(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一主面に複数の凸部を有する基板であって当該凸部は当該基板と異なる材料からなるものを用い、当該基板の逆台形状の断面形状を有する凹部に、その底面を底辺とする三角形状の断面形状となる状態まで窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させ、この際、上記三角形状の断面形状となる状態の上記窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の高さが上記凸部の高さ以下である工程と、
上記窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を上記基板上に横方向成長させる工程と、
上記横方向成長させた上記窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上にｎ型またはｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた活性層およびｐ型またはｎ型窒化物系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。
【請求項２】
上記窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長初期に、上記凹部の底面に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる複数の微小核を生成し、これらの微小核の成長および合体の過程を経て、上記三角形状の断面形状となる状態の上記窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる請求項１記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項３】
上記凸部の側面と上記一主面とがなす角度θが１００°＜θ＜１６０°である請求項１記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項４】
上記窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層はＧａＮ層である請求項１記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項５】
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窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の斜面と上記一主面とがなす角度をαとしたとき、２ｄ≧Ｗg ｔａｎαが成立する請求項１記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項６】
上記一主面に上記凸部と上記凹部とを交互に有する請求項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】
上記凸部が誘電体からなる請求項１記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項９】
上記凸部の屈折率は上記基板の屈折率以下である請求項１記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項１０】
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、当該基板の逆台形状の断面形状を有する凹部に、その底面を底辺とする三角形状の断面形状となる状態まで窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させ、この際、上記三角形状の断面形状となる状態の上記窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の高さが上記凸部の高さ以下である工程と、
上記窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を上記基板上に横方向成長させる工程と、
上記横方向成長させた上記窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上にｎ型またはｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた活性層およびｐ型またはｎ型窒化物系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集積型発光ダイオードの製造方法。
【請求項１１】
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、当該基板の逆台形状の断面形状を有する凹部に、その底面を底辺とする三角形状の断面形状となる状態まで窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させ、この際、上記三角形状の断面形状となる状態の上記窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の高さが上記凸部の高さ以下である工程と、
上記窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を上記基板上に横方向成長させる工程とを有する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、発光ダイオードおよびその製造方法ならびに集積型発光ダイオードおよびその製造方法ならびに窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法ならびに窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体成長用基板ならびに光源セルユニットならびに発光ダイオードバックライトならびに発光ダイオード照明装置ならびに発光ダイオードディスプレイならびに電子機器ならびに電子装置およびその製造方法に関し、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およびこの発光ダイオードを用いる各種の装置または機器に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ系半導体をサファイア基板などの異種基板上にエピタキシャル成長させる場合には、両者の格子定数差や熱膨張係数差が大きいため、結晶欠陥、特に貫通転位が高密度に発生してしまう。
この問題を回避するために、従来より、選択横方向成長による転位密度低減化技術が広く用いられている。この技術では、まずサファイア基板などの上にＧａＮ系半導体をエピタキシャル成長させた後、結晶成長装置より基板を取り出し、そのＧａＮ系半導体層上にＳｉＯ2 膜などからなる成長マスクを形成してからこの基板を再び結晶成長装置に戻し、この成長マスクを用いてＧａＮ系半導体を再度エピタキシャル成長させる。
この技術によれば、上層のＧａＮ系半導体層の転位密度を低減することができるが、２回のエピタキシャル成長が必要であるため、コスト高となっていた。
【０００３】
そこで、異種基板にあらかじめ凹凸加工を施し、この加工基板上にＧａＮ系半導体をエピタキシャル成長させる方法が提案されている（例えば、非特許文献１、特許文献１、２参照。）。この方法の概要を図７７に示す。この方法によれば、まず、図７７Ａ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７７Ｂ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７７Ｃ中、点線は成長途中の成長界面を示す。ここで特徴的なことは、図７７Ｃに示すように、凹部１０１ａにおいてサファイア基板１０１とＧａＮ系半導体層１０２との間に空隙１０３が形成されてしまうことである。図７８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７８に示すように、ＧａＮ系半導体層１０２のうちの凸部１０１ｂ上の部分に、この凸部１０１ｂの上面との界面から垂直方向に貫通転位１０４が発生して高欠陥密度領域１０５が形成され、凹部１０１ａの上方の、高欠陥密度領域１０５の間の部分が低欠陥密度領域１０６となっている。
【０００４】
なお、図７７Ｃでは、サファイア基板１０１の凹部１０１ａ内に形成された空隙１０３の下のＧａＮ系半導体層１０２の埋め込み形状は四角形であるが、この埋め込み形状は三角形の場合もあり、この場合も四角形の場合同様、この凹部１０１ａ内に埋め込まれるＧａＮ系半導体層１０２が凸部１０１ｂから横方向成長するＧａＮ系半導体層１０２に接触することによって空隙が形成されてしまう場合がある。
参考までに、図７９に、凹部１０１ａおよび凸部１０１ｂの延在方向が、サファイア基板１０１の〈１−１００〉方向と直交する〈１１−２０〉方向である場合のＧａＮ系半導体層１０２の成長の様子を示す。
図８０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８０Ａ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８０Ｂ〜Ｆに示す過程を経てＧａＮ系半導体層１０２を成長させる。この方法では、サファイア基板１０１との間に空隙を形成しないでＧａＮ系半導体層１０２を成長させることができるとされている。
基板上にこの基板と異なる材料により凸部を形成し、凸部の間の凹部から窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長を開始する成長方法が提案されているが（例えば、特許文献４、５参照。）、これらの成長様式はこの発明と大きく異なる。
なお、参考のためサファイアの主要な結晶面および結晶方位を図８１に示す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】三菱電線工業時報  第９８号  ２００１年１０月：ＬＥＰＳ法を用いた高出力紫外ＬＥＤの開発
【特許文献１】特開２００４−６９３１号公報
【特許文献２】特開２００４−６９３７号公報
【特許文献３】特開２００３−３１８４４１号公報
【特許文献４】特開２００３−３２４０６９号公報
【特許文献５】特許第２８３０８１４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図７７に示す従来の成長方法では、サファイア基板１０１とＧａＮ系半導体層１０２との間に空隙１０３が形成されてしまうことは上述のとおりであるが、本発明者らが行った実験結果によると、ＧａＮ系半導体層１０２上にＧａＮ系半導体層を成長させて発光ダイオード構造を形成した場合、この発光ダイオードの発光効率は低いという課題があった。これは、発光ダイオードの動作時に活性層から発生する光が、空隙１０３の内部で反射を繰り返し、その結果光が吸収されてしまうことにより、光の取り出し効率が悪いためであると考えられる。
【０００７】
一方、図８０に示す従来の成長方法では、サファイア基板１０１とＧａＮ系半導体層１０２との間に空隙が形成されないとされているものの、ＧａＮ系半導体層１０２の転位密度を、図７７に示す従来の成長方法と同等のレベルに低減することは困難と考えられる。このため、この高転位密度のＧａＮ系半導体層１０２上にＧａＮ系半導体層を成長させて発光ダイオード構造を形成した場合、これらのＧａＮ系半導体層の転位密度も高くなり、これが発光効率の低下を招いていた。
さらに、図７７および図８０に示す従来の成長方法のいずれにおいても、サファイア基板１０１の表面に凹凸加工を施すためには一般にドライエッチングが用いられるが、サファイア基板１０１はドライエッチングが難しいため、エッチングに時間がかかるだけでなく、加工精度も低かった。
【０００８】
そこで、この発明が解決しようとする課題は、上記の空隙の解消による光の取り出し効率の大幅な向上および発光ダイオードを構成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の結晶性の大幅な向上により発光効率が極めて高く、しかも一度のエピタキシャル成長により低コストで製造することができ、基板の凹凸加工も容易な発光ダイオードおよびその製造方法ならびに集積型発光ダイオードおよびその製造方法ならびにこの発光ダイオードまたは集積型発光ダイオードの製造に用いて好適な窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法および窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体成長用基板を提供することである。
この発明が解決しようとする他の課題は、上記のような発光ダイオードを用いた高性能の光源セルユニット、発光ダイオードバックライト、発光ダイオード照明装置、発光ダイオードディスプレイおよび電子機器を提供することである。
この発明が解決しようとするさらに他の課題は、上記の空隙の解消および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、しかも一度のエピタキシャル成長により低コストで製造することができ、基板の凹凸加工も容易な、発光ダイオード、半導体レーザ、トランジスタなどを含む電子装置およびそ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】
【０００９】
上記課題を解決するために、第１の発明は、
一主面に複数の凸部を有する基板であって当該凸部は当該基板と異なる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発光ダイオードの製造方法である。
【００１０】
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。
【００１１】
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、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、典型的には４±２μｍの範囲内である。
【００１２】
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〉方向に延在し、あるいは、基板として例えばサファイア基板を用いる場合にはこのサファイア基板の〈１１−２０〉方向に延在してもよい。凸部は、例えば、ｎ角錐（ただし、ｎは３以上の整数）、具体的には三角錐、四角錐、五角錐、六角錐など、あるいはこれらの角部を切除したものや角が丸まったもの、円錐、楕円錐などである。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
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。
【００１５】
基板の凹部にのみ第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる観点より、例えば、凸部の少なくとも表面を非晶質層により形成してもよい。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。
【００１６】
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た後、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うちの凸部の上の部分および／または凹部の上の部分の少なくとも一部を除去し、残った第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を横方向成長させ、この第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に活性層および第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を順次成長させるようにしてもよい。あるいは、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た後、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うちの凸部の上の部分および／または凹部の上の部分の少なくとも一部を除去し、残った第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を横方向成長させ、この第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に第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族化合物半導体層を順次成長させるようにしてもよい。
【００１７】
また、凸部の上の部分の第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の会合部に貫通転位が集中することから、この会合部となる部分の凸部上に絶縁体や空隙などからなる転位伝播素子部をあらかじめ形成しておき、この第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層中を基板の一主面に平行な方向に伝播する転位をこの転位伝播素子部により阻止することで、第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の表面に転位が抜けて貫通転位となるのを防止することができる。
第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層には、これと電気的に接続された状態で第１の導電型側の電極を形成する。同様に、第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層にも、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。
【００１８】
基板としては種々のものを用いることができる。窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なる物質からなる基板としては、具体的には、例えば、サファイア（ｃ面、ａ面、ｒ面などを含み、これらの面からオフした面のものも含む）、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、Ｓｉ、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＬｉＭｇＯ、ＧａＡｓ、スピネル（ＭｇＡｌ2 Ｏ4 、ＳｃＡｌＭｇＯ4 ）、ガーネット、ＣｒＮ（例えば、ＣｒＮ（１１１））などからなる基板を用いることができ、好適には、これらの材料からなる六方晶基板または立方晶基板、より好適には六方晶基板を用いる。基板としては、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体（ＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＩｎＮなど）からなる基板を用いてもよい。あるいは、基板として、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なる物質からなる基板上に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させ、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に上記の凸部を形成したものであってもよい。
なお、例えば、基板上に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層などの層を成長させたものを基板として用いる場合、凸部の材料はこの凸部の直下の層と異なる材料のものが用いられる。
基板は、必要に応じて除去してもよい。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
第２の発明は、
一主面に複数の凸部を有する基板であって当該凸部は当該基板と異なる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６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
上記第６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６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層において、上記凹部の底面との界面から上記一主面に対して垂直方向に発生した転位が、上記凹部の底面を底辺とする三角形状部の斜面またはその近傍に到達し、そこから上記一主面に平行な方向に屈曲している
ことを特徴とする発光ダイオードである。
【００２２】
第２の発明ならびに後述の第４、第６および第７〜第１１の発明において、第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は、第１の発明における第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層および第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に対応するものである。
第２の発明および後述の第３〜第１３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。
【００２３】
第３の発明は、
複数の発光ダイオードが集積された集積型発光ダイオードの製造方法において、
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４の発明は、
複数の発光ダイオードが集積された集積型発光ダイオードにおいて、
少なくとも一つの上記発光ダイオードが、
一主面に複数の凸部を有する基板であって当該凸部は当該基板と異なる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６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
上記第６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６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
ことを特徴とするものである。
【００２５】
第３および第４の発明において、集積型発光ダイオードはその用途を問わないが、典型的な用途を挙げると、液晶ディスプレイなどに用いられる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（例えば、可視光通信装置）、発光ダイオード光空間伝送装置などである。この集積型発光ダイオードは、発光ダイオードの配列の仕方や形状は問わないが、例えば、支持体（支持基板）、あるいは各種素子への配線を目的とした板や基板などの上、あるいは筐体の内外の面の上に、直接あるいは配線板や放熱板などの別の板を介して、発光ダイオードが二次元アレイ状に配列されたものや、ストライプ状の発光ダイオードが一列または複数列配列されたものなどである。この集積型発光ダイオードの形態は、いわゆる半導体プロセス技術を用いて半導体層が積層されたウェハを一括加工することにより、回路パターンとともに各発光ダイオードが微細に複数集積して並んでいる形態はもちろん、いわゆる実装技術を用いて、既にチップ化されている各発光ダイオードを回路パターン基板上に微細に複数集積して並べた形態であってもよい。また、これらの発光ダイオードは、独立駆動しても一括駆動してもよく、さらに、任意に設定されたある領域内の発光ダイオード群を一括独立駆動（エリア駆動）してもよい。
【００２６】
第５の発明は、
一主面に複数の凸部を有する基板であって当該凸部は当該基板と異なる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
を有することを特徴とする窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法である。
この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法は、発光ダイオードや集積型発光ダイオードのほか、他の各種の半導体装置の製造に適用することが可能である。
【００２７】
第６の発明は、
一主面に複数の凸部を有する基板であって当該凸部は当該基板と異なる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６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層とを有し、
上記第６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
ことを特徴とする窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体成長用基板である。
【００２８】
第７の発明は、
赤色発光の発光ダイオード、緑色発光の発光ダイオードおよび青色発光の発光ダイオードをそれぞれ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、
上記赤色発光の発光ダイオード、上記緑色発光の発光ダイオードおよび上記青色発光の発光ダイオードのうちの少なくとも一つの発光ダイオードが、
一主面に複数の凸部を有する基板であって当該凸部は当該基板と異なる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６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
上記第６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６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
ことを特徴とするものである。
【００２９】
第８の発明は、
赤色発光の発光ダイオード、緑色発光の発光ダイオードおよび青色発光の発光ダイオードをそれぞれ複数個配列した発光ダイオードバックライトにおいて、
上記赤色発光の発光ダイオード、上記緑色発光の発光ダイオードおよび上記青色発光の発光ダイオードのうちの少なくとも一つの発光ダイオードが、
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６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
上記第６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６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
ことを特徴とするものである。
【００３０】
第９の発明は、
赤色発光の発光ダイオード、緑色発光の発光ダイオードおよび青色発光の発光ダイオードをそれぞれ複数個配列した発光ダイオード照明装置において、
上記赤色発光の発光ダイオード、上記緑色発光の発光ダイオードおよび上記青色発光の発光ダイオードのうちの少なくとも一つの発光ダイオードが、
一主面に複数の凸部を有する基板であって当該凸部は当該基板と異なる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６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
上記第６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６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
ことを特徴とするものである。
【００３１】
第１０の発明は、
赤色発光の発光ダイオード、緑色発光の発光ダイオードおよび青色発光の発光ダイオードをそれぞれ複数個配列した発光ダイオードディスプレイにおいて、
上記赤色発光の発光ダイオード、上記緑色発光の発光ダイオードおよび上記青色発光の発光ダイオードのうちの少なくとも一つの発光ダイオードが、
一主面に複数の凸部を有する基板であって当該凸部は当該基板と異なる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６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
上記第６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６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
ことを特徴とするものである。
第７〜第１０の発明において、赤色発光の発光ダイオードとしては、例えば、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体を用いたものを用いることもできる。
【００３２】
第１１の発明は、
一つまたは複数の発光ダイオードを有する電子機器において、
少なくとも一つの上記発光ダイオードが、
一主面に複数の凸部を有する基板であって当該凸部は当該基板と異なる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６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
上記第６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６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
ことを特徴とするものである。
【００３３】
第１１の発明において、電子機器は、発光ダイオードバックライト（液晶ディスプレイのバックライトなど）、発光ダイオード照明装置、発光ダイオードディスプレイなど、さらには発光ダイオードを光源とするプロジェクタあるいはリアプロジェクションテレビ、グレーティングライトバルブ（ＧＬＶ）などを含むが、一般的には、表示、照明、光通信、光伝送やその他の目的で少なくとも一つの発光ダイオードを有するものであれば、基本的にはどのようなものであってもよく、携帯型のものと据え置き型のものとの双方を含むが、上記以外の具体例を挙げると、携帯電話、モバイル機器、ロボット、パーソナルコンピュータ、車載機器、各種家庭電気製品、発光ダイオード光通信装置、発光ダイオード光伝送装置、電子鍵などのポータブルセキュリティー機器などである。電子機器にはまた、遠赤外波長帯域、赤外波長帯域、赤色波長帯域、黄色波長帯域、緑色波長帯域、青色波長帯域、紫色波長帯域、紫外波長帯域などのうちの互いに異なる波長帯域の光を放出する二種類以上の発光ダイオードを組み合わせたものも含まれる。特に、発光ダイオード照明装置では、赤色波長帯域、黄色波長帯域、緑色波長帯域、青色波長帯域、紫色波長帯域などのうちの互いに異なる波長帯域の可視光を放出する二種類以上の発光ダイオードを組み合わせ、これらの発光ダイオードから放出される二種類以上の光を混合して自然光あるいは白色光を得ることができる。また、青色波長帯域、紫色波長帯域、紫外波長帯域などのうちの少なくとも一つの波長帯域の光を放出する発光ダイオードを光源として用い、この発光ダイオードから放出される光を蛍光体に照射して励起することにより得られる光を混合して自然光あるいは白色光を得ることができる。また、これらの互いに異なる波長帯域の可視光を放出する発光ダイオードを例えば、セル単位、カルテット単位、クラスター単位なる集合単位（厳密には、これらの単位に１単位に含まれる発光ダイオードの数は定義されておらず、同一波長または異なる波長の光を放出する複数の発光ダイオードで同一集団を複数形成し、これらを配線基板、配線パッケージ、配線筐体壁などに搭載する場合の１集合単位名称。）にまとめ、具体的には、例えば、三つの発光ダイオード（例えば、赤色発光の発光ダイオードを一つ、緑色発光の発光ダイオードを一つ、青色発光の発光ダイオードを一つ）からなる単位、または四つの発光ダイオード（例えば、赤色発光の発光ダイオードを一つ、緑色発光の発光ダイオードを二つ、青色発光の発光ダイオードを一つ）からなる単位、または五つ以上の発光ダイオードからなる単位などにまとめ、各単位を基板上または板上、あるいは筐体板上に二次元アレイ状や一列または複数列に搭載するようにしてもよい。
【００３４】
第１２の発明は、
一主面に複数の凸部を有する基板であって当該凸部は当該基板と異なる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の層を成長させる工程と、
上記第１の層から上記基板上に第２の層を横方向成長させる工程と
を有することを特徴とする電子装置の製造方法である。
【００３５】
第１３の発明は、
一主面に複数の凸部を有する基板であって当該凸部は当該基板と異なる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３の層とを有し、
上記第３の層において、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
ことを特徴とする電子装置である。
【００３６】
第１２および第１３の発明において、第１〜第３の層は、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。同一基板またはチップ上にこれらの素子が１個または複数個形成される。これらの素子は必要に応じて独立的に駆動されるように構成される。同一基板上に発光素子と電子走行素子とを集積化することにより光電子集積回路（ＯＥＩＣ）を構成することが可能である。必要に応じて、光配線を形成することも可能である。少なくとも一つの発光素子（発光ダイオードあるいは半導体レーザ）の点滅を用いて明かりの供給による照明通信あるいは光通信を行うこともできる。この場合、異なる波長帯域の光を複数用いて照明通信あるいは光通信を行ってもよい。
【００３７】
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。
第１２および第１３の発明についても第１〜第１１の発明と同様な応用が可能である。
【００３８】
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、基板上にこの基板と異なる材料からなる凸部を形成することは、基板をドライエッチングなどにより直接加工して凹凸を形成するのに比べて非常に簡単であり、加工精度も一般に高い。
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の層、第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を第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】
【００３９】
この発明によれば、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層および第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と基板との間に隙間が形成されないことにより、光の取り出し効率を大幅に向上させることができ、また、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。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の層、第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を第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。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】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２】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３】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４】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５】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６】この発明の第１の実施形態による発光ダイオードの製造方法により製造された発光ダイオードの平面図である。
【図７】この発明の第１の実施形態により製造される発光ダイオードの他の構造例を示す断面図である。
【図８】この発明の第１の実施形態により製造される発光ダイオードの他の構造例を示す断面図である。
【図９】この発明の第１の実施形態により製造される発光ダイオードの他の構造例を示す断面図である。
【図１０】この発明の第１の実施形態により製造される発光ダイオードの他の構造例を示す断面図である。
【図１１】この発明の第１の実施形態により製造される発光ダイオードの他の構造例を示す断面図である。
【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において用いる基板を示す略線図である。
【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１９】この発明の第１の実施形態による発光ダイオードの製造方法において基板上に成長させる窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長初期の様子を示す図面代用写真である。
【図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２２】この発明の第１の実施形態により製造される発光ダイオードのレイトレーシング・シミュレーションの結果を示す略線図である。
【図２３】この発明の第１の実施形態により製造される発光ダイオードの活性層の表面平坦性を説明するための略線図である。
【図２４】この発明の第１の実施形態により製造される発光ダイオードの活性層の表面平坦性を説明するための略線図である。
【図２５】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２６】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により製造された発光ダイオードの平面図である。
【図２７】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２８】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より製造された発光ダイオードの平面図である。
【図２９】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３０】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３１】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３２】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３３】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３４】この発明の第１１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１２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１３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１４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１５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４０】この発明の第１７の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図４１】この発明の第１８の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図４２】この発明の第１９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４３】この発明の第１９の実施形態による発光ダイオードの活性層の下側の凸部の平面形状の例を示す平面図である。
【図４４】この発明の第１９の実施形態による発光ダイオードの活性層の上側の凸部の平面形状の例を示す平面図である。
【図４５】この発明の第１９の実施形態による発光ダイオードの変形例を示す断面図である。
【図４６】この発明の第１９の実施形態による発光ダイオードの他の変形例を示す断面図である。
【図４７】この発明の第２０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】この発明の第２０の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。
【図４９】この発明の第２１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５０】この発明の第２２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５１】この発明の第２２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５２】この発明の第２２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５３】この発明の第２２の実施形態により製造される発光ダイオードのレイトレーシング・シミュレーションの結果を示す略線図である。
【図５４】この発明の第２２の実施形態により製造される発光ダイオードのレイトレーシング・シミュレーションの結果を示す略線図である。
【図５５】この発明の第２２の実施形態により製造される発光ダイオードのレイトレーシング・シミュレーションの結果を示す略線図である。
【図５６】この発明の第２３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５７】この発明の第２４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５８】この発明の第２４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５９】この発明の第２４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６０】この発明の第２６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６１】この発明の第２７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６２】この発明の第２８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６３】この発明の第２９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６４】この発明の第２９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６５】この発明の第２９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６６】この発明の第３０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６７】この発明の第３１の実施形態により製造される集積型発光ダイオードを示す斜視図である。
【図６８】この発明の第３１の実施形態により製造される集積型発光ダイオードをサブマウント上にマウントする様子を示す断面図である。
【図６９】この発明の第３２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７０】この発明の第３２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７１】この発明の第３２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７２】この発明の第３２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７３】発光ダイオードの他の例を示す断面図である。
【図７４】発光ダイオードの他の例を示す断面図である。
【図７５】発光ダイオードの他の例を示す断面図である。
【図７６】発光ダイオードの他の例を示す断面図である。
【図７７】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７８】図７７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７９】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８０】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。
【図８１】サファイアの主要な結晶面および結晶方位を示す略線図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
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〜図３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。
この第１の実施形態においては、図１Ａに示すように、まず、平坦な一主面を有し、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なる材料からなる基板１１を用意し、この基板１１上に断面形状が二等辺三角形状の凸部１２を所定の平面形状で周期的に形成する。凸部１２の間には逆台形状の断面形状を有する凹部１３が形成される。この基板１１としては、例えばすでに述べたものを用いることができるが、具体的には、例えばサファイア基板であり、その主面は例えばｃ面である。凸部１２および凹部１３の平面形状はすでに述べた各種の平面形状とすることができるが、例えば、図４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５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４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５における点線の方向（最隣接の凸部１２間を結ぶ方向）が、後述の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５のｍ軸と平行となるようにする。例えば、基板１１がサファイア基板である場合、図４におけるストライプ形状の凸部１２および凹部１３の延在方向はサファイア基板の〈１−１００〉方向であり、図５における凹部１３の延在方向は同じくサファイア基板の〈１−１００〉方向である。これらの延在方向はサファイア基板の〈１１−２０〉方向であってもよい。凸部１２の材料としては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。
【００４２】
基板１１上に断面形状が二等辺三角形状の凸部１２を形成するためには、従来公知の方法を用いることができる。例えば、ＣＶＤ法、真空蒸着法、スパッタリング法などにより基板１１の全面に凸部１２の材料となる膜（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。
【００４３】
次に、サーマルクリーニングなどを行うことによりこの基板１１および凸部１２の表面を清浄化した後、この基板１１上に従来公知の方法により例えば５５０℃程度の成長温度で例えばＧａＮバッファ層、ＡｌＮバッファ層、ＣｒＮバッファ層、ＣｒドープＧａＮバッファ層あるいはＣｒドープＡｌＮバッファ層（図示せず）を成長させる。次に、例えばＭＯＣＶＤ法により窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のエピタキシャル成長を行う。この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は例えばＧａＮである。このとき、図１Ｂ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１Ｃ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。
【００４４】
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２Ａ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２Ｂ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２Ｂ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２Ｃ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２Ｃ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１Ｃに示す状態から、図２Ａに示す状態を経ないで、図２Ｂに示す状態に直接移ることも可能である。
【００４５】
次に、図３に示すように、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５上に、例えばＭＯＣＶＤ法により、ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた活性層１７およびｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８を順次エピタキシャル成長させる。この場合、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５はｎ型であるとする。
次に、こうして窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させた基板１１をＭＯＣＶＤ装置から取り出す。
次に、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８上にｐ側電極１９を形成する。ｐ側電極１９の材料としては、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１６などの劣化を防止するためである。なお、この熱処理は、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８をエピタキシャル成長させた後、ｐ側電極１９を形成する前に行ってもよい。
次に、ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６、活性層１７およびｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８を、例えばＲＩＥ法、粉末ブラスト法、サンドブラスト法などにより所定形状にパターニングし、メサ部２０を形成する。
【００４６】
次に、このメサ部２０に隣接する部分のｎ型の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５上にｎ側電極２１を形成する。
次に、必要に応じて、上述のようにして発光ダイオード構造が形成された基板１１をその裏面側から研削やラッピングすることにより厚さを減少させた後、この基板１１のスクライビングを行い、バーを形成する。この後、このバーのスクライビングを行うことでチップ化する。
以上により、目的とする発光ダイオードが製造される。
凸部１２が一方向に延在するストライプ形状を有する場合におけるｐ側電極１９およびｎ側電極２１の平面形状の一例を図６に示す。
【００４７】
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。
【００４８】
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１８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１７は例えばＧａＩｎＮ系の多重量子井戸（ＭＱＷ）構造（例えば、ＧａＩｎＮ量子井戸層とＧａＮ障壁層とを交互に積層したもの）を有し、この活性層１７のＩｎ組成は発光ダイオードの発光波長に応じて選ばれ、例えば発光波長４０５ｎｍでは〜１１％、４５０ｎｍでは〜１８％、５２０ｎｍでは〜２４％である。ｐ側電極１９の材料としては、例えばＡｇやＰｄ／Ａｇなどを用い、あるいは必要に応じてこれに加えてＴｉ、Ｗ、Ｃｒ、ＷＮ、ＣｒＮなどからなるバリアメタルを用いる。ｎ側電極２１としては、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ構造のものを用いる。
【００４９】
こうして得られた図３に示す発光ダイオードにおいては、ｐ側電極１９とｎ側電極２１との間に順方向電圧を印加して電流を流すことにより発光を行わせ、基板１１を通して外部に光を取り出す。活性層１７のＩｎ組成の選定により、赤色〜紫外の発光、取り分け青色発光、緑色発光または赤色発光を得ることができる。この場合、活性層１７から発生した光のうち、基板１１に向かう光は、基板１１とその凹部１３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５との界面で屈折した後、基板１１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で反射されて基板１１に向かい、基板１１を通って外部に出て行く。
【００５０】
発光ダイオードの構造は図３に示すものに限定されず、例えば図７〜図１１に示すような構造であってもよい。図７に示す例では、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をそれらの中央部が残るようにパターニングしてメサ部２０を形成し、このメサ部２０のｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８上にｐ側電極１９を形成するとともに、このメサ部２０の両側の部分のｎ型の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５上にｎ側電極２１を形成する。図８に示す例では、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の中央部に例えば幅の狭いスリット状の溝または柱状の穴（例えば、柱の底面が円状、角状、点状など）からなる凹部Ｇを形成し、この凹部Ｇの底部のｎ型の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５上にストライプ状または点状のｎ側電極２１を形成する。ここで、ｎ型の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５に対するｎ側電極２１の接触抵抗は低いため、このようにｎ側電極２１の接触面積を小さくしても良好なオーミック接触特性を得ることができ、その接触点（あるいは、接触面）を基点に、ｎ型の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の全体に電流が比較的容易に広がるようにすることが可能である。ｐ側電極１９はｎ側電極２１を囲むように形成する。あるいは、ｎ側電極２１がｐ側電極１９を囲むように形成してもよい。図９に示す例では、ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６、活性層１７およびｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８に例えば幅の狭いスリット状の溝または柱状の穴（例えば、柱の底面が円状、角状、点状など）からなる凹部Ｇ（凹部Ｇが柱状の穴からなる場合は、凹部Ｇは例えば、蜂の巣状の配置あるいは碁盤の目状の配置あるいはさいころの目状の配置（さいころの目を表示する穴のように穴と穴との間が比較的離れている形態）で二次元配列して形成される）を形成し、各凹部Ｇの底部のｎ型の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５上にｎ側電極２１を形成する。例えば、凹部Ｇが上記の柱状の穴からなり、蜂の巣状の配置あるいは碁盤の目状の配置あるいはさいころの目状の配置で二次元配列して形成される場合、ｐ側電極１９をｎ側電極２１を囲むように形成し、あるいは、ｎ側電極２１をｐ側電極１９を囲むように形成する。図１０に示す例では、ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６、活性層１７およびｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８に幅の狭いスリット状の溝または柱状の穴（例えば、柱の底面が円状、角状、点状など）からなる凹部Ｇ（凹部Ｇが柱状の穴からなる場合は、凹部Ｇは例えば蜂の巣状の配置あるいは碁盤の目状の配置あるいはさいころの目状の配置で二次元配列して形成される）を形成し、各凹部Ｇの底部のｎ型の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５上にｎ側電極２１を形成する。例えば、凹部Ｇが上記の柱状の穴からなり、蜂の巣状の配置あるいは碁盤の目状の配置あるいはさいころの目状の配置で二次元配列して形成される場合、ｐ側電極１９をｎ側電極２１を囲むように形成し、あるいは、ｎ側電極２１をｐ側電極１９を囲むように形成する。図１１に示す例では、ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６、活性層１７およびｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８に幅の狭いスリット状の溝または柱状の穴（例えば、柱の底面が円状、角状、点状など）からなる凹部Ｇ（凹部Ｇが柱状の穴からなる場合は、凹部Ｇは例えば蜂の巣状の配置あるいは碁盤の目状の配置あるいはさいころの目状の配置で二次元配列して形成される）を形成し、さらに各凹部Ｇの側壁にＳｉＯ2 膜などの絶縁膜Ｉを形成し、この絶縁膜Ｉにより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と電気的に絶縁された状態で各凹部Ｇの底部のｎ型の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５上にこれらの凹部Ｇの内部を埋めるようにｎ側電極２１を形成する。例えば、凹部Ｇが上記の柱状の穴からなり、蜂の巣状の配置あるいは碁盤の目状の配置あるいはさいころの目状の配置で二次元配列して形成される場合、ｐ側電極１９をｎ側電極２１を囲むように形成し、あるいは、ｎ側電極２１をｐ側電極１９を囲むように形成する。これらの図７〜図１１に示す例、取り分け図１１に示す例において、ｐ側電極１９およびｎ側電極２１の配線は、従来公知の二層配線技術を用いて容易に行うことができる。
【００５１】
ここで説明した発光ダイオードの構造は、特に、基板１１として透光性基板を用い、この透光性基板の裏面全面から発光させる、フリップチップ型（ＦＣ型）発光ダイオードの構造に最適であるが、この発光ダイオードの性能指標の一つとして（発光効率）／（全チップ面積）が挙げられる。この（発光効率）／（全チップ面積）なる指標を向上させる一つの手段として、例えば、活性層１７が除去されてしまった上記の凹部Ｇをなるべく減らすか、凹部Ｇの底面の面積をなるべく減らすことが望ましいため、ｎ型の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５中のキャリア（電子）の移動度を考慮の上、凹部Ｇの底面に形成したｎ側電極２１の総面積が好適には全チップ面積に対して数十％、より好適には数％以下、さらに好適には１％以下の柱状のｎ側電極２１を形成することにより、活性層１７内全体への電流広がりを十分に得ることが可能となる。
【００５２】
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１Ｃ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１２参照）。
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。
【００５３】
図１ＢおよびＣならびに図２Ａ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１ＢおよびＣならびに図２Ａ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２Ｂ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ＩＩＩ−Ｖ��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２Ｂ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。
【００５４】
図１３に、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の一例としてＧａＮ層の成長時の原料ガスの流れおよび基板１１上での拡散の様子を模式的に示す。この成長において最も重要な点は、成長初期に、基板１１の凸部１２にはＧａＮは成長せず、凹部１３においてＧａＮの成長が開始することである。なお、図１３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１ＢおよびＣならびに図２Ａに示す工程では、従来の平坦な基板上でのＧａＮの成長では行わない条件、すなわちエッチング作用を高め、成長しにくい条件（Ｖ／ＩＩＩ比を高める）を用いることにより、凸部１２での成長を抑制する。一方、凹部１３の内部では、このエッチング作用が弱まるので、結晶成長が起きる。さらに、従来は、成長結晶表面の平坦性を向上させるため、横方向成長の度合いが高まる条件（より高温）で成長させるが、この第１の実施形態においては、貫通転位を基板１１の主面に平行な方向に屈曲させることにより低減させたり、より早期に凹部１３の内部を窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５で埋めたりする目的で、既に述べたように従来より低温（例えば、１０５０±５０℃）で成長させる。
【００５５】
図１４に、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の結晶欠陥分布を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により調べた結果を模式的に示す。図１４中、符号２２は貫通転位を示す。図１４から分かるように、凸部１２の中央部近傍、すなわち互いに隣接する凹部１３から成長する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５同士の会合部では転位密度が高くなっているものの、凹部１３の上の部分を含む他の部分では転位密度は低くなっている。例えば、凹部１３の深さｄ＝１μｍ、底面の幅Ｗg ＝２μｍの場合、この低転位密度の部分の転位密度は６×１０7 ／ｃｍ2 であり、凹凸加工を施した基板１１を用いない場合に比べて１〜２桁転位密度が低減されている。凹部１３の側壁に対して垂直方向への転位の発生は一切起きていないことも分かる。
また、図１４において、凹部１３における基板１１と接する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の高転位密度で結晶性が悪い領域の平均厚さは、凸部１２における基板１１と接する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の高転位密度で結晶性が悪い領域の平均厚さの１．５倍程度である。これは、凸部１２上では窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５が横方向成長することを反映した結果である。
図１５に、凸部１２が図４に示す平面形状を有する場合の貫通転位２２の分布を示す。また、図１６に、凸部１２が図５に示す平面形状を有する場合の貫通転位２２の分布を示す。
【００５６】
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１７を参照しながら説明する。
成長を開始すると、図１７Ａに示すように、まず凹部１３の底面に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる微小核１４が複数生成する。これらの微小核１４では、基板１１との界面から垂直方向に転位（点線で示す）が伝播し、この転位は微小核１４の側面から抜ける。成長を続けると、図１７Ｂおよび図１７Ｃに示すように、微小核１４の成長および合体の過程を経て窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５が成長する。これらの微小核１４の成長および合体の過程で、基板１１の主面に平行な方向に転位の屈曲が起きる結果、上部に抜ける転位が少なくなる。さらに成長を続けると、図１７Ｄ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１７Ｅに示すように、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５を横方向成長させる。この過程では、凹部１３の底面を底辺とする二等辺三角形状の断面形状を有する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の側面に抜けた転位は、凸部１２より低い位置にあるものは基板１１の主面に平行に凸部１２の側面まで延伸し続けて消失し、凸部１２より高い位置にあるものは基板１１の主面に平行に延伸して横方向成長した窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の側面に抜ける。窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の横方向成長をさらに続けると、図１７Ｆに示すように、凸部１２の上でその両側から成長した窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５同士が会合し、やがては窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の表面が基板１１の主面と平行な平坦面となる。窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５中の転位は、凸部１２上で会合したときに上方（基板１１の主面に垂直な方向）に屈曲し、貫通転位となる。
【００５７】
図１８Ａ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１８ＡおよびＢに示すように、微小核１４の生成、成長および合体の過程で、基板１１との界面から発生した転位は水平方向への屈曲を繰り返して束ねられる（転位（１））。また、こうして水平方向に屈曲した転位が凸部１２の側面に延伸して消失する（転位（２））。さらに、基板１１との界面から発生した転位が一回だけ屈曲して窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の表面に抜けていく（転位（３））。上記の転位が束ねられること、および、水平方向に屈曲した転位が凸部１２の側面に延伸して消失することにより、微小核１４が生成されない場合に比べて、貫通転位が少ない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５を得ることができる。
図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１９に示す。図１９ＢおよびＣは図１９Ａの楕円で囲んだ部分を拡大した断面ＴＥＭ写真である。図１９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。
【００５８】
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２０Ａ〜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１７Ｄ〜Ｆに対応する状態を示す。図２０Ａ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１７Ｄの場合に比べて多い。成長を続けると、図２０Ｂに示すように、凹部１３の底面を底辺とする二等辺三角形状の断面形状を有する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の側面に抜けた転位は、凸部１２より低い位置にあるものは基板１１の主面に平行に凸部１２の側面まで延伸し続けて消失し、凸部１２より高い位置にあるものは基板１１の主面に平行に延伸して横方向成長した窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の側面に抜ける。窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の横方向成長をさらに続けると、図２０Ｃに示すように、凸部１２の上でその両側から成長した窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５同士が会合し、やがて窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の表面が基板１１の主面と平行な平坦面となる。窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５中の転位は、凸部１２上で会合したときに上方に屈曲し、貫通転位２２となる。この貫通転位２２の密度は、十分に低いものの、成長初期に凹部１３の底面に微小核１４が生成する場合に比べると高くなる。これは、図２１Ａ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。
【００５９】
図２２に、基板１１の凹凸の深さを変えた場合に、凹凸を形成しないフラットな場合と比べて発光ダイオードから外部への光取り出し効率がどの程度向上するかシミュレーション（レイトレーシング・シミュレーション）を行った結果の一例を示す。光取り出しは基板１１の裏面側から行うものとする。図２２において、横軸は凹部１３の深さ（凸部１２の高さ）、縦軸は凸部１２を形成しなかった場合に対する光取り出し効率ηの向上度（光取り出し倍率）を示す。ただし、凸部１２は一方向に延在するストライプ形状を有し、この凸部１２の側面と基板１１の一主面とのなす角度θは１３５°、凹部１３の底辺の長さＷg ＝２μｍ、凸部１２の底辺の長さ＝３μｍである。基板１１の屈折率は１．７７、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の屈折率は２．３５と仮定した。図２２より、光取り出し倍率は、凹部１３の深さが０．３μｍ以上では１．３５倍以上、０．５μｍ以上２．５μｍ以下では１．５倍以上、０．７μｍ以上２．１５μｍ以下では１．７５倍以上、１μｍ以上１．７５μｍ以下では１．８５倍以上となり、約１．３μｍで最大（約１．９５）となる。
【００６０】
次に、活性層１７の近傍における成長表面の状態について考察する。一般に、成長層に貫通転位が存在すると、成長ピットなどが生じ、図２３に示すように、成長表面の平坦性が悪化し、貫通転位密度が高いほど悪化の度合いが増す。活性層１７に貫通転位が存在するとすると、その面内で厚さや組成揺らぎなどが発生し、それが発光波長の面内不均一性や逆位相境界欠陥などの面状結晶欠陥発生の原因となり、発光効率の低下（内部量子効率の低下）を招く。これに対し、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の貫通転位密度は上述のように大幅に低減されており、したがってその上に成長される活性層１７の貫通転位密度も同様に低いため、貫通転位に起因する発光効率の低下は極めて少なく、従来に比べて高い発光効率を得ることができる。
【００６１】
また、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の貫通転位は基板１１の凸部１２の中央部近傍に集中し、凸部１２の配列にしたがって規則的に配列するので、活性層１７中の貫通転位もそれを反映して規則的に配列する。このため、活性層１７のうちの平坦な表面が形成されている部分の面積は貫通転位がランダムに配置する場合に比べて大幅に増加することから、これによっても発光効率の向上を図ることができる。
さらに、例えば、活性層１７のＩｎ組成が高い場合、成長表面が荒れていると、図２４に示すように、逆位相境界欠陥などの面状結晶欠陥と転位とが複合した結晶欠陥が新たに活性層１７から発生しやすくなり、これが発光効率の低下を招く。これに対し、この第１の実施形態によれば、上述のように活性層１７の表面の平坦性は大幅に改善されているため、このような結晶欠陥の発生は抑えられ、発光効率の低下も生じない。
活性層１７の成長表面の平坦性を向上させ、面状結晶欠陥を減らすためには、活性層１７の障壁層をＡｌドープＧａＮ、ＡｌドープＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＮなどにより構成することも有効である（例えば、特許第３５４３６２８号明細書参照。）。
【００６２】
以上のように、この第１の実施形態によれば、基板１１と窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５との間に空隙が形成されないことにより、この空隙に起因する光取り出し効率の低下を防止することができる。また、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の貫通転位は基板１１の凸部１２の中央部近傍に集中し、その他の部分の転位密度は例えば６×１０7 ／ｃｍ2 程度と従来の凹凸加工基板を用いた場合に比べて大幅に低減されるため、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５およびその上に成長される活性層１７などの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の結晶性は大幅に向上し、非発光中心なども大幅に減少する。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１１上の凸部１２は基板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１１の加工が不要であるため、製造工程が簡単であり、低コストで窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体系発光ダイオードを製造することができる。
【００６３】
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２５ＡおよびＢに、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の高さが凸部１２の高さと等しい場合を示す。このようにすることにより、基板１１との界面から発生し、凹部１３の底面を底辺とする二等辺三角形状の断面形状を有する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の側面に抜けた転位は全て、基板１１の主面に平行に凸部１２の側面まで延伸し続けて消失するため、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の表面に抜ける貫通転位２２は激減し、実質的に貫通転位密度をゼロとすることができる。
上記以外のことは第１の実施形態と同様である。
【００６４】
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。
【００６５】
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、図２６に示すように、基板１１上に形成する凸部１２の断面形状を二等辺三角形状とし、かつ平面形状をくしの歯状とする。
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。
【００６６】
次に、この発明の第４の実施形態について説明する。
この第４の実施形態においては、図２７に示すように、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の厚さが凸部１２の高さよりも小さく、凸部１２の頂部が窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の上面から突出している。
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。
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２８に示すように、基板１１の一主面に平行な面内でメサ部２０、ｐ側電極１９およびｎ側電極２１の配置が９０°回転している。
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。
【００６７】
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、図２９に示すように、凸部１２が二等辺三角形状の断面形状を有する第１の部分１２ａとこの第１の部分１２ａを覆う膜状の第２の部分１２ｂとからなり、これらの第１の部分１２ａおよび第２の部分１２ｂが互いに異なる材料により形成されている。これらの第１の部分１２ａおよび第２の部分１２ｂを形成する材料としては、例えばすでに挙げたものを用いることができ、必要に応じて選択されるが、具体的には、例えば、第１の部分１２ａの材料はＳｉＯ2 などの誘電体、第２の部分１２ｂの材料は金属や合金などである。
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ほか、次のような利点を得ることができる。すなわち、凸部１２の第２の部分１２ｂの材料が金属や合金であることにより、活性層１７から発生した光をこの第２の部分１２ｂにより基板１１と反対側に反射させることができ、このため基板１１と反対側から外部に光を取り出す場合に有利である。
なお、基板１１側から光取り出しを行いたい場合は、第１の部分１２ａおよび第２の部分１２ｂの少なくとも一方の材料にＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺＯなどの透明導電体を用いてもよい。また、凸部１２の第１の部分１２ａが部分的に現れるように第２の部分１２ｂに部分的に開口部（窓）を設けてもよい。
【００６８】
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、図３０に示すように、凸部１２が膜状の第１の部分１２ａとこの第１の部分１２ａを覆う二等辺三角形の断面形状を有する第２の部分１２ｂとからなり、これらの第１の部分１２ａおよび第２の部分１２ｂが互いに異なる材料により形成されている。これらの第１の部分１２ａおよび第２の部分１２ｂを形成する材料としては、例えばすでに挙げたものを用いることができ、必要に応じて選択されるが、具体的には、例えば、第１の部分１２ａの材料はＳｉＯ2 などの誘電体、第２の部分１２ｂの材料は金属や合金などである。
上記以外のことは第１の実施形態と同様である。
この第７の実施形態によれば、第１および第６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３１に示すように、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５をｐ型とし、その上にｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８、活性層１７およびｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６を順次成長させる。そして、ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６上にｎ側電極２１を形成し、さらにこれらのｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８、活性層１７およびｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６をエッチングにより加工してメサ部２０を形成した後、このメサ部２０に隣接する部分のｐ型の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５上にｐ側電極１９を形成する。
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。
【００７０】
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、図３２に示すように、基板１１の裏面に反射膜２３を形成する。
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ほか、次のような利点を得ることができる。すなわち、基板１１の裏面に反射膜２３を形成しているので、活性層１７から発生した光をこの反射膜２３により基板１１と反対側に反射させることができ、このため基板１１と反対側から外部に光を取り出す場合に有利である。
【００７１】
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、図３３に示すように、図３１に示す発光ダイオードにおいて、基板１１の裏面に反射膜２３を形成する。
上記以外のことは第１の実施形態と同様である。
この第１０の実施形態によれば、第１および第９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１１の実施形態について説明する。
この第１１の実施形態においては、図３４に示すように、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にメサ部２０を形成しない。そして、基板１１として導電性のものを用い、この基板１１の裏面にｎ側電極２１を形成する。
上記以外のことは第１の実施形態と同様である。
この第１１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。ここで、活性層１７で発生した光は、ｐ側電極１９側およびｎ側電極２１側へ広がるが、基板１１および凸部１２の材料、凸部１２の構成、ｐ側電極１９およびｎ側電極２１として高反射電極あるいは透明電極を使い分けることにより光取り出し方向を制御することが可能である。
【００７３】
次に、この発明の第１２の実施形態について説明する。
この第１２の実施形態においては、図３５に示すように、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５をｐ型とし、その上にｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８、活性層１７およびｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６を順次成長させる。そして、ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６上にｎ側電極２１を形成する。これらのｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８、活性層１７およびｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６にメサ部２０は形成しない。そして、基板１１として導電性のものを用い、この基板１１の裏面にｐ側電極１９を形成する。
上記以外のことは第１の実施形態と同様である。
この第１２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、図３６に示すように、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にメサ部２０を形成しない。そして、凸部１２を導電性材料（ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺＯなどの透明導電材料も含む）により形成し、これをｎ側電極２１として用いる。
上記以外のことは第１の実施形態と同様である。
この第１３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ほか、凸部１２がｎ側電極２１を兼用するので、ｎ側電極２１の形成プロセスが不要となり、製造工程が簡単になるため、製造コストの低減を図ることができるという利点を得ることができる。また、凸部１２が、分断された形のｎ側電極２１として働くため、発光ダイオードの動作時に電流集中（current crowding）現象が生じるのを防止することができるので、特に発光ダイオードの高出力化、高輝度化、大面積化の際にも効果的である。
【００７５】
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、図３７に示すように、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５をｐ型とし、その上にｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８、活性層１７およびｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６を順次成長させる。そして、ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６上にｎ側電極２１を形成する。これらのｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８、活性層１７およびｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６にメサ部２０は形成しない。そして、凸部１２を導電性材料（ＩＴＯなどの透明導電材料も含む）により形成し、これをｐ側電極１９として用いる。
上記以外のことは第１の実施形態と同様である。
この第１４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ほか、凸部１２がｐ側電極１９を兼用するので、ｐ側電極１９の形成プロセスが不要となり、製造工程が簡単になるため、製造コストの低減を図ることができるという利点を得ることができる。また、凸部１２が、分断された形のｐ側電極１９として働くため、発光ダイオードの動作時に電流集中現象が生じるのを防止することができるので、特に発光ダイオードの高出力化、高輝度化、大面積化の際にも効果的である。
【００７６】
次に、この発明の第１５の実施形態について説明する。
この第１５の実施形態においては、図３８に示すように、凸部１２を形成し、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を成長させる工程を、基板１１上に凸部１２を形成することから始めて、複数回繰り返し行う。各段の凸部１２は基板１１の主面に平行な面内で同じ位置に形成する。そして、最上層の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５上に第１の実施形態と同様にして例えば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を順次成長させる。
上記以外のことは第１の実施形態と同様である。
【００７７】
この第１５の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点に加えて、凸部１２の形成および窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の成長を複数回繰り返すことにより、上層の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５ほど結晶性が良好となり、例えばその上に成長させる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の結晶性の大幅な向上を図ることができるという利点を得ることができる。この場合、凸部１２の上の部分の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５に集中して発生した貫通転位を上層の凸部１２で覆うことができるので、上層の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の結晶性の向上を図る上で特に有利である。また、複数層の凸部１２を導電性材料により構成し、これらの複数層の凸部１２間を配線して短絡することにより、発光ダイオードの動作時の電流集中現象をより有効に抑制することができる。この手法は、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５がｐ型であってもｎ型であっても有効であるが、特にｐ型の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５はキャリア濃度（正孔濃度）が小さく、移動度も小さいため、電流集中現象の抑制効果は極めて高く、発光効率の大幅な向上を図ることができる。また、これらの複数層の凸部１２間を開放した場合は、各層の凸部１２が独立配線として機能するので、他の各種の電子素子の接続や搭載が容易になる。
【００７８】
次に、この発明の第１６の実施形態について説明する。
この第１６の実施形態においては、図３９に示すように、凸部１２を形成し、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を成長させる工程を、基板１１上に凸部１２を形成することから始めて、複数回繰り返し行う。この場合、各段の凸部１２は基板１１の主面に平行な面内で互いに半周期ずれた位置に形成する。そして、最上層の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５上に第１の実施形態と同様にして、例えば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を順次成長させる。
上記以外のことは第１の実施形態と同様である。
この第１６の実施形態によれば、第１および第１５の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００７９】
次に、この発明の第１７の実施形態について説明する。
この第１７の実施形態においては、図４０に示すように、基板１１上に凸部１２を形成し、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を成長させた後、その上に凸部１２を形成し、第１の実施形態と同様にして例えばｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６を成長させる。次に、このｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６上に活性層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。次に、このｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８上に凸部１２を形成し、第１の実施形態と同様にしてｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２４を成長させる。
上記以外のことは第１の実施形態と同様である。
この第１７の実施形態によれば、第１および第１５の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００８０】
次に、この発明の第１８の実施形態について説明する。
この第１８の実施形態においては、図４１に示すように、基板１１上に凸部１２を形成し、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を成長させた後、その上に凸部１２を形成し、第１の実施形態と同様にして例えばｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６を成長させる。次に、このｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６上に活性層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。次に、このｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８上に凸部１２を形成し、第１の実施形態と同様にしてｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２４を成長させる。この場合、各段の凸部１２は基板１１の主面に平行な面内で互いに半周期ずれた位置に形成する。
上記以外のことは第１の実施形態と同様である。
この第１８の実施形態によれば、第１および第１５の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００８１】
次に、この発明の第１９の実施形態について説明する。
この第１９の実施形態においては、図４２に示すように、基板１１上に凸部１２を形成し、第１の実施形態と同様にして例えばｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６を成長させた後、その上に活性層１７およびｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８を順次成長させる。次に、このｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８上に凸部１２を形成し、第１の実施形態と同様にしてｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２４を成長させる。各段の凸部１２は基板１１の主面に平行な面内で同じ位置に形成する。
活性層１７の下側の凸部１２の平面形状の例を図４３Ａ〜Ｃに、活性層１７の上側の凸部１２の平面形状の例を図４４Ａ〜Ｃに挙げる。活性層１７の下側の凸部１２および活性層１７の上側の凸部１２の平面形状はこれらの任意の組み合わせが可能である。
上記以外のことは第１の実施形態と同様である。
【００８２】
この第１９の実施形態によれば、第１および第１５の実施形態と同様な利点を得ることができる。
なお、図４２において、活性層１７をはさんだ下側の凸部１２および上側の凸部１２のいずれかの一方の材料に金属、合金、透明導電体などの導電体を用いてもよい。特に、活性層１７の上側の凸部１２の材料に金属、合金、透明導電体などの導電体を用いる場合、図４５に示すように、この凸部１２に接触するように反射電極２５を形成し、その上に例えばｐ側電極１９を形成してもよい。また、活性層１７の上側の凸部１２の材料である金属、合金、透明導電体などの導電体が透光性、反射性のいずれであっても、図４６に示すように、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２４の厚さを適度に調整、例えばλ／４（λ：発光波長）厚にし、その上にさらにこの凸部１２に接触するように反射電極２５を形成し、その上に例えばｐ側電極１９を形成してもよい。こうすることで、発光ダイオードの動作時にｐ側電極１９からの良好な電流パスを確保しつつ、活性層１７で発生した任意の方向からの光を高い反射率で、基板１１側に反射する構造を形成することが可能になる。
【００８３】
次に、この発明の第２０の実施形態について説明する。
この第２０の実施形態においては、第１１の実施形態と同様にして図３４に示すようにｐ側電極１９まで形成した後、基板１１を除去し、ｎ型の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の裏面を露出させる。そして、図４７に示すように、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の裏面にｎ側電極２１を形成する。
ここで、ｐ側電極１９およびｎ側電極２１を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。
また、基板１１を除去することにより発光ダイオードの全体の厚さが極めて小さくなるので、機械的強度の向上を図るため、図４８に示すように、ｐ側電極１９に支持基板Ｓをその上の金属電極Ｍを介して貼り付けて接合してもよい。支持基板Ｓは導電性、非導電性のいずれであってもよく、金属電極Ｍを介して発光ダイオードに電流を流すことが可能な構造を支持基板Ｓに持たせればよい。
上記以外のことは第１の実施形態と同様である。
この第２０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。
【００８４】
次に、この発明の第２１の実施形態について説明する。
この第２１の実施形態においては、第１２の実施形態と同様にして図３５に示すようにｎ側電極２１まで形成した後、基板１１を除去し、ｐ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４９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ｐ側電極１９を形成する。
上記以外のことは第１の実施形態と同様である。
この第２１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。
【００８５】
次に、この発明の第２２の実施形態について説明する。
この第２２の実施形態においては、図５０Ａに示すように、基板１１上に断面形状が台形状の凸部１２を所定の平面形状で周期的に形成する。凸部１２の間には逆台形状の断面形状を有する凹部１３が形成される。
次に、第１の実施形態と同様にして窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５を成長させる。具体的には、凹部１３の底面上の微小核１４の生成、成長および合体の過程を経て図５０Ｂ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５０Ｃ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５１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５２に、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の結晶欠陥分布をＴＥＭにより調べた結果を模式的に示す。
この第２２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。
【００８６】
図５３〜図５５に、基板１１に凹凸を形成した場合と凹凸を形成しないフラットな場合とで発光ダイオードから外部への光取り出し効率の変化のシミュレーションを行った結果の一例を示す。いずれも光取り出しは基板１１の裏面側から行うものとする。
図５３において、横軸は凸部１２の屈折率、縦軸は凸部１２を形成しなかった場合に対する光取り出し効率ηの向上度（光取り出し倍率）を示す。また、図５３中、▲のデータは凸部１２が図４に示す一次元ストライプ形状の場合（１Ｄ）、●のデータは一次元ストライプ形状の凸部１２を互いに直交して設けることにより得られる二次元配列の場合（２Ｄ）を示す。ただし、凸部１２の側面と基板１１の一主面とのなす角度θは１３５°、凹部１３の底辺の長さＷg ＝２μｍ、凸部１２の底辺の長さ＝３μｍである。基板１１の屈折率は１．７７、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の屈折率は２．３５と仮定した。図５３より、光取り出し倍率は、１Ｄ、２Ｄとも凸部１２の屈折率が１．４のときに最大となり、屈折率が１．２〜１．７の範囲では十分に大きくなること、２Ｄでは１Ｄに比べて光取り出し倍率が大きいことが分かる。
なお、この結果は凸部１２の断面形状が第１の実施形態のように三角形状である場合も同様である。
【００８７】
図５４において、横軸は凸部１２の側面が基板１１の一主面となす角度θ、縦軸は光取り出し倍率を示す。また、図５４中、▲のデータは凸部１２が図４に示す一次元ストライプ形状の場合（１Ｄ）、●のデータは一次元ストライプ形状の凸部１２を互いに直交して設けることにより得られる二次元配列の場合（２Ｄ）を示す。ただし、凹部１３の底辺の長さＷg ＝３μｍ、凸部１２の底辺の長さ＝２μｍである。基板１１の屈折率は１．７７、凸部１２の屈折率は１．４、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の屈折率は２．３５と仮定した。図５４より、光取り出し倍率は、１Ｄ、２Ｄとも凸部１２の側面が基板１１の一主面となす角度θが１００°＜θ＜１６０°の範囲で１．５５倍以上と大きく、１３２°＜θ＜１３９°の範囲では１．７５倍以上と極めて大きく、特にθ＝１３５°で極大となり、あるいは１４７°＜θ＜１５４°の範囲でも１．７５倍以上と極めて大きく、特にθ＝１５２°で極大となること、２Ｄでは１Ｄに比べて光取り出し倍率が大きいことが分かる。
なお、この結果は凸部１２の断面形状が第１の実施形態のように三角形状である場合も同様である。
【００８８】
図５５において、横軸は凹部１３の深さｄ、縦軸は凸部１２を形成しなかった場合に対する光取り出し効率ηの向上度（光取り出し倍率）を示す。凸部１２は図４に示す一次元ストライプ形状を有する。ただし、凹部１３の底辺の長さＷg と凸部１２の底辺の長さとの比は３：２である。基板１１の屈折率は１．７７、凸部１２の屈折率は１．４、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の屈折率は２．３５と仮定した。図５５より、光取り出し倍率は、凹部１３の深さが大きくなるにつれて増加することが分かる。
【００８９】
次に、この発明の第２３の実施形態について説明する。
この第２３の実施形態においては、図５６Ａに示すように、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を表面が平坦になるまで成長させた後、凸部１２上の貫通転位２２が集中している部分をエッチングなどにより選択的に除去し、この部分に凸部１２の表面を露出させる。
次に、図５６Ｂに示すように、残った窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５から窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２６を横方向成長させる。
この後、第１の実施形態と同様にしてｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６の成長以降の工程を進めて発光ダイオードを製造する。
この第２３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。
【００９０】
次に、この発明の第２４の実施形態について説明する。
この第２４の実施形態においては、図５７Ａに示すように、基板１１上に凸部１２を形成し、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。
次に、図５７Ｂに示すように、凸部１２の上方の部分における窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５上に凸部１２に対応したマスク（図示せず）を形成した後、このマスクを用いて窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５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基板１１が露出するまでエッチングし、または削る。
【００９１】
次に、上記のマスクを除去した後、図５８Ａに示すように、上記のようにしてパターニングされた窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の両側面から窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２６を横方向成長させ、図５８Ｂに示すように、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の間を埋める。このとき、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２６と基板１１との間に隙間が形成される。
次に、図５９Ａに示すように、基板１１を除去あるいは剥離する。この基板１１の除去あるいは剥離は、図５８Ｂに示すように、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２６と基板１１との間に隙間が形成されることを利用して、化学的あるいは機械的（力学的）に行うことができる。具体的には、例えば、この隙間に所定のエッチング液あるいはエッチングガス（反応ガス）が行き渡るようにすることにより窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５、２６側から基板１１をエッチングし、除去あるいは剥離する。あるいは、上記の空隙や凸部１２またはその周辺の材料層に熱を加えたり、超音波を照射したりすることにより、機械的に基板１１を剥離する。さらには、上記の空隙や凸部１２またはその周辺の材料層にレーザ光を照射することにより、基板１１を剥離してもよい。レーザ光としては、例えば、ＹＡＧレーザやエキシマーレーザなどによるレーザ光を用いることができる。
【００９２】
次に、凸部１２が残る場合はこれを完全にエッチング除去する。これによって、図５９Ｂに示すように、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５、２６からなる窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板２７が得られる。
基板１１を除去あるいは剥離する方法としては、凸部１２を例えば化学的あるいは熱的な手法で選択的に溶かしたり、低温バッファ層（例えば、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＣｒＮなどからなるバッファ層）を例えば化学的あるいは熱的な手法で選択的に溶かす方法を用いることもでき、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５、２６の耐性などに応じて適宜選択することができる。特に、凸部１２の材料としてＣｒＮを用いた場合、低温バッファ層としてもＣｒＮバッファ層を用いることが可能であるため、サファイア基板などの基板１１から窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５、２６を容易に化学的に剥離することができる。
この時点では、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板２７の裏面は凹凸になっているため、次に、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板２７の裏面を研磨などにより平坦化処理する。
こうして、図５９Ｃに示すように、両主面とも平坦な窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板２７が得られる。
この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板２７上に必要な窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させることにより、発光ダイオードなどの各種の半導体装置を製造することができる。
【００９３】
次に、この発明の第２５の実施形態について説明する。
この第２５の実施形態においては、図５７Ｂに示すように、凸部１２の上方の部分における窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５上に凸部１２に対応したマスク（図示せず）を形成した後、このマスクを用いて窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５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図５７Ｂ中、一点鎖線で示す深さまでエッチングし、または削る。すなわち、この場合、基板１１が露出する前にエッチングまたは削るのを停止する。
この後、第２４の実施形態と同様にして工程を進める。
この第２５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。
【００９４】
次に、この発明の第２６の実施形態について説明する。
この第２６の実施形態においては、図６０Ａに示すように、凸部１２の上方の部分における窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５上に凸部１２より幅が狭いマスク（図示せず）を形成した後、このマスクを用いて窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５を例えばＲＩＥ法により基板１１が露出するまでエッチングし、または削る。
次に、上記のマスクを除去した後、図６０Ｂに示すように、上記のようにしてパターニングされた窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の両側面から窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２６を横方向成長させ、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の間を埋める。このとき、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２６と基板１１との間に隙間が形成される。
この後、第２４の実施形態と同様にして工程を進める。
この第２６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。
【００９５】
次に、この発明の第２７の実施形態について説明する。
この第２７の実施形態においては、図６１Ａに示すように、凹部１３の上方の部分における窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５上に、凸部１２の一部と凹部１３の全部とにまたがった平面形状のマスク（図示せず）を形成した後、このマスクを用いて窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５を例えばＲＩＥ法により凸部１２が露出するまでエッチングし、または削る。
次に、上記のマスクを除去した後、図６１Ｂに示すように、上記のようにしてパターニングされた窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の両側面から窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２６を横方向成長させ、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の間を埋める。
この後、第２４の実施形態と同様にして工程を進める。
この第２７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。
【００９６】
次に、この発明の第２８の実施形態について説明する。
この第２８の実施形態においては、ｐ側電極１９の形成工程までは第１の実施形態と同様であるが、それ以降の工程が異なる。ここで、このｐ側電極１９においては、好適には、電極材料（例えばＡｇなど）の拡散を防ぐためにＰｄを含有する層を介在させたり、その上に、応力、熱、上層に形成されるＡｕやＳｎを含む層（はんだ層やバンプなど）からのＡｕやＳｎのｐ側電極１９への拡散などによる不良の発生を防止するために例えばＴｉ、Ｗ、Ｃｒあるいはこれらの合金などの高融点金属、あるいはこれらの金属の窒化物（ＴｉＮ、ＷＮ、ＴｉＷＮ、ＣｒＮなど）を形成することにより、粒界のないアモルファス状のバリアメタル層として用いる技術を適用する。ここで、Ｐｄを含有する層を介在させる技術は、例えば金属めっき技術においてはＰｄ介在層として周知であり、上記のバリアメタル層材料はＳｉ系電子デバイスのＡｌ配線技術、Ａｇ配線技術などで周知である。
【００９７】
また、ここでは、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８と直接接触する、熱応力的に弱いｐ側電極１９を保護する目的で、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒあるいはこれらの合金などの高融点金属、あるいはこれらの金属の窒化物などが保護層として積層される例が示されるが、この保護層は、それ自身をｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８と直接接触する電極として用いることが可能であり、応力耐性や接着強化力があることなどから、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８側だけでなく、特に、ｎ型の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５に接触させるｎ側電極２１として従来用いられているＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極の代わりに、あるいは第１層目のｎ側電極として用いてもよい。接着強化力を利用した方法としては、基板の貼り合わせ技術などを、金属−金属間接合部の強化や金属−誘電体接合部などの強化のためにｐ側、ｎ側を問わず利用することができる。応力耐性や接着強化力を持たせる具体例を挙げると、単層金属膜あるいは複数層の金属膜で形成されたｐ側電極１９の最表面がＡｕからなる場合に、導電性支持基板上にＴｉ、Ｗ、Ｃｒあるいはこれらの合金などの高融点金属膜、あるいはこれらの金属の窒化膜を形成し、その上にＡｕ膜を形成したもののＡｕ膜をｐ側電極１９と貼り合わせることができる。
【００９８】
すなわち、この第２８の実施形態においては、図６２Ａに示すように、ｐ側電極１９を形成した後、リフト法などにより、このｐ側電極１９を覆うようにＮｉ膜４１を形成する。次に、図示は省略するが、例えば、Ｎｉ膜４１を覆うようにＰｄ膜を形成し、このＰｄ膜を覆うように金属窒化膜、例えばＴｉＮ、ＷＮ、ＴｉＷＮ、ＣｒＮなどの膜を形成し、さらに必要に応じてこの膜を覆うようにＴｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒあるいはそれらの合金などの膜を形成する。ただし、Ｎｉ膜４１を形成せず、その代わりに、ｐ側電極１９を覆うようにＰｄ膜を形成し、このＰｄ膜を覆うようにＴｉＮ、ＷＮ、ＴｉＷＮ、ＣｒＮなどの膜を形成し、さらに必要に応じてこの膜を覆うようにＴｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒあるいはそれらの合金などの膜を形成するようにしてもよい。
次に、図６２Ｂに示すように、リソグラフィーにより、Ｎｉ膜４１およびその上のＰｄ膜などの層を覆う所定形状のレジストパターン４２を形成する。
次に、図６２Ｃに示すように、レジストパターン４２をマスクとして例えばＲＩＥ法によりエッチングすることによりメサ部２０を断面形状が台形になるように形成する。このメサ部２０の斜面と基板１１の主面とのなす角度は例えば３５度程度とする。このメサ部２０の斜面には必要に応じてλ／４誘電体膜（λ：発光波長）を形成する。
【００９９】
次に、図６２Ｄに示すように、ｎ型の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５上にｎ側電極２１を形成する。
次に、図６２Ｅに示すように、基板全面にパッシベーション膜としてＳｉＯ2 膜４３を形成する。下地に対する密着性、耐久性、プロセス上の耐食性を考慮に入れた場合、ＳｉＯ2 膜４３の代わりにＳｉＮ膜あるいＳｉＯＮ膜を用いてもよい。
次に、図６２Ｆに示すように、このＳｉＯ2 膜４３をエッチバックして薄くした後、メサ部２０の斜面のＳｉＯ2 膜４３上に反射膜としてＡｌ膜４４を形成する。このＡｌ膜４４は、活性層１７から発生する光を基板１１側に反射させて光の取り出し効率の向上を図るためのものである。このＡｌ膜４４の一端はｎ側電極２１と接触するように形成する。これは、Ａｌ膜４４とｎ側電極２１との間に隙間をつくらないようにすることで光の反射を増すためである。この後、ＳｉＯ2 膜４３を再度形成してパッシベーション膜として必要な厚さにする。
【０１００】
次に、図６２Ｇに示すように、ＳｉＯ2 膜４３のうちのＮｉ膜４１およびｎ側電極２１の上方の部分をエッチング除去して開口４５、４６を形成し、これらの部分にＮｉ膜４１およびｎ側電極２１を露出させる。
次に、図６２Ｈに示すように、開口４５の部分のＮｉ膜４１上にパッド電極４７を形成するとともに、開口４６の部分のｎ側電極２１上にパッド電極４８を形成する。
次に、図６２Ｉに示すように、基板全面にバンプマスク材４９を形成した後、このバンプマスク材４９のうちのパッド電極４８の上方の部分をエッチング除去して開口５０を形成し、この部分にパッド電極４８を露出させる。
【０１０１】
次に、図６２Ｊに示すように、バンプマスク材４９を用いてパッド電極４８上にＡｕバンプ５１を形成する。次に、バンプマスク材４９を除去する。次に、基板全面に再度バンプマスク材（図示せず）を形成した後、このバンプマスク材のうちのパッド電極４７の上方の部分をエッチング除去して開口を形成し、この部分にパッド電極４７を露出させる。次に、パッド電極４７上にＡｕバンプ５２を形成する。
次に、必要に応じて、上述のようにして発光ダイオード構造が形成された基板１１をその裏面側から研削やラッピングすることにより厚さを減少させた後、この基板１１のスクライビングを行い、バーを形成する。この後、このバーのスクライビングを行うことでチップ化する。
なお、図６２で説明した電極積層構造は、一例に過ぎず、特に、各電極層を複数積層する場合、素子温度上昇に伴う各金属層の熱膨張係数の違いによる応力発生の抑制、金属層間の拡散の抑制を考慮に入れながら、Ａｇ電極などからなるｐ側電極１９と他の金属層との密着性の向上、応力耐久性の向上、クラック防止性の向上、低コンタクト抵抗化、Ａｇ電極などの品質維持による高反射率化を図る必要があるので、必要に応じて、既に述べたＳｉ系電子デバイスのＡｌ配線技術などを組み込むことが可能である。
【０１０２】
次に、この発明の第２９の実施形態について説明する。
この第２９の実施形態においては、第１の実施形態による方法により得られる青色発光の発光ダイオードおよび緑色発光の発光ダイオードに加え、別途用意する赤色発光の発光ダイオード（例えば、ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオード）を用いて発光ダイオードバックライトを製造する場合について説明する。
第１の実施形態による方法により基板１１上に青色発光の発光ダイオード構造を形成し、さらにｐ側電極１９およびｎ側電極２１上にそれぞれバンプ（図示せず）を形成した後、これをチップ化することによりフリップチップの形で青色発光の発光ダイオードを得る。同様にして、緑色発光の発光ダイオードをフリップチップの形で得る。一方、赤色発光の発光ダイオードとしては、ｎ型ＧａＡｓ基板上にＡｌＧａＩｎＰ系半導体層を積層してダイオード構造を形成し、その上部にｐ側電極を形成する工程を経る、ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードをチップの形で用いるものとする。
【０１０３】
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６３Ａに示す。図６３Ａ中、符号６１は基板、６２はサブマウント、６３は赤色発光の発光ダイオードチップ、６４は緑色発光の発光ダイオードチップ、６５は青色発光のダイオードチップを示す。これらの赤色発光の発光ダイオードチップ６３、緑色発光の発光ダイオードチップ６４および青色発光の発光ダイオードチップ６５のチップサイズは例えば３５０μｍ角である。ここで、赤色発光の発光ダイオードチップ６３はそのｎ側電極がサブマウント６２上に来るようにマウントし、緑色発光の発光ダイオードチップ６４および青色発光の発光ダイオードチップ６５はそのｐ側電極およびｎ側電極が、バンプを介してサブマウント６２上に来るようにする。赤色発光の発光ダイオードチップ６３がマウントされているサブマウント６２上にはｎ側電極用の引き出し電極（図示せず）が所定のパターン形状に形成されており、この引き出し電極上の所定部分に赤色発光の発光ダイオードチップ６３のｎ側電極側がマウントされている。そして、この赤色発光の発光ダイオードチップ６３のｐ側電極と、基板６１上に設けられた所定のパッド電極６６とにこれらを接続するようにワイヤ６７がボンディングされているとともに、上記の引き出し電極の一端と基板６１上に設けられた別のパッド電極とにこれらを接続するようにワイヤ（図示せず）がボンディングされている。緑色発光の発光ダイオードチップ６４がマウントされているサブマウント６２上には、ｐ側電極用の引き出し電極およびｎ側電極用の引き出し電極（いずれも図示せず）がそれぞれ所定のパターン形状に形成されており、これらのｐ側電極用の引き出し電極およびｎ側電極用の引き出し電極上の所定部分に、緑色発光の発光ダイオードチップ６４のｐ側電極およびｎ側電極側がそれらの上に形成されたバンプを介してそれぞれマウントされている。そして、この緑色発光の発光ダイオードチップ６４のｐ側電極用の引き出し電極の一端と、基板６１上に設けられたパッド電極とにこれらを接続するようにワイヤ（図示せず）がボンディングされているとともに、そのｎ側電極用の引き出し電極の一端と、基板６１上に設けられたパッド電極とにこれらを接続するようにワイヤ（図示せず）がボンディングされている。青色発光の発光ダイオードチップ６５も同様である。
ただし、サブマウント６２を省略して、赤色発光の発光ダイオードチップ６３、緑色発光の発光ダイオードチップ６４および青色発光の発光ダイオードチップ６５を直接、放熱性を有する任意のプリント配線基板あるいは、プリント配線基板の機能を有する板、筐体の内外壁（例えば、シャーシの内壁など）にダイレクトマウントすることも可能であり、こうすることで発光ダイオードバックライトあるいはパネル全体の低コスト化を図ることができる。
【０１０４】
上述のような赤色発光の発光ダイオードチップ６３、緑色発光の発光ダイオードチップ６４および青色発光の発光ダイオードチップ６５を一単位（セル）とし、これを基板６１上に所定のパターンで必要な数配置する。その一例を図６４に示す。次に、図６３Ｂに示すように、この一単位を覆うように透明樹脂６８のポッティングを行う。この後、透明樹脂６８のキュア処理を行う。このキュア処理により透明樹脂６８は固化し、それに伴い少し縮小する（図６３Ｃ）。こうして、図６５に示すように、赤色発光の発光ダイオードチップ６３、緑色発光の発光ダイオードチップ６４および青色発光の発光ダイオードチップ６５を一単位としたものが基板６１上にアレイ状に配列された発光ダイオードバックライトが得られる。この場合、透明樹脂６８は緑色発光の発光ダイオードチップ６４および青色発光の発光ダイオードチップ６５の基板１１の裏面と接触しているため、この基板１１の裏面が空気と直接接触している場合に比べて屈折率差が小さくなり、したがってこの基板１１を透過して外部に出ようとする光がこの基板１１の裏面で反射される割合が減少し、それによって光取り出し効率が向上することで発光効率が向上する。
この発光ダイオードバックライトは、例えば液晶パネルのバックライトに用いて好適なものである。
【０１０５】
次に、この発明の第３０の実施形態について説明する。
この第３０の実施形態においては、第２９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６６に示すように、赤色発光の発光ダイオードチップ６３を覆うようにこの発光ダイオードチップ６３に適した透明樹脂６９のポッティングを行い、緑色発光の発光ダイオードチップ６４を覆うようにこの発光ダイオードチップ６４に適した透明樹脂７０のポッティングを行い、青色発光の発光ダイオードチップ６５を覆うようにこの発光ダイオードチップ６５に適した透明樹脂７１のポッティングを行う。この後、透明樹脂６９〜７１のキュア処理を行う。このキュア処理により透明樹脂６９〜７１は固化し、それに伴い少し縮小する。こうして、赤色発光の発光ダイオードチップ６３、緑色発光の発光ダイオードチップ６４および青色発光の発光ダイオードチップ６５を一単位としたものが基板６１上にアレイ状に配列された発光ダイオードバックライトが得られる。この場合、透明樹脂７０、７１はそれぞれ緑色発光の発光ダイオードチップ６４および青色発光の発光ダイオードチップ６５の基板１１の裏面と接触しているため、この基板１１の裏面が空気と直接接触している場合に比べて屈折率差が小さくなり、したがってこの基板１１を透過して外部に出ようとする光がこの基板１１の裏面で反射される割合が減少し、それによって光取り出し効率が向上することで発光効率が向上する。
この発光ダイオードバックライトは、例えば液晶パネルのバックライトに用いて好適なものである。
【０１０６】
次に、この発明の第３１の実施形態について説明する。
この第３１の実施形態においては、第１の実施形態による方法により基板１１上に発光ダイオード構造を形成し、ｐ側電極１９およびｎ側電極２１はそれぞれストライプ形状に形成し、これらのｐ側電極１９およびｎ側電極２１上にそれぞれバンプ（図示せず）を形成した後、この基板１１のスクライビングを行うことにより所定の大きさの四角形とする。これによって、図６７に示すように、ストライプ状の発光部を有する集積型発光ダイオードが得られる。この場合、ｎ側電極２１は、ストライプ状のメサ部２０の周りを囲むように形成されている。そして、図６８に示すように、この集積型発光ダイオードをＡｌＮなどからなるサブマウント７２上にマウントする。この場合、サブマウント７２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（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、それらの上にはんだ７３、７４が形成されている。集積型発光ダイオードのｐ側電極１９ははんだ７３上に、ｎ側電極２１ははんだ７４上に来るように位置合わせし、これらのはんだ７３、７４を溶かして接合する。
ここで、各発光ダイオードをサージ、過大電流などから保護することを目的とした保護回路（例えば、ツェナーダイオードを（逆）並列接続したもの）などを光取り出しの妨げとならない位置に配置してもよい。
【０１０７】
次に、この発明の第３２の実施形態について説明する。
この第３２の実施形態においては、第１の実施形態による方法により得られる青色発光の発光ダイオードおよび緑色発光の発光ダイオードに加え、別途用意する赤色発光の発光ダイオードを用いて光源セルユニットを製造する場合について説明する。
図６９Ａに示すように、この第３２の実施形態においては、第２９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６９Ｂ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２９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３０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。
【０１０８】
プリント配線基板７６上のセル７５の配置の具体例を図７０および図７１に示すが、これらに限定されるものではない。図７０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７１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７２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。
【０１０９】
セル７５を構成す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として、図７〜図１１、取り分け図１１に示す例のようにｐ側電極１９およびｎ側電極２１の配線に二層配線技術を用いたものをプリント配線基板７６上に搭載してもよいし、プリント配線基板７６上にサブマウントを介して搭載してもよい。
なお、プリント配線基板７６上のパッド電極部や配線部などは従来、Ａｕにより形成するのが一般的であるが、これらの全部あるいは部分的に耐久性や接着強化力があるＴｉ、Ｗ、Ｃｒあるいはこれらの合金などの高融点金属、あるいはこれらの金属の窒化物などを用い、その上にＡｕを形成するようにしてもよい。これらの材料は、例えば、電解めっき、無電解めっき、真空蒸着（フラッシュ蒸着など）、スパッタリングなどにより形成することができる。あるいは、パッド電極部や配線部などをＡｕにより形成し、その上にこれらの材料を形成するようにしてもよい。また、例えば、パッド電極部や配線部などをＴｉ、Ｗ、Ｃｒあるいはこれらの合金などの高融点金属により形成し、これらの材料を窒化してからその上に再びＴｉ、Ｗ、Ｃｒあるいはこれらの合金などの高融点金属を形成して表面を窒化前の状態に戻し、その上に発光ダイオードチップ６３〜６５をそのＴｉＷ電極などやＡｕ電極などの側から、必要に応じてＴｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ａｕなどからなる膜を一層介して、ダイボンディングするようにしてもよい。
【０１１０】
また、プリント配線基板７６上に搭載される発光ダイオードチップ６３〜６５に接続される保護チップ（回路）、ベースオープンされたトランジスタ素子（回路）、トリガダイオード素子（回路）、負性抵抗素子（回路）などの搭載時にも、接着強度、熱応力耐性など、光源セルユニットの信頼性向上を目的として、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒあるいはこれらの合金などの高融点金属、あるいはこれらの金属の窒化物などを用いた上記の電極構造の採用が可能である。
また、プリント配線基板７６上のポッティングにより形成された透明樹脂６８〜７１以外の部分に最終的に、なるべく白レジストを厚く塗って、発光ダイオードチップ６３〜６５からの光がプリント配線基板７６により吸収されるのを抑制するようにしてもよい。
【０１１１】
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３２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３２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３２の実施形態のうちの二以上を組み合わせてもよい。
【０１１２】
なお、光取り出し面あるいは光反射面に凹凸構造を設けた発光ダイオードとして、図７３〜図７６に示すようなものがある。
図７３に示す発光ダイオードにおいては、基板８１上にｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層８２、ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層８３、活性層８４、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層８５およびｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層８６を順次成長させた後、ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層８３、活性層８４、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層８５およびｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層８６をエッチングしてメサ部８７を形成する。そして、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層８６の表面を凹凸加工して凹部にｐ側電極８８を埋め込む。また、メサ部８７に隣接する部分のｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層８２上にｎ側電極８９を形成する。この発光ダイオードでは、光は基板８１側から取り出してもよいし、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層８６側から取り出してもよい。基板８１としては、基板１１と同様なものを用いることができる。
【０１１３】
図７４に示す発光ダイオードにおいては、図７３に示す構造において、基板８１の裏面に反射膜９０を形成する。この反射膜９０により、活性層８４から発生する光がｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層８６側に反射されるため、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層８６側から外部に光を取り出しやすくなる。
図７５に示す発光ダイオードにおいては、図７３に示す構造において、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層８６の裏面に反射膜９０を形成する。この反射膜９０により、活性層８４から発生する光が基板１１側に反射されるため、基板１１側から外部に光を取り出しやすくなる。
【０１１４】
図７６に示す発光ダイオードにおいては、基板８１上にｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層８３、活性層８４およびｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層８５をエピタキシャル成長させた後、その上に凸部９１を形成し、その上に第１の実施形態と同様にしてｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層８６を成長させる。凸部９１は凸部１２と同様なものである。
なお、図７６において、凸部９１に接するようにｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層８６上に反射電極を形成してもよい。あるいは、凸部９１の材料が透光性、反射性のいずれであっても、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２４の厚さを適度に調整、例えばλ／４厚にし、その上にさらにこの凸部９１に接触するように反射電極を形成し、その上にｐ側電極を形成してもよい。こうすることで、発光ダイオードの動作時にｐ側電極からの良好な電流パスを確保しつつ、活性層８４で発生した任意の方向からの光を高い反射率で、基板８１側に反射する構造を形成することができる。
【符号の説明】
【０１１５】
１１…基板、１２…凸部、１３…凹部、１４…微小核、１５…窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、１６…ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、１７…活性層、１８…ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、１９…ｐ側電極、２０…メサ部、２１…ｎ側電極、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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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【図７２】
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【図７３】
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【図７４】
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【図７５】
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【図７６】
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【図７７】
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【図７８】
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【図７９】
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【図８０】
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【図８１】
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