(57)【要約】【課題】発光ダイオード構造を形成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を基板上に成長させた後、この基板をこの層にほとんど物理的損傷を与えることなく低コストで容易に剥離することができ、垂直電流注入型の発光ダイオードを容易に製造することができる発光ダイオードの製造方法を提供する。【解決手段】基板１１上に金属からなる凸部１２を形成し、凸部１２の間の凹部１３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窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１４を成長させ、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１４から横方向成長を行った後、その上に活性層１７を含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させて発光ダイオード構造を形成する。その後、凸部１２を電気分解して除去することにより基板１１をこれらの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層から剥離する。【選択図】図１０
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【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少なくとも表面が第１の金属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、
上記第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記活性層および上記第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のうちの上記凹部に対応する部分を、上記第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の表面から深さ方向に、上記凸部の一部が露出するまで除去することにより第１の溝を形成する工程と、
上記凸部、上記第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層または上記第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の一部が露出するように第２の溝を形成する工程と、
上記第２の溝内に露出した上記凸部、上記第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層または上記第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の少なくとも一部の上に上記第１の金属よりもイオン化傾向が小さい第２の金属からなる取り出し電極を形成する工程と、
上記凸部および上記取り出し電極をアノード、上記第１の金属とイオン化傾向がほぼ等しい金属からなる対極をカソードとして電解液中で上記凸部の少なくとも一部を電気分解して除去することにより上記基板を上記第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記活性層および上記第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層から剥離する工程と
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２】
上記基板を横断し、かつ上記第１の溝と交差するように上記第２の溝を形成することを特徴とする請求項１記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項３】
上記基板の上記取り出し電極側の面に支持基板を貼り付ける工程をさらに有することを特徴とする請求項２記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項４】
上記第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記活性層および上記第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のうちの上記凹部に対応する部分を、上記第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の表面から深さ方向に、上記基板が露出し、かつ上記凸部の一部が露出するまで除去することにより上記第１の溝を形成することを特徴とする請求項３記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項５】
上記第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記活性層および上記第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のうちの互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分を、上記第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の表面から深さ方向に、少なくとも上記第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が露出するまで除去することにより第３の溝を形成する工程をさらに有することを特徴とする請求項４記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項６】
上記第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記活性層、上記第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層および上記凸部のうちの互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分を、上記第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の表面から深さ方向に、上記基板が露出するまで除去することにより上記第３の溝を形成することを特徴とする請求項５記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項７】
一主面に複数の凸部を有する基板であって当該凸部は少なくとも表面が第１の金属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、素子構造を形成し、かつ上記凸部と導通した少なくとも一層の導電性の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を含む第５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、上記第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層および上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のうちの上記凹部に対応する部分を、上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の表面から深さ方向に、上記凸部の一部が露出するまで除去することにより第１の溝を形成する工程と、
上記凸部または上記導電性の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の一部が露出するように第２の溝を形成する工程と、
上記第２の溝内に露出した上記凸部または上記導電性の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の少なくとも一部の上に上記第１の金属よりもイオン化傾向が小さい第２の金属からなる取り出し電極を形成する工程と、
上記凸部および上記取り出し電極をアノード、上記第１の金属とイオン化傾向がほぼ等しい金属からなる対極をカソードとして電解液中で上記凸部の少なくとも一部を電気分解して除去することにより上記基板を上記第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層および上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層から剥離する工程と
を有することを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項８】
一主面に複数の凸部を有する基板であって当該凸部は少なくとも表面が第１の金属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、
上記第２の層上に上記凸部と導通した少なくとも一層の導電性の層を含む第３の層を成長させる工程と、
上記第１の層、上記第２の層および上記第３の層のうちの上記凹部に対応する部分を、上記第３の層の表面から深さ方向に、上記凸部または上記導電性の層の一部が露出するまで除去することにより第１の溝を形成する工程と、
上記凸部または上記導電性の層の一部が露出するように第２の溝を形成する工程と、
上記第２の溝内に露出した上記凸部または上記導電性の層の少なくとも一部の上に上記第１の金属よりもイオン化傾向が小さい第２の金属からなる取り出し電極を形成する工程と、
上記凸部および上記取り出し電極をアノード、上記第１の金属とイオン化傾向がほぼ等しい金属からなる対極をカソードとして電解液中で上記凸部の少なくとも一部を電気分解して除去することにより上記基板を上記第２の層および上記第３の層から剥離する工程と
を有することを特徴とする機能素子の製造方法。
【請求項９】
一主面に複数の凸部を有する基板であって当該凸部は少なくとも表面が第１の金属からなるものを用い、当該基板上に上記凸部と導通した少なくとも一層の導電性の層を含む第４の層を成長させる工程と、
上記第４の層のうちの上記凹部に対応する部分を、上記第４の層の表面から深さ方向に、上記凸部または上記導電性の層の一部が露出するまで除去することにより第１の溝を形成する工程と、
上記凸部または上記導電性の層の一部が露出するように第２の溝を形成する工程と、
上記第２の溝内に露出した上記凸部または上記導電性の層の少なくとも一部の上に上記第１の金属よりもイオン化傾向が小さい第２の金属からなる取り出し電極を形成する工程と、
上記凸部および上記取り出し電極をアノード、上記第１の金属とイオン化傾向がほぼ等しい金属からなる対極をカソードとして電解液中で上記凸部の少なくとも一部を電気分解して除去することにより上記基板を上記第４の層から剥離する工程と
を有することを特徴とする機能素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、発光ダイオードの製造方法、半導体素子の製造方法および機能素子の製造方法に関し、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の製造に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば垂直電流注入型のＧａＮ系発光ダイオードを製造する場合には、サファイア基板上に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、その上に一方の電極を形成した後、このＧａＮ系半導体層からサファイア基板を剥離し、その裏面に他方の電極を形成する必要がある。従来、サファイア基板上にＧａＮ系半導体層を成長させた後、このＧａＮ系半導体層からサファイア基板を剥離する技術としては、ＫｒＦエキシマーレーザによる波長２４８ｎｍのパルスレーザ光をサファイア基板を通してこのサファイア基板との界面の部分のＧａＮ系半導体層に照射して熱分解する技術が多く用いられている（例えば、非特許文献１参照。）。最近、別の技術として、サファイア基板上に金属バッファ層を成長させてからその上にＧａＮ系半導体層を成長させた後、この金属バッファ層を化学エッチングにより除去することによりサファイア基板を剥離する技術が提案されている（例えば、非特許文献２参照。）。そのほかの技術として、サファイア基板上にＧａＮ系半導体層を成長させた後、温度を上下させて冷熱サイクルを加えることにより両者の熱膨張係数差によるひずみを生じさせることによりサファイア基板を剥離する技術も提案されている。
【０００３】
一方、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、この第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層から基板上に第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を横方向成長させ、この第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て発光ダイオード構造を形成するようにした発光ダイオードの製造方法が本出願人により提案されている（特許文献１参照。）。
【０００４】
【非特許文献１】Appl.Phys.Lett.72,599(1998)
【非特許文献２】［平成１８年６月７日検索］、インターネット〈ＵＲＬ：http://www.cir.tohoku.ac.jp/j/3activity/seika/seika04/yao.html〉
【特許文献１】特開２００７−１１６０９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
サファイア基板上にＧａＮ系半導体層を成長させた後、このＧａＮ系半導体層からサファイア基板を剥離するために、パルスレーザ光をサファイア基板との界面の近傍の部分のＧａＮ系半導体層に照射して熱分解する上述の従来の技術は、ＫｒＦエキシマーレーザという高価で大掛かりな設備を要するため、剥離コストが高く、ひいてはＧａＮ系発光ダイオードの製造コストが高くつくという問題がある。また、金属バッファ層を化学エッチングにより除去することによりサファイア基板を剥離する技術では、サファイア基板とＧａＮ系半導体層との間にはさまれた金属バッファ層をサイドエッチングする必要があるが、サファイア基板とＧａＮ系半導体層との間の隙間にエッチング液を途中で淀みを生ずることなく継続的に均一に供給することは容易ではないため、エッチングの制御性が悪く、エッチングが不均一となり、エッチングに長時間かかるなどの多くの点で問題がある。さらに、冷熱サイクルを加えることによりサファイア基板を剥離する技術では、ＧａＮ系半導体層に大きな負荷がかかるため、大きな物理的損傷が生じ、場合によっては亀裂破壊が生じてしまうおそれもある。
【０００６】
そこで、この発明が解決しようとする課題は、発光ダイオード構造を形成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を基板上に成長させた後、この基板を窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層にほとんど物理的損傷を与えることなく低コストで容易に剥離することができ、垂直電流注入型の発光ダイオードを容易に製造することができる発光ダイオードの製造方法を提供することである。
この発明が解決しようとする他の課題は、発光ダイオード、半導体レーザ、トランジスタなどを含む各種の半導体素子の素子構造を形成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を基板上に成長させた後、この基板をこの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層にほとんど物理的損傷を与えることなく低コストで容易に剥離することができ、垂直電流注入型の発光ダイオードなどの半導体素子を容易に製造することができる半導体素子の製造方法を提供することである。
この発明が解決しようとするさらに他の課題は、発光ダイオード、半導体レーザ、トランジスタなどの半導体素子だけでなく、誘電体素子、超伝導素子、電気光学素子などを含む各種の機能素子の素子構造を形成する層を基板上に成長させた後、この基板をこの層にほとんど物理的損傷を与えることなく低コストで容易に剥離することができ、垂直電流注入型の発光ダイオードなどの機能素子を容易に製造することができる機能素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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少なくとも表面が第１の金属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、
上記第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記活性層および上記第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のうちの上記凹部に対応する部分を、上記第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の表面から深さ方向に、上記凸部の一部が露出するまで除去することにより第１の溝を形成する工程と、
上記凸部、上記第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層または上記第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の一部が露出するように第２の溝を形成する工程と、
上記第２の溝内に露出した上記凸部、上記第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層または上記第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の少なくとも一部の上に上記第１の金属よりもイオン化傾向が小さい第２の金属からなる取り出し電極を形成する工程と、
上記凸部および上記取り出し電極をアノード、上記第１の金属とイオン化傾向がほぼ等しい金属からなる対極をカソードとして電解液中で上記凸部の少なくとも一部を電気分解して除去することにより上記基板を上記第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、上記活性層および上記第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層から剥離する工程と
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。
【０００８】
基板上の凸部の少なくとも表面を構成する第１の金属は、各種のものであってよいが、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長温度よりも高い融点を有することが必要である。この第１の金属は、具体的には、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）などである。この凸部はその全体を単一の金属により形成するのが最も簡便であるが、必要に応じて、凸部の表面を含む部分を第１の金属により形成し、その他の部分を他の材料により形成してもよい。これらの材料は、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、第１の金属と異なる金属や合金などの導電体などである。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 ）などの各種のもの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 ）、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。取り出し電極を構成する第２の金属は、第１の金属よりもイオン化傾向が小さい金属の中から必要に応じて選択される。一例を挙げると、第１の金属としてＣｕ、第２の金属として金（Ａｕ）を用いる。
【０００９】
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。
【００１０】
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であるが、これに限定されるものではない。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付近であるが、これに限定されるものではない。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以上であるが、これに限定されるものではない。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、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°であるが、これに限定されるものではない。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、楕円形などである。凹部の断面形状も種々の形状であってよいが、例えば、ｎ角形（ただし、ｎは３以上の整数）、具体的には三角形、四角形、五角形、六角形など、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が、これに限定されるものではない。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が、これに限定されるものではない。凸部の上面の幅Ｗt は、凸部の断面形状が三角形状の場合は０であるが、凸部の断面形状が台形状の場合は、この凸部は第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の横方向成長に使用する領域であるため、長ければ長いほど転位密度の少ない部分の面積を大きくすることができる。凸部の断面形状が台形状の場合、Ｗt は一般的には１〜１０００μｍであるが、これに限定されるものではない。
【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】
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。これらの第１の導電型側の電極または第２の導電型側の電極を通して光を取り出す場合、この光を取り出す側の電極の材料としては透明導電材料が用いられ、その反対側の電極の材料としては、好適には、活性層からの発光波長の光の反射率が高い高反射材料が用いられるが、これに限定されるものではない。
【００１４】
上述のように、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が、上部に抜けた転位は上層の第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、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族化合物半導体層に伝播し、貫通転位となる。この貫通転位は、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、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うちの凹部に対応する部分（凹部の上の部分）に集中する。この貫通転位およびその近傍は結晶性が悪く、非発光中心が多く存在するため、発光効率を低下させ、特に活性層に存在する非発光中心は発光効率に大きな悪影響を及ぼす。そこで、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、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うちの凹部に対応する部分を、第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の表面から深さ方向に、凸部の一部、典型的には凸部の側面が露出するまで除去することにより第１の溝を形成すると、この貫通転位のうちの少なくとも活性層およびその上層に発生したものを除去することができるため、非発光中心を大幅に減少させることができる。この除去する部分の幅は、凸部の一部が露出し、かつ例えばこの貫通転位の全部または大部分を除去することができる幅であればよいが、典型的には凹部の幅より大きくする。このように第１の溝内に凸部の一部を露出させるようにしているため、後の工程において電解液中で凸部を電気分解する際にこの第１の溝内で凸部に電解液が接触することが可能となる。この除去は、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法、粉末ブラスト法、サンドブラスト法などの各種の方法により行うことができる。典型的には、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、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うちの凹部に対応する部分を、第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の表面から深さ方向に、基板が露出し、かつ凸部の一部が露出するまで除去することにより第１の溝を形成する。こうすることで、貫通転位をほとんど除去することができる。
【００１５】
一方、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際、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は貫通転位が集中し、この第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の貫通転位が上層の第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、活性層および第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に伝播する。この貫通転位は、第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、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うちの互いに隣接する凹部の間の中央部に対応する部分（凹部の間の中央部の上の部分）に集中する。そこで、好適には、第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、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うちの互いに隣接する凹部の間の中央部に対応する部分を、第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の表面から深さ方向に、少なくとも第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が露出するまで除去することにより第３の溝を形成すると、この貫通転位のうちの少なくとも活性層およびその上層に発生したものを除去することができるため、非発光中心を大幅に減少させることができる。この除去する部分の幅は、例えばこの貫通転位の全部または大部分を除去することができる幅であればよい。この除去も、例えば、ＲＩＥ法、粉末ブラスト法、サンドブラスト法などの各種の方法により行うことができる。必要に応じて、第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、活性層、第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層および凸部のうちの互いに隣接する凹部の間の中央部に対応する部分を、第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の表面から深さ方向に、基板が露出するまで除去することにより第３の溝を形成してもよい。こうすることで、この第３の溝内にも凸部が露出するため、後の工程において電解液中で凸部を電気分解する際に凸部と電解液との接触面積をさらに大きくすることができ、電気分解による凸部の除去が容易となる。
【００１６】
第２の溝は凸部または第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の一部が露出するように、あるいは、第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が導電性である場合にはこの第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の一部が露出するように形成する。第２の溝は、好適には、基板を横断し、かつ第１の溝と交差するように形成する。第２の溝が基板を横断するとは、基板の外周のある部位から他の部位までこの第２の溝が延在していることを意味する。このように第２の溝が第１の溝と交差すると、第２の溝は第１の溝と連通する。第３の溝を凸部が露出するように形成する場合には、第２の溝を第１の溝およびこの第３の溝と交差するように形成し、第２の溝が第１の溝および第３の溝と連通するようにするのが好ましい。こうすることで、後の工程において電解液中で凸部を電気分解する際にこれらの第１の溝、第２の溝および第３の溝を通って凸部に電解液が接触することが可能となる。好適には、第２の溝は全ての第１の溝または第１の溝および第３の溝と連通するが、基板の剥離に支障がない限り、部分的に連通しない部分があってもよい。必要に応じて、第２の溝を第１の溝を形成する工程で同時に形成するようにしてもよい。
【００１７】
第２の溝内に露出した凸部、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層または第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の少なくとも一部の上に形成する、第１の金属よりもイオン化傾向が小さい第２の金属からなる取り出し電極は、凸部との導通を良くするために、好適には、第２の溝内に露出した凸部、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層または第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の全体の上に形成する。この取り出し電極は、凸部の上に直接形成される場合にはこの凸部と直接電気的に接続される。第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は第１の導電型であるため、取り出し電極が第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の上に形成される場合、第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が導電性であるとすると、この取り出し電極は、この第３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族化合物半導体層を介して凸部と電気的に接続される。取り出し電極が導電性の第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の上に形成される場合にはこの第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を介して凸部と電気的に接続される。この取り出し電極は、必要に応じて、凸部を電気分解した後に除去してもよい。
【００１８】
凸部を電気分解する際にカソードとして用いる対極を構成する金属としては、典型的には凸部を構成する第１の金属が用いられるが、イオン化傾向が第１の金属とほぼ等しい、第１の金属と異なる金属を用いてもよい。第２の金属からなる取り出し電極が第２の溝内に露出した第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の上に形成される場合には、凸部、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層および取り出し電極の全体をアノードとする。電気分解用の電解液としては従来公知のものを用いることができ、凸部を構成する第１の金属の種類に応じて適宜選択される。
【００１９】
この発光ダイオードの製造方法は、典型的には、凸部を電気分解する前に、基板の取り出し電極側の面に支持基板を貼り付ける工程をさらに有する。こうすることで、凸部を電気分解することにより基板を剥離した後の発光ダイオード構造体はこの支持基板によって機械的に支持されるため、破壊や損傷を防止することができるとともに、取り扱いが容易となる。典型的には、支持基板上にあらかじめ電極を形成しておき、この電極が基板の取り出し電極と接触するように支持基板を貼り付けるが、これに限定されるものではない。この電極を構成する金属としては、凸部を構成する金属よりもイオン化傾向が小さい金属、例えば第２の溝内に形成される取り出し電極を構成する金属と同一の金属が用いられる。支持基板の形状は種々の形状であってよく、基板の形状に応じて適宜選ばれるが、円形や長方形などが一般的である。
【００２０】
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。基板の形状は種々の形状であってよいが、典型的には円形である。
【００２１】
第１〜第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層および活性層を構成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は、最も一般的には、ＡｌX Ｂy Ｇａ1-x-y-z Ｉｎz Ａｓu Ｎ1-u-v Ｐv （ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、０≦ｕ≦１、０≦ｖ≦１、０≦ｘ＋ｙ＋ｚ＜１、０≦ｕ＋ｖ＜１）からなり、より具体的には、ＡｌX Ｂy Ｇａ1-x-y-z Ｉｎz Ｎ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、０≦ｘ＋ｙ＋ｚ＜１）からなり、典型的には、ＡｌX Ｇａ1-x-z Ｉｎz Ｎ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｚ≦１）からなり、具体例を挙げると、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮなどからなる。第１〜第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層および活性層を構成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は、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。
【００２２】
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４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層および活性層を構成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層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が、これに限定されるものではない。
【００２３】
この第１の発明により製造される発光ダイオードは、発光を用いる各種の電子機器に適用して好適なものである。例えば、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複数個配列した光源セルユニット、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などにおいて、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のうちの少なくとも一つ、取り分け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のうちの少なくとも一つの発光ダイオードとして、この第１の発明により製造される発光ダイオードを用いる。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。あるいは、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、その少なくとも一つの発光ダイオードとして、この第１の発明により製造される発光ダイオードを用いる。
【００２４】
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少なくとも表面が第１の金属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、素子構造を形成し、かつ上記凸部と導通した少なくとも一層の導電性の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を含む第５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、上記第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層および上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のうちの上記凹部に対応する部分を、上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の表面から深さ方向に、上記凸部の一部が露出するまで除去することにより第１の溝を形成する工程と、
上記凸部または上記導電性の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の一部が露出するように第２の溝を形成する工程と、
上記第２の溝内に露出した上記凸部または上記導電性の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の少なくとも一部の上に上記第１の金属よりもイオン化傾向が小さい第２の金属からなる取り出し電極を形成する工程と、
上記凸部および上記取り出し電極をアノード、上記第１の金属とイオン化傾向がほぼ等しい金属からなる対極をカソードとして電解液中で上記凸部の少なくとも一部を電気分解して除去することにより上記基板を上記第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層および上記第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層から剥離する工程と
を有することを特徴とする半導体素子の製造方法である。
【００２５】
第２の発明において、半導体素子には、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。素子構造を形成する第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は半導体素子の種類に応じて適宜設計される。例えば、半導体素子が発光ダイオードである場合、第５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含み、この場合、第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が含む導電性の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は例えば第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層である。
第２の発明においては、上記以外のことについては、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。
【００２６】
第３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少なくとも表面が第１の金属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、
上記第２の層上に上記凸部と導通した少なくとも一層の導電性の層を含む第３の層を成長させる工程と、
上記第１の層、上記第２の層および上記第３の層のうちの上記凹部に対応する部分を、上記第３の層の表面から深さ方向に、上記凸部または上記導電性の層の一部が露出するまで除去することにより第１の溝を形成する工程と、
上記凸部または上記導電性の層の一部が露出するように第２の溝を形成する工程と、
上記第２の溝内に露出した上記凸部または上記導電性の層の少なくとも一部の上に上記第１の金属よりもイオン化傾向が小さい第２の金属からなる取り出し電極を形成する工程と、
上記凸部および上記取り出し電極をアノード、上記第１の金属とイオン化傾向がほぼ等しい金属からなる対極をカソードとして電解液中で上記凸部の少なくとも一部を電気分解して除去することにより上記基板を上記第２の層および上記第３の層から剥離する工程と
を有することを特徴とする機能素子の製造方法である。
【００２７】
第４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少なくとも表面が第１の金属からなるものを用い、当該基板上に上記凸部と導通した少なくとも一層の導電性の層を含む第４の層を成長させる工程と、
上記第４の層のうちの上記凹部に対応する部分を、上記第４の層の表面から深さ方向に、上記凸部または上記導電性の層の一部が露出するまで除去することにより第１の溝を形成する工程と、
上記凸部または上記導電性の層の一部が露出するように第２の溝を形成する工程と、
上記第２の溝内に露出した上記凸部または上記導電性の層の少なくとも一部の上に上記第１の金属よりもイオン化傾向が小さい第２の金属からなる取り出し電極を形成する工程と、
上記凸部および上記取り出し電極をアノード、上記第１の金属とイオン化傾向がほぼ等しい金属からなる対極をカソードとして電解液中で上記凸部の少なくとも一部を電気分解して除去することにより上記基板を上記第４の層から剥離する工程と
を有することを特徴とする機能素子の製造方法である。
【００２８】
機能素子は、上記の半導体素子（発光素子、受光素子、電子走行素子など）のほかに、圧電素子、焦電素子、光学素子（非線形光学結晶を用いる第２次高調波発生素子など）、誘電体素子（強誘電体素子を含む）、超伝導素子なども含む。この場合、素子構造を形成する層の材料は、上記のような各種の半導体素子では、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などの酸化物半導体、α−ＺｎＳ、α−ＣｄＳ、α−ＣｄＳｅなど、さらにはＣｒＮ（１１１）やオキシカルコゲナイド系半導体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。ここで、オキシカルコゲナイド系半導体とは、オキシカルコゲナイドＬｎＭＯＣｈ（ただし、Ｌｎは少なくとも一種のランタノイド、ＭはＣｕまたはＣｄ、Ｃｈは少なくとも一種のカルコゲン）またはこのオキシカルコゲナイドの構成元素の一部を他の元素により置換した半導体をいい、Ｌｎは具体的には、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、ＹｂおよびＬｕからなる群より選ばれた少なくとも一種である。圧電素子、焦電素子、光学素子、誘電体素子、超伝導素子などでは、例えば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。
【００２９】
機能素子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３および第４の発明においては、上記以外のことについては、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。
【００３０】
上述のように構成された第１〜第４の発明においては、第２の金属からなる取り出し電極を形成した基板あるいはさらに取り出し電極側の面に支持基板を貼り付けた基板を電解液中に浸漬すると、電解液は第１の溝および第２の溝あるいは第１の溝、第２の溝および第３の溝内で少なくとも表面が第１の金属からなる凸部と接触する。そして、凸部および取り出し電極をアノード、第１の金属とイオン化傾向がほぼ等しい金属からなる対極をカソードとして電解液中で電気分解を行うと、凸部の少なくとも表面が電気化学的に徐々に溶解して除去されるため、基板上に成長させた層を基板から剥離することができる。この場合、電気分解の速さはアノード、カソード間に印加する電圧により容易に制御することができるため、この剥離の速さを容易に制御することができる。この剥離の際には、凸部が電気分解により徐々に除去されるため、基板上に成長させた層にほとんど物理的損傷が生じないようにすることができる。
【発明の効果】
【００３１】
この発明によれば、発光ダイオード構造あるいは素子構造を形成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を基板の一方の主面に成長させた後、この基板を窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層にほとんど物理的損傷を与えることなく低コストで容易に剥離することができ、例えば、発光効率が高い垂直電流注入型の発光ダイオードなどを容易に製造することができる。そして、この発光効率が高い垂直電流注入型の発光ダイオードを用いて、例えば、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。
【００３２】
また、素子構造を形成する層を基板の一方の主面に成長させた後、この基板を素子構造を形成する層にほとんど物理的損傷を与えることなく低コストで容易に剥離することができ、発光効率が高い垂直電流注入型の発光ダイオードなどの各種の機能素子を容易に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
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１５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。
【００３４】
この第１の実施形態においては、図１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上に断面形状が例えば台形状または長方形状の凸部１２を所定の平面形状で周期的に形成する。この基板１１の形状は種々の形状であってよいが、ここでは円形とする。凸部１２の間には逆台形状または長方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１６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１７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１６における点線の方向（ストライプに直交する方向）が後述の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１４のａ軸と平行となり、図１７における点線の方向（最隣接の凸部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１４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１６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１７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。
【００３５】
凸部１２は、少なくとも表面が金属からなり、典型的にはその全体が金属からなる。この金属としては、少なくとも窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長温度よりも高い融点を有する金属が用いられる。この凸部１２は従来公知の方法により形成することができる。例えば、基板１１上に凸部１２の形成用の材料からなる膜を形成した後、この膜をＲＩＥ法などを用いたエッチングによりパターニングすることにより凸部１２を形成したり、基板１１上に凸部１２に対応する部分が開口したレジストパターンを形成し、基板１１の全面に凸部１２の形成用の材料からなる膜を形成した後、レジストパターンをその上に形成された膜とともに除去（リフトオフ）したりすることにより凸部１２を形成することができる。
【００３６】
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、特許文献１に記載された方法と同様にして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。すなわち、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を複数生成させ、これらの微小核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族化合物半導体層を成長させ、引き続いて、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層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。こうして、図２に示すように、凹部１３を埋めるように、断面形状が五角形状の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１４が成長する。図２において、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の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１４を一点鎖線で示す。例えば、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１４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１４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１４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１４の延在方向はその〈１１−２０〉方向であってもよい。窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１４には基板１１との界面から転位１５が発生する。
【００３７】
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、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１４は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の上に広がって行き、さらに横方向成長を続けると、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１４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１４同士が凸部１２上で接触し、会合する。引き続いて、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１４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。この状態の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１４を図３に示す。こうして成長された窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１４には基板１１と平行な方向に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１４の転位１５が伝播するが、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１４の上層部の転位密度は極めて低くなる。この場合、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１４はｎ型であるとする。
【００３８】
次に、図３に示すように、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１４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。これらの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１４、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においては、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１４同士の会合部では、貫通転位１９が高密度（例えば、１０8 ／ｃｍ2 程度以上）に発生し、凹部１３の上の部分でも低密度ではあるが貫通転位１９が発生し、その他の部分は低転位密度となっている。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ない。図１８に、凸部１２が図１６に示す平面形状を有する場合の貫通転位１９の分布を示す。また、図１９に、凸部１２が図１７に示す平面形状を有する場合の貫通転位１９の分布を示す。
【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 ）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。
【００４０】
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１４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２において一点鎖線で示す状態の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１４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２０参照）。
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。
【００４１】
図２に示す窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１４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１４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１４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１４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１４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２に示すように窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１４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１４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１４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３に示す工程における窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１４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１４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１４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１４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族化合物半導体層１４が例えばＧａＮ層の場合、原料ガスの流量は、例えば、��ＭＧは４０ＳＣＣＭ、ＮＨ3 は２０ＳＬＭである。こうすることで、図３に示すように窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１４が横方向成長する。
【００４２】
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１７などの劣化を防止するためである。なお、この熱処理は、後述のｐ側電極を形成した後に行ってもよい。
【００４３】
次に、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８上にリソグラフィーにより、凹部１３に対応する部分の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１４、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に発生した貫通転位１９を含む所定部分に対応する部分が開口した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ＲＩＥ法により基板１１が露出するまでエッチングする。このエッチングにより、図４に示すように、溝２０が形成され、この溝２０の部分にあった貫通転位１９が除去される。この後、レジストパターンを除去する。次に、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８上にリソグラフィーにより、凸部１２の中央部に対応する部分の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１４、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に発生した貫通転位１９を含む所定部分に対応する部分が開口した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ＲＩＥ法によりｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６の厚さ方向の途中の深さまでエッチングする。このエッチングにより、溝２１が形成され、この溝２１の部分にあった貫通転位１９が除去される。溝２０および溝２１の形成順序は逆にしてもよい。
【００４４】
次に、図５に示すように、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１４、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が成長された基板１１を横断し、かつ例えば図１６または図１７において点線で示す方向に直線状に延在する細長い溝２２を形成し、この溝２２内に凸部１２を露出させる。この溝２２は具体的には例えば次のようにして形成する。すなわち、まず、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８上に、形成しようとする溝２２に対応する部分が開口したレジストパターン（図示せず）を形成する。次に、このレジストパターンをマスクとして例えばＲＩＥ法により窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１４、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を凸部１２が露出するまでエッチングする。こうして溝２２が形成される。図５には、一例として凸部１２が図１６に示すようにストライプ形状である場合の溝２０の延在方向を示してある。この溝２２は少なくとも一つ形成すれば足りるが、必要に応じて互いに平行に複数形成してもよい。図６Ａに溝２２の外側でこの溝２２に平行な直線（図５のＡ−Ａ線）に沿っての断面図、図６Ｂに溝２２の中心線（図５のＢ−Ｂ線）に沿っての断面図を示す。この場合、この溝２２は全ての溝２０および溝２１と連通している。
【００４５】
次に、図７Ｂに示すように、溝２２内に露出した凸部１２上に、この凸部１２を構成する金属よりもイオン化傾向が小さい金属からなる取り出し電極２３を形成する。ここで、図７Ｂは溝２２の中心線（図５のＢ−Ｂ線）に沿っての断面図を示す。図７Ａに、この状態における溝２２の外側でこの溝２２に平行な直線（図５のＡ−Ａ線）に沿っての断面図を示す。一例を挙げると、凸部１２を構成する金属としてＣｕを用い、この取り出し電極２３を構成する金属としてＡｕを用いる。この取り出し電極２３は具体的には例えば次のようにして形成する。すなわち、まず、溝２２内に露出した凸部１２の上の部分だけが開口したレジストパターン（図示せず）を形成した後、凸部１２を構成する金属よりもイオン化傾向が小さい金属を真空蒸着法により全面に形成した後、この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。こうして、溝２２内に露出した凸部１２上に取り出し電極２３が形成される。この取り出し電極２３は例えばめっき法により形成することも可能である。
【００４６】
次に、図８に示すように、基板１１の取り出し電極２３側の面に基板１１より大きい支持基板２４を貼り付ける。図９Ａに溝２２の外側でこの溝２２に平行な直線（図８のＡ−Ａ線）に沿っての断面図、図９Ｂに溝２２の中心線（図８のＢ−Ｂ線）に沿っての断面図を示す。図９Ｂに示すように、支持基板２４の一方の主面には凸部１２を構成する金属よりもイオン化傾向が小さい金属からなる電極２５が形成されており、この電極２５が取り出し電極２３の上面と接触している。この電極２５により全ての取り出し電極２３が互いに電気的に接続されている。一例を挙げると、凸部１２を構成する金属としてＣｕを用い、取り出し電極２３を構成する金属としてＡｕを用いる場合、この電極２５を構成する金属としてはＡｕを用いる。
【００４７】
次に、図１０に示すように、電解槽２６中に入れられた電解液２７中に基板１１および支持基板２４の全体を浸漬するとともに、電解液２７中に対極２８を浸漬する。この対極２８としては、凸部１２を構成する金属とイオン化傾向がほぼ等しい金属からなるものを用いる。一例を挙げると、凸部１２を構成する金属としてＣｕを用いる場合、この対極２８を構成する金属としてはＣｕを用いる。電解液２７としては従来公知のものを用いることができ、凸部１２を構成する金属や凸部１２を電気分解する速さなどに応じて適宜調製される。例えば、凸部１２を構成する金属としてＣｕを用いる場合、電解液２７として硫酸銅溶液を用いる。より具体的には、電解液２７としては、例えば、ＣｕＳＯ4 ：Ｈ2 ＳＯ4 ＝１：１（モル比）（Ｈ2 ＳＯ4 溶液の濃度：１ｍｏｌ／ｌ）を用いることができる。
【００４８】
そして、凸部１２、取り出し電極２３および電極２５をアノード、対極２８をカソードとして、すなわち凸部１２、取り出し電極２３および電極２５に対して対極２８が負電位となるように電圧を印加して凸部１２を電気分解し、除去する。こうして凸部１２が除去されると、図１１に示すように、基板１１が窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１４、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から剥離する。この電気分解の際にカソードに対してアノードに印加する直流電圧は凸部１２を電気分解する速さなどに応じて適宜選択されるが、例えば約０．３Ｖである。また、この電気分解の際にアノードに流す直流電流密度は凸部１２を電気分解する速さなどに応じて適宜選択されるが、例えば、約０．１ｍＡ／ｃｍ2 に設定して凸部１２を電気分解することができる。
【００４９】
こうして基板１１が剥離することにより、図１２に示すように、支持基板２４上に発光ダイオード構造を形成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が形成されたものが得られる。図１３Ａに溝２２の外側でこの溝２２に平行な直線（図１２のＢ−Ｂ線）に沿っての断面図、図１３Ｂに溝２２の中心線（図１２のＡ−Ａ線）に沿っての断面図を示す。
この後、必要に応じて溝２２内の取り出し電極２３を除去する。
【００５０】
次に、図１４に示すように、溝２０の内部を誘電体２９により埋め込んで表面を平坦化した後、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１４の裏面にｎ側電極３０を形成する。この誘電体２９としては、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１４、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の屈折率よりも小さい屈折率を有し、かつ、活性層１７からの発光波長の光に対して透明なものが用いられ、具体的には例えばＳｉＯ2 が用いられる。
次に、このｎ側電極３０側の面を別の支持基板（図示せず）に貼り付けた後、支持基板２４を電極２５とともに剥離する。
次に、図１５に示すように、溝２１の内部を誘電体３１により埋め込んで表面を平坦化した後、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８上にｐ側電極３２を形成する。
【００５１】
ここで、ｐ側電極３２およびｎ側電極３０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。ｐ側電極３２を高反射電極とする場合には、その材料として、例えば、ＡｇやＡｇを主成分として含むＡｇ合金などの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。
以上により、目的とする垂直電流注入型発光ダイオードが製造される。
【００５２】
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１４が、下から順に、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３２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３０としては、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ構造のものを用いる。
こうして得られた発光ダイオードにおいては、ｐ側電極３２とｎ側電極３０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、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。
【００５３】
以上のように、この第１の実施形態によれば、基板１１上に成長された発光ダイオード構造を形成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を、高価で大掛かりな装置を用いることなく、しかもこれらの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に物理的損傷をほとんど与えることなく、基板１１から容易に剥離することができることにより、互いに対向したｐ側電極３２とｎ側電極３０との間に電流を流す垂直電流注入型の発光ダイオードを低コストで製造することができる。また、基板１１を必要に応じて表面研磨などの表面処理を経てリサイクルすることができるので、資源を有効利用することができるとともに、発光ダイオードの製造コストの低減を図ることができる。
【００５４】
また、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１４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１４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。さらに、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１４、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に発生した貫通転位１９を、溝２０、２１を形成することにより除去しているので、この除去された部分の貫通転位１９およびその近傍の部分に集中して発生した非発光中心を除去することができる。このため、非発光再結合の大幅な低減を図ることができる。これによって、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。
【００５５】
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。
【００５６】
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、図２１に示すように、第１の実施形態の図４に示す工程において、凸部１２の中央部に対応する部分の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１４、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に発生した貫通転位１９を含む所定部分を基板１１が露出するまでエッチングして溝２１を形成し、この溝２１内に凸部１２の側面を露出させる。
【００５７】
この後、第１の実施形態と同様に工程を進めて、図２２に示すように、電解槽２６中に入れられた電解液２７中に基板１１および支持電極２４の全体を浸漬するとともに、電解液２７中に対極２８を浸漬し、凸部１２を電気分解して除去する。こうして基板１１を剥離する。この場合、凸部１２は溝２０、２２内に露出しているだけでなく、溝２１内にも露出しているので、電解液はこれらの溝２０〜２２内で凸部１２と接触するため、凸部１２に対する電解液の接触面積が大きくなり、これによって凸部１２を電気分解により除去しやすくなり、凸部１２をより短時間で除去することができる。
この後、第１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。
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に加えて、基板１１の剥離をより短時間で行うことができるので、発光ダイオードの製造をより短時間で行うことができるという利点を得ることができる。
【００５８】
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２３に示すように、第１の実施形態の図５および図６に示す工程において溝２２を形成する際に、ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６の厚さ方向の途中の深さまでエッチングして溝２２を形成し、この溝２２内にｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６を露出させる。
次に、図２４に示すように、溝２２内に露出したｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６上に取り出し電極２３を形成する。この取り出し電極２３はｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６を介して凸部１２と電気的に接続されている。
この後、第１の実施形態と同様に工程を進めて、図２５に示すように、電解槽２６中に入れられた電解液２７中に基板１１および支持電極２４の全体を浸漬するとともに、電解液２７中に対極２８を浸漬し、凸部１２を電気分解して除去する。こうして基板１１を剥離する。
この後、第１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。
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。
【００５９】
次に、この発明の第４の実施形態について説明する。
この第２の実施形態においては、第３の実施形態において溝２１を形成する際に、凸部１２の中央部に対応する部分の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１４、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に発生した貫通転位１９を含む所定部分を基板１１が露出するまでエッチングして溝２１を形成し、この溝２１内に凸部１２の側面を露出させる。
この後、第１の実施形態と同様に工程を進めて、図２６に示すように、電解槽２６中に入れられた電解液２７中に基板１１および支持電極２４の全体を浸漬するとともに、電解液２７中に対極２８を浸漬し、凸部１２を電気分解して除去する。こうして基板１１を剥離する。この場合、凸部１２は溝２０、２２内に露出しているだけでなく、溝２１内にも露出しているので、電解液はこれらの溝２０〜２２内で凸部１２と接触するため、凸部１２に対する電解液の接触面積が大きくなり、これによって凸部１２を電気分解により除去しやすくなり、凸部１２をより短時間で除去することができる。
この後、第１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。
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に加えて、基板１１の剥離をより短時間で行うことができるので、発光ダイオードの製造をより短時間で行うことができるという利点を得ることができる。
【００６０】
次に、この発明の第５の実施形態について説明する。
この第５の実施形態においては、第１〜第４の実施形態のいずれか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〜第４の実施形態のいずれかにより青色発光の発光ダイオードをフリップチップの形で得る。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。
【００６１】
そして、図２７に示すように、配線基板６１上に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、これを所定のパターンで必要な数配置する。次に、この一単位を覆うように透明樹脂のポッティングを行った後、この透明樹脂のキュア処理を行う。このキュア処理により透明樹脂は固化し、それに伴い少し縮小する。こうして、図２８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透明樹脂６８により封止されて配線基板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。
この発光ダイオードバックライトは、例えば液晶パネルのバックライトに用いて好適なものである。
【００６２】
次に、この発明の第６の実施形態について説明する。
この第６の実施形態においては、第５の実施形態と同様にして、赤色発光の発光ダイオードチップ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を配線基板６１上に所定のパターンで必要な数配置した後、図２９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配線基板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。
【００６３】
次に、この発明の第７の実施形態について説明する。
この第７の実施形態においては、第１〜第４の実施形態のいずれか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３０Ａに示すように、この第７の実施形態においては、第５の実施形態と同様にして、赤色発光の発光ダイオードチップ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３０Ｂ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５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５の実施形態と同様にして、赤色発光の発光ダイオードチップ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。
【００６４】
プリント配線基板７６上のセル７５の配置の具体例を図３１および図３２に示すが、これらに限定されるものではない。図３１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３２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３３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。
【００６５】
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７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、凸部１２および凹部１３の方位などを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【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を説明するための断面図である。
【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を説明するための平面図である。
【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を説明するための断面図である。
【図７】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８】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平面図である。
【図９】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１０】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１１】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を説明するための平面図である。
【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を説明するための断面図である。
【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を説明するための断面図である。
【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を説明するための断面図である。
【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形成する凸部の平面形状の例を示す平面図である。
【図１７】この発明の第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用いる凹凸基板を示す略線図である。
【図２１】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２２】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２３】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を説明するための断面図である。
【図２４】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を説明するための断面図である。
【図２５】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を説明するための断面図である。
【図２６】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２７】この発明の第５の実施形態による発光ダイオードバックライトの製造方法を説明するための断面図である。
【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２９】この発明の第６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３０】この発明の第７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３１】この発明の第７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３２】この発明の第７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３３】この発明の第７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。
【符号の説明】
【００６７】
１１…基板、１２…凸部、１３…凹部、１４…窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、１５…転位、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…貫通転位、２０〜２２…溝、２３…取り出し電極、２４…支持基板、２５…電極、２６…電解槽、２７…電解液、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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