JP4074315B2 - 窒化物半導体発光ダイオード - Google Patents
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Description
本発明は、発光素子構造の主要部を窒化物半導体で構成した窒化物半導体発光ダイオード（以下、ＧａＮ系ＬＥＤともいう。）に関し、特に、動作電圧の低減されたＧａＮ系ＬＥＤに関する。
窒化物半導体は、化学式ＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ａ＋ｂ≦１）で決定される３族窒化物からなる化合物半導体であって、例えば、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮなど、任意の組成のものが例示される。また、上記化学式において、３族元素の一部をホウ素（Ｂ）、タリウム（Ｔｌ）などで置換したもの、また、Ｎ（窒素）の一部をリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）などで置換したものも、窒化物半導体に含まれる。
近年、ｎ型窒化物半導体層（以下、「ｎ型層」ともいう。）とｐ型窒化物半導体層（以下、「ｐ型層」ともいう。）とを接合してなる、ｐｎ接合型の発光素子構造を備えたＧａＮ系ＬＥＤが実現され、青色ＬＥＤや緑色ＬＥＤなど、活性層で発生する光をそのまま利用する着色光源の他、蛍光体の発光を利用した白色光源（白色ＬＥＤ）用の励起光源として実用化されるに至っている。具体的な用途としては、ＬＥＤディスプレイや、液晶表示装置のバックライト、ＬＥＤ照明など、種々存在する。
いずれの用途においても、ＧａＮ系ＬＥＤに対しては、更なる高出力化と、動作電圧の低減が望まれている。ＬＥＤに高出力化が望まれることは当然であるが、動作電圧の低減が望まれる理由は、主に、低消費電力化と、発熱量の低減のためである。
例えば、携帯電話などの携帯機器では、組み込まれる液晶表示装置のバックライトの低消費電力化が重要となる。また、大型の液晶表示装置のバックライト用途や、ＬＥＤ照明用途では、低消費電力化も勿論、重要であるが、加えて、大きな出力を得るために、多数のＬＥＤを高密度に実装して用いたり、個々の素子を大電流で駆動することから、発熱量の低減が重要となる。発熱が大きいと、動作時の素子温度が高くなることから、発光効率の低下、発光波長の変動（白色ＬＥＤの場合には、蛍光体の励起効率の変化を通して発光効率の低下にもつながる）、素子の信頼性・寿命の低下、といった問題が生じる。
なお、ＧａＮ系ＬＥＤの動作電圧は、一般に、順方向に一定の電流（一般に２０ｍＡ）を流すのに要する電圧（順方向電圧。Ｖｆともいう。）により評価される。
例えば、携帯電話などの携帯機器では、組み込まれる液晶表示装置のバックライトの低消費電力化が重要となる。また、大型の液晶表示装置のバックライト用途や、ＬＥＤ照明用途では、低消費電力化も勿論、重要であるが、加えて、大きな出力を得るために、多数のＬＥＤを高密度に実装して用いたり、個々の素子を大電流で駆動することから、発熱量の低減が重要となる。発熱が大きいと、動作時の素子温度が高くなることから、発光効率の低下、発光波長の変動（白色ＬＥＤの場合には、蛍光体の励起効率の変化を通して発光効率の低下にもつながる）、素子の信頼性・寿命の低下、といった問題が生じる。
なお、ＧａＮ系ＬＥＤの動作電圧は、一般に、順方向に一定の電流（一般に２０ｍＡ）を流すのに要する電圧（順方向電圧。Ｖｆともいう。）により評価される。
ＧａＮ系ＬＥＤの高出力化を容易に達成できる方法として、結晶成長面がエッチング等の方法により凹凸状に加工されてなる基板（以下、「加工基板」ともいう。）を用いて、素子を構成する窒化物半導体層の成長を行う方法がある（特許文献１、特許文献２）。
加工基板を用いると、窒化物半導体結晶の横方向成長が起こるので、それによって得られる、転位密度の低い高品質な窒化物半導体層で、発光素子構造を形成することができ、内部量子効率の高いＬＥＤが得られる。
また、窒化物半導体とは異なる屈折率を持つ材料からなる加工基板を使用し、結晶成長面の凹凸を埋め込んで、発光素子構造を含む窒化物半導体層を成長させると、基板と窒化物半導体層との界面で光の散乱が生じるようになるために、外部量子効率の高いＬＥＤが得られる（特許文献３）。
加工基板を用いると、窒化物半導体結晶の横方向成長が起こるので、それによって得られる、転位密度の低い高品質な窒化物半導体層で、発光素子構造を形成することができ、内部量子効率の高いＬＥＤが得られる。
また、窒化物半導体とは異なる屈折率を持つ材料からなる加工基板を使用し、結晶成長面の凹凸を埋め込んで、発光素子構造を含む窒化物半導体層を成長させると、基板と窒化物半導体層との界面で光の散乱が生じるようになるために、外部量子効率の高いＬＥＤが得られる（特許文献３）。
以下、本明細書では、従来および本発明のＬＥＤの素子構造を簡単かつ明確に説明することを目的として、便宜上、基板が下側にあり、その上に窒化物半導体層が積み重ねられるものとして、素子の構造に上下方向の概念を導入する。また、その上下方向（＝窒化物半導体層の積層方向や層厚方向）と直交する方向を、横方向とも呼ぶことにする。これら説明のために用いる方向の規定は、ＬＥＤをリードフレームや実装基板などに実装する際の姿勢を何ら限定するものではない。
図１１は、加工基板を用いた従来のＧａＮ系ＬＥＤの構造を示す摸式図である。
図１１において、１１は、結晶成長面が凹凸状に加工されたサファイア単結晶基板（サファイア加工基板）であり、１２はｎ型層であって、１２１は、ＳｉドープＧａＮからなる層厚３μｍ（基板１１の凸部上の厚さ）のｎ型コンタクト層であり、１２２は、アンドープＡｌＧａＮからなる層厚１００ｎｍのｎ型クラッド層であり、１２３は、層厚３ｎｍのアンドープＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）井戸層と層厚１０ｎｍのＳｉドープＩｎｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ＜ｘ）障壁層とを各１０層交互に積層してなるＭＱＷ構造の活性層であり、１３はｐ型層であって、１３１はＭｇドープＡｌＧａＮからなる層厚３０ｎｍのｐ型クラッド層であり、１３２はＭｇドープＧａＮからなる層厚１５０ｎｍのｐ型コンタクト層であり、Ｐ１１はｎ型層２に電流を注入するためのｎ型オーミック電極であり、Ｐ１２はｐ型層３に電流を注入するためのｐ型オーミック電極であり、Ｐ１３はボンディング・パッドである。ｐ型オーミック電極Ｐ１２は、例えば、Ｎｉ（ニッケル）とＡｕ（金）の積層体からなり、ｐ型層１３の上面全体に広がるように、層状に形成されている。
図１１において、１１は、結晶成長面が凹凸状に加工されたサファイア単結晶基板（サファイア加工基板）であり、１２はｎ型層であって、１２１は、ＳｉドープＧａＮからなる層厚３μｍ（基板１１の凸部上の厚さ）のｎ型コンタクト層であり、１２２は、アンドープＡｌＧａＮからなる層厚１００ｎｍのｎ型クラッド層であり、１２３は、層厚３ｎｍのアンドープＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）井戸層と層厚１０ｎｍのＳｉドープＩｎｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ＜ｘ）障壁層とを各１０層交互に積層してなるＭＱＷ構造の活性層であり、１３はｐ型層であって、１３１はＭｇドープＡｌＧａＮからなる層厚３０ｎｍのｐ型クラッド層であり、１３２はＭｇドープＧａＮからなる層厚１５０ｎｍのｐ型コンタクト層であり、Ｐ１１はｎ型層２に電流を注入するためのｎ型オーミック電極であり、Ｐ１２はｐ型層３に電流を注入するためのｐ型オーミック電極であり、Ｐ１３はボンディング・パッドである。ｐ型オーミック電極Ｐ１２は、例えば、Ｎｉ（ニッケル）とＡｕ（金）の積層体からなり、ｐ型層１３の上面全体に広がるように、層状に形成されている。
図１１において、サファイア加工基板１１の上面には、紙面に垂直な方向（図１１（ａ）の切断線Ｙ１−Ｙ１に平行な方向）に伸びるストライプ状の凹部（溝）が形成されている。該凹部は、深さ（凹部と凸部との高低差）が１μｍ、幅ｗが約３μｍであり、幅方向の形成周期ｐは６μｍである。
ｎ型コンタクト層１２１は、サファイア加工基板１１の上面の凹部を埋め込んで、平坦に成長している。よって、このｎ型コンタクト層１２１は、該面の凹凸に対応して、相対的に層厚が大きい部分（即ち、基板の凹部に入り込んだ分だけ厚い部分）である厚部（層厚Ｔ１）と、層厚が小さい部分（即ち、基板の凸部上に位置するために薄くなっている部分）である薄部（層厚ｔ１）とが、交互に並んだ構造となっている。
ｎ型コンタクト層１２１の上には、ｎ型クラッド層１２２を介して、活性層１２３、ｐ型層１３、ｐ型オーミック電極Ｐ１２がこの順に積層されてなる発光部が、図１１（ａ）に示すように、正方形からひとつの角部が切り取られた形状に形成されており、その切り取られた角部の位置に、ｎ型オーミック電極Ｐ１１が形成されている。ｎ型オーミック電極Ｐ１１からｎ型コンタクト層１２１に注入される電流は、ｎ型コンタクト層１２１の内部を横方向に拡散して、発光部に供給される。
特開２０００−３３１９４７号公報
特開２００２−１６４２９６号公報
特開２００２−２８０６１１号公報
ｎ型コンタクト層１２１は、サファイア加工基板１１の上面の凹部を埋め込んで、平坦に成長している。よって、このｎ型コンタクト層１２１は、該面の凹凸に対応して、相対的に層厚が大きい部分（即ち、基板の凹部に入り込んだ分だけ厚い部分）である厚部（層厚Ｔ１）と、層厚が小さい部分（即ち、基板の凸部上に位置するために薄くなっている部分）である薄部（層厚ｔ１）とが、交互に並んだ構造となっている。
ｎ型コンタクト層１２１の上には、ｎ型クラッド層１２２を介して、活性層１２３、ｐ型層１３、ｐ型オーミック電極Ｐ１２がこの順に積層されてなる発光部が、図１１（ａ）に示すように、正方形からひとつの角部が切り取られた形状に形成されており、その切り取られた角部の位置に、ｎ型オーミック電極Ｐ１１が形成されている。ｎ型オーミック電極Ｐ１１からｎ型コンタクト層１２１に注入される電流は、ｎ型コンタクト層１２１の内部を横方向に拡散して、発光部に供給される。
本発明者等は、図１１に示す従来のＧａＮ系ＬＥＤにおいて、ｎ型コンタクト層１２１に、切断線Ｙ１−Ｙ１に平行な方向に延びる厚部と薄部とが存在することによって、素子のｎ型層側における横方向の電流拡散性が、切断線Ｙ１−Ｙ１に平行な方向で最良となり、切断線Ｘ１−Ｘ１に平行な方向で最も悪くなることに着目した。
このような異方性は、ｎ型コンタクト層１２１において、薄部よりも横方向の電流拡散性が良好である厚部が、切断線Ｙ１−Ｙ１の方向には連続しているが、切断線Ｘ１−Ｘ１の方向には連続していないことによって生じる。
なお、ｎ型クラッド層１２２は、ｎ型不純物が意図的にドープされていない、低導電率の層であるために、横方向の電流拡散には実質的に寄与しない。また、活性層３は、層厚が小さいために、横方向の電流拡散に実質的に寄与しない。
このような異方性は、ｎ型コンタクト層１２１において、薄部よりも横方向の電流拡散性が良好である厚部が、切断線Ｙ１−Ｙ１の方向には連続しているが、切断線Ｘ１−Ｘ１の方向には連続していないことによって生じる。
なお、ｎ型クラッド層１２２は、ｎ型不純物が意図的にドープされていない、低導電率の層であるために、横方向の電流拡散には実質的に寄与しない。また、活性層３は、層厚が小さいために、横方向の電流拡散に実質的に寄与しない。
上記のように、本発明者等は、加工基板を有してなるＧａＮ系ＬＥＤには、素子のｎ型層側における横方向の電流拡散性に異方性があることに着目したが、さらに、そのような異方性が、ＬＥＤのＶｆになんらかの影響を与えているはずであると考え、その影響を考慮してＶｆの低減を図ることを検討した。このような加工基板の凹凸に起因する、ｎ型層側での横方向の電流拡散性に関する異方性と、ＬＥＤのＶｆとの関係については、これまで考慮されたことがなかった。
本発明の課題は、加工基板を有してなるＧａＮ系ＬＥＤの素子構造において、加工基板の凹凸に起因して生じる、素子のｎ型層側での横方向の電流拡散性に関する異方性と、ＬＥＤのＶｆとの関係を明らかにし、該異方性に対して、ｎ型オーミック電極および発光部の形状や配置を最適化することによって、従来よりもＶｆの低いＧａＮ系ＬＥＤを提供することにある。
本発明は、次の特徴を有するものである。
（１）絶縁体からなる凹凸状の結晶成長面を有する基板の上に、ｎ型不純物がドープされたｎ型窒化物半導体層が形成され、該ｎ型窒化物半導体層の上には、窒化物半導体からなる活性層とｐ型窒化物半導体層とｐ型オーミック電極とがこの順に積層された発光部と、ｎ型オーミック電極とが、それぞれ異なる領域に形成されている窒化物半導体発光ダイオードであって、
前記発光部が、前記基板の上方から見て、正方形からひとつの角部が切り取られた形状に形成されているとともに、前記ｎ型オーミック電極が、該切り取られた角部の位置に形成されており、
下記（Ｉ）の方形ＥＦＧＨを選んだとき、前記基板の上方から見て、前記ｎ型オーミック電極と該方形ＥＦＧＨの辺ＨＥとの距離が、該電極と辺ＥＦとの距離、および、該電極と辺ＧＨとの距離よりも大きく、
前記ｎ型窒化物半導体層は、前記結晶成長面の凹部に入り込んだ部分を有するとともに、その上面が平坦となっており、それによって、該ｎ型窒化物半導体層には、該結晶成長面の凹部に対応した厚部と、凸部に対応した薄部とが存在し、その厚部は、前記正方形の切り取られた角部に含まれる頂点とその対角位置の頂点とを結ぶ対角線の方向に伸長する部分を含んでおり、それによって、該ｎ型窒化物半導体層における横方向の電流拡散性が、該対角線の方向において、他の方向よりも良好となっていることを特徴とする、窒化物半導体発光ダイオード。
（Ｉ）方形ＥＦＧＨは、前記基板の上方から見て、４つの辺の全てが前記発光部の外周に接するように前記発光部に外接する矩形であり、前記正方形の４つの頂点のうち、切り取られた角部に含まれる頂点を除く３つの頂点をそれぞれ通る辺ＥＦと辺ＧＨと辺ＨＥとを有し、辺ＥＦと辺ＧＨとが、前記正方形の切り取られた角部に含まれる頂点とその対角位置の頂点とを結ぶ対角線に平行である。
（２）前記基板の上方から見て、前記ｎ型オーミック電極と前記辺ＥＦとの距離の、前記ｎ型オーミック電極と前記辺ＧＨとの距離に対する比率が、０．８〜１．２である、上記（１）に記載の窒化物半導体発光ダイオード。
（３）前記基板の上方から見て、前記対角線と直交する方向についての、前記ｎ型オーミック電極の最大幅が、同じ方向についての前記発光部の全幅の５０％以上である、上記（１）または（２）に記載の窒化物半導体発光ダイオード。
（４）前記凹部の形状がストライプ状である、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード。
（５）前記基板が、一主面にストライプ状の凹部が加工されたサファイア単結晶基板と、該主面の凸部上面および凹部底面のそれぞれに立体的に成長された、アンドープの窒化物半導体結晶とからなる、上記（４）に記載の窒化物半導体発光ダイオード。
（６）前記ｐ型オーミック電極が、酸化物半導体電極である、上記（１）〜（５）のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード。
（１）絶縁体からなる凹凸状の結晶成長面を有する基板の上に、ｎ型不純物がドープされたｎ型窒化物半導体層が形成され、該ｎ型窒化物半導体層の上には、窒化物半導体からなる活性層とｐ型窒化物半導体層とｐ型オーミック電極とがこの順に積層された発光部と、ｎ型オーミック電極とが、それぞれ異なる領域に形成されている窒化物半導体発光ダイオードであって、
前記発光部が、前記基板の上方から見て、正方形からひとつの角部が切り取られた形状に形成されているとともに、前記ｎ型オーミック電極が、該切り取られた角部の位置に形成されており、
下記（Ｉ）の方形ＥＦＧＨを選んだとき、前記基板の上方から見て、前記ｎ型オーミック電極と該方形ＥＦＧＨの辺ＨＥとの距離が、該電極と辺ＥＦとの距離、および、該電極と辺ＧＨとの距離よりも大きく、
前記ｎ型窒化物半導体層は、前記結晶成長面の凹部に入り込んだ部分を有するとともに、その上面が平坦となっており、それによって、該ｎ型窒化物半導体層には、該結晶成長面の凹部に対応した厚部と、凸部に対応した薄部とが存在し、その厚部は、前記正方形の切り取られた角部に含まれる頂点とその対角位置の頂点とを結ぶ対角線の方向に伸長する部分を含んでおり、それによって、該ｎ型窒化物半導体層における横方向の電流拡散性が、該対角線の方向において、他の方向よりも良好となっていることを特徴とする、窒化物半導体発光ダイオード。
（Ｉ）方形ＥＦＧＨは、前記基板の上方から見て、４つの辺の全てが前記発光部の外周に接するように前記発光部に外接する矩形であり、前記正方形の４つの頂点のうち、切り取られた角部に含まれる頂点を除く３つの頂点をそれぞれ通る辺ＥＦと辺ＧＨと辺ＨＥとを有し、辺ＥＦと辺ＧＨとが、前記正方形の切り取られた角部に含まれる頂点とその対角位置の頂点とを結ぶ対角線に平行である。
（２）前記基板の上方から見て、前記ｎ型オーミック電極と前記辺ＥＦとの距離の、前記ｎ型オーミック電極と前記辺ＧＨとの距離に対する比率が、０．８〜１．２である、上記（１）に記載の窒化物半導体発光ダイオード。
（３）前記基板の上方から見て、前記対角線と直交する方向についての、前記ｎ型オーミック電極の最大幅が、同じ方向についての前記発光部の全幅の５０％以上である、上記（１）または（２）に記載の窒化物半導体発光ダイオード。
（４）前記凹部の形状がストライプ状である、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード。
（５）前記基板が、一主面にストライプ状の凹部が加工されたサファイア単結晶基板と、該主面の凸部上面および凹部底面のそれぞれに立体的に成長された、アンドープの窒化物半導体結晶とからなる、上記（４）に記載の窒化物半導体発光ダイオード。
（６）前記ｐ型オーミック電極が、酸化物半導体電極である、上記（１）〜（５）のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード。
本発明の実施に係るＧａＮ系ＬＥＤは、Ｖｆの低減により、消費電力が小さく、また、動作時の発熱量が低減されたものとなるために、液晶表示装置のバックライトや、ＬＥＤ照明をはじめとする各種の用途に、好適に用いることができる。
図１は、本発明の一実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤの構造を示す図である。図１（ａ）は当該ＬＥＤを上から見たときの図（上面図）であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の切断線Ｓ−Ｓにおける断面図を示している。また、図２は、図１（ａ）の切断線Ｒ−Ｒにおける断面図である。基板の上方から見たチップの形状は正方形であり、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、その４つの頂点である。
図１において、１はサファイア加工基板であり、２はｎ型層であって、２１はＳｉドープＧａＮからなる層厚３μｍ（基板１の凸部上の厚さ）のｎ型コンタクト層であり、２２はアンドープＡｌＧａＮからなる層厚１００ｎｍのｎ型クラッド層であり、２３は層厚３ｎｍのアンドープＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）井戸層と層厚１０ｎｍのＳｉドープＩｎｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ＜ｘ）障壁層とを各６層交互に積層してなるＭＱＷ構造の活性層であり、３はｐ型層であって、３１は層厚３０ｎｍのＭｇドープＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層であり、３２はＭｇドープＧａＮからなる層厚１５０ｎｍのｐ型コンタクト層であり、Ｐ１はｎ型層２に電流を注入するためのｎ型オーミック電極であり、Ｐ２はｐ型層３に電流を注入するためのｐ型オーミック電極であり、Ｐ３はボンディング・パッドである。ｐ型オーミック電極Ｐ２は、ｐ型層３の上面全体に広がるように、層状に形成されている。ｎ型オーミック電極Ｐ１にはＴｉ（チタン）とＡｌ（アルミニウム）の積層体、ｐ型オーミック電極Ｐ２にはＮｉ（ニッケル）とＡｕ（金）の積層体、ボンディング・パッドＰ３にはＴｉとＡｕの積層体を用いることができる。
図１において、１はサファイア加工基板であり、２はｎ型層であって、２１はＳｉドープＧａＮからなる層厚３μｍ（基板１の凸部上の厚さ）のｎ型コンタクト層であり、２２はアンドープＡｌＧａＮからなる層厚１００ｎｍのｎ型クラッド層であり、２３は層厚３ｎｍのアンドープＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）井戸層と層厚１０ｎｍのＳｉドープＩｎｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ＜ｘ）障壁層とを各６層交互に積層してなるＭＱＷ構造の活性層であり、３はｐ型層であって、３１は層厚３０ｎｍのＭｇドープＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層であり、３２はＭｇドープＧａＮからなる層厚１５０ｎｍのｐ型コンタクト層であり、Ｐ１はｎ型層２に電流を注入するためのｎ型オーミック電極であり、Ｐ２はｐ型層３に電流を注入するためのｐ型オーミック電極であり、Ｐ３はボンディング・パッドである。ｐ型オーミック電極Ｐ２は、ｐ型層３の上面全体に広がるように、層状に形成されている。ｎ型オーミック電極Ｐ１にはＴｉ（チタン）とＡｌ（アルミニウム）の積層体、ｐ型オーミック電極Ｐ２にはＮｉ（ニッケル）とＡｕ（金）の積層体、ボンディング・パッドＰ３にはＴｉとＡｕの積層体を用いることができる。
図１に示す例では、サファイア加工基板１の結晶成長面は、一方向に伸びるストライプ状の凹部が複数形成された、凹凸面となっている。以下、このように、結晶成長面に設けられた凹部が、主としてひとつの方向に伸びているとき、その方向を「凹部伸長方向」と呼ぶことにする。図１（ａ）において部分的に切り欠いて該結晶成長面の凹凸パターンを見せているとおり、その凹部伸長方向は、図１１に示す従来の素子とは異なっている。該結晶成長面の仕様は、凹部の深さが１μｍ、凹部の幅ｗが約３μｍであり、幅方向の凹凸の周期ｐは６μｍである。
ｎ型コンタクト層２１は、サファイア加工基板１の凹部に入り込むように、かつ、その上面が平坦面となるように、形成されている。そのために、ｎ型コンタクト層２１には、基板１の凹部に対応した厚部（層厚Ｔの部分）と、基板１の凸部に対応した薄部（層厚ｔの部分）とが存在する（同図の例では、凹部の深さが１μｍであるため、Ｔ＝４μｍ、ｔ＝３μｍとなっている。）。基板１の凹凸がストライプ状であることから、この厚部と薄部もストライプ状であり、ｎ型コンタクト層２１における横方向の電流拡散性は、厚部の伸びる方向、すなわち、基板１における凹部伸長方向において最良であり、他の方向では、それよりも悪くなっている。
ｎ型コンタクト層２１の上には、ｎ型クラッド層２２を介して、活性層２３、ｐ型層３、ｐ型オーミック電極Ｐ２がこの順に積層されてなる発光部が、図１（ａ）に示すように、正方形からひとつの角部が切り取られた形状に形成されている。また、その切り取られた角部の位置に、ｎ型オーミック電極Ｐ１が形成されている。ｎ型オーミック電極Ｐ１からｎ型コンタクト層２１に注入された電流は、ｎ型コンタクト層２１の内部を横方向に拡散して、発光部に供給される。このような横方向の電流拡散性を十分なものとするために、ｎ型コンタクト層２１のキャリア濃度は、通常、１×１０１８ｃｍ−３以上とされる。
図１に示すＧａＮ系ＬＥＤは、次の方法により製造することができる。
サファイア加工基板１は、通常のサファイア単結晶基板（窒化物半導体結晶の成長に使用されるもの）の主面に、一般的なフォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術を用いて、ストライプ状の凹部を加工することにより得ることができる。
ｎ型コンタクト層２１からｐ型コンタクト層３２までの窒化物半導体層は、ＭＯＶＰＥ（有機金属化合物気相成長）法、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）法、ＭＢＥ（分子ビームエピタキシー）法など、窒化物半導体結晶の成長に使用し得る、公知の気相成長法により形成することができる。なお、図示は省略しているが、サファイア加工基板１とｎ型コンタクト層２１との間には、バッファ層を介在させることが好ましい。
また、この例では、活性層２３をＳｉドープによりｎ型導電性としているが、活性層の導電型は任意であり、不純物のドーピングの仕方も、公知技術を参照して種々設計することができる。
ｐ型コンタクト層３２の成長が完了した後は、ｐ型層３にｐ型不純物として添加したＭｇ（マグネシウム）を活性化させるため、アニーリング処理や電子線照射処理などの処理を行うことが望ましい。
サファイア加工基板１は、通常のサファイア単結晶基板（窒化物半導体結晶の成長に使用されるもの）の主面に、一般的なフォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術を用いて、ストライプ状の凹部を加工することにより得ることができる。
ｎ型コンタクト層２１からｐ型コンタクト層３２までの窒化物半導体層は、ＭＯＶＰＥ（有機金属化合物気相成長）法、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）法、ＭＢＥ（分子ビームエピタキシー）法など、窒化物半導体結晶の成長に使用し得る、公知の気相成長法により形成することができる。なお、図示は省略しているが、サファイア加工基板１とｎ型コンタクト層２１との間には、バッファ層を介在させることが好ましい。
また、この例では、活性層２３をＳｉドープによりｎ型導電性としているが、活性層の導電型は任意であり、不純物のドーピングの仕方も、公知技術を参照して種々設計することができる。
ｐ型コンタクト層３２の成長が完了した後は、ｐ型層３にｐ型不純物として添加したＭｇ（マグネシウム）を活性化させるため、アニーリング処理や電子線照射処理などの処理を行うことが望ましい。
ｎ型オーミック電極Ｐ１を形成するためには、ドライエッチングによって、ｐ型層３、活性層２３およびｎ型クラッド層２２の一部を除去し、ｎ型オーミック電極Ｐ１の形成面とするｎ型コンタクト層２１の表面を露出させる。図１の例では、この工程で、ウェハ上の各素子の発光部が分離されるように、各素子の発光部間の領域にもドライエッチングを施している。
Ｔｉ／Ａｌからなるｎ型オーミック電極Ｐ１、Ｎｉ／Ａｕからなるｐ型オーミック電極Ｐ２、Ｔｉ／Ａｕからなるボンディング・パッドＰ３の形成は、蒸着、スパッタ、ＣＶＤなどの、公知の金属薄膜形成法を用いて、行うことができる。
ウェハ上に形成された素子をチップに分離する方法としては、スクライビング、ダイシング、レーザ溶断など、公知のチップ分離方法が使用できる。
Ｔｉ／Ａｌからなるｎ型オーミック電極Ｐ１、Ｎｉ／Ａｕからなるｐ型オーミック電極Ｐ２、Ｔｉ／Ａｕからなるボンディング・パッドＰ３の形成は、蒸着、スパッタ、ＣＶＤなどの、公知の金属薄膜形成法を用いて、行うことができる。
ウェハ上に形成された素子をチップに分離する方法としては、スクライビング、ダイシング、レーザ溶断など、公知のチップ分離方法が使用できる。
前述のように、図１に示すＧａＮ系ＬＥＤでは、発光部が、基板の上方から見て、正方形からひとつの角部が切り取られた形状とされ、ｎ型オーミック電極Ｐ１は、その切り取られた角部の位置に形成されている。
図３は、説明のために、図１から発光部とｎ型オーミック電極Ｐ１を抜き出して描いた上面図である。図３において、ハッチングを施した部分は、発光部を表しており、破線は、発光部に外接する方形ＥＦＧＨの辺を表しており、一点鎖線Ｌ１は辺ＥＦを含む直線を表しており、一点鎖線Ｌ２は辺ＧＨを含む直線を表している。太い矢印は、基板１の結晶成長面における、凹部伸長方向である。
図３から分かるように、ｎ型オーミック電極Ｐ１は、辺ＥＦを含む直線Ｌ１と、辺ＧＨを含む直線Ｌ２とに挟まれた領域に形成されている。そして、該ｎ型オーミック電極Ｐ１と、方形ＥＦＧＨの各辺との距離を、ｄ１（辺ＥＦとの距離）、ｄ２（辺ＦＧとの距離）、ｄ３（辺ＧＨとの距離）、ｄ４（辺ＨＥとの距離）とすると、ｄ１，ｄ２，ｄ３＜ｄ４である（なお、ｄ２＝０である。）。
従って、ｎ型オーミック電極Ｐ１から見て、発光部は、辺ＨＥに平行な方向よりも、辺ＨＥに直交する方向に、より遠くまで広がっている。以下、この発光部に外接する方形の４つの辺のうち、ｎ型オーミック電極との距離が最大である辺に直交する方向を、「特徴方向」と呼ぶことにする。
図３は、説明のために、図１から発光部とｎ型オーミック電極Ｐ１を抜き出して描いた上面図である。図３において、ハッチングを施した部分は、発光部を表しており、破線は、発光部に外接する方形ＥＦＧＨの辺を表しており、一点鎖線Ｌ１は辺ＥＦを含む直線を表しており、一点鎖線Ｌ２は辺ＧＨを含む直線を表している。太い矢印は、基板１の結晶成長面における、凹部伸長方向である。
図３から分かるように、ｎ型オーミック電極Ｐ１は、辺ＥＦを含む直線Ｌ１と、辺ＧＨを含む直線Ｌ２とに挟まれた領域に形成されている。そして、該ｎ型オーミック電極Ｐ１と、方形ＥＦＧＨの各辺との距離を、ｄ１（辺ＥＦとの距離）、ｄ２（辺ＦＧとの距離）、ｄ３（辺ＧＨとの距離）、ｄ４（辺ＨＥとの距離）とすると、ｄ１，ｄ２，ｄ３＜ｄ４である（なお、ｄ２＝０である。）。
従って、ｎ型オーミック電極Ｐ１から見て、発光部は、辺ＨＥに平行な方向よりも、辺ＨＥに直交する方向に、より遠くまで広がっている。以下、この発光部に外接する方形の４つの辺のうち、ｎ型オーミック電極との距離が最大である辺に直交する方向を、「特徴方向」と呼ぶことにする。
図１に示すＧａＮ系ＬＥＤの特徴は、上記定義した特徴方向と、前述の、サファイア加工基板１における凹部伸長方向とが、一致していることであり、これが、図１１に示す従来のＧａＮ系ＬＥＤとの最大の相違点である。この特徴によって、図１に示すＧａＮ系ＬＥＤは、図１１に示す従来のＧａＮ系ＬＥＤよりも、Ｖｆが低減される。
本発明者等は、その作用機構について、定性的には、次のようなものであると考えている。
本発明者等は、その作用機構について、定性的には、次のようなものであると考えている。
ｐ型窒化物半導体は、その導電性がｎ型窒化物半導体と比べてかなり低く、またそのために、ＧａＮ系ＬＥＤでは、ｐ型層が薄く設計される（通常、数百ｎｍ以下）。その結果、ｐ型オーミック電極からｐ型層に注入された電流は、横方向には殆ど拡散することなく、ｐ型層を、その厚さ方向に横切って流れることになる。
このことから、ｐ型オーミック電極を仮想的に細かい領域に区分したとき、各領域からｐ型層に注入される電流は、当該領域の直下の方向に向かって拡散し、ｐｎ接合部に達することになる。それゆえに、ｐ型オーミック電極の実効的な面積、即ち、ｐ型層への電流注入に有効利用されるｐ型オーミック電極の面積は、発光部の下のｎ型層における電流拡散範囲に影響されることになる。
なぜなら、上記細分化されたｐ型オーミック電極の領域のひとつから、ｐ型層に電流（正孔電流）が注入され、それがｐ型層を横切って流れるためは、該領域の直下のｎ型層の領域とｎ型オーミック電極との間でも、電流（電子電流）が流れなくてはならないからである。換言すれば、ｎ型層側において、ｎ型オーミック電極から注入された電流が拡散しない領域の上方では、ｐ型オーミック電極からｐ型層への電流注入は生じないということである。
そこで、ｎ型オーミック電極から見て、発光部がより遠くまで広がっている方向である特徴方向において、ｎ型層における横方向の電流拡散性が最良となるようにすると、つまり、特徴方向と、基板の結晶成長面における凹部伸長方向とを一致させると、発光部の下のｎ型層における電流拡散範囲がより広くなるので、ｐ型オーミック電極の実効的な面積がより広くなる。その結果、ｐ型オーミック電極とｐ型層との接触抵抗が低くなって、ＬＥＤのＶｆが低減されることになる。
特に、窒化物半導体はワイドギャップ半導体であることから、ｐ型としたときのキャリア濃度を高くすることが難しく、そのために、ｐ型オーミック電極とｐ型層との固有接触抵抗が高くなる傾向がある。このような事情から、ｐ型オーミック電極の実効的な面積を大きくすることにより接触抵抗を低減する本発明の方法は、ＧａＮ系ＬＥＤのＶｆ低減に極めて有効といえる。
このことから、ｐ型オーミック電極を仮想的に細かい領域に区分したとき、各領域からｐ型層に注入される電流は、当該領域の直下の方向に向かって拡散し、ｐｎ接合部に達することになる。それゆえに、ｐ型オーミック電極の実効的な面積、即ち、ｐ型層への電流注入に有効利用されるｐ型オーミック電極の面積は、発光部の下のｎ型層における電流拡散範囲に影響されることになる。
なぜなら、上記細分化されたｐ型オーミック電極の領域のひとつから、ｐ型層に電流（正孔電流）が注入され、それがｐ型層を横切って流れるためは、該領域の直下のｎ型層の領域とｎ型オーミック電極との間でも、電流（電子電流）が流れなくてはならないからである。換言すれば、ｎ型層側において、ｎ型オーミック電極から注入された電流が拡散しない領域の上方では、ｐ型オーミック電極からｐ型層への電流注入は生じないということである。
そこで、ｎ型オーミック電極から見て、発光部がより遠くまで広がっている方向である特徴方向において、ｎ型層における横方向の電流拡散性が最良となるようにすると、つまり、特徴方向と、基板の結晶成長面における凹部伸長方向とを一致させると、発光部の下のｎ型層における電流拡散範囲がより広くなるので、ｐ型オーミック電極の実効的な面積がより広くなる。その結果、ｐ型オーミック電極とｐ型層との接触抵抗が低くなって、ＬＥＤのＶｆが低減されることになる。
特に、窒化物半導体はワイドギャップ半導体であることから、ｐ型としたときのキャリア濃度を高くすることが難しく、そのために、ｐ型オーミック電極とｐ型層との固有接触抵抗が高くなる傾向がある。このような事情から、ｐ型オーミック電極の実効的な面積を大きくすることにより接触抵抗を低減する本発明の方法は、ＧａＮ系ＬＥＤのＶｆ低減に極めて有効といえる。
このような本発明の効果は、素子のｎ型層側に含まれる、ｎ型不純物がドープされたｎ型層（例えば、ｎ型コンタクト層）において、厚部の最大厚さＴに対する、該最大厚さＴと薄部の最小厚さｔとの差（Ｔ−ｔ）の比率〔（Ｔ−ｔ）／Ｔ〕が大きい程、顕著となる。具体的には、この比率が５分の１以上、とりわけ、４分の１以上のときである。
また、基板の結晶成長面においては、凹部伸長方向と直交する方向（ストライプの幅方向）の、凹部の形成周期ｐが小さい程、本発明の効果が顕著となる。具体的には、この周期が２０μｍ以下、とりわけ１０μｍ以下のときである。
上記の各場合に本発明の効果が顕著となる理由は、素子のｎ型層側における横方向の電流拡散性に、より大きな異方性が生じるからである。
また、基板の結晶成長面においては、凹部伸長方向と直交する方向（ストライプの幅方向）の、凹部の形成周期ｐが小さい程、本発明の効果が顕著となる。具体的には、この周期が２０μｍ以下、とりわけ１０μｍ以下のときである。
上記の各場合に本発明の効果が顕著となる理由は、素子のｎ型層側における横方向の電流拡散性に、より大きな異方性が生じるからである。
また、上述のＶｆ低減効果は、ｐ型オーミック電極の導電性が高い程、顕著となる。逆に、ｐ型オーミック電極の導電性が低いと、その実効的な面積が、ｐ型オーミック電極自体の電流拡散能力によって制限される傾向が生じる。
ｐ型オーミック電極の導電性が高い場合とは、具体的には、例えばｐ型オーミック電極を、後述する反射性電極とした場合である。また、ｐ型オーミック電極を膜厚０．１μｍ以上の金属膜で形成すると、反射性電極とした場合だけでなく、ｐ型オーミック電極に窓部を形成して透光性電極とした場合にも、その導電性が十分に高くなるので、本発明の効果が顕著に現れる。
ｐ型オーミック電極の導電性が高い場合とは、具体的には、例えばｐ型オーミック電極を、後述する反射性電極とした場合である。また、ｐ型オーミック電極を膜厚０．１μｍ以上の金属膜で形成すると、反射性電極とした場合だけでなく、ｐ型オーミック電極に窓部を形成して透光性電極とした場合にも、その導電性が十分に高くなるので、本発明の効果が顕著に現れる。
ところで、図３では、正方形からひとつの角部が切り取られた形状の発光部に外接する方形ＥＦＧＨを選ぶにあたり、該正方形の、切り取られた角部に含まれる頂点と、その対角位置の頂点とを結ぶ対角線と、辺ＥＦとが平行となるように、方形ＥＦＧＨを選んでいるが、方形ＥＦＧＨの選び方は任意であり、図４に示すように、該対角線と辺ＥＦとが非平行となるように、方形ＥＦＧＨを選んでもよい（図４に示す場合も、特徴方向は辺ＨＥに直交する方向となる。）。
しかし、図４と図３とを比べると、図３の方が、ｄ４（ｎ型オーミック電極Ｐ１と辺ＨＥとの距離）が大きい（図３の場合は、ｄ４が最大となるように方形ＥＦＧＨを選んでいる。）。つまり、ｎ型オーミック電極Ｐ１から見て、発光部が特徴方向に、より遠くまで広がっている。そのため、上述した本発明の効果は、図３の場合の方が、図４の場合よりも顕著となる。そこで、図３のように、ｄ４が最大となるように方形ＥＦＧＨを選んだときのｄ４を、ｄ４ｍａｘとすると、本発明のＧａＮ系ＬＥＤでは、ｄ４がｄ４ｍａｘの８０％以上、とりわけ、９０％以上となるように、発光部に外接する方形ＥＦＧＨを選び、それによって定まる特徴方向と、基板における凹部伸張方向とを合わせることが好ましい。
また、図３では、ｄ１（ｎ型オーミック電極Ｐ１と辺ＥＦとの距離）とｄ３（ｎ型オーミック電極Ｐ１と辺ＧＨとの距離）が同じであるのに対し、図４では、これらの距離が異なる。すなわち、図３では、ｎ型オーミック電極Ｐ１から見たときに、特徴方向と直交する方向（辺ＨＥに平行な方向。ｎ型層における電流拡散性が悪い方向である。）について、発光部が対称的に広がっているのに対し、図４ではこの広がり方が偏っている。この偏りが大きくなり過ぎると、発光部の広がりが小さい側では、ｐ型オーミック電極の実効的な面積の拡大に基づく本発明の効果が、得られなくなる可能性がある。
そこで、本発明においては、ｄ１とｄ３の比ｄ１／ｄ３が０．８〜１．２となるように、とりわけ、０．９〜１．１となるように、方形ＥＦＧＨを選択し、それによって定まる特徴方向と、基板における凹部伸長方向とを合わせることが好ましい。このように、ｄ１とｄ３の比を１に近づけると、発光部の下のｎ型層における電流拡散の均一性も良好となるので、発光部における発光の均一性が高くなるという効果も得られる。
しかし、図４と図３とを比べると、図３の方が、ｄ４（ｎ型オーミック電極Ｐ１と辺ＨＥとの距離）が大きい（図３の場合は、ｄ４が最大となるように方形ＥＦＧＨを選んでいる。）。つまり、ｎ型オーミック電極Ｐ１から見て、発光部が特徴方向に、より遠くまで広がっている。そのため、上述した本発明の効果は、図３の場合の方が、図４の場合よりも顕著となる。そこで、図３のように、ｄ４が最大となるように方形ＥＦＧＨを選んだときのｄ４を、ｄ４ｍａｘとすると、本発明のＧａＮ系ＬＥＤでは、ｄ４がｄ４ｍａｘの８０％以上、とりわけ、９０％以上となるように、発光部に外接する方形ＥＦＧＨを選び、それによって定まる特徴方向と、基板における凹部伸張方向とを合わせることが好ましい。
また、図３では、ｄ１（ｎ型オーミック電極Ｐ１と辺ＥＦとの距離）とｄ３（ｎ型オーミック電極Ｐ１と辺ＧＨとの距離）が同じであるのに対し、図４では、これらの距離が異なる。すなわち、図３では、ｎ型オーミック電極Ｐ１から見たときに、特徴方向と直交する方向（辺ＨＥに平行な方向。ｎ型層における電流拡散性が悪い方向である。）について、発光部が対称的に広がっているのに対し、図４ではこの広がり方が偏っている。この偏りが大きくなり過ぎると、発光部の広がりが小さい側では、ｐ型オーミック電極の実効的な面積の拡大に基づく本発明の効果が、得られなくなる可能性がある。
そこで、本発明においては、ｄ１とｄ３の比ｄ１／ｄ３が０．８〜１．２となるように、とりわけ、０．９〜１．１となるように、方形ＥＦＧＨを選択し、それによって定まる特徴方向と、基板における凹部伸長方向とを合わせることが好ましい。このように、ｄ１とｄ３の比を１に近づけると、発光部の下のｎ型層における電流拡散の均一性も良好となるので、発光部における発光の均一性が高くなるという効果も得られる。
図５は、図１の例における発光部とｎ型オーミック電極Ｐ１の形状を変形させた、変形態様を示す図であり、発光部とｎ型オーミック電極Ｐ１のみを抜き出して描いたものである。同図において、黒く塗り潰した部分はｎ型オーミック電極Ｐ１を表し、ハッチングを施した部分は発光部を表す。サファイア加工基板における凹部伸長方向は、太い矢印で示す方向であり、特徴方向と一致している。チップの外形線は図示していないが、チップの外形は、発光部の形状とは無関係に、任意に定めることができる。
基板の上方から見たｎ型オーミック電極Ｐ１の形状は、図５（ａ）に示す正方形、図５（ｂ）に示す直角三角形など、各種の形状とすることができる。また、図５（ｃ）に示すように、ボンディングに必要な面積を確保したボンディング部Ｐ１ａから、電流拡散を促進するための伸長部Ｐ１ｂが突き出した形状とすることもできる。これらの例のいずれにおいても、ｎ型オーミック電極Ｐ１の上面形状における直線部や角部を、丸みを帯びた形状に変形させることができる。
基板の上方から見たｎ型オーミック電極Ｐ１の形状は、図５（ａ）に示す正方形、図５（ｂ）に示す直角三角形など、各種の形状とすることができる。また、図５（ｃ）に示すように、ボンディングに必要な面積を確保したボンディング部Ｐ１ａから、電流拡散を促進するための伸長部Ｐ１ｂが突き出した形状とすることもできる。これらの例のいずれにおいても、ｎ型オーミック電極Ｐ１の上面形状における直線部や角部を、丸みを帯びた形状に変形させることができる。
図５（ｂ）、（ｃ）に示す例では、凹部伸長方向に直交する方向についての、ｎ型オーミック電極の最大幅（Ｗ２、Ｗ３）が、図５（ａ）のｎ型オーミック電極の最大幅Ｗ１と比べて大きいために、Ｖｆ低減効果が特に大きい。その理由は、凹部伸長方向に直交する方向は、ｎ型層における横方向の電流拡散性が最も悪い方向であることから、この方向の電流拡散を、ｎ型オーミック電極Ｐ１の最大幅を広げることによって補助することにより、ｎ型層における横方向の電流拡散範囲を効果的に広げることができるからである。
この効果は、凹部伸長方向と直交する方向についての、発光部の全幅（＝辺ＨＥの長さ）に対する、ｎ型オーミック電極の最大幅の比率が高い程、顕著となる。従って、ｎ型オーミック電極は、該比率が５０％以上となるように形成することが好ましく、更に、該比率は７０％以上とすることがより好ましく、９０％以上とすることが特に好ましい。
なお、ｎ型オーミック電極を、辺ＥＦを含む直線と、辺ＧＨを含む直線とに挟まれた領域からはみ出るように形成すると、該比率が１００％を超えることになるが、そのような場合は、ｎ型オーミック電極の大きさが過大であり、チップ面積の利用効率が低下することになる。
この効果は、凹部伸長方向と直交する方向についての、発光部の全幅（＝辺ＨＥの長さ）に対する、ｎ型オーミック電極の最大幅の比率が高い程、顕著となる。従って、ｎ型オーミック電極は、該比率が５０％以上となるように形成することが好ましく、更に、該比率は７０％以上とすることがより好ましく、９０％以上とすることが特に好ましい。
なお、ｎ型オーミック電極を、辺ＥＦを含む直線と、辺ＧＨを含む直線とに挟まれた領域からはみ出るように形成すると、該比率が１００％を超えることになるが、そのような場合は、ｎ型オーミック電極の大きさが過大であり、チップ面積の利用効率が低下することになる。
ここまで、発光層の形状を、正方形からひとつの角部を切り取った形状とし、ｎ型オーミック電極を該角部の位置に設ける実施形態を例に、本発明を説明したが、発光層やｎ型オーミック電極の形状や配置は、これに限定されない。
図６（ａ）は、発光部（ハッチングを施した部分）が、正方形から、その一辺に面する部分が切り取られた形状とされ、該切り取られた部分の位置に、ｎ型オーミックＰ１が円形に形成された例である。また、６（ｂ）は、発光部（ハッチングを施した部分）が楕円形とされ、その外側に、ｎ型オーミック電極Ｐ１が方形に形成された例である。
図６（ａ）（ｂ）において、破線は、発光部に外接する方形ＥＦＧＨの辺を表している。また、図６（ｂ）において、一点鎖線Ｌ１は辺ＥＦを含む直線を表しており、一点鎖線Ｌ２は辺ＧＨを含む直線を表している。太い矢印は、基板の結晶成長面における凹部伸長方向である。
図６（ａ）（ｂ）のいずれの例においても、ｎ型オーミック電極Ｐ１は、辺ＥＦを含む直線と、辺ＧＨを含む直線とに挟まれた領域に形成されており、また、該ｎ型オーミック電極Ｐ１と、方形ＥＦＧＨの各辺との距離については、辺ＨＥとの距離が、他の３辺のいずれとの距離よりも大きい。従って、特徴方向は辺ＨＥに直交する方向であり、基板の凹部伸長方向をこの方向に合わせることによって、該凹部伸長方向をこれと直交する方向としたときよりも、ＬＥＤのＶｆを低くすることができる。
これらの態様においても、発光部に外接する方形を選ぶ際には、ｎ型オーミック電極と、特徴方向に平行な２辺のそれぞれとの距離が、できるだけ同じとなるように（その比率が、好ましくは０．８〜１．２、より好ましくは０．９〜１．１となるように）、また、ｎ型オーミック電極と、ｎ型オーミック電極から最も離れた辺との距離が、できるだけ大きくなるように（好ましくは、最大の場合の８０％以上となるように）、該方形を選び、それによって定まる特徴方向と、基板における凹部伸張方向とを一致させることが好ましい。また、凹部伸長方向と直交する方向についての、発光部の全幅に対する、ｎ型オーミック電極の最大幅の比率が高くなるように、ｎ型オーミック電極を形成することが好ましい。該比率は、５０％以上とすることが好ましく、更に、７０％以上とすることがより好ましく、９０％以上とすることが特に好ましい。
図６（ａ）は、発光部（ハッチングを施した部分）が、正方形から、その一辺に面する部分が切り取られた形状とされ、該切り取られた部分の位置に、ｎ型オーミックＰ１が円形に形成された例である。また、６（ｂ）は、発光部（ハッチングを施した部分）が楕円形とされ、その外側に、ｎ型オーミック電極Ｐ１が方形に形成された例である。
図６（ａ）（ｂ）において、破線は、発光部に外接する方形ＥＦＧＨの辺を表している。また、図６（ｂ）において、一点鎖線Ｌ１は辺ＥＦを含む直線を表しており、一点鎖線Ｌ２は辺ＧＨを含む直線を表している。太い矢印は、基板の結晶成長面における凹部伸長方向である。
図６（ａ）（ｂ）のいずれの例においても、ｎ型オーミック電極Ｐ１は、辺ＥＦを含む直線と、辺ＧＨを含む直線とに挟まれた領域に形成されており、また、該ｎ型オーミック電極Ｐ１と、方形ＥＦＧＨの各辺との距離については、辺ＨＥとの距離が、他の３辺のいずれとの距離よりも大きい。従って、特徴方向は辺ＨＥに直交する方向であり、基板の凹部伸長方向をこの方向に合わせることによって、該凹部伸長方向をこれと直交する方向としたときよりも、ＬＥＤのＶｆを低くすることができる。
これらの態様においても、発光部に外接する方形を選ぶ際には、ｎ型オーミック電極と、特徴方向に平行な２辺のそれぞれとの距離が、できるだけ同じとなるように（その比率が、好ましくは０．８〜１．２、より好ましくは０．９〜１．１となるように）、また、ｎ型オーミック電極と、ｎ型オーミック電極から最も離れた辺との距離が、できるだけ大きくなるように（好ましくは、最大の場合の８０％以上となるように）、該方形を選び、それによって定まる特徴方向と、基板における凹部伸張方向とを一致させることが好ましい。また、凹部伸長方向と直交する方向についての、発光部の全幅に対する、ｎ型オーミック電極の最大幅の比率が高くなるように、ｎ型オーミック電極を形成することが好ましい。該比率は、５０％以上とすることが好ましく、更に、７０％以上とすることがより好ましく、９０％以上とすることが特に好ましい。
図７は、発光部またはｎ型オーミック電極を複数設けた場合の、配置例を示す図である。図７において、塗り潰した部分はｎ型電極を表し、ハッチングを施した部分は発光部を表しており、破線は、発光部に外接する方形ＥＦＧＨの辺を表しており、太い矢印は、基板における凹部伸長方向を表している。
図７（ａ）では、ひとつの発光部に対して、２つのｎ型オーミック電極Ｐ１１、Ｐ１２が設けられている。このような場合には、ｎ型オーミック電極Ｐ１１、Ｐ１２のそれぞれと、発光部との関係で定まる特徴方向が一致するように、かつ、その特徴方向と、基板における凹部伸長方向とが一致するようにすればよい。この図の例では、発光部が、方形から対角位置にある２つの角部が切り取られた形状とされているが、この方形が、該発光部に外接する方形ＥＦＧＨとして選ばれている。そして、ｎ型オーミック電極Ｐ１１が、該方形の頂点Ｆに対応する角部に、他のｎ型オーミック電極Ｐ１２が、該方形の頂点Ｈに対応する角部に設けられている。２つのｎ型オーミック電極Ｐ１１、Ｐ１２は、いずれも、辺ＥＦと辺ＧＨとに挟まれた領域に形成されている。ｎ型オーミック電極Ｐ１１と方形ＥＦＧＨとの関係からは、特徴方向は辺ＨＥに直交する方向となり、ｎ型オーミック電極Ｐ１２と方形ＥＦＧＨとの関係からは、特徴方向は辺ＦＧに直交する方向となる。つまり、これらの特徴方向は一致している。そして、基板における凹部伸長方向は、太い矢印で示す通り、この特徴方向と一致している。
図７（ａ）の例では、また、基板における凹部伸長方向と直交する方向について、２つのｎ型オーミック電極Ｐ１１、Ｐ１２の最大幅の、発光部の全幅に対する比率がいずれも１００％未満であるが、このような場合には、この図の例のように、２つのｎ型オーミック電極を、凹部伸長方向と直交する方向に、ずらして形成することが好ましい。該方向は、前述のように、ｎ型層における横方向の電流拡散性が悪い方向であるが、このようにｎ型オーミック電極をずらして形成することにより、該方向の電流拡散が補助されるからである。
図７（ａ）では、ひとつの発光部に対して、２つのｎ型オーミック電極Ｐ１１、Ｐ１２が設けられている。このような場合には、ｎ型オーミック電極Ｐ１１、Ｐ１２のそれぞれと、発光部との関係で定まる特徴方向が一致するように、かつ、その特徴方向と、基板における凹部伸長方向とが一致するようにすればよい。この図の例では、発光部が、方形から対角位置にある２つの角部が切り取られた形状とされているが、この方形が、該発光部に外接する方形ＥＦＧＨとして選ばれている。そして、ｎ型オーミック電極Ｐ１１が、該方形の頂点Ｆに対応する角部に、他のｎ型オーミック電極Ｐ１２が、該方形の頂点Ｈに対応する角部に設けられている。２つのｎ型オーミック電極Ｐ１１、Ｐ１２は、いずれも、辺ＥＦと辺ＧＨとに挟まれた領域に形成されている。ｎ型オーミック電極Ｐ１１と方形ＥＦＧＨとの関係からは、特徴方向は辺ＨＥに直交する方向となり、ｎ型オーミック電極Ｐ１２と方形ＥＦＧＨとの関係からは、特徴方向は辺ＦＧに直交する方向となる。つまり、これらの特徴方向は一致している。そして、基板における凹部伸長方向は、太い矢印で示す通り、この特徴方向と一致している。
図７（ａ）の例では、また、基板における凹部伸長方向と直交する方向について、２つのｎ型オーミック電極Ｐ１１、Ｐ１２の最大幅の、発光部の全幅に対する比率がいずれも１００％未満であるが、このような場合には、この図の例のように、２つのｎ型オーミック電極を、凹部伸長方向と直交する方向に、ずらして形成することが好ましい。該方向は、前述のように、ｎ型層における横方向の電流拡散性が悪い方向であるが、このようにｎ型オーミック電極をずらして形成することにより、該方向の電流拡散が補助されるからである。
一方、図７（ｂ）では、ひとつのｎ型オーミック電極Ｐ１に対して、２つの発光部が設けられている。この場合は、ｎ型オーミック電極Ｐ１と各発光部との関係が、それぞれ、本発明が規定する関係を満たすようになっていればよい。
以上、本発明の実施形態を、図面を用いて具体的に説明したが、本発明はこれらの具体例に限定されない。
サファイア加工基板の結晶成長面の凹凸形状は、当該結晶成長面上にｎ型層を成長させた結果として、該ｎ型層に、一定方向に伸びる厚部が形成され、それに起因して、該ｎ型層における横方向の電流拡散性が、当該方向おいて、他の方向よりも良好となるようなものであればよく、上記具体例におけるストライプ状に限定されない。
例えば、図８（ａ）は、上面形状六角形のドット状凸部が設けられた、凹凸状の結晶成長面を上方から見た図で、ハッチングを施した部分が凹部を表している。この結晶成長面においては、凹部がｘ方向にもｙ方向にも連続しているが、凸部が、ｘ方向には密に、ｙ方向には疎に、並んでいることによって、ｘ方向に連続する凹部の方が、幅が広くなっている。すなわち、この凹部は、主としてｘ方向に伸びている。この凹部を埋め込んで成長されるｎ型層は、ｘ方向に伸びる幅の広い厚部が、幅の狭い厚部を介してｙ方向につながった形状となり、その結果、該ｎ型層における横方向の電流拡散性は、ｘ方向の方がｙ方向よりも良好となる。
また、図８（ｂ）に示すように、結晶成長面に、ｘ方向に伸びるストライプ状の凹部（ハッチングを施した部分）が断続的に形成されている場合も、該凹部を埋め込んで成長されたｎ型層では、厚部がｘ方向に伸びた形状となることによって、横方向の電流拡散性がｘ方向において、ｙ方向よりも良好となる。
サファイア加工基板の結晶成長面の凹凸形状は、当該結晶成長面上にｎ型層を成長させた結果として、該ｎ型層に、一定方向に伸びる厚部が形成され、それに起因して、該ｎ型層における横方向の電流拡散性が、当該方向おいて、他の方向よりも良好となるようなものであればよく、上記具体例におけるストライプ状に限定されない。
例えば、図８（ａ）は、上面形状六角形のドット状凸部が設けられた、凹凸状の結晶成長面を上方から見た図で、ハッチングを施した部分が凹部を表している。この結晶成長面においては、凹部がｘ方向にもｙ方向にも連続しているが、凸部が、ｘ方向には密に、ｙ方向には疎に、並んでいることによって、ｘ方向に連続する凹部の方が、幅が広くなっている。すなわち、この凹部は、主としてｘ方向に伸びている。この凹部を埋め込んで成長されるｎ型層は、ｘ方向に伸びる幅の広い厚部が、幅の狭い厚部を介してｙ方向につながった形状となり、その結果、該ｎ型層における横方向の電流拡散性は、ｘ方向の方がｙ方向よりも良好となる。
また、図８（ｂ）に示すように、結晶成長面に、ｘ方向に伸びるストライプ状の凹部（ハッチングを施した部分）が断続的に形成されている場合も、該凹部を埋め込んで成長されたｎ型層では、厚部がｘ方向に伸びた形状となることによって、横方向の電流拡散性がｘ方向において、ｙ方向よりも良好となる。
基板は、凹凸状の結晶成長面が絶縁体からなるものであればよく、典型的には、サファイア加工基板のような、絶縁体単結晶基板の主面が凹凸状に加工された加工基板が挙げられる。このような加工基板は、ＧａＮ（アンドープ）単結晶基板、ＡｌＮ単結晶基板、スピネル単結晶基板、ＮＧＯ単結晶基板、ＬＧＯ単結晶基板、ＢＮ単結晶基板など、窒化物半導体の結晶成長に使用可能な種々の絶縁体単結晶基板から、作製することができる。また、絶縁体または半導体からなる単結晶基板上に、アンドープの窒化物半導体単結晶層が成長され、該単結晶層部分に凹凸が加工された基板も、加工基板として使用可能である。これらの加工基板の結晶成長面の一部（例えば、上面が平坦な凸部を有する加工基板における、該凸部上面）には、ＳｉＯ２などの絶縁体からなる、選択成長用のマスクが形成されていてもよい。
基板は、また、結晶成長面に、立体的に成長されたアンドープの窒化物半導体結晶の表面が露出しているものであってもよい。以下、そのような基板を「ファセット成長基板」と呼ぶことにする。ファセット成長基板の例として、次のものが挙げられる。
（ア）主面にストライプ状の凹凸が形成された加工基板の、該主面上に、アンドープの窒化物半導体結晶が立体的に成長したもの。
（イ）平坦な主面を有する基板の、該主面上に、ストライプ状の選択成長用マスクが形成され、該マスクに覆われていない基板表面から、アンドープの窒化物半導体結晶が立体的に成長したもの。
図９（ａ）、（ｂ）は、上記（ア）のファセット成長基板の一例を示す断面図であり、加工基板の表面に加工されたストライプ状凹凸が延びる方向と直交する断面を見たところである。
図９（ａ）の例では、アンドープの窒化物半導体結晶１ｂが、加工基板１ａの表面の全体を覆って凹凸状に成長している。
図９（ｂ）の例では、アンドープの窒化物半導体結晶１ｂが、加工基板１ａの表面のうち、凹部の底面と凸部の上面とから、選択的に成長しており、凹部と凸部の間の段差面には、加工基板１ａの表面が露出している。
図１０（ａ）、（ｂ）は、上記（イ）のファセット成長基板の一例を示す断面図であり、ストライプ状の選択成長用マスクＭの延伸方向と直交する断面を見たところである。
図１０（ａ）の例では、アンドープの窒化物半導体結晶１ｂが、基板１ａの上面のうち、選択成長用マスクＭで覆われていない部分から選択的に成長し、該マスクＭを覆う前に、その成長が止められている。この場合には、該マスクＭをエッチング除去することもできる。
図１０（ｂ）の例では、図１０（ａ）の状態から、アンドープの窒化物半導体結晶１ｂが更に成長され、該マスクＭを覆っている。
（ア）主面にストライプ状の凹凸が形成された加工基板の、該主面上に、アンドープの窒化物半導体結晶が立体的に成長したもの。
（イ）平坦な主面を有する基板の、該主面上に、ストライプ状の選択成長用マスクが形成され、該マスクに覆われていない基板表面から、アンドープの窒化物半導体結晶が立体的に成長したもの。
図９（ａ）、（ｂ）は、上記（ア）のファセット成長基板の一例を示す断面図であり、加工基板の表面に加工されたストライプ状凹凸が延びる方向と直交する断面を見たところである。
図９（ａ）の例では、アンドープの窒化物半導体結晶１ｂが、加工基板１ａの表面の全体を覆って凹凸状に成長している。
図９（ｂ）の例では、アンドープの窒化物半導体結晶１ｂが、加工基板１ａの表面のうち、凹部の底面と凸部の上面とから、選択的に成長しており、凹部と凸部の間の段差面には、加工基板１ａの表面が露出している。
図１０（ａ）、（ｂ）は、上記（イ）のファセット成長基板の一例を示す断面図であり、ストライプ状の選択成長用マスクＭの延伸方向と直交する断面を見たところである。
図１０（ａ）の例では、アンドープの窒化物半導体結晶１ｂが、基板１ａの上面のうち、選択成長用マスクＭで覆われていない部分から選択的に成長し、該マスクＭを覆う前に、その成長が止められている。この場合には、該マスクＭをエッチング除去することもできる。
図１０（ｂ）の例では、図１０（ａ）の状態から、アンドープの窒化物半導体結晶１ｂが更に成長され、該マスクＭを覆っている。
なお、上記の基板の説明において、アンドープの窒化物半導体を、半導体ではなく、絶縁体として取り扱っているが、これは、ｎ型不純物をドープしたｎ型層における横方向の電流拡散に影響しない程度の導電性しか有さない、アンドープの窒化物半導体結晶（意図せず混入または拡散した不純物を含有するものを含む。）は、本発明においては、実質的に絶縁体と見なせるからである。
ｎ型オーミック電極は、Ｔｉ／Ａｌに限定されず、ｎ型窒化物半導体と低接触抵抗の接合を形成する公知の電極を、適宜用いることができる。例えば、ｎ型コンタクト層と接する部分が、Ｔｉ、Ａｌ、Ｗ、ＷＴｉ合金、ＩＴＯなどの材料からなる電極を、好適に用い得る。
ｎ型オーミック電極は、層厚を２００ｎｍ程度以上に形成すれば、ボンディング・パッドを兼用させることができるが、必要に応じて、ｎ型オーミック電極の上に、別途、ｎ側のボンディング・パッドを形成してもよい。
ｎ型オーミック電極は、層厚を２００ｎｍ程度以上に形成すれば、ボンディング・パッドを兼用させることができるが、必要に応じて、ｎ型オーミック電極の上に、別途、ｎ側のボンディング・パッドを形成してもよい。
ｐ型オーミック電極は、Ｎｉ／Ａｕに限定されず、ｐ型窒化物半導体と低接触抵抗の接合を形成する公知の電極を、適宜用いることができる。例えば、Ｒｈ／Ａｕ、Ｐｄ／Ａｕ、Ｉｒ／Ｐｔなどの金属電極、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）、酸化亜鉛などの酸化物半導体電極が、例示される。
ｐ型オーミック電極を透光性電極とすると、活性層で発生する光を、該ｐ型オーミック電極を通して取り出すことができる。透光性電極は、金属製の電極膜を極めて薄く形成（例えば、膜厚２０ｎｍ以下）することにより、該電極膜を透明としたり、あるいは、層状の電極膜に、光を通すための窓部を設けることにより、得ることができる。酸化物半導体電極も透明であるため、透光性電極となる。
活性層で発生する光を、基板の下面側から取り出す場合には、ｐ型オーミック電極を反射性電極とすることが好ましい。反射性電極は、金属製の電極を、光を反射し得る膜厚（例えば、５０ｎｍ以上）に形成すればよく、特に、Ｒｈ（ロジウム）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｐｔ（白金）、Ｉｒ（イリジウム）などの、反射率の高い白金族の金属を用いることが好ましい。反射性電極は、酸化物半導体電極の表面に、光を反射し得る膜厚を有する金属膜を積層したものとすることもできる。
ｐ型オーミック電極を反射性電極とする場合には、金属製の電極膜の膜厚を２００ｎｍ以上とすると、該金属膜の表面をボンディングに利用することができるため、ｐ側電極からボンディング・パッドを省略することができる。
ｐ型オーミック電極を透光性電極とすると、活性層で発生する光を、該ｐ型オーミック電極を通して取り出すことができる。透光性電極は、金属製の電極膜を極めて薄く形成（例えば、膜厚２０ｎｍ以下）することにより、該電極膜を透明としたり、あるいは、層状の電極膜に、光を通すための窓部を設けることにより、得ることができる。酸化物半導体電極も透明であるため、透光性電極となる。
活性層で発生する光を、基板の下面側から取り出す場合には、ｐ型オーミック電極を反射性電極とすることが好ましい。反射性電極は、金属製の電極を、光を反射し得る膜厚（例えば、５０ｎｍ以上）に形成すればよく、特に、Ｒｈ（ロジウム）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｐｔ（白金）、Ｉｒ（イリジウム）などの、反射率の高い白金族の金属を用いることが好ましい。反射性電極は、酸化物半導体電極の表面に、光を反射し得る膜厚を有する金属膜を積層したものとすることもできる。
ｐ型オーミック電極を反射性電極とする場合には、金属製の電極膜の膜厚を２００ｎｍ以上とすると、該金属膜の表面をボンディングに利用することができるため、ｐ側電極からボンディング・パッドを省略することができる。
ところで、図１に示すＧａＮ系ＬＥＤにおいて、ｐ型オーミック電極Ｐ２を、導電性が十分に高くない電極とした場合には、前述のＶｆ低減効果とは異なった、Ｖｆの低減に寄与する他の効果が、追加的に発生する。それは、ｎ型層２における電流拡散に伴う電圧降下が小さくなることによる効果である。
ｐ型オーミック電極Ｐ２の導電性が十分に高くないとき、ｎ型層２の内部を流れる電流は、サファイア加工基板１の上方から見て、ｎ型オーミック電極Ｐ１とボンディング・パッドＰ３とが最も近接した部分を、最短距離で結ぶ経路に集中する傾向がある。図１に示すＧａＮ系ＬＥＤでは、この経路の方向が、基板１における凹部伸長方向と一致しているが、凹部伸長方向は、ｎ型層２における電流拡散性が最も良好な方向である。従って、このＧａＮ系ＬＥＤは、他の凹部伸長方向を有するＬＥＤよりも、ｎ型層２の内部をこの経路に沿って電流が流れることに伴う電圧降下が小さくなるために、Ｖｆが低くなる。
この効果が現れるのは、例えば、ｐ型オーミック電極が、金属膜が薄く形成されることにより透光性とされた透明電極である場合や、金属と比べて導電率が１〜２桁低い酸化物半導体膜からなる透明電極である場合である。特に、金属膜からなる透明電極を用いる場合には、その膜厚が１０ｎｍ以下である場合や、酸素を含む雰囲気中で電極膜の形成または熱処理を行った場合（部分的な酸化により光透過性が増加する一方で、導電性が低下する）に、この効果は顕著となる。また、酸化物半導体からなる透明電極を用いる場合には、その膜厚が２００ｎｍ以下である場合に、この効果が顕著となる。
ｐ型オーミック電極Ｐ２の導電性が十分に高くないとき、ｎ型層２の内部を流れる電流は、サファイア加工基板１の上方から見て、ｎ型オーミック電極Ｐ１とボンディング・パッドＰ３とが最も近接した部分を、最短距離で結ぶ経路に集中する傾向がある。図１に示すＧａＮ系ＬＥＤでは、この経路の方向が、基板１における凹部伸長方向と一致しているが、凹部伸長方向は、ｎ型層２における電流拡散性が最も良好な方向である。従って、このＧａＮ系ＬＥＤは、他の凹部伸長方向を有するＬＥＤよりも、ｎ型層２の内部をこの経路に沿って電流が流れることに伴う電圧降下が小さくなるために、Ｖｆが低くなる。
この効果が現れるのは、例えば、ｐ型オーミック電極が、金属膜が薄く形成されることにより透光性とされた透明電極である場合や、金属と比べて導電率が１〜２桁低い酸化物半導体膜からなる透明電極である場合である。特に、金属膜からなる透明電極を用いる場合には、その膜厚が１０ｎｍ以下である場合や、酸素を含む雰囲気中で電極膜の形成または熱処理を行った場合（部分的な酸化により光透過性が増加する一方で、導電性が低下する）に、この効果は顕著となる。また、酸化物半導体からなる透明電極を用いる場合には、その膜厚が２００ｎｍ以下である場合に、この効果が顕著となる。
実施例１
図１に示すＧａＮ系ＬＥＤを、次の手順により作製した。
〔加工基板の形成〕
Ｃ面サファイア基板の一主面上に、フォトレジストによるストライプ状のマスクパターンを形成した。ストライプ状のマスクの幅は３μｍ、周期（マスクの幅＋基板露出部の幅）は６μｍ、ストライプの長手方向はサファイアの〈１−１００〉方向（基板上に成長される窒化物半導体結晶の〈１１−２０〉方向となる）とした。
該マスク上から反応性イオンエッチングを行うことにより、基板露出部に深さ１μｍの溝を形成し、結晶成長面にストライプ状の凹凸パターンが形成されたサファイア加工基板１を得た。
図１に示すＧａＮ系ＬＥＤを、次の手順により作製した。
〔加工基板の形成〕
Ｃ面サファイア基板の一主面上に、フォトレジストによるストライプ状のマスクパターンを形成した。ストライプ状のマスクの幅は３μｍ、周期（マスクの幅＋基板露出部の幅）は６μｍ、ストライプの長手方向はサファイアの〈１−１００〉方向（基板上に成長される窒化物半導体結晶の〈１１−２０〉方向となる）とした。
該マスク上から反応性イオンエッチングを行うことにより、基板露出部に深さ１μｍの溝を形成し、結晶成長面にストライプ状の凹凸パターンが形成されたサファイア加工基板１を得た。
〔積層体の形成１〕
フォトレジストを除去後、ＭＯＶＰＥ装置に上記サファイア加工基板を装着し、水素雰囲気下で１１００℃まで昇温して、表面のクリーニングを行った。
次に、基板温度を５００℃まで下げ、３族原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、５族原料としてアンモニアを供給し、低温成長バッファ層を３０ｎｍ成長させた。
次に、基板を１０００℃に昇温し、ＴＭＧ、シラン、アンモニアを供給して、上面が平坦なｎ型コンタクト層２１を、薄部の最小厚さｔが３μｍとなるように成長させた。
その後、シランの供給を停止する一方、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を供給し、ｎ型クラッド層２２を１００ｎｍ成長させた。
フォトレジストを除去後、ＭＯＶＰＥ装置に上記サファイア加工基板を装着し、水素雰囲気下で１１００℃まで昇温して、表面のクリーニングを行った。
次に、基板温度を５００℃まで下げ、３族原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、５族原料としてアンモニアを供給し、低温成長バッファ層を３０ｎｍ成長させた。
次に、基板を１０００℃に昇温し、ＴＭＧ、シラン、アンモニアを供給して、上面が平坦なｎ型コンタクト層２１を、薄部の最小厚さｔが３μｍとなるように成長させた。
その後、シランの供給を停止する一方、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を供給し、ｎ型クラッド層２２を１００ｎｍ成長させた。
〔積層体の形成２〕
ｎ型クラッド層２２の成長後、基板温度を７５０℃に下げ、インジウム原料にはトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を用いて、井戸層と障壁層とを交互に成長し、ＭＱＷ構造の活性層２３を形成した。井戸層の成長時は、発光波長が４０５ｎｍとなるように、ＴＭＩの供給量を調節した。
次に、基板を１０００℃に昇温し、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、ＴＭＧ、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を供給し、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎからなるｐ型クラッド層３１を３０ｎｍ成長させた。
続けて、ＴＭＡの供給を停止して、ｐ型コンタクト層３２を１５０ｎｍ成長させた後、アンモニア雰囲気中で基板温度を室温まで降下させ、ウェハをＭＯＶＰＥ装置から取り出した。
ｎ型クラッド層２２の成長後、基板温度を７５０℃に下げ、インジウム原料にはトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を用いて、井戸層と障壁層とを交互に成長し、ＭＱＷ構造の活性層２３を形成した。井戸層の成長時は、発光波長が４０５ｎｍとなるように、ＴＭＩの供給量を調節した。
次に、基板を１０００℃に昇温し、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、ＴＭＧ、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を供給し、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎからなるｐ型クラッド層３１を３０ｎｍ成長させた。
続けて、ＴＭＡの供給を停止して、ｐ型コンタクト層３２を１５０ｎｍ成長させた後、アンモニア雰囲気中で基板温度を室温まで降下させ、ウェハをＭＯＶＰＥ装置から取り出した。
〔電極形成〕
上記工程で得られたウェハに対して、アニーリング処理、反応性イオンエッチングによるｎ型オーミック電極形成面の露出、ｎ型オーミック電極Ｐ１の形成、ｐ型オーミック電極Ｐ２の形成、ボンディング・パッドＰ３の形成、電極の熱処理を順次行った。
このとき、サファイア加工基板１の結晶成長面のストライプ状凹部の伸長方向（長手方向）に対して、ｎ型オーミック電極Ｐ１、発光部、ボンディング・パッドＰ３の形状・配置が、図１に示すＬＥＤのようになるように、これらをパターニングした。すなわち、発光部を、正方形からひとつの角部が切り取られた形状とするとともに、該切り取られた角部の位置にｎ型オーミック電極を形成し、また、該正方形の、該切り取られた角部に含まれる頂点と、その対角位置の頂点とを結ぶ対角線（以下、単に「対角線」という。）と、上記ストライプ状凹部の伸長方向を一致させた。
ｎ型オーミック電極Ｐ１は、蒸着法を用いて、ｎ型コンタクト層２１に接する側から順に、膜厚３０ｎｍのＴｉ（チタン）と、膜厚３００ｎｍのＡｌ（アルミニウム）を積層することにより形成した。ｎ型オーミック電極の直径は１００μｍとした。
ｐ型オーミック電極Ｐ２は、蒸着法を用いて、ｐ型コンタクト層４２に接する側から順に、膜厚２０ｎｍのＮｉ（ニッケル）と、膜厚１００ｎｍのＡｕ（金）を積層することにより形成した。ｐ型オーミック電極Ｐ２には、８μｍ×８μｍの正方形の窓部を行列状に形成し、ｐ型コンタクト層３２上にｐ型オーミック電極Ｐ２が広がった領域の面積に占める窓部の面積比が約７０％の、透光性電極とした。
ボンディング・パッドＰ３は、ＴｉとＡｕを積層することにより形成し、その直径は１００μｍとした。
上記工程で得られたウェハに対して、アニーリング処理、反応性イオンエッチングによるｎ型オーミック電極形成面の露出、ｎ型オーミック電極Ｐ１の形成、ｐ型オーミック電極Ｐ２の形成、ボンディング・パッドＰ３の形成、電極の熱処理を順次行った。
このとき、サファイア加工基板１の結晶成長面のストライプ状凹部の伸長方向（長手方向）に対して、ｎ型オーミック電極Ｐ１、発光部、ボンディング・パッドＰ３の形状・配置が、図１に示すＬＥＤのようになるように、これらをパターニングした。すなわち、発光部を、正方形からひとつの角部が切り取られた形状とするとともに、該切り取られた角部の位置にｎ型オーミック電極を形成し、また、該正方形の、該切り取られた角部に含まれる頂点と、その対角位置の頂点とを結ぶ対角線（以下、単に「対角線」という。）と、上記ストライプ状凹部の伸長方向を一致させた。
ｎ型オーミック電極Ｐ１は、蒸着法を用いて、ｎ型コンタクト層２１に接する側から順に、膜厚３０ｎｍのＴｉ（チタン）と、膜厚３００ｎｍのＡｌ（アルミニウム）を積層することにより形成した。ｎ型オーミック電極の直径は１００μｍとした。
ｐ型オーミック電極Ｐ２は、蒸着法を用いて、ｐ型コンタクト層４２に接する側から順に、膜厚２０ｎｍのＮｉ（ニッケル）と、膜厚１００ｎｍのＡｕ（金）を積層することにより形成した。ｐ型オーミック電極Ｐ２には、８μｍ×８μｍの正方形の窓部を行列状に形成し、ｐ型コンタクト層３２上にｐ型オーミック電極Ｐ２が広がった領域の面積に占める窓部の面積比が約７０％の、透光性電極とした。
ボンディング・パッドＰ３は、ＴｉとＡｕを積層することにより形成し、その直径は１００μｍとした。
〔チップへの分断〕
電極形成の後、サファイア加工基板１の下面を研磨して、厚さを１００μｍまで薄くした後、該研磨面にスクライブ線を罫書き、ブレーキングを行って、３５０μｍ角の正方形状のチップを得た。
得られたＬＥＤチップ（ベアチップ）を、サファイア加工基板１側を下側にしてリードフレーム上に固定し、ワイヤボンディングを行った後、電流値２０ｍＡで通電を行い、そのときのＶｆを測定したところ、３．３Ｖであった。
電極形成の後、サファイア加工基板１の下面を研磨して、厚さを１００μｍまで薄くした後、該研磨面にスクライブ線を罫書き、ブレーキングを行って、３５０μｍ角の正方形状のチップを得た。
得られたＬＥＤチップ（ベアチップ）を、サファイア加工基板１側を下側にしてリードフレーム上に固定し、ワイヤボンディングを行った後、電流値２０ｍＡで通電を行い、そのときのＶｆを測定したところ、３．３Ｖであった。
実施例２
サファイア加工基板の結晶成長面におけるストライプ状凹部の伸長方向に対し、ｎ型オーミック電極、発光部、ボンディング・パッドの配置を２０°回転させて（対角線と上記ストライプ状凹部の伸長方向とがなす角が２０°となるように回転させて）、図４に示す素子のような配置となるように、これらをパターニングすること以外は、実施例１と同様にしてＧａＮ系ＬＥＤのチップを作製した。
該ＧａＮ系ＬＥＤのＶｆを測定したところ、３．４Ｖであった。
サファイア加工基板の結晶成長面におけるストライプ状凹部の伸長方向に対し、ｎ型オーミック電極、発光部、ボンディング・パッドの配置を２０°回転させて（対角線と上記ストライプ状凹部の伸長方向とがなす角が２０°となるように回転させて）、図４に示す素子のような配置となるように、これらをパターニングすること以外は、実施例１と同様にしてＧａＮ系ＬＥＤのチップを作製した。
該ＧａＮ系ＬＥＤのＶｆを測定したところ、３．４Ｖであった。
比較例１
サファイア加工基板の結晶成長面におけるストライプ状凹部の伸長方向に対し、ｎ型オーミック電極、発光部、ボンディング・パッドの配置を４５°回転させて（対角線と上記ストライプ状凹部の伸長方向とがなす角が４５°となるように回転させて）、図１１に示す素子のようにしたこと以外は、実施例１と同様にしてＧａＮ系ＬＥＤのチップを作製した。
このＧａＮ系ＬＥＤのＶｆを測定したところ、３．５Ｖであり、実施例品よりも、Ｖｆが高いことがわかった。
サファイア加工基板の結晶成長面におけるストライプ状凹部の伸長方向に対し、ｎ型オーミック電極、発光部、ボンディング・パッドの配置を４５°回転させて（対角線と上記ストライプ状凹部の伸長方向とがなす角が４５°となるように回転させて）、図１１に示す素子のようにしたこと以外は、実施例１と同様にしてＧａＮ系ＬＥＤのチップを作製した。
このＧａＮ系ＬＥＤのＶｆを測定したところ、３．５Ｖであり、実施例品よりも、Ｖｆが高いことがわかった。
実施例３
本実施例では、サファイア加工基板の結晶成長面におけるストライプ状凹部の伸長方向に直交する方向についての、ｎ型オーミック電極の最大幅を広げ、その効果を調べた。
発光部およびｎ型オーミック電極の面積は実施例１と同じに保ったまま、これらの形状を図５（ｃ）のようにして、上記凹部の伸長方向に直交する方向についての、ｎ型オーミック電極の最大幅の、発光部の全幅に対する比率を７５％としたこと以外は、実施例１と同様にしてＧａＮ系ＬＥＤのチップを作製した。
該ＧａＮ系ＬＥＤのＶｆを測定したところ、３．２Ｖであった。
本実施例では、サファイア加工基板の結晶成長面におけるストライプ状凹部の伸長方向に直交する方向についての、ｎ型オーミック電極の最大幅を広げ、その効果を調べた。
発光部およびｎ型オーミック電極の面積は実施例１と同じに保ったまま、これらの形状を図５（ｃ）のようにして、上記凹部の伸長方向に直交する方向についての、ｎ型オーミック電極の最大幅の、発光部の全幅に対する比率を７５％としたこと以外は、実施例１と同様にしてＧａＮ系ＬＥＤのチップを作製した。
該ＧａＮ系ＬＥＤのＶｆを測定したところ、３．２Ｖであった。
実施例４
本実施例では、基板として、ファセット成長基板を用いた。
前述の、〔積層体の形成１〕の工程において、低温バッファ層の成長の次に、ＳｉドープＧａＮではなく、アンドープＧａＮを成長させ、該アンドープＧａＮの結晶が、図９（ｂ）に示すように、サファイア加工基板の凸部の上面および凹部の底面に、立体的に成長したところで（即ち、ＭＯＶＰＥ装置内でファセット成長基板が形成されたところで）、シランの供給を開始して、ｎ型コンタクト層を成長させた。
このｎ型コンタクト層は、その上面が平坦となるように、また、その上面とサファイア加工基板の凸部上面との距離が４μｍとなるように、成長させた。このｎ型コンタクト層の、層厚最大部分の層厚は約５μｍ（サファイア加工基板の凹部の底から、ｎ型コンタクト層の上面までの距離）、層厚最小部分の層厚は約１．５μｍ（サファイア加工基板の凸部上に成長したアンドープＧａＮ結晶の上端部から、ｎ型コンタクト層の上面までの距離）であった。
このｎ型コンタクト層よりも上層の窒化物半導体層の成長工程および、それ以降の工程については、実施例１と同様にしてＧａＮ系ＬＥＤのチップを作製し、Ｖｆを測定したところ、３．３Ｖであった。
なお、本実施例４のＧａＮ系ＬＥＤは、順方向電流を２０ｍＡ流したときの出力が、実施例１のＬＥＤよりも高くなった。これは、サファイア加工基板上にバッファ層を成長した、そのすぐ後に、ＳｉドープＧａＮを成長するのではなく、まずアンドープＧａＮを成長し、その後で、ＳｉドープＧａＮを成長したために、ｎ型コンタクト層の結晶性が改善され、その結果、その上に成長された活性層の結晶性も改善されたために、発光効率が向上したものと考えられる。
本実施例では、基板として、ファセット成長基板を用いた。
前述の、〔積層体の形成１〕の工程において、低温バッファ層の成長の次に、ＳｉドープＧａＮではなく、アンドープＧａＮを成長させ、該アンドープＧａＮの結晶が、図９（ｂ）に示すように、サファイア加工基板の凸部の上面および凹部の底面に、立体的に成長したところで（即ち、ＭＯＶＰＥ装置内でファセット成長基板が形成されたところで）、シランの供給を開始して、ｎ型コンタクト層を成長させた。
このｎ型コンタクト層は、その上面が平坦となるように、また、その上面とサファイア加工基板の凸部上面との距離が４μｍとなるように、成長させた。このｎ型コンタクト層の、層厚最大部分の層厚は約５μｍ（サファイア加工基板の凹部の底から、ｎ型コンタクト層の上面までの距離）、層厚最小部分の層厚は約１．５μｍ（サファイア加工基板の凸部上に成長したアンドープＧａＮ結晶の上端部から、ｎ型コンタクト層の上面までの距離）であった。
このｎ型コンタクト層よりも上層の窒化物半導体層の成長工程および、それ以降の工程については、実施例１と同様にしてＧａＮ系ＬＥＤのチップを作製し、Ｖｆを測定したところ、３．３Ｖであった。
なお、本実施例４のＧａＮ系ＬＥＤは、順方向電流を２０ｍＡ流したときの出力が、実施例１のＬＥＤよりも高くなった。これは、サファイア加工基板上にバッファ層を成長した、そのすぐ後に、ＳｉドープＧａＮを成長するのではなく、まずアンドープＧａＮを成長し、その後で、ＳｉドープＧａＮを成長したために、ｎ型コンタクト層の結晶性が改善され、その結果、その上に成長された活性層の結晶性も改善されたために、発光効率が向上したものと考えられる。
比較例２
サファイア加工基板の結晶成長面におけるストライプ状凹部の伸長方向に対し、ｎ型オーミック電極、発光部、ボンディング・パッドの配置を４５°回転させた（対角線と上記ストライプ状凹部の伸長方向とがなす角が４５°となるように回転させた）こと以外は、実施例４と同様にしてＧａＮ系ＬＥＤのチップを作製し、Ｖｆを測定したところ、３．６Ｖであった。
サファイア加工基板の結晶成長面におけるストライプ状凹部の伸長方向に対し、ｎ型オーミック電極、発光部、ボンディング・パッドの配置を４５°回転させた（対角線と上記ストライプ状凹部の伸長方向とがなす角が４５°となるように回転させた）こと以外は、実施例４と同様にしてＧａＮ系ＬＥＤのチップを作製し、Ｖｆを測定したところ、３．６Ｖであった。
実施例５
本実施例では、ｐ型オーミック電極の電流拡散性が低い場合の効果を調べた。
ｐ型オーミック電極を、ＮｉとＡｕを積層した膜厚１０ｎｍの透明電極としたこと以外は、実施例１と同様にしてＧａＮ系ＬＥＤのチップを作製し、Ｖｆを測定したところ、３．５Ｖであった。
本実施例では、ｐ型オーミック電極の電流拡散性が低い場合の効果を調べた。
ｐ型オーミック電極を、ＮｉとＡｕを積層した膜厚１０ｎｍの透明電極としたこと以外は、実施例１と同様にしてＧａＮ系ＬＥＤのチップを作製し、Ｖｆを測定したところ、３．５Ｖであった。
比較例３
ｐ型オーミック電極を、ＮｉとＡｕを積層した膜厚１０ｎｍの透明電極としたこと以外は、比較例１と同様にしてＧａＮ系ＬＥＤのチップを作製し、Ｖｆを測定したところ、３．７Ｖであった。
ｐ型オーミック電極を、ＮｉとＡｕを積層した膜厚１０ｎｍの透明電極としたこと以外は、比較例１と同様にしてＧａＮ系ＬＥＤのチップを作製し、Ｖｆを測定したところ、３．７Ｖであった。
上記実施例、比較例によって、本発明によるＧａＮ系ＬＥＤのＶｆは、加工基板の結晶成長面におけるストライプ状凹部の伸長方向を何ら考慮しないで、ｎ型オーミック電極と発光部を配置したものと比べて、低くなっていることがわかった。
今後、ＧａＮ系ＬＥＤの照明用途での使用量が増加していくと予想されることから、その低消費電力化は、省エネルギーの観点から極めて重要である。また、動作時の発熱量の低減は、ＬＥＤ自体および周辺機器の耐久性を増加させ、また放熱構造の簡素化を可能にすることから、資源の有効利用という意味でも重要である。よって、ＧａＮ系ＬＥＤは、出力性能が同等であれば、Ｖｆが０．１Ｖでも低い方がよいとされており、このような事情から、本発明の産業上の価値は極めて大きい。
１ 加工基板
２１ ｎ型コンタクト層
２２ ｎ型クラッド層
２３ 活性層
３１ ｐ型クラッド層
３２ ｐ型コンタクト層
Ｐ１ ｎ型オーミック電極
Ｐ２ ｐ型オーミック電極
Ｐ３ ボンディング・パッド
２１ ｎ型コンタクト層
２２ ｎ型クラッド層
２３ 活性層
３１ ｐ型クラッド層
３２ ｐ型コンタクト層
Ｐ１ ｎ型オーミック電極
Ｐ２ ｐ型オーミック電極
Ｐ３ ボンディング・パッド
Claims (6)
- 絶縁体からなる凹凸状の結晶成長面を有する基板の上に、ｎ型不純物がドープされたｎ型窒化物半導体層が形成され、該ｎ型窒化物半導体層の上には、窒化物半導体からなる活性層とｐ型窒化物半導体層とｐ型オーミック電極とがこの順に積層された発光部と、ｎ型オーミック電極とが、それぞれ異なる領域に形成されている窒化物半導体発光ダイオードであって、
前記発光部が、前記基板の上方から見て、正方形からひとつの角部が切り取られた形状に形成されているとともに、前記ｎ型オーミック電極が、該切り取られた角部の位置に形成されており、
下記（Ｉ）の方形ＥＦＧＨを選んだとき、前記基板の上方から見て、前記ｎ型オーミック電極と該方形ＥＦＧＨの辺ＨＥとの距離が、該電極と辺ＥＦとの距離、および、該電極と辺ＧＨとの距離よりも大きく、
前記ｎ型窒化物半導体層は、前記結晶成長面の凹部に入り込んだ部分を有するとともに、その上面が平坦となっており、それによって、該ｎ型窒化物半導体層には、該結晶成長面の凹部に対応した厚部と、凸部に対応した薄部とが存在し、その厚部は、前記正方形の切り取られた角部に含まれる頂点とその対角位置の頂点とを結ぶ対角線の方向に伸長する部分を含んでおり、それによって、該ｎ型窒化物半導体層における横方向の電流拡散性が、該対角線の方向において、他の方向よりも良好となっていることを特徴とする、窒化物半導体発光ダイオード。
（Ｉ）方形ＥＦＧＨは、前記基板の上方から見て、４つの辺の全てが前記発光部の外周に接するように前記発光部に外接する矩形であり、前記正方形の４つの頂点のうち、切り取られた角部に含まれる頂点を除く３つの頂点をそれぞれ通る辺ＥＦと辺ＧＨと辺ＨＥとを有し、辺ＥＦと辺ＧＨとが、前記正方形の切り取られた角部に含まれる頂点とその対角位置の頂点とを結ぶ対角線に平行である。 - 前記基板の上方から見て、前記ｎ型オーミック電極と前記辺ＥＦとの距離の、前記ｎ型オーミック電極と前記辺ＧＨとの距離に対する比率が、０．８〜１．２である、請求項１に記載の窒化物半導体発光ダイオード。
- 前記基板の上方から見て、前記対角線と直交する方向についての、前記ｎ型オーミック電極の最大幅が、同じ方向についての前記発光部の全幅の５０％以上である、請求項１または２に記載の窒化物半導体発光ダイオード。
- 前記凹部の形状がストライプ状である、請求項１〜３のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード。
- 前記基板が、一主面にストライプ状の凹部が加工されたサファイア単結晶基板と、該主面の凸部上面および凹部底面のそれぞれに立体的に成長された、アンドープの窒化物半導体結晶とからなる、請求項４に記載の窒化物半導体発光ダイオード。
- 前記ｐ型オーミック電極が、酸化物半導体電極である、請求項１〜５のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード。
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