(57)【要約】【課題】ｐ型コンタクト層が、互いに積層された、２種類以上の互いに異なるｐ型不純物がそれぞれドープされた２層以上の層からなる場合に、これらのｐ型不純物の相互拡散を防止することによって、ｐ側電極のコンタクト抵抗の上昇を抑制することができるとともに、発光効率の低下をより効果的に防止することができ、発光特性および電気的特性が良好で、かつ、信頼性の高い半導体発光素子を提供する。【解決手段】活性層３をｎ型クラッド層２およびｐ型クラッド層４により挟んだ構造を有し、かつ、ｐ型コンタクト層６を有するＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードにおいて、ｐ型コンタクト層６を、活性層３側から順にＭｇドープ層６ａとＺｎドープ層６ｂとの２層により構成し、かつ、Ｍｇドープ層６ａとＺｎドープ層６ｂとの界面に、ＭｇおよびＺｎの拡散を防止するＳｉをドープすることによりｎ型不純物ドープ領域７を形成する。【選択図】図１
2008085012.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層をｎ型クラッド層とｐ型クラッド層とにより挟んだ構造を有し、かつ、上記ｐ型クラッド層とｐ側電極との間にこのｐ側電極とコンタクトしたｐ型コンタクト層を有する半導体発光素子において、
上記ｐ型コンタクト層は、互いに積層された、２種類以上の互いに異なるｐ型不純物がそれぞれドープされた２層以上の層からなり、かつ、これらの層の界面のうちの少なくとも一つの界面に、上記ｐ型不純物の拡散を防止するｎ型不純物がドープされている
ことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
上記ｐ型コンタクト層はＧａＰ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３】
上記ｐ型コンタクト層はＧａＡｓ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ｐ型コンタクト層のうちの上記活性層に近い側の層に上記ｐ型不純物としてＭｇおよび／またはＢｅがドープされ、上記ｐ型コンタクト層のうちの上記ｐ側電極側の層に上記ｐ型不純物としてＺｎがドープされ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５】
上記Ｍｇおよび／またはＢｅがドープされている上記層の上記ｐ型不純物の濃度をＮa1、上記Ｚｎがドープされている上記層の上記ｐ型不純物の濃度をＮa2としたとき、Ｎa1＜Ｎa2で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６】
上記ｎ型不純物の濃度をＮd としたとき、２×１０17ｃｍ-3＜Ｎd ＜Ｎa1であることを特徴とする請求項５記載の半導体発光素子。
【請求項７】
上記ｎ型不純物がＳｉ、ＳｅおよびＳからなる群より選ばれた少なくとも１種で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８】
上記ｐ型コンタクト層は、上記少なくとも一つの界面の近傍に、上記ｐ型不純物としてＭｇおよび／またはＢｅとＺｎとがともにドープされている領域を有し、この領域およびこの領域の上下５０ｎｍ以上の領域に上記ｎ型不純物がドープされ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９】
上記ｐ型コンタクト層は、アンドープでｐ型の領域を有し、この領域およびこの領域の上下５０ｎｍ以上の領域からなる厚さが１００ｎｍより大きい領域に上記ｎ型不純物がドープされ、上記アンドープでｐ型の領域のキャリア濃度をＮa3、上記ｎ型不純物の濃度をＮd としたとき、Ｎd ＜Ｎa3で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１０】
活性層をｎ型クラッド層とｐ型クラッド層とにより挟んだ構造を有し、かつ、上記ｐ型クラッド層とｐ側電極との間にこのｐ側電極とコンタクトしたｐ型コンタクト層を有する半導体発光素子の製造方法において、
上記ｐ型コンタクト層を、互いに積層された、２種類以上の互いに異なるｐ型不純物がそれぞれドープされた２層以上の層により形成し、かつ、これらの層の界面のうちの少なくとも一つの界面に、上記ｐ型不純物の拡散を防止するｎ型不純物をドープするようにした
ことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項１１】
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少なくとも一つ含むセルがプリント配線基板上に複数個配列した光源セルユニットにおいて、
上記赤色発光の半導体発光素子、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、
活性層をｎ型クラッド層とｐ型クラッド層とにより挟んだ構造を有し、かつ、上記ｐ型クラッド層とｐ側電極との間にこのｐ側電極とコンタクトしたｐ型コンタクト層を有する半導体発光素子において、
上記ｐ型コンタクト層は、互いに積層された、２種類以上の互いに異なるｐ型不純物がそれぞれドープされた２層以上の層からなり、かつ、これらの層の界面のうちの少なくとも一つの界面に、上記ｐ型不純物の拡散を防止するｎ型不純物がドープされているものである
ことを特徴とする光源セルユニット。
【請求項１２】
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、
活性層をｎ型クラッド層とｐ型クラッド層とにより挟んだ構造を有し、かつ、上記ｐ型クラッド層とｐ側電極との間にこのｐ側電極とコンタクトしたｐ型コンタクト層を有する半導体発光素子において、
上記ｐ型コンタクト層は、互いに積層された、２種類以上の互いに異なるｐ型不純物がそれぞれドープされた２層以上の層からなり、かつ、これらの層の界面のうちの少なくとも一つの界面に、上記ｐ型不純物の拡散を防止するｎ型不純物がドープさ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１３】
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、
活性層をｎ型クラッド層とｐ型クラッド層とにより挟んだ構造を有し、かつ、上記ｐ型クラッド層とｐ側電極との間にこのｐ側電極とコンタクトしたｐ型コンタクト層を有する半導体発光素子において、
上記ｐ型コンタクト層は、互いに積層された、２種類以上の互いに異なるｐ型不純物がそれぞれドープされた２層以上の層からなり、かつ、これらの層の界面のうちの少なくとも一つの界面に、上記ｐ型不純物の拡散を防止するｎ型不純物がドープさ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１４】
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、
活性層をｎ型クラッド層とｐ型クラッド層とにより挟んだ構造を有し、かつ、上記ｐ型クラッド層とｐ側電極との間にこのｐ側電極とコンタクトしたｐ型コンタクト層を有する半導体発光素子において、
上記ｐ型コンタクト層は、互いに積層された、２種類以上の互いに異なるｐ型不純物がそれぞれドープされた２層以上の層からなり、かつ、これらの層の界面のうちの少なくとも一つの界面に、上記ｐ型不純物の拡散を防止するｎ型不純物がドープさ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、光源セルユニット、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、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】
従来、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体やＡｌＧａＡｓ系半導体を用いた半導体発光素子において、ｐ型半導体層のｐ型不純物としては、高い不純物濃度が得やすい亜鉛（Ｚｎ）が用いられていた。しかしながら、Ｚｎは熱拡散が容易に起きるため、半導体発光素子の製造工程中や完成後の通電中に、活性層へＺｎが混入し、光出力が低下したり信頼性が低下したりするという問題があった。そこで、近年では、拡散の起きにくいマグネシウム（Ｍｇ）が、Ｚｎに替わるｐ型不純物として用いられている。しかしながら、ｐ型不純物としてＭｇを用いた場合、１×１０19ｃｍ-3以上の高い不純物濃度のｐ型コンタクト層を形成することが難しく、このため、ｐ型不純物を全てＭｇとして半導体発光素子を製造すると、ｐ側電極のコンタクト抵抗が増加し、デバイス抵抗が上昇するという問題が発生する。
【０００３】
この対策として、ｐ型コンタクト層のうちの活性層に近い側にＭｇをドープし、ｐ側電極との接合層にＺｎをドープした、２層構造のｐ型コンタクト層の構造が検討されている（例えば、特許文献１参照。）。図２４は、このような２層構造のｐ型コンタクト層を適用した従来のＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの不純物濃度プロファイルを示す。
【０００４】
図２４に示すように、この従来のＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードにおいては、図示省略したｎ型ＧａＡｓ基板の一主面上に、ｎ型不純物としてＳｉがドープされたＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層１０１、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の活性層１０２、ｐ型不純物としてＭｇがドープされたＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型クラッド層１０３、ｐ型不純物としてＭｇがドープされたＧａＩｎＰからなるｐ型中間層１０４およびｐ型コンタクト層１０５が順次積層されている。ｐ型コンタクト層１０５は、ｐ型不純物としてＭｇがドープされたＧａＰからなるＭｇドープ層１０５ａと、ｐ型不純物としてＺｎがドープされたＧａＰからなるＺｎドープ層１０５ｂとの２層から構成され、Ｚｎドープ層１０５ｂ上に図示省略したｐ側電極が形成される。
【０００５】
この従来のＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードにおいては、Ｍｇドープ層１０５ａが、Ｚｎドープ層１０５ｂ中のＺｎの拡散を抑止する拡散抑止層として働き、Ｚｎドープ層１０５ｂ中のＺｎが活性層１０２へ拡散することを抑止することにより、発光特性の劣化および素子の寿命の劣化を防止することができるとされている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１９６９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、本発明者らの知見によれば、上述のようにｐ型コンタクト層１０５をＭｇドープ層１０５ａとＺｎドープ層１０５ｂとの２層により構成した場合、ＭｇおよびＺｎの相互拡散が生じ、その結果、ｐ側電極との界面の近傍におけるｐ型コンタクト層１０５の不純物濃度が低下することによってｐ側電極のコンタクト抵抗が上昇したり、活性層１０２中にＺｎが混入することによって発光効率が低下したりするという問題があった。
【０００８】
図２５は、この従来のＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードのｐ型コンタクト層と同様の層構造を有する評価用試料の２次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）の結果を示す。評価用試料としては、ＧａＡｓ基板上に、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、ｐ型不純物としてＭｇがドープされたＧａＰからなるＭｇドープ層と、ｐ型不純物としてＺｎがドープされたＧａＰからなるＺｎドープ層とを順次成長させたエピタキシャル基板を用いた。また、Ｍｇドープ層のＭｇの濃度が１×１０19ｃｍ-3となり、Ｚｎドープ層のＺｎの濃度が２×１０19ｃｍ-3となるように成長条件を設定した。
【０００９】
図２５に示すように、Ｍｇドープ層とＺｎドープ層との間でＭｇおよびＺｎの相互拡散が生じ、Ｚｎドープ層中のＺｎがＭｇドープ層に、Ｍｇドープ層中のＭｇがＺｎドープ層に混入していることがわかる。Ｍｇドープ層中に拡散したＺｎの濃度は、Ｍｇドープ層とＧａＡｓ基板との界面の近傍で（１〜７）×１０16ｃｍ-3程度に達している。
【００１０】
このようなＭｇおよびＺｎの相互拡散が起きることによって、従来のＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードにおいては、次のような問題が生じる。すなわち、図２４中、符号１０６は、Ｍｇドープ層１０５ａ側へ拡散したＺｎの分布を示し、符号１０７は、Ｚｎドープ層１０５ｂ側へ拡散したＭｇの分布を示す。図２４に示すように、このＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードにおいては、ＭｇおよびＺｎの相互拡散が生じることにより、ｐ型コンタクト層１０５のうちのｐ側電極との接合層にあたるＺｎドープ層１０５ｂに高濃度にドープされたＺｎが、Ｍｇドープ層１０５ａ側、したがって活性層１０２側へ拡散する。このため、ｐ型コンタクト層１０５においてｐ側電極との界面の近傍の不純物濃度が低下し、ｐ側電極のコンタクト抵抗が上昇するという問題が生じる。また、これまでと同様に、拡散したＺｎが活性層１０２に混入することにより、活性層１０２中に非発光中心が発生し、発光効率が低下するという問題も生じる。
【００１１】
そこで、この発明が解決しようとする課題は、ｐ型コンタクト層が、互いに積層された、２種類以上の互いに異なるｐ型不純物がそれぞれドープされた２層以上の層からなる場合に、これらのｐ型不純物の相互拡散を防止することによって、ｐ側電極のコンタクト抵抗の上昇を抑制することができるとともに、発光効率の低下をより効果的に防止することができ、発光特性および電気的特性が良好で、かつ、信頼性の高い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、上記のような半導体発光素子を用いた高性能の光源セルユニット、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。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、第１の発明は、
活性層をｎ型クラッド層とｐ型クラッド層とにより挟んだ構造を有し、かつ、ｐ型クラッド層とｐ側電極との間にこのｐ側電極とコンタクトしたｐ型コンタクト層を有する半導体発光素子において、
ｐ型コンタクト層は、互いに積層された、２種類以上の互いに異なるｐ型不純物がそれぞれドープされた２層以上の層からなり、かつ、これらの層の界面のうちの少なくとも一つの界面に、ｐ型不純物の拡散を防止するｎ型不純物がドープされている
ことを特徴とするものである。
【００１３】
この半導体発光素子は、典型的には、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体やＡｌＧａＡｓ系半導体などのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるが、これに限定されるものではない。この半導体発光素子は、発光ダイオードや半導体レーザである。ｐ型コンタクト層は、典型的にはＧａＰやＧａＡｓからなるが、これに限定されるものではなく、ｐ側電極とのオーミックコンタクトが可能である限り、他の半導体を用いてもい。また、ｐ型コンタクト層を構成する２層以上の層は、典型的には互いに同一の半導体により構成するが、互いに異なる半導体により構成してもよい。
【００１４】
ｐ型コンタクト層に含まれる界面のうちの少なくとも一つの界面にドープされるｎ型不純物は、ｐ型不純物が相互に拡散するのを効果的に防止する観点から、その界面の上下５０ｎｍ以上の領域にドープされていることが好ましい。ここで、界面の上下５０ｎｍ以上の領域とは、その界面の下層側に隣接する層のうちの界面からの厚さが５０ｎｍ以上の領域と、その界面の上層側に隣接する層のうちの界面からの厚さが５０ｎｍ以上の領域とを合わせた領域のことである。したがって、ｎ型不純物がドープされている領域の全体の厚さは、１００ｎｍ以上であることが好ましい。このｎ型不純物は、最大でｐ型コンタクト層全体の領域にドープすることが可能である。ただし、ｐ型コンタクト層中のｎ型不純物がドープされている領域が厚すぎると、ｐ型コンタクト層の直列抵抗の上昇が問題となるため、このｎ型不純物は、界面の上下数百ｎｍ以内の領域にドープされていることが好ましい。
【００１５】
ｐ型コンタクト層のうちのｎ型不純物がドープされている領域のｎ型不純物の濃度は、ｐ型不純物の拡散を効果的に防止する観点から、好適には２×１０17ｃｍ-3より高く選ばれる。ただし、キャリア注入を妨げないようにする観点から、ｎ型不純物がドープされている領域の導電型がｐ型であることが望ましい。具体的には、ｎ型不純物がドープされている界面の上下に隣接する層間でｐ型不純物の濃度が異なる場合、ｎ型不純物の濃度は、ｐ型不純物の濃度が低い方の層のｐ型不純物の濃度より低く選ばれる。
【００１６】
ｐ型コンタクト層のｐ型不純物は、具体的には、例えば、Ｍｇ、ＢｅおよびＺｎからなる群より選ばれた少なくとも１種である。ｐ型不純物の相互拡散を防止するためにｐ型コンタクト層にドープされるｎ型不純物は、具体的には、例えば、Ｓｉ、ＳｅおよびＳからなる群より選ばれた少なくとも１種である。ｐ型不純物としてＭｇ、ＢｅおよびＺｎが用いられる場合、典型的には、ｐ型コンタクト層のうちの活性層に近い側の層に、ｐ型不純物として比較的拡散の起きにくいＭｇおよび／またはＢｅがドープされ、ｐ型コンタクト層のうちのｐ側電極側の層、特にｐ側電極とコンタクトする層に、ｐ型不純物として高濃度にドープすることが可能なＺｎがドープされる。この場合、典型的には、Ｍｇおよび／またはＢｅがドープされている層のｐ型不純物の濃度をＮa1とし、Ｚｎがドープされている層のｐ型不純物の濃度をＮa2としたとき、Ｎa1＜Ｎa2の関係を満たすようにｐ型不純物がドープされる。また、この場合、ｐ型コンタクト層に含まれる界面にドープされるｎ型不純物の濃度は、ｐ型不純物の相互拡散を効果的に防止する観点から２×１０17ｃｍ-3より高く選ばれ、かつ、不純物濃度の低いＭｇおよび／またはＢｅがドープされる層のｐ型不純物の濃度Ｎa1より低く選ばれる。したがって、２×１０17ｃｍ-3＜Ｎd ＜Ｎa1の関係を満たすようにｎ型不純物がドープされる。
【００１７】
典型的な例では、ｐ型コンタクト層は、活性層側から順にｐ型不純物としてＭｇおよび／またはＢｅがドープされた層と、ｐ型不純物としてＺｎがドープされた層との２層からなり、これらの２層の界面の上下５０ｎｍ以上の領域にｎ型不純物がドープされる。
典型的な他の例では、ｐ型コンタクト層は、少なくとも一つの界面の近傍に、ｐ型不純物としてＭｇおよび／またはＢｅとＺｎとがともにドープされている領域を有し、この領域およびこの領域の上下５０ｎｍ以上の領域にｎ型不純物がドープされる。
典型的なさらに他の例では、ｐ型コンタクト層は、アンドープでｐ型の領域（アンドープでｐ型となるような条件で成長された半導体層からなる領域）を有し、この領域およびこの領域の上下５０ｎｍ以上の領域からなる厚さが１００ｎｍより大きい領域にｎ型不純物がドープされる。この場合、好適には、アンドープでｐ型の領域のキャリア濃度（正孔濃度）をＮa3とし、ｎ型不純物の濃度をＮd としたとき、Ｎd ＜Ｎa3の関係を満たすようにｎ型不純物がドープされる。
【００１８】
第２の発明は、
活性層をｎ型クラッド層とｐ型クラッド層とにより挟んだ構造を有し、かつ、ｐ型クラッド層とｐ側電極との間にこのｐ側電極とコンタクトしたｐ型コンタクト層を有する半導体発光素子の製造方法において、
ｐ型コンタクト層を、互いに積層された、２種類以上の互いに異なるｐ型不純物がそれぞれドープされた２層以上の層により形成し、かつ、これらの層の界面のうちの少なくとも一つの界面に、ｐ型不純物の拡散を防止するｎ型不純物をドープするようにした
ことを特徴とするものである。
第２の発明においては、第１の発明に関連して説明したことが成立する。
【００１９】
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少なくとも一つ含むセルがプリント配線基板上に複数個配列した光源セルユニットにおいて、
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のうちの少なくとも一つの半導体発光素子が、
活性層をｎ型クラッド層とｐ型クラッド層とにより挟んだ構造を有し、かつ、ｐ型クラッド層とｐ側電極との間にこのｐ側電極とコンタクトしたｐ型コンタクト層を有する半導体発光素子において、
ｐ型コンタクト層は、互いに積層された、２種類以上の互いに異なるｐ型不純物がそれぞれドープされた２層以上の層からなり、かつ、これらの層の界面のうちの少なくとも一つの界面に、ｐ型不純物の拡散を防止するｎ型不純物がドープされているものである
ことを特徴とするものである。
【００２０】
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バックライトにおいて、
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のうちの少なくとも一つの半導体発光素子が、
活性層をｎ型クラッド層とｐ型クラッド層とにより挟んだ構造を有し、かつ、ｐ型クラッド層とｐ側電極との間にこのｐ側電極とコンタクトしたｐ型コンタクト層を有する半導体発光素子において、
ｐ型コンタクト層は、互いに積層された、２種類以上の互いに異なるｐ型不純物がそれぞれドープされた２層以上の層からなり、かつ、これらの層の界面のうちの少なくとも一つの界面に、ｐ型不純物の拡散を防止するｎ型不純物がドープされているものである
ことを特徴とするものである。
【００２１】
第５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、
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のうちの少なくとも一つの半導体発光素子が、
活性層をｎ型クラッド層とｐ型クラッド層とにより挟んだ構造を有し、かつ、ｐ型クラッド層とｐ側電極との間にこのｐ側電極とコンタクトしたｐ型コンタクト層を有する半導体発光素子において、
ｐ型コンタクト層は、互いに積層された、２種類以上の互いに異なるｐ型不純物がそれぞれドープされた２層以上の層からなり、かつ、これらの層の界面のうちの少なくとも一つの界面に、ｐ型不純物の拡散を防止するｎ型不純物がドープされているものである
ことを特徴とするものである。
【００２２】
第３〜第５の発明において、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ＧａＮ系半導体などの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いたものを用いることができ、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ができるほか、ＧａＮ系半導体を用いたものを用いることもできる。典型的には、赤色発光の半導体発光素子として、上記のようなｐ型コンタクト層を有する半導体発光素子を用いる。
【００２３】
上記の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体発光素子としては、従来公知のものを用いることができるが、好適には、次のような方法により製造されるものを用いることができる。
すなわち、この半導体発光素子の製造方法は、
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材料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ものである。
【００２４】
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。
【００２５】
典型的には、基板の一主面に凸部と凹部とを交互に周期的に形成する。この場合、凸部および凹部の周期は、好適には、３〜５μｍである。また、凸部の底辺の長さと凹部の底辺の長さとの比は、好適には０．５〜３であり、最も好適には０．５付近である。基板の一主面から見たこの凸部の高さは、好適には０．３μｍ以上、より好適には１μｍ以上である。この凸部は、好適には基板の一主面に対して傾斜した側面（例えば、基板の一主面と接する側面）を有し、この側面と基板の一主面とのなす角度をθとすると、光の取り出し効率の向上を図る観点より、例えば、好適には１００°＜θ＜１６０°、より好適には１３２°＜θ＜１３９°あるいは１４７°＜θ＜１５４°であり、最も好適には１３５°あるいは１５２°である。この凸部の断面形状は、種々の形状であってよく、その側面も平面だけでなく曲面であってもよいが、例えば、ｎ角形（ただし、ｎは３以上の整数）、具体的には三角形、四角形、五角形、六角形などである。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。この場合、第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の転位密度を最小化する観点より、好適には、凹部の深さ（凸部の高さと同じ）をｄ、凹部の底面の幅をＷg 、三角形状の断面形状となる状態の第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の斜面と基板の一主面とがなす角度をαとしたとき、２ｄ≧Ｗg ｔａｎαが成立するように、ｄ、Ｗg 、αを決める。αは通常一定であるため、この式が成立するようにｄ、Ｗg を決める。ｄは、大きすぎると原料ガスが凹部の内部に十分に供給されず、凹部の底面からの第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長に支障を来し、逆に小さすぎると基板の凹部だけでなく、その両側の凸部にも第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が成長してしまうため、これらを防止する観点より、一般的には０．５μｍ＜ｄ＜５μｍの範囲内に選ばれ、典型的には１．０±０．２μｍの範囲内に選ばれる。Ｗg は、一般的には０．５〜５μｍであり、典型的には２±０．５μｍの範囲内に選ばれる。また、凸部の上面の幅Ｗt は、凸部の断面形状が三角形状の場合は０であるが、凸部の断面形状が台形状の場合は、この凸部は第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の横方向成長に使用する領域であるため、長ければ長いほど転位密度の少ない部分の面積を大きくすることができる。凸部の断面形状が台形状の場合、Ｗt は一般的には１〜１０００μｍである。
【００２６】
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。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、六角錐などである。
【００２７】
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 ）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、ＳｉＯＮ、ＣｒＮ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、ＡｇＮｉ、ＡｇＰｄ、ＡｕＮｉ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）、ＦＴＯ（フッ素ドープ酸化スズ）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。
【００２８】
凸部の屈折率は、必要に応じて設計により決められるが、一般的には、基板の屈折率およびこの基板上に成長させる窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の屈折率とは異なる屈折率に選ばれ、典型的には、基板の屈折率以下に選ばれる。
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。
【００２９】
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、ＣｒＮ（例えば、ＣｒＮ（１１１））などからなる基板を用いることができ、好適には、これらの材料からなる六方晶基板または立方晶基板、より好適には六方晶基板を用いる。基板としては、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体（ＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＩｎＮなど）からなる基板を用いてもよい。あるいは、基板として、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なる物質からなる基板上に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させ、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に上記の凸部を形成したものであってもよい。
なお、例えば、基板上に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層などの層を成長させたものを基板として用いる場合、凸部の材料はこの凸部の直下の層と異なる材料のものが用いられる。
基板は、必要に応じて除去してもよい。
【００３０】
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。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。
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。
【００３１】
上記の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体発光素子としては、上述の製造方法により製造されるものと実質的に同様な次のような半導体発光素子を用いることができる。
すなわち、この半導体発光素子は、
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材料からなるものと、
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
ことを特徴とする半導体発光素子である。
【００３２】
ここで、この半導体発光素子において、第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は、上述の半導体発光素子の製造方法における第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。
この半導体発光素子においては、その性質に反しない限り、上述の半導体発光素子の製造方法に関連して説明したことが成立する。
【００３３】
第６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、
活性層をｎ型クラッド層とｐ型クラッド層とにより挟んだ構造を有し、かつ、ｐ型クラッド層とｐ側電極との間にこのｐ側電極とコンタクトしたｐ型コンタクト層を有する半導体発光素子において、
ｐ型コンタクト層は、互いに積層された、２種類以上の互いに異なるｐ型不純物がそれぞれドープされた２層以上の層からなり、かつ、これらの層の界面のうちの少なくとも一つの界面に、ｐ型不純物の拡散を防止するｎ型不純物がドープされているものである
ことを特徴とするものである。
【００３４】
第６の発明において、電子機器は、バックライト（液晶ディスプレイのバックライトなど）、照明装置、ディスプレイなど、さらには半導体発光素子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、光通信装置、光伝送装置などである。
【００３５】
上述のように構成されたこの発明においては、ｐ型コンタクト層が、互いに積層された２種類以上の互いに異なるｐ型不純物がそれぞれドープされた２層以上の層からなり、かつ、これらの層の界面のうちの少なくとも一つの界面にｐ型不純物の拡散を防止するｎ型不純物がドープされていることにより、ｐ型コンタクト層にドープされたｐ型不純物が相互に拡散することを効果的に防止することができる。
【発明の効果】
【００３６】
この発明によれば、ｐ型コンタクト層中にドープされたｐ型不純物が相互に拡散することを効果的に防止することができることにより、ｐ側電極との界面の近傍におけるｐ型コンタクト層の不純物濃度が低下するのを防止することができ、ｐ側電極のコンタクト抵抗の上昇を抑えることができるとともに、半導体発光素子の製造工程中や完成後の通電中に活性層にｐ型不純物が混入するのを効果的に防止することができ、活性層中に非発光中心が発生して発光効率が低下することを防止することができる。したがって、発光特性および電気的特性がともに良好で信頼性の高い半導体発光素子を得ることができる。そして、この優れた半導体発光素子を用いて高性能の光源セルユニット、バックライト、ディスプレイ、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】
【００３７】
以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全図において、同一または対応する部分には同一の符号を付す。
図１は、この発明の第１の実施形態によるＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードを示す。図２は、このＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの不純物濃度プロファイルを示す。このＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードは赤色発光の発光ダイオードである。
【００３８】
図１および図２に示すように、このＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードにおいては、例えばｎ型ＧａＡｓ基板のようなｎ型半導体基板１の一主面上に、例えばｎ型不純物としてＳｉがドープされたＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層２、例えばアンドープのＧａＩｎＰ層を量子井戸層、アンドープのＡｌＧａＩｎＰ層を障壁層とするＭＱＷ構造の活性層３、例えばｐ型不純物としてＭｇがドープされたＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型クラッド層４、例えばｐ型不純物としてＭｇがドープされたＧａＩｎＰからなるｐ型中間層５およびｐ型コンタクト層６が順次積層されている。ｎ型半導体基板１とｎ型クラッド層２との間に、必要に応じて例えばｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型電流拡散層を設けてもよい。
【００３９】
ｐ型コンタクト層６は、活性層３側から順に、例えばｐ型不純物としてＭｇがドープされたＧａＰからなるＭｇドープ層６ａと、例えばｐ型不純物としてＺｎがドープされたＧａＰからなるＺｎドープ層６ｂとの２層からなる。そして、このｐ型コンタクト層６のうちのＭｇドープ層６ａとＺｎドープ層６ｂとの界面の上下５０ｎｍ以上の領域に、ｐ型不純物の拡散を防止するｎ型不純物が、具体的には、例えばＳｉがドープされている。符号７は、ｐ型コンタクト層６中のＳｉがドープされている領域、すなわちｎ型不純物ドープ領域を示す。このｎ型不純物ドープ領域７は、Ｍｇドープ層６ａとＺｎドープ層６ｂとの界面をまたぐように、ｐ型コンタクト層６中に形成されている。
【００４０】
ｐ型コンタクト層６のＺｎドープ層６ｂ上の光取り出し部を除いた部分に、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極のようなｐ側電極８がコンタクトしている。光取り出し部におけるｐ型コンタクト層６の表面には多数の凹部（くぼみ）が形成されており、活性層３からの光を上面から効率的に取り出すことができるようになっているが、この凹部は必ずしも形成しなくてもよい。このｐ型コンタクト層６においては、ｐ側電極８がコンタクトしているＺｎドープ層６ｂのＺｎの濃度は、活性層３側のＭｇドープ層６ａのＭｇの濃度より高く選ばれている。すなわち、Ｍｇドープ層６ａのＭｇの濃度をＮa1、Ｚｎドープ層６ｂのＺｎの濃度をＮa2としたとき、Ｎa1＜Ｎa2の関係を満たすようにＭｇおよびＺｎがそれぞれドープされている。具体的には、Ｍｇドープ層６ａのＭｇの濃度Ｎa1は、例えば１×１０18ｃｍ-3に選ばれ、Ｚｎドープ層６ｂのＺｎの濃度Ｎa2は、例えば２×１０19ｃｍ-3に選ばれる。この場合、発光ダイオード構造を構成する半導体層のうちのｐ型半導体層の不純物濃度が、活性層３からｐ側電極８に向かうにつれて次第に高くなるようにｐ型不純物がそれぞれドープされている。このようにｐ側電極８がコンタクトする部分に、高濃度にＺｎがドープされたＺｎドープ層６ｂが設けられていることにより、ｐ側電極８のコンタクト抵抗の低減が図られている。
【００４１】
ｐ型コンタクト層６のうちのｎ型不純物ドープ領域７のＳｉの濃度Ｎd は、Ｍｇドープ層６ａ中のＭｇおよびＺｎドープ層６ｂ中のＺｎの相互拡散を効果的に防止することができるように、例えば２×１０17ｃｍ-3より高く選ばれるが、その上限は、キャリア注入に支障がないようにする観点から、ｎ型不純物ドープ領域７の導電型がｐ型となるように選ばれる。ここでは、Ｍｇドープ層６ａのＭｇの濃度Ｎa1がＺｎドープ層６ｂのＺｎの濃度Ｎa2より低いので、ｎ型不純物ドープ領域７のＳｉの濃度Ｎd は、Ｍｇドープ層６ａのＭｇの濃度Ｎa1よりさらに低く選ばれる。すなわち、２×１０17ｃｍ-3＜Ｎd ＜Ｎa1＜Ｎa2の関係を満たすよう選ばれる。具体的には、このｎ型不純物ドープ領域７のＳｉの濃度Ｎd は、例えば（３〜５）×１０17ｃｍ-3に選ばれる。このｎ型不純物ドープ領域７は、ＭｇおよびＺｎの相互拡散を防止する拡散防止領域として働く。
【００４２】
ｎ型不純物ドープ領域７のうちのＭｇドープ層６ａ中の部分の厚さｄ1 と、ｎ型不純物ドープ領域７のうちのＺｎドープ層６ｂ中の部分の厚さｄ2 とは、ＭｇおよびＺｎの相互拡散を効果的に防止することができるように、それぞれ５０ｎｍ以上に選ばれる。したがって、この場合のｎ型不純物ドープ領域７全体の厚さ（ｄ1 ＋ｄ2 ）は１００ｎｍ以上に選ばれる。ここで、ｐ型不純物の拡散を防止するｎ型不純物としてのＳｉは、最大で、ｐ型コンタクト層６全体にドープすることが可能であるが、Ｓｉがドープされている領域、すなわちｎ型不純物ドープ領域７が厚すぎると、ｐ型コンタクト層６の直列抵抗が大きくなり動作電圧が高くなるため、Ｓｉは、Ｍｇドープ層６ａとＺｎドープ層６ｂとの界面の上下数百ｎｍ以内の領域にドープされることが望ましい。なお、ｎ型不純物ドープ領域７のうちのＭｇドープ層６ａ中の部分の厚さｄ1 およびＺｎドープ層６ｂ中の部分の厚さｄ2 は、典型的にはほぼ同じ厚さに選ばれるが、これらの部分の厚さは互いに異なっていてもよい。
ｎ型半導体基板１の裏面には、例えばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ電極のようなｎ側電極９が設けられている。
【００４３】
発光ダイオード構造を構成する各半導体層の厚さの一例をあげると、ｎ型クラッド層２の厚さは１μｍ、活性層３の厚さは０．５μｍ、ｐ型クラッド層４の厚さは１μｍ、ｐ型中間層５の厚さは０．２μｍ、ｐ型コンタクト層６の厚さは０．６μｍである。ｎ型クラッド層２とｎ型半導体基板１との間にｎ型電流拡散層が設けられる場合、そのｎ型電流拡散層の厚さは例えば０．３μｍである。また、ｐ型コンタクト層６のうちのＭｇドープ層６ａの厚さは０．４μｍであり、Ｚｎドープ層６ｂの厚さは０．２μｍである。また、ｎ型不純物ドープ領域７のうちのＭｇドープ層６ａ中の部分の厚さｄ1 は５０ｎｍ、Ｚｎドープ層６ｂ中の部分の厚さｄ2 は５０ｎｍであり、ｎ型不純物ドープ領域７全体の厚さ（ｄ1 ＋ｄ2 ）は１００ｎｍである。
【００４４】
次に、このＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法について説明する。
このＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードを製造するには、例えば、ｎ型ＧａＡｓ基板のようなｎ型半導体基板１の一主面上に、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ型不純物としてＳｉがドープされたＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層２、アンドープのＧａＩｎＰ層を量子井戸層、アンドープのＡｌＧａＩｎＰ層を障壁層とするＭＱＷ構造の活性層３、ｐ型不純物としてＭｇがドープされたＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型クラッド層４およびｐ型不純物としてＭｇがドープされたＧａＩｎＰからなるｐ型中間層５を順次エピタキシャル成長させる。
【００４５】
引き続きｐ型中間層５上にｐ型コンタクト層６を成長させるわけであるが、このｐ型コンタクト層６の成長は、次のように段階的に分けて行う。
すなわち、まず、ＭＯＣＶＤ装置の反応室内に、ＩＩＩ族元素としてのＧａの原料、Ｖ族元素としてのＰの原料およびｐ型不純物としてのＭｇの原料を供給し、ｐ型不純物としてＭｇがドープされたＧａＰを所定の厚さだけ成長させ、Ｍｇドープ層６ａの下層側の部分を成長させる。次に、さらにｎ型不純物としてのＳｉの原料を供給し、ｐ型不純物としてのＭｇおよびｎ型不純物としてのＳｉが同時にドープされたＧａＰを成長させ、Ｍｇドープ層６ａの残りの部分を成長させる。この段階で、ｎ型不純物ドープ領域７のうちのＭｇドープ層６ａ中の厚さｄ1 の部分が形成される。次に、Ｍｇの原料の供給を停止するとともに、ｐ型不純物としてのＺｎの原料の供給を開始し、ｐ型不純物としてのＺｎおよびｎ型不純物としてのＳｉが同時にドープされたＧａＰを所定の厚さだけ成長させ、Ｚｎドープ層６ｂの下層側の部分を成長させる。この段階で、ｎ型不純物ドープ領域７のうちのＺｎドープ層６ｂ中の厚さｄ2 の部分が形成される。次に、Ｓｉの原料の供給を停止し、ｐ型不純物としてＺｎがドープされたＧａＰを成長させ、Ｚｎドープ層６ｂの残りの部分を成長させる。このｐ型コンタクト層６の成長時には、Ｍｇドープ層６ａのＭｇの濃度Ｎa1、Ｚｎドープ層６ｂのＺｎの濃度Ｎa2およびｎ型不純物ドープ領域７のＳｉの濃度Ｎd が、２×１０17ｃｍ-3＜Ｎd ＜Ｎa1＜Ｎa2の関係を満たすように不純物をドープする。このようにして、活性層３側から順にＭｇドープ層６ａとＺｎドープ層６ｂとの２層からなり、Ｍｇドープ層６ａとＺｎドープ層６ｂとの界面の近傍の所定の領域にＳｉがドープされたｎ型不純物ドープ領域７を有するｐ型コンタクト層６が形成される。
【００４６】
次に、上述のようにＡｌＧａＩｎＰ系半導体層を成長させたｎ型半導体基板１をＭＯＣＶＤ装置から取り出す。次に、例えば真空蒸着法またはスパッタリング法により、ｐ型コンタクト層６上の全面に例えばＴｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜を順次形成した後、フォトリソグラフィー法によりこれらの膜を所定形状にパターニングすることにより、ｐ型コンタクト層６上の所定部分にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極からなるｐ側電極８を形成する。
【００４７】
次に、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体層を成長させたｎ型半導体基板１の裏面を、その厚さが例えば２００μｍ程度になるように研磨する。次に、例えば真空蒸着法またはスパッタリング法により、このｎ型半導体基板１の研磨面に例えばＡｕＧｅ膜、Ｎｉ膜、Ａｕ膜を順次形成し、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ電極からなるｎ側電極９を形成した後、アニール処理を行うことによりこのｎ側電極９をｎ型半導体基板１にオーミックコンタクトさせる。
次に、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体層を成長させたｎ型半導体基板１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ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードが製造される。
【００４８】
上述のように構成されたこの第１の実施形態によるＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードによれば、次のような利点を得ることができる。すなわち、ｐ型コンタクト層６が、活性層３から順に、ｐ型不純物としてＭｇがドープされたＭｇドープ層６ａと、ｐ型不純物としてＺｎがドープされたＺｎドープ層６ｂとの２層からなり、かつ、このＭｇドープ層６ａとＺｎドープ層６ｂとの界面の上下５０ｎｍ以上の領域に、ＭｇおよびＺｎの拡散を防止するＳｉがドープされたｎ型不純物ドープ領域７が形成されていることにより、Ｍｇドープ層６ａ中のＭｇとＺｎドープ層６ｂ中のＺｎとが相互に拡散するのを効果的に防止することができる。これにより、ｐ側電極８との界面の近傍のｐ型コンタクト層６の不純物濃度が低下するのを防止することができ、ｐ側電極８のコンタクト抵抗の上昇を抑えることができるとともに、発光ダイオードの製造工程中や完成後の通電中に活性層３にＺｎが拡散するのをより効果的に防止することができ、活性層３中に非発光中心が発生して発光効率が低下することを防止することができる。したがって、発光特性および電気的特性がともに良好で、かつ、信頼性の高い優れたＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードを得ることができる。
【００４９】
次に、この発明の第２の実施形態について説明する。図３は、この第２の実施形態によるＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの不純物濃度プロファイルを示す。このＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードは赤色発光の発光ダイオードである。
図３に示すように、このＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードにおいては、ｐ型コンタクト層６のＭｇドープ層６ａとＺｎドープ層６ｂとの界面の近傍に、ＭｇおよびＺｎがともにドープされている領域、すなわちオーバーラップ領域６ｃを有し、このオーバーラップ領域６ｃおよびこのオーバーラップ領域６ｃの上下５０ｎｍ以上の領域に、ＭｇおよびＺｎの拡散を防止するＳｉがドープされてｎ型不純物ドープ領域７が形成されている。
【００５０】
すなわち、ｐ型コンタクト層６は、ドープされているｐ型不純物に着目すると、活性層３側から順に、ｐ型不純物としてＭｇがドープされたＧａＰからなるＭｇドープ層６ａと、ｐ型不純物としてＭｇおよびＺｎがともにドープされたＧａＰからなるオーバーラップ領域６ｃに対応する層と、ｐ型不純物としてＺｎドープされたＧａＰからなるＺｎドープ層６ｂとの３層からなる。オーバーラップ領域６ｃの厚さｄ3 は、０＜ｄ3 ≦１００ｎｍである。また、オーバーラップ領域６ｃに対応する厚さｄ3 の部分と、Ｍｇドープ層６ａのうちのオーバーラップ領域６ｃに隣接する厚さｄ1 の部分と、Ｚｎドープ層６ｂのうちのオーバーラップ領域６ｃに隣接する厚さｄ2 の部分とを合わせた領域にＳｉがドープされており、これによってオーバーラップ領域６ｃおよびこのオーバーラップ領域６ｃの上下５０ｎｍ以上の領域に、厚さが１００ｎｍより大きいｎ型不純物ドープ領域７が形成されている。
【００５１】
ここで、オーバーラップ領域６ｃのＭｇの濃度は、例えばＭｇドープ領域６ａのＭｇの濃度Ｎa1と同じに選ばれるが、これに限定されるものではない。また、このオーバーラップ領域６ｃのＺｎの濃度は、例えばＺｎドープ領域６ｂのＺｎの濃度Ｎa2と同じに選ばれるが、これに限定されるものではない。また、Ｍｇドープ層６ａのＭｇの濃度Ｎa1、Ｚｎドープ層６ｂのＺｎの濃度Ｎa2およびｎ型不純物ドープ領域７のＳｉの濃度Ｎd は、第１の実施形態と同様に、２×１０17ｃｍ-3＜Ｎd ＜Ｎa1＜Ｎa2の関係を満たすように選ばれる。具体的には、ｎ型不純物ドープ領域７のＳｉの濃度Ｎd は、例えば第１の実施形態と同じに選ばれる。
【００５２】
ｎ型不純物ドープ領域７のうちのＭｇドープ層６ａ中の部分の厚さｄ1 およびＺｎドープ層６ｂ中の部分の厚さｄ2 は、ｐ型不純物の相互拡散を効果的に防止する観点から、それぞれ５０ｎｍ以上に選ばれる。したがって、この場合のｎ型不純物ドープ領域７全体の厚さ（ｄ1 ＋ｄ2 ＋ｄ3 ）は、１００ｎｍより大きく選ばれる。
ｐ型コンタクト層６の各部の厚さの具体的な一例を挙げると、ｐ型コンタクト層６のうちのＭｇドープ層６ａの厚さは０．３μｍ、オーバーラップ領域６ｃに対応する部分の厚さｄ3 は０．１μｍ、Ｚｎドープ層６ｂの厚さは０．２μｍであり、ｐ型コンタクト層６全体の厚さは０．６μｍである。また、ｎ型不純物ドープ領域７のうちのＭｇドープ層６ａの部分の厚さｄ1 は５０ｎｍであり、Ｚｎドープ層６ｂの部分の厚さｄ2 は５０ｎｍであり、したがって、ｎ型不純物ドープ領域７全体の厚さ（ｄ1 ＋ｄ2 ＋ｄ3 ）は２００ｎｍである。
上記以外のことは、第１の実施形態によるＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードと同様であるので、説明を省略する。
【００５３】
次に、このＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法について説明する。
このＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法においては、ｐ型コンタクト層６の成長を、次のように段階的に分けて行う。
すなわち、まず、ＭＯＣＶＤ装置の反応室内に、ＩＩＩ族元素としてのＧａの原料、Ｖ族元素としてのＰの原料およびｐ型不純物としてのＭｇの原料を供給し、ｐ型不純物としてＭｇがドープされたＧａＰを所定の厚さだけ成長させ、Ｍｇドープ層６ａの下層側の部分を成長させる。次に、さらにｎ型不純物としてのＳｉの原料を供給し、ｐ型不純物としてのＭｇおよびｎ型不純物としてのＳｉが同時にドープされたＧａＰを成長させ、Ｍｇドープ層６ａの残りの部分を成長させる。この段階で、ｎ型不純物ドープ領域７のうちのＭｇドープ層６ａ中の厚さｄ1 の部分が形成される。次に、さらにｐ型不純物としてのＺｎの原料の供給を開始し、ｐ型不純物としてのＭｇおよびＺｎ、ならびに、ｎ型不純物としてのＳｉが同時にドープされたＧａＰを成長させ、オーバーラップ領域６ｃに対応する部分を成長させる。次に、Ｍｇの原料の供給を停止し、ｐ型不純物としてのＺｎおよびｎ型不純物としてのＳｉが同時にドープされたＧａＰを所定の厚さだけ成長させ、Ｚｎドープ層６ｂの下層側の部分を成長させる。この段階で、ｎ型不純物ドープ領域７のうちのＺｎドープ層６ｂ中の厚さｄ2 の部分が形成される。次に、Ｓｉの原料の供給を停止し、ｐ型不純物としてＺｎがドープされたＧａＰを成長させ、Ｚｎドープ層６ｂの残りの部分を成長させる。また、このｐ型コンタクト層６の成長時には、２×１０17ｃｍ-3＜Ｎd ＜Ｎa1＜Ｎa2の関係を満たすように不純物をドープする。例えば、Ｍｇドープ層６ａのＭｇの濃度Ｎa1が１×１０18ｃｍ-3、Ｚｎドープ層６ｂのＺｎの濃度Ｎa2が２×１０19ｃｍ-3、オーバーラップ領域６ｃのＭｇの濃度が１×１０18ｃｍ-3、オーバーラップ領域６ｃのＺｎの濃度が２×１０19ｃｍ-3、ｎ型不純物ドープ領域７のＳｉの濃度Ｎd が４×１０17ｃｍ-3となるように不純物をドープする。このようにして、Ｍｇドープ層６ａとＺｎドープ層６ｂとの間に、ＭｇおよびＺｎがともにドープされたオーバーラップ領域６ｃを有し、かつ、このオーバーラップ領域６ｃおよびこのオーバーラップ領域６ｃの上下の所定の領域にＳｉがドープされたｎ型不純物ドープ領域７を有するｐ型コンタクト層６が形成される。
上記以外のことは、第１の実施形態によるＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法と同様であるので、説明を省略する。
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。
【００５４】
次に、この発明の第３の実施形態について説明する。図４は、この第３の実施形態によるＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの不純物濃度プロファイルを示す。このＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードは赤色発光の発光ダイオードである。
図４に示すように、このＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードにおいては、ｐ型コンタクト層６のうちのＭｇドープ層６ａとＺｎドープ６ｂとの間に、アンドープでｐ型のＧａＰからなる領域６ｄを有し、このアンドープでｐ型のＧａＰからなる領域６ｄおよびこの領域６ｄの上下５０ｎｍ以上の領域からなる厚さが１００ｎｍより大きい領域に、ＭｇおよびＺｎの拡散を防止するＳｉがドープされてｎ型不純物ドープ領域７が形成されている。
【００５５】
すなわち、ｐ型コンタクト層６は、ドープされているｐ型不純物に着目すると、活性層３側から順に、ｐ型不純物としてＭｇがドープされたＧａＰからなるＭｇドープ層６ａと、アンドープでｐ型のＧａＰからなる領域６ｄに対応する層と、ｐ型不純物としてＺｎがドープされたＧａＰからなるＺｎドープ層６ｂとの３層からなる。アンドープでｐ型のＧａＰからなる領域６ｄの厚さｄ4 は、例えば０＜ｄ4 ＜３００ｎｍである。また、ｐ型コンタクト層６のうちのアンドープでｐ型のＧａＰからなる領域６ｄに対応する部分と、Ｍｇドープ層６ａのうちのアンドープでｐ型のＧａＰからなる領域６ｄに隣接する厚さｄ1 の部分と、Ｚｎドープ層６ｂのうちのアンドープでｐ型のＧａＰからなる領域６ｄに隣接する厚さｄ2 の部分とを合わせた領域にＳｉがドープされ、これによってアンドープでｐ型のＧａＰからなる領域６ｄおよびこの領域６ｄの上下５０ｎｍ以上の領域に、厚さが１００ｎｍより大きいｎ型不純物ドープ領域７が形成されている。
【００５６】
Ｍｇドープ層６ａのＭｇの濃度Ｎd1およびＺｎドープ層６ｂのＺｎの濃度Ｎd2は、第１の実施形態と同様に、Ｎd1＜Ｎd2の関係を満たすように選ばれる。アンドープでｐ型のＧａＰからなる領域６ｄのキャリア濃度Ｎa3は、好適には、この領域に形成されるｎ型不純物ドープ領域７のＳｉの濃度Ｎd より大きく選ばれる。すなわち、Ｎd ＜Ｎa3の関係を満たす。ただし、ｎ型不純物ドープ領域７のＳｉの濃度Ｎd は、第１の実施形態と同様に２×１０17ｃｍ-3＜Ｎd ＜Ｎa1＜Ｎa2の関係を満たすように選ばれる。具体的には、Ｍｇドープ層６ａのＭｇの濃度Ｎd1は、例えば１×１０18ｃｍ-3に選ばれ、Ｚｎドープ層６ｂのＺｎの濃度Ｎd2は、例えば２×１０19ｃｍ-3に選ばれ、アンドープでｐ型のＧａＰからなる領域６ｄのキャリア濃度Ｎa3は、例えば１×１０18ｃｍ-3に選ばれ、ｎ型不純物ドープ領域７のＳｉの濃度Ｎd は、例えば４×１０17ｃｍ-3に選ばれる。
【００５７】
ｎ型不純物ドープ領域７のうちのＭｇドープ層６ａ中の部分の厚さｄ1 およびＺｎドープ層６ｂ中の部分の厚さｄ2 は、ｐ型不純物の拡散を効果的に防止する観点から、それぞれ５０ｎｍ以上に選ばれる。したがって、この場合のｎ型不純物ドープ領域７全体の厚さ（ｄ1 ＋ｄ2 ＋ｄ4 ）は、１００ｎｍより大きく選ばれる。
ｐ型コンタクト層６の各部の厚さの具体的な一例を挙げると、ｐ型コンタクト層６のうちのＭｇドープ層６ａの厚さは０．１μｍであり、アンドープでｐ型のＧａＰからなる領域６ｄに対応する部分の厚さｄ4 は０．３μｍであり、Ｚｎドープ層６ｂの厚さは０．２μｍであり、ｐ型コンタクト層６全体の厚さは０．６μｍである。また、ｎ型不純物ドープ領域７のうちのＭｇドープ層６ａの部分の厚さｄ1 は５０ｎｍであり、Ｚｎドープ層６ｂの部分の厚さｄ2 は５０ｎｍであり、ｎ型不純物ドープ領域７全体の厚さ（ｄ1 ＋ｄ2 ＋ｄ4 ）は４００ｎｍである。
上記以外のことは、第１の実施形態によるＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードと同様であるので、説明を省略する。
【００５８】
次に、このＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法について説明する。
このＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法においては、ｐ型コンタクト層６の成長を、次のように段階的に分けて行う。
すなわち、まず、ＭＯＣＶＤ装置の反応室内に、ＩＩＩ族元素としてのＧａの原料、Ｖ族元素としてのＰの原料およびｐ型不純物としてのＭｇの原料を供給し、ｐ型不純物としてＭｇがドープされたＧａＰを所定の厚さだけ成長させ、Ｍｇドープ層６ａの下層側の部分を成長させる。次に、さらにｎ型不純物としてのＳｉの原料を供給し、ｐ型不純物としてのＭｇおよびｎ型不純物としてのＳｉが同時にドープされたＧａＰを成長させ、Ｍｇドープ層６ａの残りの部分を成長させる。この段階で、ｎ型不純物ドープ領域７のうちのＭｇドープ層６ａ中の厚さｄ1 の部分が形成される。次に、Ｍｇの原料の供給を停止し、アンドープでｐ型となる条件でｎ型不純物としてＳｉがドープされたＧａＰを成長させ、アンドープでｐ型のＧａＰからなる領域６ｄに対応する部分を成長させる。次に、Ｚｎの原料の供給を開始し、ｐ型不純物としてのＺｎおよびｎ型不純物としてのＳｉが同時にドープされたＧａＰを所定の厚さだけ成長させ、Ｚｎドープ層６ｂの下層側の部分を成長させる。この段階で、ｎ型不純物ドープ領域７のうちのＺｎドープ層６ｂ中の厚さｄ2 の部分が形成される。次に、Ｓｉの原料の供給を停止し、ｐ型不純物としてＺｎがドープされたＧａＰを成長させ、Ｚｎドープ層６ｂの残りの部分を成長させる。このｐ型コンタクト層６の成長時には、２×１０17ｃｍ-3＜Ｎd ＜Ｎa1＜Ｎa2の関係を満たし、かつ、Ｎd ＜Ｎa3の関係を満たすように不純物をドープする。具体的には、例えば、Ｍｇドープ層６ａのＭｇの濃度Ｎa1が１×１０18ｃｍ-3、Ｚｎドープ層６ｂのＺｎの濃度Ｎa2が２×１０19ｃｍ-3、アンドープでｐ型のＧａＰからなる領域６ｄのキャリア濃度Ｎa3が１×１０18ｃｍ-3、ｎ型不純物ドープ領域７のＳｉの濃度Ｎd が４×１０17ｃｍ-3となるように不純物をドープする。このようにして、Ｍｇドープ層６ａとＺｎドープ層６ｂとの間に、アンドープでｐ型のＧａＰからなる領域６ｄを有し、かつ、このアンドープでｐ型のＧａＰからなる領域６ｄおよびこの領域６ｄの上下の所定の領域にＳｉがドープされたｎ型不純物ドープ領域７を有するｐ型コンタクト層６が形成される。
上記以外のことは、第１の実施形態によるＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法と同様であるので、説明を省略する。
【００５９】
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〜第３の実施形態のいずれかによる赤色発光の発光ダイオードに加え、別途用意す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〜第３の実施形態のいずれかによる方法によりフリップチップの形で赤色発光のＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードを得る。同様にして、緑色発光のＧａＮ系発光ダイオードおよび青色発光のＧａＮ系発光ダイオードをフリップチップの形で得る。
【００６０】
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５Ａに示す。図５Ａ中、符号２１は基板、２２はサブマウント、２３は赤色発光の発光ダイオードチップ、２４は緑色発光の発光ダイオードチップ、２５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２３、緑色発光の発光ダイオードチップ２４および青色発光の発光ダイオードチップ２５のチップサイズは例えば３５０μｍ角であるが、これに限定されるものではない。ここで、赤色発光の発光ダイオードチップ２３はそのｎ側電極がサブマウント２２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２４および青色発光の発光ダイオードチップ２５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２２上に来るようにする。赤色発光の発光ダイオードチップ２３がマウントされているサブマウント２２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２３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２３のｐ側電極と、基板２１上に設けられた所定のパッド電極２６とにこれらを接続するようにワイヤ２７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２１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２４がマウントされているサブマウント２２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２４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２４のｐ側電極用の引き出し電極の一端と、基板２１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２１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２５も同様である。
ただし、サブマウント２２を省略して、赤色発光の発光ダイオードチップ２３、緑色発光の発光ダイオードチップ２４および青色発光の発光ダイオードチップ２５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。
【００６１】
上述のような赤色発光の発光ダイオードチップ２３、緑色発光の発光ダイオードチップ２４および青色発光の発光ダイオードチップ２５を一単位（セル）とし、これを基板２１上に所定のパターンで必要な数配置する。その一例を図６に示す。次に、図５Ｂに示すように、この一単位を覆うように透明樹脂２８のポッティングを行う。この後、透明樹脂２８のキュア処理を行う。このキュア処理により透明樹脂２８は固化し、それに伴い少し縮小する（図５Ｃ）。こうして、図７に示すように、赤色発光の発光ダイオードチップ２３、緑色発光の発光ダイオードチップ２４および青色発光の発光ダイオードチップ２５を一単位としたものが基板２１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。
【００６２】
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、赤色発光の発光ダイオードチップ２３、緑色発光の発光ダイオードチップ２４および青色発光の発光ダイオードチップ２５を基板２１上に所定のパターンで必要な数配置した後、図８に示すように、赤色発光の発光ダイオードチップ２３を覆うようにこの発光ダイオードチップ２３に適した透明樹脂２９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２４を覆うようにこの発光ダイオードチップ２４に適した透明樹脂３０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２５を覆うようにこの発光ダイオードチップ２５に適した透明樹脂３１のポッティングを行う。
上記以外のことは第４の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００６３】
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１〜第３の実施形態のいずれかによる赤色発光の発光ダイオードに加え、別途用意す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９Ａに示すように、この第６の実施形態においては、第４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２３、緑色発光の発光ダイオードチップ２４および青色発光の発光ダイオードチップ２５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３５をプリント配線基板３６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３５は、赤色発光の発光ダイオードチップ２３、緑色発光の発光ダイオードチップ２４および青色発光の発光ダイオードチップ２５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９Ｂにセル３５を拡大して示す。各セル３５における赤色発光の発光ダイオードチップ２３、緑色発光の発光ダイオードチップ２４および青色発光の発光ダイオードチップ２５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３５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３６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４の実施形態と同様にして、各セル３５を覆うように透明樹脂２８のポッティングを行い、あるいは、第５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２３を覆うように透明樹脂２９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２４を覆うように透明樹脂３０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２５を覆うように透明樹脂３１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２３、緑色発光の発光ダイオードチップ２４および青色発光の発光ダイオードチップ２５からなるセル３５がプリント配線基板３６上に配置された光源セルユニットが得られる。
【００６４】
プリント配線基板３６上のセル３５の配置の具体例を図１０および図１１に示すが、これらに限定されるものではない。図１０に示す例はセル３５を４×３の二次元アレイ状に配置したもの、図１１に示す例はセル３５を６×２の二次元アレイ状に配置したものである。
図１２はセル３５の他の構成例を示す。この例では、セル３５は、赤色発光の発光ダイオードチップ２３を一つ、緑色発光の発光ダイオードチップ２４を二つ、青色発光の発光ダイオードチップ２５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２４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２３および青色発光の発光ダイオードチップ２５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。
【００６５】
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〜第３の実施形態のいずれかによる赤色発光の発光ダイオードに加え、次のようにして製造す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を用いて第４または第５の実施形態と同様な発光ダイオードバックライトあるいは第６の実施形態と同様な光源セルユニットを製造する場合について説明する。
図１３〜図１５はこの青色発光または緑色発光の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。
【００６６】
この第７の実施形態においては、図１３Ａ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５１を用意し、この基板５１上に断面形状が二等辺三角形状の凸部５２を所定の平面形状で周期的に形成する。凸部５２の間には逆台形状の断面形状を有する凹部５３が形成される。この基板５１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５２および凹部５３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５２および凹部５３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５２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５５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５２間を結ぶ方向）が、後述の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層５５のｍ軸と平行となるようにする。例えば、基板５１がサファイア基板である場合、図１６におけるストライプ形状の凸部５２および凹部５３の延在方向はサファイア基板の〈１−１００〉方向であり、図１７における凹部５３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５２の材料としてはすでに述べたものを用いることができるが、加工の容易さなどの観点から、好適には例えばＳｉＯ2 、ＳｉＮ、ＣｒＮ、ＳｉＯＮ、ＣｒＯＮなどが用いられる。
【００６７】
基板５１上に断面形状が二等辺三角形状の凸部５２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５１の全面に凸部５２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５２が形成される。
【００６８】
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５１および凸部５２の表面を清浄化した後、この基板５１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バッファ層やＡｌＮバッファ層などのバッファ層（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１３Ｂに示すように、まず凹部５３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５４を複数生成させる。次に、図１３Ｃに示すように、微小核５４の成長および合体の過程を経て、凹部５３の底面を底辺とし、基板５１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５５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５５の高さは凸部５２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５５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５５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５５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５５の延在方向はその〈１１−２０〉方向であってもよい。
【００６９】
引き続いて、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層５５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１４Ａに示すように、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層５５の両端部が凸部５２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１４Ｂに示すように、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層５５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５２の上に広がって行く。図１４Ｂ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１４Ｃに示すように、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層５５はその厚さを増しながら成長し、遂には隣接する凹部５３から成長した窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層５５同士が凸部５２上で接触し、会合する。
引き続いて、図１４Ｃに示すように、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層５５をその表面が基板５１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５５は、凹部５３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１３Ｃに示す状態から、図１４Ａに示す状態を経ないで、図１４Ｂに示す状態に直接移ることも可能である。
【００７０】
次に、図１５に示すように、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層５５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５６、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた活性層５７およびｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層５８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５５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５１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５８上にｐ側電極５９を形成する。ｐ側電極５９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５８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５７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５８をエピタキシャル成長させた後、ｐ側電極５９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５６、活性層５７およびｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層５８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６０を形成する。
【００７１】
次に、このメサ部６０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５５上にｎ側電極６１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５１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５１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。
【００７２】
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。
【００７３】
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が、これに限定されものではない。すなわち、例えば、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層５５がｎ型ＧａＮ層、ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層５６が下から順に、ｎ型ＧａＩｎＮ層、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５８が下から順に、ｐ型ＧａＩｎＮ層、ｐ型ＡｌＩｎＮ層、ｐ型ＧａＮ層およびｐ型ＧａＩｎＮ層である。活性層５７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５７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５９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６１としては、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ構造のものを用いる。
【００７４】
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５９とｎ側電極６１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５１を通して外部に光を取り出す。活性層５７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５７から発生した光のうち、基板５１に向かう光は、基板５１とその凹部５３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層５５との界面で屈折した後、基板５１を通って外部に出て行き、活性層５７から発生した光のうち、ｐ側電極５９に向かう光は、このｐ側電極５９で反射されて基板５１に向かい、基板５１を通って外部に出て行く。
【００７５】
この第７の実施形態においては、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層５５の貫通転位密度を最小化するために、凹部５３の底面の幅Ｗg 、凹部５３の深さ、すなわち凸部５２の高さｄ、および、図１３Ｃに示す状態の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層５５の斜面と基板５１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。
【００７６】
図１３ＢおよびＣならびに図１４Ａに示す工程における窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層５５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５５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５５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５５の横方向成長を抑え、凹部５３への窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層５５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１３ＢおよびＣならびに図１４Ａに示すように窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層５５が成長する。この際、凸部５２上からは窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層５５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５５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１４Ｂ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５５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５５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５５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５５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５５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１４ＢおよびＣに示すように窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層５５が横方向成長する。
【００７７】
図１９に、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層５５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１９中、符号６２は貫通転位を示す。図１９から分かるように、凸部５２の中央部近傍、すなわち互いに隣接する凹部５３から成長する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層５５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５３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５３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５１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５３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１９において、凹部５３における基板５１と接する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層５５の高転位密度で結晶性が悪い領域の平均厚さは、凸部５２における基板５１と接する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層５５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５２上では窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層５５が横方向成長することを反映した結果である。
【００７８】
次に、成長初期からの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層５５の成長様式および転位の伝播の様子について図２０を参照しながら説明する。
成長を開始すると、図２０Ａに示すように、まず凹部５３の底面に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる微小核５４が複数生成する。これらの微小核５４では、基板５１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５４の側面から抜ける。成長を続けると、図２０Ｂおよび図２０Ｃに示すように、微小核５４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５５が成長する。これらの微小核５４の成長および合体の過程で、基板５１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２０Ｄに示すように、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層５５は、凹部５３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５５から上部に抜ける転位は、大幅に減少している。次に、図２０Ｅに示すように、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層５５を横方向成長させる。この過程では、凹部５３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５５の側面に抜けた転位は、凸部５２より低い位置にあるものは基板５１の主面に平行に凸部５２の側面まで延伸し続けて消失し、凸部５２より高い位置にあるものは基板５１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５５の側面に抜ける。窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層５５の横方向成長をさらに続けると、図２０Ｆに示すように、凸部５２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５５同士が会合し、やがては窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層５５の表面が基板５１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５５中の転位は、凸部５２上で会合したときに上方（基板５１の主面に垂直な方向）に屈曲し、貫通転位となる。
【００７９】
この第７の実施形態によれば、基板５１と窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層５５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５５の貫通転位は基板５１の凸部５２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５５およびその上に成長される活性層５７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、基板５１上の凸部５２は基板５１上に凸部５２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５１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。
【００８０】
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２１Ａに示すように、基板５１上に断面形状が台形状の凸部５２を所定の平面形状で周期的に形成する。凸部５２の間には逆台形状の断面形状を有する凹部５３が形成される。
次に、第７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５５を成長させる。具体的には、凹部５３の底面上の微小核５４の生成、成長および合体の過程を経て図２１Ｂに示すように、凹部５３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５５を成長させ、さらに横方向成長を経て図２１Ｃ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５５を成長させる。
次に、第７の実施形態と同様に工程を進めて、図２２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２３に、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層５５の結晶欠陥分布をＴＥＭにより調べた結果を模式的に示す。
この第８の実施形態によれば、第７の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００８１】
以上、この発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、上述の第１〜第８の実施形態において挙げた数値、材料、構造、形状、配置、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、配置、基板、原料、プロセスなどを用いてもよい。
【００８２】
具体的には、上述の第１〜第３の実施形態においては、ｐ型コンタクト層６の材料として、ＧａＰに替えてＧａＡｓを用いてもよく、さらに、ｎ型クラッド層２の材料としてＡｌＧａＩｎＰに替えてＡｌＩｎＰを、ｐ型クラッド層４の材料としてＡｌＧａＩｎＰに替えてＡｌＩｎＰを、ｐ型中間層５の材料としてＧａＩｎＰに替えてＡｌＧａＩｎＰを用いてもよい。
【００８３】
また、上述の第１〜第３の実施形態においては、ｐ型コンタクト層６を構成するＭｇドープ層６ａに替えて、ｐ型不純物としてＢｅがドープされた層、あるいは、ｐ型不純物としてＭｇおよびＢｅがドープされた層を用いてもよい。すなわち、ｐ型コンタクト層６のうちの活性層３側の層にドープするｐ型不純物として、Ｍｇに替えてＢｅを用いてもよく、あるいは、ＭｇおよびＢｅをともに用いてもよい。また、第２の実施形態においては、オーバーラップ領域６ｃが、ｐ型不純物としてＢｅおよびＺｎがドープされた層、あるいは、ｐ型不純物としてＭｇ、ＢｅおよびＺｎがドープされた層であってもよい。
また、上述の第１〜第３の実施形態においては、ｐ型コンタクト層６のｎ型不純物ドープ領域７にドープされるｎ型不純物としてＳｉを用いているが、必要に応じて、ＳｅまたはＳを用いてもよく、あるいは、Ｓｉ、ＳｅおよびＳのうち２種類以上を組み合わせて用いてもよい。
【００８４】
また、上述の第１〜第３の実施形態では、この発明をＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードに適用した場合について説明したが、この発明は、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザはもちろん、これらのＡｌＧａＩｎＰ系半導体を用いた半導体発光素子以外に、例えばＡｌＧａＡｓ系半導体を用いた半導体発光素子に適用してもよい。
さらに、プリント配線基板３６などの基板（放熱基板なども含む）上に搭載するセル３５の配置は図９〜図１２に示すものに限定されず、他の配置であってもよい。例えば、図９〜図１２に示すセル３５をその中心の周りに任意の角度、例えば半時計方向に４５度回転させてもよい。また、セル３５内における赤色発光の発光ダイオードチップ２３、緑色発光の発光ダイオードチップ２４および青色発光の発光ダイオードチップ２５の配置や個数は図９〜図１２に示すものに限定されず、他の配置や個数であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】この発明の第１の実施形態によるＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤ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ＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤの不純物濃度プロファイルを示す略線図である。
【図３】この発明の第２の実施形態によるＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤの不純物濃度プロファイルを示す略線図である。
【図４】この発明の第３の実施形態によるＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤの不純物濃度プロファイルを示す略線図である。
【図５】この発明の第４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６】この発明の第４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７】この発明の第４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８】この発明の第５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９】この発明の第６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１０】この発明の第６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１１】この発明の第６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１２】この発明の第６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１３】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１４】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１５】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１６】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１７】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１８】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用いる基板を示す略線図である。
【図１９】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貫通転位の分布の例を示す略線図である。
【図２１】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２２】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２３】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２４】ｐ型コンタクト層の改良を行った従来のＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの不純物濃度プロファイルを示す略線図である。
【図２５】従来のＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードのｐ型コンタクト層と同様の層構造を有する評価用試料のＳＩＭＳ分析の結果を示す略線図である。
【符号の説明】
【００８６】
１…ｎ型半導体基板、２…ｎ型クラッド層、３…活性層、４…ｐ型クラッド層、５…ｐ型中間層、６…ｐ型コンタクト層、６ａ…Ｍｇドープ層、６ｂ…Ｚｎドープ層、６ｃ…オーバーラップ領域、６ｄ…アンドープでｐ型のＧａＰからなる領域、７…ｎ型不純物ドープ領域、８…ｐ側電極、９…ｎ側電極、２３〜２５…発光ダイオードチップ、２８〜３１…透明樹脂、３５…セル、３６…プリント配線基板、５１…基板、５２…凸部、５３…凹部、５４…微小核、５５…窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、５６…ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、５７…活性層、５８…ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、５９…ｐ側電極、６０…メサ部、６１…ｎ側電極
【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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