(57)【要約】【課題】銀を主成分とする電極を形成する場合に、銀のマイグレーションを実質的に完全に防止することができ、耐環境性に優れた安定で高性能な電極を得ることができ、このため高性能で長寿命かつ高信頼性の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】発光波長の光に対して透明な基板１上にｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２、活性層３およびｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層４を順次成長させ、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層４上にＡｇを主成分とする第１の金属膜６を形成し、この第１の金属膜６を覆うようにＰｄおよび／またはＰｔを主成分とする第２の金属膜７を形成してｐ側電極８を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電型の第１の半導体層と、
上記第１の半導体層上の活性層と、
上記活性層上の第２の導電型の第２の半導体層と、
上記第１の半導体層と電気的に接続された第１の電極と、
上記第２の半導体層上の、所定形状を有し、銀を主成分とする第１の金属膜とこの第１の金属膜を覆い、パラジウムおよび／または白金を主成分とする第２の金属膜とを含み、上記第２の半導体層と電気的に接続された第２の電極と
を有することを特徴とする発光ダイオード。
【請求項２】
上記第１の金属膜が銀−インジウム合金、銀−パラジウム−銅合金または銀−ニオブ−銅合金からなることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード。
【請求項３】
上記第２の金属膜の厚さが１０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード。
【請求項４】
上記第２の金属膜上に、タングステン、モリブデンおよびチタンからなる群より選ばれた少なくとも一種の金属からなる第３の金属膜を有することを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード。
【請求項５】
上記第２の金属膜の上層に金めっき層を有し、この金めっき層と上記第２の金属膜との間にパラジウムおよび／または白金を主成分とする第４の金属膜を有することを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード。
【請求項６】
上記第１の半導体層、上記活性層および上記第２の半導体層は窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード。
【請求項７】
上記第１の半導体層はｎ型半導体層であり、上記第２の半導体層はｐ型半導体層であることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード。
【請求項８】
基板上に第１の導電型の第１の半導体層、活性層および第２の導電型の第２の半導体層を順次成長させる工程と、
上記第１の半導体層と電気的に接続された第１の電極を形成する工程と、
上記第２の半導体層上に、所定形状を有し、銀を主成分とする第１の金属膜を形成した後、この第１の金属膜を覆い、パラジウムおよび／または白金を主成分とする第２の金属膜を形成することにより、上記第２の半導体層と電気的に接続された第２の電極を形成する工程と
を有することを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
【請求項９】
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、
第１の導電型の第１の半導体層と、
上記第１の半導体層上の活性層と、
上記活性層上の第２の導電型の第２の半導体層と、
上記第１の半導体層と電気的に接続された第１の電極と、
上記第２の半導体層上の、所定形状を有し、銀を主成分とする第１の金属膜とこの第１の金属膜を覆い、パラジウムおよび／または白金を主成分とする第２の金属膜とを含み、上記第２の半導体層と電気的に接続された第２の電極とを有するものである
ことを特徴とする集積型発光ダイオード。
【請求項１０】
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、
基板上に第１の導電型の第１の半導体層、活性層および第２の導電型の第２の半導体層を順次成長させる工程と、
上記第１の半導体層と電気的に接続された第１の電極を形成する工程と、
上記第２の半導体層上に、所定形状を有し、銀を主成分とする第１の金属膜を形成した後、この第１の金属膜を覆い、パラジウムおよび／または白金を主成分とする第２の金属膜を形成することにより、上記第２の半導体層と電気的に接続された第２の電極を形成する工程と
を有することを特徴とする集積型発光ダイオードの製造方法。
【請求項１１】
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、
第１の導電型の第１の半導体層と、
上記第１の半導体層上の活性層と、
上記活性層上の第２の導電型の第２の半導体層と、
上記第１の半導体層と電気的に接続された第１の電極と、
上記第２の半導体層上の、所定形状を有し、銀を主成分とする第１の金属膜とこの第１の金属膜を覆い、パラジウムおよび／または白金を主成分とする第２の金属膜とを含み、上記第２の半導体層と電気的に接続された第２の電極とを有するものである
ことを特徴とする発光ダイオードバックライト。
【請求項１２】
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、
第１の導電型の第１の半導体層と、
上記第１の半導体層上の活性層と、
上記活性層上の第２の導電型の第２の半導体層と、
上記第１の半導体層と電気的に接続された第１の電極と、
上記第２の半導体層上の、所定形状を有し、銀を主成分とする第１の金属膜とこの第１の金属膜を覆い、パラジウムおよび／または白金を主成分とする第２の金属膜とを含み、上記第２の半導体層と電気的に接続された第２の電極とを有するものである
ことを特徴とする発光ダイオード照明装置。
【請求項１３】
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、
第１の導電型の第１の半導体層と、
上記第１の半導体層上の活性層と、
上記活性層上の第２の導電型の第２の半導体層と、
上記第１の半導体層と電気的に接続された第１の電極と、
上記第２の半導体層上の、所定形状を有し、銀を主成分とする第１の金属膜とこの第１の金属膜を覆い、パラジウムおよび／または白金を主成分とする第２の金属膜とを含み、上記第２の半導体層と電気的に接続された第２の電極とを有するものである
ことを特徴とする発光ダイオードディスプレイ。
【請求項１４】
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、
第１の導電型の第１の半導体層と、
上記第１の半導体層上の活性層と、
上記活性層上の第２の導電型の第２の半導体層と、
上記第１の半導体層と電気的に接続された第１の電極と、
上記第２の半導体層上の、所定形状を有し、銀を主成分とする第１の金属膜とこの第１の金属膜を覆い、パラジウムおよび／または白金を主成分とする第２の金属膜とを含み、上記第２の半導体層と電気的に接続された第２の電極とを有するものである
ことを特徴とする電子機器。
【請求項１５】
下地上の、所定形状を有し、銀を主成分とする第１の金属膜とこの第１の金属膜を覆い、パラジウムおよび／または白金を主成分とする第２の金属膜とを含む電極を有する
ことを特徴とする電子装置。
【請求項１６】
下地上に、所定形状を有し、銀を主成分とする第１の金属膜を形成した後、この第１の金属膜を覆い、パラジウムおよび／または白金を主成分とする第２の金属膜を形成することにより電極を形成する工程を有する
ことを特徴とする電子装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、発光ダイオード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系半導体は、可視領域での発光が可能である半導体材料である。最近、このＧａＮ系半導体を用いた高輝度発光ダイオード（ＬＥＤ）の開発が盛んに行われている。
この高輝度ＧａＮ系ＬＥＤにおいては、光取り出し効率の向上を図るために、ｐ型半導体層にオーム接触させるｐ側電極の材料として、青色ないし緑色の波長帯の光に対して反射率が高い純Ａｇが用いられることが多くなっている。
【０００３】
ところが、Ａｇ電極には以下の問題がある。
１．純Ａｇはもともと酸化や硫化に対して耐性が低く（反応しやすく）、暴露環境からの酸素や硫黄の取り込みに対して容易に影響を受け、反射率の劣化を生じる。特に、電極形成に一般的に用いられる真空蒸着法で形成したＡｇ膜は、膜中に形成される粒界構造などの不完全性があるために、一層劣化が顕著になる。
２．Ａｇ膜は耐熱性が低く、３００〜４００℃程度の温度の加熱でも、光学特性や電気特性に変動が生じやすい。
３．Ａｇ自身は極めてイオン化しやすく、デバイス構造内での相互拡散や、マイグレーションによるＬＥＤパッケージ内でのウィスカの発生なども懸念される。これは、水分が存在する場合はより一層深刻となる。
４．ＧａＮ系ＬＥＤは、一般に樹脂封止されるが、樹脂中に含まれている微量な水分や硫黄分が劣化に寄与するケースがしばしば観測されている。
【０００４】
上記の問題のうち特にＡｇのマイグレーションを防止するために、ｐ型半導体層上にＡｇ電極を形成した後、このＡｇ電極の表面を覆うように、マイグレーション障壁となる保護シートを形成することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。そして、この保護シートの材料としては、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｒｕの少なくとも一つを含有する金属が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−２４３７０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、本発明者らの知見によれば、上記の特許文献１に提案された構造では、Ａｇ電極の表面を上記の金属からなる保護シートにより覆っても、Ａｇのマイグレーションを防止することは困難であり、このため電極の反射率や電気特性が劣化してしまうという欠点がある。
そこで、この発明が解決しようとする課題は、銀電極、より一般的には銀を主成分とする電極を形成する場合に、銀のマイグレーションを実質的に完全に防止することができ、耐環境性に優れた安定で高性能な電極を得ることができ、このため高性能で長寿命かつ高信頼性の発光ダイオードおよびその製造方法ならびにそのような発光ダイオードを含む集積型発光ダイオードおよびその製造方法を提供することである。
【０００６】
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、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】
【０００７】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を行っている中で、Ａｇのマイグレーションを防止するためにＡｇ電極あるいはＡｇを主成分とする電極の表面を覆う保護シートの材料としては、特にパラジウム（Ｐｄ）および白金（Ｐｔ）が、特許文献１に記載されている金属、具体的にはＮｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｒｕに比べてはるかに優れていることを偶然に見出した。Ａｇ電極の保護シートの材料としてＰｄあるいはＰｔを用いることは、特許文献１には一切記載されておらず、本発明者らが知る限り、他の文献にも記載されていない。
この発明は、本発明者らによる上記の研究に基づいてさらに鋭意検討を行った結果、案出されたものである。
すなわち、上記課題を解決するために、第１の発明は、
第１の導電型の第１の半導体層と、
上記第１の半導体層上の活性層と、
上記活性層上の第２の導電型の第２の半導体層と、
上記第１の半導体層と電気的に接続された第１の電極と、
上記第２の半導体層上の、所定形状を有し、銀を主成分とする第１の金属膜とこの第１の金属膜を覆い、パラジウムおよび／または白金を主成分とする第２の金属膜とを含み、上記第２の半導体層と電気的に接続された第２の電極と
を有することを特徴とする発光ダイオードである。
【０００８】
第２の発明は、
基板上に第１の導電型の第１の半導体層、活性層および第２の導電型の第２の半導体層を順次成長させる工程と、
上記第１の半導体層と電気的に接続された第１の電極を形成する工程と、
上記第２の半導体層上に、所定形状を有し、銀を主成分とする第１の金属膜を形成した後、この第１の金属膜を覆い、パラジウムおよび／または白金を主成分とする第２の金属膜を形成することにより、上記第２の半導体層と電気的に接続された第２の電極を形成する工程と
を有することを特徴とする発光ダイオードの製造方法である。
【０００９】
第１および第２の発明において、第１の金属膜は、銀を主成分（例えば、９０原子％以上）とする限り、基本的にはどのような組成であってもよい。具体的には、第１の金属膜は純銀（銀１００％）または銀合金からなり、この銀合金としては、例えば、銀（Ａｇ）−パラジウム（Ｐｄ）−銅（Ｃｕ）合金（例えば、パラジウムの含有量は０．５原子％以上４．９原子％以下、銅の含有量は０．１原子％以上３．５原子％以下）、銀（Ａｇ）−ニオブ（Ｎｂ）−銅（Ｃｕ）合金（例えば、ニオブの含有量は０．５原子％以上４．９原子％以下、銅の含有量は０．１原子％以上３．５原子％以下）、銀（Ａｇ）−インジウム（Ｉｎ）合金（インジウムの含有量は例えば１重量％以下）などである。この第１の金属膜は、純銀からなる場合より銀合金からなる場合の方が銀のマイグレーションが起きにくい傾向があり、その意味では銀合金からなるのが望ましい。この第１の金属膜の厚さは、この第１の金属膜に持たせる特性、例えば光の反射性能（反射率）やこの第１の金属膜の電気抵抗率などに応じて適宜選ばれるが、一般的には例えば３０ｎｍ以上の厚さにする。第２の金属膜は、パラジウムおよび／または白金を主成分（例えば、９０原子％以上、好適には９５原子％以上）とする限り、基本的にはどのような組成であってもよいが、好適には、純パラジウム（パラジウム１００％）、純白金（白金１００％）あるいはパラジウム−白金合金（白金の含有量は０原子％より大きく１００原子％未満）からなる。第２の金属膜がパラジウムおよび／または白金以外の金属を含む場合、そのような金属としては例えば銅が挙げられる。この第２の金属膜の厚さは必要に応じて選ばれるが、この第２の金属膜により第１の金属膜に含まれる銀のマイグレーション防止効果を十分に得る観点からは１０ｎｍ以上とするのが望ましく、他に支障のない限り厚くするのが望ましい。第１の金属膜と第２の金属膜とは直接接触してもよいし、これらの第１の金属膜および第２の金属膜の双方と異なる導電性の中間層を介して間接的に接触してもよい。この中間層は、第１の金属膜および第２の金属膜の双方と合金を形成しにくい金属からなるものが望ましく、具体的には、例えば、ニッケル、チタンおよび白金からなる群より選ばれた少なくとも一種の金属からなる。この中間層の厚さは必要に応じて選ばれるが、通常は１ｎｍ以上あれば足りる。第２の金属膜の上層にスズ（Ｓｎ）や金（Ａｕ）などの拡散しやすい金属を含む層（例えば、パッド電極やはんだ層など）を形成する場合には、これらのスズや金が第２の金属膜と反応するのを防止するために、好適には、第２の金属膜上に、例えば、タングステン、モリブデンおよびチタンからなる群より選ばれた少なくとも一種の金属からなる第３の金属膜を設ける。この第３の金属膜は、具体的には、タングステン、モリブデンあるいはチタンの単体金属、ＴｉＷ、ＴｉＭｏ、ＷＭｏ、ＴｉＷＭｏからなる。発光ダイオードをメサ構造とする場合、メサ部の形成にドライエッチングを用いるときには、この際に第１〜第３の金属膜がエッチングされるのを防止するために、好適には、第３の金属膜を覆うように耐ドライエッチング性を有する金属からなる第４の金属膜を設ける。第３の金属膜を形成しない場合には、この第４の金属膜は第２の金属膜を覆うように設ける。さらに、第２の金属膜の上層に金めっき層を有する場合には、何らかの原因で第１の金属膜から銀がマイグレーションしたときこの金めっき層に銀がマイグレーションするのを防止するために、好適には、この金めっき層と第２の金属膜との間にパラジウムおよび／または白金を主成分とする第５の金属膜を設ける。上記の第１〜第５の金属膜の形成には、真空蒸着法（化成蒸着法を含む）、スパッタリング法、化学気相成長（ＣＶＤ）法、めっき法などの各種の成膜法を用いることができ、必要に応じてこれらのうちから最適なものが選択される。特に、第２の金属膜の形成には、良好なステップカバレッジを得ることができる方法、例えばスパッタリング法やめっき法を用いるのが望ましい。
【００１０】
第１の半導体層、活性層および第２の半導体層は、基本的にはどのような半導体からなるものであってもよいが、具体的には、例えば、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のほか、ウルツ鉱型（wurtzite) 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に代表される酸化物半導体、α−ＺｎＳ、α−ＣｄＳ、α−ＣｄＳｅなど、さらには他の結晶構造を有する各種の半導体からなる。典型的な一例では、第１の半導体層はｎ型半導体層であり、第２の半導体層はｐ型半導体層である。
第１の半導体層、活性層および第２の半導体層の成長方法は、半導体の種類に応じて適宜選ばれるが、例えば、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）、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。
【００１１】
特に、第１の半導体層、活性層および第２の半導体層が窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、より一般的にはウルツ鉱型構造を有する半導体からなる場合、この発光ダイオードの製造方法としては従来公知の各種のものを用いることができるが、好適には、次のような製造方法が用いられる。すなわち、第１の半導体層、活性層および第２の半導体層が例えば窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる場合、好適な発光ダイオードの製造方法は、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（上記の第１の半導体層に対応する）、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（上記の第２の半導体層に対応する）を順次成長させる工程とを有する。ここで、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。あるいは、この発光ダイオードは、好適には、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。この発光ダイオードにおいて、第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は、上記の発光ダイオード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。
【００１２】
上記の発光ダイオードの製造方法では、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。この発光ダイオードの製造方法によれば、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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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してもよく、例えば互いに交差する第１の方向、第２の方向および第３の方向にストライプ状に延在するようにしてもよい。この凸部または凹部の平面形状は、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。
【００１６】
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、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。
【００１７】
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。
【００１８】
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、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。
【００１９】
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６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６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。
【００２０】
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族化合物半導体層上に、これと電気的に接続された状態で上記の第１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、これと電気的に接続された状態で上記の第２の電極を形成する。
【００２１】
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。
【００２２】
第１〜第６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。
【００２３】
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６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、有機金属化学気相成長や分子線エピタキシーのほか、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）などのエピタキシャル成長法を用いることもできる。
【００２４】
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において、
少なくとも一つの上記発光ダイオードが、
第１の導電型の第１の半導体層と、
上記第１の半導体層上の活性層と、
上記活性層上の第２の導電型の第２の半導体層と、
上記第１の半導体層と電気的に接続された第１の電極と、
上記第２の半導体層上の、所定形状を有し、銀を主成分とする第１の金属膜とこの第１の金属膜を覆い、パラジウムおよび／または白金を主成分とする第２の金属膜とを含み、上記第２の半導体層と電気的に接続された第２の電極とを有するものである
ことを特徴とするものである。
【００２５】
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の製造方法において、
基板上に第１の導電型の第１の半導体層、活性層および第２の導電型の第２の半導体層を順次成長させる工程と、
上記第１の半導体層と電気的に接続された第１の電極を形成する工程と、
上記第２の半導体層上に、所定形状を有し、銀を主成分とする第１の金属膜を形成した後、この第１の金属膜を覆い、パラジウムおよび／または白金を主成分とする第２の金属膜を形成することにより、上記第２の半導体層と電気的に接続された第２の電極を形成する工程と
を有することを特徴とするものである。
【００２６】
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、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。
第３および第４の発明においては、上記以外のことは、その性質に反しない限り、第１および第２の発明に関連して説明したことが成立する。
【００２７】
第５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、
第１の導電型の第１の半導体層と、
上記第１の半導体層上の活性層と、
上記活性層上の第２の導電型の第２の半導体層と、
上記第１の半導体層と電気的に接続された第１の電極と、
上記第２の半導体層上の、所定形状を有し、銀を主成分とする第１の金属膜とこの第１の金属膜を覆い、パラジウムおよび／または白金を主成分とする第２の金属膜とを含み、上記第２の半導体層と電気的に接続された第２の電極とを有するものである
ことを特徴とするものである。
【００２８】
第６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、
第１の導電型の第１の半導体層と、
上記第１の半導体層上の活性層と、
上記活性層上の第２の導電型の第２の半導体層と、
上記第１の半導体層と電気的に接続された第１の電極と、
上記第２の半導体層上の、所定形状を有し、銀を主成分とする第１の金属膜とこの第１の金属膜を覆い、パラジウムおよび／または白金を主成分とする第２の金属膜とを含み、上記第２の半導体層と電気的に接続された第２の電極とを有するものである
ことを特徴とするものである。
【００２９】
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、
第１の導電型の第１の半導体層と、
上記第１の半導体層上の活性層と、
上記活性層上の第２の導電型の第２の半導体層と、
上記第１の半導体層と電気的に接続された第１の電極と、
上記第２の半導体層上の、所定形状を有し、銀を主成分とする第１の金属膜とこの第１の金属膜を覆い、パラジウムおよび／または白金を主成分とする第２の金属膜とを含み、上記第２の半導体層と電気的に接続された第２の電極とを有するものである
ことを特徴とするものである。
第５〜第７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。
【００３０】
第８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、
第１の導電型の第１の半導体層と、
上記第１の半導体層上の活性層と、
上記活性層上の第２の導電型の第２の半導体層と、
上記第１の半導体層と電気的に接続された第１の電極と、
上記第２の半導体層上の、所定形状を有し、銀を主成分とする第１の金属膜とこの第１の金属膜を覆い、パラジウムおよび／または白金を主成分とする第２の金属膜とを含み、上記第２の半導体層と電気的に接続された第２の電極とを有するものである
ことを特徴とするものである。
【００３１】
第８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、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。
【００３２】
第９の発明は、
下地上の、所定形状を有し、銀を主成分とする第１の金属膜とこの第１の金属膜を覆い、パラジウムおよび／または白金を主成分とする第２の金属膜とを含む電極を有する
ことを特徴とする電子装置である。
【００３３】
第１０の発明は、
下地上に、所定形状を有し、銀を主成分とする第１の金属膜を形成した後、この第１の金属膜を覆い、パラジウムおよび／または白金を主成分とする第２の金属膜を形成することにより電極を形成する工程を有する
ことを特徴とする電子装置の製造方法である。
【００３４】
第９および第１０の発明において、下地は、基本的にはどのような物質からなるものであってもよいが、具体的には、例えば、半導体層または半導体基板のほか、導電性酸化物層または導電性酸化物基板などである。電子装置は、具体的には、半導体装置のほか、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（強誘電体装置を含む）、超伝導装置などである。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。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９および第１０の発明についても第１〜８の発明と同様な応用が可能である。
第９および第１０の発明においては、上記以外のことは、その性質に反しない限り、第１〜８の発明と同様である。
【００３５】
上述のように構成されたこの発明においては、銀を主成分とする第１の金属膜をパラジウムおよび／または白金を主成分とする第２の金属膜により覆うことで、室温だけでなく高温下（例えば、３００℃以上）でも銀のマイグレーションを実質的に完全に防止することができる。このため、電極の信頼性の劣化原因となるボイド（銀が抜け出て形成された空隙）やウィスカの発生を防止することができる。また、第１の金属膜の酸化や硫化も有効に防止することができる。さらに、この第２の金属膜の上層にスズや金などの拡散しやすい金属を含む層を形成する場合には、銀のマイグレーションを介して第１の金属膜とこの層とが反応するのを防止することができる。
【発明の効果】
【００３６】
この発明によれば、銀のマイグレーションによる第１の金属膜の劣化を防止することができるため、長期にわたって第１の金属膜の反射率を高く、電気抵抗率を低く維持することができ、耐環境性に優れた安定で高性能の電極を得ることができる。このため、活性層から発光する光をこの電極により高効率で反射させて外部に取り出すことができることから、発光効率が高く高性能でしかも長寿命かつ高信頼性の発光ダイオードを実現することができる。そして、この発光効率が高い発光ダイオードを用いて高性能の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。
【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１ＡおよびＢはこの発明の第１の実施形態による発光ダイオードを示し、図１Ａは平面図、図１Ｂは図１ＡのＸ−Ｘ線に沿っての断面図である。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。
図１ＡおよびＢに示すように、この発光ダイオードにおいては、平坦な一主面を有し、発光波長の光に対して透明な材料からなる基板１上にｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた活性層３およびｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層４が順次積層されている。基板１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。ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２の上層部、活性層３およびｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層４は所定の平面形状および断面形状のメサ部５を形成している。このメサ部５のｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層４上に、Ａｇを主成分とする第１の金属膜６が所定の平面形状で形成されてオーム接触し、さらにこの第１の金属膜６を覆うようにＰｄおよび／またはＰｔを主成分とする第２の金属膜７が形成されており、これらの第１の金属膜６および第２の金属膜７によりｐ側電極８が形成されている。これらの第１の金属膜６および第２の金属膜７の組成はすでに述べたとおりであり、第１の金属膜６の厚さは例えば３０〜２００ｎｍ（例えば、１４０ｎｍ）、第２の金属膜７の厚さは例えば１０〜１５０ｎｍ（例えば、１００ｎｍ）である。一方、メサ部５の外側の部分のｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２上にｎ側電極９がメサ部５を囲むように形成されてオーム接触している。
【００３８】
次に、この発光ダイオードの製造方法について説明する。
まず、基板１を用意し、サーマルクリーニングなどを行うことによりこの基板１の表面を清浄化した後、この基板１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バッファ層あるいはＡｌＮバッファ層（図示せず）を成長させる。次に、図２Ａに示すように、例えばＭＯＣＶＤ法により、ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた活性層３およびｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層４を順次エピタキシャル成長させる。
【００３９】
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 ）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。
【００４０】
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１をＭＯＣＶＤ装置から取り出す。
次に、図２Ｂに示すように、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層４上に例えばリフトオフ法やエッチング法などにより所定形状の第１の金属膜６を形成する。リフトオフ法では、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層４上に所定形状のレジストパターンを形成し、さらにスパッタリング法や真空蒸着法により全面に金属を堆積させた後、レジストパターンをその上に形成された金属膜とともに除去することにより所定形状の第１の金属膜６を形成する。エッチング法では、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層４の全面に第１の金属膜６を形成し、さらにその上にレジストパターンなどのエッチングマスクを形成した後、このエッチングマスクを用いて第１の金属膜６をエッチングすることにより所定形状にパターニングする。次に、この第１の金属膜６を覆うように所定形状の第２の金属膜７を形成する。この所定形状の第２の金属膜７は、第１の金属膜６と同様な方法により形成することができる。こうして、これらの第１の金属膜６および第２の金属膜７からなるｐ側電極８が形成される。
【００４１】
次に、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層４のｐ型不純物を活性化するために熱処理を行う。この熱処理は、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５００〜７５０℃、好適には５５０〜７５０℃の温度で例えば１分〜２時間、あるいは５分〜２時間行う。具体的には、この熱処理は、例えば５５０℃で２分行う。ここで、Ｎ2 にＯ2 を混合するのは活性化が起きやすくなるためである。熱処理の温度を比較的低くするのは熱処理時の活性層３などの劣化を防止するためである。
【００４２】
次に、ｐ側電極８およびその周辺のｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層４を覆う所定形状のレジストパターン（図示せず）を形成した後、このレジストパターンをマスクとして例えば塩素（Ｃｌ2 ）系ガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法によりエッチングを行うことで、図３Ａに示すように、ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２の上層部、活性層３およびｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層４をパターニングし、メサ部５を形成する。この後、このレジストパターンを除去する。
次に、図３Ｂに示すように、このメサ部５に隣接する部分のｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２上にリフトオフ法またはエッチング法によりｎ側電極９を形成する。
次に、スクライブ領域となる部分のｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２をエッチングして基板１１を露出させる。
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１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１のスクライビング（ダイシング）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。
【００４３】
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、ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２は下から順に、ｎ型ＧａＮ層、ｎ型ＧａＩｎＮ層、ｎ型ＧａＮ層およびｎ型ＧａＩｎＮ層からなり、上の二層がメサ部５に含まれ、下層のｎ型ＧａＩｎＮ層上にｎ側電極９が形成されている。ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層４は下から順に、ｐ型ＧａＩｎＮ層、ｐ型ＡｌＩｎＮ層、ｐ型ＧａＮ層およびｐ型ＧａＩｎＮ層からなる。活性層３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３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８の第１の金属膜６としては例えばスパッタリング法により形成された厚さ１４０ｎｍのＡｇ−Ｐｄ−Ｃｕ合金膜（Ｐｄの含有量は０．５原子％以上４．９原子％以下、Ｃｕの含有量は０．１原子％以上３．５原子％以下）またはＡｇ膜を用い、第２の金属膜７としては例えばスパッタリング法により形成された厚さ１２０ｎｍのＰｄ膜を用いる。ＡｇおよびＰｄの線膨張係数はそれぞれ１９×１０-6／Ｋおよび１１×１０-6／Ｋで互いにほぼ等しいため、温度が変化してもこれらの第１の金属膜６および第２の金属膜７の間に熱応力による歪みが生じることはほとんどない。ｎ側電極９としては、例えばＴｉ／Ｎｉ／Ａｕ／Ｎｉ構造（例えば、厚さはＴｉ膜は１０ｎｍ、Ｎｉ膜は５０ｎｍ、Ａｕ膜は１８０ｎｍ、Ｎｉ膜は１０ｎｍ）を用いる。
【００４４】
この発光ダイオードにおいては、ｐ側電極８とｎ側電極９との間に順方向電圧を印加して電流を流すことにより活性層３から発光を生じさせ、基板１を通して外部に光を取り出す。活性層３のＩｎ組成の選定により、緑色ないし青色の発光を得ることができる。この場合、活性層３から発生した光のうち、基板１に向かう光は、基板１とｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２との界面で屈折した後、基板１を透過して外部に出て行き、活性層３から発生した光のうち、ｐ側電極８に向かう光は、このｐ側電極８の高反射率材料であるＡｇを主成分とする第１の金属膜６で反射されて基板１に向かい、基板１を透過して外部に出て行く。
【００４５】
次に、第２の金属膜７による第１の金属膜６のＡｇのマイグレーション防止効果を確認するために行った実験の結果について説明する。図４Ａは、第１の金属膜６としてＡｇ−Ｐｄ−Ｃｕ合金膜、第２の金属膜７としてＰｄ膜を用いた実施例において、この第２の金属膜７をＴｉＷ膜により覆い、その上に３００℃でＳｎをはんだ付けし、このはんだを介してｐ側電極８とｎ側電極９との間に電流を流すことにより活性層３から発光を起こさせた状態で、基板１として用いたサファイア基板側からｐ側電極８を撮影した光学顕微鏡写真である。図４Ｂは、第１の金属膜６としてＡｇ−Ｐｄ−Ｃｕ合金膜、第２の金属膜７に相当するものとして特許文献１の保護シートの材料として開示された金属に含まれるＴｉＷ膜を用いた比較例１の同様な光学顕微鏡写真である。なお、第２の金属膜７に相当するものとして特許文献１の保護シートの材料として開示された金属に含まれるＷ膜を用いた場合も図４Ｂと同様な結果であった。図４Ｃは、第１の金属膜６としてＡｇ−Ｐｄ−Ｃｕ合金膜、第２の金属膜７に相当するものとして特許文献１の保護シートの材料として開示された金属に含まれるＮｉ膜を用いた比較例２の同様な光学顕微鏡写真である。図４Ａ〜Ｃを比較すると、図４Ｃでは、はんだのパターンが見えており、これは第１の金属膜６に含まれるＡｇがこの第１の金属膜６を覆うＮｉ膜を通って著しいマイグレーションを起こし、この結果はんだのＳｎが第１の金属膜６に拡散したことを示す拡散痕であり、図４Ｂでは、図４Ｃに比べると程度は少ないものの同様な反応を起こしたことを示す拡散痕が見られるのに対し、図４Ａでは、拡散痕が全く見られておらず、これは、第２の金属膜７として用いたＰｄ膜が第１の金属膜６に含まれるＡｇのマイグレーションを防止していることを示すものである。なお、活性層３から発光を起こさせた状態で撮影を行ったのは、拡散痕を強調するためである。
【００４６】
図５は上記の実施例の発光ダイオードのエージング（８０℃定格駆動での通電試験）を行った結果を示す。図５の縦軸は光出力の減少割合、横軸はエージング時間である。サンプル数は８個である。図６は比較のために、第１の金属膜６としてＡｇ−Ｐｄ−Ｃｕ合金膜、第２の金属膜７に相当するものとしてＷ膜を用いた発光ダイオードについて同様なエージングを行った結果を示す。サンプル数は５個である。図５より、第２の金属膜７としてＰｄ膜を用いる実施例の発光ダイオードについては推定半減寿命は１０万時間以上である。これに対し、図６より、第１の金属膜６としてＡｇ−Ｐｄ−Ｃｕ合金膜、第２の金属膜７に相当するものとしてＷ膜を用いた発光ダイオードについては推定半減寿命は１０００時間以下であり、実施例の発光ダイオードと比較すると大幅に短い。
【００４７】
以上のように、この第１の実施形態によれば、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層４上に形成されたＡｇを主成分とする第１の金属膜６とこの第１の金属膜６を覆い、Ｐｄおよび／またはＰｔを主成分とする第２の金属膜８とによりｐ側電極８を構成しているので、第１の金属膜６により高反射特性を得ることができるとともに、第２の金属膜７により第１の金属膜６に含まれるＡｇのマイグレーションを実質的に完全に防止して劣化を防止することができることにより第１の金属膜６の高反射特性を維持することができる。このため、高輝度で長寿命かつ高信頼性の緑色ないし青色発光の発光ダイオードを実現することができる。
【００４８】
次に、この発明の第２の実施形態による発光ダイオードについて説明する。図７はこの発光ダイオードを示す。
図７に示すように、この発光ダイオードにおいては、ｐ側電極８を覆うように、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、ＴｉＷ、ＴｉＭｏ、ＷＭｏまたはＴｉＷＭｏからなる第３の金属膜１０が形成され、さらにこの第３の金属膜１０を覆うように例えばＮｉなどの耐ドライエッチング性を有する金属からなる第４の金属膜１１が形成されている。第３の金属膜１０は、具体的には、例えばスパッタリング法により形成された厚さ１２０ｎｍのＴｉＷ膜である。第４の金属膜１１は、具体的には、例えばスパッタリング法により形成された厚さ５０ｎｍのＮｉ膜である。この発光ダイオードのその他の構成は、第１の実施形態による発光ダイオードと同様である。
この発光ダイオードの製造方法は、第２の金属膜７の形成に引き続いて第３の金属膜１０および第４の金属膜１１を形成することを除いて第１の実施形態と同様である。
【００４９】
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ほか、ｐ側電極８を覆うように第３の金属膜１０および第４の金属膜１１が順次形成されていることにより次のような利点を得ることができる。すなわち、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、ＴｉＷ、ＴｉＭｏ、ＷＭｏまたはＴｉＷＭｏからなる第３の金属膜１０はＡｕやＳｎの拡散を防止する機能を有するため、ｐ側電極８を覆うようにこの第３の金属膜１０が形成されていることにより、ｐ側電極８の上層にＡｕやＳｎを含む層（はんだ層など）が形成される場合にこの層中のＡｕやＳｎがｐ側電極８に拡散して反応を起こすのを効果的に防止することができる。この際、第２の金属膜７により第１の金属膜６のＡｇのマイグレーションが防止されていることにより、この第３の金属膜１０によりＡｕやＳｎの拡散が有効に防止されていると考えられる。また、第３の金属膜１０を覆うようにＮｉなどの耐ドライエッチング性を有する金属からなる第４の金属膜１１が形成されていることにより、メサ部５を形成するために行う塩素系ガスを用いたＲＩＥの際に第３の金属膜１０やｐ側電極８がエッチングされるのを有効に防止することができる。
【００５０】
次に、この発明の第３の実施形態による発光ダイオードについて説明する。図８ＡおよびＢはこの発光ダイオードを示し、図８Ａは平面図、図８Ｂは図８ＡのＹ−Ｙ線に沿っての断面図である。
図８ＡおよびＢに示すように、この発光ダイオードにおいては、第４の金属膜１１、メサ部５の側面、メサ部５以外の部分のｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２の表面およびｎ側電極９を覆うように絶縁膜１２が形成されている。この絶縁膜１２は、少なくとも下層が窒化シリコン膜からなる。この窒化シリコン膜には、減圧ＣＶＤ法などにより形成される化学量論組成のＳｉ3 Ｎ4 膜のほか、プラズマＣＶＤ法などにより形成される非化学量論組成のＳｉＮ膜も含まれる。この絶縁膜１２は、具体的には、例えば、窒化シリコン膜とその上の酸化シリコン膜とからなり、下層の窒化シリコン膜の厚さは例えば１００ｎｍ程度、上層の酸化シリコン膜の厚さは例えば２５０ｎｍである。この酸化シリコン膜には、化学量論組成のＳｉＯ2 膜のほか、非化学量論組成のＳｉＯ膜も含まれる。第４の金属膜１１の上の部分の絶縁膜１２には例えば四つの開口１３ａ〜１３ｄが正方形の四隅の位置に設けられ、開口１３ａ〜１３ｃの内部の第４の金属膜１１上にパッド電極１４が形成され、開口１３ｄの内部のｎ側電極９上にパッド電極１５が形成されている。これらのパッド電極１４、１５としては、例えば、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ構造（例えば、厚さはＴｉ膜は１０ｎｍ、Ｎｉ膜は５０ｎｍ、Ａｕ膜は３６０ｎｍ）のものを用いる。この発光ダイオードのその他の構成は、第１および第２の実施形態による発光ダイオードと同様である。
この発光ダイオードの製造方法は、第４の金属膜１１の形成に引き続いてＣＶＤ法などにより全面に絶縁膜１２を形成し、この絶縁膜１２の所定部分をエッチング除去して開口１３ａ〜１３ｃを形成し、開口１３ａ〜１３ｃの内部にパッド電極１４を形成し、開口１３ｄの内部にパッド電極１５を形成することを除いて第２の実施形態と同様である。
【００５１】
この第３の実施形態によれば、第１および第２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、第４の金属膜１１、メサ部５の側面、メサ部５以外の部分のｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２およびｎ側電極９を覆うように、少なくとも下層が窒化シリコン膜からなる絶縁膜１２が形成されていることにより、緻密な構造を有するこの窒化シリコン膜により外部からの水分の侵入を防止することができ、ひいてはｐ−ｎ接合のリークをより確実に防止することができ、発光ダイオードの信頼性および寿命のより一層の向上を図ることができる。また、絶縁膜１２の開口１３ａ〜１３ｃにパッド電極１４が設けられ、絶縁膜１２の開口１３ｄにパッド電極１５が形成されているので、発光ダイオードの実装時にはこの発光ダイオードをこれらの四箇所のパッド電極１４で支持することができ、発光ダイオードを安定した状態で確実に実装することができる。
【００５２】
次に、この発明の第４の実施形態による発光ダイオードについて説明する。図９はこの発光ダイオードを示す。
図９に示すように、この発光ダイオードにおいては、パッド電極１４、１５上にシード層１６を介してＡｕめっき層１７が形成されている。このシード層１６は例えばＡｕからなり、その厚さは例えば１００ｎｍである。Ａｕめっき層１７の厚さは例えば２５００ｎｍである。この発光ダイオードのその他の構成は、第１〜第３の実施形態による発光ダイオードと同様である。
この発光ダイオードの製造方法は、パッド電極１４、１５上にシード層１６を形成した後、このシード層１６を用いてめっき法によりＡｕめっき層１７を形成することを除いて第１〜第３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〜第３の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００５３】
次に、この発明の第５の実施形態による発光ダイオードについて説明する。図１０はこの発光ダイオードを示す。
図１０に示すように、この発光ダイオードにおいては、パッド電極１４、１５上のシード層１６とＡｕめっき層１７との間に、Ｐｄおよび／またはＰｔを主成分とする第５の金属膜１８が形成されている。この発光ダイオードのその他の構成は、第１〜第４の実施形態による発光ダイオードと同様である。
この発光ダイオードの製造方法は、パッド電極１４、１５上のシード層１６上にめっき法によりまず第５の金属膜１８を形成した後、この第５の金属膜１８上にめっき法によりＡｕめっき層１７を形成することを除いて、第１〜第４の実施形態と同様である
【００５４】
この第５の実施形態によれば、第４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、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層４の成長時には、図１０において一点鎖線で示すように貫通転位を起点としてｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層４の表面にピット１９が発生することがあるが、このようにピット１９が発生すると、このｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層４上に形成される第１の金属膜６からＡｕめっき層１７の各層にもこのピット１９の段差を反映して凹部（一点鎖線で示す）が発生する。この凹部の各層の結晶性、形状、被覆性は通常悪いため、第１の金属膜６に含まれるＡｇがこの凹部に沿ってマイグレーションすることで遂にはＡｕめっき層１７に至り、このＡｕめっき層１７との反応を起こしてしまうおそれがある。これに対し、この第５の実施形態においては、Ａｕめっき層１７の下層にＰｄおよび／またはＰｔを主成分とする第５の金属膜１８が形成されているため、この第５の金属膜１８によるＡｇのマイグレーション防止効果により、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層４の表面にピット１９が発生しても、第１の金属膜６に含まれるＡｇがＡｕめっき層１７に到達するのを有効に防止することができ、Ａｕめっき層１７へのＡｇの拡散による実装強度劣化やさらにそこから外部へ至ったＡｇイオンの信頼性への影響を防止することができる。
【００５５】
次に、この発明の第６の実施形態による発光ダイオードについて説明する。この第６の実施形態においては、発光ダイオードを構成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長に用いる基板として凹凸加工基板を用いる。
図１１および図１２はこの第６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。
【００５６】
この第６の実施形態においては、図１１Ａに示すように、まず、平坦な一主面を有し、発光波長の光に対して透明な材料からなる基板１を用意し、この基板１上に断面形状が二等辺三角形状の凸部２０を所定の平面形状で周期的に形成する。凸部２０の間には逆台形状の断面形状を有する凹部２１が形成される。この基板１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２０および凹部２１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１３に示すように、凸部２０および凹部２１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１４に示すように、凸部２０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１３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２３のａ軸と平行となり、図１４における点線の方向（最隣接の凸部２０間を結ぶ方向）が後述の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２３のｍ軸と平行となるようにする。例えば、基板１がサファイア基板である場合、図１３におけるストライプ形状の凸部２０および凹部２１の延在方向はサファイア基板の〈１−１００〉方向であり、図１４における凹部２１の延在方向は同じくサファイア基板の〈１−１００〉方向である。凸部２０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 が用いられる。
【００５７】
基板１上に断面形状が二等辺三角形状の凸部２０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１の全面に凸部２０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、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２０が形成される。
【００５８】
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１および凸部２０の表面を清浄化した後、この基板１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バッファ層あるいは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１１Ｂに示すように、まず凹部２１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２２を複数生成させる。次に、図１１Ｃに示すように、微小核２２の成長および合体の過程を経て、凹部２１の底面を底辺とし、基板１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２３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２３の高さは凸部２０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２３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２３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２３の成長条件については後述する。
【００５９】
引き続いて、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２３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１２Ａに示すように、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２３の両端部が凸部２０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１２Ｂに示すように、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２３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２０の上に広がって行く。図１２Ｂ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１２Ｃに示すように、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２３はその厚さを増しながら成長し、遂には隣接する凹部２１から成長した窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２３同士が凸部２０上で接触し、会合する。
【００６０】
引き続いて、図１２Ｃに示すように、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２３をその表面が基板１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２３は、凹部２１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１１Ｃに示す状態から、図１２Ａに示す状態を経ないで、図１２Ｂに示す状態に直接移ることも可能である。
この後、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２３上に第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２、活性層３およびｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層４を順次成長させ、さらに以降の工程も第１の実施形態と同様に進めて、目的とする発光ダイオードを製造する。
【００６１】
こうして得られた発光ダイオードにおいては、ｐ側電極８とｎ側電極９との間に順方向電圧を印加して電流を流すことにより活性層３から発光を生じさせ、基板１を通して外部に光を取り出す。活性層３のＩｎ組成の選定により、緑色ないし青色の発光を得ることができる。この場合、活性層３から発生した光のうち、基板１に向かう光は、基板１とその凹部２１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２３との界面で屈折した後、基板１を透過して外部に出て行き、活性層３から発生した光のうち、ｐ側電極８に向かう光は、このｐ側電極８で反射されて基板１に向かい、基板１を透過して外部に出て行く。
【００６２】
この第６の実施形態においては、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２３の貫通転位密度を最小化するために、凹部２１の底面の幅Ｗg 、凹部２１の深さ、すなわち凸部２０の高さｄ、および、図１１Ｃに示す状態の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２３の斜面と基板１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１５参照）。
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。
【００６３】
図１１ＢおよびＣならびに図１２Ａに示す工程における窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２３の成長時には、成長原料のＶ／ＩＩＩ比を高めに、例えば１３０００±２０００の範囲、成長温度を低めに、例えば１１００±５０℃の範囲に設定する。こうすることで、図１１ＢおよびＣならびに図１２Ａに示すように、基板１の主面に対して傾斜したファセットを斜面に出しながら、凹部２１を次第に埋める形で窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２３が成長する。この際、凸部２０上には、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２３はほとんど成長しない。また、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２３の成長は例えば０．０１〜２．０気圧、好適には１．０気圧程度の圧力条件下で行う。また、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２３の成長を０．４気圧程度の圧力下で行う場合は、成長温度を１０５０±５０℃の範囲に設定すると好適である。これは、横方向成長を抑え、凹部２１への窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２３の選択成長を容易にするためである。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２３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１２Ｂ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２３の成長（横方向成長）は、成長原料のＶ／ＩＩＩ比を低めに、例えば５０００±２０００の範囲、成長温度を高めに、例えば１２００±５０℃の範囲に設定する。この範囲より成長温度が高いと窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２３の表面が荒れやすくなり、逆に低いと会合部にピットが生じやすくなる。窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２３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１２ＢおよびＣに示すように、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２３が横方向成長し、平坦な表面が得られる。この際、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２３と基板１との間に空隙は生じない。
【００６４】
図１６に、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２３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１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１の凸部２０にはＧａＮは成長せず、凹部２１においてＧａＮの成長が開始することである。なお、図１６では凸部２０の断面形状が三角形状であるが、凸部２０の断面形状が台形状であっても、同様に凸部２０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１１ＢおよびＣならびに図１２Ａ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２０での成長を抑制する。一方、凹部２０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６の実施形態においては、貫通転位を基板１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２１の内部を窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２３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。
【００６５】
図１７に、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２３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１７中、符号２４は貫通転位を示す。図１５から分かるように、凸部２０の中央部近傍、すなわち互いに隣接する凹部２１から成長する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２３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２１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２１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１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２１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１７において、凹部２１における基板１と接する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２３の高転位密度で結晶性が悪い領域の平均厚さは、凸部２０における基板１と接する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２３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２０上では窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２３が横方向成長することを反映した結果である。
図１８に、凸部２０が図１３に示す平面形状を有する場合の貫通転位２４の分布を示す。また、図１９に、凸部２０が図１４に示す平面形状を有する場合の貫通転位２４の分布を示す。
【００６６】
次に、成長初期からの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２３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２１の底面に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる微小核２２が複数生成する。これらの微小核２２では、基板１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２２の側面から抜ける。成長を続けると、図２０ＢおよびＣに示すように、微小核２２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２３が成長する。これらの微小核２２の成長および合体の過程で、基板１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２３は、凹部２１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２３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２３を横方向成長させる。この過程では、凹部２１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２３の側面に抜けた転位は、凸部２０より低い位置にあるものは基板１の主面に平行に凸部２０の側面まで延伸し続けて消失し、凸部２０より高い位置にあるものは基板１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２３の側面に抜ける。窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２３の横方向成長をさらに続けると、図２０Ｆに示すように、凸部２０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２３同士が会合し、やがては窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２３の表面が基板１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２３中の転位は、凸部２１上で会合したときに上方（基板１の主面に垂直な方向）に屈曲し、貫通転位となる。
【００６７】
図２１ＡおよびＢを参照して、微小核２２の生成から窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２３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２１ＡおよびＢに示すように、微小核２２の生成、成長および合体の過程で、基板１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２１の側面に延伸して消失する（転位（２））。さらに、基板１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２３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２０の側面に延伸して消失することにより、微小核２２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２３を得ることができる。
図２０Ａに示すように凹部２１の底面に微小核２２が生成された状態の断面ＴＥＭ写真を図２２に示す。図２２ＢおよびＣは図２０Ａの楕円で囲んだ部分を拡大した断面ＴＥＭ写真である。図２２より、成長初期に微小核２２が生成されている様子がよく分かる。
【００６８】
次に、成長初期に微小核２２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２３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２３Ａ〜Ｃは、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２３の成長初期に微小核２２が生成しない場合における図２０Ｄ〜Ｆに対応する状態を示す。図２３Ａに示すように、成長初期に微小核２２が生成しない場合には、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２３が凹部２１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２１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２０Ｄの場合に比べて多い。成長を続けると、図２３Ｂに示すように、凹部２１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２３の側面に抜けた転位は、凸部２０より低い位置にあるものは基板１の主面に平行に凸部２０の側面まで延伸し続けて消失し、凸部２０より高い位置にあるものは基板１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２３の側面に抜ける。窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２３の横方向成長をさらに続けると、図２３Ｃに示すように、凸部２０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２３同士が会合し、やがて窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２３の表面が基板１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２３中の転位は、凸部２０上で会合したときに上方に屈曲し、貫通転位２４となる。この貫通転位２４の密度は、十分に低いものの、成長初期に凹部２１の底面に微小核２２が生成する場合に比べると高くなる。これは、図２４ＡおよびＢに示すように、微小核２２を生成しない場合には、基板１との界面から発生する転位は、凹部２１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２２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。
【００６９】
図２５に、基板１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１の裏面側から行うものとする。図２５において、横軸は凹部２１の深さ（凸部２０の高さ）、縦軸は凸部２０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２０は一方向に延在するストライプ形状を有し、この凸部２０の側面と基板１の一主面とのなす角度θは１３５°、凹部２１の底辺の長さＷg ＝２μｍ、凸部２０の底辺の長さ＝３μｍである。基板１の屈折率は１．７７、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２３の屈折率は２．３５と仮定した。図２３より、光取り出し倍率は、凹部２１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。
【００７０】
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に加えて、次のような利点を得ることができる。すなわち、基板１と窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２３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２３の貫通転位は基板１の凸部２０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２３およびその上に成長される活性層３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発光ダイオードを得ることができる。
加えて、この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１上の凸部２０は基板１上に凸部２０の材料となる膜、例えばＳｉＯ2 膜などの膜を形成し、これをエッチング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１の加工が不要であるため、製造工程が簡単であり、低コストで発光ダイオードを製造することができる。
【００７１】
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、凹部２１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２３が成長した時点で、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２３の高さが凸部２０の高さ以下になるように凸部２０の高さが選ばれている。一例として図２６ＡおよびＢに、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２３の高さが凸部２０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１との界面から発生し、凹部２１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２３の側面に抜けた転位は全て、基板１の主面に平行に凸部２０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２３の表面に抜ける貫通転位２４は激減し、実質的に貫通転位密度をゼロとすることができる。
上記以外のことは、第１および第６の実施形態と同様である。
【００７２】
この第７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２３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２、活性層３およびｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層４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。
【００７３】
次に、この発明の第８の実施形態について説明する。
この第８の実施形態においては、図２７Ａに示すように、基板１上に断面形状が台形状の凸部２０を所定の平面形状で周期的に形成する。凸部２０の間には逆台形状の断面形状を有する凹部２１が形成される。
次に、第６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２３を成長させる。具体的には、凹部２１の底面上の微小核２２の生成、成長および合体の過程を経て図２７Ｂに示すように、凹部２１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２３を成長させ、さらに横方向成長を経て図２７Ｃ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２３を成長させる。
次に、第６の実施形態と同様に工程を進めて、目的とする発光ダイオードを製造する。
上記以外のことは第１および第６の実施形態と同様である。
図２８に、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２３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６の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００７４】
図２９〜図３１に、基板１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１の裏面側から行うものとする。
図２９において、横軸は凸部２０の屈折率、縦軸は凸部２０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２９中、▲のデータは凸部２０が図１３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２０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２０の側面と基板１の一主面とのなす角度θは１３５°、凹部２１の底辺の長さＷg ＝２μｍ、凸部２０の底辺の長さ＝３μｍである。基板１の屈折率は１．７７、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２３の屈折率は２．３５と仮定した。図２９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２０の断面形状が第６の実施形態のように三角形状である場合も同様である。
【００７５】
図３０において、横軸は凸部２０の側面が基板１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３０中、▲のデータは凸部２０が図１３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２０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２１の底辺の長さＷg ＝３μｍ、凸部２０の底辺の長さ＝２μｍである。基板１の屈折率は１．７７、凸部２０の屈折率は１．４、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２３の屈折率は２．３５と仮定した。図３０より、光取り出し倍率は、１Ｄ、２Ｄとも凸部２０の側面が基板１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２０の断面形状が第６の実施形態のように三角形状である場合も同様である。
【００７６】
図３１において、横軸は凹部２１の深さｄ、縦軸は凸部２０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２０は図１３に示す一次元ストライプ形状を有する。ただし、凹部２１の底辺の長さＷg と凸部２１の底辺の長さとの比は３：２である。基板１の屈折率は１．７７、凸部２０の屈折率は１．４、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２３の屈折率は２．３５と仮定した。図３１より、光取り出し倍率は、凹部２１の深さが大きくなるにつれて増加することが分かる。
【００７７】
次に、この発明の第９の実施形態について説明する。
この第９の実施形態においては、第６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６の実施形態による方法により基板１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８およびｎ側電極９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。
【００７８】
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３２Ａに示す。図３２Ａ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。
【００７９】
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３３に示す。次に、図３２Ｂ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３２Ｃ）。こうして、図３４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１の裏面と接触しているため、この基板１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１を透過して外部に出ようとする光がこの基板１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。
【００８０】
次に、この発明の第１０の実施形態について説明する。
この第１０の実施形態においては、第９の実施形態と同様にして、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３５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１の裏面と接触しているため、この基板１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１を透過して外部に出ようとする光がこの基板１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。
【００８１】
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、第６の実施形態による方法により基板１上に発光ダイオード構造を形成し、ｐ側電極８およびｎ側電極９はそれぞれストライプ形状に形成し、これらのｐ側電極８およびｎ側電極９上にそれぞれバンプ（図示せず）を形成した後、この基板１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３６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９は、ストライプ状のメサ部５の周りを囲むように形成されている。そして、図３７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８ははんだ７３上に、ｎ側電極９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。
【００８２】
以上、この発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、上述の第１〜第１１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２０および凹部２１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、方位などを用いてもよい。
また、例えば、必要に応じて、上述の第１〜第１１の実施形態のうちの二以上を組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】この発明の第１の実施形態による発光ダイオードを示す平面図および断面図である。
【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における第２の金属膜によるＡｇのマイグレーション防止効果を説明するための図面代用写真である。
【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一実施例のエージング結果を示す略線図である。
【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一実施例との比較のために行った比較例のエージング結果を示す略線図である。
【図７】この発明の第２の実施形態による発光ダイオードを示す断面図である。
【図８】この発明の第３の実施形態による発光ダイオードを示す平面図および断面図である。
【図９】この発明の第４の実施形態による発光ダイオードを示す断面図である。
【図１０】この発明の第５の実施形態による発光ダイオードを示す断面図である。
【図１１】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１２】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１３】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１４】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１５】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において用いる基板を示す略線図である。
【図１６】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１７】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１８】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１９】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２０】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２１】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２２】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２３】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２４】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２５】この発明の第６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２６】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２７】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２８】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２９】この発明の第８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３０】この発明の第８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３１】この発明の第８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３２】この発明の第９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３３】この発明の第９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３４】この発明の第９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３５】この発明の第１０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３６】この発明の第１１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３７】この発明の第１１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。
【符号の説明】
【００８４】
１…基板、２…ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、３…活性層、４…ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、５…メサ部、６…第１の金属膜、７…第２の金属膜、８…ｐ側電極、９…ｎ側電極、１０…第３の金属膜、１１…第４の金属膜、１２…絶縁膜、１３ａ〜１３ｄ…開口、１４、１５…パッド電極、１６…シード層、１７…Ａｕめっき層、１８…第５の金属膜、２０…凸部、２１…凹部、２２…微小核、２３…窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層
【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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