(57)【要約】【課題】製造工程を複雑にすることなく、発光効率の高い発光ダイオードおよびその製造方法を提供する。【解決手段】本発明の発光ダイオードは、ｎ型半導体層、活性層およびｐ型半導体層からなる発光ダイオード結晶と、ｎ型半導体層と接続するｎ型オーミック電極と、ｐ型半導体層と接続するｐ型オーミック電極と、発光ダイオード結晶上に位置し、斜側面と紋目表面を有する窒化アルミガリウムインジウム（ＡｌＧａＩｎＮ）膜と、からなる。発光ダイオードの製造方法は、基板上に形成した第１パターン上に、斜側面および第１平面を有するＡｌＧａＩｎＮ膜を形成する工程、発光ダイオード結晶を第１平面上に形成する工程、ｎ型オーミック電極とｎ型半導体層を接続し、ｐ型オーミック電極とｐ型半導体層を接続する工程、構造の上下を顛倒する工程、基板を除去して、ＡｌＧａＩｎＮ膜の第２平面を露出する工程、第２平面に表面テクスチャを施す工程、からなる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオードであって、
ｎ型半導体層、活性層およびｐ型半導体層、からなる発光ダイオード結晶と、ｎ型半導体層と電気的に接続するｎ型オーミック電極と、
ｐ型半導体層と電気的に接続するｐ型オーミック電極と、
発光ダイオード結晶上に位置し、斜側面と紋目表面を有する窒化アルミガリウムインジウム膜と、
からなることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項２】
前記窒化アルミガリウムインジウム膜が、窒化アルミガリウムインジウム（ＡｌxＧａ(1-x-y)ＩｎyＮ、０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０≦ｘ＋ｙ＜１）である請求項１記載の発光ダイオード。
【請求項３】
前記窒化アルミガリウムインジウム膜の厚さは、２０μｍ以上である請求項１記載の発光ダイオード。
【請求項４】
前記窒化アルミガリウムインジウム膜の厚さが、２０〜１００μｍである請求項３記載の発光ダイオード。
【請求項５】
前記窒化アルミガリウムインジウム膜の内径が、１５０μｍ以上である請求項１記載の発光ダイオード。
【請求項６】
前記窒化アルミガリウムインジウム膜の内径が、２００〜１０００μｍである請求項５記載の発光ダイオード。
【請求項７】
前記窒化アルミガリウムインジウム膜の底部の形状が、多角形、円形または楕円形である請求項１記載の発光ダイオード。
【請求項８】
前記多角形が、四角形または六角形である請求項７記載の発光ダイオード。
【請求項９】
前記窒化アルミガリウムインジウム膜の底部と斜側面の交角が、４３〜６２°である請求項１記載の発光ダイオード。
【請求項１０】
前記窒化アルミガリウムインジウム膜の表面テクスチャが施される前記紋目表面が、凹状構造または凸状構造である請求項１記載の発光ダイオード。
【請求項１１】
前記凹状構造または凸状構造の形状が、多角形、円形または楕円形である請求項１０記載の発光ダイオード。
【請求項１２】
前記凸状構造または前記凹状構造の形状の寸法が、前記発光ダイオード結晶の寸法より小さい請求項１０記載の発光ダイオード。
【請求項１３】
前記形状の寸法が、１ｎｍ〜５００μｍである請求項１２記載の発光ダイオード。
【請求項１４】
前記凸状構造または前記凹状構造の側面と底部が、垂直または傾斜を呈する請求項１０記載の発光ダイオード。
【請求項１５】
前記凸状構造または前記凹状構造が、マトリクス構造である請求項１０記載の発光ダイオード。
【請求項１６】
前記マトリクスの周期が、前記発光ダイオード結晶の寸法より小さい請求項１５記載の発光ダイオード。
【請求項１７】
前記周期は、１ｎｍ〜５００μｍである請求項１６記載の発光ダイオード。
【請求項１８】
前記凸状構造または前記凹状構造の高度差が、前記窒化アルミガリウムインジウム膜の厚さより小さい請求項１０記載の発光ダイオード。
【請求項１９】
前記凸状構造または前記凹状構造の高度差が、１ｎｍ〜前記窒化アルミガリウムインジウム膜の厚さまでである請求項１８記載の発光ダイオード。
【請求項２０】
発光ダイオードの製造方法であって、
基板を提供する工程と、
前記基板上に第１パターンを形成する工程と、
エピタキシー法により、斜側面、第１平面を有する窒化アルミガリウムインジウム膜を、前記第１パターン上に形成する工程と、
ｎ型半導体層、活性層、およびｐ型半導体層、からなる発光ダイオード結晶を前記窒化アルミガリウムインジウム膜の前記第１平面上に形成する工程と、
ｎ型オーミック電極と前記ｎ型半導体層を電気的に接続する工程と、
ｐ型オーミック電極と前記ｐ型半導体層を電気的に接続する工程と、
前記構造の上下を顛倒する工程と、
前記基板を除去して、前記窒化アルミガリウムインジウム膜の第２平面を露出する工程と、
前記第２平面に表面テクスチャを施して、紋目表面を形成する工程と、
からなることを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
【請求項２１】
前記基板が、サファイヤ基板、炭化ケイ素ＳｉＣ、ケイ素基板、ガリウム砒素ＧａＡｓ基板または窒化アルミニウムＡｌＮ基板である請求項２０記載の製造方法。
【請求項２２】
前記第１パターンは多角形、円形または楕円形である請求項２０記載の製造方法。
【請求項２３】
前記多角形が、四角形または六角形である請求項２２記載の製造方法。
【請求項２４】
前記第１パターンの内径が、１５０μｍ以上である請求項２０記載の製造方法。
【請求項２５】
前記第１パターンの内径が、２００〜１０００μｍ以上である請求項２４記載の製造方法。
【請求項２６】
前記エピタキシー法が、ハイドライド気相エピタキシー法ＨＶＰＥである請求項２０記載の製造方法。
【請求項２７】
前記窒化アルミガリウムインジウム膜が、窒化アルミガリウムインジウム（ＡｌxＧａ(1-x-y)ＩｎyＮ、０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０≦ｘ＋ｙ＜１）である請求項２０記載の製造方法。
【請求項２８】
前記窒化アルミガリウムインジウム膜の厚さが、２０μｍ以上である請求項２０記載の製造方法。
【請求項２９】
前記窒化アルミガリウムインジウム膜の厚さが、２０〜１００μｍである請求項２８記載の製造方法。
【請求項３０】
前記窒化アルミガリウムインジウム膜の内径は、１５０μｍ以上である請求項２０記載の製造方法。
【請求項３１】
前記窒化アルミガリウムインジウム膜の内径が、２００〜１０００μｍである請求項２０記載の方法。
【請求項３２】
前記窒化アルミガリウムインジウム膜の底部と斜側面の交角は、４３〜６２°である請求項２０記載の方法。
【請求項３３】
前記発光ダイオードの形成方法が、有機金属化学気相成長法ＭＯＣＶＤである請求項２０記載の製造方法。
【請求項３４】
前記基板を除去する方法が、レーザー剥離法、ドライエッチングまたはウェットエッチングである請求項２０記載の製造方法。
【請求項３５】
前記第２平面に表面テクスチャ工程を実行する工程が、
前記第２平面に、第２パターンを定義する工程と、
前記第２パターンを立体化する工程と、
からなる請求項２０記載の製造方法。
【請求項３６】
前記第２平面に、前記第２パターンを定義する方法が、マスク法、電子ビームマイクロリソグラフィまたは干渉マイクロリソグラフィである請求項３５記載の製造方法。
【請求項３７】
前記立体化方法が、エッチングまたはカット方法である請求項３５記載の製造方法。
【請求項３８】
前記第２パターンが、多角形、円形または楕円形である請求項３５記載の製造方法。
【請求項３９】
前記第２パターンの寸法が、前記発光ダイオードの結晶より小さい請求項３５記載の製造方法。
【請求項４０】
前記第２パターンの寸法が、約１ｎｍ〜５００μｍである請求項３９記載の製造方法。
【請求項４１】
前記紋目の表面が、前記凸状構造または前記凹状構造である請求項２０記載の製造方法。
【請求項４２】
前記凸状構造または前記凹状構造の側面と底部が、垂直または傾斜を呈する請求項４１記載の製造方法。
【請求項４３】
前記凸状構造または前記凹状構造が、マトリクス構造である請求項４１記載の製造方法。
【請求項４４】
前記マトリクスの周期が、前記発光ダイオード結晶の寸法より小さい請求項４３記載の製造方法。
【請求項４５】
前記マトリクス周期が、１ｎｍ〜〜５００μｍである請求項４４記載の製造方法。
【請求項４６】
前記凸状構造または前記凹状構造の高度差が、前記窒化アルミガリウムインジウム膜の厚さより小さい請求項４１記載の製造方法。
【請求項４７】
前記凸状構造または前記凹状構造の高度差が、１ｎｍ〜前記窒化アルミガリウムインジウム膜の厚さまでである請求項４６記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードおよびその製造方法に関するものであって、特に、発光効率を上昇させる、特殊構造を有する発光ダイオードおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（Light emitting diode、ＬＥＤ）は、可視光スペクトル中で、特定波長領域の光を生成し、指示ランプ、照明設備、および、ディスプレイ等に応用される。
【０００３】
図１は、公知の発光ダイオード構造を示す断面図である。発光ダイオードは基板１０、発光ダイオード結晶２０、ｎ型オーミック電極３０、ｐ型オーミック電極４０、からなる。発光ダイオード結晶２０は、ｎ型半導体層２１、活性層２２、およびｐ型半導体層２３、からなり、かつ、ｎ型オーミック電極３０とｐ型オーミック電極４０は、それぞれ、ｎ型半導体層２１、ｐ型半導体層２３に電気的に接続されている。発光面は発光ダイオード結晶２０の上表面であるが、図１に示されるように、ｎ型オーミック電極３０とｐ型オーミック電極４０はどちらも、発光ダイオード結晶２０の上表面に位置し、この構造は、発光ダイオード結晶２０が発光する光がｎ型オーミック電極３０とｐ型オーミック電極４０により遮蔽され、発光ダイオードの発光効率を低下させてしまう。この他、図２で示されるように、ｎ型オーミック電極３０は基板１０の下表面に位置し、このとき、基板１０は導電材料であって、ｎ型半導体層２１とｎ型オーミック電極３０が電気的に接続しているが、しかし、発光ダイオード結晶２０が発光する光は、ｐ型オーミック電極４０に遮蔽されるので、同様に、発光ダイオードの発光効率を低下させてしまう。
【０００４】
上述の問題は、フリップチップ（flip chip）技術により解決される。図３で示されるように、図１中の発光ダイオード構造の上下を顛倒させ、ｎ型オーミック電極３０とｐ型オーミック電極４０は最下方に位置し、発光面の基板１０は最上方に位置し、基板自身が透明材質で、その上表面は遮蔽物が一切なく、また、ｐ型反射層が下向けの光を上向きに反射させるので、発光ダイオードの発光効率を向上させることができる。
【０００５】
この他、発光ダイオードの屈折率は、通常、外界（空気）の屈折率より大きく、かつ、公知の発光ダイオードの形状は、主に、立方体であるので、発光ダイオードが生成する光が空気との界面に達するとき、臨界角より大きい光は、発光ダイオード内部で全反射し、かつ、発光ダイオードは、界面と平行な立方体であり、臨界角より大きい光線は、内部で全反射し続け、外に向けて発射されず、発光ダイオードの発光効率が低下する。
【０００６】
上述の問題を解決するため、ヒューレットパッカード社（Hewlett-Packard Company）が先を切り取った形状の逆ピラミッド型ＬＥＤ（truncated inverted pyramid ＬＥＤ、通称、ＴＩＰ  ＬＥＤ）を提出した。それは直接、結晶をカットする方法で、発光ダイオード結晶側面を逆ピラミッド型に加工したもので、側面は平行面ではないので、光線が効果的に、結晶から外に導き出され、高発光効率を達成する。このＴＩＰ  ＬＥＤに関しては、非特許文献１および特許文献１と特許文献２に記載されている。但し、この方式は、容易に加工できる材料（例えば、ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＰ）にのみ応用できる。白光発光ダイオードは、通常、窒化ガリウムの発光ダイオードで、基板は、多くが、サファイヤ基板であり、サファイヤ基板は硬く、加工しにくいので、この方式により発光効率を改善することができない。
【０００７】
この他、ＣＲＥＥ社（Cree,Inc.）は、サファイヤ基板に代わって、加工しやすい炭化ケイ素ＳｉＣ基板を利用し、窒化ガリウムの発光ダイオードをチップ形状にしている（非特許文献２）が、窒化ガリウムと炭化ケイ素の格子は適合せず、かつ、炭化ケイ素は短波長範囲における光吸収係数が増大し、発光効率が低下する。
【０００８】
逆ピラミッド型の発光ダイオードを利用する以外に、表面テクスチャ（surface texture）構造設計により、射出角度を変化させて、発光効率を向上させることが提案されている。
【０００９】
特許文献３で開示されるように、サファイヤ基板、あるいは、窒化アルミガリウムインジウム上に紋目を形成した後、エピタキシーを成長し続けさせ、光が紋目に達するとき、光の方向を変化させて、出射率を増加させる。しかし、サファイヤ基板の硬度は非常に高く、紋目の形成は困難である。窒化アルミガリウムインジウム上に紋目を形成することができるが、エピタキシー品質が理想的ではない。
【００１０】
この他、特許文献４において、直接、表面テクスチャをｐ型半導体層上に施す方法がある。しかしこの方法では、ｐ型半導体層は平坦な表面ではなくなり、抵抗が高くなる。また、ｐ型半導体層は薄いので、表面テクスチャを施すとき、ｐ型半導体層を掘り過ぎて、発光層発光領域が減少するか、または、表面再結合（surface recombination）現象を生じ、発光ダイオード全体の功能に影響する。
【００１１】
この他、非特許文献３中で報告されているように、ウエハボンディング（wafer bonding）の方式により、電極をキャリア層（carrier layer）と半導体層間に配置し、剥離法（lift-off）により、無電極出光面を形成し、さらに、出光面上に、紋目を形成して、発光効率を増加させる方法がある。しかし、この方法は、ｐ型半導体層が平坦表面でないことにより、抵抗が増加する問題を解決することはできるが、表面テクスチャの形成時に、やはり、次の層まで掘ってしまう可能性が残る。その他、この技術はキャリア層をもう一層形成しなければならず、製造工程が複雑である。
【００１２】
【特許文献１】米国特許第６２２９１６０号明細書
【特許文献２】米国特許第６３２３０６３号明細書
【特許文献３】米国特許第６１３３５８９号明細書
【特許文献４】米国特許第６２５８６１８号明細書
【非特許文献１】Ｍ．Ｒ．Ｋｒａｍｅｓ  ｅｔ  ａｌ．，Ａｐｐｌｉ  Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７５（１６）、２３６５、１９９９
【非特許文献２】化合物半導体、７（１）、７、２００１
【非特許文献３】化合物半導体  Ｊａｎｕａｒｙ  ２００２（Schmid et al.,Windisch et al.）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上述の問題を解決する発光ダイオードとその製造方法を提供し、発光効率を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述の目的を達成するため、本発明は、発光ダイオードを提供し、ｎ型半導体層、活性層、およびｐ型半導体層、からなる発光ダイオード結晶と、ｎ型半導体層と電気的に接続するｎ型オーミック電極と、ｐ型半導体層と電気的に接続するｐ型オーミック電極と、発光ダイオード結晶上に位置し、斜側面と紋目表面を有する窒化アルミガリウムインジウム膜と、からなる。
【００１５】
本発明の発光ダイオードの製造方法は、基板を提供する工程と、前記基板上に第１パターンを形成する工程と、エピタキシー法により、斜側面、第１平面を有する窒化アルミガリウムインジウム膜を、前記第１パターン上に形成する工程と、ｎ型半導体層、活性層、およびｐ型半導体層、からなる発光ダイオード結晶を前記窒化アルミガリウムインジウム膜の前記第１平面上に形成する工程と、ｎ型オーミック電極と前記ｎ型半導体層を電気的に接続する工程と、ｐ型オーミック電極と前記ｐ型半導体層を電気的に接続する工程と、前記構造の上下を顛倒する工程と、前記基板を除去して、前記窒化アルミガリウムインジウム膜の第２平面を露出する工程と、前記第２平面に表面テクスチャを施す工程と、からなる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の発光ダイオードの長所は、
１．フリップチップ構造で、かつ、窒化アルミガリウムインジウム膜が出射面であり、窒化アルミガリウムインジウム膜上方に、光を遮蔽するオーミック電極等の非透光物がないので、発光ダイオードの全体の発光効率を向上させる。
２．出射面となる窒化アルミガリウムインジウム膜の側面が、傾斜をなしているので、全反射を減少させて、発光ダイオード全体の発光効率を向上させる。
３．出射面となる窒化アルミガリウムインジウム膜の上表面が、紋目を有するので、発光ダイオード全体の発光効率を向上させる。
４．窒化アルミガリウムインジウム膜の厚さが、一般の窒化ガリウム層より厚いので、表面テクスチャを形成するとき、表面テクスチャが層より深くなる確率を減少させる。
【００１７】
また、公知の窒化ガリウムの発光ダイオード基板は硬度が高く、カットする方法で、斜側面を形成するのは容易ではないが、本製造方法では、窒化アルミガリウムインジウム膜形成後、自然に斜側面を有するので、加工が必要なく、製造工程が簡単になり、コストを減少させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図４は、本発明の窒化アルミガリウムインジウム膜１１０と発光ダイオード結晶１２０とからなる発光ダイオード１００の構造を示す断面図である。発光ダイオード結晶１２０は、ｎ型半導体層１２１、活性層１２２、およびｐ型半導体層１２３、からなり、かつ、ｎ型半導体層１２１とｎ型オーミック電極１３０は電気的に接続する。ｐ型半導体層１２３はｐ型オーミック電極１４０と電気的に接続する。この他、発光ダイオード結晶１２０上に位置する窒化アルミガリウムインジウム膜１１０は、斜側面１１１と表面テクスチャ１１２を有する。斜側面１１１と表面テクスチャ１１２を有する窒化アルミガリウムインジウム膜１１０は、本発明の重要な特徴である。
【００１９】
窒化アルミガリウムインジウム膜１１０が有する斜側面１１１は、以下のような特徴を有する。窒化アルミガリウムインジウム膜１１０の成分は、ＡｌxＧａ(1-x-y)ＩｎyＮ、０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１（０≦ｘ、ｙ＜１と略す）、０≦ｘ＋ｙ＜１である。窒化アルミガリウムインジウムのアルミ、ガリウム、インジウムの金属比率は、固定値ではないので、この層は、単一の化合物により構成されるのではないため、窒化アルミガリウムインジウムと称される。窒化アルミガリウムインジウム膜１１０の厚さは２０μｍ以上で、好ましくは、２０μｍ〜１００μｍである。一般の発光ダイオードの窒化ガリウム層と比較すると、厚層と言える。この厚さは、表面テクスチャが深すぎて、層を破るのを防止するのと、出射窓を広くするためのものである。窒化アルミガリウムインジウム膜１１０の内径は、１５０μｍ以上で、好ましくは、２００μｍ〜１０００μｍで、底部の形状は、多角形（四角形または六角形）、円形、あるいは、楕円形で、底部と斜側面１１１の交角は４３〜６２°である。
【００２０】
この他、窒化アルミガリウムインジウム膜１１０が有する紋目を有する上表面は、以下のような特徴を有する。紋目を有する上表面１１２は、凸状構造、あるいは、凹状構造で、かつ、凸状構造と凹状構造は、多角形、円形、あるいは、楕円形である。図５ａ〜図５ｄで示される窒化アルミガリウムインジウム膜１１０の紋目を有する上表面１１２は、順に、三角形の凸状構造、三角形の凹状構造、円形の凸状構造、円形の凹状構造で、かつ、この形状の寸法は、発光ダイオード結晶１２０より小さく、約１ｎｍ〜５００μｍである。この他、凸状構造と凹状構造の側面と底部は垂直、あるいは、傾斜を呈している。図６ａ〜図６ｈに凸状構造と凹状構造の例を示す。図６ａは、窒化アルミガリウムインジウム膜１１０の紋目を有する上表面１１２の凸状構造と底部垂直の断面図で、図６ｂ〜図６ｄは、窒化アルミガリウムインジウム膜１１０の紋目を有する上表面１１２の凸状構造と底部傾斜の断面図である。図６ｅは、窒化アルミガリウムインジウム膜１１０の紋目を有する上表面１１２の凹状構造と底部垂直の断面図で、図６ｆ〜図６ｈは、窒化アルミガリウムインジウム膜１１０の紋目を有する上表面１１２の凹状構造と底部傾斜の断面図である。凸状構造あるいは凹状構造は、繰り返し出現し、重複出現周期は発光ダイオード結晶の寸法より小さく、その周期は、約１ｎｍ〜５００μｍである。この他、凸状構造、あるいは、凹状構造の高度差は、窒化アルミガリウムインジウム膜１１０の厚さより小さく、そうでなければ、窒化アルミガリウムインジウム膜１１０を掘りすぎてダメージを受ける。また、凸状構造、あるいは、凹状構造の高度差は、１ｎｍから窒化アルミガリウムインジウム膜の厚さまでである。
【００２１】
図７ａ〜図７ｆは、本発明の発光ダイオードの製造方法を示す断面図である。基板１０５を提供する工程と、図７ａで示されるように、前記基板１０５上に第１パターンを形成する工程と、図７ｂで示されるように、エピタキシー法により、斜側面１１１、第１平面１１３を有する窒化アルミガリウムインジウム膜１１０を、前記第１パターン上に形成する工程と、図７ｃで示されるように、ｎ型半導体層１２１、活性層１２２、およびｐ型半導体層１２３、からなる発光ダイオード結晶１２０を、前記窒化アルミガリウムインジウム膜１１０の前記第１平面１１３上に形成し、ｎ型オーミック電極１３０と前記ｎ型半導体層１２１を電気的に接続し、ｐ型オーミック電極１４０と前記ｐ型半導体層１２３を電気的に接続する工程と、図７ｄで示されるように、上に、第１バンプ（bump）１５１と第２バンプ１５２を備える下基板（submount）１５０を提供し、本発明の発光ダイオード構造の上下を顛倒し、ｎ型オーミック電極１３０と前記ｎ型半導体層１２１を電気的に接続し、ｐ型オーミック電極１４０と前記ｐ型半導体層１２３を電気的に接続する工程と、図７ｅで示されるように、前記基板１０５を除去して、前記窒化アルミガリウムインジウム膜１１０の第２平面１１４を露出する工程と、図７ｆで示されるように、前記第２平面１１４に表面テクスチャを施し、紋目表面１１２を形成する工程と、からなる。
【００２２】
上述のように、基板１０５はサファイヤ基板、炭化ケイ素ＳｉＣ、ケイ素基板、ガリウム砒素ＧａＡｓ基板、窒化アルミニウムＡｌＮ基板である。基板１０５上に形成される第１パターンは、多角形、円形、あるいは、楕円形等であり、多角形は、四角形、あるいは、六角形で、パターンの内径は１５０μｍ以上で、好ましくは、２００μｍ〜１０００μｍである。このパターンは、後に形成される窒化アルミガリウムインジウム膜１１０の底部パターンを決定する。
【００２３】
窒化アルミガリウムインジウム膜１１０は、ＡｌxＧａ(1-x-y)ＩｎyＮ、０≦ｘ、ｙ＜１、０≦ｘ＋ｙ＜１であり、ハイドライド気相エピタキシー法（Hydride Vapor Phase Epitaxy、ＨＶＰＥ）等のエピタキシー法により形成される。ＨＶＰＥエピタキシー成長の各パラメータを制御することにより、斜側面１１１を形成し、窒化アルミガリウムインジウム膜１１０が形成された後、自然に斜側面１１１を有する。窒化アルミガリウムインジウム膜１１０は基板１０５の第１パターン上に形成されるので、第１パターンは四角形である場合、形成される窒化アルミガリウムインジウム膜１１０は、逆ピラミッド型（以下、ＴＩＰ型という）である。図８は、第１パターンが六角形である場合に、形成される窒化アルミガリウムインジウム膜１１０の例を示す図である。図８は工程説明の図７ｂに相当する。窒化アルミガリウムインジウム膜１１０の厚さは２０μｍ以上で、好ましくは、２０μｍ〜１００μｍである。一般の窒化ガリウムの発光ダイオードの厚さより厚いので、後続の表面テクスチャ形成が容易である。窒化アルミガリウムインジウム膜１１０の内径は１５０μｍ以上で、好ましくは、２００μｍ〜１０００μｍで、底部と斜側面１１１の交角は４３〜６２°である。この交角はエピタキシー成長時に自然にできるもので、交角は、窒化アルミガリウムインジウム膜１１０のエピタキシー配列と相関する。
【００２４】
この他、発光ダイオード１２０は、有機金属化学気相成長法（metalorganic chemical vapor deposition、ＭＯＣＶＤ）等、公知の発光ダイオード結晶の形成方法により形成される。続いて、窒化アルミガリウムインジウム膜１１０に表面テクスチャを施すため、基板１０５を除去して、紋目表面を露出させる。基板１０５の除去は、レーザー剥離法、ドライエッチング、あるいは、ウェットエッチング等を利用して、窒化アルミガリウムインジウム膜１１０の第２平面１１４を露出させ、後続の表面テクスチャ工程を実行する。
【００２５】
最後に、露出した窒化アルミガリウムインジウム膜１１０の第２平面１１４に対し、表面テクスチャ工程を実行し、この工程は、マスク法、電子ビームマイクロリソグラフィ、干渉マイクロリソグラフィ等により、第２平面１１４に、多角形、円形、あるいは、楕円形で、パターンの尺寸が発光ダイオード結晶より小さく、約１ｎｍ〜５００μｍである第２パターン（図示しない）を形成する工程と、続いて、エッチングやカットにより、前記第２パターンを再立体化し、窒化アルミガリウムインジウム膜１１０の第２平面１１４に紋目表面１１２を形成する工程と、からなる。この紋目表面は、図５ａ〜図５ｄで示されるように、凸状構造、あるいは、凹状構造で、凸状構造または凹状構造の側面と底部は、図６ａ〜図６ｈで示されるように、垂直、あるいは、傾斜状で、かつ、その高度差は、窒化アルミガリウムインジウム膜１１０より小さく、そうでなければ、窒化アルミガリウムインジウム膜１１０を掘りすぎてダメージを受ける。また、高度差は、１ｎｍから窒化アルミガリウムインジウム膜の厚さまでである。この他、凸状構造、あるいは、凹状構造は、繰り返し出現し、重複出現周期は、発光ダイオード結晶の寸法より小さく、この周期は、約１ｎｍ〜５００μｍである。
【００２６】
図９は、窒化ガリウム上に製作される凹凸構造（第２平面１１４に形成された紋目表面１１２）を電子顕微鏡で見たもので、このテスト片は、干渉マイクロリソグラフィにより、フォトレジスト上に、周期が約３３０ｎｍ、寸法が約３００ｎｍの凹凸状パターンを形成する。反応イオンエッチング等の相関する製造工程により得られる凹凸構造は、高低差が約２００ｎｍである。この結果から分かるように、窒化ガリウム等の材料上に製作される凹凸構造は、実現可能である。
【００２７】
図１０は、基板１０５上に形成された、ＴＩＰ型結晶である窒化アルミガリウムインジウム膜１１０の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。この写真の形態から、レーザー剥離法により、窒化アルミガリウムインジウム膜と酸化アルミニウム基板を分離して、窒化アルミガリウムインジウム膜１１０の第２平面１１４を露出し、その後の表面テクスチャ工程を実行する。
【００２８】
最後に、上基板（submount）をカットし（図示しない）、直接、上基板にパッケージされた一粒一粒の表面テクスチャの出射面のＴＩＰ型フリップチップ結晶を得て、チップカット工程を簡潔にするだけでなく、歩留まり率を向上し、生産コストを減少させることができる。得られるフリップチップ結晶は、結晶熱拡散および出光問題において、好ましい改善結果が得られ、発光ダイオードの発光効率を向上させる。
【００２９】
本発明では好ましい実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の精神と領域を脱しない範囲内で各種の変更やアレンジを加えることができ、従って本発明明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】従来の発光ダイオード構造を示す断面図である。
【図２】従来の発光ダイオード構造を示すもう一つの断面図である。
【図３】従来の発光ダイオードのフリップチップ構造を示す断面図である。
【図４】本発明の発光ダイオードの構造を示す断面図である。
【図５ａ】本発明の窒化アルミガリウムインジウム膜の紋目を有する上表面の特徴を示す図である。
【図５ｂ】本発明の窒化アルミガリウムインジウム膜の紋目を有する上表面の特徴を示す図である。
【図５ｃ】本発明の窒化アルミガリウムインジウム膜の紋目を有する上表面の特徴を示す図である。
【図５ｄ】本発明の窒化アルミガリウムインジウム膜の紋目を有する上表面の特徴を示す図である。
【図６ａ】本発明の窒化アルミガリウムインジウム膜の紋目を有する上表面の特徴を示す断面図である。
【図６ｂ】本発明の窒化アルミガリウムインジウム膜の紋目を有する上表面の特徴を示す断面図である。
【図６ｃ】本発明の窒化アルミガリウムインジウム膜の紋目を有する上表面の特徴を示す断面図である。
【図６ｄ】本発明の窒化アルミガリウムインジウム膜の紋目を有する上表面の特徴を示す断面図である。
【図６ｅ】本発明の窒化アルミガリウムインジウム膜の紋目を有する上表面の特徴を示す断面図である。
【図６ｆ】本発明の窒化アルミガリウムインジウム膜の紋目を有する上表面の特徴を示す断面図である。
【図６ｇ】本発明の窒化アルミガリウムインジウム膜の紋目を有する上表面の特徴を示す断面図である。
【図６ｈ】本発明の窒化アルミガリウムインジウム膜の紋目を有する上表面の特徴を示す断面図である。
【図７ａ】本発明の発光ダイオードの製造方法を示す断面図である。
【図７ｂ】本発明の発光ダイオードの製造方法を示す断面図である。
【図７ｃ】本発明の発光ダイオードの製造方法を示す断面図である。
【図７ｄ】本発明の発光ダイオードの製造方法を示す断面図である。
【図７ｅ】本発明の発光ダイオードの製造方法を示す断面図である。
【図７ｆ】本発明の発光ダイオードの製造方法を示す断面図である。
【図８】本発明の発光ダイオードの六角形の窒化アルミガリウムインジウム膜構造の例を示す図である。
【図９】窒化ガリウム膜上に製作される凹凸構造を電子顕微鏡で見たものである。
【図１０】本発明のＴＩＰ型結晶のＳＥＭ写真である。
【符号の説明】
【００３１】
１０  基板
２０、１２０  発光ダイオードチップ
２１、１２１  ｎ型半導体層
２２、１２２  活性層
２３、１２３  ｐ型半導体層
３０、１３０  ｎ型オーミック電極
４０、１４０  ｐ型オーミック電極
１００  発光ダイオード
１０５  基板
１１０  窒化アルミガリウムインジウム膜
１１１  斜側面
１１２  紋目表面
１１３  第１平面
１１４  第２平面
１５０  下基板
１５１  第１バンプ
１５２  第２バンプ
【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５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
2005268734.tif 000009
【図５ｄ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
2005268734.tif 000012
【図６ｃ】
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【図６ｄ】
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【図６ｅ】
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【図６ｆ】
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【図６ｇ】
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【図６ｈ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図７ｄ】
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【図７ｅ】
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【図７ｆ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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