(57)【要約】【課題】発光効率が極めて高く、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、基板を再利用することができる発光ダイオード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１０上にウエットエッチング可能な層、例えばＺｎＯ層１１を形成し、その上に例えばＳｉＯ2 膜により複数の凸部１２を形成する。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。凸部１２の断面形状は例えば三角形または台形とする。この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体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した後、ＺｎＯ層１１をウエットエッチングして除去することにより基板１０を剥離する。【選択図】図１３
2008270431.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にウエットエッチング可能な層を形成する工程と、
上記ウエットエッチング可能な層上に複数の凸部を形成する工程と、
上記凸部の間の凹部に、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、
上記ウエットエッチング可能な層をウエットエッチングにより除去する工程と
を有することを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
【請求項２】
上記凸部は屈折率が１．０以上２．３以下の誘電体からなることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項３】
上記凹部の断面形状は逆台形であることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項４】
上記凹部の深さをｄ、上記凹部の底面の幅をＷg 、上記三角形状の断面形状となる状態の上記第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の斜面と上記基板の一主面とがなす角度をαとしたとき、２ｄ≧Ｗg ｔａｎαが成立することを特徴とする請求項３記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項５】
上記凸部は上記基板上の一方向にストライプ状に延在することを特徴とする請求項１記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項６】
上記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上記凹部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項７】
上記第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる際に、上記凹部の底面との界面から上記基板の一主面に対して垂直方向に発生する転位が、上記三角形状の断面形状となる状態の上記第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の斜面またはその近傍に到達したとき、上記一主面に平行な方向に屈曲することを特徴とする請求項１記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項８】
上記ウエットエッチング可能な層が酸化亜鉛化合物層であることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項９】
上記基板がサファイア基板、ＧａＮ基板またはサファイア基板上に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させたものであることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項１０】
基板上にウエットエッチング可能な層を形成する工程と、
上記ウエットエッチング可能な層上に複数の凸部を形成する工程と、
上記凸部の間の凹部に、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の半導体層を成長させる工程と、
上記第１の半導体層から第２の半導体層を横方向成長させる工程と、
上記ウエットエッチング可能な層をウエットエッチングにより除去する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
基板上にウエットエッチング可能な層を形成する工程と、
上記ウエットエッチング可能な層上に複数の凸部を形成する工程と、
上記凸部の間の凹部に、その底面を底辺とする三角形状の断面形状となる状態を経て第１の層を成長させる工程と、
上記第１の層から第２の層を横方向成長させる工程と、
上記ウエットエッチング可能な層を除去する工程と
を有することを特徴とする電子装置の製造方法。
【請求項１２】
基板上にウエットエッチング可能な層を形成する工程と、
上記ウエットエッチング可能な層上に複数の凸部を形成する工程と、
上記凸部の間の凹部に、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、
上記ウエットエッチング可能な層をウエットエッチングにより除去する工程と
を有することを特徴とする窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板の製造方法。
【請求項１３】
基板上にこの基板と異なる材料からなる複数の凸部および少なくともこの凸部の間の凹部の底部上のウエットエッチング可能な層を形成する工程と、
上記凹部に、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、
上記ウエットエッチング可能な層をウエットエッチングにより除去する工程と
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１４】
基板上にこの基板と異なる材料からなる複数の凸部および少なくともこの凸部の間の凹部の底部上のウエットエッチング可能な層を形成する工程と、
上記凹部に、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の半導体層を成長させる工程と、
上記第１の半導体層から第２の半導体層を横方向成長させる工程と、
上記ウエットエッチング可能な層をウエットエッチングにより除去する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
基板上にこの基板と異なる材料からなる複数の凸部および少なくともこの凸部の間の凹部の底部上のウエットエッチング可能な層を形成する工程と、
上記凹部に、その底面を底辺とする三角形状の断面形状となる状態を経て第１の層を成長させる工程と、
上記第１の層から第２の層を横方向成長させる工程と、
上記ウエットエッチング可能な層をウエットエッチングにより除去する工程と
を有することを特徴とする電子装置の製造方法。
【請求項１６】
基板上にこの基板と異なる材料からなる複数の凸部および少なくともこの凸部の間の凹部の底部上のウエットエッチング可能な層を形成する工程と、
上記凹部に、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、
上記ウエットエッチング可能な層をウエットエッチングにより除去する工程と
を有することを特徴とする窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、発光ダイオードの製造方法、半導体装置の製造方法、電子装置の製造方法および窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板の製造方法に関し、例えば、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた発光ダイオードの製造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４８Ａ〜Ｃに示す。この方法によれば、まず、図４８Ａに示すように、ｃ面のサファイア基板１０１の一主面に凹凸加工を施す。符号１０１ａは凹部、１０１ｂは凸部を示す。これらの凹部１０１ａおよび凸部１０１ｂはサファイア基板１０１の〈１−１００〉方向に延在する。次に、このサファイア基板１０１上に、図４８ＢおよびＣに示す過程を経て、ＧａＮ系半導体層１０２を成長させる。図４８Ｃ中、点線は成長途中の成長界面を示す。図４８Ｃに示すように、凹部１０１ａにおいてサファイア基板１０１とＧａＮ系半導体層１０２との間に空隙１０３が形成される。図４９にこの方法により成長されたＧａＮ系半導体層１０２の結晶欠陥分布を模式的に示す。図４９に示すように、ＧａＮ系半導体層１０２のうちの凸部１０１ｂ上の部分に、この凸部１０１ｂの上面との界面から垂直方向に貫通転位１０４が発生して高欠陥密度領域１０５が形成され、凹部１０１ａの上方の、高欠陥密度領域１０５の間の部分が低欠陥密度領域１０６となっている。
【０００４】
図５０Ａ〜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５０Ａ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５０Ｂ〜Ｆに示す過程を経てＧａＮ系半導体層１０２を成長させる。しかしながら、この従来の成長方法では、ＧａＮ系半導体層１０２の転位密度を、図４８Ａ〜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。
【０００５】
上記の課題を解決するために、本出願人により、一主面に一つまたは複数の凹部を有するサファイア基板のこの凹部に、その底面を底辺とする三角形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埋める工程と、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層からサファイア基板上に第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、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発光ダイオードの製造方法が提案されている（特許文献４参照。）。
【０００６】
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５、６参照。）、これらの成長様式はこの発明と大きく異なる。
一方、サファイア基板の両面に酸化亜鉛（ＺｎＯ）からなる中間層を形成し、サファイア基板の両面に形成された中間層の上にＩＩＩ族窒化物半導体からなる二つの半導体層を形成し、酸化亜鉛のみをエッチングする溶液を用いたウエットエッチングにより二つの中間層だけを除去することで、二つの半導体層をサファイア基板から剥離して、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる２枚の半導体を得る製造方法が提案されている（特許文献７参照。）。また、サファイア基板上の一部の領域にＺｎＯを、他の部分に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる中間層を形成し、その中間層の上にＩＩＩ族窒化物半導体の複数の層からなる半導体レーザ素子層を形成し、酸化亜鉛のみをエッチングする溶液を用いたウエットエッチングによりＺｎＯの中間層のみを除去して、サファイア基板と半導体レーザ素子層の最下層との間に間隙を形成し、半導体レーザ素子層をこの間隙を利用してへき開し、そのへき開面をレーザの共振器の鏡面とすることにより、ＩＩＩ族窒化物半導体レーザを製造する方法が提案されている（特許文献８参照。）。また、基板上にＺｎＯのようなウエットエッチング可能な第１層を形成し、この第１層上に、低温成長により形成した下層と、結晶性の良い第１の窒化ガリウム系化合物半導体からなる第２層とを形成し、その第２層の上に、第２層の露出部が散在するように、点状、ストライプ状または格子状の島状態に、窒化ガリウム系化合物半導体がその上にエピタキシャル成長しない第３層を形成し、第３層で覆われていない第２層の露出部を核としてエピタキシャル成長させ、第３の上部では、横方向にエピタキシャル成長させることで第２の窒化ガリウム系化合物半導体からなる第４層を形成し、第１層をエッチングする溶液を用いたウエットエッチングにより基板から剥離させて窒化ガリウム系化合物半導体基板を形成する方法が提案されている（特許文献９参照。）。
【０００７】
【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２００６−３５２０８４号公報
【特許文献５】特開２００３−３２４０６９号公報
【特許文献６】特許第２８３０８１４号明細書
【特許文献７】特開平７−２０２２６５号公報
【特許文献８】特開平７−２９７４９６号公報
【特許文献９】特許第３７４４１５５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図４８および図５０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。これは、特許文献４により提案された方法でも同様である。また、サファイア基板１０１をその上に成長した窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層から剥離することは難しいため、サファイア基板１０１を再利用することは困難であった。
【０００９】
そこで、この発明が解決しようとする課題は、発光ダイオードを構成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の結晶性の大幅な向上により発光効率が極めて高く、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であり、さらに基板の剥離を容易に行うことができ、基板を再利用することができる発光ダイオード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、素子構造を構成する半導体層の結晶性の大幅な向上により特性が極めて良好で、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であり、さらに基板の剥離を容易に行うことができ、基板を再利用することができる発光ダイオード、半導体レーザ、トランジスタなどを含む半導体装置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、素子構造を構成する層の結晶性の大幅な向上により特性が極めて良好で、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であり、さらに基板の剥離を容易に行うことができ、基板を再利用することができる半導体装置やその他の装置を含む電子装置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さらに他の課題は、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた発光ダイオードなどの製造に用いて好適な窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板の製造方法を提供することである。
上記課題および他の課題は、添付図面を参照した本明細書の記述により明らかとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、第１の発明は、
基板上にウエットエッチング可能な層を形成する工程と、
上記ウエットエッチング可能な層上に複数の凸部を形成する工程と、
上記凸部の間の凹部に、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、
上記ウエットエッチング可能な層を除去する工程と
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。
【００１１】
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、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、凹部の底面に複数の微小核が生成し、これらの微小核が成長し合体して行く過程で基板の凹部の底面との界面から基板の一主面に対して垂直方向に発生する転位が、上記の一主面に平行な方向に繰り返し屈曲される。こうすることで、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長時に上部に抜ける転位を少なくすることができる。
【００１２】
ウエットエッチング可能な層としては、種々のものを用いることができ、適宜選択することができるが、このウエットエッチング可能な層だけをウエットエッチングにより除去することができ、しかも窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長温度に耐えられるものを用いることが望ましい。具体的には、このウエットエッチング可能な層としては、例えば、ＺｎＯ層やＺｎＭｇＯ層などに代表される酸化亜鉛化合物層や、ＣｒＯ層などが用いられるが、これに限定されるものではない。このウエットエッチング可能な層は二種類以上の物質からなる二層以上の層により構成してもよい。このウエットエッチング可能な層の厚さは、適宜選択することができるが、一般的には１０ｎｍ〜１０μｍである。
【００１３】
典型的には、ウエットエッチング可能な層上に凸部と凹部とを交互に周期的に形成する。この場合、凸部および凹部の周期は、好適には、３〜５μｍである。また、凸部の底辺の長さと凹部の底辺の長さとの比は、好適には０．５〜３であり、最も好適には０．５付近である。ウエットエッチング可能な層の一主面から見たこの凸部の高さは、好適には０．３μｍ以上、より好適には１μｍ以上である。この凸部は、好適には基板の一主面に対して傾斜した側面（例えば、ウエットエッチング可能な層の一主面と接する側面）を有し、この側面と基板の一主面とのなす角度をθとすると、光の取り出し効率の向上を図る観点より、例えば、好適には１２０°＜θ＜１５０°であり、最も好適には約１４０°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。光の取り出し効率の向上を図る観点より、好適には、この凹部の断面形状は逆台形状とする。ここで、逆台形状とは、正確な逆台形だけでなく、近似的に逆台形とみなすことができるものも含むことを意味する（以下同様）。この場合、第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の転位密度を最小化する観点より、好適には、凹部の深さ（凸部の高さと同じ）をｄ、凹部の底面の幅をＷg 、三角形状の断面形状となる状態の第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の斜面と基板の一主面とがなす角度をαとしたとき、２ｄ≧Ｗg ｔａｎαが成立するように、ｄ、Ｗg 、αを決める。αは通常一定であるため、この式が成立するようにｄ、Ｗg を決める。ｄは、大きすぎると原料ガスが凹部の内部に十分に供給されず、凹部の底面からの第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長に支障を来し、逆に小さすぎると基板の凹部だけでなく、その両側の凸部にも第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が成長してしまうため、これらを防止する観点より、一般的には０．５μｍ＜ｄ＜５μｍの範囲内に選ばれ、典型的には１．０±０．２μｍの範囲内に選ばれる。Ｗg は、一般的には０．５〜５μｍであり、典型的には２±０．５μｍの範囲内に選ばれる。また、凸部の上面の幅は、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、凸部の上面の幅は一般的には１〜１０００μｍ、例えば４±２μｍの範囲内であるが、これに限定されるものではない。
【００１４】
凸部または凹部は、例えば、基板上の一方向にストライプ状に延在するようにしてもよいし、少なくとも互いに交差する第１の方向および第２の方向にストライプ状に延在するようにすることにより凸部がｎ角形（ただし、ｎは３以上の整数）、具体的には三角形、四角形、五角形、六角形など、あるいはこれらの角部を切除したものや角が丸まっているもの、円形、楕円形、点状などの二次元パターンとなるようにしてもよい。好適な一つの例では、凸部が六角形の平面形状を有し、この凸部が蜂の巣状に二次元配列しており、この凸部を囲むように凹部が形成される。こうすることで、活性層から放出される光を３６０°の全方向に効率よく取り出すことができる。あるいは、凹部が六角形の平面形状を有し、この凹部が蜂の巣状に二次元配列しており、この凹部を囲むように凸部が形成されるようにしてもよい。基板の凹部がストライプ状である場合、この凹部は、例えば、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の〈１−１００〉方向に延在する。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。
【００１５】
凸部の材料は、各種のものであってよく、導電性の有無も問わないが、例えば、酸化物や窒化物や炭化物などの誘電体、金属や合金などの導電体（透明導電体を含む）などである。酸化物としては、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯx ）、酸化チタン（ＴｉＯx ）、酸化タンタル（ＴａＯx ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯx ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯx ）、酸化亜鉛（ＺｎＯx ）、酸化アルミニウム（ＡｌＯx ）、酸化ガリウム（ＧａＯx ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯx ）、酸化バリウム（ＢａＯx ）、酸化インジウム（ＩｎＯx ）、ＭｇＩｎ2 Ｏ4 、フッ素ドープ酸化スズ（ＳｎＯ2 ：Ｆ（ＦＴＯ））、酸化スズ（ＳｎＯx ）、酸化リチウム（ＬｉＯx ）、酸化カルシウム（ＣａＯx ）、酸化銅（ＣｕＯx ）、ＣｕＡｌＯ2 、ＳｒＣｕ2 Ｏ2 、酸化イリジウム（ＩｒＯx ）、酸化ルテニウム（ＲｕＯx ）、Ｃｕa （Ａｌx Ｇａy Ｉｎz ）1-a Ｏ2 、ＣｄＧｅＯ、ＩｎＧａＺｎＯ、ＺｎＲｈＯ、ＧａＩｎ2 Ｏ4 、ＬａＯ、ＬａＣｕＯなどを用いることができ、これらの二種類以上を混合して、または積層膜の形で用いることもできる。窒化物としては、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮx ）、ＴｉＮ、ＷＮ、ＣＮ、ＢＮ、ＬｉＮ、ＴｉＯＮ、ＳｉＯＮ、ＣｒＮ、ＣｒＮＯなどを用いることができ、これらの二種類以上を混合して、または積層膜の形で用いることもできる。炭化物としては、ＳｉＣ、ＨｆＣ、ＺｒＣ、ＷＣ、ＴｉＣ、ＣｒＣなどを用いることができ、これらの二種類以上を混合して、または積層膜の形で用いることもできる。金属または合金としては、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｗ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｉｒ、ＡｇＮｉ、ＡｇＰｄ、ＡｕＮｉ、ＡｕＰｄ、ＡｌＣｕ、ＡｌＳｉ、ＡｌＳｉＣｕなどを用いることができ、これらの二種類以上を混合して、または積層膜の形で用いることもできる。透明導電体としては、ＩＴＯ（インジウム−スズ複合酸化物）、ＩＺＯ（インジウム−亜鉛複合酸化物）、ＺＯ（酸化亜鉛）、ＦＴＯ（フッ素ドープ酸化スズ）、酸化スズなどを用いることができ、これらの二種類以上を混合して、または積層膜の形で用いることもできる。さらに、以上の各種の材料を二種類以上混合して、または積層膜の形で用いることもできる。金属などにより凸部を形成し、この凸部の少なくとも表面を窒化処理、酸化処理あるいは炭化処理することにより窒化物、酸化物あるいは炭化物を形成するようにしてもよい。
【００１６】
一方、本発明者らの知見によれば、上記の凸部の材料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。ここで、凸部の材料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、活性層より放出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は、ディスプレイ、バックライト、照明など多岐に渡り、用途によって発光ダイオードの発光強度分布の望ましい形が異なるため、このように遠視野像の制御が可能となることの意義は極めて大きい。以下、本発明者らが得た知見の概要について説明する。
【００１７】
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出された光線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、活性層から放出された光線は、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)内にある光線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線の多くは減衰し、光取り出し効率を低下させる。
【００１８】
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、脱出錐体に入る光線の数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線は、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から放出された光線の反射角度を変えることができるため、脱出錐体に入る光線が増加し、光取り出し効率を向上させることができる。
【００１９】
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、全面からの総発光分布は集光性の高いものになる。
【００２０】
図２に示す発光ダイオードでは、活性層４から放出され、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るため、光取り出し効率および遠視野像は変化する。干渉現象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、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。干渉によって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。
【００２１】
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。
【００２２】
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以上２．１以下、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以上２．２以下、望ましくは２．０程度にするとよい。
【００２３】
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。図９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９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以上１．８以下、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以上２．３以下、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。
【００２４】
屈折率が１．０以上２．３以下の誘電体は、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。
【００２５】
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
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
【００２６】
凸部には、必要に応じて、活性層から放出される光を散乱し、光取り出し効率の向上を図り、発光ダイオードの高出力化を図る目的で、散乱中心を導入するようにしてもよい。このような散乱中心としては、例えばシリコンナノ結晶などのシリコン微粒子を用いることができる。このようなシリコン微粒子が導入された凸部を形成するためには、例えば、基板上に酸化シリコンにより凸部を形成した後、熱処理を行えばよい。
【００２７】
凸部の間の凹部にのみ第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、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望ましい。この非晶質層は成長マスクとなるものである。これは、非晶質層上では成長時に核形成が起きにくいことを利用したものである。この非晶質層は、各種の成膜法により基板上に成膜したり、金属などにより凸部を形成し、この凸部の表面を酸化することなどにより形成してもよい。この非晶質層は、例えば、ＳｉＯx 膜、ＳｉＮx 膜、非晶質Ｓｉ（ａ−Ｓｉ）膜、非晶質ＣｒＮ膜あるいはこれらの二種類以上の積層膜などであり、一般的には絶縁膜である。場合によっては、凸部を基板上に形成された第１の非晶質層、第２の非晶質層および第３の非晶質層により形成してもよい。この場合、例えば、第２の非晶質層は、第１の非晶質層および第３の非晶質層に対して選択的にエッチング可能なものとしてもよい。
第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層には、これと電気的に接続された状態で第１の導電型側の電極を形成する。同様に、第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層にも、これと電気的に接続された状態で第２の導電型側の電極を形成する。
【００２８】
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、取り分けＧａＮ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、例えばサファイア基板上に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させたものを用いてもよい。
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。
必要に応じて、ウエットエッチング可能な層をウエットエッチングにより除去して基板を剥離した後、凸部をエッチング除去してもよい。
【００２９】
第１〜第５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５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。
【００３０】
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５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。
【００３１】
この第１の発明により製造される発光ダイオードは、発光を用いる各種の電子機器に適用して好適なものである。例えば、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、発光ダイオードバックライト、発光ダイオード照明装置、発光ダイオードディスプレイなどにおいて、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のうちの少なくとも一つ、取り分け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のうちの少なくとも一つの発光ダイオードとして、この第１の発明により製造される発光ダイオードを用いる。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。あるいは、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、その少なくとも一つの発光ダイオードとして、この第１の発明により製造される発光ダイオードを用いる。
【００３２】
電子機器は、発光ダイオードバックライト、発光ダイオード照明装置、発光ダイオードディスプレイなどに加えて、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。
【００３３】
第２の発明は、
基板上にウエットエッチング可能な層を形成する工程と、
上記ウエットエッチング可能な層上に複数の凸部を形成する工程と、
上記凸部の間の凹部に、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の半導体層を成長させる工程と、
上記第１の半導体層から第２の半導体層を横方向成長させる工程と、
上記ウエットエッチング可能な層を除去する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【００３４】
第２の発明において、第１〜第３の半導体層は、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のほか、ウルツ鉱型（wurtzit)構造、より一般的には六方晶系の結晶構造を有する他の半導体、例えばＺｎＯ、α−ＺｎＳ、α−ＣｄＳ、α−ＣｄＳｅなど、さらにはＣｒＮ（１１１）などの他の結晶構造を有する各種の半導体からなるものであってもよい。これらの半導体を用いた半導体装置には、一般的な発光ダイオード、サブバンド間遷移発光型（量子カスケード型）発光ダイオード、通常の半導体レーザ、サブバンド間遷移発光型（量子カスケード型）半導体レーザのような発光素子のほか、フォトダイオードなどの受光素子あるいはセンサ、太陽電池、さらには高電子移動度トランジスタなどの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）やヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）などのバイポーラトランジスタのようなトランジスタに代表される電子走行素子が含まれる。
第２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。
【００３５】
第３の発明は、
基板上にウエットエッチング可能な層を形成する工程と、
上記ウエットエッチング可能な層上に複数の凸部を形成する工程と、
上記凸部の間の凹部に、その底面を底辺とする三角形状の断面形状となる状態を経て第１の層を成長させる工程と、
上記第１の層から第２の層を横方向成長させる工程と、
上記ウエットエッチング可能な層を除去する工程と
を有することを特徴とする電子装置の製造方法である。
【００３６】
電子装置は、上記の半導体装置（発光素子、受光素子、電子走行素子など）のほかに、圧電装置、焦電装置、光学装置（非線形光学結晶を用いる第２次高調波発生素子など）、誘電体装置（強誘電体素子を含む）、超伝導装置なども含む。この場合、第１〜第３の層の材料は、半導体装置では上記のような各種の半導体を用いることができ、圧電装置、焦電装置、光学装置、誘電体装置、超伝導装置などでは、六方晶系の結晶構造を有する酸化物などの各種の材料を用いることができる。
電子装置として発光ダイオードあるいは半導体レーザを含むものを用いることにより、発光ダイオードバックライト、発光ダイオード照明装置、発光ダイオードディスプレイなど、さらには発光ダイオードあるいは半導体レーザを光源とするプロジェクタあるいはリアプロジェクションテレビ、グレーティングライトバルブなどの電子機器を構成することができる。
【００３７】
第４の発明は、
基板上にウエットエッチング可能な層を形成する工程と、
上記ウエットエッチング可能な層上に複数の凸部を形成する工程と、
上記凸部の間の凹部に、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、
上記ウエットエッチング可能な層を除去する工程と
を有することを特徴とする窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板の製造方法である。
【００３８】
第５の発明は、
基板上にこの基板と異なる材料からなる複数の凸部および少なくともこの凸部の間の凹部の底部上のウエットエッチング可能な層を形成する工程と、
上記凹部に、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、
上記ウエットエッチング可能な層を除去する工程と
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。
【００３９】
第６の発明は、
基板上にこの基板と異なる材料からなる複数の凸部および少なくともこの凸部の間の凹部の底部上のウエットエッチング可能な層を形成する工程と、
上記凹部に、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、
上記ウエットエッチング可能な層を除去する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【００４０】
第７の発明は、
基板上にこの基板と異なる材料からなる複数の凸部および少なくともこの凸部の間の凹部の底部上のウエットエッチング可能な層を形成する工程と、
上記凹部に、その底面を底辺とする三角形状の断面形状となる状態を経て第１の層を成長させる工程と、
上記第１の層から第２の層を横方向成長させる工程と、
上記ウエットエッチング可能な層を除去する工程と
を有することを特徴とする電子装置の製造方法である。
【００４１】
第８の発明は、
基板上にこの基板と異なる材料からなる複数の凸部および少なくともこの凸部の間の凹部の底部上のウエットエッチング可能な層を形成する工程と、
上記凹部に、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、
上記ウエットエッチング可能な層を除去する工程と
を有することを特徴とする窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板の製造方法である。
第５〜第８の発明において、基板上に形成するウエットエッチング可能な層は、複数の凸部およびこの凸部の間の凹部の全面に形成するようにしてもよい。また、ウエットエッチング可能な層を凸部の間の凹部の底部上にのみ形成する場合、基板上への複数の凸部およびウエットエッチング可能な層の形成順序は問わず、基板上に複数の凸部を形成した後にこの凸部の間の凹部の底部にウエットエッチング可能な層を形成してもよいし、その逆であってもよい。
第５〜第８の発明においては、上記以外のことは、その性質に反しない限り、第１〜第４の発明に関連して説明したことが成立する。
【００４２】
上述のように構成されたこの発明においては、基板の凹部の底面から第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長を開始し、途中でこの底面を底辺とする三角形状の断面形状となる状態を経て第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させることによりこの凹部を隙間なく埋めることができる。そして、こうして成長された第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層から第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を横方向成長させる。このとき、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層では、基板の凹部の底面との界面から基板の一主面に対して垂直方向に転位が発生し、この転位が第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の斜面またはその近傍に到達し、第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長に伴い、この転位はそこから基板の一主面に平行な方向に屈曲する。第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を十分に厚く成長させた時点で、この基板の一主面に平行な転位の上の部分は転位密度が極めて少ない領域となる。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、ウエットエッチング可能な層上に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。そして、ウエットエッチング可能な層をエッチング除去することにより、基板を容易に剥離することができる。
より一般的には、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を第１の半導体層あるいは第２の層、第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を第２の半導体層あるいは第２の層と読み替えて上記と同様なことが成立する。
【発明の効果】
【００４３】
この発明によれば、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。しかも、基板を容易に剥離することができるため、基板を再利用することができる。そして、この発光効率が高い発光ダイオードを用いて高性能の光源セルユニット、発光ダイオードバックライト、発光ダイオード照明装置、発光ダイオードディスプレイ、発光ダイオード光通信装置、光空間伝送装置、各種の電子機器などを実現することができる。
より一般的には、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を第１の半導体層あるいは第１の層、第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を第２の半導体層あるいは第２の層と読み替えて上記と同様な効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
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１０Ａ〜Ｃ、図１１Ａ〜Ｃおよび図１２〜図１５はこの発明の第１の実施形態による発光ダイオードの製造方法を工程順に示す。この発光ダイオードは、ＧａＮなどの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いたものである。
【００４５】
この第１の実施形態においては、図１０Ａに示すように、まず、平坦な一主面を有する基板１０を用意し、この基板１０上にウエットエッチング可能な層としてＺｎＯ層１１を形成する。このＺｎＯ層１１は典型的にはｃ軸配向で形成するが、これに限定されるものではない。このＺｎＯ層１１の厚さは必要に応じて選択されるが、例えば１００ｎｍとする。このＺｎＯ層１１の形成方法も適宜選択されるが、例えば、ＲＦスパッタリング法を用いる。具体的には、基板１０をＲＦスパッタリング装置に導入し、アルゴンと酸素との混合ガス中でスパッタリングを行うことによりＺｎＯ層１１を形成する。基板１０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（例えば、主面がｃ面のもの）やＧａＮ基板などを用いる。
【００４６】
次に、このＺｎＯ層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。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１６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１７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１６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１７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。凸部１２の材料としてはすでに述べたものを用いることができるが、好適には屈折率が１．０〜２．３の誘電体が用いられ、中でも加工の容易さなどの観点から、好適には例えばＳｉＯ2 、ＳｉＮ、ＳｉＯＮなどが用いられる。
【００４７】
ＺｎＯ層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ＺｎＯ層１１の全面に凸部１２の材料となる膜（例えば、ＳｉＯ2 膜）を形成する。次に、この膜上に所定形状のレジストパターンをリソグラフィーにより形成する。次に、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。一例を挙げると、厚さが約１．５μｍのＳｉＯ2 膜を形成し、これをパターニングすることにより約１．５μｍ間隔の凸部１２を形成する。
【００４８】
次に、サーマルクリーニングなどを行うことによりＺｎＯ層１１および凸部１２の表面を清浄化した後、その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１０Ｂ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１０Ｃ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。
【００４９】
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１１Ａ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１１Ｂ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１１Ｂ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１１Ｃ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１１Ｃ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１０Ｃに示す状態から、図１１Ａに示す状態を経ないで、図１１Ｂに示す状態に直接移ることも可能である。
【００５０】
次に、図１２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。
【００５１】
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。
【００５２】
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、例えば、高反射率を有するオーミック金属を用いるのが好ましい。
この後、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８のｐ型不純物を活性化するために、例えばＮ2 とＯ2 との混合ガス（組成は例えばＮ2 が９９％、Ｏ2 が１％）の雰囲気中において５５０〜７５０℃（例えば、６５０℃）あるいは５８０〜６２０℃（例えば、６００℃）の温度で熱処理を行う。ここで、例えば、Ｎ2 にＯ2 を混合することで活性化が起きやすくなる。また、例えば、Ｏ、Ｎと同様に電気陰性度の高いＦ、Ｃｌなどの原料としてハロゲン化窒素（ＮＦ3 、ＮＣｌ3 など）をＮ2 またはＮ2 とＯ2 との混合ガス雰囲気に混合するようにしてもよい。この熱処理の時間は例えば５分〜２時間あるいは４０分〜２時間、一般的には１０〜６０分程度である。熱処理の温度を比較的低くするのは、熱処理時の活性層１７などの劣化を防止するためである。なお、この熱処理は、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８をエピタキシャル成長させた後、ｐ側電極１９を形成する前に行ってもよい。
【００５３】
次に、ｐ側電極１９上に基板貼り合わせ用の金属膜２０を形成する。この金属膜２０は例えばスパッタリング法や真空蒸着法により形成することができる。この金属膜２０は例えばＡｕからなるが、これに限定されるものではない。
一方、図１３に示すように、別途、支持基板２１の一方の主面上に基板貼り合わせ用の金属膜２２を形成したものを用意し、この支持基板２１の金属膜２２側を基板１０上の金属膜２０と貼り合わせる。この金属膜２２は例えばＡｕからなるが、これに限定されるものではない。支持基板２１は導電性、非導電性のいずれであってもよく、支持基板２１が非導電性の場合は金属膜２０、２２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２１に持たせればよい。
【００５４】
次に、基板１０上にＺｎＯ層１１、凸部１２、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５、ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６、活性層１７、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８、ｐ側電極１９および金属膜２０が形成されたものと支持基板２１上に金属膜２２が形成されたものとが貼り合わされたものを、ＺｎＯ層１１だけをエッチングするエッチング液に浸漬することにより、図１４に示すように、ＺｎＯ層１１をウエットエッチングして除去する。このウエットエッチングのエッチング液としては、例えば、６０℃の塩酸を用いる。このウエットエッチングは、エッチングを促進するために、好適には、超音波洗浄器において行う。
こうしてＺｎＯ層１１がエッチング除去されることにより、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５から基板１０が剥離される。
【００５５】
次に、ＺｎＯ層１１がエッチング除去されることにより露出したｎ型の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５上にｎ側電極２３を形成する。このｎ側電極２３は、透明電極材料からなるものを用いる。
次に、この支持基板２１上に発光ダイオード構造を形成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が形成されたものをスクライビングしてバーを形成し、このバーをスクライビングする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。この発光ダイオードは垂直電流注入型である。
【００５６】
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２３としては、例えばＩＴＯからなるものを用いる。
【００５７】
こうして得られた図１５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２３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、ｎ側電極２３側から外部に光を取り出す。活性層１７のＩｎ組成の選定により、赤色〜紫外の発光、取り分け青色発光、緑色発光または赤色発光を得ることができる。この場合、活性層１７から発生した光のうち、ｎ側電極２３側に向かう光は、凸部１２と窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５との界面で屈折した後、ｎ側電極２３を通って外部に出て行き、活性層１７から発生した光のうち、ｐ側電極１９に向かう光は、このｐ側電極１９で反射されてｎ側電極２３側に向かい、ｎ側電極２３を通って外部に出て行く。
【００５８】
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１０Ｃ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１８参照）。
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。
【００５９】
図１０ＢおよびＣならびに図１１Ａ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１０ＢおよびＣならびに図１１Ａ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１１Ｂ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１１Ｂ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。
【００６０】
図１９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、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１９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１０ＢおよびＣならびに図１１Ａ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１０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。
【００６１】
図２０に、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の結晶欠陥分布を模式的に示す。図２０中、符号２４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ない。
また、図２０において、凹部１３のＺｎＯ層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２１に、凸部１２が図１６に示す平面形状を有する場合の貫通転位２４の分布を示す。また、図２２に、凸部１２が図１７に示す平面形状を有する場合の貫通転位２４の分布を示す。
【００６２】
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２３Ａ〜Ｆを参照しながら説明する。
成長を開始すると、図２３Ａ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、ＺｎＯ層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２３ＢおよびＣ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１０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２３Ｄ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２３Ｅ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１０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１０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２３Ｆ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１０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１０の主面に垂直な方向）に屈曲し、貫通転位となる。
【００６３】
図２４Ａ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２４Ａ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、ＺｎＯ層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、ＺｎＯ層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。
参考のために、基板１０上にＺｎＯ層１１を形成しない場合において、図１７Ａ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２５Ａ〜Ｃに示す。図２５ＢおよびＣは図２５Ａの楕円で囲んだ部分を拡大した断面ＴＥＭ写真である。図２５Ａ〜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。
【００６４】
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２６Ａ〜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２３Ｄ〜Ｆに対応する状態を示す。図２６Ａ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２３Ｄの場合に比べて多い。成長を続けると、図２６Ｂ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１０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２６Ｃ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２４となる。この貫通転位２４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２７Ａ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。
【００６５】
以上のように、この第１の実施形態によれば、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の貫通転位は基板１０上の凸部１２の中央部近傍に集中し、その他の部分の転位密度は例えば６×１０7 ／ｃｍ2 程度と従来の凹凸加工基板を用いた場合に比べて大幅に低減されるため、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５およびその上に成長される活性層１７などの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の結晶性は大幅に向上し、非発光中心なども大幅に減少する。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、凸部１２はＺｎＯ層１１上に凸部１２の材料となる膜、例えばＳｉＯ2 膜、ＳｉＯＮ膜、ＳｉＮ膜、ＣｒＮ膜、ＣｒＯＮ膜などの膜を形成し、これをエッチング、粉末ブラスト法、サンドブラスト法などにより加工するだけで形成することができるので、凹凸加工が困難なサファイア基板などの基板１０の加工が不要であるため、製造工程が簡単であり、低コストで垂直電流注入型の窒化物系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。さらに、ＺｎＯ層１１をウエットエッチングにより除去することにより基板１０を容易に剥離することができるため、必要に応じて鏡面研磨を行って基板１０を繰り返して再利用することができ、これによっても発光ダイオードの製造コストの低減を図ることができる。
【００６６】
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２８Ａ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、ＺｎＯ層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１０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２４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。
【００６７】
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。
【００６８】
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、ＺｎＯ層１１をウエットエッチングによりエッチング除去することにより基板１０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２９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２３を形成する。
ここで、ｐ側電極１９およびｎ側電極２３を高反射電極あるいは透明電極とすることにより、光の取り出し方向を選択することができる。
上記以外のことは第１の実施形態と同様である。
この第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００６９】
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、第１の実施形態と同様にして基板１０を剥離した後、凸部１２をエッチング除去する。次に、図３０に示すように、この凸部１２があった部分に活性層１７からの光を大きく吸収しない誘電体２５を埋め込んで表面を平坦化した後、この面に透明電極材料からなるｎ側電極２３を形成する。誘電体２５としては、好適には屈折率が１．０〜２．３のもの、例えばＳｉＯ2 、ＳｉＮ、ＳｉＯＮなどが用いられる。
上記以外のことは第１の実施形態と同様である。
この第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。
【００７０】
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、図３１Ａに示すように、基板１０上にＺｎＯ層１１を形成した後、このＺｎＯ層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３１Ｂ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３１Ｃ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３２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３３に、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の結晶欠陥分布を模式的に示す。
この第５の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００７１】
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６の実施形態と同様にしてｐ側電極１９まで形成した後、ＺｎＯ層１１をウエットエッチングによりエッチング除去することにより基板１０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３４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２３を形成する。
ここで、ｐ側電極１９およびｎ側電極２３を高反射電極あるいは透明電極とすることにより、光の取り出し方向を選択することができる。
上記以外のことは第１および第５の実施形態と同様である。
この第６の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００７２】
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１０を剥離した後、凸部１２をエッチング除去する。次に、図３５に示すように、この凸部１２があった部分に活性層１７からの光を大きく吸収しない誘電体２５を埋め込んで表面を平坦化した後、この面に透明電極材料からなるｎ側電極２３を形成する。誘電体２５としては、好適には屈折率が１．０〜２．３のもの、例えばＳｉＯ2 、ＳｉＮ、ＳｉＯＮなどが用いられる。
上記以外のことは第１および第５の実施形態と同様である。
この第７の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００７３】
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、図３６に示すように、基板１０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。この凸部１２の平面形状は、例えば図１６に示すようにストライプ形状とする。凸部１２の間隔の一例を挙げると約１．５μｍである。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、凹部１３の底部上にＺｎＯ層１１をストライプ形状に形成する。このストライプ形状のＺｎＯ層１１の幅の一例を挙げると約１．５μｍである。このストライプ形状のＺｎＯ層１１は、例えば、凸部１２が形成された基板１０の全面にＺｎＯ層１１を形成した後、このＺｎＯ層１１をエッチングによりパターニングすることにより形成することができる。あるいは、凸部１２が形成された基板１０上に凸部１２を覆うレジストパターン（図示せず）を形成し、スパッタリング法などによりＺｎＯ層１１を全面に形成した後、レジストパターンをその上に形成されたＺｎＯ層１１とともに除去、すなわちリフトオフすることによって形成することもできる。ただし、ＺｎＯ層１１は、図３６において一点鎖線で示すように、凹部１３の底部上だけでなく、凸部１２の表面を含む全面に形成するようにしてもよい。
次に、ＺｎＯ層１１をウエットエッチングによりエッチング除去することにより基板１０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３７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２３を形成する。
上記以外のことは第１および第５の実施形態と同様である。
この第８の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００７４】
次に、この発明の第９の実施形態について説明する。
この第９の実施形態においては、第８の実施形態と同様にしてｐ側電極１９まで形成した後、ＺｎＯ層１１をウエットエッチングによりエッチング除去することにより基板１０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３８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２３を形成する。
ここで、ｐ側電極１９およびｎ側電極２３を高反射電極あるいは透明電極とすることにより、光の取り出し方向を選択することができる。
上記以外のことは第１、第５および第８の実施形態と同様である。
この第９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。
【００７５】
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ＺｎＯ層１１をウエットエッチングによりエッチング除去することにより基板１０を除去し、さらに凸部１２を例えばウエットエッチングすることにより除去し、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が例えばＳｉＯ2 からなる場合には、フッ酸系のエッチング液を用いてウエットエッチングすることにより凸部１２を容易に除去することができる。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２３を形成する。
上記以外のことは第１、第５、第８および第９の実施形態と同様である。
この第１０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。
【００７６】
次に、この発明の第１１の実施形態による発光ダイオードバックライトについて説明する。
この第１１の実施形態においては、第１〜第１０の実施形態のいずれかによる方法により製造さ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。
図４０に示すように、この発光ダイオードバックライトにおいては、基板６１上に、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（セル）としたものを所定のパターンで必要な数配置する。この場合、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としては、第１〜第１０の実施形態のいずれかの方法により製造される発光ダイオードを用いる。赤色発光の発光ダイオードチップ６３としては、ＡｌＧａＩｎＰ系の発光ダイオードを用いる。
次に、図４１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。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。
【００７７】
次に、この発明の第１２の実施形態による発光ダイオードバックライトについて説明する。
この第１２の実施形態においては、第１１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４２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。
この発光ダイオードバックライトは、例えば液晶パネルのバックライトに用いて好適なものである。
【００７８】
次に、この発明の第１３の実施形態について説明する。
この第１３の実施形態においては、第１〜第１０の実施形態のいずれかによる方法により製造さ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４３Ａに示すように、この第１３の実施形態においては、第１１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４３Ｂ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１１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１２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。
【００７９】
プリント配線基板７６上のセル７５の配置の具体例を図４４および図４５に示すが、これらに限定されるものではない。図４４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４５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４６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。
【００８０】
次に、この発明の第１４の実施形態について説明する。
この第１４の実施形態においては、配線基板６１およびプリント配線基板７６の代わりに、図４７に示すように、プリント配線基板７６と同等の配線パターンを有する互いに電気的に絶縁された薄い導電性基板９１ａ、９１ｂ、９１ｃ（例えば、リードフレーム）の所定部位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の一方の電極側をそれぞれダイレクトマウントし、他方の電極にそれぞれワイヤー６７によりワイヤボンディングを行った後、例えば金型を用いた一体成型技術によりそれぞれ透明樹脂６９〜７１でモールドする。ここで、発光ダイオードチップ６３、６４、６５は、例えば第１〜第１０の実施形態のいずれかによる垂直電流注入型発光ダイオードである。また、発光ダイオードチップ６３、６４、６５は、早期混色化（白色化、均一化）を目的として最適設計された所望の配置、配列でマウントするのが好ましい。発光ダイオードチップ６３、６４、６５は透明樹脂６８により一体でモールドしてもよい。導電性基板９１ａ、９１ｂ、９１ｃのうちの発光ダイオードチップ６３、６４、６５をマウントする部分は斜面を有するカップ状に形成してもよく、こうすることでこの斜面による反射により光取り出し量を増加させることができる。また、導電性基板９１ａ、９１ｂ、９１ｃ上の発光ダイオードチップ６３、６４、６５側から最終的に光を取り出す場合、放熱性能を向上させる目的で、最終的に発光ダイオードチップ６３、６４、６５側だけに透明樹脂６９〜７１または透明樹脂６８がモールドされた形態にして、発光ダイオードチップ６３、６４、６５と反対側の、外部に露出した部分の導電性基板９１から直接放熱を行うようにするのが望ましい。導電性基板９１ａ、９１ｂ、９１ｃが例えばリードフレームである場合、このリードフレームによる放熱構造の形成方法としては、例えば、金型成型時に発光ダイオード側（片側）のみが樹脂モールドされる形成方法を用いてもよいし、発光ダイオードの両側を樹脂モールドした後に片側のモールド樹脂を残すように除去する方法を用いてもよい。なお、発光ダイオードチップ６３、６４、６５はフリップチップ（ワイヤボンディングなし）、フェースアップ（ワイヤボンディングあり）などの様々な形態があり、光取り出し側も、発光ダイオードチップ６３、６４、６５側、発光ダイオードチップ６３、６４、６５と反対側などがあるため、これらの形態などによっては、上記のモールド側と放熱側とが逆になる場合もあることは言うまでもない。
【００８１】
また、図４７は断面図であるため図示されていないが、例えば一体モールド成型時のリードフレーム上の赤色、緑色および青色の発光ダイオードチップ６３、６４、６５のパッケージは、例えば、少なくとも最小単位が、図４３Ｂあるいは図４６に示すセル７５のような配置で、外部リード端子が３対（陽極・陰極一対）あるモールドパッケージの形態でもよい。
この第１６の実施形態によれば、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あるいはこの発光ダイオードバックライトに用いて好適な光源セルユニットを得ることができる。
【００８２】
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１６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１０の実施形態において、ｐ型層およびｎ型層の導電型を互いに逆にしてもよい。
また、必要に応じて、上述の第１〜第１０の実施形態のうちの二以上を組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】発光ダイオードからの光取り出しを説明するための断面図である。
【図２】発光ダイオードからの光取り出し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発光ダイオードを示す断面図である。
【図９】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１０】この発明の第１の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図１１】この発明の第１の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図１２】この発明の第１の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図１３】この発明の第１の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図１４】この発明の第１の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図１５】この発明の第１の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【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１７】この発明の第１の実施形態による発光ダイオードの製造方法において基板上に形成する凸部の平面形状の例を示す平面図である。
【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において用いる基板を示す略線図である。
【図１９】この発明の第１の実施形態によ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成長させた窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の転位の振る舞いを説明するための略線図である。
【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ける窒化物系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２８】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２９】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３０】この発明の第４の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図３１】この発明の第５の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図３２】この発明の第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３３】この発明の第５の実施形態による発光ダイオードの製造方法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転位の振る舞いを説明するための略線図である。
【図３４】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３５】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３６】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３７】この発明の第９の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図３８】この発明の第１０の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図３９】この発明の第１０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１１の実施形態による発光ダイオードバックライトの製造方法を説明するための断面図である。
【図４１】この発明の第１１の実施形態による発光ダイオードバックライトの製造方法を説明するための斜視図である。
【図４２】この発明の第１１の実施形態による発光ダイオードバックライトの製造方法を説明するための斜視図である。
【図４３】この発明の第１２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４４】この発明の第１２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４５】この発明の第１２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４６】この発明の第１２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４７】この発明の第１６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４８】従来の凹凸加工基板上へのＧａＮ系半導体層の成長方法を説明するための断面図である。
【図４９】図４８に示す従来のＧａＮ系半導体層の成長方法の課題を説明するための断面図である。
【図５０】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】
【００８４】
１０…基板、１１…ＺｎＯ層、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、２２…金属膜、２１…支持基板、２３…ｎ側電極、２４…貫通転位、６３〜６５…発光ダイオードチップ、６８〜７１…透明樹脂、７５…セル、７６…プリント配線基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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