JP2009152334A - ＧａＮ系ＬＥＤ素子、ＧａＮ系ＬＥＤ素子の製造方法およびＧａＮ系ＬＥＤ素子製造用テンプレート - Google Patents

Abstract

【課題】光取出し効率を高めた、新規な構造を有するＧａＮ系ＬＥＤ素子を提供すること。
【解決手段】ＧａＮ系ＬＥＤ素子１００は、基板１０と、ＧａＮ系半導体からなる第１の層１１と、ＧａＮ系半導体からなり発光部を含む第２の層１２と、をこの順に含む積層構造を備えている。第１の層１１に形成されたボイドＳを有し、ウェットエッチングにより形成されてなり前記基板側を向くように傾斜した第１の層の端面１１ａが、ボイドＳ内に露出している。また、基板１０がボイドＳ内に露出している。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子構造の主要部をＧａＮ系半導体で構成したＬＥＤ素子である、ＧａＮ系ＬＥＤ素子に関する。本発明は、とりわけ、光取出し効率を高めたＧａＮ系ＬＥＤ素子に関する。本発明は、また、ＧａＮ系ＬＥＤ素子の製造方法およびＧａＮ系ＬＥＤ素子製造用テンプレートに関する。

ＧａＮ系半導体は、化学式Ａｌ_ａＩｎ_ｂＧａ_{１−ａ−ｂ}Ｎ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ａ＋ｂ≦１）で表される化合物半導体であり、３族窒化物半導体、窒化物系半導体などとも呼ばれる。ｐ型およびｎ型のＧａＮ系半導体層を積層してｐｎ接合型の発光部を構成したＧａＮ系ＬＥＤ素子は、緑色〜近紫外の光を発生することが可能である。ｐｎ接合型の発光部における量子効率を高めるための構造として、ダブルヘテロ構造、量子井戸構造などがよく知られている。

ＧａＮ系ＬＥＤ素子は、サファイア基板などの基板上に、ＭＯＶＰＥ法などの気相成長法を用いて発光部を含むＧａＮ系半導体膜を形成することにより、製造される。最近、ウェットエッチング処理により発光部を含むＧａＮ系半導体膜に傾斜した端面を形成し、それによって光取出し効率を高めたＧａＮ系ＬＥＤが開発されている（特許文献１〜３）。
特開２００６−２８７２０８号公報 特開２００７−１１６１１４号公報 特開２００７−２９４５６６号公報

本発明の主な目的は、光取出し効率を高めた、新規な構造を有するＧａＮ系ＬＥＤ素子を提供することである。

次の発明を開示する。
（１）基板と、ＧａＮ系半導体からなる第１の層と、ＧａＮ系半導体からなり発光部を含む第２の層と、をこの順に含む積層構造を備えたＧａＮ系ＬＥＤ素子であって、前記第１の層に形成されたボイドを有し、ウェットエッチングにより形成されてなり前記基板側を向くように傾斜した前記第１の層の端面が、前記ボイド内に露出している、ＧａＮ系ＬＥＤ素子。
（２）前記基板が前記ボイド内に露出している、前記（１）に記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
（３）前記基板と前記第１の層との間に形成されＧａＮ系半導体からなる第３の層を有し、該第３の層の表面に形成されたマスク層が前記ボイド内に露出している、前記（１）に記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
（４）前記基板の表面に形成されたマスク層が前記ボイド内に露出している、前記（１）に記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
（５）前記基板がＧａＮ系半導体基板である、前記（４）に記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
（６）（ａ）基板と、該基板の上に形成されＧａＮ系半導体からなる第１の層と、を有する半導体構造であって、前記第１の層の表面に開口する凹部が設けられ、ウェットエッチングにより形成されてなり前記基板側を向くように傾斜した前記第１の層の端面が前記凹部内に露出している、半導体構造を準備するステップと、（ｂ）前記第１の層の上に、ＧａＮ系半導体からなり発光部を含む第２の層を、前記開口部を塞ぐように積層して、前記凹部の位置にボイドを形成するステップと、を有する、ＧａＮ系ＬＥＤ素子の製造方法。
（７）基板と、該基板の上に形成されＧａＮ系半導体からなる第１の層と、を有するテンプレートであって、前記第１の層の表面に開口する凹部が設けられ、該凹部の開口部は５μｍを超える直径を有する真球が通過できない大きさであり、ウェットエッチングにより形成されてなり前記基板側を向くように傾斜した前記第１の層の端面が前記凹部内に露出している、ＧａＮ系ＬＥＤ素子製造用テンプレート。

本発明に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子は、光取出し効率を高めたことにより発光出力に優れたものとなるので、屋内外の照明や、自動車のヘッドランプをはじめとする、高出力が要求される用途において、好適に用いることができる。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子の構造を図１に示す。図１（ａ）はＬＥＤ素子を電極配置面側から見た平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ線の位置における断面図である。

図１に示すＧａＮ系ＬＥＤ素子１００は、基板１０と、ＧａＮ系半導体からなる第１の層１１と、ＧａＮ系半導体からなり発光部を含む第２の層１２とを、この順に含む積層構造を備えている。第２の層１２は、更に、ｐｎ接合型の発光部が構成されるように、ｎ型層１２ａとｐ型層１２ｂとを積層した構造を備えている。ｎ型層１２ａの一部露出された表面上には負電極Ｅ１が形成されている。ｐ型層１２ｂ上には、オーミック電極Ｅ２ａと、その一部上に形成されたボンディングパッドＥ２ｂとからなる、正電極Ｅ２が設けられている。

ＧａＮ系ＬＥＤ素子１００は、特徴的な構造として、第１の層１１に形成された複数のボイドＳを有している。ボイドＳ内には、基板１０と、第１の層の端面１１ａと、第２の層１２が露出している。基板１０の露出面はボイド底面を、第１の層の端面１１ａはボイド側面を、そして、第２の層１２の露出面はボイド上面を、それぞれ、構成している。
第１の層の端面１１ａは、ウェットエッチングによって形成されたものであり、基板１０側を向くように傾斜している。図１（ａ）では、第１の層の端面１１ａの上端（ボイド上面の輪郭でもある）を、破線で表示している。
なお、第２の層１２を気相成長法により形成する際などに生じた堆積物が、ボイドＳ内に露出した第１の層の端面１１ａや基板１０の表面を覆う場合があるが、発明の作用効果に影響しない程度であれば、端面１１ａや基板１０の表面は露出しているものと見なす。

立体的形状を有するボイドＳの内部（ガス物質で充たされている）と、ボイドＳを取り囲む基板１０およびＧａＮ系半導体（第１の層１１、第２の層１２）との間に、大きな屈折率差が存在するために、ＧａＮ系ＬＥＤ素子１００の内部では、ボイドＳの影響による光の散乱、乱反射あるいは、これらに類した現象が生じる。このような現象は、ＬＥＤ素子内部における多重反射の発生を阻害する。その結果、第２の層１２に設けられた発光部で生じる光が、効率よくＬＥＤ素子１００の外部に取り出されることになる。
更に、ボイドＳの側壁面をなす第１の層の端面１１ａが、基板１０の表面に垂直ではなく、基板１０側を向くように傾斜していることによって、ＬＥＤ素子１００の内部を素子面に平行な方向（基板１０の表面に平行な方向）に進む光が、この端面１１ａの影響によって、素子面と交わる方向に曲がり易くなる。曲がった光は、基板１０が透明な場合には基板１０を透過して、また、正側のオーミック電極Ｅ２ａが透明な場合には該電極Ｅ２ａ透過して、ＬＥＤ素子１００の外部に効果的に取り出されることになる。

ＧａＮ系半導体よりも低い屈折率を有する透明基板（典型的にはサファイア基板）を用いた従来のＧａＮ系ＬＥＤ素子では、ＧａＮ系半導体層をコアとする導波路構造が形成されるために、光がＧａＮ系半導体層内を層に平行な方向に伝播する状態が極めて安定となり、光取り出し効率が著しく低くなる問題があった。それに対して、ＧａＮ系ＬＥＤ素子１００は、基板１０をサファイア基板とした場合であっても、上記ボイドＳの作用によって、高い光取り出し効率を示すものとなる。

次にＧａＮ系ＬＥＤ素子１００を構成する各部の好ましい態様を説明する。

基板１０は、ＧａＮ系半導体のエピタキシャル成長に使用可能なものであればよく、特に限定はされないが、好ましい基板としては、サファイア基板（Ａ面、Ｃ面、Ｍ面、Ｒ面）、スピネル基板、ＳｉＣ基板が挙げられる。

図１には示していないが、基板１０と第１の層１１との間には、ＧａＮまたはＡｌＧａＮからなる低温バッファ層などの、公知のバッファ層を、任意に設けることができる。一実施形態では、ＧａＮ系ＬＥＤ素子１００をフリップチップ実装した後などに、レーザリフトオフ法によって基板１０を第１の層１１から分離することができるように、このバッファ層をＩｎＧａＮで形成してもよい。

第１の層１１の膜厚は、例えば、１μｍ〜２０μｍとすることができ、好ましくは、２μｍ〜１０μｍである。１μｍよりも薄くすると、ボイドＳの作用が弱くなる。２０μｍよりも厚くすると、層の成長に要する時間が長くなる等の理由から、製造効率が悪くなる。
第１の層１１を構成するＧａＮ系半導体の組成は特に限定されないが、好ましくは、高品質の単結晶層を比較的容易に得ることのできる、ＧａＮである。ただし、ＬＥＤ素子の発光波長を紫外領域内に設定する場合には、該波長の光のエネルギーよりも広いバンドギャップを有するＡｌＧａＮとすることが好ましい。
第１の層１１への不純物の添加は任意に行うことができるが、結晶性を悪くしないためには、少なくとも、基板１０からの距離が２μｍ以下の領域には、不純物を添加しないようにすることが望ましい。なお、図１の例では、２つの電極Ｅ１、Ｅ２を共に第２の層１２上に形成しているが、基板として導電性基板を用いる場合には、いずれか一方の電極を基板上に形成する構成を採用することができる。その場合には、基板と第２の層との間に電気的接続が形成されるようにする必要があるので、第１の層に不純物を添加して導電性を付与することが望ましい。
その他、第１の層１１の内部には、応力歪の緩和、転位密度の低減、静電耐圧特性の改善その他、目的に応じて、様々なＧａＮ系半導体層（積層体を含む）を設けることができる。

ＧａＮ系ＬＥＤ素子１００では、図１（ａ）に破線で示すように、ボイドＳ内に露出した第１の層の端面１１ａの上端の形状（ボイド上面の形状）がストライプ状であり、そのストライプ伸長方向が、図１（ａ）のＸ−Ｘ線に直交する方向となっている。一実施形態では、このストライプ伸長方向を変更して、このＸ−Ｘ線と平行としたり、あるいは、このＸ−Ｘ線と９０度より小さい角度で交わる方向としてもよい。
ボイドＳの台形状断面における上底の幅（ボイド上面の幅）は、例えば、０．１μｍ〜５μｍとすることができる。この幅を０．１μｍより狭くしてもＬＥＤ素子に特性上の問題は生じないが、製造に高精度の加工技術が必要となることから、製造コストが上昇する。この幅を５μｍより大きくした場合には、第２の層１２の成長時に、第１の層の端面１１ａ上や、基板１０の露出面上にＧａＮ系半導体が堆積し易くなるので、ボイドＳの形状制御が難しくなる。また、ひとつのＬＥＤ素子に設けることのできるボイドＳの数が少なくなる。よって、ボイド上面の幅は、より好ましくは３μｍ以下であり、更に好ましくは１μｍ以下である。
ボイドＳはできるだけ密に形成することが、ＬＥＤ素子１００の光取り出し効率を高めるうえで好ましい。ボイドＳを密に形成するほど、ひとつのＬＥＤ素子に含まれる、傾斜したボイド側面の面積が増えるからである。ただし、ボイドＳの数を増やし過ぎると、基板１０と第１の層１１との接合部の面積が小さくなるので、剥離の問題が生じる可能性がある。

ＧａＮ系ＬＥＤ素子１００では、ボイドＳ内の空間が閉じているが、限定されるものではなく、ボイドをＬＥＤ素子の側面に開口するように形成することもできる。ＬＥＤ素子の側面に２つ以上の開口部を有するボイドを形成してもよいが、その場合には、第１の層がこのボイドによって分断されることになる。
また、ボイド上面の形状は、ボイドＳのようなストライプ状に限定されるものではなく、長方形、正方形、正六角形などの多角形としてもよいし、円形などの、曲線で囲まれた形状とすることもできる。
ボイド上面を、多角形、円形等のドット状に形成する場合、ドットの配置はランダムであってもよいが、好ましくは、正方格子、斜方格子、三角格子、六角格子などの格子位置に規則的に配置する。
ボイド上面の形状はネット形状にすることもできる。ネット形状の例として、図２（ａ）〜（ｆ）のそれぞれに示す形状が挙げられる（黒く塗り潰した領域がネット形状を構成している）。

ボイドＳ内に露出する第１の層の端面１１ａと、ボイド内に露出する基板１０の表面とがなす角度は、好ましくは２０度〜７０度である。この角度は、この端面をウェットエッチングにより形成する際の、エッチング条件により制御が可能である。

第２の層１２を構成するｎ型層１２ａとｐ型層１２ｂは、２つの層が接合する部分に発光可能なｐｎ接合部が形成されるように、各層を構成するＧａＮ系半導体の組成や、添加する不純物の種類、添加量などを設定する。また、各層とも、電極と接する部分には、接触抵抗が十分に低くなる濃度に不純物を添加することが望ましい。
一例として、第２の層１２を、第１の層１１と接する側から順に、ｎ型ＧａＮコンタクト層（Ｓｉ濃度５×１０^１８ｃｍ^−３、膜厚３μｍ）、５層のｎ型ＧａＮ障壁層（膜厚１０ｎｍ）と４層のｎ型ＩｎＧａＮ井戸層（膜厚５ｎｍ）とを交互に積層してなるＭＱＷ層、ｐ型Ａｌ_０．１２Ｇａ_０．８８Ｎクラッド層（Ｍｇ濃度８×１０^１９ｃｍ^−３、膜厚１００ｎｍ）、ｐ型Ａｌ_０．０２Ｇａ_０．９８Ｎコンタクト層（Ｍｇ濃度８×１０^１９ｃｍ^−３、膜厚５０ｎｍ）をこの順に積層した構造とすることができる。この場合、ｎ型ＧａＮコンタクト層とＭＱＷ層がｎ型層１２ａに含まれ、ｐ型Ａｌ_０．１２Ｇａ_０．８８Ｎクラッド層とｐ型Ａｌ_０．０２Ｇａ_０．９８Ｎコンタクト層がｐ型層１２ｂに含まれる。
この例において、ｎ型ＧａＮコンタクト層は、負電極が形成される層であるが、負電極から供給される電流を素子面に平行な方向に拡散させる役割も担っている。また、ｎ型ＧａＮコンタクト層は、ダブルヘテロ−ＭＱＷ型の発光部を構成するｎ型クラッド層としての役割も担っている。ｎ型ＧａＮコンタクト層にｎ型クラッド層を兼用させる代わりに、ｎ型コンタクト層とＭＱＷ層との間に、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層を設けることもできる。
また、第１の層を分断しないようにボイドを形成する場合には、ｎ型コンタクト層を第１の層に設けることもできる。

第２の層の構成が上記例示した構成に限定されないことは勿論である。ＧａＮ系ＬＥＤ素子１００では、ｐｎ接合構造を構成するｎ型層とｐ型層が、ｎ型層を下側にして積層されているが、この積層順は逆であってもよい。また、第２の層に設ける発光部は、ｐｎ接合型に限定されるものではなく、ＭＩＳ型などであってもよい。
その他、第２の層の内部には、応力歪の緩和、転位密度の低減、静電耐圧特性の改善、発光効率の改善、接触抵抗の低下その他、目的に応じて、様々なＧａＮ系半導体層（積層体を含む）を設けることができる。

負電極Ｅ１の材料、形状、形成方法などについては、この分野における公知技術を適宜参照することができる。好ましい負電極Ｅ１の一形態として、ｎ型層１２ａと接する部分（オーミック電極）を透明導電性酸化物（ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＡＺＯ、ＦＴＯ、ＺｎＯなど）で形成し、その上に、ボンディングパッドとして金属層を形成したものが挙げられる。
この金属層の表層部は、ボンディングに用いられるワイヤまたはハンダの材料に応じて、Ａｇ（銀）、Ａｕ（金）、Ｓｎ（錫）、Ｉｎ（インジウム）、Ｂｉ（ビスマス）、Ｃｕ（銅）、Ｚｎ（亜鉛）などから選ばれる金属の単体または合金を用いて形成することができる。

正電極Ｅ２の材料、形状、形成方法などについては、この分野における公知技術を適宜参照することができる。好ましくは、オーミック電極Ｅ２ａを透明導電性酸化物で形成する。ＧａＮ系ＬＥＤ素子１００をフリップチップ実装用とする場合には、透明導電性酸化物で形成したオーミック電極Ｅ２ａ上に、ボンディングパッドの他に、反射膜を形成してもよい。反射膜は金属膜、誘電体（多層）膜、これらの積層膜とすることができる。

ＧａＮ系ＬＥＤ素子１００は、次のようにして製造することができる。

まず、図３に示すように、ウェハサイズの基板１０の上にＧａＮ系半導体からなる第１の層１１を形成する。第１の層１１は、ＭＯＶＰＥ法、ＨＶＰＥ法、ＭＢＥ法など、ＧａＮ系半導体のエピタキシャル成長に使用できる公知の気相成長法を用いて形成することができる。

次に、第１の層１１の上面にＳｉＯ_２マスクを形成する。このＳｉＯ_２マスクには、フォトリソグラフィ技法を用いて、第１の層１１に形成しようとするボイドの上面の形状に応じた窓部（マスクを除去した部分）を設ける。次に、ドライエッチング（好ましくは塩素系ガスを用いたＲＩＥ）により、第１の層１１から、ＳｉＯ_２マスクに設けた窓部に露出した部分を除去し、図４に示すように、断面が略矩形で基板１０に達する凹部Ｔを形成する。なお、図４においてはＳｉＯ_２マスクの図示を省略している。

次に、ＳｉＯ_２マスクを残したまま、ウェットエッチング法によって、凹部Ｔ内に露出した第１の層１１の端面をエッチングすることにより、図５に示すように、傾斜した端面１１ａを形成する。なお、図５においては、ＳｉＯ_２マスクの図示を省略している。
ウェットエッチングは、例えば、ウェハをエッチング液である約２００℃のピロリン酸に浸漬することにより行うことができる。エッチング液としては、ピロリン酸の他に、オルトリン酸、硫酸、ＫＯＨなどを用いることができる。エッチング液の温度は、１５０℃〜３００℃とすることが好ましい。第１の層の端面を傾斜面とするうえで好ましい温度範囲は２００℃〜３００℃である。
なお、第１の層に、ウェットエッチング法により傾斜した端面を形成する方法については、特許文献１〜３を参照してもよい。
ウェットエッチング後、フッ酸を用いてＳｉＯ_２マスクを除去する。ＳｉＯ_２マスクの除去後における凹部Ｔの開口部のサイズが小さいほど、後に第２の層を形成する工程において該開口部が早く塞がるので、好ましい。よって、該開口部は、５μｍを超える直径を有する真球が通過できない大きさとすることが好ましく、３μｍを超える直径を有する真球が通過できない大きさとすることがより好ましく、１μｍを超える直径を有する真球が通過できない大きさとすることが更に好ましい。該開口部の大きさが、上記ＳｉＯ_２マスクに設ける窓部の大きさによって制御できることは、いうまでもない。

次に、上記手順により作製したテンプレート上に、図６に示すように、ＧａＮ系半導体からなり発光部を含む第２の層１２を、凹部Ｔの開口部を塞ぐように形成する。それによって、凹部Ｔの位置にはボイドＳが形成される。
第２の層１２の形成は、ＭＯＶＰＥ法またはＭＢＥ法を用いて行うことが好ましい。ラテラル成長が促進される条件を用いることにより、凹部Ｔ内にＧａＮ系半導体が堆積する前に、凹部Ｔの開口部を塞ぐことができる。ＭＯＶＰＥ法の場合には、成長温度を高くするほど、また、成長炉内の水素分圧を低くするほど、ＧａＮ系半導体のラテラル成長が促進されることが知られている。減圧条件を用いることも、ラテラル成長を促進するうえで好ましく、その場合、成長炉内のアンモニア分圧を高くすることが、より好ましい。
なお、第２の層１２を構成する層のうち、ラテラル成長が促進される条件で成長させるのは、初期に形成する層（凹部Ｔの開口部が塞がる時点までに形成する層）だけであってもよい。凹部Ｔの開口部が塞がった後に形成する層は、それぞれの層にとって最適な成長条件を用いて成長させればよい。

第２の層１２を形成した後は、通常の方法を用いて、負電極Ｅ１の形成と、正電極Ｅ２の形成を行う。デバイス分離のための分離溝の形成、絶縁保護膜の形成などは、必要に応じて行ってよい。最後に、スクライバー、ダイサー、レーザ加工機などを用いて、ウェハからチップ状のＬＥＤ素子を切り出す。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子の構造を図７に示す。図７（ａ）はＬＥＤ素子を電極配置面側から見た平面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のＸ−Ｘ線の位置における断面図である。

図７に示すＧａＮ系ＬＥＤ素子２００は、基板１０と、ＧａＮ系半導体からなる第１の層１１と、ＧａＮ系半導体からなり発光部を含む第２の層１２とを、この順に含む積層構造を備えている。基板１０と第１の層１１との間には、ＧａＮ系半導体からなる第３の層１３が形成されている。第３の層１３の表面には、ＧａＮ系半導体の成長を阻害する性質を有する、ＳｉＯ_２からなるマスク層Ｍが部分的に形成されている。第１の層１１は、第３の層１３の表面がマスク層Ｍに覆われずに露出した部分から、マスク層Ｍの表面を覆うように成長している。このような成長態様は、ＥＬＯ（Epitaxial Lateral Overgrowth）として知られている。
第２の層１２は、更に、ｐｎ接合型の発光部が構成されるように、ｎ型層１２ａとｐ型層１２ｂとを積層した構造を備えている。ｎ型層１２ａの一部露出された表面上には負電極Ｅ１が形成されている。ｐ型層１２ｂ上には、オーミック電極Ｅ２ａと、その一部上に形成されたボンディングパッドＥ２ｂとからなる、正電極Ｅ２が設けられている。

ＧａＮ系ＬＥＤ素子２００は、第１の層１１に形成された複数のボイドＳを有している。ボイドＳ内には、マスク層Ｍと、第１の層の端面１１ａと、第２の層１２が露出している。マスク層Ｍの露出面はボイド底面を、第１の層の端面１１ａはボイド側面を、そして、第２の層１２の露出面はボイド上面を、それぞれ、構成している。
第１の層の端面１１ａは、ウェットエッチングによって形成されたものであり、基板１０側を向くように傾斜している。図７（ａ）では、第１の層の端面１１ａの上端（ボイド上面の輪郭でもある）を、破線で表示している。
なお、第２の層１２を気相成長法により形成する際などに生じた堆積物が、ボイドＳ内に露出した第１の層の端面１１ａやマスク層Ｍの表面を覆う場合があるが、発明の作用効果に影響しない程度であれば、端面１１ａやマスク層Ｍの表面は露出しているものと見なす。

ＧａＮ系ＬＥＤ素子２００を製造する場合、第１の層１１を形成した後、第３の層１３上に形成されたマスク層Ｍの上部に、ドライエッチングによって、断面が略矩形でマスク層Ｍに達する凹部を形成する。そして、ウェットエッチング法によって、凹部内に露出した第１の層１１の端面を、傾斜面となるようにエッチングする。マスク層Ｍは、このウェットエッチング処理の際には、第３の層１３がエッチングされるのを防ぐ保護膜として作用する。
第１の層１１を形成した後の、第２の層１２、負電極Ｅ１および正電極Ｅ２の形成は、第１の実施形態の場合と同様にして行うことができる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子の構造を図８に示す。図８（ａ）はＬＥＤ素子を電極配置面側から見た平面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）のＸ−Ｘ線の位置における断面図である。

図８に示すＧａＮ系ＬＥＤ素子３００は、基板１０と、ＧａＮ系半導体からなる第１の層１１と、ＧａＮ系半導体からなり発光部を含む第２の層１２とを、この順に含む積層構造を備えている。基板１０の表面には、ＧａＮ系半導体の成長を阻害する性質を有する、ＳｉＯ_２からなるマスク層Ｍが部分的に形成されている。第１の層１１は、基板１０の表面がマスク層Ｍに覆われずに露出した部分から、マスク層Ｍの表面を覆うように成長している。このようなＥＬＯの効果によって、第１の層１１は転位欠陥の密度の低減された高品質な結晶層となる。
第２の層１２は、更に、ｐｎ接合型の発光部が構成されるように、ｎ型層１２ａとｐ型層１２ｂとを積層した構造を備えている。ｎ型層１２ａの一部露出された表面上には負電極Ｅ１が形成されている。ｐ型層１２ｂ上には、オーミック電極Ｅ２ａと、その一部上に形成されたボンディングパッドＥ２ｂとからなる、正電極Ｅ２が設けられている。

ＧａＮ系ＬＥＤ素子３００は、第１の層１１に形成された複数のボイドＳを有している。ボイドＳ内には、マスク層Ｍと、第１の層の端面１１ａと、第２の層１２が露出している。マスク層Ｍの露出面はボイド底面を、第１の層の端面１１ａはボイド側面を、そして、第２の層１２の露出面はボイド上面を、それぞれ、構成している。
第１の層の端面１１ａは、ウェットエッチングによって形成されたものであり、基板１０側を向くように傾斜している。図８（ａ）では、第１の層の端面１１ａの上端（ボイド上面の輪郭でもある）を、破線で表示している。
なお、第２の層１２を気相成長法により形成する際などに生じた堆積物が、ボイドＳ内に露出した第１の層の端面１１ａやマスク層Ｍの表面を覆う場合があるが、発明の作用効果に影響しない程度であれば、端面１１ａやマスク層Ｍの表面は露出しているものと見なす。

ＧａＮ系ＬＥＤ素子３００を製造する場合、第１の層１１を形成した後、基板１０上に形成されたマスクＭの上部に、ドライエッチングによって、断面が略矩形でマスク層Ｍに達する凹部を形成する。そして、ウェットエッチング法によって、凹部内に露出した第１の層１１の端面を、傾斜面となるようにエッチングする。この第３の実施形態において、基板１０としてＧａＮ半導体基板（ＧａＮ基板、ＡｌＧａＮ基板、ＡｌＮ基板など）を用いた場合には、マスク層Ｍは、このウェットエッチング処理の際に基板１０がエッチングされるのを防ぐ保護膜として作用する。
第１の層１１を形成した後の、第２の層１２、負電極Ｅ１および正電極Ｅ２の形成は、第１の実施形態の場合と同様にして行うことができる。

本発明の一実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子の構造を示す図であり、図１（ａ）はＬＥＤ素子を電極配置面側から見た平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＸ−Ｘ線の位置における断面図である。 ネット形状を例示するための図である。 図１に示すＧａＮ系ＬＥＤ素子の製造工程を説明するための断面図である。 図１に示すＧａＮ系ＬＥＤ素子の製造工程を説明するための断面図である。 図１に示すＧａＮ系ＬＥＤ素子の製造工程を説明するための断面図である。 図１に示すＧａＮ系ＬＥＤ素子の製造工程を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子の構造を示す図であり、図７（ａ）はＬＥＤ素子を電極配置面側から見た平面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＸ−Ｘ線の位置における断面図である。 本発明の一実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤ素子の構造を示す図であり、図８（ａ）はＬＥＤ素子を電極配置面側から見た平面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＸ−Ｘ線の位置における断面図である。

符号の説明

１００、２００、３００ ＧａＮ系ＬＥＤ素子
１０ 基板
１１ 第１の層
１１ａ 第１の層の端面
１２ 第２の層
１２ａ ｎ型層
１２ｂ ｐ型層
１３ 第３の層
Ｅ１ 負電極
Ｅ２ 正電極
Ｓ ボイド
Ｔ 凹部
Ｍ マスク層

Claims (7)

1. 基板と、ＧａＮ系半導体からなる第１の層と、ＧａＮ系半導体からなり発光部を含む第２の層と、をこの順に含む積層構造を備えたＧａＮ系ＬＥＤ素子であって、
   前記第１の層に形成されたボイドを有し、
   ウェットエッチングにより形成されてなり前記基板側を向くように傾斜した前記第１の層の端面が、前記ボイド内に露出している、
   ＧａＮ系ＬＥＤ素子。
2. 前記基板が前記ボイド内に露出している、請求項１に記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
3. 前記基板と前記第１の層との間に形成されＧａＮ系半導体からなる第３の層を有し、該第３の層の表面に形成されたマスク層が前記ボイド内に露出している、請求項１に記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
4. 前記基板の表面に形成されたマスク層が前記ボイド内に露出している、請求項１に記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
5. 前記基板がＧａＮ系半導体基板である、請求項４に記載のＧａＮ系ＬＥＤ素子。
6. （ａ）基板と、該基板の上に形成されＧａＮ系半導体からなる第１の層と、を有する半導体構造であって、前記第１の層の表面に開口する凹部が設けられ、ウェットエッチングにより形成されてなり前記基板側を向くように傾斜した前記第１の層の端面が前記凹部内に露出している、半導体構造を準備するステップと、
   （ｂ）前記第１の層の上に、ＧａＮ系半導体からなり発光部を含む第２の層を、前記開口部を塞ぐように積層して、前記凹部の位置にボイドを形成するステップと、
   を有する、ＧａＮ系ＬＥＤ素子の製造方法。
7. 基板と、該基板の上に形成されＧａＮ系半導体からなる第１の層と、を有するテンプレートであって、前記第１の層の表面に開口する凹部が設けられ、該凹部の開口部は５μｍを超える直径を有する真球が通過できない大きさであり、ウェットエッチングにより形成されてなり前記基板側を向くように傾斜した前記第１の層の端面が前記凹部内に露出している、ＧａＮ系ＬＥＤ素子製造用テンプレート。

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