する。
図８はこの第２の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
この第２の実施形態においては、第１の実施形態と同様にしてサファイア基板１８上にｎ型ＧａＮ層１９を成長させる工程まで行った後、このｎ型ＧａＮ層１９上に、例えばＣＶＤ法によりＳｉＯ2 膜を形成する。このＳｉＯ2 膜の厚さは例えば１００ｎｍ程度である。次に、このＳｉＯ2 膜上にリソグラフィーにより所定形状のレジストパターン（図示せず）を形成し、さらに基板全面に例えば真空蒸着法により例えばＲｈ膜を形成した後、このレジストパターンをその上に形成されたＲｈ膜とともに除去する（リフトオフ）。これにより、図８Ａに示すように、Ｒｈ膜からなるｎ側電極１７が形成される。次に、このｎ側電極１７をマスクとしてその下のＳｉＯ2 膜をエッチングすることによりこのｎ側電極１７と同一形状にパターニングする。ＳｉＯ2 膜２８に代えてＳｉＮ膜を形成してもよい。次に、第１の実施形態と同様にして、ｎ側電極１７およびＳｉＯ2 膜２８を成長マスクとして、ｎ側電極１７を覆うようにｎ型ＧａＮ層１１を成長させる。この際、ｎ型ＧａＮ層１９とｎ側電極１７との間にＳｉＯ2 膜２８が挿入されており、ｎ型ＧａＮ層１９とｎ側電極１７とが直接接触していないので、ｎ型ＧａＮ層１１の成長時に、ｎ側電極１７を構成するＲｈによる触媒効果により下地のｎ型ＧａＮ層１９が気相エッチングで削られるのを防止することができる。
【００４６】
この後、第１の実施形態と同様に、ｎ型ＧａＮ層１２、発光層１３およびｐ型ＧａＮ層１４を成長させ、サファイア基板１８を剥離し、剥離面に付着しているＧａドロップレットを除去した後、剥離面のＧａＮバッファ層およびｎ型ＧａＮ層１９を除去し、必要に応じて例えばフッ酸系エッチャントを用いたウエットエッチングを行ってＳｉＯ2 膜２８を除去し、最終的にｎ型ＧａＮ層１１の下面にｎ側電極１７を露出させるとともにこの面を平坦化する。この状態を図８Ｄに示す。
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。
【００４７】
次に、この発明の第３の実施形態について説明する。
図９はこの第３の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
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図４Ａに示す工程まで行った後、図９Ａに示すように、ｎ側電極１７が形成されたｎ型ＧａＮ層１９の全面に、まず、例えば６００℃程度の低い温度で、ｎ型ＧａＮ層１１を例えば５０ｎｍ程度の厚さ成長させる。このとき、ｎ側電極１７上には多結晶状のｎ型ＧａＮ層２９が成長する。こうしてｎ型ＧａＮ層２９でｎ側電極１７を完全に覆い尽くす。引き続いて、成長温度を例えば１０２０℃に昇温してｎ型ＧａＮ層１１をさらに成長させる。このとき、多結晶状のｎ型ＧａＮ層２９が上方に伸びるが、周囲から横方向成長したｎ型ＧａＮ層１１によってこのｎ型ＧａＮ層２９が覆われていき、ｎ型ＧａＮ層１１を例えば５〜１０μｍ程度の厚さ成長させることにより、ｎ側電極１７上のｎ型ＧａＮ層２９を完全に覆うことができ、ｎ型ＧａＮ層１１が結晶性が良好な連続膜となる。このようにｎ型ＧａＮ層１１を成長させることにより、ｎ側電極１７の上側にボイドが形成されるのを防止することができる。また、ｎ側電極１７上に成長するｎ型ＧａＮ層２９では多結晶状となるが、導電型がｎ型のため十分にコンタクト抵抗を低くすることができる。
この後、図９Ｂ〜図９Ｄに示すように、第１の実施形態と同様に工程を進めて目的とするＧａＮ系発光ダイオードを製造する。
この第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の利点を得ることができる。
【００４８】
次に、この発明の第４の実施形態について説明する。
図１０はこの第４の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードを示す。
図１０に示すように、このＧａＮ系発光ダイオードは、ｎ側電極１７のｎ型ＧａＮ層１１に埋め込まれている側の面３０が、ｎ型ＧａＮ層１１の裏面（光取り出し面）およびｎ側電極１７の露出している側の面（表面）に対して傾斜していることを除いて、第１の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードと同様な構造を有する。この場合、ｎ側電極１７は、中央部が高く、その両側の周辺部が低い、三角形の形状の断面を有する。ｎ側電極１７のｎ型ＧａＮ層１１に埋め込まれている側の面が、光取り出し面（この場合、ｎ型ＧａＮ層１１の裏面）に平行になっていると、内部を伝播する光を外部に取り出しにくいが、このｎ側電極１７においては、光取り出し面と平行な面は表面の面のみで、ｎ型ＧａＮ層１１に埋め込まれている側の面３０は光取り出し面に対して傾斜しており、この面３０で光を反射させることで内部を伝播する光を外部に取り出しやすくなるため、光取り出し効率を高くすることができる。
【００４９】
このＧａＮ系発光ダイオードを製造するには、第１の実施形態と同様にして図４Ａに示すように長方形断面のｎ側電極１７を形成する工程まで行った後、全面にレジストを塗布し、このレジストをリフローすることによりｎ側電極１７を形成する部分の中央部を高く、周辺部を低くする。次に、例えばＲＩＥ法により全面をエッチングすることにより、図１１Ａに示すように、三角形の形状の断面を有するｎ側電極１７を形成することができる。
この後、図１１Ｂ、Ｃおよび図１０に示すように、第１の実施形態と同様に工程を進めて目的とするＧａＮ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の実施形態と同様の利点を得ることができる。
【００５０】
次に、この発明の第５の実施形態について説明する。
図１２はこの第５の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードを示す。
図１２に示すように、このＧａＮ系発光ダイオードにおいては、ｎ側電極１７の上面とｎ型ＧａＮ層１１との間に、活性層１３からの光を反射する誘電体膜として、例えばＳｉＯ2 膜３２が設けられていることを除いて、第１の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードと同様な構造を有する。このＳｉＯ2 膜３２の厚さは例えば１００ｎｍである。この場合、ｎ側電極１７は上面ではｎ型ＧａＮ層１１とコンタクトせず、両側面でしかｎ型ＧａＮ層１１とコンタクトしないため、ｎ側電極１７のコンタクト抵抗を低くし、良好なコンタクトを取ることができるようにする観点から、ｎ側電極１７の厚さは例えば０．２〜２μｍ程度とする。
このＧａＮ系発光ダイオードにおいては、ｎ側電極１７の上面とｎ型ＧａＮ層１１との間にＳｉＯ2 膜３２が設けられていることにより、ｎ側電極１７とｎ型ＧａＮ層１１とが直接接触する界面が大きく減少し、活性層１３からの光はＳｉＯ2 膜３２で全反射するようになるので、このｎ側電極１７はいわゆるＯＤＲ電極となり、光取り出し効率の大幅な向上を図ることができる。
【００５１】
このＧａＮ系発光ダイオードを製造するには、第１の実施形態と同様にしてサファイア基板１８上にｎ型ＧａＮ層１９を成長させる工程まで行った後、このｎ型ＧａＮ層１９上に、例えばＣＶＤ法によりＳｉＯ2 膜を形成する。このＳｉＯ2 膜の厚さは例えば１００ｎｍ程度である。次に、例えば真空蒸着法やスパッタリング法などにより、このＳｉＯ2 膜上にＲｈ膜を形成する。次に、このＲｈ膜上に、例えばＣＶＤ法によりＳｉＯ2 膜を形成する。次に、リソグラフィーにより所定形状のレジストパターン（図示せず）を形成した後、このレジストパターンをマスクとしてこれらのＳｉＯ2 膜、Ｒｈ膜およびＳｉＯ2 膜を順次エッチングする。これにより、図１３Ａに示すように、ＳｉＯ2 膜２８、ｎ側電極１７およびＳｉＯ2 膜３２の積層構造が形成される。この際、ｎ型ＧａＮ層１９とｎ側電極１７との間にＳｉＯ2 膜２８が挿入されており、ｎ型ＧａＮ層１９とｎ側電極１７とが直接接触していないので、ｎ型ＧａＮ層１１の成長時に、ｎ側電極１７を構成するＲｈによる触媒効果により下地のｎ型ＧａＮ層１９が気相エッチングで削られるのを防止することができる。
【００５２】
次に、図１３Ｂに示すように、第１の実施形態と同様にして、ＳｉＯ2 膜２８、ｎ側電極１７およびＳｉＯ2 膜３２を成長マスクとして、ＳｉＯ2 膜３２を覆うようにｎ型ＧａＮ層１１を成長させる。
この後、第２の実施形態と同様に工程を進めて、図１２に示す目的とするＧａＮ系発光ダイオードを製造する。
この第５の実施形態によれば、第１および第２の実施形態と同様の利点を得ることができる。
【００５３】
次に、この発明の第６の実施形態について説明する。
図１４Ａ〜Ｄは、この第６の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
このＧａＮ系発光ダイオードの製造方法においては、図１４Ａに示すように、第１の実施形態と同様にして図４Ａに示す工程まで行う。このとき、ｎ側電極１７は、例えばＲｈ膜およびＮｉ膜を順次積層することにより形成する。次に、ｐ型ＧａＮ層１４上に所定形状のレジストパターン形成した後、このレジストパターンをマスクとして例えばＲＩＥ法によりサファイア基板１８が露出するまでエッチングを行う。これにより、図１４Ｂに示すように、各ＧａＮ系発光ダイオード間が分離された状態となる。
【００５４】
次に、図１４Ｃに示すように、ｐ型ＧａＮ層１４上の所定部分に、例えばリフトオフにより例えばＮｉ／Ａｕ／Ａｇ構造のｐ側電極１６を形成する。次に、ｐ側電極１６をマスクとして、例えばＲＩＥ法によりｎ側電極１７が露出するまでエッチングを行う。このとき、ｎ側電極１７の最表面が、ＲＩＥ法によりエッチングされにくいＮｉ膜となっているため、ｎ側電極１７が過度にエッチングされることなくエッチングを停止することができる。
以上により、目的とするＧａＮ系発光ダイオードが製造される。
【００５５】
図１５に、このＧａＮ系発光ダイオードをフリップチップ実装した場合の例を示す。図１５に示すように、ｐ側電極１６およびｎ側電極１７に、例えば熱放散性のよい銀メッキ銅や、アルミナなどの高反射のサブマウント３３およびサブマウント３４をそれぞれを取り付け、サファイア基板１８が上側にくるように段差のあるパッケージに取り付けることで電極を外部に取り出す。
サファイア基板１８は取り付けたままでもよいが、必要に応じて、サファイア基板１８の裏面側からレーザビームを照射して、サファイア基板１８をｎ型ＧａＮ層１９から剥離してもよい。この場合、光取り出し効率の向上の観点から、ｎ型ＧａＮ層１９の下面に、ウエットエッチングを行ったり、リソグラフィーおよびＲＩＥ法などによるエッチングを行ったりして、発光波長の光を効率的に散乱することができる微小な凹凸（図示せず）を形成してもよい。
【００５６】
この第６の実施形態によれば、基板上にあらかじめｎ側電極１７を形成しておき、このｎ側電極１７を埋め込むように発光ダイオード構造を形成するＧａＮ系半導体層を成長させ、その後、成長面側から発光ダイオード構造を形成するＧａＮ系半導体層の一部をエッチングすることによりｎ側電極１７を露出するようにしているため、片面にｐ側電極１６およびｎ側電極１７を有するＧａＮ系発光ダイオードを容易に製造することができる。
【００５７】
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、発光層１３の構成が第１の実施形態と異なる。具体的には、発光層１３は複数の井戸層を含むＭＱＷ構造を有し、この発光層１３のｎ型ＧａＮ層１２側の井戸層密度をｄ1 、ｐ型ＧａＮ層１４側の井戸層密度をｄ2 としたとき、ｄ1 ＜ｄ2 を満足するように発光層１３における井戸層が配置されている。このように発光層１３における井戸層密度を異ならせるためには、例えば、井戸層の厚さを一定とし、障壁層の厚さを異ならせる（具体的には、発光層１３におけるｐ型ＧａＮ層１４側の障壁層の厚さを、ｎ型ＧａＮ層１２側の障壁層の厚さよりも小さくする）のが好ましいが、これに限定されるものではなく、障壁層の厚さを一定とし、井戸層の厚さを異ならせる（具体的には、発光層１３におけるｐ型ＧａＮ層１４側の井戸層の厚さを、ｎ型ＧａＮ層１２側の井戸層の厚さよりも大きくする）ようにしてよいし、井戸層の厚さおよび障壁層の厚さの両方を異ならせてもよい。ここで、１＜ｄ2 ／ｄ1 ≦２０、好ましくは１．２≦ｄ2 ／ｄ1 ≦１０、より好ましくは１．５≦ｄ2 ／ｄ1 ≦５を満足するように、発光層１３における井戸層が配置される。
【００５８】
発光層１３が９層の井戸層および８層の障壁層からなるＭＱＷ構造を有する緑色発光のＧａＮ系発光ダイオードを作製し、このＧａＮ系発光ダイオードを発光させた場合に発光層１３の各井戸層からの発光割合がどのようになっているかを視覚化する実験を行った。このＧａＮ系発光ダイオードにおいては、ｎ型ＧａＮ層１２の厚さは３μｍ、ｐ型ＧａＮ層１４の厚さは１２０ｎｍであり、ｎ型ＧａＮ層１２と発光層１３との間およびｐ型ＧａＮ層１４と発光層１３との間にはそれぞれ厚さ５ｎｍのアンドープＧａＮ層が設けられている。発光層１３における井戸層は厚さ３ｎｍのＩｎ0.23Ｇａ0.77Ｎ層からなり、障壁層は厚さ１５ｎｍのＧａＮ層からなる。このＧａＮ系発光ダイオード（試料１）においては動作電流密度６０Ａ／ｃｍ2 での発光ピーク波長が５１５ｎｍであり、発光効率は１８０ｍＷ／Ａであった。
【００５９】
次に、試料１のＧａＮ系発光ダイオードと同様の層構造を有するが、発光層１３における９層の井戸層のうちの特定の１層のみ厚さ３ｎｍのＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ層としたＧａＮ系発光ダイオードを作製した。ｎ型ＧａＮ層１２側から第１番目の井戸層がＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ層であるＧａＮ系発光ダイオードを試料２、第３番目の井戸層がＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ層であるＧａＮ系発光ダイオードを試料３、第５番目の井戸層がＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ層であるＧａＮ系発光ダイオードを試料４、第７番目の井戸層がＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ層であるＧａＮ系発光ダイオードを試料５、第９番目の井戸層がＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ層であるＧａＮ系発光ダイオードを試料６と呼ぶ。これらの試料２〜６のＧａＮ系発光ダイオードにおいては、他の井戸層は上述のように厚さ３ｎｍのＩｎ0.23Ｇａ0.77Ｎ層からなる。これらの試料２〜６のＧａＮ系発光ダイオードにおいても、動作電流密度６０Ａ／ｃｍ2 での発光ピーク波長が５１５ｎｍであり、発光効率は１８０ｍＷ／Ａであった。しかしながら、いくつかの試料では、緑色の発光（発光波長約５１５ｎｍ）以外に、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ層からなる井戸層の存在に起因して、青色の発光領域（発光波長約４５０ｎｍ）にも小さな発光ピークが見られた。この青色の発光ピーク成分の全体に占める割合を図１６にプロットした。図１６の横軸の第１層目、第３層目、…はＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ層からなる井戸層のｎ型ＧａＮ層１２側からの位置を示す。図１６の横軸の第Ｎ層目（Ｎ＝１、３、５、７、９）に該当する青色の発光ピーク成分の全体に占める割合のデータは、発光層１３における第Ｎ層目の井戸層がＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ層からなるＧａＮ系発光ダイオードにおける青色の発光ピーク成分の全体に占める割合の動作電流密度毎のデータを示す。
【００６０】
図１６から明らかなように、発光はどの動作電流密度においても、ＭＱＷ構造を有する発光層１３におけるｐ型ＧａＮ層１４側、発光層１３の厚さ方向約２／３の領域に偏っている。また、発光の８０％は、ｐ型ＧａＮ層１４側の発光層１３の厚さ方向１／２までの領域からの発光で占められている。このように発光が著しく偏る理由として、電子および正孔の移動度の違いが挙げられる。ＧａＮ系化合物半導体においては正孔の移動度が小さいため、正孔はｐ型ＧａＮ層１４の近傍の発光層１３の井戸層までしか到達せず、正孔と電子との再結合による発光がｐ型ＧａＮ層１４側に偏ると考えられる。また、井戸層と障壁層とからなるヘテロ障壁のキャリアに対する透過率という点でも、有効質量の大きな正孔は複数の障壁層を越えてｎ型ＧａＮ層１２側の発光層１３の井戸層まで到達することが困難であるという要因も考えられる。
このことから、ｐ型ＧａＮ層１４側に偏った発光を有効に利用するためには、井戸層の分布をｐ型ＧａＮ層１４側に偏らせた非対称分布の井戸層を有するＭＱＷ構造を採用することが有効である。さらに、発光分布のピークは、ｐ型ＧａＮ層１４側の発光層１３の厚さ方向１／３〜１／４の領域に位置していることが分かる。
【００６１】
実施例について説明する。
実施例１のＧａＮ系発光ダイオードは、発光層１３の構成および構造を除いて試料１のＧａＮ系発光ダイオードと同様の構成を有する。
発光層１３を構成するＭＱＷ構造の詳細を表１に示す。なお、表１あるいは後述する表２中、井戸層の厚さおよび障壁層の厚さの値の右側の括弧内の数字は、発光層１３におけるｎ型ＧａＮ層１３側の界面（より具体的には、実施例１においてはアンドープＧａＮ層と発光層１３との界面）からの積算厚さを示す。
【００６２】
【表１】
2008172040.tif 000003
【００６３】
実施例１においては、発光層１３の総厚をｔ0 とし、発光層１３におけるｎ型ＧａＮ層１２側の界面（より具体的には、実施例１においてはアンドープＧａＮ層と発光層１３との界面）から厚さ（２ｔ0 ／３）までの発光層１３の第１領域内の井戸層密度をｄ1 、ｐ型ＧａＮ層１４側の界面（より具体的には、実施例１においてはアンドープＧａＮ層と発光層１３との界面）から厚さ（ｔ0 ／３）までの発光層１３の第２領域内の井戸層密度をｄ2 としたとき、ｄ1 ＜ｄ2 を満足するように発光層１３における井戸層が配置されている。
【００６４】
具体的には、井戸層密度ｄ1 および井戸層密度ｄ2 を式（１）、（２）から求めると、以下のとおりとなる。
〈実施例１〉
ｄ2 ＝（ＷＬ2 ／ＷＬ）／（ｔ2 ／ｔ0 ）
＝（４／１０）／（５０／１５０）
＝１．２０
ｄ1 ＝（ＷＬ1 ／ＷＬ）／（ｔ1 ／ｔ0 ）
＝（６／１０）／（１００／１５０）
＝０．９０
【００６５】
比較のために、表１に比較例１として示す発光層１３を有するＧａＮ系発光ダイオードを作製した。
実施例１および比較例１のＧａＮ系発光ダイオードにおいては、発光層１３の面積（接合領域の面積）を６×１０-4ｃｍ2 とした。したがって、ＧａＮ系発光ダイオードの動作電流密度は、動作電流値を６×１０-4ｃｍ2 で除した値となる。例えば、２０ｍＡの駆動電流を流した場合の動作電流密度は３３Ａ／ｃｍ2 となる。
比較例１における井戸層密度ｄ1 および井戸層密度ｄ2 を式（１）、（２）から求めると、以下のとおりとなる。
〈比較例１〉
ｄ2 ＝（ＷＬ2 ／ＷＬ）／（ｔ2 ／ｔ0 ）
＝｛（３＋１／３）／１０｝／（４９／１４７）
＝１．００
ｄ1 ＝（ＷＬ1 ／ＷＬ）／（ｔ1 ／ｔ0 ）
＝｛（６＋２／３）｝／１０｝／（９８／１４７）
＝１．００
【００６６】
ＧａＮ系発光ダイオードの動作電流密度と光出力との関係を測定した結果を図１７に示すが、実施例１のＧａＮ系発光ダイオードの光出力は比較例１よりも増加している。そして、実施例１のＧａＮ系発光ダイオードと比較例１のＧａＮ系発光ダイオードとの光出力の差は、動作電流密度が５０Ａ／ｃｍ2 以上で顕著となり、動作電流密度が１００Ａ／ｃｍ2 以上では１割以上の差となる。すなわち、実施例１のＧａＮ系発光ダイオードは、動作電流密度が５０Ａ／ｃｍ2 以上、好ましくは動作電流密度が１００Ａ／ｃｍ2 以上で、比較例１のＧａＮ系発光ダイオードよりも光出力が大きく増加するので、動作電流密度が５０Ａ／ｃｍ2 以上、好ましくは動作電流密度が１００Ａ／ｃｍ2 以上での使用が望ましいといえる。
【００６７】
さらには、ＧａＮ系発光ダイオードの動作電流密度と発光ピーク波長との関係を図１８に示す。動作電流密度を０．１Ａ／ｃｍ2 から３００Ａ／ｃｍ2 へと増加させると、比較例１ではΔλ＝−１９ｎｍであるのに対して、実施例１ではΔλ＝−８ｎｍと、小さな発光波長シフトが実現されている。特に、動作電流密度が３０Ａ／ｃｍ2 以上では、ほとんど波長シフトが観測されない。言い換えれば、動作電流密度を３０Ａ／ｃｍ2 以上とする場合、発光波長の変化がわずかしか生じないので、発光波長や発光色の管理の面で好ましい。特に、動作電流密度が５０Ａ／ｃｍ2 以上、あるいは１００Ａ／ｃｍ2 以上においては、実施例１のＧａＮ系発光ダイオードは、比較例１のＧａＮ系発光ダイオードよりも顕著に波長シフトが小さく、優位性が明らかである。
【００６８】
なお、このようなＧａＮ系発光ダイオードの発光量（輝度）の制御は駆動電流のピーク電流値で行う方法に加えて、駆動電流のパルス幅制御で行ってもよいし、駆動電流のパルス密度制御で行ってもよいし、これらの組合せで行ってもよい。
なお、発光層１３の総厚をｔ0 とし、発光層１３におけるｎ型ＧａＮ層１２側の界面（より具体的には、アンドープＧａＮ層と発光層１３との界面）から厚さ（ｔ0 ／２）までの発光層１３の第１領域内の井戸層密度をｄ1 、ｐ型ＧａＮ層１４側の界面（より具体的には、アンドープＧａＮ層と発光層１３との界面）から厚さ（ｔ0 ／２）までの発光層１３の第２領域内の井戸層密度をｄ2 としたとき、ｄ1 ＜ｄ2 を満足するように発光層１３における井戸層が配置されているとした場合の、井戸層密度ｄ1 および井戸層密度ｄ2 を式（１）、（２）から求めると、以下のとおりとなる。
【００６９】
〈実施例１相当〉
ｄ2 ＝（ＷＬ2 ／ＷＬ）／（ｔ2 ／ｔ0 ）
＝（６／１０）／（７５／１５０）
＝１．２０
ｄ1 ＝（ＷＬ1 ／ＷＬ）／（ｔ1 ／ｔ0 ）
＝（４／１０）／（７５／１５０）
＝０．８０
【００７０】
〈比較例１相当〉
ｄ2 ＝（ＷＬ2 ／ＷＬ）／（ｔ2 ／ｔ0 ）
＝（５／１０）／｛（７３＋１／２）／１４７｝
＝１．００
ｄ1 ＝（ＷＬ1 ／ＷＬ）／（ｔ1 ／ｔ0 ）
＝（５／１０）／｛（７３＋１／２）／１４７｝
＝１．００
【００７１】
また、発光層１３の総厚をｔ0 とし、発光層１３におけるｎ型ＧａＮ層１２側の界面（より具体的には、アンドープＧａＮ層と発光層１３との界面）から厚さ（ｔ0 ／３）までの発光層１３の第１領域内の井戸層密度をｄ1 、ｐ型ＧａＮ層１４側の界面（より具体的には、アンドープＧａＮ層と発光層１３との界面）から厚さ（２ｔ0 ／３）までの発光層１３の第２領域内の井戸層密度をｄ2 としたとき、ｄ1 ＜ｄ2 を満足するように発光層１３における井戸層が配置されているとした場合の、井戸層密度ｄ1 および井戸層密度ｄ2 を式（１）、（２）から求めると、以下のとおりとなる。
【００７２】
〈実施例１相当〉
ｄ2 ＝（ＷＬ2 ／ＷＬ）／（ｔ2 ／ｔ0 ）
＝（８／１０）／（５０／１５０）
＝２．４０
ｄ1 ＝（ＷＬ1 ／ＷＬ）／（ｔ1 ／ｔ0 ）
＝（２／１０）／（１００／１５０）
＝０．３０
【００７３】
〈比較例１相当〉
ｄ2 ＝（ＷＬ2 ／ＷＬ）／（ｔ2 ／ｔ0 ）
＝｛（６＋２／３）／１０｝／（９８／１４７）
＝１．００
ｄ1 ＝（ＷＬ1 ／ＷＬ）／（ｔ1 ／ｔ0 ）
＝｛（３＋１／３）／１０｝／（４９／１４７）
＝１．００
以上のように、いずれの場合においても、実施例１に相当する場合、ｄ1 ＜ｄ2 を満足するように発光層１３における井戸層が配置されている。
【００７４】
次に、実施例２について説明する。この実施例２は実施例１の変形である。実施例２のＧａＮ系発光ダイオードにおいては、発光層１３の井戸層のＩｎ組成比を調整して発光波長を約４４５ｎｍとした。この実施例２のＧａＮ系発光ダイオードにおける発光層１３を構成するＭＱＷ構造の詳細を表２に示す。
【００７５】
【表２】
2008172040.tif 000004
【００７６】
井戸層密度ｄ1 および井戸層密度ｄ2 を式（１）、（２）から求めると、以下のとおりとなる。
〈実施例２〉
ｄ2 ＝（ＷＬ2 ／ＷＬ）／（ｔ2 ／ｔ0 ）
＝｛（５＋２／９）／１０｝／｛（４０＋２／３）／１２２｝
＝１．５７
ｄ1 ＝（ＷＬ1 ／ＷＬ）／（ｔ1 ／ｔ0 ）
＝｛（４＋７／９）／１０｝／｛（８１＋１／３）／１２２｝
＝０．７２
【００７７】
比較のために、表２に比較例２として示す発光層１３を有するＧａＮ系発光ダイオードを作製した。比較例２における井戸層密度ｄ1 および井戸層密度ｄ2 を式（１）、（２）から求めると、以下のとおりとなる。
〈比較例２〉
ｄ2 ＝（ＷＬ2 ／ＷＬ）／（ｔ2 ／ｔ0 ）
＝｛（３＋１／３）／１０｝／｛（４１＋１／２）／（１２４＋１／２）｝
＝１．００
ｄ1 ＝（ＷＬ1 ／ＷＬ）／（ｔ1 ／ｔ0 ）
＝｛（６＋２／３）｝／１０｝／｛８３／（１２４＋１／２）｝
＝１．００
そして、実施例２および比較例２のＧａＮ系発光ダイオードを、実施例１と同様の方法により評価した。
【００７８】
ＧａＮ系発光ダイオードの動作電流密度と発光ピーク波長との関係を図１９に示す。動作電流密度を０．１Ａ／ｃｍ2 から３００Ａ／ｃｍ2 へと増加させると、比較例１ではΔλ＝−９ｎｍであるのに対して、実施例２ではΔλ＝−１ｎｍと、極めて小さな発光波長シフトが実現されている。このように、青色を発光する実施例２のＧａＮ系発光ダイオードは、比較例２のＧａＮ系発光ダイオードよりも顕著に波長シフトが小さく、優位性が明らかである。
この第７の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点に加えて、動作電流密度の増加に伴う発光波長の大きなシフトを抑制することができ、しかも一層広範囲の輝度制御を行うことができるという利点を得ることができる。
【００７９】
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７の実施形態において挙げた数値、材料、構造、形状、基板、原料、プロセスなどはあくまでも例に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、材料、構造、形状、基板、原料、プロセスなどを用いてもよい。
【００８０】
また、上述の第１〜第５の実施形態において、ｎ側電極１７として最表面がＮｉからなる金属多層膜、具体的には、例えばＲｈ／Ｎｉ構造の金属多層膜を用いてもよい。この場合、ｎ側電極１７は、ｎ型ＧａＮ層１９上にＮｉ膜およびＲｈ膜を順次形成した後、これらを所定形状にパターニングすることにより形成される。このようにｎ側電極１７の最表面をＮｉ膜とすることにより、サファイア基板１８の剥離後、剥離面をＲＩＥ法によりエッチングすることによりｎ側電極１７を露出させる際に、このｎ側電極１７が過度にエッチングされるのを防止することができる。
また、必要に応じて、上述の第１〜第７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】
【００８１】
【図１】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードを示す断面図である。
【図２】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードを示す平面図である。
【図３】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードのｎ側電極の他の例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ＧａＮ系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ＧａＮ系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ＧａＮ系発光ダイオードの実装例を示す断面図である。
【図７】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの実装例を示す断面図である。
【図８】この発明の第２の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図９】この発明の第３の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図１０】この発明の第４の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードを示す断面図である。
【図１１】この発明の第４の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図１２】この発明の第５の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードを示す断面図である。
【図１３】この発明の第５の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図１４】この発明の第６の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図１５】この発明の第６の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードを示す断面図である。
【図１６】この発明の第７の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードを説明するための略線図である。
【図１７】この発明の第７の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードを説明するための略線図である。
【図１８】この発明の第７の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードを説明するための略線図である。
【図１９】この発明の第７の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードを説明するための略線図である。
【符号の説明】
【００８２】
１１、１２、１９…ｎ型ＧａＮ層、１３…発光層、１４…ｐ型ＧａＮ層、１５…端面、１６…ｐ側電極、１７…ｎ側電極、１８…サファイア基板、２４…樹脂、２５…バンプ、２６…透明電極、２７…配線、２８、２９…ＳｉＯ2 膜、３３、３４…サブマウント
【図１】
2008172040.tif 000005
【図２】
2008172040.tif 000006
【図３】
2008172040.tif 000007
【図４】
2008172040.tif 000008
【図５】
2008172040.tif 000009
【図６】
2008172040.tif 000010
【図７】
2008172040.tif 000011
【図８】
2008172040.tif 000012
【図９】
2008172040.tif 000013
【図１０】
2008172040.tif 000014
【図１１】
2008172040.tif 000015
【図１２】
2008172040.tif 000016
【図１３】
2008172040.tif 000017
【図１４】
2008172040.tif 000018
【図１５】
2008172040.tif 000019
【図１６】
2008172040.tif 000020
【図１７】
2008172040.tif 000021
【図１８】
2008172040.tif 000022
【図１９】
2008172040.tif 000023