JP2008053385A - 窒化物半導体発光ダイオード素子 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の表面にストライプ状の溝を有する窒化物半導体発光ダイオード素子における光取出し効率の改善を図り、照明装置用の光源に適した、発光効率の高い窒化物半導体発光ダイオード素子を提供する。
【解決手段】窒化物半導体発光ダイオード素子１０において、サファイア基板１１の結晶成長面には平行に並んだストライプ状の溝Ｔ１０が複数形成され、その上には溝Ｔ１０を埋めるように窒化物半導体層Ｎが形成され、窒化物半導体層Ｎは発光するｐｎ接合部を含んでいる。窒化物半導体層Ｎはサファイア基板１１よりも高い屈折率を有しており、ストライプ状の溝Ｔ１０の少なくとも一部は、壁面Ｅをもって終端された、末端を有する溝である。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子構造の主要部を窒化物半導体で構成した窒化物半導体発光ダイオード素子（以下、窒化物ＬＥＤともいう。）に関し、特に、光取出し効率を改善するために、基板の表面にストライプ状の溝を設けた窒化物ＬＥＤに関する。

窒化物半導体は、化学式Ａｌ_ａＩｎ_ｂＧａ_{１−ａ−ｂ}Ｎ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ａ＋ｂ≦１）で表される化合物半導体であり、３族窒化物半導体などとも呼ばれる。上記化学式において、３族元素の一部をＢ（ホウ素）、Ｔｌ（タリウム）などで置換したもの、また、Ｎ（窒素）の一部をＰ（リン）、Ａｓ（ヒ素）、Ｓｂ（アンチモン）、Ｂｉ（ビスマス）などで置換したものも、窒化物半導体に含まれる。現在、窒化物ＬＥＤは表示装置用の光源として広く使用されているが、照明装置用の光源としても期待されており、そのために、窒化物ＬＥＤの発光効率の更なる改善を目的とした研究開発が盛んに行われている。

図９に、従来の窒化物ＬＥＤの典型的な構造例を示す。図９（ａ）は上面図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＸ１００−Ｘ１００線の位置における断面図である。この図に示す窒化物ＬＥＤ１００は、サファイア基板１０１の上に、有機金属化合物気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）などの気相エピタキシャル成長法を用いて、図示しないバッファ層を介して、窒化物半導体からなるｎ型層１０２およびｐ型層１０３を順次積層して窒化物半導体層Ｎを形成し、ドライエッチングにより露出させたｎ型層１０２の表面に負電極１０４を形成し、ｐ型層１０３上に、透光性を有する金属薄膜（膜厚約１０ｎｍ）からなる正電極１０５を形成することにより、構成されている。ｎ型層１０２とｐ型層１０３との境界部にはｐｎ接合が形成されており、負電極１０４と正電極１０５を通して素子に通電すると、ｐｎ接合部において発光が生じる。ｐｎ接合部に活性層を設けてダブルヘテロ構造を構成したものは、特に高い発光効率を示す。ここで、ｐｎ接合部のうち、実際に発光するのは、正電極１０５の直下に位置する部分である。理由は、ｐ型の窒化物半導体は導電性が低いために、ｐ型層１０３の内部では、電流（正孔電流）が横方向（ｐ型層１０３の厚さ方向に直交する方向）には殆ど拡散しないからである。

図９に示す窒化物ＬＥＤ１００においては、発光部で生じる光が、ｎ型層１０２およびｐ型層１０３からなる窒化物半導体層Ｎに閉じ込められる傾向が強く、このことが素子の発光効率の向上を妨げる一因となっている。このような光の閉じ込めは、相対的に屈折率が高い窒化物半導体層Ｎを、相対的に屈折率が低いサファイア基板１０１と（薄い正電極１０５を介して）空気が挟んでいるために、窒化物半導体層Ｎをコア（導波部）とする面状の導波路構造が構成されることによって生じる。このような導波路構造が形成されると、光が素子外部に出ないで、窒化物半導体層Ｎ内を伝播する状態が安定化するためである。この問題は、窒化物ＬＥＤ１００をエポキシなどの樹脂で封止しても、あまり改善されない。樹脂材料の屈折率は空気よりは高いが、窒化物半導体の屈折率と比べると、なお低いためである。このような導波路構造の形成による光の閉じ込めは、金属薄膜からなる正電極１０５を用いた場合に限って生じるものではなく、開口部を有する正電極を用いた場合、正電極を反射性の電極とした場合、正電極をＩＴＯ（インジウム錫酸化物）などの透明導電性酸化物で形成した場合などにも生じる。

導波路構造の形成による窒化物半導体層への光閉じ込めを緩和するには、素子の内部に凹凸構造を設けることによって、光の乱反射を発生させることが有効である（特許文献１）。図１０は、基板表面にストライプ状の凹凸構造を設けた従来の窒化物ＬＥＤの構造を例示する図で、図１０（ａ）は上面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＸ２００−Ｘ２００線の位置における断面図、図１０（ｃ）は図１０（ａ）のＹ２００−Ｙ２００線の位置における断面図である。サファイア基板２０１の表面には、図１０（ａ）のＹ２００−Ｙ２００線に平行な、基板表面を横切るストライプ状の溝Ｔ２００が複数形成されており、その上に、図示しないバッファ層を介して、ｎ型層２０２およびｐ型層２０３からなる窒化物半導体層Ｎが形成されている。溝Ｔ２００はｎ型層２０２により埋められている。このような、ストライプ状の溝が規則的に配列されてなる凹凸構造は、その作製が容易である他、窒化物半導体層により埋めることが容易であるという利点を有している。

特開２００２−２８０６１１号公報

図１０に示す従来の窒化物ＬＥＤ２００において、サファイア基板２０１の表面は、溝Ｔ２００の長手方向に直交する断面、すなわち、図１０（ｂ）に示す断面を見れば、凹凸状となっている。よって、窒化物半導体層Ｎの内部を、この断面に平行な方向、つまり、図１０（ａ）のＸ２００−Ｘ２００線に平行な方向に伝播する光成分は乱反射を受けて、素子外に取出される確率が高くなる。しかし、溝Ｔ２００の長手方向に沿った断面、すなわち、図１０（ｃ）に示す断面を見ると、サファイア基板２０１の表面は凹凸状ではない。従って、窒化物半導体層Ｎの内部を、この断面に平行な方向、つまり、図１０（ａ）のＹ２００−Ｙ２００線に平行な方向に伝播する光成分は、サファイア基板２０１の表面で乱反射を受けず、素子外に取出される確率が低いままである。つまり、窒化物ＬＥＤ２００においては、凹凸構造を設けたことよる光取出し効率の改善が、十分に達成されているとはいえない。

本発明はこのような問題を解決するためになされたものであって、基板の表面にストライプ状の溝を有する窒化物半導体発光ダイオード素子における光取出し効率の改善を図り、それによって、照明装置用の光源に適した、発光効率の高い窒化物半導体発光ダイオード素子を提供することを、主な目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明では、基板の表面に末端を有するストライプ状の溝を設け、この溝の末端の段差によって、窒化物半導体層の内部を該溝の長手方向に沿って伝播する光成分を乱反射させ、その素子外への取出しを促進する。

すなわち、本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子は、次の特徴を有する。
（１）透明な結晶基板の結晶成長面に、平行に並んだストライプ状の溝が複数形成され、該結晶成長面上に、該溝を埋めるように窒化物半導体層が形成され、該窒化物半導体層が発光するｐｎ接合部を含んでいる、窒化物半導体発光ダイオード素子であって、前記窒化物半導体層は前記結晶基板よりも高い屈折率を有しており、前記ストライプ状の溝の少なくとも一部は、末端を有する溝である、窒化物半導体発光ダイオード素子。
（２）前記発光するｐｎ接合部が、前記末端を有する溝の、末端の上方を除く領域のみに設けられている、前記（１）に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
（３）前記発光するｐｎ接合部に活性層が設けられており、かつ、前記末端を有する溝の、末端の上方には、活性層がエッチングにより取り除かれた領域が存在している、前記（２）に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
（４）前記結晶成長面には、第１の方向に伸びるストライプ状の溝が複数平行に形成された第１の凹凸領域と、該第１の方向とは異なる第２の方向に伸びるストライプ状の溝が複数平行に形成された第２の凹凸領域とが設けられている、前記（１）〜（３）のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
（５）前記第１の方向および第２の方向が、前記窒化物半導体層を構成する窒化物半導体結晶にとって、結晶学的に等価な方向である、前記（４）に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。

本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子では、基板の表面に設ける凹凸構造を、ストライプ状の溝が並んだ凹凸構造とする。このような凹凸構造は作製が容易であり、かつ、窒化物半導体層により埋めることが容易である。更に、このストライプ状の溝の少なくとも一部を、末端を有する溝とするので、窒化物半導体層内をストライプ状の溝の長手方向に沿って伝播する光成分の、素子外への取出しが促進され、光取出し効率が改善される。よって、本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子は、発光効率の高いものとなり、照明装置用の光源として好適に用いることができる。

図１に、本発明の一実施形態に係る窒化物ＬＥＤの構造を示す。図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ１０−Ｘ１０線の位置における断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＹ１０−Ｙ１０線の位置（後述する溝Ｔ１０のひとつを縦断する位置）における断面図である。この図に示す窒化物ＬＥＤ１０において、１１はサファイア基板であり、その表面には、図１（ａ）のＸ１０−Ｘ１０線に直交する方向に伸びる、ストライプ状の溝Ｔ１０が複数、等間隔で、平行に形成されている。図２は、このサファイア基板１１のみを抜き出して描いた上面図である。

サファイア基板１１上には、図示しないバッファ層を介して、ｎ型層１２およびｐ型層１３からなる窒化物半導体層Ｎが形成されている。ｎ型層１２は溝Ｔ１０を埋めている。ｐ型層１３の一部がドライエッチングにより除去され、それによって露出したｎ型層１２の表面に負電極１４が形成されている。ｐ型層１３上には正電極１５が形成されている。ＬＥＤ１０の発光部はｎ型層１２とｐ型層１３との境界部に形成されるｐｎ接合部のうち、正電極１５の直下に位置する部分である。このｐｎ接合部に活性層を設けてダブルヘテロ構造を構成すると、特に高い発光効率が得られる。図２においては、点線で囲んだ領域が、正電極１５の射影領域、すなわち、発光するｐｎ接合部の射影領域である。

図１に示す窒化物ＬＥＤ１０の特徴的な構造は、サファイア基板１１の表面に設けられたストライプ状の溝Ｔ１０が、基板表面を横切っておらず、末端を有している点である。すなわち、溝Ｔ１０の端は、壁面Ｅをもって終端されている。この溝Ｔ１０の末端に形成される段差によって、窒化物半導体層Ｎの内部を溝Ｔ１０に平行な方向に伝播する光が乱反射されるので、ＬＥＤの光取出し効率が改善される。ＬＥＤ１０では、この効果を高くするために、サファイア基板１１の表面に設ける溝Ｔ１０の全てを、両側に末端を有する溝としている。

図１に示す窒化物ＬＥＤ１０の、もうひとつの特徴的な構造は、図２に示すように、発光するｐｎ接合部が、溝Ｔ３１の末端の上方を除く領域のみに設けられていることである。別の言い方をすると、発光するｐｎ接合部を、サファイア基板１１の表面の凹凸が規則的なパターンを呈している領域の上方のみに設けていることである。その理由は、溝Ｔ１０の末端が位置する領域では、凹凸パターンの規則性が破れているために、その上方に成長する窒化物半導体結晶では、他の領域上に成長する窒化物半導体結晶よりも、欠陥の密度が高くなる傾向があるからである。窒化物半導体結晶の欠陥密度が高い領域に形成したｐｎ接合部に電流を流して発光させようとすると、発光に寄与することなくｐｎ接合部を横切って流れる電流（リーク電流）が多くなり、ＬＥＤの発光効率が低くなる。従って、そのような領域を避けて、発光するｐｎ接合部を設けることによって、ＬＥＤの発光効率の低下を抑えることができる。この目的にとって、素子を上面視したときの、発光するｐｎ接合部の外縁と溝の末端との距離は、１μｍ以上とすることが好ましく、５μｍ以上とすることがより好ましく、１０μｍ以上とすることが特に好ましい。

図３に、本発明の他の実施形態に係る窒化物ＬＥＤの構造を示す。図３（ａ）は上面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＸ２１−Ｘ２１線の位置における断面図、図３（ｃ）は図１（ａ）のＸ２２−Ｘ２２線の位置における断面図である。この図に示す窒化物ＬＥＤ２０において、２１はサファイア基板であり、その表面には、図３（ａ）のＸ２１−Ｘ２１線（およびＸ２２−Ｘ２２線）に直交する方向に伸びる、ストライプ状の溝Ｔ２０が複数、等間隔で、平行に形成されている。図４は、このサファイア基板２１のみを抜き出して描いた上面図である。

サファイア基板２１上には、図示しないバッファ層を介して、ｎ型層２２およびｐ型層２３からなる窒化物半導体層Ｎが形成されている。ｎ型層２２は溝Ｔ２０を埋めている。ｐ型層２３の一部がドライエッチングにより除去され、それによって露出したｎ型層２２の表面に負電極２４が形成されている。ｐ型層２３上には２つの正電極２５が、それぞれ異なる位置に形成されている。ＬＥＤ２０の発光部はｎ型層２２とｐ型層２３との境界部に形成されるｐｎ接合部のうち、正電極２５の直下に位置する部分である。このｐｎ接合部に活性層を設けてダブルヘテロ構造を構成すると、特に高い発光効率が得られる。

図３に示す窒化物ＬＥＤ２０の構造上の特徴は、図１の窒化物ＬＥＤ１０に比べて、サファイア基板２１の表面に設けられたストライプ状の溝Ｔ２０の長さが短く、かつ、その数が多いことである。それによって、サファイア基板の表面に存在する溝の末端の数も多くなっているので、溝の末端の段差の作用による光取出し効率の改善効果が、より顕著に現れることになる。なお、図４において、点線で囲んだ領域は、正電極２５の射影領域、すなわち、発光するｐｎ接合部の射影領域であるが、このＬＥＤ２０の例でも、発光するｐｎ接合部が、サファイア基板２１の表面に設けられた溝Ｔ２０の末端の上方を避けるようにして設けられている。

図５に、本発明の更に他の実施形態に係る窒化物ＬＥＤの構造を示す。図５（ａ）は上面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＸ３１−Ｘ３１線の位置における断面図、図５（ｃ）は図５（ａ）のＸ３２−Ｘ３２線の位置における断面図である。図６は、図５に示す窒化物ＬＥＤ３０に含まれるサファイア基板３１のみを抜き出して描いた上面図である。図６において、点線で囲んだ領域は、後述する正電極３５の射影領域であり、発光するｐｎ接合部の射影領域に相当する。

窒化物ＬＥＤ３０では、サファイア基板３１の表面に２つの凹凸領域が設けられている。一方の凹凸領域は、両側に末端を有するストライプ状の溝Ｔ３１が複数、等間隔で、平行に形成された領域であり、他方の凹凸領域は、両側に末端を有し、溝Ｔ３１とは異なる方向に伸びるストライプ状の溝Ｔ３２が、複数、等間隔で、平行に形成された領域である。サファイア基板３１上には、図示しないバッファ層を介して、ｎ型層３２およびｐ型層３３からなる窒化物半導体層Ｎが形成されている。この例では、ｐｎ接合部となるｎ型層３２の最上部に、活性層Ａが設けられている。ｎ型層３２は溝Ｔ３１およびＴ３２を埋めている。ｐ型層３３の一部がドライエッチングにより除去され、それによって露出したｎ型層３２の表面に、負電極３４が形成されている。この図の例では、２つの負電極３４が、ｎ型層３２の露出面上の異なる位置に形成されている。この図の例では、また、上記ドライエッチングによって、ｎ型層３２上にｐ型層３３が積層された積層構造部が２つに分けられており、それぞれの積層構造部のｐ型層３３上に正電極３５が形成されている。ＬＥＤ３０の発光部は、ｎ型層３２とｐ型層３３との境界部に形成されるｐｎ接合部のうち、正電極３５の直下に位置する部分である。

図５に示す窒化物ＬＥＤ３０の特徴のひとつは、サファイア基板３１の表面に設けられた２つの凹凸領域では、当該凹凸領域に形成されたストライプ状の溝の長手方向が異なっていることである。それによって、一方の凹凸領域では乱反射され難い光成分（当該凹凸領域の溝の長手方向に伝播する光成分）が、他方の凹凸領域では乱反射され易くなるために、ＬＥＤの光取り出し効率が改善される。この実施形態において、異なる方向に伸びる溝は、その長手方向が結晶学的に等価な方向となるように設けることが望ましい。例えば、２つの溝の長手方向を、いずれも、窒化物半導体層Ｎを構成する窒化物半導体結晶の＜１１−２０＞方向とすると、溝を埋めるように窒化物半導体結晶を成長させることが容易となる。

図５に示す窒化物ＬＥＤ３０のもうひとつの特徴は、溝Ｔ３１およびＴ３２の末端の上方の領域では、窒化物半導体層Ｎが活性層Ａの下面を超える深さにエッチングされることにより、活性層Ａが除去されていることである。活性層は、当該活性層で生じる光に対し、吸収層として働くことから、このように、ｐｎ接合部を発光させない領域からは活性層Ａを除去することが、ＬＥＤの発光効率を改善するうえで好ましい。更に、このエッチングによって露出する活性層Ａの端面を傾斜させることによって、光取出し効率の更なる改善を図ることができる。

以上に例示した窒化物ＬＥＤは、次のようにして製造することができる。
サファイア基板の表面にストライプ状の溝を設けるには、通常のサファイア基板の表面にエッチングマスクを形成し、フォトリソグラフィ技法を用いてこのエッチングマスクにストライプ状の開口部をパターニングした後、開口部に露出したサファイア基板の表面をエッチングすればよい。このエッチングは、イオンビームエッチング法、反応性イオンエッチング法などのドライエッチング法を用いて行うことが好ましい。溝の幅および、隣接する溝の中心線間の間隔は、例えば、０．５μｍ〜１０μｍとすることができる。溝の深さは、例えば、０．２μｍ〜５μｍとすることができる。溝の断面形状としては、図７（ａ）に示す矩形状、図７（ｂ）に示す台形状、図７（ｃ）に示すＶ字状、図７（ｄ）に示す半円状など、種々の形状が例示される。溝の末端における上面形状（開口部の形状）としては、図８（ａ）〜（ｄ）に示す形状が例示される。

サファイア基板上に窒化物半導体層を成長させる方法としては、ＭＯＶＰＥ法、ＨＶＰＥ法（ハイドライド気相成長法）、ＭＢＥ法（分子ビームエタキシー法）などの気相エピタキシャル成長法が挙げられる。サファイア基板と窒化物半導体層との間には、バッファ層を介在させることが好ましい。窒化物半導体層は、その内部に発光し得るｐｎ接合部が形成されるように、ｎ型層およびｐ型層を積層して形成する。窒化物半導体層の具体的な構成（層構造、結晶組成、膜厚等）については、周知の技術を適宜参照して設定することができる。ｐ型層に添加したｐ型不純物を活性化させるためのアニーリング処理や電子線照射処理は、適宜行うことができる。

窒化物半導体層の形成後は、塩素ガスを用いた反応性イオンエッチング法によってｎ型層を部分的に露出させ、その表面に負電極を形成する。負電極は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｖ等の単体、または、その合金で形成することができる。ｐ型層上に形成する正電極の材料には、白金族元素（Ｒｈ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒなど）、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｏ等の単体、または、その合金が挙げられる。正電極は、電極を構成する金属膜の厚さを調節することによって、透明電極としたり、反射性電極とすることができる。また、光が通過し得る窓部（開口部）を設けることによって、透光性を付与することもできる。負電極および正電極は、ＩＴＯ、酸化インジウム、酸化錫、ＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）、ＡＺＯ（アルミニウム亜鉛酸化物）、酸化亜鉛その他の透明導電性酸化物を用いて形成することもできる。接点用電極（ボンディング・パッド）の形成も、従来公知の技術を参照して適宜行うことができる。

窒化物半導体層の表面が電極に覆われない部分は、絶縁保護膜で被覆することが好ましい。ウェハからチップ状のＬＥＤを切り出すには、この分野で通常用いられている、ダイシング、スクライビング等の方法を用いることができる。

本発明の窒化物ＬＥＤに用いる基板はサファイア基板に限定されるものではなく、窒化物半導体のエピタキシャル成長に適した透明な結晶基板を任意に用いることができる。そのような基板として、ＡｌＮ、スピネル、ＺｎＯ、ＮＧＯ（ＮｄＧａＯ３）、ＬＧＯ（ＬｉＧａＯ２）、ＬＡＯ（ＬａＡｌＯ３）などからなる単結晶基板が挙げられる。これらの材料からなる単結晶層を表層として有するテンプレート基板も使用可能である。本発明の効果は、窒化物半導体層の屈折率が基板の屈折率よりも高いときに表れ、両者の屈折率差が大きい程、顕著となる。

（実施例）
図１に示す窒化物ＬＥＤ１０の作製例を以下に述べる。
〔サファイア基板の加工〕
Ｃ面サファイア基板の表面にフォトレジストからなるマスクを形成し、フォトリソグラフィ技法を用いてこのマスクにストライプ状の開口部を、複数、等間隔で、平行に形成した。該ストライプ状の開口部の幅は３μｍ、周期（隣接する開口部の中心線間の間隔）は６μｍ、開口部の長さは３００μｍ、長手方向はサファイアの〈１−１００〉方向（基板上に成長する窒化物半導体結晶の〈１１−２０〉方向となる）とした。
次に、該マスク上から反応性イオンエッチングを行うことにより、マスクの開口部に深さ１μｍの溝Ｔ１０を形成して、表面が加工されたサファイア基板１１を得た。

〔窒化物半導体層の形成〕
フォトレジストからなるマスクを除去後、ＭＯＶＰＥ装置に上記サファイア基板１１を装着し、水素雰囲気下で１１００℃まで昇温して、表面のクリーニングを行った。
次に、基板温度を５００℃まで下げ、ＧａＮからなる低温成長バッファ層を成長させた。
次に、基板を１０００℃に昇温し、ｎ型層１２として、まず、ＳｉドープＧａＮクラッド層を、溝Ｔ１０を埋めて、更に、上面が平坦となるまで成長させ、続いて、基板温度を７５０℃に下げ、ＩｎＧａＮからなる井戸層および障壁層を交互に成長させて、ＭＱＷ構造の活性層Ａを成長させた。井戸層の成長時は、発光波長が４０５ｎｍとなるように、トリメチルインジウムの供給量を調節した。
次に、基板を１０００℃に昇温し、ｐ型層１２として、まず、ＭｇドープＡｌＧａＮクラッド層を成長させ、続いて、ＭｇドープＧａＮコンタクト層を成長させた。
その後、アンモニア雰囲気中で基板温度を室温まで降下させ、ウェハをＭＯＶＰＥ装置から取り出した。

〔電極形成〕
上記工程で得られたウェハに対して、アニーリング処理、反応性イオンエッチングによるＳｉドープＧａＮクラッド層の露出、負電極１４の形成、正電極１５の形成、正電極１５上へのボンディング・パッドの形成、電極の熱処理を、順次行った。
負電極１４は、蒸着法を用いて、ＳｉドープＧａＮクラッド層の露出面に、Ｔｉ（チタン）、Ａｌ（アルミニウム）をこの順に積層することにより形成した。
正電極１５の材料はＩＴＯとし、蒸着法を用いて、ＭｇドープＧａＮコンタクト層上に形成した。このとき、正電極１５が、サファイア基板１１の表面に形成した溝Ｔ１０の末端の上方の領域に形成されないように、位置合わせを行った。

〔チップへの分断〕
電極形成の後、サファイア基板１１の下面を研磨して、その厚さを１００μｍまで薄くした後、サファイア基板１１の表面に形成した溝Ｔ１０の両末端がチップ内に入るように、該研磨面にスクライブ線を罫書き、ブレーキングを行って、３５０μｍ角の正方形状のチップを得た。

（比較例）
サファイア基板の結晶成長面に形成するストライプ状の溝を、素子をチップ化したときに、該溝が基板を横切るように形成した（末端を有さない溝とした）ことを除いて、実施例と同様にして窒化物ＬＥＤを作製した。

（評価）
実施例および比較例で得た窒化物ＬＥＤのチップ（ベアチップ）を、サファイア基板側を下側にしてリードフレーム上に固定し、ワイヤボンディングを行った後、電流値２０ｍＡで通電を行い、そのときの出力を積分球を用いて測定したところ、実施例の窒化物ＬＥＤの出力は７．４ｍＷであった。これは、比較例の窒化物ＬＥＤの出力の約１．１倍であった。

本発明の一実施形態に係る窒化物半導体発光ダイオード素子の構造を示す図であり、図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ１０−Ｘ１０線の位置における断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＹ１０−Ｙ１０線の位置における断面図である。 図１に示す窒化物半導体発光ダイオード素子に含まれるサファイア基板だけを抜き出して描いた上面図である。 本発明の一実施形態に係る窒化物半導体発光ダイオード素子の構造を示す図であり、図３（ａ）は上面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＸ２１−Ｘ２１線の位置における断面図、図３（ｃ）は図３（ａ）のＸ２２−Ｘ２２線の位置における断面図である。 図３に示す窒化物半導体発光ダイオード素子に含まれるサファイア基板だけを抜き出して描いた上面図である。 本発明の一実施形態に係る窒化物半導体発光ダイオード素子の構造を示す図であり、図５（ａ）は上面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＸ３１−Ｘ３１線の位置における断面図、図５（ｃ）は図５（ａ）のＸ３２−Ｘ３２線の位置における断面図である。 図５に示す窒化物半導体発光ダイオード素子に含まれるサファイア基板だけを抜き出して描いた上面図である。 ストライプ状の溝の断面形状を例示する図である。 ストライプ状の溝の末端における上面形状を例示する図である。 従来の窒化物半導体発光ダイオード素子の構造を示す図であり、図９（ａ）は上面図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＸ１００−Ｘ１００線の位置における断面図である。 従来の窒化物半導体発光ダイオード素子の構造を示す図であり、図１０（ａ）は上面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＸ２００−Ｘ２００線の位置における断面図、図１０（ｃ）は図１０（ａ）のＹ２００−Ｙ２００線の位置における断面図である。

符号の説明

１０、２０、３０ 窒化物半導体発光ダイオード素子
１１、２１、３１ サファイア基板
１２、２２、３２ ｎ型層
１３、２３、３３ ｐ型層
１４、２４、３４ 負電極
１５、２５、３５ 正電極
Ｎ 窒化物半導体層
Ｔ１０、Ｔ２０、Ｔ３１、Ｔ３２ ストライプ状の溝

Claims (5)

1. 透明な結晶基板の結晶成長面に、平行に並んだストライプ状の溝が複数形成され、該結晶成長面上に、該溝を埋めるように窒化物半導体層が形成され、該窒化物半導体層が発光するｐｎ接合部を含んでいる、窒化物半導体発光ダイオード素子であって、
   前記窒化物半導体層は前記結晶基板よりも高い屈折率を有しており、
   前記ストライプ状の溝の少なくとも一部は、末端を有する溝である、窒化物半導体発光ダイオード素子。
2. 前記発光するｐｎ接合部が、前記末端を有する溝の、末端の上方を除く領域のみに設けられている、請求項１に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
3. 前記発光するｐｎ接合部に活性層が設けられており、かつ、前記末端を有する溝の、末端の上方には、活性層がエッチングにより取り除かれた領域が存在している、請求項２に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
4. 前記結晶成長面には、第１の方向に伸びるストライプ状の溝が複数平行に形成された第１の凹凸領域と、該第１の方向とは異なる第２の方向に伸びるストライプ状の溝が複数平行に形成された第２の凹凸領域とが設けられている、請求項１〜３のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
5. 前記第１の方向および第２の方向が、前記窒化物半導体層を構成する窒化物半導体結晶にとって、結晶学的に等価な方向である、請求項４に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
   
   

Images