JP4915234B2 - Light emitting diode manufacturing method and functional device manufacturing method - Google Patents

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Description

この発明は、発光ダイオードの製造方法および機能素子の製造方法に関し、例えば、窒化物系III−V族化合物半導体を用いた発光ダイオードの製造に適用して好適なものである。   The present invention relates to a method for manufacturing a light emitting diode and a method for manufacturing a functional element, and is suitable for application to the manufacture of a light emitting diode using a nitride-based III-V group compound semiconductor, for example.

例えば垂直電流注入型のGaN系発光ダイオードを製造する場合には、サファイア基板上にGaN系半導体層を成長させて発光ダイオード構造を形成し、その上に一方の電極を形成した後、このGaN系半導体層からサファイア基板を剥離し、その裏面に他方の電極を形成する必要がある。従来、サファイア基板上にGaN系半導体層を成長させた後、このGaN系半導体層からサファイア基板を剥離する技術としては、KrFエキシマーレーザによる波長248nmのパルスレーザ光をサファイア基板を通してこのサファイア基板との界面の部分のGaN系半導体層に照射して熱分解する技術が多く用いられている(例えば、非特許文献1参照。)。最近、別の技術として、サファイア基板上に金属バッファ層を成長させてからその上にGaN系半導体層を成長させた後、この金属バッファ層を化学エッチングにより除去することによりサファイア基板を剥離する技術が提案されている(例えば、非特許文献2参照。)。そのほかの技術として、サファイア基板上にGaN系半導体層を成長させた後、温度を上下させて冷熱サイクルを加えることにより両者の熱膨張係数差によるひずみを生じさせることによりサファイア基板を剥離する技術も提案されている。   For example, when manufacturing a vertical current injection type GaN-based light emitting diode, a GaN-based semiconductor layer is grown on a sapphire substrate to form a light-emitting diode structure, one electrode is formed thereon, and then the GaN-based light-emitting diode is formed. It is necessary to peel the sapphire substrate from the semiconductor layer and form the other electrode on the back surface. Conventionally, after a GaN-based semiconductor layer is grown on a sapphire substrate, a technique for peeling the sapphire substrate from the GaN-based semiconductor layer is as follows. A technique of irradiating and thermally decomposing a GaN-based semiconductor layer at the interface portion is used (see, for example, Non-Patent Document 1). Recently, as another technique, after a metal buffer layer is grown on a sapphire substrate, a GaN-based semiconductor layer is grown thereon, and then the sapphire substrate is removed by removing the metal buffer layer by chemical etching. Has been proposed (see, for example, Non-Patent Document 2). As another technology, after growing a GaN-based semiconductor layer on a sapphire substrate, the temperature is raised and lowered to apply a thermal cycle, thereby causing a strain due to the difference in thermal expansion coefficient between the two to peel off the sapphire substrate. Proposed.

Appl.Phys.Lett.72,599(1998)Appl.Phys.Lett.72,599 (1998) [平成18年6月7日検索]、インターネット〈URL:http://www.cir.tohoku.ac.jp/j/3activity/seika/seika04/yao.html〉[Search June 7, 2006], Internet <URL: http://www.cir.tohoku.ac.jp/j/3activity/seika/seika04/yao.html>

サファイア基板上にGaN系半導体層を成長させた後、このGaN系半導体層からサファイア基板を剥離するために、パルスレーザ光をサファイア基板との界面の近傍の部分のGaN系半導体層に照射して熱分解する上述の従来の技術は、高価な設備を要するだけでなく、GaN系半導体層の剥離面が物理的損傷を受けたり荒れたりするため、剥離面をエッチングなどによって処理する必要があり、非生産的である。また、金属バッファ層を化学エッチングにより除去することによりサファイア基板を剥離する技術では、サファイア基板とGaN系半導体層との間にはさまれた金属バッファ層をサイドエッチングする必要があるが、サファイア基板とGaN系半導体層との間の隙間にエッチング液を途中で淀みを生ずることなく継続的に均一に供給することは容易ではないため、エッチングが不均一となったり、エッチングに長時間かかるなどの多くの点で問題がある。さらに、冷熱サイクルを加えることによりサファイア基板を剥離する技術では、GaN系半導体層に大きな負荷がかかるため、大きな物理的損傷が生じ、場合によっては亀裂破壊が生じてしまうおそれもある。   After the GaN-based semiconductor layer is grown on the sapphire substrate, a pulsed laser beam is irradiated to the GaN-based semiconductor layer in the vicinity of the interface with the sapphire substrate in order to peel the sapphire substrate from the GaN-based semiconductor layer. The above-described conventional technology for thermal decomposition not only requires expensive equipment, but the peeled surface of the GaN-based semiconductor layer is physically damaged or roughened, so the peeled surface needs to be processed by etching or the like. It is unproductive. Moreover, in the technology for removing the sapphire substrate by removing the metal buffer layer by chemical etching, it is necessary to side-etch the metal buffer layer sandwiched between the sapphire substrate and the GaN-based semiconductor layer. Since it is not easy to continuously supply the etching solution to the gap between the GaN-based semiconductor layer without causing stagnation in the middle, etching becomes uneven or etching takes a long time. There are problems in many ways. Furthermore, in the technique of peeling the sapphire substrate by applying a cooling and heating cycle, a large load is applied to the GaN-based semiconductor layer, so that a large physical damage occurs, and in some cases, a crack breakage may occur.

そこで、この発明が解決しようとする課題は、発光ダイオード構造を形成する窒化物系III−V族化合物半導体層を基板上に成長させた後、この基板を窒化物系III−V族化合物半導体層にほとんど物理的損傷を与えることなく低コストで容易に剥離することができ、垂直電流注入型の発光ダイオードを容易に製造することができる発光ダイオードの製造方法を提供することである。
この発明が解決しようとする他の課題は、発光ダイオード構造を形成する窒化物系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、基板の凹凸加工も容易である発光ダイオードの製造方法を提供することである。
この発明が解決しようとするさらに他の課題は、発光ダイオード、半導体レーザ、トランジスタなどを含む各種の機能素子の素子構造を形成する窒化物系III−V族化合物半導体層その他の層を基板上に成長させた後、この基板をこれらの層にほとんど物理的損傷を与えることなく低コストで容易に剥離することができ、垂直電流注入型の発光ダイオードなどの機能素子を容易に製造することができる機能素子の製造方法を提供することである。
この発明が解決しようとするさらに他の課題は、素子構造を形成する窒化物系III−V族化合物半導体層その他の層の結晶性の大幅な向上により発光効率などの素子の性能が極めて高く、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、基板の凹凸加工も容易である機能素子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。
Accordingly, the problem to be solved by the present invention is to grow a nitride-based III-V compound semiconductor layer forming a light-emitting diode structure on a substrate, and then to form the nitride-based III-V compound semiconductor layer on the substrate. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a light emitting diode that can be easily peeled off at low cost without causing any physical damage to the light emitting diode and can easily manufacture a vertical current injection type light emitting diode.
Another problem to be solved by the present invention is that the light emission efficiency is extremely high due to the significant improvement in crystallinity of the nitride-based III-V compound semiconductor layer forming the light emitting diode structure, and at the same time, the epitaxial growth is performed at a low cost. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a light emitting diode that can be manufactured and that can be easily processed for unevenness on a substrate.
Still another problem to be solved by the present invention is that a nitride-based III-V group compound semiconductor layer and other layers forming an element structure of various functional elements including a light emitting diode, a semiconductor laser, a transistor, etc. are formed on a substrate. After growth, the substrate can be easily peeled off at low cost with little physical damage to these layers, and a functional device such as a vertical current injection type light emitting diode can be easily manufactured. It is to provide a method for manufacturing a functional element.
Still another problem to be solved by the present invention is that the performance of the device such as luminous efficiency is extremely high due to the significant improvement in crystallinity of the nitride III-V compound semiconductor layer and other layers forming the device structure, Moreover, it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a functional element that can be manufactured at a low cost by one epitaxial growth and that can be easily processed for unevenness of a substrate.
The above and other problems will become apparent from the description of this specification with reference to the accompanying drawings.

上記課題を解決するために、第1の発明は、
一主面に複数の凸部を有する基板であって当該凸部は磁歪材料または電歪材料からなるものを用い、当該基板の凹部に、その底面を底辺とする三角形状の断面形状となる状態を経て第1の窒化物系III−V族化合物半導体層を成長させる工程と、
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、
上記凸部に磁界または電界を印加して上記凸部に磁歪または電歪を発生させることにより上記基板を上記第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族化合物半導体層から剥離する工程と
を有することを特徴とする発光ダイオードの製造方法である。
In order to solve the above problem, the first invention is:
A substrate having a plurality of convex portions on one main surface, wherein the convex portions are made of a magnetostrictive material or an electrostrictive material, and the concave portion of the substrate has a triangular cross-sectional shape with the bottom surface as the base Growing a first nitride-based III-V compound semiconductor layer via
Laterally growing a second nitride III-V compound semiconductor layer on the substrate from the first nitride III-V compound semiconductor layer;
On the second nitride III-V compound semiconductor layer, the third conductivity type third nitride III-V compound semiconductor layer, the active layer, and the second conductivity type fourth nitride. Sequentially growing a III-V compound semiconductor layer,
By applying a magnetic field or an electric field to the convex portion to generate magnetostriction or electrostriction in the convex portion, the substrate is made to be the first nitride-based III-V compound semiconductor layer and the second nitride-based III. And a step of peeling from the -V group compound semiconductor layer, the third nitride III-V compound semiconductor layer, the active layer, and the fourth nitride III-V compound semiconductor layer. This is a method for manufacturing a light emitting diode.

基板の凸部を磁歪材料により構成する場合、この磁歪材料としては、純Ni、Fe−Ni系合金、Fe−Co系合金、ソフトフェライトなどの従来公知の強磁性体を用いることができるが、磁界の印加により大きな磁歪(磁気ひずみ)を発生させることができる超磁歪材料を用いることが好ましい。このような超磁歪材料としては、Tb−Dy−Fe系合金(Tb0.27Dy0.73Fe1.9 )のほか、磁気モーメントの大きいランタノイド元素Rと鉄族元素T(Fe、Ni、Coなど)とで構成されるラーベス型の立方晶材料(RT2 )などが挙げられるが、これに限定されるものではない。磁歪材料としては、強磁性型形状記憶合金も大きな磁歪を得ることができるため好ましく、取り分け少なくともFeを含む合金、具体的には、例えば、Fe−Pd合金(例えば、Fe−31.2原子%Pd合金)やFe−Pt合金(例えば、Fe3 Pt合金など)などが挙げられるが、これに限定されるものではなく、Ti−Ni−Cu系合金なども挙げられる。特に、Fe−31.2原子%Pd合金では最大約3%、Fe3 Pt合金では最大約2.3%もの巨大な磁歪を発生させることができる。強磁性型形状記憶合金における磁歪の発生はマルテンサイト変態によるものである。より詳細には、強磁性体の結晶内では磁気モーメントは容易軸方向を向いているが、強磁性型形状記憶合金では、いくつかの結晶学的方位の異なる領域(バリアント)から構成されている場合、それぞれのバリアント内で磁気モーメントは、そのバリアントの容易軸方向を向いており、外部から磁界を印加すると、静磁エネルギーを減少させるように磁気モーメントは磁界の方向に回転する。その際、磁気モーメントが容易軸方向と異なる方向となったバリアントは磁界の下で不安定となる。一方、磁気モーメントが磁界方向を向いたバリアントは磁界の下でも安定である。したがって、もしバリアント間の界面が容易に移動することができるならば、この不安定なバリアントは、隣接する安定なバリアントへと変換される。このバリアント変換に伴い、大きな磁歪が現れることになる。必要に応じて、凸部を二種類以上の磁歪材料により構成してもよく、凸部に磁歪材料以外の材料を含ませてもよい。 When the convex portion of the substrate is composed of a magnetostrictive material, as this magnetostrictive material, a conventionally known ferromagnetic material such as pure Ni, Fe—Ni alloy, Fe—Co alloy, soft ferrite can be used. It is preferable to use a giant magnetostrictive material capable of generating a large magnetostriction (magnetostriction) by applying a magnetic field. Such a giant magnetostrictive material includes a Tb—Dy—Fe alloy (Tb 0.27 Dy 0.73 Fe 1.9 ), a lanthanoid element R having a large magnetic moment, and an iron group element T (Fe, Ni, Co, etc.). Laves type cubic crystal material (RT 2 ) or the like is used, but it is not limited to this. As the magnetostrictive material, a ferromagnetic shape memory alloy is also preferable because large magnetostriction can be obtained. In particular, an alloy containing at least Fe, specifically, an Fe—Pd alloy (for example, Fe-31.2 atomic%) is preferable. Pd alloy), Fe—Pt alloy (for example, Fe 3 Pt alloy, etc.) and the like are exemplified, but not limited thereto, and Ti—Ni—Cu based alloy and the like are also exemplified. In particular, a giant magnetostriction of up to about 3% can be generated with an Fe-31.2 atomic% Pd alloy, and up to about 2.3% with an Fe 3 Pt alloy. The generation of magnetostriction in the ferromagnetic shape memory alloy is due to martensitic transformation. More specifically, while the magnetic moment is oriented in the easy axis direction in the ferromagnetic crystal, the ferromagnetic shape memory alloy is composed of several regions with different crystallographic orientations (variants). In each case, the magnetic moment in each variant is in the direction of the easy axis of the variant. When a magnetic field is applied from the outside, the magnetic moment rotates in the direction of the magnetic field so as to reduce the magnetostatic energy. At that time, the variant whose magnetic moment is different from the easy axis direction becomes unstable under the magnetic field. On the other hand, the variant in which the magnetic moment is directed to the magnetic field direction is stable even under the magnetic field. Thus, if the interface between variants can be easily moved, this unstable variant is converted to an adjacent stable variant. Along with this variant conversion, a large magnetostriction appears. If necessary, the convex portion may be composed of two or more kinds of magnetostrictive materials, and the convex portion may contain a material other than the magnetostrictive material.

基板の凸部を電歪材料により構成する場合、この電歪材料としては、従来公知のものを用いることができ、具体的には、チタン酸バリウム(BaTiO3 )、Ba(Ti,Zr)O3 、Pb(Zr,Ti)O3 (PZT)固溶体、Pb(Mg1/3 Nb2/3 )O3 −PbTiO3 (PMN−PT)固溶体、Pb(Ni1/3 Nb2/3 )O3 −PbTiO(PNN−PT)固溶体などが挙げられるが、これに限定されるものではない。必要に応じて、凸部を二種類以上の電歪材料により構成してもよく、凸部に電歪材料以外の材料を含ませてもよい。 When the convex portion of the substrate is made of an electrostrictive material, a conventionally known material can be used as the electrostrictive material, and specifically, barium titanate (BaTiO 3 ), Ba (Ti, Zr) O. 3 , Pb (Zr, Ti) O 3 (PZT) solid solution, Pb (Mg 1/3 Nb 2/3 ) O 3 —PbTiO 3 (PMN-PT) solid solution, Pb (Ni 1/3 Nb 2/3 ) O Examples thereof include, but are not limited to, 3- PbTiO (PNN-PT) solid solution. If necessary, the convex portion may be composed of two or more types of electrostrictive materials, and the convex portion may include a material other than the electrostrictive material.

凸部を構成する磁歪材料または電歪材料は、好適には、最も大きな磁歪または電歪が発生する方向が基板の一主面と垂直な方向になるように配置されるが、これに限定されるものではない。
凸部を構成する磁歪材料または電歪材料に印加する磁界または電界は直流磁界または直流電界であってもよいし、交流磁界または交流電界であってもよく、必要に応じて選ばれる。
The magnetostrictive material or electrostrictive material constituting the convex portion is preferably arranged so that the direction in which the largest magnetostriction or electrostriction is generated is perpendicular to one main surface of the substrate, but is not limited thereto. It is not something.
The magnetic field or electric field applied to the magnetostrictive material or electrostrictive material constituting the convex portion may be a DC magnetic field or a DC electric field, or may be an AC magnetic field or an AC electric field, and is selected as necessary.

凸部を構成する磁歪材料または電歪材料に磁界または電界を印加してこの凸部に磁歪または電歪を発生させることでこの凸部の厚さが大きくなると、この凸部の上下の基板と第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族化合物半導体層との間にこれらを互いに離す方向の力が働き、それによって、これらの第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族化合物半導体層と一体となった第1の窒化物系III−V族化合物半導体層基体と基板との間にもこれらを離す方向の力が働く。これと同時に、凸部と基板との間にこれらを互いに離す方向の力が働く。この結果、基板を第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族化合物半導体層から剥離することができる。この際、凸部が基板上に残されたり、凸部が破壊されたりすることもある。基板はその全てが剥離される場合だけでなく、部分的に剥離される場合もある。例えば、基板のうち凸部と結合した部分だけが剥離される場合もある。   When a magnetic field or an electric field is applied to the magnetostrictive material or electrostrictive material constituting the convex portion to generate magnetostriction or electrostriction in the convex portion, the thickness of the convex portion increases. Between the second nitride III-V compound semiconductor layer, the third nitride III-V compound semiconductor layer, the active layer, and the fourth nitride III-V compound semiconductor layer Force in the direction of separating them from each other, whereby the second nitride III-V compound semiconductor layer, the third nitride III-V compound semiconductor layer, the active layer, and the above A force in the direction of separating the first nitride III-V compound semiconductor layer substrate integrated with the fourth nitride III-V compound semiconductor layer and the substrate also acts. At the same time, a force is exerted between the convex portion and the substrate in a direction to separate them from each other. As a result, the first nitride-based III-V compound semiconductor layer, the second nitride-based III-V compound semiconductor layer, the third nitride-based III-V compound semiconductor layer, the active layer, The fourth nitride group III-V compound semiconductor layer can be peeled off. At this time, the convex portion may be left on the substrate or the convex portion may be destroyed. The substrate may be partially peeled as well as the case where all of the substrate is peeled off. For example, only a portion of the substrate that is coupled to the convex portion may be peeled off.

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。
The conductivity type of the first nitride III-V compound semiconductor layer and the second nitride III-V compound semiconductor layer may be any of p-type, n-type, and i-type, The conductivity types may or may not be the same conductivity type, and the conductivity types may be within the first nitride III-V compound semiconductor layer or the second nitride III-V compound semiconductor layer. Two or more different parts may be mixed.
Typically, when the first nitride-based III-V compound semiconductor layer is grown, dislocations are generated in a direction perpendicular to the principal surface of the substrate from the interface with the bottom surface of the recess of the substrate. When the dislocation reaches the slope of the first nitride-based III-V compound semiconductor layer in the state of having a triangular cross-sectional shape or the vicinity thereof, a triangular portion is formed in a direction parallel to the one principal surface. Bend away from the camera. Here, the triangular cross-sectional shape or the triangular shape in the triangular portion means not only an accurate triangle, but also includes what can be regarded as an approximate triangle, such as a rounded top (for example) ( The same applies below). Preferably, in the initial stage of growth of the first nitride-based III-V group compound semiconductor layer, a plurality of micronuclei are formed on the bottom surface of the concave portion of the substrate, and these micronuclei grow and coalesce. Thus, dislocations generated from the interface with the bottom surface of the concave portion of the substrate in a direction perpendicular to one main surface of the substrate are repeatedly bent in a direction parallel to the one main surface. By doing so, dislocations that escape to the top during the growth of the first nitride-based III-V compound semiconductor layer can be reduced.

典型的には、基板の一主面に凸部と凹部とを交互に周期的に形成する。この場合、凸部および凹部の周期は、好適には、3〜5μmであるが、これに限定されるものではない。また、凸部の底辺の長さと凹部の底辺の長さとの比は、好適には0.5〜3であり、最も好適には0.5付近であるが、これに限定されるものではない。基板の一主面から見たこの凸部の高さは、好適には0.3μm以上、より好適には1μm以上であるが、これに限定されるものではない。この凸部は、好適には基板の一主面に対して傾斜した側面(例えば、基板の一主面と接する側面)を有し、この側面と基板の一主面とのなす角度をθとすると、光の取り出し効率の向上を図る観点より、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°であるが、これに限定されるものではない。この凸部の断面形状は、種々の形状であってよく、その側面も平面だけでなく曲面であってもよいが、例えば、n角形(ただし、nは3以上の整数)、具体的には三角形、四角形、五角形、六角形など、あるいはこれらの角部を切除したものや角が丸まっているもの、円形、楕円形などであり、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が、これに限定されるものではない。Wg は、一般的には0.5〜5μmであり、典型的には2±0.5μmの範囲内に選ばれるが、これに限定されるものではない。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、例えば4±2μmの範囲内であるが、これに限定されるものではない。 Typically, convex portions and concave portions are alternately and periodically formed on one main surface of the substrate. In this case, although the period of a convex part and a recessed part is 3-5 micrometers suitably, it is not limited to this. Further, the ratio of the length of the bottom of the convex portion to the length of the bottom of the concave portion is preferably 0.5 to 3, and most preferably around 0.5, but is not limited thereto. . The height of the convex portion as viewed from one main surface of the substrate is preferably 0.3 μm or more, more preferably 1 μm or more, but is not limited thereto. The convex portion preferably has a side surface inclined with respect to one main surface of the substrate (for example, a side surface in contact with one main surface of the substrate), and an angle between the side surface and one main surface of the substrate is θ. Then, from the viewpoint of improving the light extraction efficiency, for example, preferably 100 ° <θ <160 °, more preferably 132 ° <θ <139 ° or 147 ° <θ <154 °, which is most preferable. However, it is not limited to 135 ° or 152 °. The cross-sectional shape of the convex portion may be various shapes, and the side surface may be a curved surface as well as a flat surface. For example, an n-gon (where n is an integer of 3 or more), specifically Triangular, quadrangular, pentagonal, hexagonal, etc., or those with their corners cut off, rounded corners, circular, oval, etc. Of these, the highest position when viewed from one main surface of the board Those having one apex are desirable, and in particular, a triangle or a shape obtained by cutting off the apex or a rounded apex is most desirable. Although the cross-sectional shape of the recess may be various shapes, for example, an n-gon (where n is an integer of 3 or more), specifically, a triangle, a quadrangle, a pentagon, a hexagon, or the like, or these corners are cut off. Or rounded, oval, etc. From the viewpoint of improving the light extraction efficiency, preferably, the cross-sectional shape of the recess is an inverted trapezoid. Here, the inverted trapezoidal shape means not only an accurate inverted trapezoid but also includes an object that can be approximately regarded as an inverted trapezoid (the same applies hereinafter). In this case, from the viewpoint of minimizing the dislocation density of the second nitride-based III-V compound semiconductor layer, it is preferable that the depth of the concave portion (same as the height of the convex portion) be d and the width of the bottom surface of the concave portion. when a you a W g, the angle between the inclined surface and the main surface of the substrate of the first nitride III-V compound semiconductor layer in a state where a triangular cross-sectional shape is alpha, the 2d ≧ W g tan [alpha D, W g , and α are determined so as to hold. Since α is normally constant, d and W g are determined so that this equation is satisfied. If d is too large, the source gas is not sufficiently supplied to the inside of the recess, which hinders the growth of the first nitride-based III-V compound semiconductor layer from the bottom of the recess, and conversely if d is too small. The first nitride-based III-V compound semiconductor layer grows not only on the concave portion of the substrate but also on the convex portions on both sides thereof. From the viewpoint of preventing these, generally, 0.5 μm <d It is selected within the range of <5 μm and typically selected within the range of 1.0 ± 0.2 μm, but is not limited thereto. W g is generally 0.5 to 5 μm and is typically selected within the range of 2 ± 0.5 μm, but is not limited thereto. Further, the width W t of the top surface of the convex portion is 0 when the cross-sectional shape of the convex portion is triangular, but when the cross-sectional shape of the convex portion is trapezoidal, this convex portion is the second nitride system. Since it is a region used for the lateral growth of the III-V compound semiconductor layer, the longer the area, the larger the area of the portion having a lower dislocation density. When the cross-sectional shape of the convex portion is trapezoidal, W t is generally in the range of 1 to 1000 μm, for example, 4 ± 2 μm, but is not limited thereto.

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。   For example, the convex portion or the concave portion may extend in a stripe shape in one direction on the substrate, or may extend in a stripe shape in at least a first direction and a second direction intersecting each other. As a result, the convex portion is an n-gon (where n is an integer of 3 or more), specifically, a triangle, a quadrangle, a pentagon, a hexagon, or the like, or those with the corners cut off, rounded, or circular Alternatively, it may be a two-dimensional pattern such as an ellipse or a dot. In a preferred example, the convex portions have a hexagonal planar shape, the convex portions are two-dimensionally arranged in a honeycomb shape, and concave portions are formed so as to surround the convex portions. By doing so, light emitted from the active layer can be efficiently extracted in all directions of 360 °. Alternatively, the recess may have a hexagonal planar shape, the recesses may be two-dimensionally arranged in a honeycomb shape, and a protrusion may be formed so as to surround the recess. When the concave portion of the substrate has a stripe shape, the concave portion extends, for example, in the <1-100> direction of the first nitride-based III-V compound semiconductor layer, or a sapphire substrate is used as the substrate, for example. In some cases, the sapphire substrate may extend in the <11-20> direction. The convex portion is, for example, an n-pyramid (where n is an integer of 3 or more), specifically, a triangular pyramid, a quadrangular pyramid, a pentagonal pyramid, a hexagonal pyramid, etc., or a cut or rounded corner. Things, cones, elliptical cones, etc.

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(SiO2 膜など)、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。
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。
From the viewpoint of growing the first nitride-based III-V compound semiconductor layer only in the concave portion of the substrate, for example, at least the surface of the convex portion may be formed of an amorphous layer. This amorphous layer serves as a growth mask. This utilizes the fact that nucleation hardly occurs during growth on an amorphous layer. This amorphous layer may be formed on the substrate by various film forming methods, or may be formed by forming a convex portion with metal or the like and oxidizing the surface of the convex portion. This amorphous layer is, for example, a SiO x film (SiO 2 film or the like), a SiN x film, an amorphous Si (a-Si) film, an amorphous CrN film, or a laminate film of two or more of these. In general, it is an insulating film.
In the third nitride-based III-V compound semiconductor layer, an electrode on the first conductivity type side is formed in a state of being electrically connected thereto. Similarly, an electrode on the second conductivity type side is formed on the fourth nitride-based III-V compound semiconductor layer in a state of being electrically connected thereto.

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。   As described above, the number of dislocations that escape to the top during the growth of the first nitride-based III-V compound semiconductor layer can be reduced, but the dislocations that escape to the top are the second nitride-based III-V in the upper layer. It propagates to the group compound semiconductor layer, the third nitride-based III-V group compound semiconductor layer, the active layer, and the fourth nitride-based group III-V compound semiconductor layer to form threading dislocations. This threading dislocation includes a first nitride-based III-V compound semiconductor layer, a second nitride-based III-V compound semiconductor layer, a third nitride-based III-V compound semiconductor layer, an active layer, and The fourth nitride-based III-V group compound semiconductor layer concentrates on a portion corresponding to the recess (portion above the recess). The threading dislocations and the vicinity thereof have poor crystallinity and a large number of non-emissive centers exist, so that the luminous efficiency is lowered. In particular, the non-radiative centers present in the active layer have a great adverse effect on the luminous efficiency. Therefore, the first nitride III-V compound semiconductor layer, the second nitride III-V compound semiconductor layer, the third nitride III-V compound semiconductor layer, the active layer, and the fourth A portion of the nitride-based III-V compound semiconductor layer that corresponds to the recess is at least a third nitride-based III- in the depth direction from the surface of the fourth nitride-based III-V compound semiconductor layer. If the groove is formed by removing the V group compound semiconductor layer until it is exposed, at least the active layer and those generated in the upper layer of the threading dislocations can be removed, so that the non-luminescent center is greatly reduced. be able to. The width of the portion to be removed may be, for example, a width capable of removing all or most of the threading dislocations, and may be the same as the width of the recess, smaller than the width of the recess, or larger than the width of the recess. . This removal can be performed by various methods such as a reactive ion etching (RIE) method, a powder blast method, and a sand blast method. On the other hand, when the second nitride-based III-V compound semiconductor layer is grown in the lateral direction, threading dislocations are present at the association portion of the second nitride-based III-V compound semiconductor layer above the convex portion. The threading dislocations of the second nitride-based III-V compound semiconductor layer are concentrated, and the third nitride-based III-V compound semiconductor layer, the active layer, and the fourth nitride-based III-V group of the upper layer are concentrated. Propagates to the compound semiconductor layer. This threading dislocation is caused by the second nitride III-V compound semiconductor layer, the third nitride III-V compound semiconductor layer, the active layer, and the fourth nitride III-V compound semiconductor layer. It concentrates on the part corresponding to the center part between the mutually adjacent recessed parts (part on the center part between recessed parts). Therefore, the second nitride III-V compound semiconductor layer, the third nitride III-V compound semiconductor layer, the active layer, and the fourth nitride III-V compound semiconductor layer are mutually connected. At least a third nitride-based III-V compound semiconductor layer is formed in the depth direction from the surface of the fourth nitride-based III-V compound semiconductor layer at a portion corresponding to the central portion between adjacent recesses. When the groove is formed by removing it until it is exposed, at least the active layer of the threading dislocations and those generated in the upper layer can be removed, so that the non-luminescent center can be greatly reduced. The width of the part to be removed may be a width that can remove all or most of the threading dislocations, for example. This removal can also be performed by various methods such as RIE, powder blasting, and sand blasting.

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してもよい。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。   As described above, the first nitride-based III-V compound semiconductor layer, the second nitride-based III-V compound semiconductor layer, the third nitride-based III-V compound semiconductor layer, the active layer, and After forming a groove in a portion corresponding to the central portion between the recesses and / or the recesses adjacent to each other in the fourth nitride-based III-V group compound semiconductor layer, the light of the emission wavelength from the active layer The groove may be filled with a transparent dielectric, and the surface of the dielectric may have recesses and / or protrusions and / or the dielectric may contain light scattering particles. This dielectric is preferably a first nitride-based III-V compound semiconductor layer, a second nitride-based III-V compound semiconductor layer, and a third nitride-based III-V compound semiconductor layer. The refractive index is smaller than that of the active layer and the fourth nitride-based III-V compound semiconductor layer, but is not limited thereto. After that, typically, an electrode on the second conductivity type side is formed on the fourth nitride-based III-V compound semiconductor layer so as to cover the surface of the dielectric filling the groove. On the surface of the dielectric, a reflection film made of a highly reflective material having a high reflectance of light having an emission wavelength from the active layer is formed as necessary. As the material of the electrode on the second conductivity type side, a highly reflective material having a high reflectance of light having an emission wavelength from the active layer is preferably used.

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。 When the surface of the dielectric filling the groove has a recess and / or a protrusion, the recess at the interface between the electrode on the second conductivity type side and the dielectric filling the groove out of the light generated from the active layer And / or the light incident on the convex part is reflected by the surface of the concave part and / or the convex part. Here, assuming that the angle between the normal of the main surface of the substrate passing through the incident point of the light and the incident light is θ 1 , and the angle between the normal and the reflected light is θ 2 , θ 1 > θ 2 It is desirable to select the inclination angle of the concave and / or convex surfaces so that the amount of light to be as large as possible. No recesses and / or protrusions are formed, the surface of the fourth nitride III-V compound semiconductor layer is flat, and the substrate and the fourth nitride III-V compound semiconductor layer are parallel to each other In some cases, when light generated from the active layer is incident on the interface between the fourth nitride-based III-V compound semiconductor layer and the second conductivity type electrode formed thereon at a large incident angle. In this interface, the light is reflected at a reflection angle substantially equal to the incident angle and is directed toward the substrate side. When the incident angle of light with respect to the main surface of the substrate is larger than the critical angle, total reflection is performed on the main surface of the substrate, The reflection is repeated inside the fourth nitride-based III-V compound semiconductor layer and the active layer, and is absorbed by the active layer in the process and gradually attenuates. Invitation to fill the ditch while the amount is less If the surface of the body has a recess and / or projections, by which may be θ 1> θ 2 as described above, eliminates this problem, the final amount of the light can be taken out to the outside Can do a lot. The dielectric that fills the groove may be an inorganic material or an organic material, and an optimum material is appropriately used according to the temperature of the process after filling the groove. Specifically, the dielectric is, for example, silicon dioxide (SiO 2 ), polyimide, or water glass that is solidified into glass, but is not limited thereto. In addition, in order to fill the groove with a dielectric and form a concave portion and / or a convex portion on the surface thereof, for example, when SiO 2 is used as the dielectric, the first step is performed using a vacuum process such as vacuum deposition or sputtering. After depositing SiO 2 on the nitride-based group III-V compound semiconductor layer 4 to fill the groove, the dielectric is patterned using a lithography technique and an etching technique. Alternatively, when polyimide is used as the dielectric, for example, a hydrophilic photoresist film made of polyethylene glycol dimethacrylate or the like is formed on the fourth nitride-based III-V group compound semiconductor layer other than the groove. After that, a hydrophobic polyimide precursor solution is formed by spin coating or the like to fill the groove, and after removing the photoresist film, firing is performed to solidify the film made of this polyimide precursor solution to form the groove. The surface of the polyimide to be filled can be made convex.

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。
On the other hand, when the dielectric filling the grooves contains light scattering particles, light generated from the active layer is scattered when incident on the light scattering particles, so that the amount of light satisfying θ 1 > θ 2 is reduced. Become more. The size (particle size), material, and the like of the light scattering particles are selected so that light having an emission wavelength from the active layer can be efficiently scattered. Specifically, the light scattering particles can be formed of, for example, aluminum oxide, titanium oxide, zirconium oxide, silicon nitride, boron nitride, barium titanate, silicon carbide, and the like, but are not limited thereto. Absent. The particle diameter of the light scattering particles is generally selected to be equal to or less than the wavelength of light from the active layer (emission wavelength) in order to reduce light absorption loss due to the light scattering particles. Specifically, it is selected to be 20 to 1000 nm, for example. In order to fill the groove with a dielectric containing the light scattering particles, for example, a water glass or polyimide precursor solution in which the light scattering particles are dispersed is formed by spin coating or the like to fill the groove and perform firing. Use glass or polyimide.
Preferably, the surface of the dielectric filling the groove has a concave portion and / or a convex portion, and the dielectric includes light scattering particles. By doing so, the amount of light satisfying θ 1 > θ 2 is further increased.

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。   The first nitride III-V compound semiconductor layer, the second nitride III-V compound semiconductor layer, the third nitride III-V compound semiconductor layer, the active layer, and the fourth Of the nitride-based III-V group compound semiconductor layer, a portion corresponding to the central portion between the recesses and / or the recesses adjacent to each other is deepened from the surface of the fourth nitride-based III-V group compound semiconductor layer. By forming the groove by removing in the direction until the substrate is exposed, almost all threading dislocations can be removed.

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 4 、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。
Various substrates can be used as the substrate. Specifically, the substrate made of a material different from the nitride III-V compound semiconductor includes, for example, sapphire (including a c-plane, a-plane, r-plane, etc., and a plane off from these planes). ), SiC (including 6H, 4H, 3C), Si, ZnS, ZnO, LiMgO, GaAs, spinel (MgAl 2 O 4 , ScAlMgO 4 ), garnet, CrN (for example, CrN (111)), etc. Preferably, a hexagonal or cubic substrate made of these materials, more preferably a hexagonal substrate is used. As the substrate, a substrate made of a nitride III-V group compound semiconductor (GaN, AlGaInN, AlN, GaInN, etc.) may be used. Alternatively, a nitride III-V compound semiconductor layer is grown as a substrate on a substrate made of a material different from the nitride III-V compound semiconductor, and the nitride III-V compound semiconductor layer is formed on the nitride III-V compound semiconductor layer. What formed the convex part may be sufficient.
For example, when a substrate such as a nitride III-V group compound semiconductor layer grown on a substrate is used as the substrate, the material of the convex portion is different from that of the layer immediately below the convex portion. It is done.

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 y Ga1-x-y-z Inz Asu 1-u-v v (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 y 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。 The first to fourth nitride III-V compound semiconductor layer and the nitride constituting the active layer based III-V compound semiconductor layer, most commonly, Al X B y Ga 1- xyz In z As u N 1-uv P v (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1, 0 ≦ u ≦ 1, 0 ≦ v ≦ 1, 0 ≦ x + y + z <1, 0 ≦ u + v <consists 1), more specifically, Al X B y Ga 1- xyz in z N ( However, 0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1,0 ≦ z ≦ 1,0 ≦ x + y + z <1) Typically, it consists of Al x Ga 1 -xz In z N (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1). Specific examples are GaN, InN, AlN, AlGaN, InGaN. And AlGaInN. The nitride III-V compound semiconductor layer constituting the first to fourth nitride III-V compound semiconductor layers and the active layer promotes the bending of dislocations when, for example, B or Cr is contained in GaN. Therefore, it may be made of BGaN, GaN: B doped GaN: B, GaN: Cr doped GaN: Cr, or the like. Particularly first first nitride III-V compound semiconductor layer grown on the recessed portions of the substrate, preferably, GaN, In X Ga 1- x N (0 <x <0.5), Al X A material consisting of Ga 1-x N (0 <x <0.5) and Al x In y Ga 1-xy N (0 <x <0.5, 0 <y <0.2) is used. The first conductivity type may be n-type or p-type, and the second conductivity type is p-type or n-type accordingly. In addition, as a so-called low-temperature buffer layer that is first grown on the substrate, a GaN buffer layer, an AlN buffer layer, an AlGaN buffer layer, etc. are generally used, and those doped with Cr or CrN buffer layers are used. Also good.

第2の窒化物系III−V族化合物半導体層の厚さは、必要に応じて選ばれ、典型的には数μm程度以下であるが、用途などによってはより厚く、例えば数10〜300μm程度であってもよい。
第1〜第4の窒化物系III−V族化合物半導体層および活性層を構成する窒化物系III−V族化合物半導体層の成長方法としては、例えば、有機金属化学気相成長(MOCVD)、ハイドライド気相エピタキシャル成長あるいはハライド気相エピタキシャル成長(HVPE)、分子線エピタキシー(MBE)などの各種のエピタキシャル成長法を用いることができるが、これに限定されるものではない。
The thickness of the second nitride-based III-V compound semiconductor layer is selected as necessary, and is typically about several μm or less, but is thicker depending on the application, for example, about several tens to 300 μm. It may be.
Examples of a method for growing the nitride III-V compound semiconductor layers constituting the first to fourth nitride III-V compound semiconductor layers and the active layer include, for example, metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), Various epitaxial growth methods such as hydride vapor phase epitaxial growth, halide vapor phase epitaxial growth (HVPE), and molecular beam epitaxy (MBE) can be used, but are not limited thereto.

第2の発明は、
一主面に複数の凸部を有する基板であって当該凸部は水素吸蔵合金からなるものを用い、当該基板の凹部に、その底面を底辺とする三角形状の断面形状となる状態を経て第1の窒化物系III−V族化合物半導体層を成長させる工程と、
上記第1の窒化物系III−V族化合物半導体層から上記基板上に第2の窒化物系III−V族化合物半導体層を横方向成長させる工程と、
上記第2の窒化物系III−V族化合物半導体層上に第1の導電型の第3の窒化物系III−V族化合物半導体層、活性層および第2の導電型の第4の窒化物系III−V族化合物半導体層を順次成長させる工程と、
上記第1の窒化物系III−V族化合物半導体層、上記第2の窒化物系III−V族化合物半導体層、上記第3の窒化物系III−V族化合物半導体層、上記活性層および上記第4の窒化物系III−V族化合物半導体層のうちの上記凸部の上の部分を除去することにより溝を形成し、この溝の内部に上記凸部を露出させる工程と、
上記溝を通して上記凸部に水素ガスを接触させることにより上記凸部に水素を吸蔵させて膨張させることにより上記基板を上記第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族化合物半導体層から剥離する工程と
を有することを特徴とする発光ダイオードの製造方法である。
The second invention is
A substrate having a plurality of convex portions on one main surface, wherein the convex portions are made of a hydrogen storage alloy, and the concave portion of the substrate has a triangular cross-sectional shape with the bottom surface as a base, and is formed in a first shape. Growing a single nitride-based III-V compound semiconductor layer;
Laterally growing a second nitride III-V compound semiconductor layer on the substrate from the first nitride III-V compound semiconductor layer;
On the second nitride III-V compound semiconductor layer, the third conductivity type third nitride III-V compound semiconductor layer, the active layer, and the second conductivity type fourth nitride. Sequentially growing a III-V compound semiconductor layer,
The first nitride III-V compound semiconductor layer, the second nitride III-V compound semiconductor layer, the third nitride III-V compound semiconductor layer, the active layer, and the above Forming a groove by removing a portion of the fourth nitride-based III-V group compound semiconductor layer above the convex portion, and exposing the convex portion inside the groove;
By bringing hydrogen gas into contact with the convex portion through the groove, the convex portion is made to absorb hydrogen and expand, thereby expanding the substrate to the first nitride-based III-V group compound semiconductor layer, the second nitridation layer. And a step of peeling from the compound III-V compound semiconductor layer, the third nitride III-V compound semiconductor layer, the active layer, and the fourth nitride III-V compound semiconductor layer. This is a method for manufacturing a light-emitting diode.

凸部を構成する水素吸蔵合金としては、例えば、AB2 型合金、AB5 型合金、Ti−Fe系合金、V系合金、Mg合金、Pd系合金、Ca系合金などが挙げられる。AB2 型合金は、チタン、マンガン、ジルコニウム、ニッケルなどの遷移元素の合金をベースとしたものはラーベス相と呼ばれる六方晶ベースの構造を有し、高い水素密度を得ることが可能である。AB5 型合金は、希土類元素、ニオブ、ジルコニウム1に対して触媒効果を有するニッケル、アルミニウムなどの遷移元素5を含む合金をベースとしたものであり、LaNi5 が代表例である。Ti−Fe系合金は、比較的空隙の多い体心立方晶の金属間化合物をベースとしたものである。V系合金は、水素と効率良く反応することが知られているV(バナジウム)をベースとした比較的空隙の多い体心立方晶の合金である。Mg合金は、7.6重量%もの水素を吸蔵することができるMg(マグネシウム)をベースとするものである。Pd系合金は、自己の体積の935倍もの大量の水素を吸蔵することができる合金である。Ca系合金は、水素との親和力が強いCa(カルシウム)とニッケルなどの遷移元素との合金が中心である。 Examples of the hydrogen storage alloy constituting the convex portion include AB 2 type alloy, AB 5 type alloy, Ti—Fe alloy, V alloy, Mg alloy, Pd alloy, and Ca alloy. AB 2 type alloys, which are based on alloys of transition elements such as titanium, manganese, zirconium, and nickel, have a hexagonal crystal structure called a Laves phase, and can provide a high hydrogen density. The AB 5 type alloy is based on an alloy containing a transition element 5 such as nickel or aluminum having a catalytic effect on a rare earth element, niobium or zirconium 1, and LaNi 5 is a representative example. The Ti-Fe alloy is based on a body-centered cubic intermetallic compound having a relatively large number of voids. The V-based alloy is a body-centered cubic alloy having a relatively large number of voids based on V (vanadium), which is known to react efficiently with hydrogen. The Mg alloy is based on Mg (magnesium) capable of occluding 7.6% by weight of hydrogen. A Pd-based alloy is an alloy that can occlude a large amount of hydrogen as much as 935 times its own volume. The Ca-based alloy is mainly an alloy of Ca (calcium) having a strong affinity for hydrogen and a transition element such as nickel.

この第2の発明においては、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族化合物半導体層に形成した溝を通して水素吸蔵合金からなる凸部に水素ガスを接触させることによりこの凸部に水素を吸蔵させる際には、この水素ガスをある圧力以上に加圧するが、これは従来公知の技術である。このように凸部に水素を吸蔵させて膨張させると、第1の発明におけると同様に、この凸部の厚さが大きくなり、この凸部の上下の基板と第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族化合物半導体層との間にこれらを互いに離す方向の力が働き、それによって、これらの第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族化合物半導体層と一体となった第1の窒化物系III−V族化合物半導体層と基板との間にもこれらを離す方向の力が働く。これと同時に、凸部と基板との間にこれらを互いに離す方向の力が働く。この結果、基板を第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族化合物半導体層から剥離することができる。
第2の発明および後述の第3〜第10の発明においては、上記以外のことについては、その性質に反しない限り、第1の発明に関連して説明したことが成立する。
In the second invention, a first nitride III-V compound semiconductor layer, a second nitride III-V compound semiconductor layer, a third nitride III-V compound semiconductor layer, When hydrogen is stored in this convex portion by bringing hydrogen gas into contact with the convex portion made of a hydrogen storage alloy through a groove formed in the active layer and the fourth nitride-based III-V group compound semiconductor layer, The gas is pressurized above a certain pressure, which is a conventionally known technique. When hydrogen is occluded and expanded in this manner, the thickness of the projection increases as in the first invention, and the substrate above and below the projection and the second nitride III- A force in a direction to separate them from each other between the group V compound semiconductor layer, the third nitride group III-V compound semiconductor layer, the active layer, and the fourth nitride group III-V compound semiconductor layer works, Thereby, the second nitride III-V compound semiconductor layer, the third nitride III-V compound semiconductor layer, the active layer, and the fourth nitride III-V compound semiconductor layer, A force in the direction of separating these also acts between the integrated first nitride-based III-V compound semiconductor layer and the substrate. At the same time, a force is exerted between the convex portion and the substrate in a direction to separate them from each other. As a result, the first nitride-based III-V compound semiconductor layer, the second nitride-based III-V compound semiconductor layer, the third nitride-based III-V compound semiconductor layer, the active layer, The fourth nitride group III-V compound semiconductor layer can be peeled off.
In the second invention and the third to tenth inventions to be described later, the matters described above in relation to the first invention are valid unless otherwise contrary to the nature.

第3の発明は、
一主面に複数の凸部を有する基板であって当該凸部は酸化、窒化、硫化またはリチウム化することが可能な材料からなるものを用い、当該基板の凹部に、その底面を底辺とする三角形状の断面形状となる状態を経て第1の窒化物系III−V族化合物半導体層を成長させる工程と、
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凸部の上の部分を除去することにより溝を形成し、この溝の内部に上記凸部を露出させる工程と、
上記溝を通して上記凸部を酸化、窒化、硫化またはリチウム化して膨張させることにより上記基板を上記第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族化合物半導体層から剥離する工程と
を有することを特徴とする発光ダイオードの製造方法である。
The third invention is
A substrate having a plurality of protrusions on one main surface, the protrusions being made of a material that can be oxidized, nitrided, sulfided, or lithiated, with the bottom surface of the recess in the substrate. Growing a first nitride-based III-V compound semiconductor layer through a state having a triangular cross-sectional shape;
Laterally growing a second nitride III-V compound semiconductor layer on the substrate from the first nitride III-V compound semiconductor layer;
On the second nitride III-V compound semiconductor layer, the third conductivity type third nitride III-V compound semiconductor layer, the active layer, and the second conductivity type fourth nitride. Sequentially growing a III-V compound semiconductor layer,
The first nitride III-V compound semiconductor layer, the second nitride III-V compound semiconductor layer, the third nitride III-V compound semiconductor layer, the active layer, and the above Forming a groove by removing a portion of the fourth nitride-based III-V group compound semiconductor layer above the convex portion, and exposing the convex portion inside the groove;
The protrusion is oxidized, nitrided, sulfided or lithiated through the groove to expand the substrate, whereby the first nitride III-V compound semiconductor layer and the second nitride III-V compound are formed. And a step of peeling from the semiconductor layer, the third nitride III-V compound semiconductor layer, the active layer, and the fourth nitride III-V compound semiconductor layer. It is a manufacturing method.

凸部を構成する酸化、窒化、硫化またはリチウム化することが可能な材料としては、例えば、酸化することが可能な材料は、半導体や金属または合金などが挙げられる。半導体としては、例えばシリコン(Si)(アモルファスSi、多結晶Si、単結晶Si)が挙げられ、金属としては、チタン(Ti)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、ジルコニウム(Zr)、クロム(Cr)などが挙げられる。   As a material that can be oxidized, nitrided, sulfided, or lithiated to constitute the convex portion, examples of the material that can be oxidized include a semiconductor, a metal, an alloy, and the like. Examples of the semiconductor include silicon (Si) (amorphous Si, polycrystalline Si, single crystal Si), and examples of the metal include titanium (Ti), tungsten (W), molybdenum (Mo), zirconium (Zr), and chromium. (Cr) etc. are mentioned.

この第3の発明においては、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族化合物半導体層に形成した溝を通して酸化、窒化、硫化またはリチウム化することが可能な材料からなる凸部に酸化種、窒化種、硫化種またはリチウム化種を接触させることによりこの凸部を酸化、窒化、硫化またはリチウム化すると、これに伴ってこの凸部が膨張して厚さが大きくなり、この凸部の上下の基板と第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族化合物半導体層との間にこれらを互いに離す方向の力が働き、それによって、これらの第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族化合物半導体層と一体となった第1の窒化物系III−V族化合物半導体層基体と基板との間にもこれらを離す方向の力が働く。これと同時に、凸部と基板との間にこれらを互いに離す方向の力が働く。この結果、基板を第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族化合物半導体層から剥離することができる。   In this third invention, a first nitride-based III-V compound semiconductor layer, a second nitride-based III-V compound semiconductor layer, a third nitride-based III-V compound semiconductor layer, Oxidizing species, nitrided species, sulfided species or lithium are formed on the protrusions made of a material that can be oxidized, nitrided, sulfided or lithiated through grooves formed in the active layer and the fourth nitride-based III-V compound semiconductor layer. When this convex portion is oxidized, nitrided, sulfided or lithiated by contacting the chemical species, this convex portion expands and the thickness increases accordingly, and the substrate above and below the convex portion and the second nitridation The group III-V compound semiconductor layer, the third nitride group III-V compound semiconductor layer, the active layer, and the fourth nitride group III-V compound semiconductor layer are separated from each other. The force works, and this And the second nitride III-V compound semiconductor layer, the third nitride III-V compound semiconductor layer, the active layer, and the fourth nitride III-V compound semiconductor layer. Further, a force in the direction of separating these also acts between the first nitride-based III-V compound semiconductor layer substrate and the substrate. At the same time, a force is exerted between the convex portion and the substrate in a direction to separate them from each other. As a result, the first nitride-based III-V compound semiconductor layer, the second nitride-based III-V compound semiconductor layer, the third nitride-based III-V compound semiconductor layer, the active layer, The fourth nitride group III-V compound semiconductor layer can be peeled off.

第4の発明は、
一主面に複数の凸部を有する基板であって当該凸部は光を吸収する材料からなるものを用い、当該基板の凹部に、その底面を底辺とする三角形状の断面形状となる状態を経て第1の窒化物系III−V族化合物半導体層を成長させる工程と、
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、
上記凸部に光を照射して膨張または溶融させることにより上記基板を上記第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族化合物半導体層から剥離する工程と
を有することを特徴とする発光ダイオードの製造方法である。
The fourth invention is:
A substrate having a plurality of convex portions on one main surface, wherein the convex portions are made of a material that absorbs light, and the concave portion of the substrate has a triangular cross-sectional shape with the bottom surface as a base. A step of growing a first nitride-based III-V compound semiconductor layer via,
Laterally growing a second nitride III-V compound semiconductor layer on the substrate from the first nitride III-V compound semiconductor layer;
On the second nitride III-V compound semiconductor layer, the third conductivity type third nitride III-V compound semiconductor layer, the active layer, and the second conductivity type fourth nitride. Sequentially growing a III-V compound semiconductor layer,
The substrate is made to expand or melt by irradiating light onto the convex portion, thereby making the substrate into the first nitride-based III-V group compound semiconductor layer, the second nitride-based group III-V compound semiconductor layer, the first And a step of peeling from the nitride-based III-V compound semiconductor layer, the active layer, and the fourth nitride-based III-V compound semiconductor layer. .

この第4の発明において、凸部を構成する、光を吸収する材料としては、各種の材料を用いることができ、具体的には、例えば、シリコン(Si)(アモルファスSi、多結晶Si、単結晶Si)が挙げられるが、これに限定されるものではない。この光は、基板を通して凸部に照射する場合には、この基板を透過する波長のものが用いられ、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通して凸部に照射する場合には、これらの半導体層を透過する波長のものが用いられる。この光としては、好適には、各種のレーザ光源によるレーザ光が用いられるが、これに限定されず、発光ダイオードによる光や各種のランプ光源による光などを用いることもできる。   In the fourth aspect of the invention, various materials can be used as the light-absorbing material constituting the convex portion. Specifically, for example, silicon (Si) (amorphous Si, polycrystalline Si, single Crystal Si), but is not limited to this. When the light is applied to the convex portion through the substrate, the light having a wavelength that passes through the substrate is used, and the first nitride-based III-V compound semiconductor layer and the second nitride-based III-V are used. When the projection is irradiated through the group compound semiconductor layer, the third nitride group III-V group compound semiconductor layer, the active layer, and the fourth nitride group III-V group compound semiconductor layer, A transmission wavelength is used. As this light, laser light from various laser light sources is preferably used, but is not limited to this, and light from a light emitting diode, light from various lamp light sources, or the like can also be used.

この第4の発明においては、外部から凸部に光を照射して吸収させるとこの凸部が加熱されて膨張または溶融する結果、この凸部の厚さが大きくなり、この凸部の上下の基板と第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族化合物半導体層との間にこれらを互いに離す方向の力が働き、それによって、これらの第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族化合物半導体層と一体となった第1の窒化物系III−V族化合物半導体層基体と基板との間にもこれらを離す方向の力が働く。これと同時に、凸部と基板との間にこれらを互いに離す方向の力が働く。この結果、基板を第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族化合物半導体層から剥離することができる。   In the fourth invention, when the projection is irradiated with light from the outside and absorbed, the projection is heated and expanded or melted. As a result, the thickness of the projection increases, and the projections above and below the projection Between the substrate and the second nitride III-V compound semiconductor layer, the third nitride III-V compound semiconductor layer, the active layer, and the fourth nitride III-V compound semiconductor layer. A force in a direction separating them from each other acts, whereby the second nitride-based III-V compound semiconductor layer, the third nitride-based III-V compound semiconductor layer, the active layer, and the fourth nitride A force in the direction of separating the first nitride III-V compound semiconductor layer substrate and the substrate integrated with the physical III-V compound semiconductor layer also acts. At the same time, a force is exerted between the convex portion and the substrate in a direction to separate them. As a result, the first nitride-based III-V compound semiconductor layer, the second nitride-based III-V compound semiconductor layer, the third nitride-based III-V compound semiconductor layer, the active layer, The fourth nitride group III-V compound semiconductor layer can be peeled off.

第5の発明は、
一主面に複数の凸部を有する基板であって当該凸部は当該基板と異なる材料からなるものを用い、当該基板の凹部に、その底面を底辺とする三角形状の断面形状となる状態を経て第1の窒化物系III−V族化合物半導体層を成長させる工程と、
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、当該第2の窒化物系III−V族化合物半導体層が完全に会合する前に成長を終了する工程と、
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、
上記基板を上記第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族化合物半導体層から剥離する工程と
を有することを特徴とする発光ダイオードの製造方法である。
The fifth invention is:
A substrate having a plurality of convex portions on one main surface, wherein the convex portions are made of a material different from that of the substrate, and the concave portion of the substrate has a triangular cross-sectional shape with the bottom surface as a base. A step of growing a first nitride-based III-V compound semiconductor layer via,
A second nitride III-V compound semiconductor layer is laterally grown on the substrate from the first nitride III-V compound semiconductor layer, and the second nitride III-V compound compound is grown. Ending growth before the semiconductor layers are fully associated;
On the second nitride III-V compound semiconductor layer, the third conductivity type third nitride III-V compound semiconductor layer, the active layer, and the second conductivity type fourth nitride. Sequentially growing a III-V compound semiconductor layer,
The substrate includes the first nitride III-V compound semiconductor layer, the second nitride III-V compound semiconductor layer, the third nitride III-V compound semiconductor layer, and the activity. And a step of peeling from the fourth nitride-based III-V group compound semiconductor layer.

この第5の発明においては、第2の窒化物系III−V族化合物半導体層の間の隙間を通して凸部をエッチング除去した後、この第2の窒化物系III−V族化合物半導体層上に第1の導電型の第3の窒化物系III−V族化合物半導体層、活性層および第2の導電型の第4の窒化物系III−V族化合物半導体層を順次成長させるようにしてもよい。このエッチングは、典型的にはウエットエッチングであるが、プラズマエッチングなどのドライエッチングを用いてもよい。この後、例えば従来公知のレーザ剥離法と同様にして、基板を通してこの基板との界面の部分の第1の窒化物系III−V族化合物半導体層にレーザ光を照射することにより基板を第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族化合物半導体層から剥離することができる。あるいは、第2の窒化物系III−V族化合物半導体層の間の隙間を通して凸部をエッチング除去し、この隙間を第2の窒化物系III−V族化合物半導体層と異なる材料により埋めた後に、この第2の窒化物系III−V族化合物半導体層上に第1の導電型の第3の窒化物系III−V族化合物半導体層、活性層および第2の導電型の第4の窒化物系III−V族化合物半導体層を順次成長させ、その後、基板を剥離するようにしてもよい。あるいは、第2の窒化物系III−V族化合物半導体層の間の隙間を通して凸部をエッチング除去し、この凸部がエッチング除去された空間を光を吸収する材料により埋め、上記の隙間を第2の窒化物系III−V族化合物半導体層と異なる材料により埋めた後に、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、その後、基板を剥離するようにしてもよい。この場合、第4の発明と同様に、この凸部がエッチング除去された空間(空洞)に埋め込まれた材料に外部から光を照射して吸収させるとこの材料が加熱されて膨張または溶融する結果、この材料の厚さが大きくなり、この材料の上下の基板と第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族化合物半導体層との間にこれらを互いに離す方向の力が働き、それによって、これらの第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族化合物半導体層と一体となった第1の窒化物系III−V族化合物半導体層基体と基板との間にもこれらを離す方向の力が働く。これと同時に、この材料と基板との間にこれらを互いに離す方向の力が働く。この結果、基板を第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族化合物半導体層から剥離することができる。   In the fifth aspect of the present invention, the convex portion is removed by etching through the gap between the second nitride-based III-V compound semiconductor layers, and then the second nitride-based III-V compound semiconductor layer is formed on the second nitride-based III-V compound semiconductor layer. The first conductivity type third nitride III-V compound semiconductor layer, the active layer, and the second conductivity type fourth nitride III-V compound semiconductor layer may be grown sequentially. Good. This etching is typically wet etching, but dry etching such as plasma etching may be used. Thereafter, the substrate is first irradiated by irradiating the first nitride-based III-V group compound semiconductor layer at the interface with the substrate through the substrate, for example, in the same manner as a conventionally known laser peeling method. Nitride-based III-V compound semiconductor layer, second nitride-based III-V compound semiconductor layer, third nitride-based III-V compound semiconductor layer, active layer, and fourth nitride-based III It can peel from a -V group compound semiconductor layer. Alternatively, the protrusion is etched away through the gap between the second nitride-based III-V compound semiconductor layers, and the gap is filled with a material different from that of the second nitride-based III-V compound semiconductor layer. The third nitride III-V compound semiconductor layer of the first conductivity type, the active layer, and the fourth nitride of the second conductivity type are formed on the second nitride III-V compound semiconductor layer. The physical group III-V compound semiconductor layer may be grown sequentially, and then the substrate may be peeled off. Alternatively, the protrusions are etched away through the gaps between the second nitride-based III-V compound semiconductor layers, and the spaces where the protrusions are etched away are filled with a material that absorbs light. After filling the second nitride III-V compound semiconductor layer with a material different from that of the second nitride III-V compound semiconductor layer, the third nitride III-V of the first conductivity type is formed on the second nitride III-V compound semiconductor layer. The group compound semiconductor layer, the active layer, and the fourth conductivity type fourth nitride III-V group compound semiconductor layer may be grown sequentially, and then the substrate may be peeled off. In this case, as in the case of the fourth invention, when the material embedded in the space (cavity) from which the convex portion is removed by etching is irradiated with light from the outside and absorbed, the material is heated and expands or melts. The thickness of the material increases, the upper and lower substrates of the material, the second nitride III-V compound semiconductor layer, the third nitride III-V compound semiconductor layer, the active layer, and the fourth Force in the direction of separating them from each other between the second nitride-based III-V compound semiconductor layer and the second nitride-based III-V compound semiconductor layer, the third nitride-based compound semiconductor layer. Also between the substrate and the substrate of the first nitride III-V compound semiconductor layer integrated with the III-V compound semiconductor layer, the active layer, and the fourth nitride III-V compound semiconductor layer. The force in the direction of separating them works. At the same time, a force is exerted between the material and the substrate to separate them from each other. As a result, the first nitride-based III-V compound semiconductor layer, the second nitride-based III-V compound semiconductor layer, the third nitride-based III-V compound semiconductor layer, the active layer, The fourth nitride group III-V compound semiconductor layer can be peeled off.

この第5の発明においては、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)などであり、第1〜第4の発明における凸部を構成する材料も含まれる。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 )、TiN、WN、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、Hf、Zr、Au、Cu、Ru、Ir、AgNi、AgPd、AuNi、AuPd、AlCu、AlSi、AlSiCu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。 In the fifth invention, the material of the convex portion may be various, and may or may not be conductive. For example, a dielectric such as an oxide, nitride or carbide, a metal or an alloy, etc. It is a conductor (including a transparent conductor) and the like, and the material constituting the convex portion in the first to fourth inventions is also included. As the oxide, for example, silicon oxide (SiO x ), titanium oxide (TiO x ), tantalum oxide (TaO x ), or the like can be used. A mixture of two or more of these or in the form of a laminated film It can also be used. As the nitride, for example, silicon nitride (SiN x ), TiN, WN, SiON, CrN, CrNO or the like can be used, and two or more of these can be mixed or used in the form of a laminated film. . As the carbide, SiC, HfC, ZrC, or the like can be used, and two or more of these can be mixed or used in the form of a laminated film. Examples of metals or alloys include B, Al, Ga, In, W, Ni, Co, Pd, Pt, Ag, Hf, Zr, Au, Cu, Ru, Ir, AgNi, AgPd, AuNi, AuPd, AlCu, AlSi, AlSiCu or the like can be used, and two or more of these can be mixed or used in the form of a laminated film. As the transparent conductor, ITO (indium-tin composite oxide), IZO (indium-zinc composite oxide), ZO (zinc oxide), FTO (fluorine-doped tin oxide), tin oxide, and the like can be used. Two or more of these may be mixed or used in the form of a laminated film.

第1〜第5の発明による発光ダイオードの製造方法により製造される発光ダイオードは各種の装置または機器に用いることができる。具体的には、例えば、赤色発光の発光ダイオード、緑色発光の発光ダイオードおよび青色発光の発光ダイオードを例えば配線基板などの各種の基板上にそれぞれ複数個配列した光源セルユニット、発光ダイオードバックライト、発光ダイオード照明装置、発光ダイオードディスプレイなどにおいて、赤色発光の発光ダイオード、緑色発光の発光ダイオードおよび青色発光の発光ダイオードのうちの少なくとも一つの発光ダイオードとして用いることができる。   The light-emitting diode manufactured by the method for manufacturing a light-emitting diode according to the first to fifth inventions can be used for various apparatuses or devices. Specifically, for example, a light source cell unit in which a plurality of red light emitting diodes, green light emitting diodes, and blue light emitting diodes are arranged on various substrates such as a wiring board, a light emitting diode backlight, and light emission In a diode lighting device, a light emitting diode display, and the like, the light emitting diode can be used as at least one of a red light emitting diode, a green light emitting diode, and a blue light emitting diode.

第6の発明は、
一主面に複数の凸部を有する基板であって当該凸部は磁歪材料または電歪材料からなるものを用い、当該基板の凹部に、その底面を底辺とする三角形状の断面形状となる状態を経て第1の層を成長させる工程と、
上記第1の層から上記基板上に第2の層を横方向成長させる工程と、
上記第2の層上に第3の層を成長させる工程と、
上記凸部に磁界または電界を印加して上記凸部に磁歪または電歪を発生させることにより上記基板を上記第1の層、上記第2の層および上記第3の層から剥離する工程と
を有することを特徴とする機能素子の製造方法である。
The sixth invention is:
A substrate having a plurality of convex portions on one main surface, wherein the convex portions are made of a magnetostrictive material or an electrostrictive material, and the concave portion of the substrate has a triangular cross-sectional shape with the bottom surface as the base Growing the first layer via
Laterally growing a second layer on the substrate from the first layer;
Growing a third layer on the second layer;
Separating the substrate from the first layer, the second layer, and the third layer by applying a magnetic field or an electric field to the convex portion to generate magnetostriction or electrostriction in the convex portion. It is a manufacturing method of the functional element characterized by having.

第7の発明は、
一主面に複数の凸部を有する基板であって当該凸部は水素吸蔵合金からなるものを用い、当該基板の凹部に、その底面を底辺とする三角形状の断面形状となる状態を経て第1の層を成長させる工程と、
上記第1の層から上記基板上に第2の層を横方向成長させる工程と、
上記第2の層上に第3の層を成長させる工程と、
上記第1の層、上記第2の層および上記第3の層のうちの上記凸部の上の部分を除去することにより溝を形成し、この溝の内部に上記凸部を露出させる工程と、
上記溝を通して上記凸部に水素ガスを接触させることにより上記凸部に水素を吸蔵させて膨張させることにより上記基板を上記第1の層、上記第2の層および上記第3の層から剥離する工程と
を有することを特徴とする機能素子の製造方法である。
The seventh invention
A substrate having a plurality of convex portions on one main surface, wherein the convex portions are made of a hydrogen storage alloy, and the concave portion of the substrate has a triangular cross-sectional shape with the bottom surface as a base, and is formed in a first shape. Growing a layer of one;
Laterally growing a second layer on the substrate from the first layer;
Growing a third layer on the second layer;
Forming a groove by removing a portion of the first layer, the second layer, and the third layer above the convex portion, and exposing the convex portion inside the groove; ,
The substrate is peeled off from the first layer, the second layer, and the third layer by bringing hydrogen gas into contact with the convex portion through the groove to cause hydrogen to occlude and expand the convex portion. And a process for producing a functional element.

第8の発明は、
一主面に複数の凸部を有する基板であって当該凸部は酸化、窒化、硫化またはリチウム化することが可能な材料からなるものを用い、当該基板の凹部に、その底面を底辺とする三角形状の断面形状となる状態を経て第1の層を成長させる工程と、
上記第1の層から上記基板上に第2の層を横方向成長させる工程と、
上記第2の層上に第3の層を成長させる工程と、
上記第1の層、上記第2の層および上記第3の層のうちの上記凸部の上の部分を除去することにより溝を形成し、この溝の内部に上記凸部を露出させる工程と、
上記溝を通して上記凸部を酸化、窒化、硫化またはリチウム化して膨張させることにより上記基板を上記第1の層、上記第2の層および上記第3の層から剥離する工程と
を有することを特徴とする機能素子の製造方法である。
The eighth invention
A substrate having a plurality of protrusions on one main surface, the protrusions being made of a material that can be oxidized, nitrided, sulfided, or lithiated, with the bottom surface of the recess in the substrate. Growing the first layer via a triangular cross-sectional shape;
Laterally growing a second layer on the substrate from the first layer;
Growing a third layer on the second layer;
Forming a groove by removing a portion of the first layer, the second layer, and the third layer above the convex portion, and exposing the convex portion inside the groove; ,
Separating the substrate from the first layer, the second layer, and the third layer by expanding the convex portion through oxidation, nitridation, sulfurization, or lithiation through the groove. This is a method for manufacturing a functional element.

第9の発明は、
一主面に複数の凸部を有する基板であって当該凸部は光を吸収する材料からなるものを用い、当該基板の凹部に、その底面を底辺とする三角形状の断面形状となる状態を経て第1の層を成長させる工程と、
上記第1の層から上記基板上に第2の層を横方向成長させる工程と、
上記第2の層上に第3の層を成長させる工程と、
上記凸部に光を照射して膨張または溶融させることにより上記基板を上記第1の層、上記第2の層および上記第3の層から剥離する工程と
を有することを特徴とする機能素子の製造方法である。
The ninth invention
A substrate having a plurality of convex portions on one main surface, wherein the convex portions are made of a material that absorbs light, and the concave portion of the substrate has a triangular cross-sectional shape with the bottom surface as a base. Through which a first layer is grown;
Laterally growing a second layer on the substrate from the first layer;
Growing a third layer on the second layer;
A step of peeling the substrate from the first layer, the second layer, and the third layer by irradiating the convex portion with light to expand or melt the functional portion. It is a manufacturing method.

第10の発明は、
一主面に複数の凸部を有する基板であって当該凸部は当該基板と異なる材料からなるものを用い、当該基板の凹部に、その底面を底辺とする三角形状の断面形状となる状態を経て第1の層を成長させる工程と、
上記第1の層から上記基板上に第2の層を横方向成長させ、当該第2の層が完全に会合する前に成長を終了する工程と、
上記第2の層上に第3の層を成長させる工程と、
上記基板を上記第1の層、上記第2の層および上記第3の層から剥離する工程と
を有することを特徴とする機能素子の製造方法である。
The tenth invention is
A substrate having a plurality of convex portions on one main surface, wherein the convex portions are made of a material different from that of the substrate, and the concave portion of the substrate has a triangular cross-sectional shape whose bottom is the bottom. Through which a first layer is grown;
Laterally growing a second layer on the substrate from the first layer and terminating the growth before the second layer is fully associated;
Growing a third layer on the second layer;
And a step of peeling the substrate from the first layer, the second layer, and the third layer.

第11の発明は、
一主面に複数の凸部を有する基板であって当該凸部は磁歪材料または電歪材料からなるものを用い、当該基板の凹部に空隙を形成しないで当該基板上に第4の層を成長させる工程と、
上記凸部に磁界または電界を印加して上記凸部に磁歪または電歪を発生させることにより上記基板を上記第4の層から剥離する工程と
を有することを特徴とする機能素子の製造方法である。
The eleventh invention is
A substrate having a plurality of convex portions on one main surface, wherein the convex portions are made of a magnetostrictive material or an electrostrictive material, and a fourth layer is grown on the substrate without forming a void in the concave portion of the substrate. A process of
And a step of peeling the substrate from the fourth layer by applying a magnetic field or an electric field to the convex portion to generate magnetostriction or electrostriction in the convex portion. is there.

第12の発明は、
一主面に複数の凸部を有する基板であって当該凸部は水素吸蔵合金からなるものを用い、当該基板の凹部に空隙を形成しないで当該基板上に第4の層を成長させる工程と、
上記第4の層のうちの上記凸部の上の部分を除去することにより溝を形成し、この溝の内部に上記凸部を露出させる工程と、
上記溝を通して上記凸部に水素ガスを接触させることにより上記凸部に水素を吸蔵させて膨張させることにより上記基板を上記第4の層から剥離する工程と
を有することを特徴とする機能素子の製造方法である。
The twelfth invention
Using a substrate having a plurality of protrusions on one principal surface, wherein the protrusions are made of a hydrogen storage alloy, and growing a fourth layer on the substrate without forming voids in the recesses of the substrate; ,
Forming a groove by removing a portion of the fourth layer above the convex portion, and exposing the convex portion inside the groove;
A step of peeling the substrate from the fourth layer by causing hydrogen to come into contact with the convex portion through the groove and causing the convex portion to absorb and expand hydrogen. It is a manufacturing method.

第13の発明は、
一主面に複数の凸部を有する基板であって当該凸部は酸化、窒化、硫化またはリチウム化することが可能な材料からなるものを用い、当該基板の凹部に空隙を形成しないで当該基板上に第4の層を成長させる工程と、
上記凸部を酸化、窒化、硫化またはリチウム化して膨張させることにより上記基板を上記第4の層から剥離する工程と
を有することを特徴とする機能素子の製造方法である。
The thirteenth invention
A substrate having a plurality of convex portions on one main surface, wherein the convex portions are made of a material that can be oxidized, nitrided, sulfided, or lithiated, and the substrate is formed without forming voids in the concave portions of the substrate. Growing a fourth layer thereon;
And a step of peeling the substrate from the fourth layer by expanding the convex portion by oxidizing, nitriding, sulfidizing or lithiating the convex portion.

第14の発明は、
一主面に複数の凸部を有する基板であって当該凸部は光を吸収する材料からなるものを用い、当該基板の凹部に空隙を形成しないで当該基板上に第4の層を成長させる工程と、
上記凸部に光を照射して膨張または溶融させることにより上記基板を上記第4の層から剥離する工程と
を有することを特徴とする機能素子の製造方法である。
The fourteenth invention is
A substrate having a plurality of convex portions on one main surface, wherein the convex portions are made of a material that absorbs light, and a fourth layer is grown on the substrate without forming a void in the concave portion of the substrate. Process,
And a step of peeling the substrate from the fourth layer by irradiating the convex portion with light to expand or melt the convex portion.

第15の発明は、
一主面に複数の凸部を有する基板であって当該凸部は当該基板と異なる材料からなるものを用い、当該基板の凹部に空隙を形成しないで当該基板上に第5の層を成長させ、当該第5の層が完全に会合する前に成長を停止する工程と、
上記第5の層上に第6の層を成長させる工程と、
上記基板を上記第5の層および上記第6の層から剥離する工程と
を有することを特徴とする機能素子の製造方法である。
The fifteenth invention
A substrate having a plurality of convex portions on one main surface, wherein the convex portions are made of a material different from that of the substrate, and a fifth layer is grown on the substrate without forming a gap in the concave portion of the substrate. Stopping the growth before the fifth layer fully associates;
Growing a sixth layer on the fifth layer;
And a step of peeling the substrate from the fifth layer and the sixth layer.

第6〜第15の発明において、第1〜第6の層は、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、α−ZnS、α−CdS、α−CdSeなど、さらにはCrN(111)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。これらの半導体を用いた半導体素子には、一般的な発光ダイオード、サブバンド間遷移発光型(量子カスケード型)発光ダイオード、通常の半導体レーザ、サブバンド間遷移発光型(量子カスケード型)半導体レーザのような発光素子のほか、フォトダイオードなどの受光素子あるいはセンサ、太陽電池、さらには高電子移動度トランジスタなどの電界効果トランジスタ(FET)やヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)などのバイポーラトランジスタのようなトランジスタに代表される電子走行素子が含まれる。   In the sixth to fifteenth inventions, the first to sixth layers have a wurtzit structure, more generally a hexagonal crystal structure, in addition to a nitride III-V compound semiconductor. Other semiconductors such as ZnO, α-ZnS, α-CdS, α-CdSe, and further various semiconductors having other crystal structures such as CrN (111) may be used. The semiconductor elements using these semiconductors include general light emitting diodes, intersubband transition light emitting (quantum cascade) light emitting diodes, ordinary semiconductor lasers, and intersubband transition light emitting (quantum cascade) semiconductor lasers. In addition to such light emitting elements, light receiving elements such as photodiodes or sensors, solar cells, and field effect transistors (FET) such as high electron mobility transistors and transistors such as bipolar transistors such as heterojunction bipolar transistors (HBT) The electronic travel element represented by is included.

機能素子は、上記の半導体素子(発光素子、受光素子、電子走行素子など)のほかに、圧電素子、焦電素子、光学素子(非線形光学結晶を用いる第2次高調波発生素子など)、誘電体素子(強誘電体素子を含む)、超伝導素子なども含む。この場合、第1〜第6の層の材料は、半導体素子では上記のような各種の半導体を用いることができ、圧電素子、焦電素子、光学素子、誘電体素子、超伝導素子などでは、六方晶系の結晶構造を有する酸化物などの各種の材料を用いることができる。
機能素子として発光ダイオードあるいは半導体レーザを含むものを用いることにより、発光ダイオードバックライト、発光ダイオード照明装置、発光ダイオードディスプレイなど、さらには発光ダイオードあるいは半導体レーザを光源とするプロジェクタあるいはリアプロジェクションテレビ、グレーティングライトバルブなどの電子機器を構成することができる。
Functional elements include piezoelectric elements, pyroelectric elements, optical elements (second harmonic generation elements using nonlinear optical crystals, etc.), dielectrics, in addition to the above semiconductor elements (light emitting elements, light receiving elements, electron transit elements, etc.). Also included are body elements (including ferroelectric elements), superconducting elements, and the like. In this case, as the material of the first to sixth layers, various semiconductors as described above can be used in the semiconductor element, and in the piezoelectric element, pyroelectric element, optical element, dielectric element, superconducting element, etc. Various materials such as an oxide having a hexagonal crystal structure can be used.
By using a device including a light emitting diode or a semiconductor laser as a functional element, a light emitting diode backlight, a light emitting diode illumination device, a light emitting diode display, etc., a projector or a rear projection television set using a light emitting diode or a semiconductor laser as a light source, a grating light Electronic devices such as valves can be configured.

上述のように構成された第1〜第4の発明においては、磁界印加などの外部からの操作により、凸部を基板の主面に垂直な方向に伸長させることができ、基板を第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族化合物半導体層から容易に剥離することができる。この剥離の際には、これらの窒化物系III−V族化合物半導体層にほとんど物理的損傷が生じないようにすることができる。   In the first to fourth inventions configured as described above, the convex portion can be extended in a direction perpendicular to the main surface of the substrate by an external operation such as application of a magnetic field. Nitride-based III-V compound semiconductor layer, second nitride-based III-V compound semiconductor layer, third nitride-based III-V compound semiconductor layer, active layer, and fourth nitride-based III- It can be easily peeled off from the group V compound semiconductor layer. At the time of this peeling, it is possible to hardly cause physical damage to these nitride III-V compound semiconductor layers.

また、第1〜第5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。また、この方法では、第1〜第4の窒化物系III−V族化合物半導体層および活性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。さらに、基板上にこの基板と異なる材料からなる凸部を形成することは、基板をドライエッチングなどにより直接加工して凹凸を形成するのに比べて非常に簡単であり、加工精度も一般に高い。   In the first to fifth aspects of the invention, the growth of the first nitride-based III-V compound semiconductor layer is started from the bottom surface of the concave portion of the substrate, and the triangular cross-sectional shape having the bottom surface as the base in the middle. By growing the first nitride-based III-V compound semiconductor layer through this state, the recess can be filled without a gap. Then, a second nitride III-V compound semiconductor layer is laterally grown from the first nitride III-V compound semiconductor layer thus grown. At this time, in the first nitride-based III-V group compound semiconductor layer, dislocations are generated in a direction perpendicular to the main surface of the substrate from the interface with the bottom surface of the recess of the substrate. The dislocation reaches a slope of the compound III-V compound semiconductor layer or the vicinity thereof, and with the growth of the second nitride III-V compound semiconductor layer, this dislocation is parallel to one main surface of the substrate. Bend to. When the second nitride-based III-V compound semiconductor layer is grown sufficiently thick, the portion above the dislocation parallel to one main surface of the substrate becomes a region having a very low dislocation density. In this method, the first to fourth nitride-based III-V group compound semiconductor layers and the active layer can be grown by one epitaxial growth. Furthermore, forming a convex portion made of a material different from that of the substrate on the substrate is much simpler than processing the substrate directly by dry etching or the like to form irregularities, and the processing accuracy is generally high.

上述のように構成された第6〜第9の発明においては、磁界印加などの外部からの操作により、凸部を基板の主面に垂直な方向に伸長させることができ、基板を第1の層、第2の層および第3の層から容易に剥離することができる。この剥離の際には、これらの層にほとんど物理的損傷が生じないようにすることができる。
また、第6〜第10の発明においては、基板の凹部の底面から第1の層の成長を開始し、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の層から第2の層を横方向成長させる。このとき、第1の層では、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の層の斜面またはその近傍に到達し、第2の層の成長に伴い、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。また、この方法では、第1〜第3の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。さらに、基板上にこの基板と異なる材料からなる凸部を形成することは、基板をドライエッチングなどにより直接加工して凹凸を形成するのに比べて非常に簡単であり、加工精度も一般に高い。
In the sixth to ninth inventions configured as described above, the convex portion can be extended in a direction perpendicular to the main surface of the substrate by an external operation such as application of a magnetic field. It can be easily peeled off from the layer, the second layer and the third layer. During the peeling, almost no physical damage can be caused to these layers.
In the sixth to tenth inventions, the growth of the first layer is started from the bottom surface of the concave portion of the substrate, and the first layer passes through a state in which it has a triangular cross-sectional shape with the bottom surface as the bottom. This recess can be filled without any gaps. Then, the second layer is laterally grown from the first layer thus grown. At this time, in the first layer, a dislocation occurs in a direction perpendicular to the main surface of the substrate from the interface with the bottom surface of the concave portion of the substrate, and the dislocation reaches the slope of the first layer or the vicinity thereof, As the second layer grows, the dislocations bend therefrom in a direction parallel to one major surface of the substrate. When the second layer is grown sufficiently thick, the portion above the dislocation parallel to one main surface of the substrate becomes a region having a very low dislocation density. In this method, the first to third layers can be grown by one epitaxial growth. Furthermore, forming a convex portion made of a material different from that of the substrate on the substrate is much simpler than processing the substrate directly by dry etching or the like to form irregularities, and the processing accuracy is generally high.

上述のように構成された第11〜第14の発明においては、磁界印加などの外部からの操作により、凸部を基板の主面に垂直な方向に伸長させることができ、基板を第4の層または第5の層および第6の層から容易に剥離することができる。この剥離の際には、これらの層にほとんど物理的損傷が生じないようにすることができる。
また、第11〜第15の発明において、基板上にこの基板と異なる材料からなる凸部を形成することは、基板をドライエッチングなどにより直接加工して凹凸を形成するのに比べて非常に簡単であり、加工精度も一般に高い。
In the 11th to 14th inventions configured as described above, the convex portion can be extended in a direction perpendicular to the main surface of the substrate by an external operation such as application of a magnetic field. It can be easily peeled from the layer or the fifth layer and the sixth layer. During the peeling, almost no physical damage can be caused to these layers.
Further, in the 11th to 15th inventions, it is much easier to form a convex portion made of a material different from that of the substrate on the substrate as compared to forming the irregularities by directly processing the substrate by dry etching or the like. The processing accuracy is generally high.

この発明によれば、発光ダイオード構造を形成する窒化物系III−V族化合物半導体層を基板上に成長させた後、この基板を窒化物系III−V族化合物半導体層にほとんど物理的損傷を与えることなく低コストで容易に剥離することができ、垂直電流注入型の発光ダイオードを容易に製造することができる。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することから、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。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。さらに、基板の凹凸加工も容易であり、加工精度も高い。そして、この発光効率が高い発光ダイオードを用いて、例えば、高性能の光源セルユニット、発光ダイオードバックライト、発光ダイオード照明装置、発光ダイオードディスプレイ、発光ダイオード光通信装置、光空間伝送装置、各種の電子機器などを実現することができる。
また、各種の機能素子の素子構造を形成する層を基板上に成長させた後、この基板をこれらの層にほとんど物理的損傷を与えることなく低コストで容易に剥離することができ、垂直電流注入型の発光ダイオードなどの機能素子を容易に製造することができる。また、この素子構造を形成する層の結晶性の大幅な向上により発光効率などの素子性能が極めて高く、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、基板の凹凸加工も容易である。そして、この高性能の機能素子を用いて、高性能の各種の電子機器などを実現することができる。
According to the present invention, after the nitride-based III-V compound semiconductor layer forming the light-emitting diode structure is grown on the substrate, the substrate is hardly physically damaged in the nitride-based III-V compound semiconductor layer. It can be easily peeled off at low cost without giving, and a vertical current injection type light emitting diode can be easily manufactured. Further, since the crystallinity of the second nitride-based III-V compound semiconductor layer is improved, the third nitride-based III-V compound semiconductor layer, the active layer, and the fourth nitride that are grown on the second nitride-based III-V compound semiconductor layer. Since the crystallinity of the physical group III-V compound semiconductor layer is also greatly improved, a light emitting diode with extremely high luminous efficiency can be obtained. Moreover, since the light emitting diode can be manufactured by one epitaxial growth, the cost is low. Furthermore, the uneven processing of the substrate is easy and the processing accuracy is high. And using this light emitting diode with high luminous efficiency, for example, high performance light source cell unit, light emitting diode backlight, light emitting diode illumination device, light emitting diode display, light emitting diode optical communication device, optical space transmission device, various electronic Equipment can be realized.
In addition, after the layers forming the element structures of various functional elements are grown on the substrate, the substrate can be easily peeled off at low cost with almost no physical damage to these layers. A functional element such as an injection type light emitting diode can be easily manufactured. In addition, the device performance such as light emission efficiency is extremely high due to the significant improvement in crystallinity of the layer forming the device structure, and it can be manufactured at a low cost by one epitaxial growth, and the uneven processing of the substrate is easy. Various high-performance electronic devices can be realized using this high-performance functional element.

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。
まず、以下の実施形態において発光ダイオード構造を形成する窒化物系III−V族化合物半導体層の成長に用いる成長方法について説明する。
図1〜図3はこの成長方法を工程順に示す。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings of the embodiments, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals.
First, a growth method used for growing a nitride III-V compound semiconductor layer forming a light emitting diode structure in the following embodiment will be described.
1 to 3 show this growth method in the order of steps.

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4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5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4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5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4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5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。   As shown in FIG. 1A, first, a substrate 11 having a flat main surface and made of a material different from that of a nitride III-V compound semiconductor is prepared, and the cross-sectional shape is an isosceles triangle on the substrate 11. Are formed periodically in a predetermined planar shape. A concave portion 13 having an inverted trapezoidal cross-sectional shape is formed between the convex portions 12. As this substrate 11, for example, those already described can be used. Specifically, for example, a sapphire substrate is used, and its main surface is, for example, a c-plane. The planar shape of the convex portion 12 and the concave portion 13 can be the various planar shapes already described. For example, as shown in FIG. 4, both the convex portion 12 and the concave portion 13 have a stripe shape extending in one direction. In other cases, as shown in FIG. 5, the convex portion 12 has a hexagonal planar shape and is two-dimensionally arranged in a honeycomb shape. Typically, the direction of the dotted line in FIG. 4 (direction perpendicular to the stripe) is parallel to the a-axis of the nitride III-V compound semiconductor layer 15 described later, and the direction of the dotted line in FIG. The direction connecting the portions 12) is made parallel to the m-axis of the nitride III-V compound semiconductor layer 15 described later. For example, when the substrate 11 is a sapphire substrate, the extending direction of the stripe-shaped convex portion 12 and the concave portion 13 in FIG. 4 is the <1-100> direction of the sapphire substrate, and the extending direction of the concave portion 13 in FIG. Similarly, it is the <1-100> direction of the sapphire substrate. These extending directions may be the <11-20> direction of the sapphire substrate.

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、反応性イオンエッチング(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。   In order to form the convex part 12 having a cross-sectional shape of an isosceles triangle on the substrate 11, a conventionally known method can be used. For example, a film serving as the material of the convex portion 12 is formed on the entire surface of the substrate 11 by CVD, vacuum vapor deposition, sputtering, or the like. Next, a resist pattern having a predetermined shape is formed on the film by lithography. Next, this film is etched using the resist pattern as a mask under conditions where taper etching is performed by a reactive ion etching (RIE) method or the like, thereby forming a convex portion 12 having an isosceles triangular cross section. The

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。   Next, after the surfaces of the substrate 11 and the convex portion 12 are cleaned by performing thermal cleaning or the like, for example, a GaN buffer layer, an AlN buffer, or the like is grown on the substrate 11 at a growth temperature of, for example, about 550 ° C. A layer, a CrN buffer layer, a Cr-doped GaN buffer layer, or a Cr-doped AlN buffer layer (not shown) is grown. Next, epitaxial growth of a nitride III-V compound semiconductor is performed by, for example, MOCVD. This nitride-based III-V group compound semiconductor is, for example, GaN. At this time, as shown in FIG. 1B, growth is first started from the bottom surface of the recess 13 to generate a plurality of micronuclei 14 made of a nitride III-V compound semiconductor. Next, as shown in FIG. 1C, an isosceles triangular shape having a bottom surface of the recess 13 as a bottom and a facet inclined with respect to the main surface of the substrate 11 on the inclined surface through the growth and coalescence process of the micronuclei 14. The nitride III-V compound semiconductor layer 15 is grown so as to have a cross-sectional shape. In this example, the height of the nitride-based III-V group compound semiconductor layer 15 having an isosceles triangular cross-sectional shape is larger than the height of the convex portion 12. For example, the extending direction of the nitride III-V compound semiconductor layer 15 is the <1-100> direction, and the facet of the inclined surface is the (1-101) plane. The nitride III-V compound semiconductor layer 15 may be undoped or doped with n-type impurities or p-type impurities. The growth conditions for the nitride III-V compound semiconductor layer 15 will be described later. The extending direction of the nitride-based III-V compound semiconductor layer 15 may be the <11-20> direction.

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、図2Cに示すように、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。
Subsequently, by performing growth of the nitride III-V compound semiconductor layer 15 while maintaining the facet plane orientation of the inclined surface, as shown in FIG. 2A, the nitride III-V compound semiconductor layer 15 Both end portions grow to the lower portion of the side surface of the convex portion 12 and the cross-sectional shape becomes a pentagonal shape.
Next, when the growth condition is set to a condition in which the lateral growth is dominant, and the growth is continued, as shown in FIG. It grows in the direction and spreads on the convex portion 12 in a state where the cross-sectional shape becomes a hexagonal shape. In FIG. 2B, a dotted line indicates a growth interface during the growth (the same applies hereinafter).
When the lateral growth is further continued, as shown in FIG. 2C, the nitride-based III-V compound semiconductor layer 15 grows while increasing its thickness, and finally the nitride-based III-III grown from the adjacent recess 13. The group V compound semiconductor layers 15 come into contact with each other on the convex portion 12 and are associated with each other.
Subsequently, as shown in FIG. 2C, the nitride-based III-V compound semiconductor layer 15 is grown laterally until the surface thereof becomes a flat surface parallel to the main surface of the substrate 11. The nitride-based III-V group compound semiconductor layer 15 thus grown has a very low dislocation density in the portion above the recess 13.
In some cases, the state shown in FIG. 1C can be shifted directly to the state shown in FIG. 2B without going through the state shown in FIG. 2A.

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。   Next, as shown in FIG. 3, the n-type nitride III-V compound semiconductor layer 16 and the nitride III-V group semiconductor layer 16 are formed on the nitride III-V compound semiconductor layer 15 by MOCVD, for example. An active layer 17 using a compound semiconductor and a p-type nitride-based III-V group compound semiconductor layer 18 are sequentially epitaxially grown. In this case, it is assumed that the nitride III-V compound semiconductor layer 15 is n-type.

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 5 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 5 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 6 )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 5 4 2 Mg)、ビス(エチルシクロペンタジエニル)マグネシウム((C2 5 5 4 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 5 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。 The growth source of the above-mentioned nitride III-V compound semiconductor layer is, for example, triethylgallium ((C 2 H 5 ) 3 Ga, TEG) or trimethyl gallium ((CH 3 ) 3 Ga, TMG as a Ga source. ), Trimethylaluminum ((CH 3 ) 3 Al, TMA) as a raw material of Al, triethylindium ((C 2 H 5 ) 3 In, TEI) or trimethylindium ((CH 3 ) 3 In, TMI), and ammonia (NH 3 ) is used as a raw material for N. As for the dopant, for example, silane (SiH 4 ) or disilane (Si 2 H 6 ) is used as the n-type dopant, and bis (methylcyclopentadienyl) magnesium ((CH 3 C 5 H 4 ) 2 is used as the p-type dopant. Mg), bis (ethylcyclopentadienyl) magnesium ((C 2 H 5 C 5 H 4 ) 2 Mg) or bis (cyclopentadienyl) magnesium ((C 5 H 5 ) 2 Mg) is used. For the carrier gas atmosphere during the growth of the nitride-based III-V compound semiconductor layer, eg, H 2 gas is used.

ここでは、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6参照)。
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。
Here, in order to minimize the threading dislocation density of the nitride-based III-V compound semiconductor layer 15, the width W g of the bottom surface of the concave portion 13, the depth of the concave portion 13, that is, the height d of the convex portion 12, and The angle α formed between the slope of the nitride III-V compound semiconductor layer 15 in the state shown in FIG. 1C and the main surface of the substrate 11 is determined so as to satisfy the following equation (see FIG. 6).
2d ≧ W g tan α
For example, when W g = 2.1 μm and α = 59 °, d ≧ 1.75 μm, W g = 2 μm, and when α = 59 °, d ≧ 1.66 μm, W g = 1.5 μm, α When d = 59 °, d ≧ 1.245 μm, W g = 1.2 μm, and when α = 59 °, d ≧ 0.966 μm. However, in any case, it is desirable that d <5 μm.

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。 During the growth of the nitride-based III-V group compound semiconductor layer 15 in the steps shown in FIGS. 1B and 1C and FIG. 2A, it is preferable to set the growth temperature low so as to increase the V / III ratio of the growth material. Specifically, when the growth of the nitride III-V compound semiconductor layer 15 is performed under a pressure condition of 1 atm, the V / III ratio of the growth material is in the range of, for example, 13000 ± 2000, and the growth temperature is, for example, 1100. It is preferable to set in the range of ± 50 ° C. Regarding the V / III ratio of the growth raw material, when the growth of the nitride-based III-V compound semiconductor layer 15 is performed under a pressure condition of x atmospheric pressure, the pressure is determined from Bernoulli's law that defines the relationship between the flow velocity and the pressure. It is preferable to set the V / III ratio corresponding to the square of the amount of change, specifically (13000 ± 2000) × x 2 . For example, when the growth is performed at 0.92 atmospheres (700 Torr), the V / III ratio of the growth raw material is preferably set to a range of 11000 ± 1700 (for example, 10530). x is generally from 0.01 to 2 atmospheres. When the growth is performed under a pressure condition of 1 atm or less, the lateral growth of the nitride-based III-V compound semiconductor layer 15 is suppressed, and the nitride-based III-V compound semiconductor in the recess 13 is suppressed. In order to facilitate the selective growth of the layer 15, it is preferable to set it to a lower growth temperature. For example, when growth is performed at 0.92 atmospheres (700 Torr), the growth temperature is preferably set in a range of 1050 ± 50 ° C. (for example, 1050 ° C.). By doing so, the nitride III-V compound semiconductor layer 15 grows as shown in FIGS. 1B and 1C and FIG. 2A. At this time, the nitride-based III-V compound semiconductor layer 15 does not start to grow from above the convex portion 12. The growth rate is generally 0.5 to 5.0 μm / h, preferably about 3.0 μm / h. When the nitride III-V compound semiconductor layer 15 is a GaN layer, for example, the flow rate of the source gas is, for example, 20 SCCM for TMG and 20 SLM for NH 3 . On the other hand, the growth (lateral growth) of the nitride-based III-V compound semiconductor layer 15 in the steps shown in FIGS. 2B and 2C is performed by setting the growth temperature high while lowering the V / III ratio of the growth material. Specifically, when the growth of the nitride-based III-V compound semiconductor layer 15 is performed under a pressure condition of 1 atm, the V / III ratio of the growth material is in the range of 5000 ± 2000, for example, and the growth temperature is, for example, 1200. Set in the range of ± 50 ° C. Regarding the V / III ratio of the growth raw material, when the growth of the nitride-based III-V compound semiconductor layer 15 is performed under a pressure condition of x atmospheric pressure, the pressure is determined from Bernoulli's law that defines the relationship between the flow velocity and the pressure. It is preferable to set the V / III ratio corresponding to the square of the amount of change, specifically (5000 ± 2000) × x 2 . For example, when the growth is performed at 0.92 atmospheres (700 Torr), the V / III ratio of the growth material is preferably set in the range of 4200 ± 1700 (for example, 4232). As for the growth temperature, when growth is performed under a pressure condition of 1 atm or less, the surface of the nitride III-V compound semiconductor layer 15 is prevented from being roughened, and the lateral growth is favorably performed. It is preferable to set the temperature. For example, when growth is performed at 0.92 atmospheres (700 Torr), the growth temperature is preferably set in the range of 1150 ± 50 ° C. (eg, 1110 ° C.). When the nitride-based III-V group compound semiconductor layer 15 is, for example, a GaN layer, the flow rate of the source gas is, for example, 40 SCCM for TMG and 20 SLM for NH 3 . By doing so, as shown in FIGS. 2B and 2C, the nitride-based III-V compound semiconductor layer 15 grows laterally.

図7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7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、ここでは、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。
FIG. 7 schematically shows the flow of the source gas during the growth of the GaN layer and the state of diffusion on the substrate 11 as an example of the nitride-based III-V group compound semiconductor layer 15. The most important point in this growth is that GaN does not grow on the convex portion 12 of the substrate 11 and growth of GaN starts in the concave portion 13 in the early stage of growth. In FIG. 7, the cross-sectional shape of the convex portion 12 is a triangular shape, but GaN does not grow on the convex portion 12 even if the cross-sectional shape of the convex portion 12 is trapezoidal. In general, GaN is grown by using TMG as a Ga raw material and NH 3 as an N raw material. Ga (CH 3 ) 3 (g) + 3 / 2H 2 (g) → Ga (g) + 3CH 4 ( g)
NH 3 (g) → (1-α) NH 3 (g) + α / 2N 2 (g) + 3α / 2H 2 (g)
Ga (g) + NH 3 (g) = GaN (s) + 3 / 2H 2 (g)
As represented by the following reaction formula, this occurs when NH 3 and Ga react directly. At this time, H 2 gas is generated, and this H 2 gas has an action opposite to crystal growth, that is, an etching action. In the steps shown in FIGS. 1B and 1C and FIG. 2A, by using conditions that are not performed in the conventional GaN growth on a flat substrate, that is, conditions that increase the etching action and are difficult to grow (increase the V / III ratio). The growth at the convex portion 12 is suppressed. On the other hand, since the etching action is weakened inside the recess 13, crystal growth occurs. Further, conventionally, in order to improve the flatness of the growth crystal surface, the growth is performed under the condition that the degree of lateral growth is increased (higher temperature), but here, the threading dislocation is bent in a direction parallel to the main surface of the substrate 11. For the purpose of reducing the thickness of the recess 13 or filling the inside of the recess 13 with the nitride-based III-V group compound semiconductor layer 15 at an earlier stage, as already described, at a lower temperature (for example, 1050 ± 50 ° C.) than before. Grow.

図8に、窒化物系III−V族化合物半導体層15の結晶欠陥分布を透過型電子顕微鏡(TEM)により調べた結果を模式的に示す。ただし、凸部12の表面は厚さ10nm程度の厚さのSiO2 膜で被覆した。図8中、符号19は貫通転位を示す。図8から分かるように、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同士の会合部では転位密度が高くなっているものの、凹部13の上の部分を含む他の部分では転位密度は低くなっている。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ている。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ていないことも分かる。
また、図8において、凹部13における基板11と接する窒化物系III−V族化合物半導体層15の高転位密度で結晶性が悪い領域の平均厚さは、凸部12における基板11と接する窒化物系III−V族化合物半導体層15の高転位密度で結晶性が悪い領域の平均厚さの1.5倍程度である。これは、凸部12上では窒化物系III−V族化合物半導体層15が横方向成長することを反映した結果である。
図9に、凸部12が図4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10に、凸部12が図5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。
FIG. 8 schematically shows the results of examining the crystal defect distribution of the nitride-based III-V compound semiconductor layer 15 using a transmission electron microscope (TEM). However, the surface of the convex portion 12 was covered with a SiO 2 film having a thickness of about 10 nm. In FIG. 8, the code | symbol 19 shows a threading dislocation. As can be seen from FIG. 8, although the dislocation density is high in the vicinity of the central portion of the convex portion 12, that is, at the meeting portion between the nitride-based III-V compound semiconductor layers 15 grown from the adjacent concave portions 13, the concave portion The dislocation density is low in other parts including the part above 13. For example, when the depth d of the recess 13 is 1 μm and the width W g of the bottom surface is 2 μm, the dislocation density of the low dislocation density portion is 6 × 10 7 / cm 2 , and the substrate 11 subjected to the uneven processing is used. The dislocation density is reduced by 1 to 2 digits as compared with the case of no. It can also be seen that there is no occurrence of dislocation in the vertical direction with respect to the side wall of the recess 13.
In FIG. 8, the average thickness of the high dislocation density and poor crystallinity of the nitride-based III-V compound semiconductor layer 15 in contact with the substrate 11 in the recess 13 is the nitride in contact with the substrate 11 in the protrusion 12. It is about 1.5 times the average thickness of the region having poor dislocation and high dislocation density of the III-V compound semiconductor layer 15. This is a result reflecting the fact that the nitride-based III-V group compound semiconductor layer 15 grows laterally on the convex portion 12.
FIG. 9 shows the distribution of threading dislocations 19 when the convex portion 12 has the planar shape shown in FIG. FIG. 10 shows the distribution of threading dislocations 19 when the convex portion 12 has the planar shape shown in FIG.

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11を参照しながら説明する。
成長を開始すると、図11A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11Bおよび図11C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11D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11E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11F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。
Next, the growth mode of the nitride-based III-V group compound semiconductor layer 15 from the initial stage of growth and the state of dislocation propagation will be described with reference to FIG.
When the growth is started, as shown in FIG. 11A, first, a plurality of micronuclei 14 made of a nitride III-V group compound semiconductor are generated on the bottom surface of the recess 13. In these micronuclei 14, dislocations (shown by dotted lines) propagate in the vertical direction from the interface with the substrate 11, and the dislocations escape from the side surfaces of the micronuclei 14. If the growth is continued, as shown in FIGS. 11B and 11C, the nitride-based III-V group compound semiconductor layer 15 grows through the process of growth and coalescence of the micronuclei 14. In the process of growth and coalescence of these micronuclei 14, dislocation bending occurs in a direction parallel to the main surface of the substrate 11. As the growth continues further, as shown in FIG. 11D, the nitride-based III-V compound semiconductor layer 15 has an isosceles triangular cross-sectional shape with the bottom surface of the recess 13 as a base. At this point, the dislocations that escape from the nitride-based III-V compound semiconductor layer 15 to the upper part are greatly reduced. Next, as shown in FIG. 11E, a nitride-based III-V compound semiconductor layer 15 is grown in the lateral direction. In this process, the dislocations that have escaped to the side surface of the nitride-based III-V compound semiconductor layer 15 having an isosceles triangular cross-section with the bottom surface of the concave portion 13 as the base are located at a position lower than the convex portion 12. The nitride system III that has been stretched parallel to the main surface of the substrate 11 and disappeared while continuing to extend to the side surface of the convex portion 12 and that is located higher than the convex portion 12 extends parallel to the main surface of the substrate 11 and laterally grown. -It escapes to the side surface of the group V compound semiconductor layer 15. When the lateral growth of the nitride-based III-V compound semiconductor layer 15 is further continued, as shown in FIG. 11F, the nitride-based III-V group compound semiconductor layers 15 grown on both sides of the convex portion 12 are formed. Eventually, the surface of the nitride III-V compound semiconductor layer 15 becomes a flat surface parallel to the main surface of the substrate 11. The dislocations in the nitride-based III-V compound semiconductor layer 15 are bent upward (in the direction perpendicular to the main surface of the substrate 11) when meeting on the convex portion 12, and become threading dislocations.

図12A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12A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11A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13A〜Cに示す。図13BおよびCは図13Aの楕円で囲んだ部分を拡大した断面TEM写真である。図13A〜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。
With reference to FIGS. 12A and 12B, the behavior of the dislocation from the generation of the micronucleus 14 to after the lateral growth of the nitride-based III-V compound semiconductor layer 15 will be described again. As shown in FIGS. 12A and 12B, dislocations generated from the interface with the substrate 11 during the formation, growth, and coalescence of the micronuclei 14 are repeatedly bent in the horizontal direction and bundled (dislocation (1)). In addition, the dislocations bent in the horizontal direction extend to the side surface of the convex portion 12 and disappear (dislocation (2)). Furthermore, dislocations generated from the interface with the substrate 11 are bent only once and escape to the surface of the nitride III-V compound semiconductor layer 15 (dislocation (3)). Nitride system III with fewer threading dislocations compared to the case where the above-mentioned dislocations are bundled and the dislocations bent in the horizontal direction extend to the side surfaces of the protrusions 12 and disappear, so that the micronucleus 14 is not generated. The −V group compound semiconductor layer 15 can be obtained.
11A to C show cross-sectional TEM photographs in a state where the micronuclei 14 are generated on the bottom surface of the recess 13 as shown in FIG. 11A. 13B and 13C are cross-sectional TEM photographs in which a portion surrounded by an ellipse in FIG. 13A is enlarged. 13A to 13C clearly show that the micronuclei 14 are generated in the early stage of growth.

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14A〜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11D〜Fに対応する状態を示す。図14A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11Dの場合に比べて多い。成長を続けると、図14B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14C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15A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。
Next, how the behavior of dislocations generated in the nitride-based III-V compound semiconductor layer 15 differs depending on whether or not the micronucleus 14 is generated at the initial stage of growth will be described.
FIGS. 14A to 14C show states corresponding to FIGS. 11D to 11F in the case where the micronuclei 14 are not generated at the initial stage of growth of the nitride-based III-V compound semiconductor layer 15. As shown in FIG. 14A, when the micronuclei 14 are not generated at the initial stage of growth, the nitride III-V compound semiconductor layer 15 has an isosceles triangular cross-sectional shape with the bottom surface of the recess 13 as a base. At the time of growth, only dislocations extending upward from the interface with the bottom surface of the recess 13 exist, but this dislocation density is generally larger than that in FIG. 11D. When the growth is continued, as shown in FIG. 14B, the dislocations that have escaped to the side surface of the nitride-based III-V compound semiconductor layer 15 having an isosceles triangular cross-section with the bottom surface of the recess 13 as a base are convex portions. Those lower than 12 continue to extend to the side surface of the convex portion 12 in parallel to the main surface of the substrate 11 and disappear, and those higher than the convex portion 12 extend in parallel to the main surface of the substrate 11. The nitride-based group III-V compound semiconductor layer 15 grown in the lateral direction passes through the side surface. When the lateral growth of the nitride-based III-V compound semiconductor layer 15 is further continued, as shown in FIG. 14C, the nitride-based III-V group compound semiconductor layers 15 grown on both sides of the convex portion 12 are formed. As a result, the surface of the nitride III-V compound semiconductor layer 15 becomes a flat surface parallel to the main surface of the substrate 11. The dislocations in the nitride-based III-V compound semiconductor layer 15 are bent upward when meeting on the convex portion 12 to become threading dislocations 19. Although the density of the threading dislocations 19 is sufficiently low, it is higher than that in the case where the micronuclei 14 are generated on the bottom surface of the recess 13 in the early stage of growth. As shown in FIGS. 15A and 15B, when the micronucleus 14 is not generated, the dislocation generated from the interface with the substrate 11 reaches the slope of the isosceles triangular portion with the bottom surface of the recess 13 as the bottom. This is because it bends in the horizontal direction only once. That is, in this case, the effect of bundling dislocations in the process of generating, growing and coalescing the micronuclei 14 cannot be obtained.

凹部13の底面を底辺と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が成長した時点で、この窒化物系III−V族化合物半導体層15の高さが凸部12の高さ以下になるように凸部12の高さを選ぶこともできる。一例として図16AおよびBに、窒化物系III−V族化合物半導体層15の高さが凸部12の高さと等しい場合を示す。このようにすることにより、基板11との界面から発生し、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全て、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するため、窒化物系III−V族化合物半導体層15の表面に抜ける貫通転位19は激減し、実質的に貫通転位密度をゼロとすることができる。   When the nitride-based III-V compound semiconductor layer 15 is grown so as to have an isosceles triangular cross-sectional shape with the bottom surface of the recess 13 as a base, the height of the nitride-based III-V compound semiconductor layer 15 is increased. The height of the convex portion 12 can also be selected so that the height is equal to or less than the height of the convex portion 12. As an example, FIGS. 16A and 16B show a case where the height of the nitride-based III-V compound semiconductor layer 15 is equal to the height of the convex portion 12. By doing so, dislocations generated from the interface with the substrate 11 and dislodging to the side surface of the nitride-based III-V group compound semiconductor layer 15 having an isosceles triangular cross-section with the bottom surface of the recess 13 as a base. Are all extended to the side surface of the convex portion 12 in parallel with the main surface of the substrate 11 and disappear, so that the threading dislocations 19 passing through the surface of the nitride-based III-V compound semiconductor layer 15 are drastically reduced. The threading dislocation density can be made zero.

以上は凸部12の断面形状が二等辺三角形状である場合であるが、図17A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ようにしてもよい。この場合も、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。
そして、上述と同様にしてこの基板11上に窒化物系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17B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17C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。その後、図18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を成長させる。
図19に、窒化物系III−V族化合物半導体層15の結晶欠陥分布をTEMにより調べた結果を模式的に示す。この場合も、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同士の会合部では転位密度が高くなっているものの、凹部13の上の部分を含む他の部分では転位密度は低くなっている。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ていないことも分かる。
The above is a case where the cross-sectional shape of the convex portion 12 is an isosceles triangle, but as shown in FIG. 17A, the convex portion 12 having a trapezoidal cross-sectional shape is periodically formed in a predetermined planar shape on the substrate 11. You may make it do. Also in this case, a recess 13 having an inverted trapezoidal cross-sectional shape is formed between the protrusions 12.
Then, a nitride III-V compound semiconductor layer 15 is grown on the substrate 11 in the same manner as described above. Specifically, a nitride having an isosceles triangular cross-section with the bottom surface of the recess 13 as the bottom, as shown in FIG. 17B, through the process of generation, growth and coalescence of the micronucleus 14 on the bottom surface of the recess 13. As shown in FIG. 17C, a III-V group compound semiconductor layer 15 having a flat surface and a low threading dislocation density is grown through lateral growth. Grow. Then, as shown in FIG. 18, the n-type nitride III-V compound semiconductor layer 16, the active layer 17, and the p-type nitride III-V compound semiconductor layer 18 are grown.
FIG. 19 schematically shows the results of examining the crystal defect distribution of the nitride-based III-V compound semiconductor layer 15 by TEM. Also in this case, although the dislocation density is high in the vicinity of the central portion of the convex portion 12, that is, at the meeting portion between the nitride-based III-V group compound semiconductor layers 15 growing from the adjacent concave portions 13, In other parts including this part, the dislocation density is low. It can also be seen that there is no occurrence of dislocation in the vertical direction with respect to the side wall of the recess 13.

以上のことを前提として、この発明の第1の実施形態による発光ダイオードの製造方法について説明する。
この第1の実施形態においては、まず、図17および図18に示すように、例えばすでに述べた磁歪材料からなる断面形状が台形状の凸部12を形成した基板11上に、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を成長させる。
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、図20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20を形成する。このp側電極20は、後述のように基板11を剥離した後に形成してもよい。
Based on the above, a method for manufacturing a light emitting diode according to the first embodiment of the present invention will be described.
In the first embodiment, first, as shown in FIGS. 17 and 18, for example, a nitride-based III is formed on a substrate 11 on which a convex portion 12 having a trapezoidal cross-sectional shape made of the magnetostrictive material described above is formed. A -V group compound semiconductor layer 15, an n-type nitride-based III-V group compound semiconductor layer 16, an active layer 17, and a p-type nitride-based III-V group compound semiconductor layer 18 are grown.
Next, the substrate 11 on which the nitride-based III-V compound semiconductor layer is grown in this way is taken out from the MOCVD apparatus.
Next, as shown in FIG. 20, the p-side electrode 20 is formed on the p-type nitride III-V compound semiconductor layer 18. The p-side electrode 20 may be formed after peeling off the substrate 11 as will be described later.

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16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20を形成する前に行ってもよい。 Thereafter, in order to activate the p-type impurity of the p-type nitride III-V compound semiconductor layer 18, for example, a mixed gas of N 2 and O 2 (composition is, for example, 99% N 2 and O 2 In a 1% atmosphere, heat treatment is performed at a temperature of 550 to 750 ° C. (for example, 650 ° C.) or 580 to 620 ° C. (for example, 600 ° C.). Here, for example, activation is easily caused by mixing O 2 with N 2 . Further, for example, nitrogen halide (NF 3 , NCl 3, etc.) is mixed in a mixed gas atmosphere of N 2 or N 2 and O 2 as a raw material such as F and Cl having high electronegativity as in O and N. You may do it. The time for this heat treatment is, for example, 5 minutes to 2 hours or 40 minutes to 2 hours, generally about 10 to 60 minutes. The reason why the temperature of the heat treatment is relatively low is to prevent the active layer 16 and the like from being deteriorated during the heat treatment. This heat treatment may be performed after the p-type nitride-based III-V group compound semiconductor layer 18 is epitaxially grown and before the p-side electrode 20 is formed.

次に、図21に示すように、外部から例えば基板11の主面に対して垂直方向に直流または交流の磁界Hを印加することにより、凸部12に磁歪を発生させる。例えば、凸部12を構成する磁歪材料として立方晶構造のFe3 Ptを用い、その[001]方向が基板11の主面に対して垂直方向を向いている場合、1テスラ(T)の磁界を印加することによりこの[001]方向、すなわち基板1の主面に対して垂直方向に最大で約2.3%(0.023)もの極めて大きな磁歪を発生させることができ、これに応じてこの凸部12はこの基板11の主面に対して垂直方向に伸長する。図21において、伸長後の凸部12を一点鎖線で示す。したがって、この凸部12の上下の基板11と窒化物系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との間にこれらを互いに離す方向の力が働く。これと同時に、凸部12と基板11との間にこれらを互いに離す方向の力が働く。この結果、図22に示すように、基板11を窒化物系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から剥離することができる。この際、凸部12が基板11上に残されたり、凸部12が破壊されたりすることもある。
必要に応じて、この後、こうして露出したn型窒化物系III−V族化合物半導体層15の裏面の凸部12をエッチング除去し、別の材料、例えばSiO2 やSiNなどにより再び凸部12を形成するようにしてもよい。
Next, as shown in FIG. 21, magnetostriction is generated in the convex portion 12 by applying a DC or AC magnetic field H in a direction perpendicular to the main surface of the substrate 11 from the outside. For example, when a cubic structure Fe 3 Pt is used as the magnetostrictive material constituting the convex portion 12 and the [001] direction is perpendicular to the main surface of the substrate 11, a magnetic field of 1 Tesla (T) is used. Can be applied to generate a very large magnetostriction of about 2.3% (0.023) in the [001] direction, that is, in the direction perpendicular to the main surface of the substrate 1. The convex portion 12 extends in a direction perpendicular to the main surface of the substrate 11. In FIG. 21, the extended convex part 12 is shown with a dashed-dotted line. Therefore, the substrate 11 above and below the convex portion 12, the nitride III-V compound semiconductor layer 15, the n-type nitride III-V compound semiconductor layer 16, the active layer 17, and the p-type nitride III-V. A force in the direction of separating them from each other acts between the group compound semiconductor layers 18. At the same time, a force is exerted between the convex portion 12 and the substrate 11 in a direction to separate them from each other. As a result, as shown in FIG. 22, the substrate 11 is made of a nitride III-V compound semiconductor layer 15, an n-type nitride III-V compound semiconductor layer 16, an active layer 17, and a p-type nitride III- It can be peeled from the group V compound semiconductor layer 18. At this time, the convex portion 12 may be left on the substrate 11 or the convex portion 12 may be destroyed.
Thereafter, if necessary, the protrusion 12 on the back surface of the n-type nitride III-V compound semiconductor layer 15 thus exposed is removed by etching, and the protrusion 12 is again formed with another material, for example, SiO 2 or SiN. May be formed.

次に、図23に示すように、基板11の剥離により露出したn型の窒化物系III−V族化合物半導体層15の裏面にn側電極21を形成する。
ここで、p側電極20およびn側電極21を高反射電極あるいは透明電極とすることにより、光の取り出し方向を選択することができる。
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24に示すように、p側電極20に支持基板22をその上の金属電極23を介して貼り付けて接合してもよい。支持基板22は導電性、非導電性のいずれであってもよく、金属電極23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22に持たせればよい。
以上により、目的とする発光ダイオードが製造される。
Next, as shown in FIG. 23, the n-side electrode 21 is formed on the back surface of the n-type nitride III-V compound semiconductor layer 15 exposed by peeling off the substrate 11.
Here, the light extraction direction can be selected by using the p-side electrode 20 and the n-side electrode 21 as a highly reflective electrode or a transparent electrode.
Further, since the entire thickness of the light emitting diode becomes extremely small by removing the substrate 11, in order to improve the mechanical strength, as shown in FIG. 24, a support substrate 22 is placed on the p-side electrode 20 thereon. You may affix and join via the metal electrode 23. FIG. The support substrate 22 may be either conductive or non-conductive, and it is sufficient that the support substrate 22 has a structure that allows current to flow to the light emitting diode through the metal electrode 23.
Thus, the target light emitting diode is manufactured.

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20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21としては、例えばTi/Pt/Au構造のものを用いる。
こうして得られた発光ダイオードにおいては、p側電極20とn側電極21との間に順方向電圧を印加して電流を流すことにより発光を行わせ、外部に光を取り出す。活性層17のIn組成の選定により、赤色〜紫外の発光、取り分け青色発光、緑色発光または赤色発光を得ることができる。
A specific structural example of the light emitting diode will be described. That is, for example, the nitride III-V compound semiconductor layer 15 is an n-type GaN layer, the n-type nitride III-V compound semiconductor layer 16 is an n-type GaN layer and an n-type GaInN layer in order from the bottom, The p-type nitride III-V compound semiconductor layer 18 is a p-type AlInN layer, a p-type GaN layer, and a p-type GaInN layer in order from the bottom. The active layer 17 has, for example, a GaInN-based multiple quantum well (MQW) structure (for example, one in which a GaInN quantum well layer and a GaN barrier layer are alternately stacked). It is selected according to the wavelength. For example, it is ˜11% at an emission wavelength of 405 nm, ˜18% at 450 nm, and ˜24% at 520 nm. As a material of the p-side electrode 20, for example, Ag, Pd / Ag, or the like is used, or a barrier metal made of Ti, W, Cr, WN, CrN, or the like is used in addition to this, if necessary. As the n-side electrode 21, for example, a Ti / Pt / Au structure is used.
In the light-emitting diode thus obtained, light is emitted by applying a forward voltage between the p-side electrode 20 and the n-side electrode 21 to flow current, and light is extracted outside. By selecting the In composition of the active layer 17, red to ultraviolet light emission, particularly blue light emission, green light emission, or red light emission can be obtained.

以上のように、この第1の実施形態によれば、基板11上に成長された発光ダイオード構造を形成する窒化物系III−V族化合物半導体層を、高価な装置を用いることなく、しかもこれらの窒化物系III−V族化合物半導体層に物理的損傷をほとんど与えることなく、基板11から容易に剥離することができることにより、互いに対向したp側電極20とn側電極21との間に電流を流す垂直電流注入型の発光ダイオードを低コストで製造ことができる。また、基板11を必要に応じて表面研磨などの表面処理を経てリサイクルすることができるので、資源を有効利用することができるとともに、発光ダイオードの製造コストの低減を図ることができる。   As described above, according to the first embodiment, the nitride III-V compound semiconductor layer forming the light emitting diode structure grown on the substrate 11 can be formed without using an expensive device. The nitride-based III-V group compound semiconductor layer can be easily separated from the substrate 11 with almost no physical damage, so that a current flows between the p-side electrode 20 and the n-side electrode 21 facing each other. Can be manufactured at low cost. Further, since the substrate 11 can be recycled through surface treatment such as surface polishing as necessary, resources can be effectively used and the manufacturing cost of the light emitting diode can be reduced.

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。これによって、発光効率が極めて高い窒化物系III−V族化合物半導体系発光ダイオードを得ることができる。 Further, the threading dislocations in the nitride III-V compound semiconductor layer 15 are concentrated near the center of the convex portion 12 of the substrate 11, and the dislocation density in other portions is, for example, about 6 × 10 7 / cm 2 . Since it is greatly reduced as compared with the case of using the concavo-convex processed substrate, the nitride III-V compound semiconductor layer such as the nitride III-V compound semiconductor layer 15 and the active layer 17 grown thereon is used. The crystallinity of this material is greatly improved, and the non-luminescent center and the like are also greatly reduced. As a result, a nitride III-V compound semiconductor light emitting diode with extremely high luminous efficiency can be obtained.

さらに、この窒化物系III−V族化合物半導体系発光ダイオードの製造に必要なエピタキシャル成長は1回で済み、しかも成長マスクが不要であるだけでなく、基板11上の凸部12は基板11上に凸部12の材料となる膜を形成し、これをエッチング、粉末ブラスト法、サンドブラスト法などにより加工するだけで形成することができるので、凹凸加工が困難なサファイア基板などの基板11の加工が不要であるため、製造工程が簡単であり、低コストで窒化物系III−V族化合物半導体系発光ダイオードを製造することができる。   Furthermore, the epitaxial growth necessary for manufacturing the nitride III-V compound semiconductor light emitting diode is only required once, and not only a growth mask is unnecessary, but also the protrusion 12 on the substrate 11 is formed on the substrate 11. Since a film that forms the material of the convex portion 12 can be formed and processed by etching, powder blasting, sand blasting, or the like, processing of the substrate 11 such as a sapphire substrate that is difficult to perform uneven processing is unnecessary. Therefore, the manufacturing process is simple, and a nitride III-V compound semiconductor light emitting diode can be manufactured at low cost.

次に、この発明の第2の実施形態による発光ダイオードの製造方法について説明する。
この第2の実施形態においては、凸部12の材料として、例えばすでに述べた電歪材料を用いる。
そして、第1の実施形態と同様に工程を進めてp側電極20まで形成した後、図25に示すように、外部から例えば基板11の主面に対して垂直方向に直流または交流の電界Eを印加することにより、凸部12に電歪を発生させる。例えば、凸部12を構成する電歪材料としてFeを微量添加したBaTiO3 を用い、そのc軸方向が基板11の主面に対して垂直方向を向いている場合、200V/mmの電界を印加することによりこのc軸方向、すなわち基板11の主面に対して垂直方向に最大で約0.75%(0.0075)もの極めて大きな電歪を発生させることができ、これに応じて凸部12はこの基板11の主面に対して垂直方向に伸長する。図25において、伸長後の凸部12を一点鎖線で示す。したがって、この凸部12の上下の基板11と窒化物系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との間にこれらを互いに離す方向の力が働く。これと同時に、凸部12と基板11との間にこれらを互いに離す方向の力が働く。この結果、図22に示すと同様に、基板11を窒化物系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から剥離することができる。
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。
Next explained is a manufacturing method of the light emitting diode according to the second embodiment of the invention.
In the second embodiment, as the material of the convex portion 12, for example, the electrostrictive material described above is used.
Then, after the process is advanced to the p-side electrode 20 in the same manner as in the first embodiment, as shown in FIG. 25, for example, a DC or AC electric field E perpendicular to the main surface of the substrate 11 from the outside. Is applied to generate electrostriction in the convex portion 12. For example, when BaTiO 3 to which a small amount of Fe is added is used as the electrostrictive material constituting the convex portion 12 and the c-axis direction is perpendicular to the main surface of the substrate 11, an electric field of 200 V / mm is applied. As a result, an extremely large electrostriction of about 0.75% (0.0075) in the c-axis direction, that is, the direction perpendicular to the main surface of the substrate 11 can be generated. 12 extends in a direction perpendicular to the main surface of the substrate 11. In FIG. 25, the extended convex portion 12 is indicated by a one-dot chain line. Therefore, the substrate 11 above and below the convex portion 12, the nitride III-V compound semiconductor layer 15, the n-type nitride III-V compound semiconductor layer 16, the active layer 17, and the p-type nitride III-V. A force in the direction of separating them from each other acts between the group compound semiconductor layers 18. At the same time, a force is exerted between the convex portion 12 and the substrate 11 in a direction to separate them from each other. As a result, as shown in FIG. 22, the substrate 11 is made of the nitride III-V compound semiconductor layer 15, the n-type nitride III-V compound semiconductor layer 16, the active layer 17, and the p-type nitride III. It can be peeled from the group V compound semiconductor layer 18.
Other than the above are the same as in the first embodiment.
According to the second embodiment, the same advantages as those of the first embodiment can be obtained.

次に、この発明の第3の実施形態による発光ダイオードの製造方法について説明する。
この第3の実施形態においては、凸部12の材料として、すでに述べた水素吸蔵合金を用い、具体的には、例えばPd系合金などを用いる。
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の成長まで終了した後、p型窒化物系III−V族化合物半導体層18上にリソグラフィーにより、凸部12の上の部分の貫通転位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、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p型窒化物系III−V族化合物半導体層18、活性層17、n型窒化物系III−V族化合物半導体層16および窒化物系III−V族化合物半導体層15を順次エッチングすることで、図26に示すように、溝24を形成し、この溝24の内部に凸部12を露出させる。こうして溝24を形成することにより、この溝24の部分にあった貫通転位19が除去される。必要に応じて、凹部13の上の部分にも溝24を形成し、この溝24の部分にあった貫通転位19を除去するようにしてもよい。
Next explained is a manufacturing method of the light emitting diode according to the third embodiment of the invention.
In the third embodiment, the hydrogen storage alloy already described is used as the material of the convex portion 12, and specifically, for example, a Pd-based alloy or the like is used.
Then, the process proceeds in the same manner as in the first embodiment to finish the growth of the p-type nitride III-V compound semiconductor layer 18, and then lithography is performed on the p-type nitride III-V compound semiconductor layer 18. Thus, a resist pattern (not shown) having a predetermined shape with an opening corresponding to the predetermined portion including the threading dislocation 19 above the convex portion 12 is formed, and using this resist pattern as a mask, for example, p-type by RIE method. The nitride-based III-V compound semiconductor layer 18, the active layer 17, the n-type nitride-based III-V compound semiconductor layer 16 and the nitride-based III-V compound semiconductor layer 15 are sequentially etched, so that FIG. As shown in FIG. 4, a groove 24 is formed, and the convex portion 12 is exposed inside the groove 24. By forming the groove 24 in this way, the threading dislocation 19 in the groove 24 is removed. If necessary, a groove 24 may be formed also in the upper part of the recess 13 and the threading dislocation 19 in the part of the groove 24 may be removed.

次に、こうして発光ダイオード構造を形成する窒化物系III−V族化合物半導体層に溝24を形成した基板11を図示省略した処理容器内に入れ、この処理容器内に水素ガスを導入して所定の圧力の水素ガス雰囲気を形成し、溝24を通して凸部12を構成する水素吸蔵合金に水素を吸蔵させて膨張させる。これによって、凸部12はこの基板11の主面に対して垂直方向に伸長する。したがって、この凸部12の上下の基板11と窒化物系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との間にこれらを互いに離す方向の力が働く。これと同時に、凸部12と基板11との間にこれらを互いに離す方向の力が働く。この結果、図27に示すように、基板11を窒化物系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から剥離することができる。
次に、溝24の内部を例えばSiO2 などの絶縁材料(図示せず)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、p型窒化物系III−V族化合物半導体層18上にp側電極20を形成する。
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。
Next, the substrate 11 in which the grooves 24 are formed in the nitride III-V compound semiconductor layer thus forming the light emitting diode structure is placed in a processing container (not shown), and hydrogen gas is introduced into the processing container to obtain a predetermined value. A hydrogen gas atmosphere at a pressure of 1 mm is formed, and hydrogen is occluded and expanded by the hydrogen occlusion alloy constituting the convex portion 12 through the groove 24. As a result, the convex portion 12 extends in a direction perpendicular to the main surface of the substrate 11. Therefore, the substrate 11 above and below the convex portion 12, the nitride III-V compound semiconductor layer 15, the n-type nitride III-V compound semiconductor layer 16, the active layer 17, and the p-type nitride III-V. A force in the direction of separating them from each other acts between the group compound semiconductor layers 18. At the same time, a force is exerted between the convex portion 12 and the substrate 11 in a direction to separate them from each other. As a result, as shown in FIG. 27, the substrate 11 is made of a nitride III-V compound semiconductor layer 15, an n-type nitride III-V compound semiconductor layer 16, an active layer 17, and a p-type nitride III- It can be peeled from the group V compound semiconductor layer 18.
Next, the inside of the trench 24 is filled with an insulating material (not shown) such as SiO 2 to planarize the entire surface of the p-type nitride III-V compound semiconductor layer 18.
Next, the p-side electrode 20 is formed on the p-type nitride III-V compound semiconductor layer 18.
Other than the above are the same as in the first embodiment.
According to the third embodiment, the same advantages as those of the first embodiment can be obtained.

次に、この発明の第4の実施形態による発光ダイオードの製造方法について説明する。
この第4の実施形態においては、凸部12の材料として、すでに述べた酸化、窒化、硫化またはリチウム化することが可能な材料を用いる。
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の成長まで終了した後、第3の実施形態と同様にして、図28に示すように、凸部12の上の部分に溝24が形成され、この溝24の部分にあった貫通転位19が除去される。図28に示すように、凹部13の上の部分にも溝24を形成し、この溝24の部分にあった貫通転位19を除去するようにしてもよい。
Next explained is a manufacturing method of the light emitting diode according to the fourth embodiment of the invention.
In the fourth embodiment, the material that can be oxidized, nitrided, sulfided, or lithiated as described above is used as the material of the convex portion 12.
Then, the process proceeds in the same manner as in the first embodiment and is completed until the growth of the p-type nitride-based III-V compound semiconductor layer 18, and then, as in the third embodiment, as shown in FIG. Then, a groove 24 is formed in the portion above the convex portion 12, and the threading dislocation 19 in the groove 24 portion is removed. As shown in FIG. 28, a groove 24 may be formed in the upper part of the recess 13 and the threading dislocation 19 in the groove 24 part may be removed.

次に、発光ダイオード構造を形成する窒化物系III−V族化合物半導体層に溝24を形成した基板11を図示省略した処理容器内に入れ、この処理容器内において凸部12を気相または液相で酸化、窒化、硫化またはリチウム化することで膨張させる。例えば、凸部12の材料としてアモルファスSiを用いた場合にはこのアモルファスSiを酸素などの酸化性雰囲気に晒して酸化し、または、アンモニアや窒素などの窒化性雰囲気に晒して窒化することによりSiO2 またはSiNに変化させる。また、例えば、凸部12の材料としてアモルファスSiまたはMoを用いた場合にはこのアモルファスSiまたはMoを硫化することによりSiS2 またはMoS2 に変化させる。図29に示すように、こうして凸部12の少なくとも一部が酸化、窒化、硫化またはリチウム化されて酸化層、窒化層、硫化層またはリチウム化層からなる反応層25が形成されることにより凸部12が全体として膨張し、凸部12はこの基板11の主面に対して垂直方向に伸長する。したがって、この凸部12の上下の基板11と窒化物系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との間にこれらを互いに離す方向の力が働く。これと同時に、凸部12と基板11との間にこれらを互いに離す方向の力が働く。この結果、基板11を窒化物系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から剥離することができる。 Next, the substrate 11 in which the grooves 24 are formed in the nitride-based III-V compound semiconductor layer forming the light emitting diode structure is placed in a processing container (not shown), and the convex portion 12 is formed in the gas phase or liquid in the processing container. It expands by oxidizing, nitriding, sulfiding or lithiating in the phase. For example, when amorphous Si is used as the material of the convex portion 12, the amorphous Si is oxidized by exposing it to an oxidizing atmosphere such as oxygen or nitriding by exposing it to a nitriding atmosphere such as ammonia or nitrogen. 2 or SiN. For example, when amorphous Si or Mo is used as the material of the convex portion 12, the amorphous Si or Mo is changed to SiS 2 or MoS 2 by sulfidation. As shown in FIG. 29, at least a part of the projection 12 is oxidized, nitrided, sulfided or lithiated to form a reaction layer 25 composed of an oxide layer, nitride layer, sulfide layer or lithiated layer. The portion 12 expands as a whole, and the convex portion 12 extends in a direction perpendicular to the main surface of the substrate 11. Therefore, the substrate 11 above and below the convex portion 12, the nitride III-V compound semiconductor layer 15, the n-type nitride III-V compound semiconductor layer 16, the active layer 17, and the p-type nitride III-V. A force in the direction of separating them from each other acts between the group compound semiconductor layers 18. At the same time, a force is exerted between the convex portion 12 and the substrate 11 in a direction to separate them from each other. As a result, the substrate 11 is separated from the nitride III-V compound semiconductor layer 15, the n-type nitride III-V compound semiconductor layer 16, the active layer 17, and the p-type nitride III-V compound semiconductor layer 18. Can be peeled off.

上記の凸部12の酸化、窒化、硫化またはリチウム化を行った後、必要に応じて、図30に示すように、基板11の裏面側から、基板11を透過し、かつ、凸部12により吸収される波長のレーザ光26を照射(レーザアブレーション)することにより、凸部12のうち酸化、窒化、硫化またはリチウム化しきれなかった部分を加熱して膨張または溶解させることにより基板11を剥離するようにしてもよい。このレーザ光26としては、例えばエキシマーレーザによる紫外レーザ光を用いることができる。
次に、溝24の内部を例えばSiO2 などの絶縁材料により埋め込み、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、p型窒化物系III−V族化合物半導体層18上にp側電極20を形成する。
上記以外のことは第1の実施形態と同様である。
この第4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。
After performing the oxidation, nitridation, sulfidation or lithiation of the convex portion 12 as described above, as shown in FIG. 30, the substrate 11 is transmitted from the back side of the substrate 11 and is projected by the convex portion 12. By irradiation (laser ablation) with a laser beam 26 having an absorbed wavelength, the portion of the convex portion 12 that has not been oxidized, nitrided, sulfided, or lithiated is heated to expand or dissolve, thereby peeling the substrate 11. You may do it. As this laser beam 26, for example, an ultraviolet laser beam by an excimer laser can be used.
Next, the inside of the groove 24 is filled with an insulating material such as SiO 2, and the entire surface of the p-type nitride III-V compound semiconductor layer 18 is planarized.
Next, the p-side electrode 20 is formed on the p-type nitride III-V compound semiconductor layer 18.
Other than the above are the same as in the first embodiment.
According to the fourth embodiment, the same advantages as those of the first embodiment can be obtained.

次に、この発明の第5の実施形態による発光ダイオードの製造方法について説明する。
この第5の実施形態においては、凸部12の材料として、光を吸収する材料を用い、具体的には、例えばSiを用いる。
そして、第1の実施形態と同様に工程を進めてp側電極20の形成まで終了した後、図31に示すように、基板11の裏面側から、基板11を透過し、かつ、凸部12により吸収される波長のレーザ光26を照射し、凸部12に吸収させる。例えば、凸部12の材料としてSiを用いる場合、このレーザ光26としては例えばエキシマーレーザによる紫外レーザ光を用いることができる。こうしてレーザ光26が照射された凸部12は加熱されて膨張または溶融し、この基板11の主面に対して垂直方向に伸長する。図31において、伸長後の凸部12を一点鎖線で示す。したがって、凸部12の上下の基板11と窒化物系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との間には、これらを離す方向に大きな力がかかることになる。このように大きな力が働くことにより、基板11の凹部13の底面から窒化物系III−V族化合物半導体層15が剥離し、併せて凸部13の底面も基板11から剥離する。こうして、図22に示すと同様に、基板11を窒化物系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から剥離することができる。
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。
Next explained is a manufacturing method of the light emitting diode according to the fifth embodiment of the invention.
In the fifth embodiment, a material that absorbs light is used as the material of the convex portion 12, and specifically, for example, Si is used.
And after advancing a process similarly to 1st Embodiment and complete | finishing to formation of the p side electrode 20, as shown in FIG. 31, it permeate | transmits the board | substrate 11 from the back surface side of the board | substrate 11, and is the convex part 12. The laser beam 26 having a wavelength that is absorbed by the laser beam 26 is irradiated and absorbed by the convex portion 12. For example, when Si is used as the material of the convex portion 12, for example, an ultraviolet laser beam by an excimer laser can be used as the laser beam 26. Thus, the convex portion 12 irradiated with the laser beam 26 is heated to expand or melt, and extends in a direction perpendicular to the main surface of the substrate 11. In FIG. 31, the convex part 12 after extending | stretching is shown with a dashed-dotted line. Accordingly, the substrate 11 above and below the protrusion 12 and the nitride-based III-V compound semiconductor layer 15, the n-type nitride-based III-V compound semiconductor layer 16, the active layer 17, and the p-type nitride-based III-V group. A large force is applied to the compound semiconductor layer 18 in the direction of separating them. By such a large force acting, the nitride III-V compound semiconductor layer 15 peels from the bottom surface of the recess 13 of the substrate 11, and the bottom surface of the projection 13 also peels from the substrate 11. Thus, as shown in FIG. 22, the substrate 11 is made of the nitride-based III-V compound semiconductor layer 15, the n-type nitride-based III-V compound semiconductor layer 16, the active layer 17, and the p-type nitride-based III- It can be peeled from the group V compound semiconductor layer 18.
Other than the above are the same as in the first embodiment.
According to the fifth embodiment, advantages similar to those of the first embodiment can be obtained.

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の横方向成長を行うが、図32Aに示すように、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、会合する前に成長を終了する。
次に、図32Bに示すように、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の間の隙間を通して凸部12をウエットエッチングなどによりエッチング除去する。こうして凸部12が除去された部分には空洞27が形成される。
次に、図33Aに示すように、第1の実施形態と同様にして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。
次に、図33Bに示すように、基板11の裏面側から、基板11を透過する波長のレーザ光26を照射し、基板11と窒化物系III−V族化合物半導体層15との界面近傍を加熱する。このレーザ光26としては、例えばエキシマーレーザによる紫外レーザ光を用いることができる。これによって、図33Bに示すように、基板11を窒化物系III−V族化合物半導体層15から剥離することができる。
上記以外のことは第1の実施形態と同様である。
この第6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。
なお、図33AおよびBでは、窒化物系III−V族化合物半導体層15の間には、剥離するまで完全に隙間がある構造が示されているが、この剥離形態以外にも、図32Bに示す形態を経た後、窒化物系III−V族化合物半導体層15の横方向成長によって会合させ、窒化物系III−V族化合物半導体層15と基板11とによって完全に空洞27を孤立させてから、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を順次成長させた形態をとってもよい。
Next explained is the sixth embodiment of the invention.
In the sixth embodiment, the nitride-based III-V compound semiconductor layer 15 is laterally grown in the same manner as in the first embodiment. However, as shown in FIG. The nitride-based III-V group compound semiconductor layers 15 contact each other on the projections 12 and finish the growth before associating.
Next, as shown in FIG. 32B, the protrusions 12 are etched away by wet etching or the like through the gaps between the nitride-based III-V compound semiconductor layers 15 grown from the adjacent recesses 13. Thus, a cavity 27 is formed in the portion where the convex portion 12 is removed.
Next, as shown in FIG. 33A, as in the first embodiment, the n-type nitride III-V compound semiconductor layer 16, the active layer 17, and the p-type nitride III-V compound semiconductor layer 18 are used. Grow sequentially.
Next, as shown in FIG. 33B, laser light 26 having a wavelength that passes through the substrate 11 is irradiated from the back surface side of the substrate 11, and the vicinity of the interface between the substrate 11 and the nitride III-V compound semiconductor layer 15 is observed. Heat. As this laser beam 26, for example, an ultraviolet laser beam by an excimer laser can be used. Thereby, as shown in FIG. 33B, the substrate 11 can be peeled from the nitride-based III-V compound semiconductor layer 15.
Other than the above are the same as in the first embodiment.
According to the sixth embodiment, the same advantages as those of the first embodiment can be obtained.
33A and 33B show a structure in which there is a complete gap between the nitride-based III-V group compound semiconductor layers 15 until they are peeled off. After passing through the form shown, the nitride group III-V compound semiconductor layer 15 is associated by lateral growth, and the cavity 27 is completely isolated by the nitride group III-V compound semiconductor layer 15 and the substrate 11. Alternatively, the n-type nitride III-V compound semiconductor layer 16, the active layer 17, and the p-type nitride III-V compound semiconductor layer 18 may be sequentially grown.

次に、この発明の第7の実施形態について説明する。
この第7の実施形態においては、第6の実施形態と同様にして凸部12の除去まで終了した後、図34Aに示すように、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の間の隙間を絶縁体28により埋め込んで蓋をする。この絶縁体28としては、例えば、SOG(Spin on Glass)などの塗布型絶縁膜を用いることができるが、これに限定されるものではない。
次に、図34Bに示すように、第1の実施形態と同様にして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。
次に、図35に示すように、基板11の裏面側から、基板11を透過する波長のレーザ光26を照射し、基板11と窒化物系III−V族化合物半導体層15との界面近傍を加熱し、膨張または溶融させることにより、基板11を窒化物系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から剥離する。レーザ光26としては、例えばエキシマーレーザによる紫外レーザ光を用いることができる。
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。
Next explained is the seventh embodiment of the invention.
In the seventh embodiment, the nitride-based III-V group compound grown from the adjacent concave portion 13 as shown in FIG. 34A after finishing the removal of the convex portion 12 in the same manner as in the sixth embodiment. The gap between the semiconductor layers 15 is filled with an insulator 28 and covered. As the insulator 28, for example, a coating type insulating film such as SOG (Spin on Glass) can be used, but is not limited thereto.
Next, as shown in FIG. 34B, the n-type nitride III-V compound semiconductor layer 16, the active layer 17, and the p-type nitride III-V compound semiconductor layer 18 are the same as in the first embodiment. Grow sequentially.
Next, as shown in FIG. 35, a laser beam 26 having a wavelength that passes through the substrate 11 is irradiated from the back surface side of the substrate 11, and the vicinity of the interface between the substrate 11 and the nitride III-V compound semiconductor layer 15 is observed. By heating, expanding or melting, the substrate 11 is nitrided III-V compound semiconductor layer 15, n-type nitride III-V compound semiconductor layer 16, active layer 17 and p-type nitride III- Peel from the group V compound semiconductor layer 18. As the laser beam 26, for example, an ultraviolet laser beam using an excimer laser can be used.
Other than the above are the same as in the first embodiment.
According to the seventh embodiment, the same advantages as those of the first embodiment can be obtained.

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6の実施形態と同様にして凸部12の除去まで終了した後、図36Aに示すように、この凸部12の除去により形成された空洞27に光吸収材料29を埋め込み、さらに隣接する凹部13から成長した窒化物系III−V族化合物半導体層15の間の隙間を絶縁体28により埋め込んで蓋をする。光吸収材料29としては、例えば、Si系材料を用いることができる。
次に、図36Bに示すように、第1の実施形態と同様にして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。
次に、図37に示すように、基板11の裏面側から、基板11を透過し、光吸収材料29により吸収される波長のレーザ光26を照射し、光吸収材料29を加熱し、膨張または溶解させることにより、基板11を窒化物系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から剥離する。レーザ光26としては、例えばエキシマーレーザによる紫外レーザ光を用いることができる。
上記以外のことは第1の実施形態と同様である。
この第8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。
Next, an eighth embodiment of the invention will be described.
In the eighth embodiment, after the removal of the convex portion 12 is completed in the same manner as in the sixth embodiment, light is absorbed in the cavity 27 formed by the removal of the convex portion 12 as shown in FIG. 36A. A material 29 is embedded, and a gap between the nitride-based III-V compound semiconductor layers 15 grown from the adjacent recesses 13 is embedded with an insulator 28 and covered. As the light absorbing material 29, for example, a Si-based material can be used.
Next, as shown in FIG. 36B, the n-type nitride III-V compound semiconductor layer 16, the active layer 17, and the p-type nitride III-V compound semiconductor layer 18 are the same as in the first embodiment. Grow sequentially.
Next, as shown in FIG. 37, from the back surface side of the substrate 11, the laser light 26 having a wavelength that is transmitted through the substrate 11 and absorbed by the light absorbing material 29 is irradiated, the light absorbing material 29 is heated, expanded, By dissolving the substrate 11, the nitride III-V compound semiconductor layer 15, the n-type nitride III-V compound semiconductor layer 16, the active layer 17, and the p-type nitride III-V compound semiconductor layer are formed. Peel from 18. As the laser beam 26, for example, an ultraviolet laser beam using an excimer laser can be used.
Other than the above are the same as in the first embodiment.
According to the eighth embodiment, the same advantages as those of the first embodiment can be obtained.

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7の実施形態と同様にしてp側電極20の形成まで終了した後、図38に示すように、このp側電極20、p型窒化物系III−V族化合物半導体層18および活性層17をRIE法などにより順次エッチングして開口30を形成し、この開口30内にn型窒化物系III−V族化合物半導体層16を露出させる。次に、この開口30内を埋め込み、p側電極20を覆うようにSiO2 膜などの絶縁膜31を形成する。次に、この絶縁膜31のうちの開口30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32を形成し、このコンタクトホール32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31のうちのp側電極20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33を形成し、このコンタクトホール33内にp側電極20を露出させる。次に、コンタクトホール32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21を形成するとともに、コンタクトホール33を通じてp側電極20上に電極34を形成する。
Next, a ninth embodiment of the invention will be described.
In the ninth embodiment, after the formation of the p-side electrode 20 is completed as in the seventh embodiment, as shown in FIG. 38, the p-side electrode 20, the p-type nitride III-V The group compound semiconductor layer 18 and the active layer 17 are sequentially etched by the RIE method or the like to form an opening 30, and the n-type nitride III-V group compound semiconductor layer 16 is exposed in the opening 30. Next, an insulating film 31 such as a SiO 2 film is formed so as to fill the opening 30 and cover the p-side electrode 20. Next, a contact hole 32 is formed by selectively etching a portion of the opening 30 in the insulating film 31, and the n-type nitride III-V compound semiconductor layer 16 is exposed in the contact hole 32. Let Further, a contact hole 33 is formed by selectively etching a predetermined portion of the insulating film 31 on the p-side electrode 20, and the p-side electrode 20 is exposed in the contact hole 33. Next, the n-side electrode 21 is formed on the n-type nitride III-V compound semiconductor layer 16 through the contact hole 32, and the electrode 34 is formed on the p-side electrode 20 through the contact hole 33.

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35の一主面上に、発光ダイオードのn側電極21および電極34に対応する位置に電極35a、35bが形成されたものを別途用意し、この配線基板35の電極35a、35bをn側電極21および電極34とそれぞれ対向させ、図38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35を一体化した発光ダイオードが得られる。   Next, electrodes 35a and 35b were formed on positions corresponding to the n-side electrode 21 and the electrode 34 of the light emitting diode on one main surface of the wiring substrate 35 such as a printed wiring board on which the light emitting diode driving circuit and the like were formed. Separately, the electrodes 35a and 35b of the wiring substrate 35 are made to face the n-side electrode 21 and the electrode 34, respectively, and these are crimped and joined as shown in FIG. Thus, a light emitting diode integrated with the wiring board 35 is obtained.

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7の実施形態と同様にして基板11を窒化物系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から剥離した後、図39に示すように、剥離面の凹部(凸部12が除去された部分)にn側電極21を埋め込む。
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35の一主面上に電極35a、35bが形成されたものを別途用意し、発光ダイオードのp側電極20に対応する位置にこの配線基板35の電極35bを対向させ、図39に示すように、これらを圧着して接合する。電極35aとn側電極21との間はワイヤボンディングする。こうして、配線基板35を一体化した発光ダイオードが得られる。
Next explained is the tenth embodiment of the invention.
In the tenth embodiment, the substrate 11 is made of a nitride III-V compound semiconductor layer 15, an n-type nitride III-V compound semiconductor layer 16, and an active layer 17 as in the seventh embodiment. Then, after peeling from the p-type nitride III-V compound semiconductor layer 18, as shown in FIG. 39, the n-side electrode 21 is embedded in the concave portion (the portion from which the convex portion 12 is removed) of the peeling surface.
Next, an electrode having electrodes 35a and 35b formed on one main surface of a wiring board 35 such as a printed wiring board on which a light emitting diode driving circuit is formed is prepared separately, and corresponds to the p-side electrode 20 of the light emitting diode. The electrode 35b of the wiring board 35 is made to face the position, and these are crimped and joined as shown in FIG. Wire bonding is performed between the electrode 35a and the n-side electrode 21. Thus, a light emitting diode integrated with the wiring board 35 is obtained.

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、第1〜第5の実施形態のいずれかと同様にしてp型窒化物系III−V族化合物半導体層18の成長まで終了する。
次に、図40Aに示すように、p型窒化物系III−V族化合物半導体層18の表面に活性層17からの光を散乱し、光取り出し効率の向上を図るための表面テクスチャ51を形成するとともに、凹部13の上方の部分におけるp型窒化物系III−V族化合物半導体層18上にp側電極20を形成する。表面テクスチャ51は、例えば、p型窒化物系III−V族化合物半導体層18の表面を加工することにより形成される凹凸構造や、p型窒化物系III−V族化合物半導体層18上に誘電体膜などを形成し、これをパターニングすることにより形成される凹凸構造などであるが、これに限定されるものではない。
次に、図40Bに示すように、基板11を裏面側から研磨などにより加工し、基板11の厚さをλ/4n(λは発光ダイオードの発光波長、nは基板11の屈折率)またはその整数倍とする。
Next, an eleventh embodiment of the present invention will be described.
In the eleventh embodiment, the process is completed until the growth of the p-type nitride III-V compound semiconductor layer 18 in the same manner as in any of the first to fifth embodiments.
Next, as shown in FIG. 40A, the surface texture 51 for scattering the light from the active layer 17 on the surface of the p-type nitride III-V compound semiconductor layer 18 and improving the light extraction efficiency is formed. At the same time, the p-side electrode 20 is formed on the p-type nitride-based III-V compound semiconductor layer 18 in the portion above the recess 13. The surface texture 51 is, for example, an uneven structure formed by processing the surface of the p-type nitride III-V compound semiconductor layer 18 or a dielectric on the p-type nitride III-V compound semiconductor layer 18. The concavo-convex structure is formed by forming a body film or the like and patterning it, but is not limited thereto.
Next, as shown in FIG. 40B, the substrate 11 is processed by polishing or the like from the back side, and the thickness of the substrate 11 is set to λ / 4n (λ is the emission wavelength of the light-emitting diode, n is the refractive index of the substrate 11) or its Integer multiple.

次に、第1〜第5の実施形態のいずれかと同様にして凸部12の伸長、膨張また溶融などを起こさせることにより基板11を剥離するが、この場合、図41Aに示すように、この基板11は凸部12に対応する部分のみ部分的に剥離し、その他の部分は窒化物系III−V族化合物半導体層15と結合したままとする。凸部12は基板11を部分的に剥離する際に一緒に剥離することもあるし、剥離しないで残存することもあるが、凸部12が残存する場合にはこの凸部12をエッチングなどにより除去する。
次に、図41Bに示すように、基板11の裏面側から真空蒸着法やスパッタリング法などにより全面にn側電極形成用の金属を堆積させることにより、基板11が除去された部分を埋め込むようにn側電極21を形成する。
こうして発光ダイオードが製造される。
次に、図42に示すように、この発光ダイオードのn側電極21に支持基板22をその上の金属電極23を介して取り付けて接合する。この場合、n側電極21と金属電極23とが接合された構造、すなわち金属と金属とが接合された構造となる。支持基板22としては放熱性が良好なものが望ましい。
この第11の実施形態によれば、図42に示すように、活性層17からの光は、剥離せず残った基板11を通ってn側電極21に入射し、その表面で反射されることにより、このn側電極21はいわゆるODR電極として働くため、表面テクスチャ51と相まってp型窒化物系III−V族化合物半導体層18の表面から外部に効率的に取り出される。このため、発光ダイオードの光取り出し効率の大幅な向上を図ることができる。また、p側電極20は、凸部12が除去された部分に埋め込まれたn側電極21の凸部に対してこの凸部のピッチの半分の距離だけ水平方向にずれた位置に形成されているため、発光ダイオードの動作時にp側電極20とn側電極21との間に流れる電流は、図42に示すように水平方向に広がって流れ、したがっていわゆるカレントクラウディング(current crowding)現象の発生を防止することができる。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。
Next, as in any of the first to fifth embodiments, the substrate 11 is peeled off by causing the protrusion 12 to elongate, expand, melt, etc. In this case, as shown in FIG. 41A, The substrate 11 is partially peeled only at the portion corresponding to the convex portion 12, and the other portion remains bonded to the nitride-based III-V compound semiconductor layer 15. The convex portion 12 may be peeled together when the substrate 11 is partially peeled, or may remain without being peeled off. However, if the convex portion 12 remains, the convex portion 12 is removed by etching or the like. Remove.
Next, as shown in FIG. 41B, a metal for forming an n-side electrode is deposited on the entire surface from the back surface side of the substrate 11 by a vacuum evaporation method, a sputtering method, or the like, so that the portion where the substrate 11 is removed is embedded. An n-side electrode 21 is formed.
Thus, a light emitting diode is manufactured.
Next, as shown in FIG. 42, a support substrate 22 is attached to and bonded to the n-side electrode 21 of the light emitting diode via a metal electrode 23 thereon. In this case, a structure in which the n-side electrode 21 and the metal electrode 23 are joined, that is, a structure in which a metal and a metal are joined is obtained. The support substrate 22 is preferably one having good heat dissipation.
According to the eleventh embodiment, as shown in FIG. 42, the light from the active layer 17 enters the n-side electrode 21 through the remaining substrate 11 without being peeled off, and is reflected by the surface thereof. Thus, since the n-side electrode 21 functions as a so-called ODR electrode, it is efficiently taken out from the surface of the p-type nitride III-V compound semiconductor layer 18 together with the surface texture 51. For this reason, the light extraction efficiency of the light emitting diode can be greatly improved. Further, the p-side electrode 20 is formed at a position shifted in the horizontal direction by a distance that is half the pitch of the convex portion with respect to the convex portion of the n-side electrode 21 embedded in the portion where the convex portion 12 is removed. Therefore, the current flowing between the p-side electrode 20 and the n-side electrode 21 during the operation of the light emitting diode spreads in the horizontal direction as shown in FIG. 42, so that a so-called current crowding phenomenon occurs. Can be prevented. In addition, the same advantages as those of the first embodiment can be obtained.

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、第10の実施形態と同様にしてn側電極21の形成の工程まで進めるが、この場合、図43Aに示すように、n側電極21は、基板11が除去された部分だけを埋め込むように形成することが第10の実施形態と異なる。n側電極21および基板11の外部に露出した面は互いに同一平面上にあるか、少なくともn側電極21が基板11に比べて外部に突出した構造とする。
そして、図43Bに示すように、この発光ダイオードのn側電極21に支持基板22をその上の金属電極23を介して取り付けて接合する。この場合、n側電極21および基板11と金属電極23とが接合された構造、すなわち金属と金属とが接合された部分と金属と誘電体とが接合された部分とを含む構造となる。
この第12の実施形態によれば、第11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、この場合、n側電極21と金属電極23とが全面にわたって接合した構造となっていないので、貼り合わせ時または発光ダイオードの動作中などにn側電極21と金属電極23との間で熱などによる金属の相互拡散が起き、n側電極21の反射率が劣化するなどの問題がなくなるか、大幅に改善される。
Next, a twelfth embodiment of the invention is described.
In the twelfth embodiment, the process proceeds to the step of forming the n-side electrode 21 as in the tenth embodiment. In this case, as shown in FIG. 43A, the n-side electrode 21 is removed by the substrate 11. It differs from the tenth embodiment in that it is formed so as to embed only the portion that has been made. The n-side electrode 21 and the surface exposed to the outside of the substrate 11 are on the same plane, or at least the n-side electrode 21 protrudes to the outside as compared with the substrate 11.
Then, as shown in FIG. 43B, a support substrate 22 is attached to and bonded to the n-side electrode 21 of the light-emitting diode via a metal electrode 23 thereon. In this case, the structure includes a structure in which the n-side electrode 21 and the substrate 11 and the metal electrode 23 are bonded, that is, a structure including a portion in which the metal and the metal are bonded and a portion in which the metal and the dielectric are bonded.
According to the twelfth embodiment, the same advantages as those of the eleventh embodiment can be obtained, and the following advantages can be obtained. That is, in this case, since the n-side electrode 21 and the metal electrode 23 are not joined over the entire surface, heat is applied between the n-side electrode 21 and the metal electrode 23 during bonding or during operation of the light emitting diode. As a result, problems such as interdiffusion of metals due to the above and the deterioration of the reflectance of the n-side electrode 21 are eliminated or greatly improved.

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青色発光の発光ダイオードをフリップチップの形で得る。同様にして、緑色発光の発光ダイオードをフリップチップの形で得る。一方、赤色発光の発光ダイオードとしては、n型GaAs基板上にAlGaInP系半導体層を積層してダイオード構造を形成し、その上部にp側電極を形成する工程を経る、AlGaInP系発光ダイオードをチップの形で用いるものとする。
Next, a thirteenth embodiment of the invention is described.
In the thirteenth embodiment, in addition to the blue light emitting diode and the green light emitting diode obtained by the method according to the first embodiment, a separately prepared red light emitting diode (for example, an AlGaInP light emitting diode) is provided. A case where a light-emitting diode backlight is manufactured using the same will be described.
A blue light emitting diode is obtained in the form of a flip chip by the method according to the first embodiment. Similarly, a green light emitting diode is obtained in the form of a flip chip. On the other hand, as a red light emitting diode, an AlGaInP light emitting diode is formed by stacking an AlGaInP semiconductor layer on an n-type GaAs substrate to form a diode structure and forming a p-side electrode thereon. It shall be used in the form.

そして、図44に示すように、配線基板61上に上述のような赤色発光の発光ダイオードチップ63、緑色発光の発光ダイオードチップ64および青色発光の発光ダイオードチップ65を一単位(セル)とし、これを所定のパターンで必要な数配置する。次に、この一単位を覆うように透明樹脂のポッティングを行った後、この透明樹脂のキュア処理を行う。このキュア処理により透明樹脂は固化し、それに伴い少し縮小する。こうして、図45に示すように、赤色発光の発光ダイオードチップ63、緑色発光の発光ダイオードチップ64および青色発光の発光ダイオードチップ65を一単位としたものが透明樹脂68により封止されて配線基板61上にアレイ状に配列された発光ダイオードバックライトが得られる。
この発光ダイオードバックライトは、例えば液晶パネルのバックライトに用いて好適なものである。
As shown in FIG. 44, a red light emitting diode chip 63, a green light emitting diode chip 64, and a blue light emitting diode chip 65 as described above are formed as one unit (cell) on the wiring board 61. Are arranged in a predetermined pattern as necessary. Next, after potting the transparent resin so as to cover this one unit, the transparent resin is cured. By this curing process, the transparent resin is solidified and is slightly reduced accordingly. Thus, as shown in FIG. 45, the red light emitting diode chip 63, the green light emitting diode chip 64, and the blue light emitting diode chip 65 as a unit are sealed with the transparent resin 68, and the wiring board 61 is sealed. A light-emitting diode backlight arranged in an array is obtained.
This light emitting diode backlight is suitable for use in a backlight of a liquid crystal panel, for example.

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、第13の実施形態と同様にして、赤色発光の発光ダイオードチップ63、緑色発光の発光ダイオードチップ64および青色発光の発光ダイオードチップ65を配線基板61上に所定のパターンで必要な数配置した後、図46に示すように、赤色発光の発光ダイオードチップ63を覆うようにこの発光ダイオードチップ63に適した透明樹脂69のポッティングを行い、緑色発光の発光ダイオードチップ64を覆うようにこの発光ダイオードチップ64に適した透明樹脂70のポッティングを行い、青色発光の発光ダイオードチップ65を覆うようにこの発光ダイオードチップ65に適した透明樹脂71のポッティングを行う。この後、透明樹脂69〜71のキュア処理を行う。このキュア処理により透明樹脂69〜71は固化し、それに伴い少し縮小する。こうして、赤色発光の発光ダイオードチップ63、緑色発光の発光ダイオードチップ64および青色発光の発光ダイオードチップ65を一単位としたものが配線基板61上にアレイ状に配列された発光ダイオードバックライトが得られる。
この発光ダイオードバックライトは、例えば液晶パネルのバックライトに用いて好適なものである。
Next, a fourteenth embodiment of the invention is described.
In the fourteenth embodiment, as in the thirteenth embodiment, a red light emitting diode chip 63, a green light emitting diode chip 64, and a blue light emitting diode chip 65 are placed on a wiring board 61 in a predetermined manner. After the necessary number of patterns are arranged, as shown in FIG. 46, a transparent resin 69 suitable for the light emitting diode chip 63 is potted so as to cover the red light emitting diode chip 63, and the green light emitting diode chip 64 is formed. The transparent resin 70 suitable for the light emitting diode chip 64 is potted so as to cover the light emitting diode chip 64, and the transparent resin 71 suitable for the light emitting diode chip 65 is potted so as to cover the blue light emitting diode chip 65. Thereafter, the curing treatment of the transparent resins 69 to 71 is performed. By this curing process, the transparent resins 69 to 71 are solidified and are slightly reduced accordingly. In this way, a light emitting diode backlight in which the red light emitting diode chip 63, the green light emitting diode chip 64, and the blue light emitting diode chip 65 as a unit are arranged in an array on the wiring board 61 is obtained. .
This light emitting diode backlight is suitable for use in a backlight of a liquid crystal panel, for example.

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47Aに示すように、この第15の実施形態においては、第13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47B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13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14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。
Next, a fifteenth embodiment of the invention is described.
In the fifteenth embodiment, a light source cell unit is manufactured by using a separately prepared red light emitting diode in addition to a blue light emitting diode and a green light emitting diode obtained by the method according to the first embodiment. The case will be described.
As shown in FIG. 47A, in the fifteenth embodiment, as in the thirteenth embodiment, a red light emitting diode chip 63, a green light emitting diode chip 64, and a blue light emitting diode chip 65 are provided. A required number of cells 75 each including at least one and arranged in a predetermined pattern are arranged on the printed wiring board 76 in a predetermined pattern. In this example, each cell 75 includes a red light emitting diode chip 63, a green light emitting diode chip 64, and a blue light emitting diode chip 65, which are arranged at the apexes of an equilateral triangle. FIG. 47B shows the cell 75 in an enlarged manner. The interval a between the red light emitting diode chip 63, the green light emitting diode chip 64, and the blue light emitting diode chip 65 in each cell 75 is, for example, 4 mm, but is not limited thereto. The interval b of the cells 75 is, for example, 30 mm, but is not limited to this. As the printed wiring board 76, for example, an FR4 (abbreviation of Flame Retardant Type 4) board, a metal core board, a flexible wiring board, or the like can be used, but any other printed wiring board having heat dissipation can be used. However, it is not limited to these. As in the thirteenth embodiment, the transparent resin 68 is potted so as to cover each cell 76, or the transparent resin is covered so as to cover the red light emitting diode chip 63 as in the fourteenth embodiment. 69, potting of the transparent resin 70 is performed so as to cover the green light emitting diode chip 64, and potting of the transparent resin 71 is performed so as to cover the blue light emitting diode chip 65. In this way, a light source cell unit is obtained in which the cells 75 including the red light emitting diode chip 63, the green light emitting diode chip 64, and the blue light emitting diode chip 65 are arranged on the printed wiring board 76.

プリント配線基板76上のセル75の配置の具体例を図48および図49に示すが、これらに限定されるものではない。図48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49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50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。
Although the specific example of arrangement | positioning of the cell 75 on the printed wiring board 76 is shown in FIG. 48 and FIG. 49, it is not limited to these. The example shown in FIG. 48 has cells 75 arranged in a 4 × 3 two-dimensional array, and the example shown in FIG. 49 has cells 75 arranged in a 6 × 2 two-dimensional array.
FIG. 50 shows another configuration example of the cell 75. In this example, the cell 75 includes one red light emitting diode chip 63, two green light emitting diode chips 64, and one blue light emitting diode chip 65, which are arranged at the apex of a square, for example. Has been. Two green light emitting diode chips 64 are arranged at the vertices of one end of one diagonal of the square, and a red light emitting light emitting diode chip 63 and a blue light emitting light emitting diode chip 65 are disposed at both ends of the other diagonal of the square. It is placed at the vertex.
By arranging one or a plurality of the light source cell units, a light emitting diode backlight suitable for use in a backlight of a liquid crystal panel, for example, can be obtained.

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、配線基板35、配線基板61およびプリント配線基板76の代わりに、図51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、例えば第1の実施形態による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。導電性基板91a、91b、91cが例えばリードフレームである場合、このリードフレームによる放熱構造の形成方法としては、例えば、金型成型時に発光ダイオード側(片側)のみが樹脂モールドされる形成方法を用いてもよいし、発光ダイオードの両側を樹脂モールドした後に片側のモールド樹脂を残すように除去する方法を用いてもよい。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、65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。
また、図51は断面図であるため図示されていないが、例えば一体モールド成型時のリードフレーム上の赤色、緑色および青色の発光ダイオードチップ63、64、65のパッケージは、例えば、少なくとも最小単位が、図47Bあるいは図50に示すセル75のような配置で、外部リード端子が3対(陽極・陰極一対)あるモールドパッケージの形態でもよい。
Next, a sixteenth embodiment of the invention is described.
In the sixteenth embodiment, instead of the wiring board 35, the wiring board 61, and the printed wiring board 76, they are electrically insulated from each other having a wiring pattern equivalent to the printed wiring board 76, as shown in FIG. One electrode side of the red light emitting diode chip 63, the green light emitting diode chip 64, and the blue light emitting diode chip 65 is directly applied to a predetermined portion of a thin conductive substrate 91a, 91b, 91c (for example, a lead frame). After mounting and wire bonding to the other electrode by the wire 67, respectively, for example, it may be molded with transparent resins 69 to 71 by an integral molding technique using a mold. Here, the light emitting diode chips 63, 64, 65 are vertical current injection type like the light emitting diode according to the first embodiment, for example. The light-emitting diode chips 63, 64, and 65 are preferably mounted in a desired arrangement and arrangement optimally designed for the purpose of early color mixing (whitening and uniformization). The light emitting diode chips 63, 64 and 65 may be integrally molded with a transparent resin 68. Of the conductive substrates 91a, 91b, 91c, the portion for mounting the light emitting diode chips 63, 64, 65 may be formed in a cup shape having an inclined surface, whereby the light extraction amount is reduced by reflection from the inclined surface. Can be increased. Further, when light is finally extracted from the light emitting diode chips 63, 64, and 65 on the conductive substrates 91a, 91b, and 91c, the light emitting diode chips 63, 64, and 65 are finally removed for the purpose of improving heat dissipation performance. Only the transparent resin 69 to 71 or the transparent resin 68 is molded so that heat is directly radiated from the conductive substrate 91 exposed to the outside on the side opposite to the light emitting diode chips 63, 64, 65. Is desirable. When the conductive substrates 91a, 91b, and 91c are, for example, lead frames, as a method for forming the heat dissipation structure using the lead frames, for example, a forming method in which only the light emitting diode side (one side) is resin-molded at the time of mold molding is used. Alternatively, a method may be used in which both sides of the light emitting diode are resin-molded and then removed so as to leave the mold resin on one side. The light emitting diode chips 63, 64, and 65 have various forms such as flip chip (without wire bonding) and face up (with wire bonding), and the light extraction side is also light emitting diode chip 63, 64, 65 side, light emission. Since there is a side opposite to the diode chips 63, 64, 65, etc., it goes without saying that the mold side and the heat dissipation side may be reversed depending on these forms.
51 is a cross-sectional view and is not shown. For example, the package of the red, green, and blue light emitting diode chips 63, 64, and 65 on the lead frame at the time of integral molding has, for example, at least the minimum unit. 47B or 50 as shown in FIG. 50, and may be in the form of a mold package having three pairs of external lead terminals (anode / cathode pair).

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16の実施形態において挙げた数値、材料、構造、形状、基板、原料、プロセス、凸部12および凹部13の方位などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、材料、構造、形状、基板、原料、プロセス、凸部12および凹部13の方位などを用いてもよい。
具体的には、例えば、上述の第1〜第16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、第1〜第16の実施形態においては、基板11上の凸部12の断面形状が台形である場合について説明したが、凸部12の断面形状は二等辺三角形はもちろん、他の断面形状であってもよい。
また、剥離を起こし易くする目的で、二重、三重に層を重ねるように凸部積層を繰り返し、所望の基板剥離パターンを形成してもよいし、部分的に凸部層の形状や積層数(繰り返し数)を変えることによって、凸部密度を一次元、二次元、三次元的に変え、所望の最終剥離形態(例えば、外的作用により発生させたひずみを基板上で部分的に制御した剥離パターン)を得るようにしてもよい。
また、必要に応じて、上述の第1〜第16の実施形態のうちの二以上を組み合わせてもよい。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described concretely, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, The various deformation | transformation based on the technical idea of this invention is possible.
For example, the numerical values, materials, structures, shapes, substrates, raw materials, processes, orientations of the convex portions 12 and the concave portions 13 and the like given in the first to sixteenth embodiments are merely examples, and if necessary, Different numerical values, materials, structures, shapes, substrates, raw materials, processes, orientations of the convex portions 12 and the concave portions 13 may be used.
Specifically, for example, in the first to sixteenth embodiments described above, the conductivity types of the p-type layer and the n-type layer may be reversed.
In the first to sixteenth embodiments, the case where the cross-sectional shape of the convex portion 12 on the substrate 11 is trapezoidal has been described. However, the cross-sectional shape of the convex portion 12 is not only an isosceles triangle but also other cross-sectional shapes. It may be.
In addition, for the purpose of facilitating peeling, the convex lamination may be repeated so that the layers are doubled and tripled to form a desired substrate peeling pattern, or the shape of the convex layer and the number of laminations are partially formed. By changing the (repetition number), the convex density is changed one-dimensionally, two-dimensionally, and three-dimensionally, and the desired final peeling form (for example, strain generated by external action is partially controlled on the substrate). A peeling pattern) may be obtained.
Moreover, you may combine 2 or more of the above-mentioned 1st-16th embodiment as needed.

この発明の実施形態において発光ダイオード構造を形成する窒化物系III−V族化合物半導体層の成長に用いる方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the method used for the growth of the nitride type III-V compound semiconductor layer which forms a light emitting diode structure in embodiment of this invention. この発明の実施形態において発光ダイオード構造を形成する窒化物系III−V族化合物半導体層の成長に用いる方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the method used for the growth of the nitride type III-V compound semiconductor layer which forms a light emitting diode structure in embodiment of this invention. この発明の実施形態において発光ダイオード構造を形成する窒化物系III−V族化合物半導体層の成長に用いる方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the method used for the growth of the nitride type III-V compound semiconductor layer which forms a light emitting diode structure in embodiment of this invention. 図1〜図3に示す窒化物系III−V族化合物半導体層の成長方法において基板上に形成する凸部の平面形状の例を示す平面図である。FIG. 4 is a plan view showing an example of a planar shape of a convex portion formed on a substrate in the method for growing a nitride III-V compound semiconductor layer shown in FIGS. 図1〜図3に示す窒化物系III−V族化合物半導体層の成長方法において基板上に形成する凸部の平面形状の例を示す平面図である。FIG. 4 is a plan view showing an example of a planar shape of a convex portion formed on a substrate in the method for growing a nitride III-V compound semiconductor layer shown in FIGS. 図1〜図3に示す窒化物系III−V族化合物半導体層の成長方法において用いる基板を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the board | substrate used in the growth method of the nitride type III-V compound semiconductor layer shown in FIGS. 図1〜図3に示す窒化物系III−V族化合物半導体層の成長方法における基板上の窒化物系III−V族化合物半導体層の成長の様子を説明するための略線図である。FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a state of growth of a nitride III-V compound semiconductor layer on a substrate in the method for growing a nitride III-V compound semiconductor layer shown in FIGS. 図1〜図3に示す窒化物系III−V族化合物半導体層の成長方法において基板上に成長させた窒化物系III−V族化合物半導体層のTEM観察により得られた転位の振る舞いを説明するための略線図である。The behavior of dislocations obtained by TEM observation of the nitride III-V compound semiconductor layer grown on the substrate in the method of growing a nitride III-V compound semiconductor layer shown in FIGS. FIG. 図1〜図3に示す窒化物系III−V族化合物半導体層の成長方法において基板上に成長させた窒化物系III−V族化合物半導体層の貫通転位の分布の例を示す略線図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of a distribution of threading dislocations in a nitride III-V compound semiconductor layer grown on a substrate in the method for growing a nitride III-V compound semiconductor layer shown in FIGS. is there. 図1〜図3に示す窒化物系III−V族化合物半導体層の成長方法において基板上に成長させた窒化物系III−V族化合物半導体層の貫通転位の分布の例を示す略線図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of a distribution of threading dislocations in a nitride III-V compound semiconductor layer grown on a substrate in the method for growing a nitride III-V compound semiconductor layer shown in FIGS. is there. 図1〜図3に示す窒化物系III−V族化合物半導体層の成長方法において基板上に成長させる窒化物系III−V族化合物半導体層の成長の様子を示す略線図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a growth state of a nitride III-V compound semiconductor layer grown on a substrate in the method for growing a nitride III-V compound semiconductor layer shown in FIGS. 図1〜図3に示す窒化物系III−V族化合物半導体層の成長方法において基板上に成長させる窒化物系III−V族化合物半導体層の転位の挙動を説明するための略線図である。FIG. 4 is a schematic diagram for explaining dislocation behavior of a nitride III-V compound semiconductor layer grown on a substrate in the method for growing a nitride III-V compound semiconductor layer shown in FIGS. . 図1〜図3に示す窒化物系III−V族化合物半導体層の成長方法において基板上に成長させる窒化物系III−V族化合物半導体層の成長初期の様子を示す図面代用写真である。FIG. 4 is a drawing-substituting photograph showing an initial growth state of a nitride III-V compound semiconductor layer grown on a substrate in the method of growing a nitride III-V compound semiconductor layer shown in FIGS. 図1〜図3に示す窒化物系III−V族化合物半導体層の成長方法において基板上に成長させる窒化物系III−V族化合物半導体層の成長初期に微小核の生成を伴わない場合の成長の様子を示す略線図である。In the growth method of the nitride-based III-V compound semiconductor layer shown in FIGS. 1 to 3, the growth of the nitride-based III-V compound semiconductor layer grown on the substrate is not accompanied by the generation of micronuclei at the initial growth stage. It is a basic diagram which shows the mode of. 図1〜図3に示す窒化物系III−V族化合物半導体層の成長方法において基板上に成長させる窒化物系III−V族化合物半導体層の成長初期に微小核の生成を伴わない場合の成長の様子を示す略線図である。In the growth method of the nitride-based III-V compound semiconductor layer shown in FIGS. 1 to 3, the growth of the nitride-based III-V compound semiconductor layer grown on the substrate is not accompanied by the generation of micronuclei at the initial growth stage. It is a basic diagram which shows the mode of. 図1〜図3に示す窒化物系III−V族化合物半導体層の成長方法と異なる成長方法を説明するための断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining a growth method different from the growth method of the nitride-based III-V compound semiconductor layer shown in FIGS. 図1〜図3に示す窒化物系III−V族化合物半導体層の成長方法と異なる成長方法を説明するための断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining a growth method different from the growth method of the nitride-based III-V compound semiconductor layer shown in FIGS. 図1〜図3に示す窒化物系III−V族化合物半導体層の成長方法と異なる成長方法を説明するための断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining a growth method different from the growth method of the nitride-based III-V compound semiconductor layer shown in FIGS. 図17および図18に示す窒化物系III−V族化合物半導体層の成長方法において基板上に成長させた窒化物系III−V族化合物半導体層のTEM観察により得られた転位の振る舞いを説明するための略線図である。The behavior of dislocations obtained by TEM observation of the nitride III-V compound semiconductor layer grown on the substrate in the method of growing a nitride III-V compound semiconductor layer shown in FIGS. 17 and 18 will be described. FIG. この発明の第1の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the light emitting diode by 1st Embodiment of this invention. この発明の第1の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the light emitting diode by 1st Embodiment of this invention. この発明の第1の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the light emitting diode by 1st Embodiment of this invention. この発明の第1の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the light emitting diode by 1st Embodiment of this invention. この発明の第1の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the light emitting diode by 1st Embodiment of this invention. この発明の第2の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the light emitting diode by 2nd Embodiment of this invention. この発明の第3の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the light emitting diode by 3rd Embodiment of this invention. この発明の第3の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the light emitting diode by 3rd Embodiment of this invention. この発明の第4の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the light emitting diode by 4th Embodiment of this invention. この発明の第4の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the light emitting diode by 4th Embodiment of this invention. この発明の第5の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the light emitting diode by 5th Embodiment of this invention. この発明の第6の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the light emitting diode by 6th Embodiment of this invention. この発明の第7の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the light emitting diode by 7th Embodiment of this invention. この発明の第7の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the light emitting diode by 7th Embodiment of this invention. この発明の第8の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the light emitting diode by 8th Embodiment of this invention. この発明の第8の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the light emitting diode by 8th Embodiment of this invention. この発明の第9の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the light emitting diode by 9th Embodiment of this invention. この発明の第9の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the light emitting diode by 9th Embodiment of this invention. この発明の第10の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the light emitting diode by 10th Embodiment of this invention. この発明の第10の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the light emitting diode by 10th Embodiment of this invention. この発明の第11の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the light emitting diode by 11th Embodiment of this invention. この発明の第11の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the light emitting diode by 11th Embodiment of this invention. この発明の第11の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the light emitting diode by 11th Embodiment of this invention. この発明の第12の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the light emitting diode by 12th Embodiment of this invention. この発明の第13の実施形態による発光ダイオードバックライトの製造方法を説明するための斜視図である。It is a perspective view for demonstrating the manufacturing method of the light emitting diode backlight by 13th Embodiment of this invention. この発明の第13の実施形態による発光ダイオードバックライトの製造方法を説明するための斜視図である。It is a perspective view for demonstrating the manufacturing method of the light emitting diode backlight by 13th Embodiment of this invention. この発明の第14の実施形態による発光ダイオードバックライトの製造方法を説明するための斜視図である。It is a perspective view for demonstrating the manufacturing method of the light emitting diode backlight by 14th Embodiment of this invention. この発明の第15の実施形態による光源セルユニットを示す平面図およびこの光源セルユニットのセルの拡大図である。It is the top view which shows the light source cell unit by 15th Embodiment of this invention, and the enlarged view of the cell of this light source cell unit. この発明の第15の実施形態による光源セルユニットの一つの具体例を示す平面図である。It is a top view which shows one specific example of the light source cell unit by 15th Embodiment of this invention. この発明の第15の実施形態による光源セルユニットの他の具体例を示す平面図である。It is a top view which shows the other specific example of the light source cell unit by 15th Embodiment of this invention. この発明の第15の実施形態による光源セルユニットのセルの他の構成例を示す平面図である。It is a top view which shows the other structural example of the cell of the light source cell unit by 15th Embodiment of this invention. この発明の第16の実施形態による発光ダイオードの製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the light emitting diode by 16th Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

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…p側電極、21…n側電極、24…溝、25…反応層、26…レーザ光、27…空洞、28…絶縁体、29…光吸収材料、32、33…コンタクトホール、35…配線基板、51…表面テクスチャ、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、91a、91b、91c…導電性基板   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Board | substrate, 12 ... Convex part, 13 ... Recessed part, 14 ... Micro nucleus, 15 ... Nitride type III-V group compound semiconductor layer, 16 ... N-type nitride type III-V group compound semiconductor layer, 17 ... Active layer 18 ... p-type nitride III-V compound semiconductor layer, 19 ... threading dislocation, 20 ... p-side electrode, 21 ... n-side electrode, 24 ... groove, 25 ... reaction layer, 26 ... laser light, 27 ... cavity 28 ... Insulator, 29 ... Light absorbing material, 32, 33 ... Contact hole, 35 ... Wiring substrate, 51 ... Surface texture, 63-65 ... Light emitting diode chip, 68-71 ... Transparent resin, 75 ... Cell, 76 ... Printed circuit board, 91a, 91b, 91c ... conductive substrate

Claims (3)

一主面に複数の凸部を有する基板であって当該凸部は磁歪材料または電歪材料からなるものを用い、当該基板の凹部に、その底面を底辺とする三角形状の断面形状となる状態を経て第1の窒化物系III−V族化合物半導体層を成長させる工程と、
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、
上記凸部に磁界または電界を印加して上記凸部に磁歪または電歪を発生させることにより上記基板を上記第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族化合物半導体層から剥離する工程とを有する発光ダイオードの製造方法。
A substrate having a plurality of convex portions on one main surface, wherein the convex portions are made of a magnetostrictive material or an electrostrictive material, and the concave portion of the substrate has a triangular cross-sectional shape with the bottom surface as the base Growing a first nitride-based III-V compound semiconductor layer via
Laterally growing a second nitride III-V compound semiconductor layer on the substrate from the first nitride III-V compound semiconductor layer;
On the second nitride III-V compound semiconductor layer, the third conductivity type third nitride III-V compound semiconductor layer, the active layer, and the second conductivity type fourth nitride. Sequentially growing a III-V compound semiconductor layer,
By applying a magnetic field or an electric field to the convex portion to generate magnetostriction or electrostriction in the convex portion, the substrate is made to be the first nitride-based III-V compound semiconductor layer and the second nitride-based III. -V compound semiconductor layer, that having a the step of peeling from the third nitride III-V compound semiconductor layer, the active layer and the fourth nitride III-V compound semiconductor layer emitting Photodiode manufacturing method.
一主面に複数の凸部を有する基板であって当該凸部は磁歪材料または電歪材料からなるものを用い、当該基板の凹部に、その底面を底辺とする三角形状の断面形状となる状態を経て第1の層を成長させる工程と、A substrate having a plurality of convex portions on one main surface, wherein the convex portions are made of a magnetostrictive material or an electrostrictive material, and the concave portion of the substrate has a triangular cross-sectional shape with the bottom surface as the base Growing the first layer via
上記第1の層から上記基板上に第2の層を横方向成長させる工程と、Laterally growing a second layer on the substrate from the first layer;
上記第2の層上に第3の層を成長させる工程と、Growing a third layer on the second layer;
上記凸部に磁界または電界を印加して上記凸部に磁歪または電歪を発生させることにより上記基板を上記第1の層、上記第2の層および上記第3の層から剥離する工程とを有する機能素子の製造方法。Peeling the substrate from the first layer, the second layer, and the third layer by applying a magnetic field or an electric field to the convex portion to generate magnetostriction or electrostriction in the convex portion. A method for manufacturing a functional element.
一主面に複数の凸部を有する基板であって当該凸部は磁歪材料または電歪材料からなるものを用い、当該基板の凹部に空隙を形成しないで当該基板上に第4の層を成長させる工程と、A substrate having a plurality of convex portions on one main surface, wherein the convex portions are made of a magnetostrictive material or an electrostrictive material, and a fourth layer is grown on the substrate without forming a void in the concave portion of the substrate. A process of
上記凸部に磁界または電界を印加して上記凸部に磁歪または電歪を発生させることにより上記基板を上記第4の層から剥離する工程とを有する機能素子の製造方法。And a step of peeling the substrate from the fourth layer by applying a magnetic field or an electric field to the convex portion to generate magnetostriction or electrostriction in the convex portion.
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