(57)【要約】【課題】発光面積を増大することができ、且つ製造コストを抑えることが可能な発光ダイオードの製造方法及び発光ダイオードを提供する。【解決手段】発光ダイオードの製造方法は、支持基板１９上に第１導電型のｎ型クラッド層２１を形成する工程と、ｎ型クラッド層２１上にマスクパターン２２を形成する工程と、マスクパターン２２に＜１−１００＞方向に沿った開口部２２ａを形成する工程と、開口部２２ａへ選択成長法により（１１−２２）面と（１１−２２）面と同等な面を有する面で囲まれた第１導電型のｎ型クラッド層２３を形成する工程と、ｎ型クラッド層２３上に発光層２４を形成する工程と、記発光層２４上に第２導電型のｐ型クラッド層２５を形成する工程と、を備える。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板上に第１導電型の導電層を形成する工程と、
前記導電層上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜に＜１−１００＞方向に沿った開口部を形成する工程と、
前記開口部へ選択成長法により（１１−２２）面と（１１−２２）面と同等な面を有する面で囲まれた第１導電型の結晶層を形成する工程と、
前記結晶層上に発光層を形成する工程と、
前記発光層上に第２導電型の導電層を形成する工程と、
を備えることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法。
【請求項２】
前記開口部は、＜１−１００＞方向に沿った線状の開口部であることを特徴とする、請求項１に記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項３】
前記開口部は、＜１−１００＞方向に沿った六角形の開口部であることを特徴とする、請求項１に記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項４】
前記支持基板として（１１１）面Ｓｉ基板、（０００１）面ＳｉＣ基板、又は（０００１）面サファイア基板を用いることを特徴とする、請求項１に記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項５】
前記第１の導電型の導電層、前記第１導電型の結晶層、又は前記第２導電型の導電層は、少なくともＧａ、Ｎ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｍｇのいずれかの原子を含むことを特徴とする、請求項１に記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項６】
支持基板上に形成された第１導電型の導電層と、
前記導電層上に形成され、＜１−１００＞方向に沿った開口部が形成された絶縁膜と、
前記開口部に形成され、（１１−２２）面と（１１−２２）面と同等な面を有する面で囲まれた第１導電型の結晶層と、
前記結晶層上に形成された発光層と、
前記発光層上に形成された第２導電型の導電層と、
を備えることを特徴とする、発光ダイオード。
【請求項７】
前記開口部は、＜１−１００＞方向に沿った線状の開口部であることを特徴とする、請求項６に記載の発光ダイオード。
【請求項８】
前記開口部は、＜１−１００＞方向に沿った六角形の開口部であることを特徴とする、請求項６に記載の発光ダイオード。
【請求項９】
前記支持基板は、（１１１）面Ｓｉ基板、（０００１）面ＳｉＣ基板、又は（０００１）面サファイア基板であることを特徴とする、請求項６に記載の発光ダイオード。
【請求項１０】
前記第１の導電型の導電層、前記第１導電型の結晶層、又は前記第２導電型の導電層は、少なくともＧａ、Ｎ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｍｇのいずれかの原子を含むことを特徴とする、請求項６に記載の発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードの製造方法及び発光ダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
先ず、図１を参照して、従来の発光ダイオード（ＬＥＤ；Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）について説明する。図１は、従来の一般的な発光ダイオードを説明するための概略図であって、主要部の切断端面を示している。
【０００３】
発光ダイオードは、特許文献１に記載されているように、支持基板１１上に、バッファ層１２、ｎ型クラッド層１３、発光層１４、及びｐ型クラッド装１５が順次に積層されて構成されている。
【０００４】
発光ダイオードのｐ型クラッド層１５の上側表面上には、ｐ型電極１６が設けられている。また、ｎ型クラッド層１３まで掘り込まれた箇所には、オーミック接合で形成されたｎ型電極１７が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２３２６４９号公報
【特許文献２】特開２００９−０４９３４２号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Hideto  MIYAKE,  Atsushi  MOTOGAITO  and  Kazumasa  HIRAMATSU  “Efects  of  Reactor  Pressure  on  Epitaxial  Lateral  Overgroth  of  GaN  viaLow-Pressure  Metalorganic  Vapor  Phase  Epitaxy”  Jpn．J．Appl．Phys．Vol．38（1999）pp.L1000-L1002
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
窒化物半導体を用いたＬＥＤにおいて、支持基板１１として用いられる窒化ガリウム（ＧａＮ）の単結晶基板は高価であり、製造コストが上昇する問題がある。また、窒化ガリウム（ＧａＮ）の単結晶基板は、基板サイズの小さいものしか入手できない問題がある。このため、窒化物系ＬＥＤを製造するにあたっては、支持基板１１として、他の材質で形成された異種材料基板を用いて、この異種材料基板上にＧａＮなどの窒化物半導体薄膜を成長させることが考えられる。異種材料基板として、例えば、シリコン（Ｓｉ）基板、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板、サファイア基板などが用いられる。しかしながら、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板、サファイア基板はシリコン基板に比べると高価であり、製造コストが増大するという欠点がある。
【０００８】
また、発光面積を縮小させない構造として、特許文献２に記載されているように、従来のＬＥＤ構造をフリップチップ化し、裏面より光を取り出す方法がある。しかしながら、この場合、支持基板として炭化珪素（ＳｉＣ）やサフィアなどの透明な基板が必要になる。そして、上述のように炭化珪素（ＳｉＣ）やサフィアはＳｉに比べると高価であるという欠点がある。
【０００９】
また、図１で説明したように、プレーナー状やモノシリックに素子を構成する場合、サファイア等の絶縁性基板の上に窒化物半導体ＬＥＤを形成させる場合は、ｎ型電極・ｐ型電極のうち、一方の電極を形成するために、発光層１４を掘り込んで加工して電極領域を形成し、ｎ型クラッド層１３と同一平面上に電極を形成させる必要がある。このため、掘り込んだ領域の分だけ、発光面積は基板平面の面積よりも更に縮小されてしまう。
【００１０】
また、シリコン基板やＳｉＣ基板等の導電性基板の上に窒化物半導体ＬＥＤを形成させた場合は、最大で基板平面の面積に相当する分の発光面積は確保できるが、それ以上に発光面積を拡大することはできない。
【００１１】
更に、特許文献２に記載されているようにＬＥＤ構造をフリップチップ化し、裏面より光を取り出す方法もあるが、この場合においても、基板平面に相当する発光面積が最大となってしまう。
【００１２】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、発光面積を増大することができ、且つ製造コストを抑えることが可能な、新規かつ改良された発光ダイオードの製造方法及び発光ダイオードを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、支持基板上に第１導電型の導電層を形成する工程と、前記導電層上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜に＜１−１００＞方向に沿った開口部を形成する工程と、前記開口部へ選択成長法により（１１−２２）面と（１１−２２）面と同等な面を有する面で囲まれた第１導電型の結晶層を形成する工程と、前記結晶層上に発光層を形成する工程と、前記発光層上に第２導電型の導電層を形成する工程と、を備えることを特徴とする、発光ダイオードの製造方法が提供される。
【００１４】
また、前記開口部は、＜１−１００＞方向に沿った線状の開口部であってもよい。
【００１５】
また、前記開口部は、＜１−１００＞方向に沿った六角形の開口部であってもよい。
【００１６】
また、前記支持基板として（１１１）面Ｓｉ基板、（０００１）面ＳｉＣ基板、又は（０００１）面サファイア基板を用いるものであってもよい。
【００１７】
また、前記第１の導電型の導電層、前記第１導電型の結晶層、又は前記第２導電型の導電層は、少なくともＧａ、Ｎ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｍｇのいずれかの原子を含むものであってもよい。
【００１８】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、支持基板上に形成された第１導電型の導電層と、前記導電層上に形成され、＜１−１００＞方向に沿った開口部が形成された絶縁膜と、前記開口部に形成され、（１１−２２）面と（１１−２２）面と同等な面を有する面で囲まれた第１導電型の結晶層と、前記結晶層上に形成された発光層と、前記発光層上に形成された第２導電型の導電層と、を備える、発光ダイオードが提供される。
【００１９】
また、前記開口部は、＜１−１００＞方向に沿った線状の開口部であってもよい。
【００２０】
また、前記開口部は、＜１−１００＞方向に沿った六角形の開口部であってもよい。
【００２１】
また、前記支持基板は、（１１１）面Ｓｉ基板、（０００１）面ＳｉＣ基板、又は（０００１）面サファイア基板であってもよい。
【００２２】
前記第１の導電型の導電層、前記第１導電型の結晶層、又は前記第２導電型の導電層は、少なくともＧａ、Ｎ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｍｇのいずれかの原子を含むものであってもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、発光面積を増大することができ、且つ製造コストを抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】従来の発光ダイオードを説明するための概略断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を工程順に示す模式図である。
【図３】第１の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を工程順に示す模式図である。
【図４】第１の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を工程順に示す模式図である。
【図５】第１の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を工程順に示す模式図である。
【図６】第１の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を工程順に示す模式図である。
【図７】第１の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を工程順に示す模式図である。
【図８】第１の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を工程順に示す模式図である。
【図９】第２の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を工程順に示す模式図である。
【図１０】第２の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を工程順に示す模式図である。
【図１１】第２の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を工程順に示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２６】
＜１．第１の実施形態＞
第１の実施形態は、上述した発光面積を平面の面積よりも広く出来ない問題を解決するＬＥＤ構造に関する。図２〜図８は、第１の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を工程順に示す模式図である。先ず、支持基板１９上に、バッファ層２０を有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）で堆積させる。支持基板１９は、表面が（１１１）面のＳｉ基板からなる。また、支持基板１９は、表面が（０００１）面のＳｉＣ基板、または表面が（０００１）面のサファイア基板からなるものであってもよい。バッファ層２０は、窒化ガリウム（ＧａＮ）、又は窒化アルミガリウム（ＡｌＧａＮ、ＧａＮ）もしくは窒化アルミ（ＡｌＮ）等からなる。
【００２７】
次に、バッファ層２０上に、シリコン（Ｓｉ）がドープされた窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるｎ型クラッド層２１を有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）で順次成長させる。
【００２８】
次に、化学気相成長法（ＣＶＤ）法等を用いて、ｎ型クラッド層２１（ｎ−ＧａＮクラッド層）の表面に、窒化シリコン（ＳｉＮ）や二酸化シリコン（ＳｉＯ２）等の絶縁物を成膜する。その上へ、フォトレジストにより、＜１−１００＞方向に沿ったラインアンドスペースのパターニングを施し、ラインアンドスペースの開口部２２ａを有するマスクパターン２２をドライエッチングもしくはウェットエッチングにより形成する。
【００２９】
次に、開口部２２ａが施された窒化シリコン（ＳｉＮ）等からなるマスクパターン２２を、窒化物半導体の結晶成長を妨げるマスクとし、ＭＯＣＶＤ法を用いて、図４に示すように、開口部２２ａへ選択的にＳｉがドープされた窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるｎ型クラッド層２３を結晶成長させる。
【００３０】
次に、図５に示すように、シリコン（Ｓｉ）やマグネシウム（Ｍｇ）がドープされたＩｎＧａＮ／ＧａＮもしくはＡｌＧａＮ／ＧａＮが数ｎｍ単位で超格子状に積層された発光層２４を結晶成長させる。更に、発光層２４上に、マグネシウム（Ｍｇ）がドープされた窒化ガリウム（ＧａＮ）を含むｐ型クラッド層２５を順次結晶成長させる。
【００３１】
ここで、ｎ型クラッド層２１は窒化ガリウム（ＧａＮ）からなり、窒化ガリウムはウルツ鉱型結晶構造をとることが知られている。ラインアンドスペースのマスクパターン２２は、＜１−１００＞方向に沿って形成されているため、ｎ型クラッド層２３の選択成長を行うことにより、図４に示すように、（０００１）面に対して５８．４°の角度を持つ（１１−２２）面と（１１−２２）面と同等な面に囲まれた三角柱の形状を有するストライプが形成される。これにより、ｎ型クラッド層２３上に形成される発光層２４の面積を大幅に増加させることができる。
【００３２】
また、一般的に、ウルツ鉱構造の結晶の（０００１）面は、ＧａＮ／ＩｎＧａＮ等のヘテロ接合を形成すると、Ｇａ原子−Ｎ原子の極性が顕著に現れピエゾ電界が発生し、ＬＥＤ内部のｐｎ接合の発光部の発光効率を低下させてしまうことが良く知られている。一方、本実施形態におけるｎ型クラッド層２３表面の面方位は半極性面である（１１−２２）面である。このため、ｎ型クラッド層２３上に発光層２４を形成することで、（０００１）面上に形成した場合よりも発光効率の低下を抑制することが可能である。
【００３３】
次に、図６に示すように、ｐ型クラッド層２５の表面に、スパッタ法等により、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等の透明電極２６を３００ｎｍ程度堆積する。透明電極２６は、発光層２４より発光された光を透過させつつ、発光層２４の全領域へ広く効率良く電流を流すために用いる。
【００３４】
次に、サファイア基板等の絶縁基板を用いた場合や、プレーナー構造やモノシリック構造など、ｐ型クラッド層２５側にｎ型電極を形成したい場合は、図１と同様にしてｎ型電極を形成する。この場合、図７に示すように、塩素（Ｃｌ２）や三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）のガスによる誘導結合型反応性イオンエッチング法でｎ型クラッド層２１に十分達する箇所まで続けてドライエッチングを行い、チタン／アルミニウム（Ｔｉ／Ａｌ）等のｎ型電極２７を形成する。
【００３５】
また、ＳｉやＳｉＣ等の導電性基板を用いた場合で、ＧａＮを成長させていない裏側に電極構造が形成できる場合は、図８に示すように、裏面にＴｉ／Ａｌ等のｎ型電極２８を形成する。
【００３６】
図７又は図８に示す構成において、ｎ型電極２７またはｎ型電極２８を介してｎ型クラッド層２１，２３が所定の電位に設定される。また、上面電極を介してｐ型クラッド層２５及び透明電極２６に所定の電位が印加される。これにより、ｎ型クラッド層２３とｐ型クラッド層２５に挟まれた発光層２４が発光する。なお、ｐ型クラッド層２５に所定の電位を印加する上部電極は、図１のｐ型電極１６と同様にｐ型クラッド層２５（または透明電極２６）上に形成することができる。
【００３７】
図７または図８に示すＬＥＤ構造によれば、発光層２４は三角形状のｎ型クラッド層２３上に形成されるため、発光層２４の面積を支持基板１９の面積よりも大幅に増大させることができる。従って、支持基板１９を拡大することなく、発光層２４の発光面積を十分に大きくすることができる。これにより、発光効率を向上させるとともに、製造コストの上昇を抑えることが可能となる。
【００３８】
以上説明したように本実施形態のＬＥＤ構造によれば、選択成長法によって様々な面方位を作り出し、平面の面積よりも発光面積を拡大させて、高輝度化を実現することができる。
【００３９】
第１の実施形態のように、＜１−１００＞方向に対して、ラインアンドスペースのマスクパターン２２を施し、選択成長を行うことにより、５８．４°の角度を持つ（１１−２２）と（１１−２２）面と同等な面に囲まれた三角柱の形を持ったストライプを形成することができる。従って、これらの面方位を用いて、発光層が平面の場合の面積よりも発光面積を拡大させることが可能である。
【００４０】
なお、（１１−２２）面は、非特許文献１に記載されているように、基板温度９５０℃、成長圧力５００Ｔｏｒｒの成長条件で選択的に形成することができる。
【００４１】
そして、発光層２４の発光面積が多くなる分だけ、単位面積あたりの発光量を多くすることができ、ＬＥＤの輝度を高くすることができる。第１の実施形態によれば、ＬＥＤ構造の選択的な成長により、発光層２４の発光面積は、支持基板１９の平面の面積に比べて、１．９倍程度の拡大が可能となる。
【００４２】
また、ウルツ鉱構造の結晶の（０００１）面を用いるＬＥＤ構造では、ピエゾ電界によるＬＥＤ内部のｐｎ接合の発光部の発光効率低下が生じるが、本実施形態によれば、半極性面である（１１−２２）面で発光層２４の発光効率低下を抑制することが可能となる。
【００４３】
＜２．第２の実施形態＞
次の、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、図３におけるラインアンドスペースの開口部２２ａを有するマスクパターン２２の代わりに、＜１−１００＞方向と同等の方向を持つ六角形の開口部２２ｂを有するマスクパターン２２を形成するものである。ＧａＮ等の結晶(ウルツ構造)は六方晶と言われ、（０００１）面上では３回対称(各々１２０度回転した方向)で、学問上や物性上、同じ性質を持った特性を示す事が知られている。この３方向は、＜１−１００＞、＜−１０１０＞、＜０１−１０＞の３方向である。このため、＜１−１００＞、＜−１０１０＞、＜０１−１０＞の３方向と六角形の開口部２２ｂの各辺の方向が一致するようにマスクパターン２２を形成する。
【００４４】
図９は、図２に示すｎ−ＧａＮクラッド層２１の表面に、ＳｉＮやＳｉＯ２等の絶縁物を成膜し、その上に、六角形の開口部２２ｂを有するマスクパターン２２を形成した状態を示している。
【００４５】
次に、開口部２２ｂが施されたＳｉＮ等からなるマスクパターン２２を、窒化物半導体の結晶成長を妨げるマスクとし、ＭＯＣＶＤ法を用いて、図１０に示すように、開口部２２ｂへ選択的にＳｉがドープされたＧａＮからなるｎ型クラッド層２３を結晶成長させる。
【００４６】
ここで、＜１−１００＞方法と同等の方向を持つ六角形の開口部２２ｂを有するマスクパターン２２を用いて選択成長を行うと、（１１−２２）面とそれと同等の面に囲まれた六角錐のｎ型クラッド層２３が形成される。第２の実施形態におけるｎ型クラッド層２３は、第１の実施形態のｎ型クラッド層２３と形状は異なるが、その機能は同一である。第２の実施形態におけるｎ型クラッド層２３は、六角錐形状に形成される。
【００４７】
次に、図１１に示すように、シリコン（Ｓｉ）やマグネシウム（Ｍｇ）がドープされたＩｎＧａＮ／ＧａＮもしくはＡｌＧａＮ／ＧａＮの数ｎｍ単位で超格子状に積層された発光層２４、ＭｇがドープされたＧａＮを含むｐ型クラッド層２５、を順次結晶成長させる。
【００４８】
その後の工程は第１の実施形態と同様であり、ｐ型クラッド層２５の表面に、スパッタ法等により、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等の透明電極２６を３００ｎｍ程度堆積する。そして、第１の実施形態と同様にｎ型電極２７またはｎ型電極２８を形成する。
【００４９】
以上説明したように第２の実施形態によれば、六方晶の特徴を利用し、＜１−１００＞方向と同等な三方向で囲まれた六角形の開口部２２ｂを持つマスクパターン２２により選択成長を行うと、（１１−２２）面とそれと同等の面に囲まれた六角錐が形成される。第２の実施形態の六角錘の構造によれば、ＬＥＤ構造の選択的な成長により、発光面積は、支持基板１９の平面の面積に比べて３．９倍程度の拡大が可能となる。従って、これらの面方位を用いて平面の面積よりも発光面積を拡大させることが可能である。
【００５０】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００５１】
１９    支持基板
２１，２３    ｎ型クラッド層
２２    マスクパターン
２２ａ，２２ｂ    開口部
２４    発光層
２５    ｐ型クラッド層
【図１】
2013161846.tif 000003
【図２】
2013161846.tif 000004
【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】
2013161846.tif 000009
【図８】
2013161846.tif 000010
【図９】
2013161846.tif 000011
【図１０】
2013161846.tif 000012
【図１１】
2013161846.tif 000013