JP2008130656A - 発光ダイオードおよびその製造方法ならびに光源セルユニットならびに発光ダイオードバックライトならびに発光ダイオード照明装置ならびに発光ダイオードディスプレイならびに電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】発光効率が極めて高く、しかも一度のエピタキシャル成長により低コストで製造することができる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】基板１１の一主面に凸部１２を形成し、それらの間の凹部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１５を成長させ、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５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る。これらの層のうちの凸部１２および／または互いに隣接する凹部１３の間の中央部に対応する部分に発生した貫通転位１９をこれらの部分に溝２０を形成することにより除去した後、この溝２０に誘電体２１を埋め込む。この際、誘電体２１の表面が凹部および／または凸部を有するようにし、あるいは、誘電体２１に光散乱粒子が含まれるようにする。
【選択図】図７
【解決手段】基板１１の一主面に凸部１２を形成し、それらの間の凹部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１５を成長させ、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５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る。これらの層のうちの凸部１２および／または互いに隣接する凹部１３の間の中央部に対応する部分に発生した貫通転位１９をこれらの部分に溝２０を形成することにより除去した後、この溝２０に誘電体２１を埋め込む。この際、誘電体２１の表面が凹部および／または凸部を有するようにし、あるいは、誘電体２１に光散乱粒子が含まれるようにする。
【選択図】図７
Description
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光源セルユニットならびに発光ダイオードバックライトならびに発光ダイオード照明装置ならびに発光ダイオードディスプレイならびに電子機器に関し、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。
ＧａＮ系半導体をサファイア基板などの異種基板上にエピタキシャル成長させる場合には、両者の格子定数差や熱膨張係数差が大きいため、結晶欠陥、特に貫通転位が高密度に発生してしまう。
この問題を回避するために、従来より、選択横方向成長による転位密度低減化技術が広く用いられている。この技術では、まずサファイア基板などの上にＧａＮ系半導体をエピタキシャル成長させた後、結晶成長装置より基板を取り出し、そのＧａＮ系半導体層上にＳｉＯ2 膜などからなる成長マスクを形成してからこの基板を再び結晶成長装置に戻し、この成長マスクを用いてＧａＮ系半導体を再度エピタキシャル成長させる。
この技術によれば、上層のＧａＮ系半導体層の転位密度を低減することができるが、２回のエピタキシャル成長が必要であるため、コスト高となっていた。
この問題を回避するために、従来より、選択横方向成長による転位密度低減化技術が広く用いられている。この技術では、まずサファイア基板などの上にＧａＮ系半導体をエピタキシャル成長させた後、結晶成長装置より基板を取り出し、そのＧａＮ系半導体層上にＳｉＯ2 膜などからなる成長マスクを形成してからこの基板を再び結晶成長装置に戻し、この成長マスクを用いてＧａＮ系半導体を再度エピタキシャル成長させる。
この技術によれば、上層のＧａＮ系半導体層の転位密度を低減することができるが、２回のエピタキシャル成長が必要であるため、コスト高となっていた。
そこで、異種基板にあらかじめ凹凸加工を施し、この加工基板上にＧａＮ系半導体をエピタキシャル成長させる方法が提案されている（例えば、非特許文献１、特許文献１、２参照。）。この方法の概要を図８３Ａ〜Ｃに示す。この方法によれば、まず、図８３Ａに示すように、ｃ面のサファイア基板１０１の一主面に凹凸加工を施す。符号１０１ａは凹部、１０１ｂは凸部を示す。これらの凹部１０１ａおよび凸部１０１ｂはサファイア基板１０１の〈１−１００〉方向に延在する。次に、このサファイア基板１０１上に、図８３ＢおよびＣに示す過程を経て、ＧａＮ系半導体層１０２を成長させる。図８３Ｃ中、点線は成長途中の成長界面を示す。ここで特徴的なことは、図８３Ｃに示すように、凹部１０１ａにおいてサファイア基板１０１とＧａＮ系半導体層１０２との間に空隙１０３が形成されてしまうことである。図８４にこの方法により成長されたＧａＮ系半導体層１０２の結晶欠陥分布を模式的に示す。図８４に示すように、ＧａＮ系半導体層１０２のうちの凸部１０１ｂ上の部分に、この凸部１０１ｂの上面との界面から垂直方向に貫通転位１０４が発生して高欠陥密度領域１０５が形成され、凹部１０１ａの上方の、高欠陥密度領域１０５の間の部分が低欠陥密度領域１０６となっている。
参考までに、図８５Ａ〜Ｄに、凹部１０１ａおよび凸部１０１ｂの延在方向が、サファイア基板１０１の〈１−１００〉方向と直交する〈１１−２０〉方向である場合のＧａＮ系半導体層１０２の成長の様子を示す。
図８６Ａ〜Ｆは、上記のものと別の従来の成長方法を示す（例えば、特許文献３参照。）。この方法では、図８６Ａに示すように、凹凸加工を施したサファイア基板１０１を用い、その上に図８６Ｂ〜Ｆに示す過程を経てＧａＮ系半導体層１０２を成長させる。この方法では、サファイア基板１０１との間に空隙を形成しないでＧａＮ系半導体層１０２を成長させることができるとされている。
図８６Ａ〜Ｆは、上記のものと別の従来の成長方法を示す（例えば、特許文献３参照。）。この方法では、図８６Ａに示すように、凹凸加工を施したサファイア基板１０１を用い、その上に図８６Ｂ〜Ｆに示す過程を経てＧａＮ系半導体層１０２を成長させる。この方法では、サファイア基板１０１との間に空隙を形成しないでＧａＮ系半導体層１０２を成長させることができるとされている。
基板上にこの基板と異なる材料により凸部を形成し、凸部の間の凹部から窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長を開始する成長方法が提案されているが（例えば、特許文献４、５参照。）、これらの成長様式はこの発明と大きく異なる。
三菱電線工業時報 第９８号 ２００１年１０月：ＬＥＰＳ法を用いた高出力紫外ＬＥＤの開発 特開２００４−６９３１号公報
特開２００４−６９３７号公報
特開２００３−３１８４４１号公報
特開２００３−３２４０６９号公報
特許第２８３０８１４号明細書
三菱電線工業時報 第９８号 ２００１年１０月：ＬＥＰＳ法を用いた高出力紫外ＬＥＤの開発
図８３に示す従来の成長方法では、サファイア基板１０１とＧａＮ系半導体層１０２との間に空隙１０３が形成されてしまうことは上述のとおりであるが、本発明者の知見によると、ＧａＮ系半導体層１０２上にＧａＮ系半導体層を成長させて発光ダイオード構造を形成した場合、この発光ダイオードの発光効率は低いという課題があった。これは、発光ダイオードの動作時に活性層から発生する光が、空隙１０３の内部で反射を繰り返し、その結果光が吸収されてしまうことにより、光の取り出し効率が悪いためであると考えられる。
一方、図８６に示す従来の成長方法では、サファイア基板１０１とＧａＮ系半導体層１０２との間に空隙が形成されないとされているものの、ＧａＮ系半導体層１０２の転位密度を、図８３に示す従来の成長方法と同等のレベルに低減することは困難と考えられる。このため、この高転位密度のＧａＮ系半導体層１０２上にＧａＮ系半導体層を成長させて発光ダイオード構造を形成した場合、これらのＧａＮ系半導体層の転位密度も高くなり、これが発光効率の低下を招いていた。
そこで、この発明が解決しようとする課題は、光の取り出し効率の大幅な向上および発光ダイオードを構成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の結晶性の大幅な向上により発光効率が極めて高く、しかも一度のエピタキシャル成長により低コストで製造することができる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。
この発明が解決しようとする他の課題は、上記のような発光ダイオードを用いた高性能の光源セルユニット、発光ダイオードバックライト、発光ダイオード照明装置、発光ダイオードディスプレイおよび電子機器を提供することである。
この発明が解決しようとするさらに他の課題は、光の取り出し効率の大幅な向上および発光ダイオード構造を構成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層その他の各種の半導体層の結晶性の大幅な向上により発光効率が極めて高く、しかも一度のエピタキシャル成長により低コストで製造することができる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。
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。
この発明が解決しようとする他の課題は、上記のような発光ダイオードを用いた高性能の光源セルユニット、発光ダイオードバックライト、発光ダイオード照明装置、発光ダイオードディスプレイおよび電子機器を提供することである。
この発明が解決しようとするさらに他の課題は、光の取り出し効率の大幅な向上および発光ダイオード構造を構成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層その他の各種の半導体層の結晶性の大幅な向上により発光効率が極めて高く、しかも一度のエピタキシャル成長により低コストで製造することができる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。
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。
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および／または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溝を形成する工程と、
上記活性層からの発光波長の光に対して透明な誘電体により上記溝を埋め、この際、当該誘電体の表面が凹部および／または凸部を有し、および／または、当該誘電体が光散乱粒子を含むようにする工程と
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。
一主面に複数の凸部を有する基板を用い、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および／または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溝を形成する工程と、
上記活性層からの発光波長の光に対して透明な誘電体により上記溝を埋め、この際、当該誘電体の表面が凹部および／または凸部を有し、および／または、当該誘電体が光散乱粒子を含むようにする工程と
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。
基板の凸部は、基板と異なる材料または基板と同一の材料からなる。
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。
第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層および第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の導電型は問わず、ｐ型、ｎ型、ｉ型のいずれであってもよく、互いに同一導電型であってもそうでなくてもよく、さらには第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層あるいは第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層内に互いに導電型が異なる二つ以上の部分が混在してもよい。
典型的には、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる際に、基板の凹部の底面との界面から基板の一主面に対して垂直方向に転位が発生し、この転位が上記の三角形状の断面形状となる状態の第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の斜面またはその近傍に到達したとき、上記の一主面に平行な方向に、三角形状部から遠ざかるように屈曲する。ここで、三角形状の断面形状あるいは三角形状部における三角形状とは、正確な三角形だけでなく、例えば頂部が丸まったものなど、近似的に三角形とみなすことができるものも含むことを意味する（以下同様）。また、好適には、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長初期に、基板の凹部の底面に複数の微小核が生成し、これらの微小核が成長し合体して行く過程で基板の凹部の底面との界面から基板の一主面に対して垂直方向に発生する転位が、上記の一主面に平行な方向に繰り返し屈曲される。こうすることで、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長時に上部に抜ける転位を少なくすることができる。
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、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く、凹部の幅と同じでも凹部の幅より小さくても凹部の幅より大きくてもよい。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。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、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。
上述のように、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および／または互いに隣接する凹部の間の中央部に対応する部分に溝を形成した後、活性層からの発光波長の光に対して透明な誘電体によりこの溝を埋め、この際、この誘電体の表面が凹部および／または凸部を有し、および／または、この誘電体が光散乱粒子を含むようにする。この誘電体は、好適には、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屈折率よりも小さい屈折率を有するが、これに限定されるものではない。この後、典型的には、この第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に第２の導電型側の電極を、溝を埋めた誘電体の表面を覆うように形成する。この誘電体の表面には、必要に応じて、活性層からの発光波長の光の反射率が高い高反射材料からなる反射膜を形成する。この第２の導電型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。
上記の溝を埋める誘電体の表面が凹部および／または凸部を有する場合、活性層から発生した光などのうち、第２の導電型側の電極と溝を埋めた誘電体との界面の凹部および／または凸部に入射した光は、この凹部および／または凸部の面で反射される。ここで、この光の入射点を通る、基板の主面の法線と入射光とのなす角度をθ1 、この法線と反射光とのなす角度をθ2 とすると、θ1 ＞θ2 となる光の量ができるだけ多くなるように凹部および／または凸部の面の傾斜角度を選ぶのが望ましい。凹部および／または凸部を形成せず、第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の表面が平坦で、基板と第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層とが互いに平行である場合には、活性層から発生した光が第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層とその上に形成される第２の導電型側の電極との界面に大きな入射角で入射すると、この界面でほぼ入射角と等しい反射角で反射されて基板側に向かい、この基板の主面に対する光の入射角が臨界角よりも大きいとこの基板の主面で全反射され、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の内部でこの反射を繰り返し、その過程で活性層などにより吸収されて次第に減衰するため、その分だけ外部に取り出すことができる光の量が少なくなるのに対し、溝を埋める誘電体の表面が凹部および／または凸部を有する場合には、上述のようにθ1 ＞θ2 とすることができることにより、この問題がなくなり、最終的に外部に取り出すことができる光の量を多くすることができる。溝を埋める誘電体は、無機物質でも有機物質でもよく、溝を埋めた後のプロセスの温度などに応じて適宜最適なものが用いられる。誘電体は、具体的には、二酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）、ポリイミド、水ガラスを固化してガラスとしたものなどであるが、これに限定されるものではない。また、溝を誘電体で埋め、その表面に凹部および／または凸部を形成するためには、例えば、誘電体としてＳｉＯ2 を用いる場合には、真空蒸着やスパッタリングなどの真空プロセスを用いて第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上にＳｉＯ2 を成膜して溝を埋めた後、リソグラフィー技術およびエッチング技術を用いてこの誘電体をパターニングする。あるいは、誘電体としてポリイミドを用いる場合には、例えば、ポリエチレングリコールジメタクリレートなどからなる親水性のフォトレジスト膜を溝以外の部分の第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に形成した後、疎水性のポリイミド前駆体溶液をスピンコート法などにより成膜して溝を埋め、フォトレジスト膜を除去した後、焼成を行ってこのポリイミド前駆体溶液からなる膜を固化させることにより溝を埋めるポリイミドの表面を凸形状にすることができる。
一方、溝を埋めた誘電体が光散乱粒子を含む場合には、活性層から発生した光などがこの光散乱粒子に入射すると散乱されることにより、θ1 ＞θ2 となる光の量が多くなる。この光散乱粒子は、活性層からの発光波長の光を効率よく散乱することができるように、その大きさ（粒径）や材質などが選択される。この光散乱粒子は、具体的には、例えば、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、窒化シリコン、窒化ホウ素、チタン酸バリウム、シリコンカーバイドなどにより形成することができるが、これに限定されるものではない。この光散乱粒子の粒径は、この光散乱粒子による光の吸収損失を少なくするために、一般的には活性層からの光の波長（発光波長）と同程度またはそれ以下に選ばれ、具体的には、例えば２０〜１０００ｎｍに選ばれる。溝をこの光散乱粒子を含む誘電体で埋めるためには、例えば、この光散乱粒子を分散させた水ガラスやポリイミド前駆体溶液をスピンコート法などにより成膜して溝を埋め、焼成を行ってガラスやポリイミドにする。
好適には、溝を埋める誘電体の表面が凹部および／または凸部を有し、かつ、この誘電体が光散乱粒子を含むようにする。こうすることで、θ1 ＞θ2 となる光の量がより一層多くなる。
好適には、溝を埋める誘電体の表面が凹部および／または凸部を有し、かつ、この誘電体が光散乱粒子を含むようにする。こうすることで、θ1 ＞θ2 となる光の量がより一層多くなる。
なお、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および／または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溝を形成することで、貫通転位をほとんど除去することができる。特に凸部が基板と異なる材料からなる場合、凸部、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および／または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溝を形成し、こうして基板が露出した後に、残された凸部をウエットエッチングなどによりエッチング除去することにより、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族化合物半導体層を基板から剥離することができる。この場合の凸部の材料としては、好適には、容易にエッチング除去可能な非晶質材料が用いられる。ただし、この剥離は他の手法、例えばレーザ光照射法による剥離（いわゆるレーザ剥離）などにより行ってもよい。この剥離後の基板は、必要に応じて表面研磨などの処理を施した後、再利用することができる。
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である。
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。
凸部が基板と異なる材料からなる場合、この凸部の材料は、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 ）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。金属または合金としては、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｗ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｇ、ＡｇＮｉ、ＡｇＰｄ、ＡｕＮｉ、ＡｕＰｄなどを用いることができ、これらの二種類以上を混合して、または積層膜の形で用いることもできる。透明導電体としては、ＩＴＯ（インジウム−スズ複合酸化物）、ＩＺＯ（インジウム−亜鉛複合酸化物）、ＺＯ（酸化亜鉛）、ＦＴＯ（フッ素ドープ酸化スズ）、酸化スズなどを用いることができ、これらの二種類以上を混合して、または積層膜の形で用いることもできる。さらに、以上の各種の材料を二種類以上混合して、または積層膜の形で用いることもできる。金属などにより凸部を形成し、この凸部の少なくとも表面を窒化処理、酸化処理あるいは炭化処理することにより窒化物、酸化物あるいは炭化物を形成するようにしてもよい。
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。
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。
基板の凹部にのみ第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる観点より、例えば、凸部の少なくとも表面を非晶質層により形成してもよい。この非晶質層は成長マスクとなるものである。これは、非晶質層上では成長時に核形成が起きにくいことを利用したものである。この非晶質層は、各種の成膜法により基板上に成膜したり、金属などにより凸部を形成し、この凸部の表面を酸化することなどにより形成してもよい。この非晶質層は、例えば、ＳｉＯx 膜、ＳｉＮx 膜、非晶質Ｓｉ（ａ−Ｓｉ）膜、非晶質ＣｒＮ膜あるいはこれらの二種類以上の積層膜などであり、一般的には絶縁膜である。場合によっては、凸部を基板上に形成された第１の非晶質層、第２の非晶質層および第３の非晶質層により形成してもよい。この場合、例えば、第２の非晶質層は、第１の非晶質層および第３の非晶質層に対して選択的にエッチング可能なものとしてもよい。
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。
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。
基板としては種々のものを用いることができる。窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なる物質からなる基板としては、具体的には、例えば、サファイア（ｃ面、ａ面、ｒ面などを含み、これらの面からオフした面のものも含む）、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、Ｓｉ、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＬｉＭｇＯ、ＧａＡｓ、スピネル（ＭｇＡｌ2 Ｏ4 、ＳｃＡｌＭｇＯ4 ）、ガーネット、ＣｒＮ（例えば、ＣｒＮ（１１１））などからなる基板を用いることができ、好適には、これらの材料からなる六方晶基板または立方晶基板、より好適には六方晶基板を用いる。基板としては、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体（ＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＩｎＮなど）からなる基板を用いてもよい。あるいは、基板として、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なる物質からなる基板上に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させ、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層に上記の凸部を形成したものであってもよい。
なお、例えば、基板上に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層などの層を成長させたものを基板として用いる場合、凸部の材料はこの凸部の直下の層と異なる材料のものが用いられる。
基板は、必要に応じて除去してもよい。
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。
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。
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。
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。
第２の発明は、
一主面に複数の凸部を有する基板と、
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おり、
上記第５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および／または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分が、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されて溝が形成され、上記活性層からの発光波長の光に対して透明な誘電体により上記溝が埋められ、当該誘電体の表面が凹部および／または凸部を有し、および／または、当該誘電体が光散乱粒子を含む
ことを特徴とする発光ダイオードである。
一主面に複数の凸部を有する基板と、
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おり、
上記第５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および／または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分が、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されて溝が形成され、上記活性層からの発光波長の光に対して透明な誘電体により上記溝が埋められ、当該誘電体の表面が凹部および／または凸部を有し、および／または、当該誘電体が光散乱粒子を含む
ことを特徴とする発光ダイオードである。
第２の発明ならびに後述の第３〜第７の発明において、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。溝を埋める誘電体は、好適には、第５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屈折率よりも小さい屈折率を有するが、これに限定されるものではない。
基板は、必要に応じて除去してもよい。
第２の発明および後述の第３〜第１３の発明においては、その性質に反しない限り、第１の発明に関連して説明したことが成立する。
基板は、必要に応じて除去してもよい。
第２の発明および後述の第３〜第１３の発明においては、その性質に反しない限り、第１の発明に関連して説明したことが成立する。
第３の発明は、
赤色発光の発光ダイオード、緑色発光の発光ダイオードおよび青色発光の発光ダイオードをそれぞれ少なくとも一つ含むセルが複数個配列した光源セルユニットにおいて、
上記赤色発光の発光ダイオード、上記緑色発光の発光ダイオードおよび上記青色発光の発光ダイオードのうちの少なくとも一つの発光ダイオードが、
一主面に複数の凸部を有する基板と、
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おり、
上記第５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および／または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分が、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されて溝が形成され、上記活性層からの発光波長の光に対して透明な誘電体により上記溝が埋められ、当該誘電体の表面が凹部および／または凸部を有し、および／または、当該誘電体が光散乱粒子を含むものである
ことを特徴とするものである。
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において、
上記赤色発光の発光ダイオード、上記緑色発光の発光ダイオードおよび上記青色発光の発光ダイオードのうちの少なくとも一つの発光ダイオードが、
一主面に複数の凸部を有する基板と、
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おり、
上記第５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および／または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分が、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されて溝が形成され、上記活性層からの発光波長の光に対して透明な誘電体により上記溝が埋められ、当該誘電体の表面が凹部および／または凸部を有し、および／または、当該誘電体が光散乱粒子を含むものである
ことを特徴とするものである。
第４の発明は、
赤色発光の発光ダイオード、緑色発光の発光ダイオードおよび青色発光の発光ダイオードをそれぞれ複数個配列した発光ダイオードバックライトにおいて、
上記赤色発光の発光ダイオード、上記緑色発光の発光ダイオードおよび上記青色発光の発光ダイオードのうちの少なくとも一つの発光ダイオードが、
一主面に複数の凸部を有する基板と、
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おり、
上記第５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および／または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分が、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されて溝が形成され、上記活性層からの発光波長の光に対して透明な誘電体により上記溝が埋められ、当該誘電体の表面が凹部および／または凸部を有し、および／または、当該誘電体が光散乱粒子を含むものである
ことを特徴とするものである。
赤色発光の発光ダイオード、緑色発光の発光ダイオードおよび青色発光の発光ダイオードをそれぞれ複数個配列した発光ダイオードバックライトにおいて、
上記赤色発光の発光ダイオード、上記緑色発光の発光ダイオードおよび上記青色発光の発光ダイオードのうちの少なくとも一つの発光ダイオードが、
一主面に複数の凸部を有する基板と、
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おり、
上記第５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および／または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分が、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されて溝が形成され、上記活性層からの発光波長の光に対して透明な誘電体により上記溝が埋められ、当該誘電体の表面が凹部および／または凸部を有し、および／または、当該誘電体が光散乱粒子を含むものである
ことを特徴とするものである。
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照明装置において、
上記赤色発光の発光ダイオード、上記緑色発光の発光ダイオードおよび上記青色発光の発光ダイオードのうちの少なくとも一つの発光ダイオードが、
一主面に複数の凸部を有する基板と、
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おり、
上記第５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および／または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分が、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されて溝が形成され、上記活性層からの発光波長の光に対して透明な誘電体により上記溝が埋められ、当該誘電体の表面が凹部および／または凸部を有し、および／または、当該誘電体が光散乱粒子を含むものである
ことを特徴とするものである。
赤色発光の発光ダイオード、緑色発光の発光ダイオードおよび青色発光の発光ダイオードをそれぞれ複数個配列した発光ダイオード照明装置において、
上記赤色発光の発光ダイオード、上記緑色発光の発光ダイオードおよび上記青色発光の発光ダイオードのうちの少なくとも一つの発光ダイオードが、
一主面に複数の凸部を有する基板と、
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おり、
上記第５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および／または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分が、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されて溝が形成され、上記活性層からの発光波長の光に対して透明な誘電体により上記溝が埋められ、当該誘電体の表面が凹部および／または凸部を有し、および／または、当該誘電体が光散乱粒子を含むものである
ことを特徴とするものである。
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ディスプレイにおいて、
上記赤色発光の発光ダイオード、上記緑色発光の発光ダイオードおよび上記青色発光の発光ダイオードのうちの少なくとも一つの発光ダイオードが、
一主面に複数の凸部を有する基板と、
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おり、
上記第５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および／または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分が、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されて溝が形成され、上記活性層からの発光波長の光に対して透明な誘電体により上記溝が埋められ、当該誘電体の表面が凹部および／または凸部を有し、および／または、当該誘電体が光散乱粒子を含むものである
ことを特徴とするものである。
第３〜第６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。
赤色発光の発光ダイオード、緑色発光の発光ダイオードおよび青色発光の発光ダイオードをそれぞれ複数個配列した発光ダイオードディスプレイにおいて、
上記赤色発光の発光ダイオード、上記緑色発光の発光ダイオードおよび上記青色発光の発光ダイオードのうちの少なくとも一つの発光ダイオードが、
一主面に複数の凸部を有する基板と、
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おり、
上記第５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および／または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分が、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されて溝が形成され、上記活性層からの発光波長の光に対して透明な誘電体により上記溝が埋められ、当該誘電体の表面が凹部および／または凸部を有し、および／または、当該誘電体が光散乱粒子を含むものである
ことを特徴とするものである。
第３〜第６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。
第７の発明は、
一つまたは複数の発光ダイオードを有する電子機器において、
少なくとも一つの上記発光ダイオードが、
一主面に複数の凸部を有する基板と、
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おり、
上記第５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および／または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分が、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されて溝が形成され、上記活性層からの発光波長の光に対して透明な誘電体により上記溝が埋められ、当該誘電体の表面が凹部および／または凸部を有し、および／または、当該誘電体が光散乱粒子を含むものである
ことを特徴とするものである。
一つまたは複数の発光ダイオードを有する電子機器において、
少なくとも一つの上記発光ダイオードが、
一主面に複数の凸部を有する基板と、
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おり、
上記第５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および／または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分が、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されて溝が形成され、上記活性層からの発光波長の光に対して透明な誘電体により上記溝が埋められ、当該誘電体の表面が凹部および／または凸部を有し、および／または、当該誘電体が光散乱粒子を含むものである
ことを特徴とするものである。
第７の発明において、電子機器は、発光ダイオードバックライト（液晶ディスプレイのバックライトなど）、発光ダイオード照明装置、発光ダイオードディスプレイなど、さらには発光ダイオードを光源とするプロジェクタあるいはリアプロジェクションテレビ、グレーティングライトバルブ（ＧＬＶ）などを含むが、一般的には、表示、照明、光通信、光伝送やその他の目的で少なくとも一つの発光ダイオードを有するものであれば、基本的にはどのようなものであってもよく、携帯型のものと据え置き型のものとの双方を含むが、上記以外の具体例を挙げると、携帯電話、モバイル機器、ロボット、パーソナルコンピュータ、車載機器、各種家庭電気製品、発光ダイオード光通信装置、発光ダイオード光伝送装置、電子鍵などのポータブルセキュリティー機器などである。電子機器にはまた、遠赤外波長帯域、赤外波長帯域、赤色波長帯域、黄色波長帯域、緑色波長帯域、青色波長帯域、紫色波長帯域、紫外波長帯域などのうちの互いに異なる波長帯域の光を放出する二種類以上の発光ダイオードを組み合わせたものも含まれる。特に、発光ダイオード照明装置では、赤色波長帯域、黄色波長帯域、緑色波長帯域、青色波長帯域、紫色波長帯域などのうちの互いに異なる波長帯域の可視光を放出する二種類以上の発光ダイオードを組み合わせ、これらの発光ダイオードから放出される二種類以上の光を混合して自然光あるいは白色光を得ることができる。また、青色波長帯域、紫色波長帯域、紫外波長帯域などのうちの少なくとも一つの波長帯域の光を放出する発光ダイオードを光源として用い、この発光ダイオードから放出される光を蛍光体に照射して励起することにより得られる光を混合して自然光あるいは白色光を得ることができる。また、これらの互いに異なる波長帯域の可視光を放出する発光ダイオードを例えば、セル単位、カルテット単位、クラスター単位なる集合単位（厳密には、これらの単位に１単位に含まれる発光ダイオードの数は定義されておらず、同一波長または異なる波長の光を放出する複数の発光ダイオードで同一集団を複数形成し、これらを配線基板、配線パッケージ、配線筐体壁などに搭載する場合の１集合単位名称。）にまとめ、具体的には、例えば、三つの発光ダイオード（例えば、赤色発光の発光ダイオードを一つ、緑色発光の発光ダイオードを一つ、青色発光の発光ダイオードを一つ）からなる単位、または四つの発光ダイオード（例えば、赤色発光の発光ダイオードを一つ、緑色発光の発光ダイオードを二つ、青色発光の発光ダイオードを一つ）からなる単位、または五つ以上の発光ダイオードからなる単位などにまとめ、各単位を基板上または板上、あるいは筐体板上に二次元アレイ状や一列または複数列に搭載するようにしてもよい。
第８の発明は、
一主面に複数の凸部を有する基板を用い、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の半導体層を成長させる工程と、
上記第１の半導体層から上記基板上に第２の半導体層を横方向成長させる工程と、
上記第２の半導体層上に第１の導電型の第３の半導体層、活性層および第２の導電型の第４の半導体層を成長させる工程と、
上記第１の半導体層、上記第２の半導体層、上記第３の半導体層、上記活性層および上記第４の半導体層のうちの上記凹部および／または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の半導体層の表面から深さ方向に、少なくとも上記第３の半導体層が露出するまで除去することにより溝を形成する工程と、
上記活性層からの発光波長の光に対して透明な誘電体により上記溝を埋め、この際、当該誘電体の表面が凹部および／または凸部を有し、および／または、当該誘電体が光散乱粒子を含むようにする工程と
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。
一主面に複数の凸部を有する基板を用い、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の半導体層を成長させる工程と、
上記第１の半導体層から上記基板上に第２の半導体層を横方向成長させる工程と、
上記第２の半導体層上に第１の導電型の第３の半導体層、活性層および第２の導電型の第４の半導体層を成長させる工程と、
上記第１の半導体層、上記第２の半導体層、上記第３の半導体層、上記活性層および上記第４の半導体層のうちの上記凹部および／または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の半導体層の表面から深さ方向に、少なくとも上記第３の半導体層が露出するまで除去することにより溝を形成する工程と、
上記活性層からの発光波長の光に対して透明な誘電体により上記溝を埋め、この際、当該誘電体の表面が凹部および／または凸部を有し、および／または、当該誘電体が光散乱粒子を含むようにする工程と
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。
第９の発明は、
一主面に複数の凸部を有する基板と、
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の半導体層と、
上記第５の半導体層上の第１の導電型の第３の半導体層、活性層および第２の導電型の第４の半導体層とを有し、
上記第５の半導体層において、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おり、
上記第５の半導体層、上記第３の半導体層、上記活性層および上記第４の半導体層のうちの上記凹部および／または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分が、上記第４の半導体層の表面から深さ方向に、少なくとも上記第３の半導体層が露出するまで除去されて溝が形成され、上記活性層からの発光波長の光に対して透明な誘電体により上記溝が埋められ、当該誘電体の表面が凹部および／または凸部を有し、および／または、当該誘電体が光散乱粒子を含む
ことを特徴とする発光ダイオードである。
第９の発明において、第５の半導体層は、第８の発明における第１の半導体層および第２の半導体層に対応するものである。
一主面に複数の凸部を有する基板と、
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の半導体層と、
上記第５の半導体層上の第１の導電型の第３の半導体層、活性層および第２の導電型の第４の半導体層とを有し、
上記第５の半導体層において、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おり、
上記第５の半導体層、上記第３の半導体層、上記活性層および上記第４の半導体層のうちの上記凹部および／または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分が、上記第４の半導体層の表面から深さ方向に、少なくとも上記第３の半導体層が露出するまで除去されて溝が形成され、上記活性層からの発光波長の光に対して透明な誘電体により上記溝が埋められ、当該誘電体の表面が凹部および／または凸部を有し、および／または、当該誘電体が光散乱粒子を含む
ことを特徴とする発光ダイオードである。
第９の発明において、第５の半導体層は、第８の発明における第１の半導体層および第２の半導体層に対応するものである。
第８および第９の発明において、第１〜第５の半導体層は、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のほか、ウルツ鉱型（wurtzit)構造、より一般的には六方晶系の結晶構造を有する他の半導体、例えばＺｎＯ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。
第８および第９の発明についても第１および第２の発明と同様な応用が可能である。
第８および第９の発明についても第１および第２の発明と同様な応用が可能である。
第１０の発明は、
一主面に複数の凸部を有する基板を用い、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の半導体層を成長させる工程と、
上記第１の半導体層から上記基板上に第２の半導体層を横方向成長させる工程と、
上記第２の半導体層上に第１の導電型の第３の半導体層、活性層および第２の導電型の第４の半導体層を成長させる工程と、
上記第１の半導体層、上記第２の半導体層、上記第３の半導体層、上記活性層および上記第４の半導体層のうちの上記凹部および／または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の半導体層の表面から深さ方向に、少なくとも上記第３の半導体層が露出するまで除去することにより溝を形成する工程と、
少なくとも一つの上記溝に発光ダイオードの保護素子を形成する工程と
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。
一主面に複数の凸部を有する基板を用い、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の半導体層を成長させる工程と、
上記第１の半導体層から上記基板上に第２の半導体層を横方向成長させる工程と、
上記第２の半導体層上に第１の導電型の第３の半導体層、活性層および第２の導電型の第４の半導体層を成長させる工程と、
上記第１の半導体層、上記第２の半導体層、上記第３の半導体層、上記活性層および上記第４の半導体層のうちの上記凹部および／または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の半導体層の表面から深さ方向に、少なくとも上記第３の半導体層が露出するまで除去することにより溝を形成する工程と、
少なくとも一つの上記溝に発光ダイオードの保護素子を形成する工程と
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。
第１１の発明は、
一主面に複数の凸部を有する基板と、
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の半導体層と、
上記第５の半導体層上の第１の導電型の第３の半導体層、活性層および第２の導電型の第４の半導体層とを有し、
上記第５の半導体層において、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おり、
上記第５の半導体層、上記第３の半導体層、上記活性層および上記第４の半導体層のうちの上記凹部および／または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分が、上記第４の半導体層の表面から深さ方向に、少なくとも上記第３の半導体層が露出するまで除去されて溝が形成され、
少なくとも一つの上記溝に発光ダイオードの保護素子が形成されている
ことを特徴とする発光ダイオードである。
一主面に複数の凸部を有する基板と、
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の半導体層と、
上記第５の半導体層上の第１の導電型の第３の半導体層、活性層および第２の導電型の第４の半導体層とを有し、
上記第５の半導体層において、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おり、
上記第５の半導体層、上記第３の半導体層、上記活性層および上記第４の半導体層のうちの上記凹部および／または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分が、上記第４の半導体層の表面から深さ方向に、少なくとも上記第３の半導体層が露出するまで除去されて溝が形成され、
少なくとも一つの上記溝に発光ダイオードの保護素子が形成されている
ことを特徴とする発光ダイオードである。
第１０および第１１の発明において、第１〜第５の半導体層および活性層を構成する半導体としては、第８および第９の発明と同様な半導体を用いることができる。発光ダイオードの保護素子としては、発光ダイオードの静電保護が可能なものであれば各種のものを用いることができるが、具体的には、例えば、この発光ダイオードと逆並列に設けられたショットキーバリアダイオード、ｐｎ接合ダイオードなどや、この発光ダイオードと並列に設けられたｎｐｎ接合ダイオード（バックツーバックダイオード）、コンデンサ、バリスタ素子などを用いることができる。典型的には、凸部、第１の半導体層、第２の半導体層、第３の半導体層、活性層および第４の半導体層のうちの凹部および／または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溝を形成し、少なくとも一つの溝にこの保護素子を形成する。この保護素子は一つの発光ダイオードの少なくとも一つの溝に形成するが、場合によっては二つ以上の溝にそれぞれ形成してもよい。この場合、この保護素子は、貫通転位を除去するために形成した溝に形成するため、この保護素子を形成することによる発光ダイオードの有効発光面積の低下はほとんどない。典型的には、この溝の上部および下部に保護素子の両端子を設ける。そして、第４の半導体層上に第２の導電型側の電極を設けてこの保護素子の一方の端子と接続する。その後、残された凸部をウエットエッチングなどによりエッチング除去することにより、第１の半導体層、第２の半導体層、第３の半導体層、活性層および第４の半導体層を基板から剥離する。こうして剥離された発光ダイオード構造体の剥離面には保護素子の他方の端子が露出するので、この剥離面上に第１導電型側の電極を設けてこの端子と接続する。こうすることで、発光ダイオードと保護素子との配線が不要となる。
第１２の発明は、
一主面に複数の凸部を有する基板を用い、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の半導体層を成長させる工程と、
上記第１の半導体層から上記基板上に第２の半導体層を横方向成長させる工程と、
上記第２の半導体層上に第１の導電型の第３の半導体層、活性層および第２の導電型の第４の半導体層を成長させる工程と、
上記第１の半導体層、上記第２の半導体層、上記第３の半導体層、上記活性層および上記第４の半導体層のうちの上記凹部および／または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の半導体層の表面から深さ方向に、少なくとも上記第３の半導体層が露出するまで除去することにより溝を形成する工程と、
上記第４の半導体層上に第２の導電型側の電極を形成する工程と、
発光ダイオード駆動回路が形成された配線基板をこの配線基板の電極と上記第２の導電型側の電極とが互いに電気的に接続されるように上記第４の半導体層側に貼り合わせる工程と
を有することを特徴とする発光ダイオードアレイの製造方法である。
一主面に複数の凸部を有する基板を用い、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の半導体層を成長させる工程と、
上記第１の半導体層から上記基板上に第２の半導体層を横方向成長させる工程と、
上記第２の半導体層上に第１の導電型の第３の半導体層、活性層および第２の導電型の第４の半導体層を成長させる工程と、
上記第１の半導体層、上記第２の半導体層、上記第３の半導体層、上記活性層および上記第４の半導体層のうちの上記凹部および／または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の半導体層の表面から深さ方向に、少なくとも上記第３の半導体層が露出するまで除去することにより溝を形成する工程と、
上記第４の半導体層上に第２の導電型側の電極を形成する工程と、
発光ダイオード駆動回路が形成された配線基板をこの配線基板の電極と上記第２の導電型側の電極とが互いに電気的に接続されるように上記第４の半導体層側に貼り合わせる工程と
を有することを特徴とする発光ダイオードアレイの製造方法である。
第１３の発明は、
一主面に複数の凸部を有する基板と、
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の半導体層と、
上記第５の半導体層上の第１の導電型の第３の半導体層、活性層および第２の導電型の第４の半導体層とを有し、
上記第５の半導体層において、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おり、
上記第５の半導体層、上記第３の半導体層、上記活性層および上記第４の半導体層のうちの上記凹部および／または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分が、上記第４の半導体層の表面から深さ方向に、少なくとも上記第３の半導体層が露出するまで除去されて溝が形成され、
上記第４の半導体層上に第２の導電型側の電極が形成されており、
発光ダイオード駆動回路が形成された配線基板がこの配線基板の電極と上記第２の導電型側の電極とが互いに電気的に接続されるように上記第４の半導体層側に貼り合わされている
ことを特徴とする発光ダイオードアレイである。
一主面に複数の凸部を有する基板と、
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の半導体層と、
上記第５の半導体層上の第１の導電型の第３の半導体層、活性層および第２の導電型の第４の半導体層とを有し、
上記第５の半導体層において、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おり、
上記第５の半導体層、上記第３の半導体層、上記活性層および上記第４の半導体層のうちの上記凹部および／または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分が、上記第４の半導体層の表面から深さ方向に、少なくとも上記第３の半導体層が露出するまで除去されて溝が形成され、
上記第４の半導体層上に第２の導電型側の電極が形成されており、
発光ダイオード駆動回路が形成された配線基板がこの配線基板の電極と上記第２の導電型側の電極とが互いに電気的に接続されるように上記第４の半導体層側に貼り合わされている
ことを特徴とする発光ダイオードアレイである。
第１２および第１３の発明において、第１〜第５の半導体層および活性層を構成する半導体としては、第８および第９の発明と同様な半導体を用いることができる。一つの例では、少なくとも一つの溝の底面に露出した第３の半導体層上に第１の導電型側の電極を形成し、この第１の導電型側の電極を第４の半導体層上に引き出し、配線基板を第４の半導体層側に貼り合わせる際にこの第１の導電型側の電極と配線基板の、第２の導電型側の電極と接続される電極とは別の電極と互いに電気的に接続する。別の例では、凸部、第１の半導体層、第２の半導体層、第３の半導体層、活性層および第４の半導体層のうちの凹部および／または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溝を形成し、その後、残された凸部をウエットエッチングなどによりエッチング除去することにより、第１の半導体層、第２の半導体層、第３の半導体層、活性層および第４の半導体層を基板から剥離する。こうして剥離された発光ダイオード構造体の剥離面上に透明電極からなる第１の導電型側の電極を形成する。
第１２および第１３の発明による発光ダイオードアレイは、発光ダイオードディスプレイ、発光ダイオードバックライト、発光ダイオード照明装置、光源セルユニットなどとして用いることができる。
第１２および第１３の発明による発光ダイオードアレイは、発光ダイオードディスプレイ、発光ダイオードバックライト、発光ダイオード照明装置、光源セルユニットなどとして用いることができる。
上述のように構成されたこの発明においては、基板の凹部の底面から第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長を開始し、途中でこの底面を底辺とする三角形状の断面形状となる状態を経て第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させることによりこの凹部を隙間なく埋めることができる。そして、こうして成長された第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層から第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を横方向成長させる。このとき、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層では、基板の凹部の底面との界面から基板の一主面に対して垂直方向に転位が発生し、この転位が第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の斜面またはその近傍に到達し、第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長に伴い、この転位はそこから基板の一主面に平行な方向に屈曲する。第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を十分に厚く成長させた時点で、この基板の一主面に平行な転位の上の部分は転位密度が極めて少ない領域となる。この第２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および／または互いに隣接する凹部の間の中央部に対応する部分には貫通転位が発生するが、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および／または互いに隣接する凹部の間の中央部に対応する部分を、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溝を形成することで、少なくとも活性層およびその上層の貫通転位を除去することができる。そして、活性層からの発光波長の光に対して透明な誘電体によりこの溝を埋め、この誘電体の表面が凹部および／または凸部を有するようにし、さらに第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に第２の導電型側の電極を形成すると、活性層から発生した光などが、第２の導電型側の電極と誘電体との界面の凹部および／または凸部に入射したとき、最終的に外部に取り出されやすくなる角度の方向に反射されるようにすることができる。誘電体が光散乱粒子を含む場合には、活性層から発生した光などがこの光散乱粒子に入射すると散乱されることにより、同様に、最終的に外部に取り出されやすくなる角度の方向に光が進むようになる。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。
より一般的には、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を第１の半導体層、第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を第２の半導体層、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を第３の半導体層、第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を第４の半導体層と読み替えて上記と同様なことが成立する。
より一般的には、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を第１の半導体層、第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を第２の半導体層、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を第３の半導体層、第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を第４の半導体層と読み替えて上記と同様なことが成立する。
この発明によれば、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層および第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と基板との間に隙間が形成されないことにより、光の取り出し効率を大幅に向上させることができ、また、第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の結晶性が良好となるため、その上に成長させる第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、活性層および第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の結晶性も大幅に向上し、これに加えて貫通転位の除去により非発光中心を大幅に減少させることができることから、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。そして、貫通転位の除去のために形成された溝を誘電体により埋め、この誘電体の表面が凹部および／または凸部を有し、および／または、誘電体が光散乱粒子を含むようにすることにより、活性層から発生した光が最終的に外部に取り出されやすくなり、これによって光の取り出し効率をより一層向上させることができ、発光ダイオードの発光効率がより一層高くなる。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。そして、この発光効率が高い発光ダイオードを用いて高性能の光源セルユニット、発光ダイオードバックライト、発光ダイオード照明装置、発光ダイオードディスプレイ、発光ダイオード光通信装置、光空間伝送装置、各種の電子機器などを実現することができる。
より一般的には、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を第１の半導体層、第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を第２の半導体層、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を第３の半導体層、第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を第３の半導体層と読み替えて上記と同様な効果を得ることができる。
より一般的には、第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を第１の半導体層、第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を第２の半導体層、第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を第３の半導体層、第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を第３の半導体層と読み替えて上記と同様な効果を得ることができる。
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７はこの発明の第１の実施形態による発光ダイオードの製造方法を工程順に示す。この発光ダイオードは、ＧａＮなどの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いたものである。
図１〜図７はこの発明の第１の実施形態による発光ダイオードの製造方法を工程順に示す。この発光ダイオードは、ＧａＮなどの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いたものである。
この第１の実施形態においては、図１Ａに示すように、まず、平坦な一主面を有し、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と異なる材料からなる基板１１を用意し、この基板１１上に断面形状が二等辺三角形状の凸部１２を所定の平面形状で周期的に形成する。凸部１２の間には逆台形状の断面形状を有する凹部１３が形成される。この基板１１としては、例えばすでに述べたものを用いることができるが、具体的には、例えばサファイア基板であり、その主面は例えばｃ面である。凸部１２および凹部１３の平面形状はすでに述べた各種の平面形状とすることができるが、例えば、図９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１０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９における点線の方向（ストライプに直交する方向）が後述の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５のａ軸と平行となり、図１０における点線の方向（最隣接の凸部１２間を結ぶ方向）が、後述の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５のｍ軸と平行となるようにする。例えば、基板１１がサファイア基板である場合、図９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１０における凹部１３の延在方向は同じくサファイア基板の〈１−１００〉方向である。これらの延在方向はサファイア基板の〈１１−２０〉方向であってもよい。凸部１２の材料としてはすでに述べたものを用いることができるが、加工の容易さなどの観点から、好適には例えばＳｉＯ2 、ＳｉＮ（Ｓｉ3 Ｎ4 だけでなく、プラズマＣＶＤ法などにより成膜される組成の異なるものも含む）、ＣｒＮ、ＳｉＯＮ、ＣｒＯＮなどが用いられる。
基板１１上に断面形状が二等辺三角形状の凸部１２を形成するためには、従来公知の方法を用いることができる。例えば、ＣＶＤ法、真空蒸着法、スパッタリング法などにより基板１１の全面に凸部１２の材料となる膜（例えば、ＳｉＮ膜、ＳｉＯ2 膜など）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１２が形成される。
次に、サーマルクリーニングなどを行うことによりこの基板１１および凸部１２の表面を清浄化した後、この基板１１上に従来公知の方法により例えば５５０℃程度の成長温度で例えばＧａＮバッファ層、ＡｌＮバッファ層、ＣｒＮバッファ層、ＣｒドープＧａＮバッファ層あるいはＣｒドープＡｌＮバッファ層（図示せず）を成長させる。次に、例えばＭＯＣＶＤ法により窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のエピタキシャル成長を行う。この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は例えばＧａＮである。このとき、図１Ｂに示すように、まず凹部１３の底面から成長を開始させ、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる微小核１４を複数生成させる。次に、図１Ｃに示すように、微小核１４の成長および合体の過程を経て、凹部１３の底面を底辺とし、基板１１の主面に対して傾斜したファセットを斜面に有する二等辺三角形状の断面形状となるように窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５を成長させる。この例では、この二等辺三角形状の断面形状の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の高さは凸部１２の高さより大きい。例えば、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の延在方向はその〈１−１００〉方向であり、その斜面のファセットは（１−１０１）面である。この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５は、アンドープであっても、ｎ型不純物またはｐ型不純物をドープしてもよい。この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の成長条件については後述する。窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の延在方向はその〈１１−２０〉方向であってもよい。
引き続いて、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の成長をその斜面のファセット面方位を維持しながら行うことにより、図２Ａに示すように、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の両端部が凸部１２の側面の下部まで成長して断面形状が五角形状となる状態とする。
次に、成長条件を横方向成長が支配的となる条件に設定して成長を続けると、図２Ｂに示すように、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５は、矢印で示すように横方向成長して断面形状が六角形状となる状態で凸部１２の上に広がって行く。図２Ｂ中、点線は成長途中の成長界面を示す（以下同様）。
さらに横方向成長を続けると、図２Ｃに示すように、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５はその厚さを増しながら成長し、遂には隣接する凹部１３から成長した窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５同士が凸部１２上で接触し、会合する。
引き続いて、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５をその表面が基板１１の主面と平行な平坦面となるまで横方向成長させる。こうして成長された窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５は、凹部１３の上の部分の転位密度が極めて低くなる。
なお、場合によっては、図１Ｃに示す状態から、図２Ａに示す状態を経ないで、図２Ｂに示す状態に直接移ることも可能である。
次に、成長条件を横方向成長が支配的となる条件に設定して成長を続けると、図２Ｂに示すように、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５は、矢印で示すように横方向成長して断面形状が六角形状となる状態で凸部１２の上に広がって行く。図２Ｂ中、点線は成長途中の成長界面を示す（以下同様）。
さらに横方向成長を続けると、図２Ｃに示すように、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５はその厚さを増しながら成長し、遂には隣接する凹部１３から成長した窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５同士が凸部１２上で接触し、会合する。
引き続いて、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５をその表面が基板１１の主面と平行な平坦面となるまで横方向成長させる。こうして成長された窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５は、凹部１３の上の部分の転位密度が極めて低くなる。
なお、場合によっては、図１Ｃに示す状態から、図２Ａに示す状態を経ないで、図２Ｂに示す状態に直接移ることも可能である。
次に、図３に示すように、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５上に、例えばＭＯＣＶＤ法により、ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた活性層１７およびｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８を順次エピタキシャル成長させる。この場合、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５はｎ型であるとする。これらの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５、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１５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１１に、凸部１２が図９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１２に、凸部１２が図１０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。
次に、こうして窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させた基板１１をＭＯＣＶＤ装置から取り出す。
次に、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８上にリソグラフィーにより、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、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。
次に、図５に示すように、こうして形成された溝２０の内部を誘電体２１により埋め込む。この際、この誘電体２１の表面が凹面となるようにする。この誘電体２１としては、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５、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、図６に示すように、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８上にｐ側電極２２を形成する。ｐ側電極２２の材料としては、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。
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、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、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。
次に、図５に示すように、こうして形成された溝２０の内部を誘電体２１により埋め込む。この際、この誘電体２１の表面が凹面となるようにする。この誘電体２１としては、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５、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、図６に示すように、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８上にｐ側電極２２を形成する。ｐ側電極２２の材料としては、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。
この後、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８のｐ型不純物を活性化するために、例えばＮ2 とＯ2 との混合ガス（組成は例えばＮ2 が９９％、Ｏ2 が１％）の雰囲気中において５５０〜７５０℃（例えば、６５０℃）あるいは５８０〜６２０℃（例えば、６００℃）の温度で熱処理を行う。ここで、例えば、Ｎ2 にＯ2 を混合することで活性化が起きやすくなる。また、例えば、Ｏ、Ｎと同様に電気陰性度の高いＦ、Ｃｌなどの原料としてハロゲン化窒素（ＮＦ3 、ＮＣｌ3 など）をＮ2 またはＮ2 とＯ2 との混合ガス雰囲気に混合するようにしてもよい。この熱処理の時間は例えば５分〜２時間あるいは４０分〜２時間、一般的には１０〜６０分程度である。熱処理の温度を比較的低くするのは、熱処理時の活性層１７などの劣化を防止するためである。なお、この熱処理は、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８をエピタキシャル成長させた後、ｐ側電極２２を形成する前に行ってもよい。
次に、図７に示すように、ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６、活性層１７およびｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８を、例えばＲＩＥ法、粉末ブラスト法、サンドブラスト法などにより所定形状にパターニングし、メサ部２３を形成する。
次に、図７に示すように、ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６、活性層１７およびｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８を、例えばＲＩＥ法、粉末ブラスト法、サンドブラスト法などにより所定形状にパターニングし、メサ部２３を形成する。
次に、このメサ部２３に隣接する部分のｎ型の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５上にｎ側電極２４を形成する。
次に、必要に応じて、上述のようにして発光ダイオード構造が形成された基板１１をその裏面側から研削やラッピングすることにより厚さを減少させた後、この基板１１のスクライビングを行い、バーを形成する。この後、このバーのスクライビングを行うことでチップ化する。
以上により、目的とする発光ダイオードが製造される。
この発光ダイオードにおける誘電体２１が埋め込まれた溝２０およびｐ側電極２２の近傍の拡大図を図８に示す。
凸部１２が一方向に延在するストライプ形状を有する場合におけるｐ側電極２２およびｎ側電極２４の平面形状の一例を図１３に示す。
次に、必要に応じて、上述のようにして発光ダイオード構造が形成された基板１１をその裏面側から研削やラッピングすることにより厚さを減少させた後、この基板１１のスクライビングを行い、バーを形成する。この後、このバーのスクライビングを行うことでチップ化する。
以上により、目的とする発光ダイオードが製造される。
この発光ダイオードにおける誘電体２１が埋め込まれた溝２０およびｐ側電極２２の近傍の拡大図を図８に示す。
凸部１２が一方向に延在するストライプ形状を有する場合におけるｐ側電極２２およびｎ側電極２４の平面形状の一例を図１３に示す。
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。
この発光ダイオードの具体的な構造例について説明する。すなわち、例えば、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５がｎ型ＧａＮ層、ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６が、下から順に、ｎ型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２２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２４としては、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ構造のものを用いる。
こうして得られた図７に示す発光ダイオードにおいては、ｐ側電極２２とｎ側電極２４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、例えば、基板１１を通して外部に光を取り出す。活性層１７のＩｎ組成の選定により、赤色〜紫外の発光、取り分け青色発光、緑色発光または赤色発光を得ることができる。この場合、活性層１７から発生した光のうち、基板１１に向かう光は、基板１１とその凹部１３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５との界面で屈折した後、基板１１を通って外部に出て行く。一方、活性層１７から発生した光のうち、ｐ側電極２２に向かう光は、このｐ側電極２２で反射されて基板１１に向かい、基板１１を通って外部に出て行く。このとき、図８に示すように、溝２０に埋め込まれた誘電体２１とｐ側電極２２との界面に、基板１１の主面の法線に対して角度θ1 で入射した光は、誘電体２１の表面が凹面となっており、したがって誘電体２１とｐ側電極２２との界面が凹面となっていることにより、基板１１の主面の法線に対してθ1 よりも小さい角度θ2 （すなわち、θ1 ＞θ2 ）の方向に反射される。この結果、基板１１の主面とｐ側電極２２の下面とが互いに平行である場合に比べて、基板１１の主面に入射する光のうちの入射角がより小さいものの割合が増えるため、最終的に基板１１を通って外部に出て行く光の量が多くなる。
この第１の実施形態においては、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の貫通転位密度を最小化するために、凹部１３の底面の幅Ｗg 、凹部１３の深さ、すなわち凸部１２の高さｄ、および、図１Ｃに示す状態の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の斜面と基板１１の主面とのなす角度αが下記の式を満たすように決められている（図１４参照）。
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。
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。
図１ＢおよびＣならびに図２Ａに示す工程における窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の成長時には、成長原料のＶ／ＩＩＩ比を高めに、成長温度を低めに設定するのが好ましい。具体的には、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の成長を１気圧の圧力条件下で行う場合は、成長原料のＶ／ＩＩＩ比を例えば１３０００±２０００の範囲、成長温度を例えば１１００±５０℃の範囲に設定するのが好ましい。成長原料のＶ／ＩＩＩ比については、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の成長をｘ気圧の圧力条件下で行う場合は、流速と圧力との関係を規定するベルヌーイの法則から、圧力の変化量を二乗した分のＶ／ＩＩＩ比、具体的には概ね（１３０００±２０００）×ｘ2 に設定するのが好ましい。例えば、０．９２気圧（７００Ｔｏｒｒ）で成長を行う場合は、成長原料のＶ／ＩＩＩ比を１１０００±１７００の範囲（例えば、１０５３０）に設定するのが好ましい。ｘは一般的には０．０１〜２気圧である。成長温度については、１気圧以下の圧力条件下で成長を行う場合は、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の横方向成長を抑え、凹部１３への窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の選択成長を容易にするため、より低い成長温度に設定するのが好ましい。例えば、０．９２気圧（７００Ｔｏｒｒ）で成長を行う場合は、成長温度を１０５０±５０℃の範囲（例えば、１０５０℃）に設定するのが好ましい。以上のようにすることで、図１ＢおよびＣならびに図２Ａに示すように窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５が成長する。この際、凸部１２上からは窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５は成長を開始しない。成長速度は一般的には０．５〜５．０μｍ／ｈ、好適には３．０μｍ／ｈ程度とする。窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５が例えばＧａＮ層の場合、原料ガスの流量は、例えば、ＴＭＧは２０ＳＣＣＭ、ＮＨ3 は２０ＳＬＭである。一方、図２ＢおよびＣに示す工程における窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の成長（横方向成長）は、成長原料のＶ／ＩＩＩ比を低めに、成長温度を高めに設定する。具体的には、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の成長を１気圧の圧力条件下で行う場合は、成長原料のＶ／ＩＩＩ比を例えば５０００±２０００の範囲、成長温度を例えば１２００±５０℃の範囲に設定する。成長原料のＶ／ＩＩＩ比については、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の成長をｘ気圧の圧力条件下で行う場合は、流速と圧力との関係を規定するベルヌーイの法則から、圧力の変化量を二乗した分のＶ／ＩＩＩ比、具体的には概ね（５０００±２０００）×ｘ2 に設定するのが好ましい。例えば、０．９２気圧（７００Ｔｏｒｒ）で成長を行う場合は、成長原料のＶ／ＩＩＩ比を４２００±１７００の範囲（例えば、４２３２）に設定するのが好ましい。成長温度については、１気圧以下の圧力条件下で成長を行う場合は、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の表面の荒れを防止し、横方向成長を良好に行うため、より低い成長温度に設定するのが好ましい。例えば、０．９２気圧（７００Ｔｏｒｒ）で成長を行う場合は、成長温度を１１５０±５０℃の範囲（例えば、１１１０℃）に設定するのが好ましい。窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５が例えばＧａＮ層の場合、原料ガスの流量は、例えば、ＴＭＧは４０ＳＣＣＭ、ＮＨ3 は２０ＳＬＭである。こうすることで、図２ＢおよびＣに示すように窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５が横方向成長する。
図１５に、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の一例としてＧａＮ層の成長時の原料ガスの流れおよび基板１１上での拡散の様子を模式的に示す。この成長において最も重要な点は、成長初期に、基板１１の凸部１２にはＧａＮは成長せず、凹部１３においてＧａＮの成長が開始することである。なお、図１５では凸部１２の断面形状が三角形状であるが、凸部１２の断面形状が台形状であっても、同様に凸部１２にはＧａＮは成長しない。これは、一般に、ＧａＮの成長は、Ｇａ原料としてＴＭＧ、Ｎ原料としてＮＨ3 を用いる場合を考えると
Ｇａ（ＣＨ3 ）3 （ｇ）＋３／２Ｈ2 （ｇ）→Ｇａ（ｇ）＋３ＣＨ4 （ｇ）
ＮＨ3 （ｇ）→（１−α）ＮＨ3 （ｇ）＋α／２Ｎ2 （ｇ）＋３α／２Ｈ2 （ｇ）
Ｇａ（ｇ）＋ＮＨ3 （ｇ）＝ＧａＮ（ｓ）＋３／２Ｈ2 （ｇ）
なる反応式で表現されるように、ＮＨ3 とＧａとが直接反応することで起きる。この際、Ｈ2 ガスが発生するが、このＨ2 ガスは結晶成長とは逆の作用、すなわちエッチング作用をする。図１ＢおよびＣならびに図２Ａに示す工程では、従来の平坦な基板上でのＧａＮの成長では行わない条件、すなわちエッチング作用を高め、成長しにくい条件（Ｖ／ＩＩＩ比を高める）を用いることにより、凸部１２での成長を抑制する。一方、凹部１３の内部では、このエッチング作用が弱まるので、結晶成長が起きる。さらに、従来は、成長結晶表面の平坦性を向上させるため、横方向成長の度合いが高まる条件（より高温）で成長させるが、この第１の実施形態においては、貫通転位を基板１１の主面に平行な方向に屈曲させることにより低減させたり、より早期に凹部１３の内部を窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５で埋めたりする目的で、既に述べたように従来より低温（例えば、１０５０±５０℃）で成長させる。
Ｇａ（ＣＨ3 ）3 （ｇ）＋３／２Ｈ2 （ｇ）→Ｇａ（ｇ）＋３ＣＨ4 （ｇ）
ＮＨ3 （ｇ）→（１−α）ＮＨ3 （ｇ）＋α／２Ｎ2 （ｇ）＋３α／２Ｈ2 （ｇ）
Ｇａ（ｇ）＋ＮＨ3 （ｇ）＝ＧａＮ（ｓ）＋３／２Ｈ2 （ｇ）
なる反応式で表現されるように、ＮＨ3 とＧａとが直接反応することで起きる。この際、Ｈ2 ガスが発生するが、このＨ2 ガスは結晶成長とは逆の作用、すなわちエッチング作用をする。図１ＢおよびＣならびに図２Ａに示す工程では、従来の平坦な基板上でのＧａＮの成長では行わない条件、すなわちエッチング作用を高め、成長しにくい条件（Ｖ／ＩＩＩ比を高める）を用いることにより、凸部１２での成長を抑制する。一方、凹部１３の内部では、このエッチング作用が弱まるので、結晶成長が起きる。さらに、従来は、成長結晶表面の平坦性を向上させるため、横方向成長の度合いが高まる条件（より高温）で成長させるが、この第１の実施形態においては、貫通転位を基板１１の主面に平行な方向に屈曲させることにより低減させたり、より早期に凹部１３の内部を窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５で埋めたりする目的で、既に述べたように従来より低温（例えば、１０５０±５０℃）で成長させる。
次に、成長初期からの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の成長様式および転位の伝播の様子について図１６Ａ〜Ｆを参照しながら説明する。
成長を開始すると、図１６Ａに示すように、まず凹部１３の底面に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる微小核１４が複数生成する。これらの微小核１４では、基板１１との界面から垂直方向に転位（点線で示す）が伝播し、この転位は微小核１４の側面から抜ける。成長を続けると、図１６Ｂおよび図１６Ｃに示すように、微小核１４の成長および合体の過程を経て窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５が成長する。これらの微小核１４の成長および合体の過程で、基板１１の主面に平行な方向に転位の屈曲が起きる結果、上部に抜ける転位が少なくなる。さらに成長を続けると、図１６Ｄに示すように、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５は、凹部１３の底面を底辺とする二等辺三角形状の断面形状になる。この時点では、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５から上部に抜ける転位は、大幅に減少している。次に、図１６Ｅに示すように、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５を横方向成長させる。この過程では、凹部１３の底面を底辺とする二等辺三角形状の断面形状を有する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の側面に抜けた転位は、凸部１２より低い位置にあるものは基板１１の主面に平行に凸部１２の側面まで延伸し続けて消失し、凸部１２より高い位置にあるものは基板１１の主面に平行に延伸して横方向成長した窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の側面に抜ける。窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の横方向成長をさらに続けると、図１６Ｆに示すように、凸部１２の上でその両側から成長した窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５同士が会合し、やがては窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の表面が基板１１の主面と平行な平坦面となる。窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５中の転位は、凸部１２上で会合したときに上方（基板１１の主面に垂直な方向）に屈曲し、貫通転位となる。
成長を開始すると、図１６Ａに示すように、まず凹部１３の底面に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる微小核１４が複数生成する。これらの微小核１４では、基板１１との界面から垂直方向に転位（点線で示す）が伝播し、この転位は微小核１４の側面から抜ける。成長を続けると、図１６Ｂおよび図１６Ｃに示すように、微小核１４の成長および合体の過程を経て窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５が成長する。これらの微小核１４の成長および合体の過程で、基板１１の主面に平行な方向に転位の屈曲が起きる結果、上部に抜ける転位が少なくなる。さらに成長を続けると、図１６Ｄに示すように、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５は、凹部１３の底面を底辺とする二等辺三角形状の断面形状になる。この時点では、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５から上部に抜ける転位は、大幅に減少している。次に、図１６Ｅに示すように、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５を横方向成長させる。この過程では、凹部１３の底面を底辺とする二等辺三角形状の断面形状を有する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の側面に抜けた転位は、凸部１２より低い位置にあるものは基板１１の主面に平行に凸部１２の側面まで延伸し続けて消失し、凸部１２より高い位置にあるものは基板１１の主面に平行に延伸して横方向成長した窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の側面に抜ける。窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の横方向成長をさらに続けると、図１６Ｆに示すように、凸部１２の上でその両側から成長した窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５同士が会合し、やがては窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の表面が基板１１の主面と平行な平坦面となる。窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５中の転位は、凸部１２上で会合したときに上方（基板１１の主面に垂直な方向）に屈曲し、貫通転位となる。
図１７ＡおよびＢを参照して、微小核１４の生成から窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の横方向成長後までの転位の挙動について改めて説明する。図１７ＡおよびＢに示すように、微小核１４の生成、成長および合体の過程で、基板１１との界面から発生した転位は水平方向への屈曲を繰り返して束ねられる（転位（１））。また、こうして水平方向に屈曲した転位が凸部１２の側面に延伸して消失する（転位（２））。さらに、基板１１との界面から発生した転位が一回だけ屈曲して窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の表面に抜けていく（転位（３））。上記の転位が束ねられること、および、水平方向に屈曲した転位が凸部１２の側面に延伸して消失することにより、微小核１４が生成されない場合に比べて、貫通転位が少ない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５を得ることができる。
図１６Ａに示すように凹部１３の底面に微小核１４が生成された状態の断面ＴＥＭ写真を図１８Ａ〜Ｃに示す。図１８ＢおよびＣは図１８Ａの楕円で囲んだ部分を拡大した断面ＴＥＭ写真である。図１８Ａ〜Ｃより、成長初期に微小核１４が生成されている様子がよく分かる。
図１６Ａに示すように凹部１３の底面に微小核１４が生成された状態の断面ＴＥＭ写真を図１８Ａ〜Ｃに示す。図１８ＢおよびＣは図１８Ａの楕円で囲んだ部分を拡大した断面ＴＥＭ写真である。図１８Ａ〜Ｃより、成長初期に微小核１４が生成されている様子がよく分かる。
次に、成長初期に微小核１４が生成する場合と生成しない場合とで窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５中に発生する転位の挙動がどのように異なるかについて説明する。
図１９Ａ〜Ｃは、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の成長初期に微小核１４が生成しない場合における図１６Ｄ〜Ｆに対応する状態を示す。図１９Ａに示すように、成長初期に微小核１４が生成しない場合には、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５が凹部１３の底面を底辺とする二等辺三角形状の断面形状を有するように成長した時点では凹部１３の底面との界面から上方に延伸した転位のみ存在するが、この転位密度は一般に図１６Ｄの場合に比べて多い。成長を続けると、図１９Ｂに示すように、凹部１３の底面を底辺とする二等辺三角形状の断面形状を有する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の側面に抜けた転位は、凸部１２より低い位置にあるものは基板１１の主面に平行に凸部１２の側面まで延伸し続けて消失し、凸部１２より高い位置にあるものは基板１１の主面に平行に延伸して横方向成長した窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の側面に抜ける。窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の横方向成長をさらに続けると、図１９Ｃに示すように、凸部１２の上でその両側から成長した窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５同士が会合し、やがて窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の表面が基板１１の主面と平行な平坦面となる。窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５中の転位は、凸部１２上で会合したときに上方に屈曲し、貫通転位１９となる。この貫通転位１９の密度は、十分に低いものの、成長初期に凹部１３の底面に微小核１４が生成する場合に比べると高くなる。これは、図２０ＡおよびＢに示すように、微小核１４を生成しない場合には、基板１１との界面から発生する転位は、凹部１３の底面を底辺とする二等辺三角状部の斜面に到達したときに一回だけ水平方向に屈曲するためである。すなわち、この場合には、微小核１４の生成、成長および合体の過程で転位が束ねられる効果が得られない。
図１９Ａ〜Ｃは、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の成長初期に微小核１４が生成しない場合における図１６Ｄ〜Ｆに対応する状態を示す。図１９Ａに示すように、成長初期に微小核１４が生成しない場合には、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５が凹部１３の底面を底辺とする二等辺三角形状の断面形状を有するように成長した時点では凹部１３の底面との界面から上方に延伸した転位のみ存在するが、この転位密度は一般に図１６Ｄの場合に比べて多い。成長を続けると、図１９Ｂに示すように、凹部１３の底面を底辺とする二等辺三角形状の断面形状を有する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の側面に抜けた転位は、凸部１２より低い位置にあるものは基板１１の主面に平行に凸部１２の側面まで延伸し続けて消失し、凸部１２より高い位置にあるものは基板１１の主面に平行に延伸して横方向成長した窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の側面に抜ける。窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の横方向成長をさらに続けると、図１９Ｃに示すように、凸部１２の上でその両側から成長した窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５同士が会合し、やがて窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の表面が基板１１の主面と平行な平坦面となる。窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５中の転位は、凸部１２上で会合したときに上方に屈曲し、貫通転位１９となる。この貫通転位１９の密度は、十分に低いものの、成長初期に凹部１３の底面に微小核１４が生成する場合に比べると高くなる。これは、図２０ＡおよびＢに示すように、微小核１４を生成しない場合には、基板１１との界面から発生する転位は、凹部１３の底面を底辺とする二等辺三角状部の斜面に到達したときに一回だけ水平方向に屈曲するためである。すなわち、この場合には、微小核１４の生成、成長および合体の過程で転位が束ねられる効果が得られない。
図２１に、基板１１の凹凸の深さを変えた場合に、凹凸を形成しないフラットな場合と比べて発光ダイオードから外部への光取り出し効率がどの程度向上するかシミュレーション（レイトレーシング・シミュレーション）を行った結果の一例を示す。光取り出しは基板１１の裏面側から行うものとする。図２１において、横軸は凹部１３の深さ（凸部１２の高さ）、縦軸は凸部１２を形成しなかった場合に対する光取り出し効率ηの向上度（光取り出し倍率）を示す。ただし、凸部１２は一方向に延在するストライプ形状を有し、この凸部１２の側面と基板１１の一主面とのなす角度θは１３５°、凹部１３の底辺の長さＷg ＝２μｍ、凸部１２の底辺の長さ＝３μｍである。基板１１の屈折率は１．７７、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の屈折率は２．３５と仮定した。図２１より、光取り出し倍率は、凹部１３の深さが０．３μｍ以上では１．３５倍以上、０．５μｍ以上２．５μｍ以下では１．５倍以上、０．７μｍ以上２．１５μｍ以下では１．７５倍以上、１μｍ以上１．７５μｍ以下では１．８５倍以上となり、約１．３μｍで最大（約１．９５）となる。
以上のように、この第１の実施形態によれば、基板１１と窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５との間に空隙が形成されないことにより、この空隙に起因する光取り出し効率の低下を防止することができる。また、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の貫通転位は基板１１の凸部１２の中央部近傍に集中し、その他の部分の転位密度は例えば６×１０7 ／ｃｍ2 程度と従来の凹凸加工基板を用いた場合に比べて大幅に低減されるため、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５およびその上に成長される活性層１７などの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の結晶性は大幅に向上し、非発光中心なども大幅に減少する。さらに、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５、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のうちの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の部分にあるものを、この部分に溝２０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。そして、この溝２０に誘電体２１を埋め込み、この際、この誘電体２１の表面が凹面になるようにし、これらの誘電体２１を覆うようにｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８上にｐ側電極２２を形成していることにより、最終的に基板１１を通って外部に出て行く光の量が多くなる。これらによって、発光効率が極めて高い窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体系発光ダイオードを得ることができる。
加えて、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体系発光ダイオードの製造に必要なエピタキシャル成長は１回で済み、しかも成長マスクが不要であるだけでなく、基板１１上の凸部１２は基板１１上に凸部１２の材料となる膜、例えばＳｉＯ2 膜、ＳｉＯＮ膜、ＳｉＮ膜、ＣｒＮ膜、ＣｒＯＮ膜などの膜を形成し、これをエッチング、粉末ブラスト法、サンドブラスト法などにより加工するだけで形成することができるので、凹凸加工が困難なサファイア基板などの基板１１の加工が不要であるため、製造工程が簡単であり、低コストで窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体系発光ダイオードを製造することができる。
加えて、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体系発光ダイオードの製造に必要なエピタキシャル成長は１回で済み、しかも成長マスクが不要であるだけでなく、基板１１上の凸部１２は基板１１上に凸部１２の材料となる膜、例えばＳｉＯ2 膜、ＳｉＯＮ膜、ＳｉＮ膜、ＣｒＮ膜、ＣｒＯＮ膜などの膜を形成し、これをエッチング、粉末ブラスト法、サンドブラスト法などにより加工するだけで形成することができるので、凹凸加工が困難なサファイア基板などの基板１１の加工が不要であるため、製造工程が簡単であり、低コストで窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体系発光ダイオードを製造することができる。
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２２に示すように、第１の実施形態と同様にして溝２０に誘電体２１を埋め込んだ後、この誘電体２１の表面に反射膜２５を形成し、これらの反射膜２５を覆うようにｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８上にｐ側電極２２を形成する。
この後、第１の実施形態と同様に工程を進めて、図２３に示すように、目的とする窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体系発光ダイオードを製造する。
上記以外のことは第１の実施形態と同様である。
この発光ダイオードにおける誘電体２１が埋め込まれた溝２０およびｐ側電極２２の近傍の拡大図を図２４に示す。
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、次のような利点を得ることができる。すなわち、溝２０に埋め込まれた誘電体２１の表面に反射膜２５が形成されているので、ｐ側電極２２の材料として反射率が第１の実施形態に比べて多少低いものを用いても、第１の実施形態と同等な発光効率の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光ダイオードを得ることができる。
この第２の実施形態においては、図２２に示すように、第１の実施形態と同様にして溝２０に誘電体２１を埋め込んだ後、この誘電体２１の表面に反射膜２５を形成し、これらの反射膜２５を覆うようにｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８上にｐ側電極２２を形成する。
この後、第１の実施形態と同様に工程を進めて、図２３に示すように、目的とする窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体系発光ダイオードを製造する。
上記以外のことは第１の実施形態と同様である。
この発光ダイオードにおける誘電体２１が埋め込まれた溝２０およびｐ側電極２２の近傍の拡大図を図２４に示す。
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、次のような利点を得ることができる。すなわち、溝２０に埋め込まれた誘電体２１の表面に反射膜２５が形成されているので、ｐ側電極２２の材料として反射率が第１の実施形態に比べて多少低いものを用いても、第１の実施形態と同等な発光効率の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光ダイオードを得ることができる。
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２５に示すように、第１の実施形態と同様にして溝２０まで形成した後、この溝２０に誘電体２１を埋め込む。この際、この誘電体２１の表面が凸面となるようにする。
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、目的とする窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体系発光ダイオードを製造する。
上記以外のことは第１の実施形態と同様である。
この発光ダイオードにおける誘電体２１が埋め込まれた溝２０およびｐ側電極２２の近傍の拡大図を図２７に示す。
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。
この第３の実施形態においては、図２５に示すように、第１の実施形態と同様にして溝２０まで形成した後、この溝２０に誘電体２１を埋め込む。この際、この誘電体２１の表面が凸面となるようにする。
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、目的とする窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体系発光ダイオードを製造する。
上記以外のことは第１の実施形態と同様である。
この発光ダイオードにおける誘電体２１が埋め込まれた溝２０およびｐ側電極２２の近傍の拡大図を図２７に示す。
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。
次に、この発明の第４の実施形態について説明する。
この第４の実施形態においては、第３の実施形態と同様にして溝２０に誘電体２１を埋め込んだ後、第２の実施形態と同様にしてこの誘電体２１の表面に反射膜２５を形成し、これらの反射膜２５を覆うようにｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８上にｐ側電極２２を形成する。
この後、第１の実施形態と同様に工程を進めて、目的とする窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体系発光ダイオードを製造する。
上記以外のことは第１の実施形態と同様である。
この発光ダイオードにおける誘電体２１が埋め込まれた溝２０およびｐ側電極２２の近傍の拡大図を図２８に示す。
この第４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。
この第４の実施形態においては、第３の実施形態と同様にして溝２０に誘電体２１を埋め込んだ後、第２の実施形態と同様にしてこの誘電体２１の表面に反射膜２５を形成し、これらの反射膜２５を覆うようにｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８上にｐ側電極２２を形成する。
この後、第１の実施形態と同様に工程を進めて、目的とする窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体系発光ダイオードを製造する。
上記以外のことは第１の実施形態と同様である。
この発光ダイオードにおける誘電体２１が埋め込まれた溝２０およびｐ側電極２２の近傍の拡大図を図２８に示す。
この第４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。
次に、この発明の第５の実施形態について説明する。
この第５の実施形態においては、図２９に示すように、第１の実施形態と同様にして溝２０まで形成した後、この溝２０に誘電体２１を埋め込む。この際、この誘電体２１の表面が二つの斜面からなる左右対称の凸面となるようにする。
この後、第１の実施形態と同様に工程を進めて、図３０に示すように、目的とする窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体系発光ダイオードを製造する。
上記以外のことは第１の実施形態と同様である。
この発光ダイオードにおける誘電体２１が埋め込まれた溝２０およびｐ側電極２２の近傍の拡大図を図３１に示す。
この第５の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
この第５の実施形態においては、図２９に示すように、第１の実施形態と同様にして溝２０まで形成した後、この溝２０に誘電体２１を埋め込む。この際、この誘電体２１の表面が二つの斜面からなる左右対称の凸面となるようにする。
この後、第１の実施形態と同様に工程を進めて、図３０に示すように、目的とする窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体系発光ダイオードを製造する。
上記以外のことは第１の実施形態と同様である。
この発光ダイオードにおける誘電体２１が埋め込まれた溝２０およびｐ側電極２２の近傍の拡大図を図３１に示す。
この第５の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
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溝２０に誘電体２１を埋め込んだ後、第２の実施形態と同様にしてこの誘電体２１の表面に反射膜２５を形成し、これらの反射膜２５を覆うようにｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８上にｐ側電極２２を形成する。
この後、第１の実施形態と同様に工程を進めて、目的とする窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体系発光ダイオードを製造する。
上記以外のことは第１の実施形態と同様である。
この発光ダイオードにおける誘電体２１が埋め込まれた溝２０およびｐ側電極２２の近傍の拡大図を図３２に示す。
この第６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。
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溝２０に誘電体２１を埋め込んだ後、第２の実施形態と同様にしてこの誘電体２１の表面に反射膜２５を形成し、これらの反射膜２５を覆うようにｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８上にｐ側電極２２を形成する。
この後、第１の実施形態と同様に工程を進めて、目的とする窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体系発光ダイオードを製造する。
上記以外のことは第１の実施形態と同様である。
この発光ダイオードにおける誘電体２１が埋め込まれた溝２０およびｐ側電極２２の近傍の拡大図を図３２に示す。
この第６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。
次に、この発明の第７の実施形態について説明する。
この第７の実施形態においては、図３３に示すように、第１の実施形態と同様にして溝２０まで形成した後、この溝２０に誘電体２１を埋め込む。この際、この誘電体２１の表面は凹凸面となるようにする。
この後、第１の実施形態と同様に工程を進めて、図３４に示すように、目的とする窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体系発光ダイオードを製造する。
上記以外のことは第１の実施形態と同様である。
この発光ダイオードにおける誘電体２１が埋め込まれた溝２０およびｐ側電極２２の近傍の拡大図を図３５に示す。
この第７の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
この第７の実施形態においては、図３３に示すように、第１の実施形態と同様にして溝２０まで形成した後、この溝２０に誘電体２１を埋め込む。この際、この誘電体２１の表面は凹凸面となるようにする。
この後、第１の実施形態と同様に工程を進めて、図３４に示すように、目的とする窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体系発光ダイオードを製造する。
上記以外のことは第１の実施形態と同様である。
この発光ダイオードにおける誘電体２１が埋め込まれた溝２０およびｐ側電極２２の近傍の拡大図を図３５に示す。
この第７の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
次に、この発明の第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、第７の実施形態と同様にして溝２０に誘電体２１を埋め込んだ後、第２の実施形態と同様にしてこの誘電体２１の表面に反射膜２５を形成し、これらの反射膜２５を覆うようにｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８上にｐ側電極２２を形成する。
この後、第１の実施形態と同様に工程を進めて、目的とする窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体系発光ダイオードを製造する。
上記以外のことは第１の実施形態と同様である。
この発光ダイオードにおける誘電体２１が埋め込まれた溝２０およびｐ側電極２２の近傍の拡大図を図３６に示す。
この第８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。
この第８の実施形態においては、第７の実施形態と同様にして溝２０に誘電体２１を埋め込んだ後、第２の実施形態と同様にしてこの誘電体２１の表面に反射膜２５を形成し、これらの反射膜２５を覆うようにｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８上にｐ側電極２２を形成する。
この後、第１の実施形態と同様に工程を進めて、目的とする窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体系発光ダイオードを製造する。
上記以外のことは第１の実施形態と同様である。
この発光ダイオードにおける誘電体２１が埋め込まれた溝２０およびｐ側電極２２の近傍の拡大図を図３６に示す。
この第８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。
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１の実施形態と同様にして溝２０を形成した後、図３７に示すように、この溝２０を、光散乱粒子２６が分散された誘電体２１により埋め込み、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８の表面の全体を平坦化する。
次に、図３８に示すように、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８上にｐ側電極２２を形成する。
この後、第１の実施形態と同様に工程を進めて、図３９に示すように、目的とする窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体系発光ダイオードを製造する。
上記以外のことは第１の実施形態と同様である。
この発光ダイオードにおける、光散乱粒子２６が分散された誘電体２１が埋め込まれた溝２０およびｐ側電極２２の近傍の拡大図を図４０に示す。この場合も、溝２０に埋め込まれた誘電体２１とｐ側電極２２との界面に、基板１１の主面の法線に対して角度θ1 で入射した光は、誘電体２１に含まれる光散乱粒子２６により、基板１１の主面の法線に対してθ1 よりも小さい角度θ2 （すなわち、θ1 ＞θ2 ）の方向に散乱される。この結果、基板１１の主面とｐ側電極２２の下面とが互いに平行である場合に比べて、基板１１の主面に入射する光のうちの入射角がより小さいものの割合が増えるため、最終的に基板１１を通って外部に出て行く光の量が多くなる。
この第９の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
この第９の実施形態においては、第１の実施形態と同様にして溝２０を形成した後、図３７に示すように、この溝２０を、光散乱粒子２６が分散された誘電体２１により埋め込み、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８の表面の全体を平坦化する。
次に、図３８に示すように、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８上にｐ側電極２２を形成する。
この後、第１の実施形態と同様に工程を進めて、図３９に示すように、目的とする窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体系発光ダイオードを製造する。
上記以外のことは第１の実施形態と同様である。
この発光ダイオードにおける、光散乱粒子２６が分散された誘電体２１が埋め込まれた溝２０およびｐ側電極２２の近傍の拡大図を図４０に示す。この場合も、溝２０に埋め込まれた誘電体２１とｐ側電極２２との界面に、基板１１の主面の法線に対して角度θ1 で入射した光は、誘電体２１に含まれる光散乱粒子２６により、基板１１の主面の法線に対してθ1 よりも小さい角度θ2 （すなわち、θ1 ＞θ2 ）の方向に散乱される。この結果、基板１１の主面とｐ側電極２２の下面とが互いに平行である場合に比べて、基板１１の主面に入射する光のうちの入射角がより小さいものの割合が増えるため、最終的に基板１１を通って外部に出て行く光の量が多くなる。
この第９の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
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１の実施形態と異なり、ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６、活性層１７およびｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８にメサ部２３を形成しない。そして、第１の実施形態と同様に工程を進めてｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８上のｐ側電極２２まで形成した後、基板１１を除去し、ｎ型の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の裏面を露出させる。そして、図４１に示すように、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の裏面にｎ側電極２４を形成する。
ここで、ｐ側電極２２およびｎ側電極２４をそれぞれ高反射電極および透明電極とすることにより、ｎ側電極２４を通して外部に光を取り出すことができる。
また、基板１１を除去することにより発光ダイオードの全体の厚さが極めて小さくなるので、機械的強度の向上を図るため、図４２に示すように、ｐ側電極２２に支持基板２７をその上の金属電極２８を介して貼り付けて接合してもよい。支持基板２７は導電性、非導電性のいずれであってもよく、金属電極２８を介して発光ダイオードに電流を流すことが可能な構造を支持基板２７に持たせればよい。
上記以外のことは第１の実施形態と同様である。
この第１０の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。ここで、活性層１７で発生した光は、ｐ側電極２２側およびｎ側電極２４側へ広がるが、基板１１および凸部１２の材料、凸部１２の構成、ｐ側電極２２およびｎ側電極２４として高反射電極あるいは透明電極を使い分けることにより光取り出し方向を制御することが可能である。また、ｐ側電極２２をｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８のほぼ全面に形成し、ｎ側電極２４もｎ型の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５のほぼ全面に形成していることから、発光ダイオードの動作時に、発光効率の低下や信頼性の低下などの要因と懸念されているカレントクラウディング（current crowding）現象が生じるのを防止することができるため、発光ダイオードの発光効率および信頼性の向上を図ることができ、特に発光ダイオードの高出力化の際に有効である。
この第１０の実施形態においては、第１の実施形態と異なり、ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６、活性層１７およびｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８にメサ部２３を形成しない。そして、第１の実施形態と同様に工程を進めてｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８上のｐ側電極２２まで形成した後、基板１１を除去し、ｎ型の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の裏面を露出させる。そして、図４１に示すように、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の裏面にｎ側電極２４を形成する。
ここで、ｐ側電極２２およびｎ側電極２４をそれぞれ高反射電極および透明電極とすることにより、ｎ側電極２４を通して外部に光を取り出すことができる。
また、基板１１を除去することにより発光ダイオードの全体の厚さが極めて小さくなるので、機械的強度の向上を図るため、図４２に示すように、ｐ側電極２２に支持基板２７をその上の金属電極２８を介して貼り付けて接合してもよい。支持基板２７は導電性、非導電性のいずれであってもよく、金属電極２８を介して発光ダイオードに電流を流すことが可能な構造を支持基板２７に持たせればよい。
上記以外のことは第１の実施形態と同様である。
この第１０の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。ここで、活性層１７で発生した光は、ｐ側電極２２側およびｎ側電極２４側へ広がるが、基板１１および凸部１２の材料、凸部１２の構成、ｐ側電極２２およびｎ側電極２４として高反射電極あるいは透明電極を使い分けることにより光取り出し方向を制御することが可能である。また、ｐ側電極２２をｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８のほぼ全面に形成し、ｎ側電極２４もｎ型の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５のほぼ全面に形成していることから、発光ダイオードの動作時に、発光効率の低下や信頼性の低下などの要因と懸念されているカレントクラウディング（current crowding）現象が生じるのを防止することができるため、発光ダイオードの発光効率および信頼性の向上を図ることができ、特に発光ダイオードの高出力化の際に有効である。
次に、この発明の第１１の実施形態について説明する。
この第１１の実施形態においては、図４３Ａに示すように、基板１１上に断面形状が台形状の凸部１２を所定の平面形状で周期的に形成する。凸部１２の間には逆台形状の断面形状を有する凹部１３が形成される。
次に、第１の実施形態と同様にして窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５を成長させる。具体的には、凹部１３の底面上の微小核１４の生成、成長および合体の過程を経て図４３Ｂに示すように、凹部１３の底面を底辺とする二等辺三角形状の断面形状を有する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５を成長させ、さらに横方向成長を経て図４３Ｃに示すように、平坦な表面を有し、貫通転位密度が低い窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５を成長させる。
次に、第１の実施形態と同様に工程を進めて、図４４に示すように、目的とする窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体系発光ダイオードを製造する。
上記以外のことは第１の実施形態と同様である。
この第１１の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
この第１１の実施形態においては、図４３Ａに示すように、基板１１上に断面形状が台形状の凸部１２を所定の平面形状で周期的に形成する。凸部１２の間には逆台形状の断面形状を有する凹部１３が形成される。
次に、第１の実施形態と同様にして窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５を成長させる。具体的には、凹部１３の底面上の微小核１４の生成、成長および合体の過程を経て図４３Ｂに示すように、凹部１３の底面を底辺とする二等辺三角形状の断面形状を有する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５を成長させ、さらに横方向成長を経て図４３Ｃに示すように、平坦な表面を有し、貫通転位密度が低い窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５を成長させる。
次に、第１の実施形態と同様に工程を進めて、図４４に示すように、目的とする窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体系発光ダイオードを製造する。
上記以外のことは第１の実施形態と同様である。
この第１１の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
図４５〜図４７に、基板１１に凹凸を形成した場合と凹凸を形成しないフラットな場合とで発光ダイオードから外部への光取り出し効率の変化のシミュレーションを行った結果の一例を示す。いずれも光取り出しは基板１１の裏面側から行うものとする。
図４５において、横軸は凸部１２の屈折率、縦軸は凸部１２を形成しなかった場合に対する光取り出し効率ηの向上度（光取り出し倍率）を示す。また、図４５中、▲のデータは凸部１２が図９に示す一次元ストライプ形状の場合（１Ｄ）、●のデータは一次元ストライプ形状の凸部１２を互いに直交して設けることにより得られる二次元配列の場合（２Ｄ）を示す。ただし、凸部１２の側面と基板１１の一主面とのなす角度θは１３５°、凹部１３の底辺の長さＷg ＝２μｍ、凸部１２の底辺の長さ＝３μｍである。基板１１の屈折率は１．７７、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の屈折率は２．３５と仮定した。図４５より、光取り出し倍率は、１Ｄ、２Ｄとも凸部１２の屈折率が１．４のときに最大となり、屈折率が１．２〜１．７の範囲では十分に大きくなること、２Ｄでは１Ｄに比べて光取り出し倍率が大きいことが分かる。
なお、この結果は凸部１２の断面形状が第１の実施形態のように三角形状である場合も同様である。
図４５において、横軸は凸部１２の屈折率、縦軸は凸部１２を形成しなかった場合に対する光取り出し効率ηの向上度（光取り出し倍率）を示す。また、図４５中、▲のデータは凸部１２が図９に示す一次元ストライプ形状の場合（１Ｄ）、●のデータは一次元ストライプ形状の凸部１２を互いに直交して設けることにより得られる二次元配列の場合（２Ｄ）を示す。ただし、凸部１２の側面と基板１１の一主面とのなす角度θは１３５°、凹部１３の底辺の長さＷg ＝２μｍ、凸部１２の底辺の長さ＝３μｍである。基板１１の屈折率は１．７７、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の屈折率は２．３５と仮定した。図４５より、光取り出し倍率は、１Ｄ、２Ｄとも凸部１２の屈折率が１．４のときに最大となり、屈折率が１．２〜１．７の範囲では十分に大きくなること、２Ｄでは１Ｄに比べて光取り出し倍率が大きいことが分かる。
なお、この結果は凸部１２の断面形状が第１の実施形態のように三角形状である場合も同様である。
図４６において、横軸は凸部１２の側面が基板１１の一主面となす角度θ、縦軸は光取り出し倍率を示す。また、図４６中、▲のデータは凸部１２が図９に示す一次元ストライプ形状の場合（１Ｄ）、●のデータは一次元ストライプ形状の凸部１２を互いに直交して設けることにより得られる二次元配列の場合（２Ｄ）を示す。ただし、凹部１３の底辺の長さＷg ＝３μｍ、凸部１２の底辺の長さ＝２μｍである。基板１１の屈折率は１．７７、凸部１２の屈折率は１．４、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の屈折率は２．３５と仮定した。図４６より、光取り出し倍率は、１Ｄ、２Ｄとも凸部１２の側面が基板１１の一主面となす角度θが１００°＜θ＜１６０°の範囲で１．５５倍以上と大きく、１３２°＜θ＜１３９°の範囲では１．７５倍以上と極めて大きく、特にθ＝１３５°で極大となり、あるいは１４７°＜θ＜１５４°の範囲でも１．７５倍以上と極めて大きく、特にθ＝１５２°で極大となること、２Ｄでは１Ｄに比べて光取り出し倍率が大きいことが分かる。
なお、この結果は凸部１２の断面形状が第１の実施形態のように三角形状である場合も同様である。
なお、この結果は凸部１２の断面形状が第１の実施形態のように三角形状である場合も同様である。
図４７において、横軸は凹部１３の深さｄ、縦軸は凸部１２を形成しなかった場合に対する光取り出し効率ηの向上度（光取り出し倍率）を示す。凸部１２は図９に示す一次元ストライプ形状を有する。ただし、凹部１３の底辺の長さＷg と凸部１２の底辺の長さとの比は３：２である。基板１１の屈折率は１．７７、凸部１２の屈折率は１．４、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の屈折率は２．３５と仮定した。図４７より、光取り出し倍率は、凹部１３の深さが大きくなるにつれて増加することが分かる。
図４８Ａは、基板１１としてサファイア基板を用い、その上に断面形状が台形状の凸部１２を形成した凹凸基板を用い、その上に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５としてｎ型ＧａＮ層、ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６としてｎ型ＧａＮ層およびｎ型ＧａＩｎＮ層、活性層１７として緑色の発光波長に対応するＩｎ組成のＧａＩｎＮ／ＧａＮ ＭＱＷ構造、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８としてｐ型ＡｌＩｎＮ層、ｐ型ＧａＮ層およびｐ型ＧａＩｎＮ層を成長させて作製した緑色発光の発光ダイオードのｐ型ＧａＩｎＮ層の表面の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）像（２０μｍ□）の一例を示す。また、図４８Ｂは、通常の平坦なサファイア基板を用いることを除いて上記と同様にして作製した緑色発光の発光ダイオードのｐ型ＧａＩｎＮ層の表面のＡＦＭ像（２０μｍ□）の一例を示す。図４８Ｂに示すように、通常の平坦なサファイア基板を用いた発光ダイオードのｐ型ＧａＩｎＮ層の表面には面内にランダムに、１×１０8 ／ｃｍ2 を超える高密度のピットが分散している。一方、図４８Ａに示すように、凹凸基板を用いた発光ダイオードのｐ型ＧａＩｎＮ層の表面には、ピットが偏在し、凸部１２の中央部の近傍、すなわち互いに隣接する凹部１３から成長するＧａＮ層同士の会合部に対応する部分と考えられる部分のピット密度が１×１０8 ／ｃｍ2 程度と高く、凹部１３に対応する部分と考えられる部分のピット密度が１×１０7 ／ｃｍ2 程度と低く、図４４に示す貫通転位１９の分布と良く一致している。
次に、この発明の第１２の実施形態について説明する。
この第１２の実施形態においては、図４９に示すように、基板１１上に断面形状が台形状の凸部１２を周期的に形成し、凸部１２の間に逆台形状の断面形状を有する凹部１３を形成することは第１１の実施形態と同様であるが、この場合、凸部１２の上面の幅Ｗt は凹部１３の底面の幅Ｗg より十分に大きく選ばれている。そして、この基板１１上に第１１の実施形態と同様にして、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５、ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６、活性層１７およびｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８を順次成長させる。
この後、第１の実施形態と同様に工程を進めて、図５０に示すように、目的とする窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体系発光ダイオードを製造する。
上記以外のことは第１の実施形態と同様である。
この第１２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
この第１２の実施形態においては、図４９に示すように、基板１１上に断面形状が台形状の凸部１２を周期的に形成し、凸部１２の間に逆台形状の断面形状を有する凹部１３を形成することは第１１の実施形態と同様であるが、この場合、凸部１２の上面の幅Ｗt は凹部１３の底面の幅Ｗg より十分に大きく選ばれている。そして、この基板１１上に第１１の実施形態と同様にして、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５、ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６、活性層１７およびｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８を順次成長させる。
この後、第１の実施形態と同様に工程を進めて、図５０に示すように、目的とする窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体系発光ダイオードを製造する。
上記以外のことは第１の実施形態と同様である。
この第１２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
次に、この発明の第１３の実施形態について説明する。
この第１３の実施形態においては、第１２の実施形態と同様にして貫通転位１９の部分に溝２０を形成するが、この場合、図５１に示すように、この溝２０は基板１１が露出する深さに形成する。凸部１２の材料としては、後のウエットエッチングの際に容易にエッチング除去することができるように、好適には、ＳｉＯ2 などの非晶質材料が用いられるが、これに限定されるものではない。後述のように保護素子を形成する少なくとも一つの溝２０は、必要に応じて、他の溝２０に比べて大きな幅に形成し、ここではそのようにする。
次に、図５２に示すように、幅の大きな溝２０以外の溝２０を誘電体２１により埋め込むとともに、幅の大きな溝２０の内壁にＳｉＯ2 膜などの絶縁膜２９を形成し、その間に発光ダイオードの保護素子３０を形成する。この保護素子３０は、発光ダイオードに過電圧が加わったときなどにこの発光ダイオードの破壊を防止するためのもである。
次に、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８上にｐ側電極２２を形成する。
次に、凸部１２などをエッチング除去し、さらに基板１１を除去してｎ型の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の裏面を露出させるとともに平坦化する。そして、図５３に示すように、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の裏面にｎ側電極２４を形成する。
ここで、ｐ側電極２２およびｎ側電極２４をそれぞれ高反射電極および透明電極とすることにより、ｎ側電極２４を通して外部に光を取り出すことができる。
また、基板１１を除去することにより発光ダイオードの全体の厚さが極めて小さくなるので、機械的強度の向上を図るため、図４２に示すと同様に、ｐ側電極２２に支持基板２７をその上の金属電極２８を介して貼り付けて接合してもよい。
上記以外のことは第１の実施形態と同様である。
この第１３の実施形態においては、第１２の実施形態と同様にして貫通転位１９の部分に溝２０を形成するが、この場合、図５１に示すように、この溝２０は基板１１が露出する深さに形成する。凸部１２の材料としては、後のウエットエッチングの際に容易にエッチング除去することができるように、好適には、ＳｉＯ2 などの非晶質材料が用いられるが、これに限定されるものではない。後述のように保護素子を形成する少なくとも一つの溝２０は、必要に応じて、他の溝２０に比べて大きな幅に形成し、ここではそのようにする。
次に、図５２に示すように、幅の大きな溝２０以外の溝２０を誘電体２１により埋め込むとともに、幅の大きな溝２０の内壁にＳｉＯ2 膜などの絶縁膜２９を形成し、その間に発光ダイオードの保護素子３０を形成する。この保護素子３０は、発光ダイオードに過電圧が加わったときなどにこの発光ダイオードの破壊を防止するためのもである。
次に、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８上にｐ側電極２２を形成する。
次に、凸部１２などをエッチング除去し、さらに基板１１を除去してｎ型の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の裏面を露出させるとともに平坦化する。そして、図５３に示すように、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の裏面にｎ側電極２４を形成する。
ここで、ｐ側電極２２およびｎ側電極２４をそれぞれ高反射電極および透明電極とすることにより、ｎ側電極２４を通して外部に光を取り出すことができる。
また、基板１１を除去することにより発光ダイオードの全体の厚さが極めて小さくなるので、機械的強度の向上を図るため、図４２に示すと同様に、ｐ側電極２２に支持基板２７をその上の金属電極２８を介して貼り付けて接合してもよい。
上記以外のことは第１の実施形態と同様である。
この発光ダイオードにおいては、保護素子３０はｐ側電極２２とｎ側電極２４との間に並列に接続されている。等価回路を図５４に示す。
この保護素子３０としては種々のものを用いることができるが、具体例を挙げると次のとおりである。
図５５は保護素子３０として発光ダイオードに逆並列接続されたショットキーバリアダイオード３１を用いる場合である。等価回路を図５６に示す。図５５に示すように、このショットキーバリアダイオード３１は、ｎ型半導体層３１ａとこのｎ型半導体層３１ａとショットキー接触するショットキー電極３１ｂとからなる。ｐ側電極２２はｎ型半導体層３１ａとオーミック接触し、ｎ側電極２４はショットキー電極３１ｂと接続されている。ｎ型半導体層３１ａの材料としては、例えば、ｎ型アモルファスシリコン、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ2 、Ｉｎ2 Ｏ3 、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳｂ2 Ｏ6 、ＣｄＯ、ＣｄＩｎ2 Ｏ4 、ＭｇＩｎ2 Ｏ4 、ＺｎＧａ2 Ｏ4 、ＣｄＧａ2 Ｏ4 、Ｇａ2 Ｏ3 、ＧａＳｎＯ3 、ＣｄＳｎＯ4 、ＩｎＧａＭｇＯ4 、ＩｎＧａＺｎＯ4 、Ｚｎ2 Ｉｎ2 Ｏ5 、ＡｇＳｂＯ3 、Ｃｄ3 Ｓｂ2 Ｏ7 、Ｃｄ2 ＧｅＯ4 、ＡｇＩｎＯ2 、ＣｄＳ、ＣｄＳｅなどの公知の材料を用いることができる。ショットキー電極３１ｂの材料としては、例えば、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｓｍ、ＰｔＳｉ、Ｐｄ2 Ｓｉなどの公知のショットキー材料を用いることができる。
この保護素子３０としては種々のものを用いることができるが、具体例を挙げると次のとおりである。
図５５は保護素子３０として発光ダイオードに逆並列接続されたショットキーバリアダイオード３１を用いる場合である。等価回路を図５６に示す。図５５に示すように、このショットキーバリアダイオード３１は、ｎ型半導体層３１ａとこのｎ型半導体層３１ａとショットキー接触するショットキー電極３１ｂとからなる。ｐ側電極２２はｎ型半導体層３１ａとオーミック接触し、ｎ側電極２４はショットキー電極３１ｂと接続されている。ｎ型半導体層３１ａの材料としては、例えば、ｎ型アモルファスシリコン、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ2 、Ｉｎ2 Ｏ3 、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳｂ2 Ｏ6 、ＣｄＯ、ＣｄＩｎ2 Ｏ4 、ＭｇＩｎ2 Ｏ4 、ＺｎＧａ2 Ｏ4 、ＣｄＧａ2 Ｏ4 、Ｇａ2 Ｏ3 、ＧａＳｎＯ3 、ＣｄＳｎＯ4 、ＩｎＧａＭｇＯ4 、ＩｎＧａＺｎＯ4 、Ｚｎ2 Ｉｎ2 Ｏ5 、ＡｇＳｂＯ3 、Ｃｄ3 Ｓｂ2 Ｏ7 、Ｃｄ2 ＧｅＯ4 、ＡｇＩｎＯ2 、ＣｄＳ、ＣｄＳｅなどの公知の材料を用いることができる。ショットキー電極３１ｂの材料としては、例えば、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｓｍ、ＰｔＳｉ、Ｐｄ2 Ｓｉなどの公知のショットキー材料を用いることができる。
このショットキーバリアダイオード３１は、発光ダイオードに所定値以上の逆方向の過電圧（サージ電圧）などが印加された際に導通する。このため、発光ダイオードの両端子間の電圧は、ショットキーバリアダイオード３１の順方向電圧に制限されることから、発光ダイオードは静電気などによる逆方向の過電圧から保護される。ショットキーバリアダイオード３１の導通開始電圧は、発光ダイオードの許容最大逆方向電圧以下に設定される。すなわち、ショットキーバリアダイオード３１の順方向の導通開始電圧は、発光ダイオードが破壊されるおそれのある電圧よりも低い値に設定される。なお、ショットキーバリアダイオード３１の順方向の導通開始電圧は、正常時に発光ダイオードに印加される逆方向の電圧よりも高く、かつ発光ダイオードが破壊されるおそれのある電圧よりも低いことが好ましい。
図５７は保護素子３０として、同じく発光ダイオードに逆並列接続されたショットキーバリアダイオード３１を用いる場合であり、等価回路は図５６に示すとおりである。図５７に示すように、このショットキーバリアダイオード３１は、ｐ型半導体層３１ｃとこのｐ型半導体層３１ｃとショットキー接触するショットキー電極３１ｂとからなる。ｎ側電極２４はｐ型半導体層３１ｃとオーミック接触し、ｐ側電極２２はショットキー電極３１ｂと接続されている。ｐ型半導体層３１ｃの材料としては、ｐ型アモルファスシリコン、ＮｉＯ、Ｃｕ2 Ｏ、ＦｅＯ、ＣｕＡｌＯ2 、ＳｒＣｕ2 Ｏ2 などを用いることができる。
ショットキーバリアダイオード３１の順方向の導通開始電圧などについては、図５５に示すショットキーバリアダイオード３１と同様である。
ショットキーバリアダイオード３１の順方向の導通開始電圧などについては、図５５に示すショットキーバリアダイオード３１と同様である。
図５８は保護素子３０として発光ダイオードに逆並列接続されたｐｎ接合ダイオード３２を用いる場合である。等価回路を図５９に示す。図５８に示すように、このｐｎ接合ダイオード３２は、ｐ型半導体層３２ａとｎ型半導体層３２ｂとからなる。ｐ側電極２２はｎ型半導体層３２ｂとオーミック接触し、ｎ側電極２４はｐ型半導体層３２ａとオーミック接触している。必要に応じて、ｐ側電極２２とｎ型半導体層３２ｂとの間およびｎ側電極２４とｐ型半導体層３２ａとの間にオーミック接触特性の向上を図るための金属層などを設けてもよい。
このｐｎ接合ダイオード３２は、整流ダイオードあるいは定電圧ダイオードに構成される。このｐｎ接合ダイオード３２が整流ダイオードに構成される場合、発光ダイオードに所定値以上の逆方向の過電圧が印加されたときに導通する。これにより、発光ダイオードに印加される電圧は、ｐｎ接合ダイオード３２の順方向電圧に制限される。したがって、発光ダイオードを静電気などによるサージ電圧などの逆方向の過電圧から保護することができる。ｐｎ接合ダイオード３２の順方向の導通開始電圧は発光ダイオードの許容最大逆方向電圧以下に設定される。なお、ｐｎ接合ダイオード３２の順方向の導通開始電圧は正常時に発光ダイオードに対して逆方向に印加される電圧よりも高く、かつ発光ダイオードが破壊されるおそれのある電圧よりも低いことが好ましい。
ｐｎ接合ダイオード３２がツェナーダイオードなどの定電圧ダイオードに構成される場合、このｐｎ接合ダイオード３２の逆方向降伏電圧は、発光ダイオードの正常動作範囲の順方向電圧と許容最大順方向電圧との間に設定される。これにより、このｐｎ接合ダイオード３２はサージ電圧などの順方向の過電圧から発光ダイオードを保護する。このｐｎ接合ダイオード３２の順方向の導通開始電圧は正常時に発光ダイオードに対して逆方向に印加される電圧よりも高く、かつ発光ダイオードが破壊されるおそれのある電圧よりも低いことが好ましい。
図６０は保護素子３０として発光ダイオードに並列接続されたｎｐｎ接合ダイオード３３を用いる場合である。等価回路を図６１に示す。図６０に示すように、このｎｐｎ接合ダイオード３３は、ｎ型半導体層３３ａとｐ型半導体層３３ｂとｎ型半導体層３３ｃとからなる。ｐ側電極２２はｎ型半導体層３３ａとオーミック接触し、ｎ側電極２４はｎ型半導体層３３ｃとオーミック接触している。必要に応じて、ｐ側電極２２とｎ型半導体層３３ａとの間およびｎ側電極２４とｎ型半導体層３３ｃとの間にオーミック接触特性の向上を図るための金属層などを設けてもよい。
ｎｐｎ接合ダイオード３３の順方向および逆方向の降伏電圧は発光ダイオードの正常動作範囲の電圧と許容最大電圧との間であることが好ましい。これにより、定電圧ダイオードとしてのバックツーバックダイオード３３は、許容最大電圧よりも高いサージ電圧などの過電圧から、発光ダイオードを保護する。
ｎｐｎ接合ダイオード３３の順方向および逆方向の降伏電圧は発光ダイオードの正常動作範囲の電圧と許容最大電圧との間であることが好ましい。これにより、定電圧ダイオードとしてのバックツーバックダイオード３３は、許容最大電圧よりも高いサージ電圧などの過電圧から、発光ダイオードを保護する。
図６２は保護素子３０として発光ダイオードに並列に接続されたコンデンサ３４を用いる場合である。等価回路を図６３に示す。図６２に示すように、このコンデンサ３４は、ｐ側電極２２とｎ側電極２４との間に誘電体３５を挟んだものからなる。この誘電体３５は、溝２０の内壁に形成された絶縁膜２９の比誘電率よりも大きい比誘電率を有する誘電体材料からなる。この誘電体材料としては、例えば、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウムなどが挙げられるが、これらに限定されるものではなく、公知の他の誘電体材料を用いることができる。
コンデンサ３４は、発光ダイオードの正常動作範囲の電圧よりも高い高いサージ電圧などの過電圧から、発光ダイオードを保護する。
コンデンサ３４は、発光ダイオードの正常動作範囲の電圧よりも高い高いサージ電圧などの過電圧から、発光ダイオードを保護する。
この第１３の実施形態によれば、発光ダイオードに対して並列に保護素子３０が接続されているので、何らかの原因で発光ダイオードに対して過電圧が印加された場合に、この保護素子３０の働きでこの発光ダイオードの破壊などを有効に防止することができる。また、この保護素子３０は、貫通転位１９の除去のために形成する溝２０に形成しているので、有効発光面積の減少はほとんどない。また、発光ダイオードと保護素子３０との配線が不要である。そのほか、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。すなわち、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の貫通転位は基板１１の凸部１２の中央部近傍に集中し、その他の部分の転位密度は例えば６×１０7 ／ｃｍ2 程度と従来の凹凸加工基板を用いた場合に比べて大幅に低減されるため、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５およびその上に成長される活性層１７などの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の結晶性は大幅に向上し、非発光中心なども大幅に減少する。さらに、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５、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のうちの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の部分にあるものを、この部分に溝２０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。これらによって、発光効率が極めて高い窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体系発光ダイオードを得ることができる。加えて、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体系発光ダイオードの製造に必要なエピタキシャル成長は１回で済み、しかも成長マスクが不要であるだけでなく、基板１１上の凸部１２は基板１１上に凸部１２の材料となる膜、例えばＳｉＯ2 膜などの膜を形成し、これをエッチング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。
次に、この発明の第１４の実施形態について説明する。
この第１４の実施形態においては、ｐ側電極２２の形成工程までは第１の実施形態と同様であるが、それ以降の工程が異なる。ここで、このｐ側電極２２においては、好適には、電極材料（例えばＡｇなど）の拡散を防ぐためにＰｄを含有する層を介在させたり、その上に、応力、熱、上層に形成されるＡｕやＳｎを含む層（はんだ層やバンプなど）からのＡｕやＳｎのｐ側電極２２への拡散などによる不良の発生を防止するために例えばＴｉ、Ｗ、Ｃｒあるいはこれらの合金などの高融点金属、あるいはこれらの金属の窒化物（ＴｉＮ、ＷＮ、ＴｉＷＮ、ＣｒＮなど）を形成することにより、粒界のないアモルファス状のバリアメタル層として用いる技術を適用する。なお、溝２０およびこの溝２０を埋める誘電体２１の説明および図示は省略する。
この第１４の実施形態においては、ｐ側電極２２の形成工程までは第１の実施形態と同様であるが、それ以降の工程が異なる。ここで、このｐ側電極２２においては、好適には、電極材料（例えばＡｇなど）の拡散を防ぐためにＰｄを含有する層を介在させたり、その上に、応力、熱、上層に形成されるＡｕやＳｎを含む層（はんだ層やバンプなど）からのＡｕやＳｎのｐ側電極２２への拡散などによる不良の発生を防止するために例えばＴｉ、Ｗ、Ｃｒあるいはこれらの合金などの高融点金属、あるいはこれらの金属の窒化物（ＴｉＮ、ＷＮ、ＴｉＷＮ、ＣｒＮなど）を形成することにより、粒界のないアモルファス状のバリアメタル層として用いる技術を適用する。なお、溝２０およびこの溝２０を埋める誘電体２１の説明および図示は省略する。
すなわち、この第１４の実施形態においては、図６４Ａに示すように、ｐ側電極２２を形成した後、リフト法などにより、このｐ側電極２２を覆うようにＮｉ膜４１を形成する。次に、図示は省略するが、例えば、Ｎｉ膜４１を覆うようにＰｄ膜を形成し、このＰｄ膜を覆うように金属窒化膜、例えばＴｉＮ、ＷＮ、ＴｉＷＮ、ＣｒＮなどの膜を形成し、さらに必要に応じてこの膜を覆うようにＴｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒあるいはそれらの合金などの膜を形成する。ただし、Ｎｉ膜４１を形成せず、その代わりに、ｐ側電極２２を覆うようにＰｄ膜を形成し、このＰｄ膜を覆うようにＴｉＮ、ＷＮ、ＴｉＷＮ、ＣｒＮなどの膜を形成し、さらに必要に応じてこの膜を覆うようにＴｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒあるいはそれらの合金などの膜を形成するようにしてもよい。
次に、図６４Ｂに示すように、リソグラフィーにより、Ｎｉ膜４１およびその上のＰｄ膜などの層を覆う所定形状のレジストパターン４２を形成する。
次に、図６４Ｃに示すように、レジストパターン４２をマスクとして例えばＲＩＥ法によりエッチングすることによりメサ部２３を断面形状が台形になるように形成する。このメサ部２３の斜面と基板１１の主面とのなす角度は例えば３５度程度とする。このメサ部２３の斜面には必要に応じてλ／４誘電体膜（λ：発光波長）を形成する。
次に、図６４Ｂに示すように、リソグラフィーにより、Ｎｉ膜４１およびその上のＰｄ膜などの層を覆う所定形状のレジストパターン４２を形成する。
次に、図６４Ｃに示すように、レジストパターン４２をマスクとして例えばＲＩＥ法によりエッチングすることによりメサ部２３を断面形状が台形になるように形成する。このメサ部２３の斜面と基板１１の主面とのなす角度は例えば３５度程度とする。このメサ部２３の斜面には必要に応じてλ／４誘電体膜（λ：発光波長）を形成する。
次に、図６４Ｄに示すように、ｎ型の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５上にｎ側電極２４を形成する。
次に、図６４Ｅに示すように、基板全面にパッシベーション膜としてＳｉＯ2 膜４３を形成する。下地に対する密着性、耐久性、プロセス上の耐食性を考慮に入れた場合、ＳｉＯ2 膜４３の代わりにＳｉＮ膜あるいＳｉＯＮ膜を用いてもよい。
次に、図６４Ｆに示すように、このＳｉＯ2 膜４３をエッチバックして薄くした後、メサ部２３の斜面のＳｉＯ2 膜４３上に反射膜としてＡｌ膜４４を形成する。このＡｌ膜４４は、活性層１７から発生する光を基板１１側に反射させて光の取り出し効率の向上を図るためのものである。このＡｌ膜４４の一端はｎ側電極２４と接触するように形成する。これは、Ａｌ膜４４とｎ側電極２４との間に隙間をつくらないようにすることで光の反射を増すためである。この後、ＳｉＯ2 膜４３を再度形成してパッシベーション膜として必要な厚さにする。
次に、図６４Ｅに示すように、基板全面にパッシベーション膜としてＳｉＯ2 膜４３を形成する。下地に対する密着性、耐久性、プロセス上の耐食性を考慮に入れた場合、ＳｉＯ2 膜４３の代わりにＳｉＮ膜あるいＳｉＯＮ膜を用いてもよい。
次に、図６４Ｆに示すように、このＳｉＯ2 膜４３をエッチバックして薄くした後、メサ部２３の斜面のＳｉＯ2 膜４３上に反射膜としてＡｌ膜４４を形成する。このＡｌ膜４４は、活性層１７から発生する光を基板１１側に反射させて光の取り出し効率の向上を図るためのものである。このＡｌ膜４４の一端はｎ側電極２４と接触するように形成する。これは、Ａｌ膜４４とｎ側電極２４との間に隙間をつくらないようにすることで光の反射を増すためである。この後、ＳｉＯ2 膜４３を再度形成してパッシベーション膜として必要な厚さにする。
次に、図６４Ｇに示すように、ＳｉＯ2 膜４３のうちのＮｉ膜４１およびｎ側電極２４の上方の部分をエッチング除去して開口４５、４６を形成し、これらの部分にＮｉ膜４１およびｎ側電極２４を露出させる。
次に、図６４Ｈに示すように、開口４５の部分のＮｉ膜４１上にパッド電極４７を形成するとともに、開口４６の部分のｎ側電極２４上にパッド電極４８を形成する。
次に、図６４Ｉに示すように、基板全面にバンプマスク材４９を形成した後、このバンプマスク材４９のうちのパッド電極４８の上方の部分をエッチング除去して開口５０を形成し、この部分にパッド電極４８を露出させる。
次に、図６４Ｈに示すように、開口４５の部分のＮｉ膜４１上にパッド電極４７を形成するとともに、開口４６の部分のｎ側電極２４上にパッド電極４８を形成する。
次に、図６４Ｉに示すように、基板全面にバンプマスク材４９を形成した後、このバンプマスク材４９のうちのパッド電極４８の上方の部分をエッチング除去して開口５０を形成し、この部分にパッド電極４８を露出させる。
次に、図６４Ｊに示すように、バンプマスク材４９を用いてパッド電極４８上にＡｕバンプ５１を形成する。次に、バンプマスク材４９を除去する。次に、基板全面に再度バンプマスク材（図示せず）を形成した後、このバンプマスク材のうちのパッド電極４７の上方の部分をエッチング除去して開口を形成し、この部分にパッド電極４７を露出させる。次に、パッド電極４７上にＡｕバンプ５２を形成する。
次に、必要に応じて、上述のようにして発光ダイオード構造が形成された基板１１をその裏面側から研削やラッピングすることにより厚さを減少させた後、この基板１１のスクライビングを行い、バーを形成する。この後、このバーのスクライビングを行うことでチップ化する。
次に、必要に応じて、上述のようにして発光ダイオード構造が形成された基板１１をその裏面側から研削やラッピングすることにより厚さを減少させた後、この基板１１のスクライビングを行い、バーを形成する。この後、このバーのスクライビングを行うことでチップ化する。
次に、この発明の第１５の実施形態について説明する。
この第１５の実施形態においては、第１の実施形態による方法により得られる青色発光の発光ダイオードおよび緑色発光の発光ダイオードに加え、別途用意する赤色発光の発光ダイオード（例えば、ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオード）を用いて発光ダイオードバックライトを製造する場合について説明する。
第１の実施形態による方法により基板１１上に青色発光の発光ダイオード構造を形成し、さらにｐ側電極２２およびｎ側電極２４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。
この第１５の実施形態においては、第１の実施形態による方法により得られる青色発光の発光ダイオードおよび緑色発光の発光ダイオードに加え、別途用意する赤色発光の発光ダイオード（例えば、ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオード）を用いて発光ダイオードバックライトを製造する場合について説明する。
第１の実施形態による方法により基板１１上に青色発光の発光ダイオード構造を形成し、さらにｐ側電極２２およびｎ側電極２４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。
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６５Ａに示す。図６５Ａ中、符号６１は基板、６２はサブマウント、６３は赤色発光の発光ダイオードチップ、６４は緑色発光の発光ダイオードチップ、６５は青色発光のダイオードチップを示す。これらの赤色発光の発光ダイオードチップ６３、緑色発光の発光ダイオードチップ６４および青色発光の発光ダイオードチップ６５のチップサイズは例えば３５０μｍ角である。ここで、赤色発光の発光ダイオードチップ６３はそのｎ側電極がサブマウント６２上に来るようにマウントし、緑色発光の発光ダイオードチップ６４および青色発光の発光ダイオードチップ６５はそのｐ側電極およびｎ側電極が、バンプを介してサブマウント６２上に来るようにする。赤色発光の発光ダイオードチップ６３がマウントされているサブマウント６２上にはｎ側電極用の引き出し電極（図示せず）が所定のパターン形状に形成されており、この引き出し電極上の所定部分に赤色発光の発光ダイオードチップ６３のｎ側電極側がマウントされている。そして、この赤色発光の発光ダイオードチップ６３のｐ側電極と、基板６１上に設けられた所定のパッド電極６６とにこれらを接続するようにワイヤ６７がボンディングされているとともに、上記の引き出し電極の一端と基板６１上に設けられた別のパッド電極とにこれらを接続するようにワイヤ（図示せず）がボンディングされている。緑色発光の発光ダイオードチップ６４がマウントされているサブマウント６２上には、ｐ側電極用の引き出し電極およびｎ側電極用の引き出し電極（いずれも図示せず）がそれぞれ所定のパターン形状に形成されており、これらのｐ側電極用の引き出し電極およびｎ側電極用の引き出し電極上の所定部分に、緑色発光の発光ダイオードチップ６４のｐ側電極およびｎ側電極側がそれらの上に形成されたバンプを介してそれぞれマウントされている。そして、この緑色発光の発光ダイオードチップ６４のｐ側電極用の引き出し電極の一端と、基板６１上に設けられたパッド電極とにこれらを接続するようにワイヤ（図示せず）がボンディングされているとともに、そのｎ側電極用の引き出し電極の一端と、基板６１上に設けられたパッド電極とにこれらを接続するようにワイヤ（図示せず）がボンディングされている。青色発光の発光ダイオードチップ６５も同様である。
ただし、サブマウント６２を省略して、赤色発光の発光ダイオードチップ６３、緑色発光の発光ダイオードチップ６４および青色発光の発光ダイオードチップ６５を直接、放熱性を有する任意のプリント配線基板あるいは、プリント配線基板の機能を有する板、筐体の内外壁（例えば、シャーシの内壁など）にダイレクトマウントすることも可能であり、こうすることで発光ダイオードバックライトあるいはパネル全体の低コスト化を図ることができる。
ただし、サブマウント６２を省略して、赤色発光の発光ダイオードチップ６３、緑色発光の発光ダイオードチップ６４および青色発光の発光ダイオードチップ６５を直接、放熱性を有する任意のプリント配線基板あるいは、プリント配線基板の機能を有する板、筐体の内外壁（例えば、シャーシの内壁など）にダイレクトマウントすることも可能であり、こうすることで発光ダイオードバックライトあるいはパネル全体の低コスト化を図ることができる。
上述のような赤色発光の発光ダイオードチップ６３、緑色発光の発光ダイオードチップ６４および青色発光の発光ダイオードチップ６５を一単位（セル）とし、これを基板６１上に所定のパターンで必要な数配置する。その一例を図６６に示す。次に、図６５Ｂ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６５Ｃ）。こうして、図６７に示すように、赤色発光の発光ダイオードチップ６３、緑色発光の発光ダイオードチップ６４および青色発光の発光ダイオードチップ６５を一単位としたものが基板６１上にアレイ状に配列された発光ダイオードバックライトが得られる。この場合、透明樹脂６８は緑色発光の発光ダイオードチップ６４および青色発光の発光ダイオードチップ６５の基板１１の裏面と接触しているため、この基板１１の裏面が空気と直接接触している場合に比べて屈折率差が小さくなり、したがってこの基板１１を透過して外部に出ようとする光がこの基板１１の裏面で反射される割合が減少し、それによって光取り出し効率が向上することで発光効率が向上する。
この発光ダイオードバックライトは、例えば液晶パネルのバックライトに用いて好適なものである。
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。
次に、この発明の第１６の実施形態について説明する。
この第１６の実施形態においては、第１５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６８に示すように、赤色発光の発光ダイオードチップ６３を覆うようにこの発光ダイオードチップ６３に適した透明樹脂６９のポッティングを行い、緑色発光の発光ダイオードチップ６４を覆うようにこの発光ダイオードチップ６４に適した透明樹脂７０のポッティングを行い、青色発光の発光ダイオードチップ６５を覆うようにこの発光ダイオードチップ６５に適した透明樹脂７１のポッティングを行う。この後、透明樹脂６９〜７１のキュア処理を行う。このキュア処理により透明樹脂６９〜７１は固化し、それに伴い少し縮小する。こうして、赤色発光の発光ダイオードチップ６３、緑色発光の発光ダイオードチップ６４および青色発光の発光ダイオードチップ６５を一単位としたものが基板６１上にアレイ状に配列された発光ダイオードバックライトが得られる。この場合、透明樹脂７０、７１はそれぞれ緑色発光の発光ダイオードチップ６４および青色発光の発光ダイオードチップ６５の基板１１の裏面と接触しているため、この基板１１の裏面が空気と直接接触している場合に比べて屈折率差が小さくなり、したがってこの基板１１を透過して外部に出ようとする光がこの基板１１の裏面で反射される割合が減少し、それによって光取り出し効率が向上することで発光効率が向上する。
この発光ダイオードバックライトは、例えば液晶パネルのバックライトに用いて好適なものである。
この第１６の実施形態においては、第１５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６８に示すように、赤色発光の発光ダイオードチップ６３を覆うようにこの発光ダイオードチップ６３に適した透明樹脂６９のポッティングを行い、緑色発光の発光ダイオードチップ６４を覆うようにこの発光ダイオードチップ６４に適した透明樹脂７０のポッティングを行い、青色発光の発光ダイオードチップ６５を覆うようにこの発光ダイオードチップ６５に適した透明樹脂７１のポッティングを行う。この後、透明樹脂６９〜７１のキュア処理を行う。このキュア処理により透明樹脂６９〜７１は固化し、それに伴い少し縮小する。こうして、赤色発光の発光ダイオードチップ６３、緑色発光の発光ダイオードチップ６４および青色発光の発光ダイオードチップ６５を一単位としたものが基板６１上にアレイ状に配列された発光ダイオードバックライトが得られる。この場合、透明樹脂７０、７１はそれぞれ緑色発光の発光ダイオードチップ６４および青色発光の発光ダイオードチップ６５の基板１１の裏面と接触しているため、この基板１１の裏面が空気と直接接触している場合に比べて屈折率差が小さくなり、したがってこの基板１１を透過して外部に出ようとする光がこの基板１１の裏面で反射される割合が減少し、それによって光取り出し効率が向上することで発光効率が向上する。
この発光ダイオードバックライトは、例えば液晶パネルのバックライトに用いて好適なものである。
次に、この発明の第１７の実施形態について説明する。
この第１７の実施形態においては、第１の実施形態による方法により得られる青色発光の発光ダイオードおよび緑色発光の発光ダイオードに加え、別途用意する赤色発光の発光ダイオードを用いて光源セルユニットを製造する場合について説明する。
図６９Ａに示すように、この第１７の実施形態においては、第１６の実施形態と同様にして、赤色発光の発光ダイオードチップ６３、緑色発光の発光ダイオードチップ６４および青色発光の発光ダイオードチップ６５をそれぞれ少なくとも一つ含み、これらが所定のパターンで配置されたセル７５をプリント配線基板７６上に所定のパターンで必要な数配置する。この例では、各セル７５は、赤色発光の発光ダイオードチップ６３、緑色発光の発光ダイオードチップ６４および青色発光の発光ダイオードチップ６５をそれぞれ一つ含み、これらが正三角形の頂点に配置されている。図６９Ｂにセル７５を拡大して示す。各セル７５における赤色発光の発光ダイオードチップ６３、緑色発光の発光ダイオードチップ６４および青色発光の発光ダイオードチップ６５の間隔ａは例えば４ｍｍであるが、これに限定されるものではない。セル７５の間隔ｂは例えば３０ｍｍであるが、これに限定されるものではない。プリント配線基板７６としては、例えば、ＦＲ４（Flame Retardant Type 4の略）基板やメタルコア基板やフレキシブル配線基板などを用いることができるが、放熱性を有するプリント配線基板であれば他のものを用いることもでき、これらに限定されるものではない。第１６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１７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。
この第１７の実施形態においては、第１の実施形態による方法により得られる青色発光の発光ダイオードおよび緑色発光の発光ダイオードに加え、別途用意する赤色発光の発光ダイオードを用いて光源セルユニットを製造する場合について説明する。
図６９Ａに示すように、この第１７の実施形態においては、第１６の実施形態と同様にして、赤色発光の発光ダイオードチップ６３、緑色発光の発光ダイオードチップ６４および青色発光の発光ダイオードチップ６５をそれぞれ少なくとも一つ含み、これらが所定のパターンで配置されたセル７５をプリント配線基板７６上に所定のパターンで必要な数配置する。この例では、各セル７５は、赤色発光の発光ダイオードチップ６３、緑色発光の発光ダイオードチップ６４および青色発光の発光ダイオードチップ６５をそれぞれ一つ含み、これらが正三角形の頂点に配置されている。図６９Ｂにセル７５を拡大して示す。各セル７５における赤色発光の発光ダイオードチップ６３、緑色発光の発光ダイオードチップ６４および青色発光の発光ダイオードチップ６５の間隔ａは例えば４ｍｍであるが、これに限定されるものではない。セル７５の間隔ｂは例えば３０ｍｍであるが、これに限定されるものではない。プリント配線基板７６としては、例えば、ＦＲ４（Flame Retardant Type 4の略）基板やメタルコア基板やフレキシブル配線基板などを用いることができるが、放熱性を有するプリント配線基板であれば他のものを用いることもでき、これらに限定されるものではない。第１６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１７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。
プリント配線基板７６上のセル７５の配置の具体例を図７０および図７１に示すが、これらに限定されるものではない。図７０に示す例はセル７５を４×３の二次元アレイ状に配置したもの、図７１に示す例はセル７５を６×２の二次元アレイ状に配置したものである。
図７２はセル７５の他の構成例を示す。この例では、セル７５は、赤色発光の発光ダイオードチップ６３を一つ、緑色発光の発光ダイオードチップ６４を二つ、青色発光の発光ダイオードチップ６５を一つ含み、これらが例えば正方形の頂点に配置されている。二つの緑色発光の発光ダイオードチップ６４はこの正方形の一つの対角線の両端の頂点に配置され、赤色発光の発光ダイオードチップ６３および青色発光の発光ダイオードチップ６５はこの正方形のもう一つの対角線の両端の頂点に配置されている。
この光源セルユニットを一つまたは複数配列することにより、例えば液晶パネルのバックライトに用いて好適な発光ダイオードバックライトを得ることができる。
図７２はセル７５の他の構成例を示す。この例では、セル７５は、赤色発光の発光ダイオードチップ６３を一つ、緑色発光の発光ダイオードチップ６４を二つ、青色発光の発光ダイオードチップ６５を一つ含み、これらが例えば正方形の頂点に配置されている。二つの緑色発光の発光ダイオードチップ６４はこの正方形の一つの対角線の両端の頂点に配置され、赤色発光の発光ダイオードチップ６３および青色発光の発光ダイオードチップ６５はこの正方形のもう一つの対角線の両端の頂点に配置されている。
この光源セルユニットを一つまたは複数配列することにより、例えば液晶パネルのバックライトに用いて好適な発光ダイオードバックライトを得ることができる。
次に、この発明の第１８の実施形態について説明する。
この第１８の実施形態においては、第１２の実施形態と同様にして貫通転位１９の部分に溝２０を形成するが、この場合、図７３に示すように、凹部１３に対応する部分に形成する溝２０は基板１１が露出する深さに形成し、凸部１２の中央部に対応する部分に形成する溝２０はｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６の厚さの途中の深さに形成する。凸部１２の材料としては、必要に応じて、ウエットエッチングにより容易にエッチング除去することができるように、好適には、ＳｉＯ2 などの非晶質材料が用いられる。
この第１８の実施形態においては、第１２の実施形態と同様にして貫通転位１９の部分に溝２０を形成するが、この場合、図７３に示すように、凹部１３に対応する部分に形成する溝２０は基板１１が露出する深さに形成し、凸部１２の中央部に対応する部分に形成する溝２０はｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６の厚さの途中の深さに形成する。凸部１２の材料としては、必要に応じて、ウエットエッチングにより容易にエッチング除去することができるように、好適には、ＳｉＯ2 などの非晶質材料が用いられる。
次に、図７４に示すように、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８上に高反射電極からなるｐ側電極２２を形成する。次に、このｐ側電極２２を覆うように全面にＳｉＯ2 膜などの絶縁膜８１を形成した後、この絶縁膜８１の表面を平坦化する。次に、この絶縁膜８１のうちの凸部１２の中央部に対応する部分に形成した溝２０に対応する部分を選択的にエッチングすることによりコンタクトホール８２を形成し、このコンタクトホール８２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。また、この絶縁膜８１のうちのｐ側電極２２上にある所定の部分を選択的にエッチングすることによりコンタクトホール８３を形成し、このコンタクトホール８３内にｐ側電極２２を露出させる。次に、コンタクトホール８２を通じてｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１６上にｎ側電極２４を形成するとともに、コンタクトホール８３を通じてｐ側電極２２上に電極８４を形成する。
次に、発光ダイオード駆動回路などが形成されたプリント配線基板などの配線基板８５の一主面上に、基板１１上のｎ側電極２４および電極８４に対応する位置に電極８５ａ、８５ｂが形成されたものを別途用意し、この配線基板８５の電極８５ａ、８５ｂを、基板１１上のｎ側電極２４および電極８４とそれぞれ対向させ、図７５に示すように、これらを圧着して接合する。こうして、配線基板８５を一体化した発光ダイオードアレイが得られる。
ここで、基板１１の凸部１２および凹部１３のパターンが図１０に示すような蜂の巣状パターンであるとすると、この場合の貫通転位１９のパターンは図１２に示すようになり、この貫通転位１９を除去するように溝２０を形成し、この溝２０に絶縁膜８１を埋め込むと、平面形状が六角形でｐ側電極２２およびｎ側電極２４を有する発光ダイオードが、絶縁膜８１により埋め込まれた溝２０により互いに電気的に分離した状態で蜂の巣状に二次元的に配列した発光ダイオードアレイが得られる。各発光ダイオードの駆動は、配線基板８５に形成された発光ダイオード駆動回路により行われる。
ここで、基板１１の凸部１２および凹部１３のパターンが図１０に示すような蜂の巣状パターンであるとすると、この場合の貫通転位１９のパターンは図１２に示すようになり、この貫通転位１９を除去するように溝２０を形成し、この溝２０に絶縁膜８１を埋め込むと、平面形状が六角形でｐ側電極２２およびｎ側電極２４を有する発光ダイオードが、絶縁膜８１により埋め込まれた溝２０により互いに電気的に分離した状態で蜂の巣状に二次元的に配列した発光ダイオードアレイが得られる。各発光ダイオードの駆動は、配線基板８５に形成された発光ダイオード駆動回路により行われる。
この発光ダイオードアレイをフルカラーとするためには、次のようにすればよい。一つの方法は、各発光ダイオードを紫外光を発光可能に構成し、青色発光、緑色発光および赤色発光を得たい部分の発光ダイオードに対応する部分の基板１１の裏面にそれぞれ、紫外光により励起されて青色の光を発光する蛍光体を含有する蛍光体含有膜、紫外光により励起されて緑色の光を発光する蛍光体を含有する蛍光体含有膜および紫外光により励起されて赤色の光を発光する蛍光体を含有する蛍光体含有膜を形成する。図７６に、基板１１の裏面に、紫外光により励起されて青色の光を発光する蛍光体を含有する蛍光体含有膜８６が形成された部分を示す。こうすることで、青色発光を得たい部分からは蛍光体含有膜８６から青色の光が取り出され、緑色発光を得たい部分からは同様に蛍光体含有膜から緑色の光が取り出され、赤色発光を得たい部分からは蛍光体含有膜から赤色の光が取り出される。一画素は例えば正三角形状に配置された互いに隣接する三つの発光ダイオードにより形成することができるが、これに限定されるものではない。
もう一つの方法は、各発光ダイオードを青色発光可能に構成し、緑色発光および赤色発光を得たい部分の発光ダイオードに対応する部分の基板１１の裏面にそれぞれ、青色の光により励起されて緑色の光を発光する蛍光体を含有する蛍光体含有膜および青色の光により励起されて赤色の光を発光する蛍光体を含有する蛍光体含有膜を形成する。こうすることで、青色発光を得たい部分からは青色発光の発光ダイオードから直接青色の光が基板１１の外部に取り出され、緑色発光を得たい部分からは蛍光体含有膜から緑色の光が取り出され、赤色発光を得たい部分からは蛍光体含有膜から赤色の光が取り出される。
この第１８の実施形態によれば、発光ダイオード駆動回路が形成された配線基板８５を発光ダイオードアレイに容易に一体化することができる。この配線基板８５を一体化した発光ダイオードアレイは、発光ダイオードディスプレイ、発光ダイオードバックライト、発光ダイオード照明装置、光源セルユニットなどに用いて好適なものである。
この第１８の実施形態によれば、発光ダイオード駆動回路が形成された配線基板８５を発光ダイオードアレイに容易に一体化することができる。この配線基板８５を一体化した発光ダイオードアレイは、発光ダイオードディスプレイ、発光ダイオードバックライト、発光ダイオード照明装置、光源セルユニットなどに用いて好適なものである。
次に、この発明の第１９の実施形態について説明する。
この第１９の実施形態においては、第１２の実施形態と同様にして貫通転位１９の部分に溝２０を形成するが、この場合、図７７に示すように、凹部１３に対応する部分に形成する溝２０および凸部１２の中央部に対応する部分に形成する溝２０とも、基板１１が露出する深さに形成する。凸部１２の材料としては、後のウエットエッチングの際に容易にエッチング除去することができるように、好適には、ＳｉＯ2 などの非晶質材料が用いられるが、これに限定されるものではない。
この第１９の実施形態においては、第１２の実施形態と同様にして貫通転位１９の部分に溝２０を形成するが、この場合、図７７に示すように、凹部１３に対応する部分に形成する溝２０および凸部１２の中央部に対応する部分に形成する溝２０とも、基板１１が露出する深さに形成する。凸部１２の材料としては、後のウエットエッチングの際に容易にエッチング除去することができるように、好適には、ＳｉＯ2 などの非晶質材料が用いられるが、これに限定されるものではない。
次に、図７８に示すように、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１８上に高反射電極からなるｐ側電極２２を形成する。次に、このｐ側電極２２上に電極８４を形成した後、この電極８４の側壁にＳｉＯ2 膜などの絶縁膜８７を形成する。
次に、発光ダイオード駆動回路などが形成されたプリント配線基板などの配線基板８５の一主面上に、基板１１上の電極８４に対応する位置に電極８８が形成されたものを別途用意し、この配線基板８５の電極８８を、基板１１上の電極８４とそれぞれ対向させ、図７９に示すように、これらを圧着して接合する。
次に、発光ダイオード駆動回路などが形成されたプリント配線基板などの配線基板８５の一主面上に、基板１１上の電極８４に対応する位置に電極８８が形成されたものを別途用意し、この配線基板８５の電極８８を、基板１１上の電極８４とそれぞれ対向させ、図７９に示すように、これらを圧着して接合する。
次に、図８０に示すように、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に対して凸部１２を選択的にエッチングすることができるエッチング液を用いて凸部１２をウエットエッチングして除去することにより、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５から基板１１を剥離する。例えば、凸部１２の材料としてＳｉＯ2 を用いる場合には、エッチング液としてフッ酸系のエッチング液を用いる。
次に、図８１に示すように、溝２０に絶縁膜８９を埋め込んで、ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の裏面を平坦化した後、その上にｎ側電極２４として例えばＩＴＯなどからなる透明電極を形成する。さらに、この透明電極からなるｎ側電極２４の一部の上に電極９０を形成する。
次に、図８１に示すように、溝２０に絶縁膜８９を埋め込んで、ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層１５の裏面を平坦化した後、その上にｎ側電極２４として例えばＩＴＯなどからなる透明電極を形成する。さらに、この透明電極からなるｎ側電極２４の一部の上に電極９０を形成する。
ここで、基板１１の凸部１２および凹部１３のパターンが図１０に示すような蜂の巣状パターンであるとすると、この場合の貫通転位１９のパターンは図１２に示すようになり、この貫通転位１９を除去するように溝２０を形成し、この溝２０に絶縁膜３５を埋め込むと、平面形状が六角形でｐ側電極２２およびｎ側電極２４を有する発光ダイオードが、絶縁膜８７により埋め込まれた溝２０により互いに電気的に分離した状態で蜂の巣状に二次元的に配列した発光ダイオードアレイが得られる。各発光ダイオードの駆動は、配線基板８５に形成された発光ダイオード駆動回路により行われる。
この発光ダイオードアレイをフルカラーとするためには、次のようにすればよい。一つの方法は、各発光ダイオードを紫外光を発光可能に構成し、青色発光、緑色発光および赤色発光を得たい部分の発光ダイオードに対応する部分のｎ側電極２４上にそれぞれ、紫外光により励起されて青色の光を発光する蛍光体を含有する蛍光体含有膜、紫外光により励起されて緑色の光を発光する蛍光体を含有する蛍光体含有膜および紫外光により励起されて赤色の光を発光する蛍光体を含有する蛍光体含有膜を形成する。図８１に、ｎ側電極２４上に、紫外光により励起されて青色の光を発光する蛍光体を含有する蛍光体含有膜８６が形成された部分を示す。こうすることで、青色発光を得たい部分からは蛍光体含有膜８６から青色の光が取り出され、緑色発光を得たい部分からは同様に蛍光体含有膜から緑色の光が取り出され、赤色発光を得たい部分からは蛍光体含有膜から赤色の光が取り出される。一画素は例えば正三角形状に配置された互いに隣接する三つの発光ダイオードにより形成することができるが、これに限定されるものではない。
もう一つの方法は、各発光ダイオードを青色発光可能に構成し、緑色発光および赤色発光を得たい部分の発光ダイオードに対応する部分のｎ側電極２４上にそれぞれ、青色の光により励起されて緑色の光を発光する蛍光体を含有する蛍光体含有膜および青色の光により励起されて赤色の光を発光する蛍光体を含有する蛍光体含有膜を形成する。こうすることで、青色発光を得たい部分からは青色発光の発光ダイオードから直接青色の光が基板１１の外部に取り出され、緑色発光を得たい部分からは蛍光体含有膜から緑色の光が取り出され、赤色発光を得たい部分からは蛍光体含有膜から赤色の光が取り出される。
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１９の実施形態において挙げた数値、材料、構造、形状、基板、原料、プロセス、凸部１２および凹部１３の方位などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、材料、構造、形状、基板、原料、プロセスなどを用いてもよい。
具体的には、例えば、上述の第１〜第１９の実施形態において、ｐ型層およびｎ型層の導電型を互いに逆にしてもよい。
また、必要に応じて、上述の第１〜第１９の実施形態のうちの二以上を組み合わせてもよい。
また、第１５〜第１９の実施形態において、基板６１、プリント配線基板７６および配線基板８５の代わりに、図８２に示すように、プリント配線基板７６と同等の配線パターンを有する互いに電気的に絶縁された薄い導電性基板９１ａ、９１ｂ、９１ｃ（例えば、リードフレーム）の所定部位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の一方の電極側をそれぞれダイレクトマウントし、他方の電極にそれぞれワイヤー６７によりワイヤボンディングを行った後、例えば金型を用いた一体成型技術によりそれぞれ透明樹脂６９〜７１でモールドしてもよい。ここで、発光ダイオードチップ６３、６４、６５は、例えば図４１に示す発光ダイオードのような垂直電流注入型である。また、発光ダイオードチップ６３、６４、６５は、早期混色化（白色化、均一化）を目的として最適設計された所望の配置、配列でマウントするのが好ましい。発光ダイオードチップ６３、６４、６５は透明樹脂６８により一体でモールドしてもよい。導電性基板９１ａ、９１ｂ、９１ｃのうちの発光ダイオードチップ６３、６４、６５をマウントする部分は、斜面を有するカップ状に形成してもよく、こうすることでこの斜面による反射により光取り出し量を増加させることができる。また、導電性基板９１ａ、９１ｂ、９１ｃ上の発光ダイオードチップ６３、６４、６５側から最終的に光を取り出す場合、放熱性能を向上させる目的で、最終的に発光ダイオードチップ６３、６４、６５側だけに透明樹脂６９〜７１または透明樹脂６８がモールドされた形態にして、発光ダイオードチップ６３、６４、６５と反対側の、外部に露出した部分の導電性基板９１から直接放熱を行うようにするのが望ましい。なお、発光ダイオードチップ６３、６４、６５はフリップチップ（ワイヤボンディングなし）、フェースアップ（ワイヤボンディングあり）などの様々な形態があり、光取り出し側も、発光ダイオードチップ６３、６４、６５側、発光ダイオードチップ６３、６４、６と反対側などがあるため、これらの形態などによっては、上記のモールド側と放熱側とが逆になる場合もあることは言うまでもない。
例えば、上述の第１〜第１９の実施形態において挙げた数値、材料、構造、形状、基板、原料、プロセス、凸部１２および凹部１３の方位などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、材料、構造、形状、基板、原料、プロセスなどを用いてもよい。
具体的には、例えば、上述の第１〜第１９の実施形態において、ｐ型層およびｎ型層の導電型を互いに逆にしてもよい。
また、必要に応じて、上述の第１〜第１９の実施形態のうちの二以上を組み合わせてもよい。
また、第１５〜第１９の実施形態において、基板６１、プリント配線基板７６および配線基板８５の代わりに、図８２に示すように、プリント配線基板７６と同等の配線パターンを有する互いに電気的に絶縁された薄い導電性基板９１ａ、９１ｂ、９１ｃ（例えば、リードフレーム）の所定部位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の一方の電極側をそれぞれダイレクトマウントし、他方の電極にそれぞれワイヤー６７によりワイヤボンディングを行った後、例えば金型を用いた一体成型技術によりそれぞれ透明樹脂６９〜７１でモールドしてもよい。ここで、発光ダイオードチップ６３、６４、６５は、例えば図４１に示す発光ダイオードのような垂直電流注入型である。また、発光ダイオードチップ６３、６４、６５は、早期混色化（白色化、均一化）を目的として最適設計された所望の配置、配列でマウントするのが好ましい。発光ダイオードチップ６３、６４、６５は透明樹脂６８により一体でモールドしてもよい。導電性基板９１ａ、９１ｂ、９１ｃのうちの発光ダイオードチップ６３、６４、６５をマウントする部分は、斜面を有するカップ状に形成してもよく、こうすることでこの斜面による反射により光取り出し量を増加させることができる。また、導電性基板９１ａ、９１ｂ、９１ｃ上の発光ダイオードチップ６３、６４、６５側から最終的に光を取り出す場合、放熱性能を向上させる目的で、最終的に発光ダイオードチップ６３、６４、６５側だけに透明樹脂６９〜７１または透明樹脂６８がモールドされた形態にして、発光ダイオードチップ６３、６４、６５と反対側の、外部に露出した部分の導電性基板９１から直接放熱を行うようにするのが望ましい。なお、発光ダイオードチップ６３、６４、６５はフリップチップ（ワイヤボンディングなし）、フェースアップ（ワイヤボンディングあり）などの様々な形態があり、光取り出し側も、発光ダイオードチップ６３、６４、６５側、発光ダイオードチップ６３、６４、６と反対側などがあるため、これらの形態などによっては、上記のモールド側と放熱側とが逆になる場合もあることは言うまでもない。
１１…基板、１２…凸部、１３…凹部、１４…微小核、１５…窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、１６…ｎ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、１７…活性層、１８…ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、１９…貫通転位、２０…溝、２１…誘電体、２２…ｐ側電極、２３…メサ部、２４…ｎ側電極、２５…反射膜、２６…光散乱粒子、３０…保護素子、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、８５…配線基板
Claims (12)
- 一主面に複数の凸部を有する基板を用い、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および／または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溝を形成する工程と、
上記活性層からの発光波長の光に対して透明な誘電体により上記溝を埋め、この際、当該誘電体の表面が凹部および／または凸部を有し、および／または、当該誘電体が光散乱粒子を含むようにする工程と
を有することを特徴とする発光ダイオードの製造方法。 - 上記第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる際に、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する転位が、上記三角形状の断面形状となる状態の上記第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、上記一主面に平行な方向に屈曲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。
- 上記凸部は上記基板と異なる材料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の製造方法。
- 上記誘電体が、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屈折率よりも小さい屈折率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の製造方法。
- 一主面に複数の凸部を有する基板と、
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おり、
上記第５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および／または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分が、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されて溝が形成され、上記活性層からの発光波長の光に対して透明な誘電体により上記溝が埋められ、当該誘電体の表面が凹部および／または凸部を有し、および／または、当該誘電体が光散乱粒子を含む
ことを特徴とする発光ダイオード。 - 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において、
上記赤色発光の発光ダイオード、上記緑色発光の発光ダイオードおよび上記青色発光の発光ダイオードのうちの少なくとも一つの発光ダイオードが、
一主面に複数の凸部を有する基板と、
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おり、
上記第５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および／または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分が、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されて溝が形成され、上記活性層からの発光波長の光に対して透明な誘電体により上記溝が埋められ、当該誘電体の表面が凹部および／または凸部を有し、および／または、当該誘電体が光散乱粒子を含むものである
ことを特徴とする光源セルユニット。 - 赤色発光の発光ダイオード、緑色発光の発光ダイオードおよび青色発光の発光ダイオードをそれぞれ複数個配列した発光ダイオードバックライトにおいて、
上記赤色発光の発光ダイオード、上記緑色発光の発光ダイオードおよび上記青色発光の発光ダイオードのうちの少なくとも一つの発光ダイオードが、
一主面に複数の凸部を有する基板と、
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おり、
上記第５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および／または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分が、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されて溝が形成され、上記活性層からの発光波長の光に対して透明な誘電体により上記溝が埋められ、当該誘電体の表面が凹部および／または凸部を有し、および／または、当該誘電体が光散乱粒子を含むものである
ことを特徴とする発光ダイオードバックライト。 - 赤色発光の発光ダイオード、緑色発光の発光ダイオードおよび青色発光の発光ダイオードをそれぞれ複数個配列した発光ダイオード照明装置において、
上記赤色発光の発光ダイオード、上記緑色発光の発光ダイオードおよび上記青色発光の発光ダイオードのうちの少なくとも一つの発光ダイオードが、
一主面に複数の凸部を有する基板と、
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おり、
上記第５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および／または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分が、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されて溝が形成され、上記活性層からの発光波長の光に対して透明な誘電体により上記溝が埋められ、当該誘電体の表面が凹部および／または凸部を有し、および／または、当該誘電体が光散乱粒子を含むものである
ことを特徴とする発光ダイオード照明装置。 - 赤色発光の発光ダイオード、緑色発光の発光ダイオードおよび青色発光の発光ダイオードをそれぞれ複数個配列した発光ダイオードディスプレイにおいて、
上記赤色発光の発光ダイオード、上記緑色発光の発光ダイオードおよび上記青色発光の発光ダイオードのうちの少なくとも一つの発光ダイオードが、
一主面に複数の凸部を有する基板と、
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おり、
上記第５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および／または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分が、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されて溝が形成され、上記活性層からの発光波長の光に対して透明な誘電体により上記溝が埋められ、当該誘電体の表面が凹部および／または凸部を有し、および／または、当該誘電体が光散乱粒子を含むものである
ことを特徴とする発光ダイオードディスプレイ。 - 一つまたは複数の発光ダイオードを有する電子機器において、
少なくとも一つの上記発光ダイオードが、
一主面に複数の凸部を有する基板と、
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おり、
上記第５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および／または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分が、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されて溝が形成され、上記活性層からの発光波長の光に対して透明な誘電体により上記溝が埋められ、当該誘電体の表面が凹部および／または凸部を有し、および／または、当該誘電体が光散乱粒子を含むものである
ことを特徴とする電子機器。 - 一主面に複数の凸部を有する基板を用い、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の半導体層を成長させる工程と、
上記第１の半導体層から上記基板上に第２の半導体層を横方向成長させる工程と、
上記第２の半導体層上に第１の導電型の第３の半導体層、活性層および第２の導電型の第４の半導体層を成長させる工程と、
上記第１の半導体層、上記第２の半導体層、上記第３の半導体層、上記活性層および上記第４の半導体層のうちの上記凹部および／または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の半導体層の表面から深さ方向に、少なくとも上記第３の半導体層が露出するまで除去することにより溝を形成する工程と、
上記活性層からの発光波長の光に対して透明な誘電体により上記溝を埋め、この際、当該誘電体の表面が凹部および／または凸部を有し、および／または、当該誘電体が光散乱粒子を含むようにする工程と
を有することを特徴とする発光ダイオードの製造方法。 - 一主面に複数の凸部を有する基板と、
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の半導体層と、
上記第５の半導体層上の第１の導電型の第３の半導体層、活性層および第２の導電型の第４の半導体層とを有し、
上記第５の半導体層において、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おり、
上記第５の半導体層、上記第３の半導体層、上記活性層および上記第４の半導体層のうちの上記凹部および／または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分が、上記第４の半導体層の表面から深さ方向に、少なくとも上記第３の半導体層が露出するまで除去されて溝が形成され、上記活性層からの発光波長の光に対して透明な誘電体により上記溝が埋められ、当該誘電体の表面が凹部および／または凸部を有し、および／または、当該誘電体が光散乱粒子を含む
ことを特徴とする発光ダイオード。
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