TWI300245B

TWI300245B -

Info

Publication number: TWI300245B
Application number: TW095116571A
Authority: TW
Inventors: Akira Ohmae; Shigetaka Tomiya; Yuki Maeda; Michinori Shiomi; Takaaki Ami; Takao Miyajima; Katsunori Yanashima; Takashi Tange; Atsushi Yasuda
Original assignee: Sony Corp
Priority date: 2005-05-16
Filing date: 2006-05-10
Publication date: 2008-08-21
Also published as: US7754504B2; KR101237198B1; EP1724846A2; US20060258027A1; JP2006352084A; EP1724846A3; KR20060118349A; US20100308349A1; JP5082278B2; TW200707564A

Description

1300245 九、發明說明：【發明所屬之技術領域】本發明係關於發光二極體及其製造方法、積體型發光二極體及其製造方法、氮化物III-V族化合物半導體之生長方法、光源胞單元、發光二極體背光、發光二極體顯示器以及電子機器，尤其係較佳適用於使用氮化物族化合物半^體之發光 >一極體以及使用該發光二極體之各種裝置咬機器。 > 【先前技術】使GaN (gallium nitride ,氮化鎵）半導體於藍寶石基板等不同種類基板上磊晶生長之時，兩者之晶格常數差或熱膨脹係數差較大，因此會產生結晶缺陷，特別是會高密度產生穿透位元錯。為避免該問題，先前起廣泛使用選擇橫向生長之位元錯密度減低化技術。該技術首先使GaN半導體.於藍寶石基板

等上蠢晶生長之後，自結晶生長裝置取出基板，於該GaN 半導體層上形成含有Si〇2膜等之生長膜以後，將該基板再次返回結晶生長裝置中，並使用此生長膜使半導體再次蠢晶生長。根據該技術，可減低上層GaN半導體層之位元錯密度，但疋因為必需進行兩次磊晶生長，故成本高。於疋’提出如下方法，即，預先對不同種類基板實施凹凸力再使GaN半導體於該加工基板上蟲晶生長（例如，乡…、非專利文獻1、專利文獻1、2)。該方法之概要如圖⑽ 108890.doc 1300245 所示。根據該方法，首先如圖40A所示，對c面之藍寶石基板101之一主面實施凹凸加工。符號1〇la表示凹部，101b 表示凸部。該等凹部10 la及凸部101b向藍寶石基板丨丨之 <1-100>方向延伸。其次，於該藍寶石基板1〇1上，例如，經過圖40B及圖40C所示之過程，使GaN半導體層102生長。圖40C中，虛線表示生長過程中之生長介面。此處特徵在於：例如，如圖40C所示，於凹部1 〇 1 a，在藍寶石基 φ 板101與GaN半導體層102之間形成有空隙103。圖41模式化表示藉由該方法而生長之GaN半導體層102之結晶缺陷分佈。如圖41所示，於GaN半導體層1〇2中凸部101b上之部分’自其與該凸部101b上面之介面產生於垂直方向之穿透位錯104,且形成高缺陷密度區域1〇5，凹部1〇u上方之高缺陷密度區域105之間的部分，成為低缺陷密度區域 106 〇再者，圖40C中，於藍寶石基板1〇1之凹部1〇1&内所形成 # 之空隙1〇3下部，GaN半導體層102之填入形狀為四角形，但疋有時該填入形狀亦為三角形，此時與四角形之情开厂门樣’因填入該凹部101a内之GaN半導體層ι〇2與自凸部 10lb而橫向生長之GaN半導體層102之接觸，導致有時开乂成空隙。 ^ 作為參考，圖42表示凹部l〇la及凸部i〇ib之延伸方向係與藍寶石基板101之<1-100>方向正交<11-20〉之方白夺’ GaN半導體層102之生長情形。圖43表示與上述不同之先前之生長方法（例如，表昭 > *、式寻 108890.doc 1300245 利文獻3)。#亥方法中’如圖4 3 A所示，使用凹凸加工後之藍寶石基板1〇1，於其上經過圖43B至圖43F所示之過程，使GaN半導體層102生長。該方法可在GaN半導體層1〇2與藍寶石基板101之間未形成空隙之狀態下，使GaN半導體層102生長。 [非專利文獻1]三菱電線工業時報第98號，2001年1〇月：使用LEPS法之高輸出紫外LED之開發 | [專利文獻1]日本專利特開2004-6931號公報 [專利文獻2]曰本專利特開2004-6937號公報 [專利文獻3]曰本專利特開2003-3 1 8441號公報 [發明所欲解決之問題] 圖40所示之先前之生長方法如上所述，在藍寶石基板 1〇1與GaN半導體層1〇2之間形成有空隙1〇3，但是根據本發明者等之實驗結果發現，存在如下問題，即，使GaN半導體層於GaN半導體層1〇2上生長，而形成發光二極體結 | 構時，該發光二極體之發光效率較低。其原因在於，於發光一極體動作時，自活性層產生之光，於空隙1 〇3内部多次反射，其結果使光被吸收，導致光取出效率較差。另一方面，圖43所示之先前之生長方法中，使在藍寶石基板101與GaN半導體層1〇2之間未形成空隙，但是將GaN 半V體層102之位元錯密度，減低至與圖4〇所示之先前之生長方法具有同等位準較為困難。因此，使GaN半導體層於忒鬲位錯密度之GaN半導體層1〇2上生長而形成發光二極體結構時，該等GaN半導體層之位元錯密度亦變高，由 108890.doc 1300245 此導致發光效率低下。於疋i本發明所欲解決之問題在於，提供一種發光二極體及其製造方法、積體型發光二極體及其製造方法、以及季乂使用於4發光二極體或積體型發光二極體之製造的氮化物族化合物半導體之生長方法，因上述空隙之消 ’、使光取出效率大幅提高以及構成發光二極體之氮化物 m-v族化合物半導體層之結晶性之大幅提高，藉此發光效率極高，且可藉由一次蟲晶生長而以低成本製造。本發明所欲解決之其他問題在於，提供_種使用有如上所述之發光二極體之高性能光源胞單元、發光二極體背光、發光二極體顯示器以及電子機器。上述問題及其他問題，由本說明書以下之參照隨附圖示之說明而明確。【發明内容】為解決上述問題，第1發明係發光二極體之製造方法，其特被在於具有如下步驟：；面上/、有個或多個凹部之基板之該凹部，使第 -氮化物III-V族化合物半導體層經過剖面形狀為以該凹部底面為底邊之三角形之狀態而生長，藉此填充該凹部之步驟； / 使第—二氮化物111々族化合物半導體層於上述基板上，自上述第一氮化物III-V族化合物半導體層而橫向生驟；以及使第-導電型第三氮化物m_v族化合物半導體層、活性 108890.doc 1300245 層以及第二導電型第四氮化物ni-V族化合物半導體層於上述第二氮化物III-V族化合物半導體層上順次生長之步驟。無論第一氮化物III-V族化合物半導體層及第二氮化物 ΠΙ-V族化合物半導體層之導電型，均可為ρ型、η型、厂型之任一種，且彼此可為同一導電型，亦可導電型不同，進而，可於第-氮化物III-V族化合物半導體層或者第二氮化物III-V族化合物半導體層内，混合有彼此導電型不同之二個以上之部分。典型的是，於使第一氮化物ΙΠ-ν族化合物半導體層生長 %，自其與基板凹部底面之介面在與基板之一主面垂直之 ^向產生位錯，該位錯到達上述剖面形狀為三角形狀態的弟一氮化物III-ν族化合物半導體層之斜面或其附近時，於上，一主面向平行方向彎曲，使遠離三角形部。又，典型的是，於使第一氮化物化合物半導體層及第二氮化物III-V族化合物半導體層生長時，於凹部之底面部分之基 =，形成具有第丨寬度之第丨孔（坑），並且於凹部之兩側 Ρ刀之基板上形成第2孔（坑），其具有大於第^寬度之第2寬，等第1孔及第2孔形成為，反映第一氮化物m_v族化口物半V體層及第二氮化物π[ν族化合物述之生長。典型以，使基板之-主面上交替具㈣部與斤凸：。该凹部可於單方向上以條紋狀延伸，亦可至少於彼及第2方向上延伸’藉此凸部可為三角、、角形五角形、六角形等，或者切除該等角部者、或成圓角者、圓形、橢圓形、點狀等二維圖案。較佳之一 108890.doc 1300245 例示為，凸部具有六角形之平面形狀，該凸蜂窩狀，且以包圍該凸部、、，排列為、羊M· a 式幵/成凹部。藉此，可將自活性層所放出之光於360。全方向高效了將自且右二备其丁或者亦可凹部角形之平面形狀，該凹部二維排列為蜂窩狀，且以包圍該凹部之方式形成凸邻 ° 且以 # 成凸°卩基板凹部為條紋狀時，該凹。列於第-鼠化物m_v族化合物半導體層之仏静方向上延伸。該凹部之剖面來仲，甘…* 為長方形或倒梯形等各種 J· 土不僅可為平面，亦可為具有緩慢傾斜之曲面，而且角亦可為圓形。自提高光取出效率之角度而言，較好的是，使該凹部之剖面形狀為倒梯形。該情形時，自使第二氮化物m-v族化合物半導體層之位元錯密度最小化之角度而言，較好的是，設凹部深度為4，凹部底面寬产為％，剖面形狀為三角形之狀態之第一氣化物出^族^ 合物半導體層之斜面與基板一主面所成角度為α，此時規定d、Wg、α，以使2d^Wgtana成立。因為α通常固定，故規定d、^以使該式成立。當di§A日夺，錢將原料氣體充族化合物半導體層之生長造成影響，相反當d過小時’不僅於基板之凹部，而且於其兩侧部分（通常為凸部），第一氮化物ΠΙ-ν族化合物半導體層生長，故自防止上述之觀點而言，通常於〇 5 μΓη<(1<5 μηΐ2範圍内進行選擇，典型的是’於1，0±0.2μιη範圍内選擇。Wg通常為〇·5〜5 μπι典型的疋於2±0·5 μηι範圍内選擇，又，凸部上面之寬度Wt基本上可自由選擇，但是由於該凸部係第二氮化物分供給至凹部内部，且會對來自凹部底面之第一氮化物 108890.doc -11 - 1300245 III-V族化合物半導體層橫向生長而使用之區域，故區域越長，位元錯密度較小之部分之面積可越大。Wt通常為 1 ΙΟΟΟμπι,典型的是42 μηι之範圍内。從使第-氣化物m-ν族化合物半導體層僅於基板凹部生 f之角度而言，亦可於該凹部之兩側部分之基板上形成非日日日質層。該非晶f層成為生長媒。其係、利用於非晶質層上纟長時難以形成核之特點。該非晶質層例如通常可藉由對 ♦作為軍晶之基板表面層進行離子佈植使之非晶質化而形成，亦可以各種成膜法於基板上成膜。該非晶質層例如係膜、SiN膜（不僅係、Si3N4^，亦包含藉由電聚 (fhemical Vapor Dep〇sm〇n，化學氣相沈積）法等成膜之成分不同者）、SiON膜（包含改變0與N之比率，使折射率或 2面形狀符合預期設計之情形）、非晶質Si(a_si)膜等，通常係絕緣膜。又，亦可於凹部兩側部分之基板上順次形成第1非晶質層、第2非晶質層以及第3非晶質層，且使之為 • 第—氮化物ΙΠ-ν族化合物半導體層生長時之生長膜。該情形時，使第2非晶質層可對例如第】非晶質層及第3非晶質層進行選擇性蝕刻。、可於使第二氮化物III-V族化合物半導體層橫向生長之後，去除該第二氮化物III-V族化合物半導體層中除凹部上以外之部分，且使第三氮化物ΠΙ_ν族化合物半導體層於殘召在該凹部上之第二氮化物ΙΙΙ-ν族化合物半導體層上橫向生長，並使活性層及第四氮化物m_v族化合物半導體層於 4第二氮化物^^▽族化合物半導體層上順次生長。或者， 108890.doc • 12 · 1300245 亦可於使第二氮化物m_v.化合物半導體層橫向生長之後’去除該第二氮化物ΙΠ_ν族化合物半導體層中除凹部上以外之部分’且使第五氮化物Ιπ_ν族化合物半導體層於殘留在該凹部上之第二氮化物m_v族化合物半導體層上橫向生長，並使第三氮化物m_v族化合物半導體層、活性層以及第四氮化物Π!-ν族化合物半導體層於該第五氮化物曰πι_ V方矢化合物半導體層上順次生長。，於第三氣化物III.V族化合物半導體層上，以與其電性連接之狀態形成第！導電型側之電極。同樣地，亦於第四氮化物m-v族化合物半導體層上，以與其電性連接之狀態形成第2導電型側之電極。基板可使用各種。作為含有不同於氮化物in_v#化合物半導體之物質之基板，具體而言，可使用含有例如藍寶石 (包含c面、a面、Γ面等，且亦包含自該等面密封之面）、 Μ (包含 6H、4H、3C)、Si、ZnS、Zn〇 LiMg〇、 ,GaAS、MgAl2〇4等之基板，較好的是，使用含有該等材料之六方晶基板或立方晶基板，更好的是六方晶基板。作為基板，可使用含有氮化物㈣族化合物半導體(㈣、副⑽、讀等）之基板。或者，亦可使用於含有不同於氮化物m-v族化合物半導體之物質之基板上，使氮化物 ΠΙ·ν族化合物半導體層生長’且於該氮化物m-ν族化合物半導體層上形成上述凹部者作為基板。進而，可使用於含有不同於氮化物III-V族化合物半導體之物質之基板上，將至少1種材料層以複晶層狀或者非晶層狀積層^乍為含 108890.doc -13 - 1300245 有不同於氮化物ΠΙ_ν族化合物半導體之物質之層，且將該層圖案化至一部分基板上以形成凹凸者作為基板。再者，基板根據需要亦可去除。構成第一至第五氮化物ΠΙ-ν族化合物半導體層以及活性層之氮化物III·V族化合物半導體層，最通常的是含有 AlxByGai.x.y.JnzAsuN^u-vPv (其中，ogxgj，， O^z^l ’ O^u^l ’ , 〇^x+y+z<1，切<)，更 • 具體而言’含有AbByGa^xuInzN (其中，!， O^y^l’O^d’ 〇$x+y+z<1) ’ 典型的是含有 AlxGai w InzN (其中，, o^z^)，具體例可列舉含有

GaN、InN、AIN、AlGaN、InGaN、AlGalnN等。尤其是填入基板凹部之弟一鼠化物III—v族化合物半導體層，較好的是使用含有 GaN、InxGahNCtXxso.s)、AlxGai_xN (0<χ<0·5)、AlxInyGabxjNCiXxsO.S，〇<y<〇.2)者。第 1 導電型可為η型，亦可為p型，相應於此，第2導電型為p型或 • η型。構成弟一至第五氮化物ΠΙ-V族化合物半導體層及活性層之氮化物III-V族化合物半導體層之生長方法可使用例如：有機金屬化學氣相生長（MOCVD，Metal organic chemical vapor deposition，有機金屬化學氣相磊晶法）、氫化物氣相磊晶生長或者鹵化物氣相磊晶生長（HVPE，Halide Vapor Phase Epitaxy)、分子束磊晶（MBE，M〇lecular Beam Epitaxy)等各種蠢晶生長法。第2發明係一種發光二極體，其特徵在於：具有 108890.doc • 14 - 1300245 基板，其於一主面上具有_個或多個凹部；第六氮化物系II1-V族化合物半導體層，其於上述基板上在上述凹部未形成空隙而生長；以及上述第六氮化物III-V族化合物半導體層上之第i導電型第，氮化物III-V族化合物半導體層、活性層以及第2導電型弟四氮化物III-V族化合物半導體層，且於上述第六氮化物ΠΙ_ν族化合物半導體層中，自其與上 φ 述凹部底面之介面在與上述一主面垂直方向所產生之位錯，到達以上述凹部底面為底邊之三角形部之斜面或其附近，並自該處於上述一主面上向平行方向彎曲。第3發明係一種發光二極體，其特徵在於：具有基板，其於一主面上具有一個或多個凹部；第六氮化物III-V族化合物半導體層，其於上述基板上在上述凹部未形成空隙而生長；以及上述第六氮化物III-V族化合物半導體層上之第i導電型 • 第三氮化物m_V族化合物半導體層、活性層以及第2導電型第四氮化物III-V族化合物半導體層，且於^述凹部之底面部分之上述基板具有第！孔，該第UL 具有第1寬度，並且於上述凹部之兩側部分之上述基板上具有第2孔’该第2孔具有大於上述第1寬度之第2寬度。於第2及第3發明暨後述之第5、第6以及第8至第發明中，第六亂化物III-V族化合物半導體層係與第明之第氣化物III V無化合物半導體層以及第二氮化物11〗_^族化合物半導體層相對應者。 108890.doc -15· 1300245 於第2及第3發明暨後述之第4至第18發明中，σ φ τ ^ 背其性質，關於第1發明之說明成立。第4發明係一種將多個發光二極體整合而成之積體型發光二極體之製造方法，其特徵在於具有如下步驟：於一主面上具有一個或多個凹部之基板之該凹部，使第一氮化物III-V族化合物半導體層經過剖面形狀為以該凹部底面為底邊之三角形之狀態而生長，藉此填充該凹部之步驟，使第二氮化物III-V族化合物半導體層於上述基板上，自上述第一氮化物III-V族化合物半導體層而橫向生長之步驟；以及使第i導電型第三氮化物m_v族化合物半導體層、活性層以=第2導電型第四氮化物ηι·ν族化合物半導體層，於上述第二氮化物Ιπ_ν族化合物半導體層上順次生長之步 ❿ 第5發明係一種將多個發光二極體整合而成之積體型發光二極體，其特徵在於·· 上述至少一個發光二極體具有基板，其於一主面上具有一個或多個凹部；第六氮化魏-v族化合物半導體層，其於上述基板上在上述凹部未形成空隙而生長；以及上述第六氮化物III-V族化人物t 楚二 > σ物+導體層上之第1導電型第一氣化物III-V族化合物丰導牛V體層、活性層以及第2導電型弟四氦化物m-v族化合物半導體層，且 108890.doc • 16 _ 1300245 上述第六氮化物ΙΙΙ-ν族化合物半導體層’自#虚上述凹部底面之介面在與上述一主面垂直方向所產生之位錯，到達以上述凹部底面為底邊之三角形部之斜面或其附近，並自該處於上述一主面上向平行方向彎曲。第6發明係一種積體型發光二極體，將多個發光二極體整合而成，其特徵在於·· 上述至少一個發光二極體具有基板，其於一主面上具有一個或多個凹部；第六氮化物III-V族化合物半導體層，其於上述基板上在上述凹部未形成空隙而生長；以及上述第六氮化物III-V族化合物半導體層上之第i導電型第三氮化物III-V族化合物半導體層、活性層以及第2導電型第四鼠化物III-V族化合物半導體層，且於上述凹部之底面部分之上述基板上具有第丨孔，該第1 孔具有第1寬度，並且於上述凹部之兩側部分之上述基板上具有第2孔，該第2孔具有大於上述第i寬度之第2寬度。於第4至第6發明，積體型發光二極體無論其用途，典型用途可列舉·用於液晶顯示器等之發光二極體背光、發光二極體照明裝置、發光二極體顯示器等。該積體型發光二極體無論發光二極體之排列方式或形狀，例如發光二極體可排列為二維陣列狀，或者將條紋狀發光二極體排列為一列或多列等。該積體型發光二極體之形態當然可為藉由對使用所謂半導體製程技術將半導體層積層而成之晶圓統_ 加工，而使各發光二極體與電路圖案一併進行多個整合呈 108890.doc -17- 1300245 微細狀排列之形態，其亦可為使用所謂安裝技術，將已晶片化之各發光二極體於電路圖案基板上多個整合呈微細狀排列之形態。又，該等發光二極體可獨立驅動，亦可統一驅動，進而，亦可將任意設定之某區域内之發光二極體群統一獨立驅動（區域驅動）。第7發明係一種氮化物III-V族化合物半導體之生長方法’其特徵在於具有如下步驟：於一主面上具有一個或多個凹部之基板之該凹部，使第氮化物III-V族化合物半導體層經過剖面形狀為以該凹部底面為底邊之二角形之狀態而生長，藉此填充該凹部之步驟，與使弟二氮化物ΙΙΙ·ν族化合物半導體層於上述基板上自上述第-氮化物m-v族化合物半導體層而橫向生長之步驟。該氮化物m-v族化合物半導體之生長方法，除發光二極體或積體型發光二極體之外，亦可適用於其他各種半導體裝置之製造。第8發明係一種氮化物m_v族化合物半導體生長用基板，其特徵在於：具有基板，其於一主面上具有—個或多個凹部，與第六氮化物m-v族化合物半導體層，其於上述基板上述凹部未形成空隙而生長，且於上述第六氮化物m_v族化合物半導體層中，自立鱼上述凹部底面之介面在與上述一王面垂直方向所產哇夕办錯，到達以上述凹部底面為底 <二角形部之斜面或者其 108890.doc •18- 1300245 附近，並自該處於上述一主面上向平行方向彎曲。第9發明係一種氮化物m_v族化合物半導體生長用基板，其特徵在於：具有基板，其於-主面上具有一個或多個凹部，肖第六氮化物m-v族化合物半導體層，其於上述基板上在上述凹部未形成空隙而生長，且於上述凹部之底面部分之上述基板上具有^孔，該第i _ π具有第1寬度’並且於上述凹部之兩侧部分之上述基板上具有第2孔，該第2孔具有大於上述第丨寬度之第2寬度。第1〇發明係一種光源胞單元，將分別含有至少一個紅色發光之發光二極體、綠色發光之發光二極體以及藍色發光之發光二極體之胞，多個排列於印刷佈線基板上，其特徵在於：上述紅色發光之發光二極體、上述綠色發光之發光二極體以及上述藍色發光之發光二極體中至少一個發光二極體 φ 具有基板，其於一主面上具有一個或多個凹部；第六氮化物III-V族化合物半導體層，其於上述基板上在上述凹部未形成空隙而生長；以及上述第六氮化物III-V族化合物半導體層上之第丨導電型第二氮化物III-V族化合物半導體層、活性層以及第2導電型弟四氮化物III-V族化合物半導體層，且於上述氮第六化物III-V族化合物半導體層中，自其與上述凹部底面之介面在與上述一主面垂直方向所產生之位 108890.doc -19- 1300245 錯，到達以上述凹部底面為底邊 — &遠之二角形部之斜面或其附近，並自該處於上述一主面上向平行方向彎曲。第11發明係一種發光二極體背光，將多個紅色發光之發光二極體、綠色發光之發光-搞尤一極體以及藍色發光之發光二極體分別排列，其特徵在於：體、上述綠色發光之發光二極二極體中至少一個發光二極體

上述紅色發光之發光二極體以及上述藍色發光之發光具有基板’其於一主面上具有—個或多個凹部；第六氮化物III-V族化合物半導體層，其於上述基板上在上述凹部未形成空隙而生長；以及上述第六氮化物ΙΠ-ν族化合物半導體層上之第i導電型第三氮化物π™匕合物半導體層、活性層以及第2導電型第四氮化物ΠΙ_ν族化合物半導體層，且於上述第六氮化物ΙΙΙ_ν族化合物半導體層中，自其與上述凹部底面之介面在與上述一主面垂直方向所產生：位錯，到達以上述凹部底面為底邊之三角形部之斜面或其附近，並自该處於上述一主面上向平行方向彎曲。第12發明係-種發光二極體背光，將多個紅色發光之發光二極體、綠色發光之發光二極體以及藍色發光之發光二極體分別排列，其特徵在於：上述紅色發光之發光二極體、上述綠色發光之發光二極體以及上述藍色發光之發光二極體中至少一個發光二極體具有 108890.doc -20- 1300245 基板，其於一主面上具有一個或多個凹部；第/、氮化物III-V敎化合物半導體層，其於上述基板上在上述凹部未形成空隙而生長；以及上述第六氮化物III-V族化合物半導體層上之第丨導電型第二氮化物III-V族化合物半導體層、活性層以及第2導電型第四氮化物III-V族化合物半導體層，且於上述凹部之底面部分之上述基板上具有第丨孔，該第i φ 孔具有第1寬度，並且於上述凹部之兩側部分之上述基板上具有第2孔，該第2孔具有大於上述第i寬度之第2寬度。第13發明係發光二極體照明裝置，將多個紅色發光之發光二極體、綠色發光之發光二極體以及藍色發光之發光二極體分別排列，其特徵在於：上述紅色發光之發光二極體、上述綠色發光之發光二極體以及上述監色發光之發光二極體中至少一個發光二極體具有鲁基板，其於一主面上具有一個或多個凹部；第六氮化物III-V族化合物半導體層，其於上述基板上在上述凹部未形成空隙而生長；以及上述第六氮化物III-V族化合物半導體層上之第i導電型第三氮化物III-V族化合物半導體層、活性層以及第2導電型第四氮化物III-V族化合物半導體層，且於上述第六氮化物ΠΙ-ν族化合物半導體層中，自其與上述凹部底面之介面在與上述一主面垂直方向所產生之位錯，到達以上述凹部底面為底邊之三角形部之斜面或其附 108890.doc -21 - 1300245 近’並自該處於上述一主面上向平行方向彎曲。第14發明係一種發光二極體照明裝置，將多個紅色發光之發光二極體、綠色發光之發光二極體以及藍色發光之發光二極體分別排列，其特徵在於：上述紅色發光之發光二極體、上述綠色發光之發光二極體以及上述監色發光之發光二極體中至少一個發光二極體具有基板’其於一主面上具於一個或多個凹部；第六氮化物I1I-V族化合物半導體層，其於上述基板上在上述凹部未形成空隙而生長；以及上述第六氮化物III-V族化合物半導體層上之第丨導電型第三氮化物III-V族化合物半導體層、活性層以及第2導電型第四氮化物III-V族化合物半導體層，且於上述凹部之底面部分之上述基板上具有第丨孔，該第i 孔具有第1寬度，並且於上述凹部之兩側部分之上述基板上具有第2孔’該第2孔具有大於上述第1寬度之第2寬度。第15發明係一種發光二極體顯示器，將多個紅色發光之發光二極體、綠色發光之發光二極體以及藍色發光之發光二極體分別排列，其特徵在於：上述紅色發光之發光二極體、上述綠色發光之發光二極體以及上述藍色發光之發光二極體中至少一個發光二極體具有基板，其於一主面上具有一個或多個凹部；第六氮化物III-V族化合物半導體層，其於上述基板上在 108890.doc -22- 1300245 上述凹部未形成空隙而生長；以及上述第六氮化物III-V族化合物半導體層上之第i導電型第三氮化物III-V族化合物半導體層、活性層以及第2導電型弟四氮化物III-V族化合物半導體層，且於上述第六氮化物in-v族化合物半導體層中，自其與上述凹部底面之介面在與上述一主面垂直方向所產生之位錯，到達以上述凹部底面為底邊之三角形部之斜面或其附 Φ 近，並自该處於上述一主面上向平行方向彎曲。第16發明係一種發光二極體顯示器，將多個紅色發光之發光二極體、綠色發光之發光二極體以及藍色發光之發光二極體分別排列，其特徵在於：上述紅色發光之發光二極體、上述綠色發光之發光二極體以及上述藍色發光之發光二極體中至少一個f光二極體具有基板，其於一主面上具有一個或多個凹部； • 第六氮化物ΠΙ·ν族化合物半導體層，其於上述基板上在上述凹部未形成空隙而生長；以及上述第六氮化物III-V族化合物半導體層上之第i導電型第三氮化物III-V族化合物半導體層、活性層以及第2導電型第四氮化物III-V族化合物半導體層，且於上述凹部之底面部分之上述基板上具有第丨孔，該第i 孔具有第1寬度，並且於上述凹部之兩側部分之上述基板上具有第2孔，該第2孔具有大於上述第丨寬度之第2寬度。於第10至第16發明中，作為紅色發光之發光二極體，可 108890.doc -23 - 1300245 使用例如，使用有AlGalnP半導體者。第17發明係一種電子機器，具有一個或多個發光二極體，其特徵在於：至少一個上述發光二極體具有基板，其於一主面上具有一個或多個凹部；第六氮化物III-V族化合物半導體層，其於上述基板上在上述凹部未形成空隙而生長；以及 .上述第六氮化物ΠΙ-V族化合物半導體層上之第1導電型第二氮化物III-V族化合物半導體層、活性層以及第2導電型第四氮化物III-V族化合物半導體層，且於上述第六氮化物ΙΠ-ν族化合物半導體層中，自其與上述凹部底面之介面在與上述一主面垂直方向所產生之位錯，到達以上述凹部底面為底邊之三角形部之斜面或其附近，並自該處於上述一主面向平行方向彎曲。第18發明係一種電子機器，具有一個或多個發光二極 I 體，其特徵在於：至少一個上述發光二極體具有基板，其於一主面上具有一個或多個凹部；第六氮化物III-V族化合物半導體層，其於上述基板上在上述凹部未形成空隙而生長；以及上述第六氮化物III-V族化合物半導體層上之第1導電型第三氮化物III-V族化合物半導體層、活性層以及第2導電型第四氮化物III-V族化合物半導體層；且於上述凹部之底面部分之上述基板上具有，該第i 108890.doc -24- 1300245 孔具有第1寬度’並且於上述凹部之兩側部分之上述基板上具有苐2孔’该弟2孔具有大於上述第1寬度之第2寬度。於第17及第18發明中，電子機器包含：發光二極體背光 (液晶顯示器之背光等）、發光二極體照明裝置、發光二極體顯示器等，進而以發光二極體為光源之投影儀或者背面投射型電視、柵狀光閥成像系統（GLV，Grating Light Valve)等，通常，為顯示、照明、光通信、光傳送或者其 _ 他目的而至少具有一個發光二極體時，基本上可為任意電子機器，包含攜帶型與放置型二者，除上述以外之具體例可列舉：行動電話、行動機器、機器人、個人電腦、車載機器、各種家庭電氣製品、發光二極體光通信裝置、發光二極體光傳送裝置等。又電子機器中亦包含放出如下光之兩種以上發光二極體組合而成者，即，遠紅外波長頻帶、、、工外波長頻T、紅色波長頻帶、黃色波長頻帶、綠色波長頻帶、藍色波長頻帶、紫色波長頻帶、紫外波長頻帶等中 • 波長頻帶互不相同之光。尤其是，發光二極體照明裝置可將放出紅色波長頻帶、黃色波長頻帶、綠色波長頻帶、藍色波長頻帶、紫色波長頻帶等中波長頻帶互不相同之可見光之兩種以上發光二極體加以組合，且將自該等發光二極體放出之兩種以上光進行混合以獲得自然光或者白色光。又可將放出監色波長頻帶、紫色波長頻帶、紫外波長頻 π等中至少一個波長頻帶之光之發光二極體用作光源，且將自該么光一極體放出之光照射至螢光體以激發該螢光體’再將猎此獲；f寻之光進行混合以獲^寻自然光或者白色 108890.doc -25- 1300245 光。第19發明係一種電子裝置之製造方法，其特徵在於具有如下步驟：於一主面上具有一個或多個凹部之基板之該凹部，經過剖面形狀為以該凹部底面為底邊之三角形之狀態而使第一層生長，藉此填充該凹部之步驟，與使第二層自上述第一層於上述基板上橫向生長之步驟。第20發明係一種電子裝置，其特徵在於：具有基板，其於一主面上具有一個或多個凹部，與第三層，其於上述基板上在上述凹部未形成空隙而生長，且於上述第三層中，自其與上述凹部底面之介面在與上述一主面垂直方向所產生之位錯，到達以上述凹部底面為底邊之三角形部之斜面或者其附近，並自該處於上述一主面上向平行方向彎曲。於第19及第20發明中，第一至第三層除含有氮化物胸族化合物半導體之外，亦含有具有纖辞礦型（wurtzit)構造，更普通的是具有六方晶系結晶構造之其他半導體，例如ZnO、α-ZnS、a_CdS、a-CdSe等，進而亦可含有具有其他結晶構造之各種半導體者。於使用有該等半導體之半導體裝置中’除發光元件，如普通發光二極體、次頻帶間遷移發光型（量子級聯型）發光二極體、通常之半導體雷射、次頻帶間遷移發光型（量子級聯型）半導體雷射以外，亦包含光電二極體等受光元件或者感測器、太陽電池，進而包 108890.doc -26- 1300245 含由如南電子移動度電晶體等場效電晶體（FET， effect transistor，場效電晶體）或異質接面電晶體（ΗΒτ， Heterojunction Bipolar Transistor，異質接面電晶體）等雙極電晶體之電晶體所代表之電子渡越元件。於同一基板或晶片上形成一個或多個該等元件。該等元件構成為根據需要而被獨立驅動。可藉由於同一基板上使發光元件與電子渡越元件積體化而構成光電積體電路（〇EIC， φ 〇ptoElectronic Integrated Circuits，光電積體電路）。可根據需要形成光佈線。亦可使用至少一個發光元件（發光二極體或者半導體雷射）閃爍進行提供亮光之照明通信或者光通信。此情形時，亦可使用多個具有不同波長頻帶之光進行照明通信或光通信。電子裝置除上述半導體裝置（發光元件、受光元件、電子渡越元件等）以外，亦包含壓電裝置、熱電裝置、光學裝置（使用非線性光學結晶之二次諳波產生元件等”介電 • 體裝置（包含強介電體元件）、超導裝置等。此情形時，第一至第三層材料於半導體裝置中可使用如上所述各種半導體另於£電裝置、熱電裝置、光學裝置、介電體裝置、超 V哀置等中，可使用具有六方晶系結晶構造之氧化物等各種材料。藉由使用包含發光二極體或者半導體雷射者作為電子裝 5 ’而構成下述電子機器：發光二極體背光、發光二極體、…2裝置、發光一極體顯示器等，進而以發光二極體或者半¥體雷射為光源之投影儀或者背面投射型電視、概狀光 108890.doc -27- 1300245 閥成像系統等用關於弟19及第2〇發明，亦可與第1至第18發明同樣應如上所述構成之本發明，第—氣化物ΙΠ·ν族化合物半導 =層自基板凹部之底面開始生長，中途經過剖面形狀為以相部底面為底邊之三角形之狀態，使第—氮化物m部化合物Μ體層生長’藉此可無线地填充該凹部。而且^吏第二氮化物ΙΠ_ν族化合物半導體層自以此生長 -氮化物ιπ·ν族化合物半導體層橫向生長。此時， = ιπ-ν族化合物半導體層自其與基板凹部底面之介面產 U板之一主面垂直方向上之位錯，且該位錯到達第一鼠化物m_v族化合物半導體層之斜面或其附近，並 =遺第二氮化物族化合物半導體層之生長，該位錯於二之、主面向平订方向弯曲。於使第二氮化物111_¥族化 :半導體層生長為充分厚時，於該基板之一主面平行位 :錯上之部分成為位元錯密度極小之區域。又，該方法可晶生長而使第一至第四氮化物ΠΙ·ν族化合物半 j日通的疋’將弟一氮化物工㈣族化合物半導體層稱作層，將第一氮化物ΠΙ-ν族化合物半導體層稱作第二層，與上述同樣之情形成立。 [發明之效果] 據本發明’於第一氮化物化合物半導體層及第 -鼠化物！Π-ν族化合物半導體層與基板之間未形成空隙， 108890.doc •28· 1300245 藉此可大幅提高光之取出效率，χ，因為第二氣化物m_v 族化合物半導體層之結晶性良好，故可大幅提高於其上生長之第三氮化物III.V族化合物半導體層、活性層以及第四氮化物ιπ_ν族化合物半導體層之結晶性，因此可獲得發光體。而且，因為可藉由一次磊晶生長故成本較低。而且，可使用該發光效效率極高之發光二極而製造發光二極體，

率較高之發光二極體實現高性能光源胞單元、發光二極體背光、發光二極體照明裝置、發光二極體顯示器、各種電子機器等。更一般而言，可將第一氮化物III-V族化合物半導體層稱作第-層’將第二氮化物ΙΠ々族化合物半導體層稱作層，獲得與上述同樣之效果。【實施方式】以下，參照圖式說明本發明之實施形態。再者，實施形態之全部圖式中，對相同或相對應之部分賦予相同符號。圖1至圖3按步驟順序表示本發明第i實施形態之發光二極體之製造方法。该第1實施形態如圖1A所示，首先，準備藍寶石基板 11，其-主面已被實施週期性凹凸加工。符號Ua表示凹部，lib表示凸部。凹部lla具有倒梯形之剖面形狀。例如，監寶石基板11之主面為0面，凹部lla具有於藍寳石基板11之<1-100>方向上延伸之條紋形狀。凹部lia及凸部 1 lb之平面形狀可設為已描述之各種平面形狀，較佳一例於圖4所示。如圖4所示，此例中，凸部Ub具有六角形平 108890.doc -29- 1300245 面形狀’將其一維排列為蜂窩狀，形成凹部丨丨a，以包圍該凸部lib。此處，六角形凸部llb對邊之間隔例如為 3·8〜4·2μm，較佳的是4μm，鄰接之六角形凸部llb之間隔例如為1.3〜1·7 μιη，較佳的是ι·5 μηι，但並非限定於此。典型的疋，圖4中虛線方向（連接最鄰近之凸部llb間之方向）與後述之GaN層12之m軸平行。對該藍寶石基板u 之凹凸加工’可藉由反應性離子蝕刻（RIE，代i〇n φ etChmg，反應性離子蝕刻）法、喷粉法，喷沙法等而進仃。關於該等凹部lla及凸部Ub之尺寸等，下面詳細說明。其次，進行熱清除等處理以使該藍寶石基板丨丨之表面淨化之後，於該藍寶石基板丨丨上，以先前周知之方法，例如於550 C左右生長溫度下，使例如GaN緩衝層（未圖示）生長。繼而，例如以M0CVD法使GaN磊晶生長。此時，如

圖1B所示，首先使生長自凹部11a之底面開始，再使GaN • 層12生長成為以凹部lla之底面為底邊，且於斜面上具有相對藍寶石基板U之主面而傾斜之小平面的等腰三角形剖面形狀。例如，該（5心層12之延伸方向為其^ —⑺卟方八斜面之小平面為义丨—丨^^面。該〇&^層丨2可為非摻雜，亦可摻雜有n型雜質或P型雜質。關於該GaN層12之生長條件，以下說明。、、鏖之，一面維持其斜面之小平面方位，一面進行層 12之生長，藉此如圖1C所示，將凹部lla内部完全填充。圖1C中虛線表示生長過程中之生長介面(以下同樣)。 108890.doc -30- 1300245 其次，將生長條件設定為橫向生長占支配地位之條件，並繼續生長，如圖2A所示，GaN層12 —面增加其厚度，一面擴展至凸部lib上，最終自鄰接之凹部11 a所生長之GaN 層12於凸部lib上彼此接觸。繼而，如圖2B所示，使GaN層12橫向生長至其表面成為與藍寶石基板11之主面平行之平坦面。以此生長之GaN層 12於凹部11a上部分的位元錯密度變得極低。其次，如圖3所示，於GaN層12上，例如藉由MOCVD b 法，使η型GalnN層13、η型GaN層14、η型GalnN層15、活性層16、p型GalnN層17、p型AlInN層18、p型GaN層19以及p型GalnN層20順次進行蠢晶生長。活性層16具有例如 GalnN多重量子井（MQW，multiple quantum wells，多重量子井）結構（例如，將GalnN量子井層與GaN塊層交替積層而成者）。此活性層16之In成分根據發光二極體之發光波長進行選擇，例如發光波長為405 nm時為〜11%，450 nm時為，〜18%，520 nm時為〜24%。此後，為使P型GalnN層17、p型AlInN層18、p型GaN層 19以及p型GalnN層20之p型雜質活性化，例如在N2與〇2之混合氣體（成分例如N2為99%，02為1%)環境中，以 55 0〜75 0°C (例如65 0°C)或者580〜620°C (例如600°C)之溫度進行熱處理。此處，將〇2混合於N2中，藉此易引起活性化。該熱處理時間例如為5分鐘〜2小時，或者40分鐘〜2小時，通常為10〜60分鐘左右。使熱處理溫度較低，是為防止熱處理時活性層16等之劣化。 108890.doc -31 - 1300245 上述GaN半導體層之生長原料，例如，Ga原料使用三乙基鎵（（C2H5)3Ga、TEG (THethyl Gallium，三乙基鎵））或者三甲基鎵（（CH3)3Ga、TMG (Trimethylgallium，三曱基鎵）），A1原料使用三甲基鋁（（CH3)3A1、TMA (Trimethyl aluminium，三甲基铭）），In原料使用三甲基銦（（CH3)3In、 TMI (Trim ethyl-indium 5三甲基銦）），N原料使用氨 (NH3)。對於摻雜劑，作為η型摻雜劑，例如使用矽烷 (SiH4)，ρ型摻雜劑例如使用雙（甲基環戊二烯）鎂 ((CH3C5H4)2Mg)，雙（乙基環戊二烯）鎂（(C2H5C5H4)2Mg)或者雙（環戊二烯）鎂（(C2H5)2Mg)。又，上述GaN半導體層生長時之載氣環境例如使用出氣體。其次，以上述方式，將使生長有GaN半導體層之藍寶石基板11自MOCVD裝置取出。繼而，於ρ型GalnN層20上形成ρ側電極21。較好的是，ρ 側電極2 1之材料使用具有高反射率之歐姆電極金屬，例如 Ag或Pd/Ag等。再者，ρ側電極21亦可形成於使η型GalnN 層13、η型GaN層14、η型GalnN層15、活性層16、ρ型 GalnN層 17、ρ 型 AlInN層 18、ρ 型 GaN層 19 以及 ρ 型 GalnN層 20蠢晶生長以後，且用以使ρ型GalnN層17、ρ型AlInN層 18、ρ型GaN層19以及ρ型GalnN層20之ρ型雜質活性化所進行之熱處理以前。其次，藉由例如RIE法、喷粉法、喷沙法等，使η型GaN 層14、η型GalnN層15、活性層16、ρ型GalnN層17、ρ型 108890.doc -32- 1300245

AlInN層18、p型GaN層19以及㈣㈤⑽層2〇以特定形狀圖案化，以形成平頂部22。其次，於該平頂部22之鄰接部分之11型（^111]^層13上，形成η側電極23。η側電極23例如使用Ti/Pt/Au結構。繼之，根據須要，以上述方式將形成有發光二極體結構之監寶石基板11自其背面側進行研削或磨削，藉此使厚度減少之後，對該藍寶石基板11進行雕刻，形成塊。此後，由於對該塊之雕刻而使其晶片化。以此獲得之GaN發光二極體如圖5所示，於p侧電極21與 η側電極23之間施加順方向電壓，使電流流過而發光，並通過藍寶石基板11將光取出至外部。但是，圖5中，考慮到將光取出至上方之情形，故使藍寶石基板丨丨位於上方。藉由選定活性層16之In成分，而可獲得紅色至紫外發光，特別是藍色發光、綠色發光或者紅色發光。此情形時，自活性層16產生之光中，朝向藍寶石基板^之光，在藍寶石基板11與其凹部11a之GaN層12之介面上折射以後，穿過藍寶石基板11而射向外部，且自活性層丨6產生之光中，朝向 P側電極2 1之光’由该ρ側電極21反射而朝向藍寶石基板 11 ’並穿過藍寶石基板11射向外部。再者，圖5所示之光線係將構成發光二極體之GaN半導體層折射率設為：GaN 之折射率為2.438、藍寶石基板η之折射率為1785、空氣折射率為1。於該第1實施形態中，為使GaN層12之穿透位元錯密度最小化，以滿足下式而決定凹部11 a之底面寬度Wg、深度 108890.doc 1300245 d、以及圖1B所示之狀態下GaN層12之斜面與藍寶石基板 11之主面所成角度α(參照圖6)。 2d-Wg tana 例如’當 Wg=2.1 μιη、a=59度時，d- 1.75 μιη，當 Wg=2 μιη、a=59度時，d66 μιη，當 Wg=1 5 _、a=59度時， d - 1.245 μηι ’ 當 W=1.2 μπι、a=59度時，d^O.966 μηι。其中，任一情形時時，d<5 μιη均較理想。於圖1Β及C所示之步驟中GaN層12生長時，為提高生長原料之V/III比，例如於13000±2000範圍，為降低生長溫度，設定為例如1050±50°C範圍。藉此，如圖⑺及1C所示，GaN層12以使相對於基板11之主面而傾斜之小平面伸出斜面，並且完全填充凹部11a之形式而生長。此時，於凸部lib上，GaN層12幾乎不生長。又，該（^]^層12之生長例如於1 · 0〜2 · 0氣壓之麼力條件下進行，較佳的是1.6氣壓左右。精此抑制檢向生長’且GaN層12易於向凹部iia選擇生長，生長速度通常設為1.0〜5·0 μηι/h，較佳的是3·〇 ym/h 左右。原料氣體之流量，例如TMG為20 SCCM (氣流單位），NH3為20 SLM (氣體流率）。另一方面，圖2 A及圖2B 所示之步驟中GaN層12之生長（橫向生長），為降低生長原料之V/III比，例如於5000±2000之範圍，為提高生長溫度，設定為例如1150±50°C之範圍。生長溫度高於該範圍時，GaN層12之表面易變粗糙，相反，生長溫度低於該範圍時，於會合部易產生坑。原料氣體之流量，例如TMG為 40 SCCM，NH3為20 SLM。藉此，如圖2A及圖2B所示， 108890.doc -34- 1300245

GaN層12橫向生長，且可獲得平坦之表面。此時，GaN層 12與監寶石基板11之間未產生空隙。圖7模式化表示GaN層12生長時原料氣體之流動以及於藍寶石基板11上擴散之情形。該生長中最重要之處在於，生長初期，於藍寶石基板11之凸部llb(梯階部），不使GaN 層12生長，而於凹部lla開始GaN層12之生長。當考慮通常 GaN生長使用TMG作為Ga原料，使用^^3作為1^原料時， > NH3與Ga產生直接反應，以如下反應式所表現：

Ga(CH3)3(g) + 3/2H2(g) — Ga(g)+3CH4 (g) NH3(g)~>(l-a)NH3(g)+a/2N2+3cx/2H2 (g) Ga(g)+NH3(g)=GaN(s)+3/2H2 (g) 此時，產生H2氣體，但是該Η:氣體起到與結晶生長相反之作用，即蝕刻作用。圖1B及圖1C所示之步驟中，藉由使用於先前之平坦基板上GaN不生長之條件，即提高蝕刻作用而難以生長之條件（提高V/III之比），以抑制於凸部ub | 之生長。另一方面，於凹部lla之内部，由於該蝕刻作用較弱，引起結晶生長。進而，先前為使生長結晶表面之平坦性提高，而於橫向生長程度較高之條件（更高溫）下進行生長，但是於該第1實施形態中，為了藉由使穿透位錯於备寶石基板11之主面向平行方向彎曲以減低穿透位錯，或者為了於更早期利用GaN層12填充凹部Ua之内部，如上所述於低於先前之溫度（例如l〇5〇±50°C)下生長。圖8模式化表示利用穿透式電子顯微鏡（tem， transmission electron micr〇scope，穿透式電子顯微鏡）對 108890.doc -35- 1300245

GaN層12之結晶缺陷分佈之觀察結果。又，圖9表示該GaN 層12表面之平面陰極發光（cl，cath〇doluminescence，陰極發光）影像。如圖8可知，僅GaN層12彼此之會合部之位元錯密度較高，該GaN層12自凸部lib之中央部附近，即相互鄰接之凹部11a生長，而含有凹部Ua上之其他部分位兀錯密度變低。例如，於凹部Ua之深度d=1 μηι、底面寬度Wg=2 μιη、凸部lib之上面寬度Wt=2 μιη之情形時，該低 _ 位元錯密度部分之位元錯密度為lxl〇W，與未使用凹凸加工後之藍寶石基板11之情形相比，位元錯密度減低i 至2位元。亦瞭解’完全不會產生向凹部n a之侧壁垂直方向之位錯。圖9所示之平面陰極發光影像與圖8所示之結果較好地一致。又’圖8中，與凹部lla中藍寶石基板^相連接之GaN層 12中，高位錯密度導致結晶性低下之區域之平均厚度，係與凸部lib中藍寶石基板丨丨相連接之（^…層^中，高位錯 | 岔度導致結晶性低下之區域平均厚度之丨·5倍左右。其反映出凸部lib上GaN層12橫向生長之結果。圖1〇模式化表示自TEM解析結果所判明之GaN層12生長時之位錯動作。其中，圖1〇A係剖面圖，圖1〇B與圖ι〇Α所不之剖面圖係對應之平面圖。位錯分為2大類型。第1類型位錯（類型（a+c)位錯）如下所述。圖1〇中，位錯 (1)自其與凹部11 a底面之介面而產生，於以該凹部底面為底邊之4腰二角开》腰之小平面（a)上向水準方向（與藍寶石基板11主面之平行方向）彎曲，連續延伸至凹部Ua之側壁 108890.doc -36 - 1300245 部為止而消失。又，位錯⑺自其與凹部仏底面之介面而產生’於小平面⑷上向水準方向彎曲，延伸至凸部m之中央部附近，且於凸部llb之中央部會合時之小平面⑷上 :上方（與藍寳石基板11主面之垂直方向）彎曲，於該會合 I5向垂直方向上升’成為凸部llb中央部之穿透位錯。此類型（a+c)之穿透位錯係具有伯格斯向量=i/3<ii_23>之穿透位70錯，其特徵為集中於凸部1 la之中央部。

第2類型位錯（類型a位錯）如下所述。圖⑺中，位錯（3)自八/、凹邛lla底面之介面而產生，於小平面（d)附近向水準方向弓曲，連續延伸至凹部丨la之侧壁部為止而消失。其中向水準方向之曾曲未必產生於小平面⑷。位錯⑷藉由與位錯（3)同樣之機構，向水準方向彎曲，並延伸至凸部 lib之中央部μ近為止，於凸部Ub中央冑之會合部向垂直方向上升，成為凸部Ub中央部之穿透位錯。與位錯（2)不同的疋’其向水準方向延伸。位錯(5)藉由與位錯⑺同樣之機構，向水準方向彎曲，且於延伸至凸部nb中央部附近時，偶爾向垂直方向延伸。該位錯（5)成為凸部llb中央部產生穿透位錯之原因。該類型&之穿透位錯係具有伯格斯向量=1/3<11-20>之穿透位錯。除上述類型（a+c)位錯及類型以立錯以外，於凸部Ua之中央邛之會合部，亦可觀察到(3&;^層12表面之新穿透位錯（類型（a+c)位錯以及類型a位錯二者）。其次，就GaN層12位元錯密度之估算結果加以說明。目刖，如圖11所示，設凹部lla之側壁與藍寶石基板u之主 108890.doc -37- 1300245 面所成角度為γ，凸部lib上之生長介面與藍寶石基板11之主面所成角度為β，則GaN層12之高密度缺陷區域之比例表示為：R=cotp((Wg/2)tana-d)/(l/2)(Wt+Wg+dcoty)。該情形時，位元錯密度估算為Winitialx(R+U(l-R))。其中，U表示類型a位錯（c面位錯）上升至GaN層12之表面之次數，由經驗而言，為1/10〜1/1 〇〇左右。例如α、β〜59度、γ〜67度、 Wg〜2.1 μηι、Wt〜2 μιη、d〜1 μιη 時，R〜0.195，此時 Winitial〜3xl〇8/cm2。當 U〜1/50時，位元錯密度〜6.3xl07/cm2。圖12A及圖12B表示藍寶石基板11與GaN層12之介面附近之剖面TEM照片。又，圖13表示該部分之剖面圖。圖12A 對應於圖13所示之凸部lib中虛線所包圍之區域，圖12B對應於圖13所示之凹部lla中虛線所包圍之區域。如圖12 A及圖12B所示，於藍寶石基板丨丨與GaN層12之介面上，於藍寶石基板11侧觀察之坑形狀在凹部lla與凸部lib相同，如圖13所示，當形成於凹部Ua之坑13之寬度為Pg，形成於凸部lib之坑14之寬度為pt時，pt>pg，典型的是pt>i.2 Pg。形成於凸部lib之坑14之寬度Pt大於形成於凹部lla之坑13寬度Pg，係由於凸部^^在生長初期不使GaN層12生長，且暴露於具有蝕刻作用之NH3氣體等中時間較長。先前之方法不會產生如此情形。圖14A表示藍寶石基板u之凹部Ua及凸部llb附近之剖面TEM知片（暗場像）’圖14B係圖14A所示之凸部lib上面附近之放大剖面TEM照片，圖14C係圖14B所示之凹部lla 底面附近之放大，二者之黑暗部分均為藍寳石基板丨丨。圖 -38- 108890.doc 1300245 1 5A係模式化表示圖14B所示之凸部lib上面附近之剖面， GaN層12中凸部lib上之結晶性較差區域之厚度為〜37 nm。又，圖15B係模式化表示圖14C所示之凹部lla底面附近之剖面，GaN層12中凹部11a上之結晶性較差區域之厚度為從〜18 nm至〜5 6 nm。由此可瞭解，凹部lia上與凸部Ub 上之GaN層12中結晶性較差區域之厚度不同。其原因係凸部lib上使GaN層12橫向生長。於先前方法中無較大差異。圖16係自該GaN發光二極體（綠色發光之發光二極體）向外部模擬光取出之（光跡追蹤/模擬）結果（以□表示資料）之一例示。圖16中，橫軸表示於藍寶石基板u上假定2〇 μπιχ20 μπι之尺寸範圍時凹部Ua之側壁的斜面面積s以及以4〇0 為基準之面積S之比（斜面面積比），縱軸表示光，出效率11。自® 16可知’為使光取出效率η提高，較好的是盡可能增加斜面面積s。圖16亦表示在將凹部&於藍寶石基板11上以60度間隔彤士、Μ —丄，〆成於二方向（例如，結晶學上等價之三個^綠方向）時（該情形時，凸部⑴之平面形狀成為三角形）’進行同樣模擬之結果（以◊表結果可知，相比於向單方内·、； & 田此向以條紋狀延伸之凹部11 a之幵）成情形，以60度間隔向= y ,_ —万向形成凹部Ua之光取出效率較鬲。丁參照圖1 7，重新研究用 _ 乂提鬲光取出效率η而對上述斜面面積S之最大化。由圖丨斜 Μ ’号慮於凹部1。之延伸方向上罩位長度之部分’將一週期旦 Μ里之凹部lla及凸部^於藍寶石 108890.doc -39- 1300245 基板11上所占之面積表示為（Wt+Wg) + d/tany，凹部11 a側壁之斜面面積表示為d/siny。由此，為提高光取出效率η，使斜面面積比（d/sin7)/((Wt+Wg)+d/tany)最大化較為有效。圖18表示於d=l μπι、Wt+Wg=4 μπι之情形下，改變凹部 11 a之側壁與藍寶石基板11之主面所成角度γ時，斜面面積比（以粗實線表示之資料）之變化。圖18中，細實線所示之資料表示斜面面積比之微分值。自圖18可知，於丫=69度時，斜面面積比為0.24。圖19表示γ=67度、Wt+Wg=4 μπι之情形下，改變凹部Ua 之深度d時，斜面面積比（以粗實線表示之資料）變化。圖19 中’細實線所示之資料表示斜面面積比之微分值。自圖19 可知，於GaN層12之位元錯密度變低之理想條件（d=1.66 μηι、α=59度、Wg=2 μηι)下’斜面面積比為〇·24。對此，例如d= 1 μπι時，斜面面積比為〇. 1 8。圖20表示γ=67度、Wt+Wg=7 μηι之情形下，改變凹部Ua 之深度d時，斜面面積比（以粗實線表示之資料）之變化。圖 20中，細線所示之資料表示斜面面積比之微分值示。自圖 20可知，於GaN層12位元錯密度變低之理想條件（d=i.66 ,、α=59度，Wg=2 μιη)下，斜面面積比為〇 i8。對此，例如d= 1 μιη時，斜面面積比為〇. 12。其次，研究活性層16附近之生長表面之狀態。通常，於生長層中存在穿透位錯時，會產生生長坑等’如圖以所示，導致生長表面之平坦性惡化，且穿透位元錯密度越高’其惡化程度越大。於活性層16中存在穿透位錯時，會 108890.doc -40- 1300245 於其面内產生厚度或成分波動等，其造成發光波長之面内不均勻性或產生反相位邊界缺陷等面狀結晶缺陷，且導致發光效率低下（内部量子效率低下）。對此，根據該第工實施形恶’ GaN層12之穿透位元錯密度如上所述可大幅減低， Ik此亦可同樣減低於其上生長之活性層丨6之穿透位元錯密度因牙透位元錯所導致之發光效率低下現象極少，相比先前，可獲得較高之發光效率。 φ 又’ GaN層12之穿透位錯集中於藍寶石基板11之凸部 ία中央部附近，且依照凸部llb之排列而規則性排列，故活f生層1 6中之穿透位錯亦反映此而規則性排列。因此，形成有活性層16中之平坦表面之部分的面積，相比於穿透位疋錯隨機配置之情形而大幅增加，藉此可謀求提高發光效率 0 進而’例如’活性層16之1]:1成分較高時，若生長表面粗糙，則如圖22所示，自活性層丨6易重新產生反相位邊界缺 • 陷等面狀結晶缺陷與位錯複合後之結晶缺陷，導致發光效率低下。對此，根據該第丨實施形態，因如上所述活性層 16表面之平坦性得到大幅改善，故可抑制上述結晶缺陷之產生’且亦不會產生發光效率之低下。由於使活性層16之生長表面之平坦性提高，並降低面狀 t as缺陷，藉由AlGaN構成活性層16之障壁層亦較有効。如上所述，根據該第丨實施形態，在藍寶石基板丨丨與 GaN層12之間未形成空隙，藉此可防止因該空隙而導致光取出效率之低下。又，當GaN層12之穿透位錯集中於藍寶 108890.doc -41 - 1300245 2基板11之凸部lib之中央部附近，而其他部分之位元錯狁度例如為i〇7/cm2左右時，相比於使用先前凹凸加工之基板而大幅減低，故（}他層12及於其上生長之活性層16等 GaN半導體層之結晶性會大幅提高，且非發光中心等亦將大幅減少。藉由該等而可獲得發光效率極高之GaN發光二極體。此夕卜，該GaN發光二㈣之製造所必須之蟲晶生長 1次完成，且無須生長膜，故製造步驟簡單，因此可以低 ^ 成本製造GaN發光二極體。其次’說明本發明之第2實施形態。於該第2實施形態中，如圖23A所示，對平坦藍寶石基板 11之整個面進行離子佈植，藉此使該藍寶石基板i丨之表面層非晶質化，以形成非晶質層3 i。用於該離子佈植之原子、能量以及劑量，可根據需要進行選擇，使藍寶石基板 11非晶質化。用於離子佈植之原子，可使用例如He、Ne、 Ar、Kr、Xe等惰性原子，或者Si、η、n、Ga等。例如， • 用於離子佈植之原子為Si時，使離子佈植之能量為ι〇〜3〇 keV，劑量為lxi〇18/cm2以上。其次，如圖23B所示，例如藉由RIE法對形成有非晶質層3 1之藍寶石基板11實施凹凸加工，形成與第丨實施形態同樣之凹部11 a及凸部11 b。其次，如圖23C至圖23E所示，與第J實施形態同樣地，使GaN層12生長於凸部lib形成有非晶質層31之藍寶石基板11上。此後，與第1實施形態同樣地，執行nS GaInN層13生長 108890.doc -42- 1300245 以後之步驟，製造GaN發光二極體。根據該第2實施形態，可取得與第1實施形態同樣之優點。其次，說明本發明第3實施形態。該第3實施形態中，如圖24A及圖24B所示，首先，在與第1實施形態同樣之凹凸加工實施後之藍寶石基板丨丨上，使GaN層32磊晶生長。其次，如圖24C所示，將GaN層32藉由RIE法等蝕刻，僅於藍寶石基板11之凹部lla之底部，使該GaN層32較薄地殘留。其次，如圖24D所示，對藍寶石基板11整個面進行離子佈植，藉此使該藍寶石基板i丨之凸部i ib之表面層非晶質化’形成非晶質層3 1。此時，亦使GaN層32同時非晶質化。用於該離子佈植之原子、能量以及劑量，根據需要進行選擇，以可使GaN層32非晶質化。用於離子佈植之原子’可使用例如He、Ne、Ar、Kr、Xe等惰性原子，或者 Si、Η、N、Ga等。例如，用於離子佈植之原子為以時，使離子佈植之能量為1〇〜3〇 keV，劑量為lxl0i8/cm2以上。其次，如圖24E至圖24G所示，以上述方式，於凸部m 形成非晶質層3 1，且與第i實施形態同樣地，使g—層i2 生長於凹部11 a之底部形成有非晶質化GaN層32之藍寶石基板11上。此時，向GaN層12之生長溫度升溫時，被非晶質化之GaN層32會結晶化。而且，GaN層12以此方式生長於結晶化之GaN層32上。 108890.doc -43- 1300245 此後’與第1實施形態同樣地，進入η型GalnN層13生長以後之步驟，製造GaN發光二極體。根據此第3實施形態，可獲得與第1實施形態同樣之優點。其次，說明本發明之第4實施形態。該第4實施形態中，首先，如圖25a所示，於平坦藍寶石基板π之整個面上，例如藉由蒸鍍法、錢鑛法、cvD法等形成SiN膜33作為非晶質層。該SiN膜33之厚度例如為i nm 以上。其次，如圖25B所示，對形成有siN膜33之藍寶石基板 11，利用例如RIE法、喷粉法、喷沙法等實施凹凸加工，形成與第1實施形態同樣之凹部11 a及凸部11 b。其次，如圖25C所示，於低溫，例如550°C左右之溫度下，使GaN層34生長。該GaN層34之厚度例如為200 nm以下。該GaN層34於藍寶石基板11之凹部ila的底部與凸部 lib上之SiN膜33上相互分裂而生長。其次’如圖25D至圖25F所示，以上述方式在於凸部1 ^ 上形成有SiN膜33、於凹部11a之底部形成有GaN層34之藍寶石基板11上，與第1實施形態同樣地，使GaN層12生長。此時，向GaN層12之生長溫度升溫時，GaN層34會結晶化。而且，GaN層12在以此方式結晶化之GaN層34上生長。又，SiN膜33上之GaN層34在向該生長溫度升溫時蒸發。此後，與第1實施形態同樣地，進入η型GalnN層13之生 108890.doc -44- 1300245 長後之步驟’製造GaN發光二極體。根據該第4實施形態，可獲得與第丨實施形態同樣之優點。其次’說明本發明之第5實施形態。泫第5實施形態如圖26A所示，於平坦之藍寶石基板“整個面上’例如藉由蒸鍍法、濺鍍法、CVD法等順次形成 SiN膜35、8丨〇2膜36以及SiN膜37。此處，SiN膜35、37之 φ 厚度例如為1 nm以上，Si〇2膜36之厚度例如為1〇 nma 上。其次，如圖26B所示，對形成有SiN膜35、81〇2膜36以及 SiN膜37之藍寶石基板π，藉用例如RIE法、噴粉法、喷沙法等實施凹凸加工，形成與第丨實施形態同樣之凹部丨ia及凸部lib。其次，如圖26C所示，例如藉由使用氫氟酸系蝕刻液之濕餘刻而僅對Si〇2膜36蝕刻，使其側面於水準方向少許後 • 退。其次，如圖26D所示，與第1實施形態同樣地，使GaN層 12生長。此時，Si〇2膜36之側壁如上所述，於水準方向後退，故可防止該GaN層12附著於8丨〇2膜36之側壁。其次，如圖26E所示，使用例如氫氟酸系蝕刻液進行濕蝕刻，以完全去除Si〇2膜36，藉此去除其上之SiN膜37以及GaN層34(脫膜）。其次，如圖26F及圖26G所示，與第1實施形態同樣地，使GaN層12橫向生長。 108890.doc •45- 1300245 此後，與第丨實施形態同樣，進入η型GainN層13生長以後之步驟’製造GaN發光二極體。根據該第5實施形態，可獲得與第丨實施形態同樣之優點。其次’說明本發明之第6實施形態。該第6實施形態中，如圖27A至圖27D所示，與第i實施形態同樣地，使（}必層12於凹凸加工實施後之藍寶石基板 11上生長。其次，如圖27E所示，使用RIE法等使該GaN層12圖案化’藉此選擇性去除凸部llb上穿透位元錯之集中部分，使凸部1 lb之表面露出該部分。其次，如圖27F以及G所示，使GaN層37自殘留於凹部 11 a上之GaN層12橫向生長。此後’與第1實施形態同樣，進入η型GalnN層13生長以後之步驟，製造GaN發光二極體。根據該第6實施形態，可獲得與第1實施形態同樣之優點。其次，說明本發明第7實施形態。於該第7實施形態中，如圖28A所示，首先，使GaN層38 於平坦藍寶石基板11上生長。其次，如圖28B所示，對該GaN層38實施凹凸加工，形成與第1實施形態中藍寶石基板11之凹部11 a及凸部11 b同樣之凹部38a以及凸部38b。其次，使GaN層12於上述實施凹凸加工後之GaN層3 8 108890.doc -46- 1300245 上，以與第1實施形態同樣之方式而生長。此後’與第1實施形態同樣地，進入η型GainN層13生長以後之步驟，製造GaN發光二極體。根據該第7實施形態，可獲得與第丨實施形態同樣之優點。其次，說明本發明第8實施形態。於该第8實施形態中’ p侧電極21之形成步驟以前與第丄實加形態同樣’但此後之步驟不同。此處，使用如下技術：於該P侧電極21中，較佳的是為防止電極材料（例如等）擴散而使含有Pd之層插入其中，或者為防止於其上，由應力、熱、包含形成於上層之Au或§11層（焊錫層或凸塊等）之Au或Sn向p側電極21擴散等導致之不良情形，而形成例如Ti、W或該等合金等高融點金屬，或者該等金屬之氮化物（TiN、WN、TiWN等），藉此用作無粒界之非晶質狀障壁金屬層。此處，含有Pd之層之插入技術係於金屬電鍍技術中作為Pd插入層而周知，且上述障壁金屬層材料因以電子元件之A1佈線技術等而周知。即’如圖2.9A所示，於形成p侧電極21以後，利用提拉法等例如形成Ni膜41，以霜筌玆^日,帝#〜 ^ .

蓋P側電極2 1，並形成TiN、WN、Ί w形成Pd膜替代之，以覆 TiWN等膜，以覆蓋該pd 108890.doc -47- 1300245 膜，進而根據須要，形成Ti、w、Mo或者該等合金等膜，以覆蓋上述膜。其次’如圖29B所示’藉由微影蝕刻而形成具有特定形狀之抗蝕劑圖案42，覆蓋Ni膜41及其上之“膜等層。其-人，如圖29C所不，將該抗蝕劑圖案42作為遮罩，例如利用RIE法钱刻，以形成平頂部22，使❹形狀為梯形。該平頂部22之斜面與藍寶石基板u之主面所成角度例如為35度左右。於該平頂部22之斜面上，根據須要形成 λ/4介電體膜Q ··發光波長）。其次，如圖29D所示，於11型（^1_層13上形成11側電極 23 ° 、其次，如圖29Ε所示，於基板整個面上形成以〇2膜“作為鈍化膜。考慮到對基底之密著性、_久性、處理上耐腐蝕性，可使用SiN膜或者Si〇N膜替代Si02膜43。其次，如圖29F所示，將該Si〇2膜43蝕刻而變薄以後，於平頂部22斜面之Si〇2膜43上形成A1膜44作為反射膜。該 A1膜44係使自活性層16產生之光反射至藍寶石基板^側以 2法提高光取出效率者。該八丨膜44之一端形成為與^^側之电極23相接觸。其原因在於，A1膜44與η側電極23之間未產生空隙，故光之反射增加。其後，再次形成Si〇2膜43，並形成必要厚度，作為鈍化膜。其次，如圖29G所示，對Si〇2膜43中Ni膜41及n側電極23 方口Ρ刀钱刻去除，形成開口 45、46，使Ni膜41及η侧電極23露出於該等部分。 108890.doc -48- 1300245 其次，如圖29H所示，於開口45部分之犯膜^上形成接墊電極47，並且於開口 46部分側電極23上形成接墊電極4 8 〇繼之，如圖291所示，於基板整個面上形成凸塊遮罩材料49之後，將該凸塊遮罩材料49中接墊電極48之上方部分蝕刻去除，以形成開口 50，使接墊電極48露出於該部分。其次，如圖29J所示，使用凸塊遮罩材料49於接墊電極 _ 48上形成Au凸塊51。其後，去除凸塊遮罩材料49。繼之，於基板整個面上再次形成凸塊遮罩材料（未圖示）之後，將該凸塊遮罩材料中接墊電極47之上方部分蝕刻去除，以形成開口，使接墊電極47露出於該部分。其後，於接墊電極 47上形成Au凸塊52。其次，根據須要，以上述方式將形成有發光二極體結構之藍寶石基板11自其背面側研削或磨削，以此減少厚度之後’對該藍寶石基板11進行摩擦，形成塊。此後，藉由對 Φ 該塊進行摩擦而晶片化。再者，圖29所說明之電極積層構造僅為一例，尤其必須考慮於將各電極層多個積層之情形時，伴隨元件溫度之上升’而對各金屬層熱膨脹係數不同所導致應力之抑制，與對金屬層間擴散之抑制，並且謀求含有Ag電極等之p側電極21與其他金屬層密著性之提高、應力耐久性之提高、防龜裂性提高，低接觸電阻化、對Ag電極等之品質維持而產生之高反射率化，故可根據須要，併入上述Si電子元件之 A1佈線技術等。 108890.doc -49- 1300245 其次，說明本發明第9實施形態。該第9實施形態中，除使用第1實施形態之方法所獲得之藍色發光之GaN發光二極體以及綠色發光之GaN發光二極體以外，亦對於使用另行準備之紅色發光之AlGalnP發光二極體製造發光二極體背光之情形加以說明。藉由第1實施形態之方法於藍寶石基板11上形成藍色發光之GaN發光二極體結構，進而於p側電極21及η側電極23 上分別形成凸塊（未圖不）之後’將其晶片化以覆晶形式獲得藍色發光之GaN發光二極體。同樣，以覆晶形式獲得綠色發光之GaN發光二極體。另一方面，作為紅色發光之 AlGalnP發光二極體，將AlGalnP半導體層積層於η型GaAs 基板上形成二極體結構，且於其上部形成P側電極，並且於η型GaAs基板背面形成普通η側電極，並以晶片形式而使用。而且，將該等紅色發光之AlGalnP發光二極體晶片、綠色發光之GaN發光二極體晶片以及藍色發光之GaN發光二極體晶片分別安裝於含有A1N等之載具上以後，將載具置於下方，並β特定配置將其安裝於例如A1基板等之基板上。此狀態於圖30Α表示。圖30Α中，符號61表示基板， 62表示載具，63表示紅色發光之AlGalnP發光二極體晶片，64表示綠色發光之GaN發光二極體晶片，65表示藍色發光之GaN發光二極體晶片。該等紅色發光之AlGalnP系發光二極體晶片63、綠色發光之GaN發光二極體晶片64以及藍色發光之GaN發光二極體晶片65之晶片尺寸例如為 108890.doc -50- 1300245 350 μιη見方。此處，將紅色發光之A1GaInP系發光二極體晶片63安裝為其η側電極位於載具62上，且設綠色發光之 GaN發光二極體晶片64以及藍色發光之GaN發光二極體晶片65安裝為其p側電極及η側電極隔以凸塊而位於載具62 上。於安裝有紅色發光之AlGalnP發光二極體晶片63之載具62上’將n側電極用汲取電極（未圖示）形成為特定圖案形狀’且於該汲取電極上之特定部分，安裝AiGaInP發光二極體晶片63之η侧電極側。而且，將導線67焊接於該 AlGalnP發光二極體晶片63ip側電極以及設置在基板21上之特定接墊電極66，以使該等相連接，並且將導線（未圖示）焊接於上述汲取電極之一端以及設置在基板61上之其他接塾電極，以使該等相連接。於安裝有綠色發光之GaN 發光二極體晶片64之載具62上，將p側電極用汲取電極以及η側電極用汲取電極（均未圖示）分別形成為特定圖案形狀’且將GaN發光二極體晶片64之ρ侧電極以及η侧電極側，隔以形成於該等上之凸塊而分別安裝於該等之ρ側電極用汲取電極以及η側電極用汲取電極上之特定部分。而且’將導線（未圖示）焊接於該GaN發光二極體晶片64之ρ側電極用汲取電極一端以及設置在基板61上之接墊電極，以將該等相連接，並且將導線（未圖示）焊接於其η側電極用汲取電極之一端與設置在基板61上之接墊電極，以使該等相連接。對於藍色發光之GaN發光二極體晶片65亦同樣。其中，省略載具62，亦可將紅色發光之AlGalnP發光二極體晶片63、綠色發光之GaN發光二極體晶片64以及藍色 108890.doc -51- 1300245 發光之GaN發光二極體晶片65直接安裝於具有放熱性之任意印刷佈線基板上，藉此可實現發光二極體背光全體之低成本化。使上述紅色發光之AlGalnP發光二極體晶片63、綠色發光之GaN發光二極體晶片64以及藍色發光之GaN發光二極體晶片65為一單位（胞），且將其於基板61上以特定圖案配置為必要數量。其一例於圖3 1表示。其次，如圖30B所示，填縫透明樹脂68，以覆蓋此一單位。此後，對透明樹脂68進行固化處理。透明樹脂68藉由該固化處理而固化，並隨此而少許縮小（圖30C)。以此，如圖32所示，可獲得以紅色發光之AlGalnP發光二極體晶片63、綠色發光之 GaN發光二極體晶片64以及藍色發光之GaN發光二極體晶片65為一單位者於基板61上以陣列狀排列之發光二極體背光。於此情形時，透明樹脂68與綠色發光之GaN發光二極體晶片64及藍色發光之GaN發光二極體晶片65之藍寶石基板11之背面接觸，故相比於該藍寶石基板丨丨之背面與空氣直接接觸之情形，折射率差變小，因此欲穿透該藍寶石基板11而射向外部之光經該藍寶石基板丨丨之背面而反射之比例減少，藉此可提高光取出效率，故發光效率提高。该發光一極體背光較佳的是，例如使用於液晶面板之背光。其次’說明本發明第1 〇實施形態。該第10實施形態與第9實施形態同樣地，將紅色發光之 AlGalnP發光二極體晶片63、綠色發光之GaN發光二極體 108890.doc -52- 1300245 晶片64以及藍色發光之GaN發光二極體晶片65，於基板61 上以特定圖案配置為必要數量以後，如圖33所示，填縫適用於（對發光波長之光更透明）該AlGalnP發光二極體晶片 63之透明樹脂69，以覆蓋紅色發光之AlGalnP發光二極體晶片63 ;填縫適用於該GaN發光二極體晶片64之透明樹脂 7〇 ’以覆蓋綠色發光之GaN發光二極體晶片64 ;以及填縫適用於該GaN發光二極體晶片65之透明樹脂71，以覆蓋藍色發光之GaN發光二極體晶片65。此後，對透明樹脂69至 71進行固化處理。透明樹脂69至71藉由該固化處理而固化，且隨此而少許縮小。如此，可獲得以紅色發光之 AlGalnP發光二極體晶片63、綠色發光之GaN發光二極體晶片64以及藍色發光之GaN發光二極體晶片65為一單位 (胞）者於基板61上以陣列狀排列之發光二極體背光。此情幵> 時’透明樹脂70、71分別與綠色發光之GaN發光二極體晶片64以及藍色發光之GaN發光二極體晶片65之藍寶石基板11的背面相接觸，故相比於該藍寶石基板丨丨之背面與空氣直接接觸之情形，折射率差變小，因此欲穿透該藍寶石基板11而射向外部之光經該藍寶石基板丨丨之背面而反射之比例減少，藉此可提高光取出效率，故發光效率提高。该發光二極體背光較佳的是，例如使用於液晶面板之背光。其次，說明本發明第丨丨實施形態。該第11實施形態中，藉由第i實施形態之方法而於藍寶石基板11上形成GaN發光二極體結構，並將p侧電極21以 108890.doc -53 - 1300245 及n側電極23分別形成為條紋形狀，且該等P側電極2Mn 側電極23上分別形成凸塊（未圖示），其後，對該藍寶石基板11進行雕刻以形成特宕士 f 7驭将疋大小之四角形。藉此，如圖34所，，可獲得具有條紋狀發光部之積體型㈣發光二極體。

It开y寺η側電極23形成為包圍條紋狀平頂部22之周圍而且’如圖35所示，將該積體型發光二極體安裝於3有A1N等之載具62上。此時p側電極用汲取電極以及n 側電極用汲取電極（未圖示）分別於載具62上形成為特定圖案形狀，且於其上形成焊錫7〇、71。將積體型GaN發光二極體之p側電極21定位於焊錫7〇上，n側電極23定位於焊錫 71上，且將該等焊錫7〇、71熔融接合。其次，說明本發明第12實施形態。於该第12實施形態中，除使用藉由第1實施形態之方法而獲得之藍色發光之GaN發光二極體以及綠色發光之GaN 發光二極體以外，亦對於使用另行準備之紅色發光之 AlGalnP發光二極體製造光源胞單元的情形加以說明。如圖36A所示，於該第12實施形態中，與第9實施形態同樣地’將分別至少含有一個紅色發光之AlGalnP發光二極體晶片63、綠色發光之GaN發光二極體晶片64以及藍色發光之GaN發光二極體晶片65，根據特定圖案配置而成之胞 8 1 ’以必要數量配置於印刷佈線基板8 2上。此例中，各胞 81分別含有一個紅色發光之AlGalnP發光二極體晶片63、綠色發光之GaN發光二極體晶片64以及藍色發光之GaN發光二極體晶片65，且將該等配置於正三角形之頂點。圖 108890.doc -54- 1300245 36B將胞81放大所示。各胞81之紅色發光之A1GaInP發光二極體晶片63、綠色發光之GaN發光二極體晶片64以及藍色發光之GaN發光二極體晶片65之間隔a例如為4 mm，但是並非限定於此。胞81之間隔b例如為30 mm，但亦並非限定於此。作為印刷佈線基板82，可使用例如FR4(難燃型4之簡稱）基板或金屬芯基板等，當其為具有放熱性之印刷佈線基板時，亦可使用其他，並未限定於該等。與第9實施形態同樣，填縫透明樹脂68，以覆蓋各胞81 ;或者與第1〇實施形態同樣，填縫透明樹脂69，以覆蓋紅色發光之 AlGalnP發光二極體晶片63 ;填縫透明樹脂7〇，以覆蓋綠色發光之GaN發光二極體晶片64 ;並且填縫透明樹脂71，以覆蓋藍色發光之GaN發光二極體晶片65。以此方式，可獲得將含有紅色發光之AlGalnP發光二極體晶片63、綠色發光之GaN發光二極體晶片64以及藍色發光之GaN發光二極體晶片65之胞81配置於印刷佈線基板82上之光源胞單元。印刷佈線基板82上之胞81配置之具體例，於圖37及圖38 所示’但是並非限定於該等。圖3 7所示之例係將胞8 1配置為4x3之二維陣列狀，圖38所示之例係將胞81配置為6x2之二維陣列狀。圖3 9表示胞8 1之其他結構例。此例中，胞8丨包含一個紅色發光之AlGalnP發光二極體晶片63，兩個綠色發光之 GaN發光二極體晶片64，以及一個藍色發光之GaN發光二極體晶片65，將該等配置於例如正方形之頂點。將兩個綠 108890.doc •55- 1300245 色發光之GaN發光二極體晶片64配置於該正方形之一條對角線之兩端點，且將紅色發光之AlGalnP發光二極體晶片 63以及藍色發光之GaN發光二極體晶片65配置於該正方形另一條對角線之兩端點。將一個或多個該光源胞單元排列，以獲得例如可較佳使用於液晶面板背光之發光二極體背光。以上，就本發明之實施形態加以具體說明，本發明並非限定於上述實施形態，可根據本發明之技術思想進行各種變形。例如’於上述第1至第12實施形態所列舉之數值、材料、構造、形狀、基板、原料、製程、凹部1 1 a之方位等僅為例示，亦可根據須要，使用與該等不同之數值、材料、構造、形狀、基板、原料、製程等。

具體而言，例如，於上述第1至第丨2實施形態中，可使P 型GaN半導體層以及η型GaN半導體層之導電型相反。又，亦可使用已述之SiC基板、Si基板等其他基板替代藍寶石基板11。又’凹部11a之延伸方向不僅可為GaN層12之<1-100>方向’亦可為GaN層12之<11-20>方向。又’亦可根據需要，將上述第1至第12實施形態中之雨個以上加以組合。【圖式簡單說明】圖WA)·圖1(c)係用以說明本發明第i實施形態之GaN發光二極體製造方法之剖面圖。 10B890.doc -56- 1300245 圖2(A)、圖2(B)係用以說明本發明第i實施形態之GaN發光一極體製造方法之剖面圖。系用以β兑明本發明第1實施形態之GaN發光二極體製造方法之剖面圖。苎4係本發明第1實施形態之GaN發光二極體製造方法中’形成於藍寶石基板上之凹部及凸部之平面形狀一例示之平面圖。圖5係表示將本發明第1實施形態所製造之GaN發光二極體所發之光取出情形時之略線圖。圖6係表示本發明第丨實施形態之GaN發光二極體製造方法中所使用的藍寶石基板之略線圖。圖7係用以說明本發明第1實施形態之GaN發光二極體製造方法中，於藍寶石基板上GaN層生長情形之略線圖。圖8係表示本發明第1實施形態之GaN發光二極體製造方法中’於k寶石基板上生長之GaN層的結晶缺陷分佈之略線圖。圖9係表示本發明第1實施形態之GaN發光二極體製造方法中，於藍寶石基板上生長之GaN層的平面陰極發光影像之圖式替代用照片。圖10(A)、圖ι〇(Β)係用以說明本發明第1實施形態之GaN 發光二極體製造方法中，於藍寶石基板上生長之GaN層由 TEM觀察所取得之位錯動作的略線圖。圖11係用以說明本發明第1實施形態之GaN發光二極體製造方法中’於藍寶石基板上生長之GaN層位元錯密度的 108890.doc -57- 1300245 估算結果之略線圖。圖12(A)、（B)係表示本發明第1實施形態之GaN發光二極體製造方法中’藍寶石基板與其上生長之GaN層之介面的剖面由TEM觀察之結果的圖式替代用照片。圖13係用以說明本發明第1實施形態之GaN發光二極體製造方法中’使GaN層生長於藍寶石基板上而形成坑之略線圖。圖14(A)-圖14(C)係表示本發明第i實施形態之QaN發光二極體製造方法中，藍寶石基板與其上生長之GaN層之介面的剖面由TEM觀察之結果的圖式替代用照片。圖15(A)、圖15(B)係用以說明圖14B及圖14(：中虛線所示之GaN層的厚度分佈之略線圖。圖16係表示藉由本發明第1實施形態所製造之GaN發光二極體之光跡追蹤/模擬結果之略線圖。圖17係說明用以使本發明第！實施形態所製造之發光二極體之光取出效率提高的最佳條件之略線圖。圖18係表示本發明第1實施形態之GaN發光二極體所使用的監寶石基板斜面面積比之模擬結果之略線圖。圖19係表示本發明第i實施形態之GaN發光二極體製造方法中所使用的藍寶石基板斜面面積比之模擬結果之略線圖。圖20係表示本發明第！實施形態之GaN發光二極體製造方法中所使用的藍寶石基板斜面面積比之模擬結果之略線圖0 108890.doc -58- 1300245 圖21係用以說明本發明第1實施形態所製造之GaN發光二極體之活性層表面平坦性之略線圖。圖22係用以說明本發明第1實施形態所製造之GaN發光二極體之活性層表面平坦性之略線圖。圖23(A)-圖23(E)係用以說明本發明第2實施形態之發光二極體製造方法之剖面圖。圖24(A)-圖24(G)係用以說明本發明第3實施形態之GaN 發光二極體製造方法之剖面圖。圖25(A)-圖25(F)係用以說明本發明第4實施形態之GaN 發光二極體製造方法之剖面圖。圖26(A)-圖26(G)係用以說明本發明第5實施形態之發光二極體製造方法之剖面圖。圖27(A)·圖27(G)係用以說明本發明第6實施形態之GaN 發光二極體製造方法之剖面圖。圖28(A)、圖28(B)係用以說明本發明第7實施形態之GaN 發光一極體製造方法之剖面圖。圖29(A)·圖29(J)係用以說明本發明第8實施形態之QaN 發光二極體製造方法之剖面圖。圖30(A)-圖30(C)係用以說明本發明第9實施形態之發光二極體背光的製造方法之剖面圖。圖31係用以說明本發明第9實施形態之發光二極體背光的製造方法之立體圖。圖32係用以說明本發明第9實施形態之發光二極體背光的製造方法之立體圖。 108890.doc -59- 1300245 圖33係用以說明本發明第1〇實施形態之發光二極體背光的製造方法之立體圖。圖34係表示藉由本發明第丨丨實施形態所製造之積體型發光二極體之立體圖。圖35係表示將本發明第丨丨實施形態所製造之積體型發光二極體安裝於載具上之情形的剖面圖。圖36(A)、圖36(B)係表示本發明第12實施形態之光源胞 •單元之平面圖以及該光源胞單元的胞放大圖。圖37係本發明第12實施形態之光源胞單元之一具體例示之平面圖。囷3 8係本么明苐12實施形態之光源胞單元之其他具體例示之平面圖。圖3 9係本發明第12實施形態之光源胞單元之其他胞結構例示之平面圖。圖40(A)-圖40(C)係用以說明GaN半導體層向先前之凹凸 • 加工基板上之生長方法之剖面圖。圖41係用以說明圖4〇所示之先前GaN半導體層生長方法問題之剖面圖。圖42(A)_圖42(D)係用以說明GaN半導體層向先前凹凸加工基板之生長方法之剖面圖。圖43(A)-圖43(F)係用以說明⑽半導體層向其他先前凹凸加工基板上之生長方法之剖面圖。【主要元件符號說明】 Π 藍寶石基板 108890.doc 1300245

11a 凹部 lib 凸部 12 GaN層 16 活性層 21 p側電極 22 平頂部 23 η側電極 31 非晶質層 33, 35, 37 SiN膜 34 Si02 膜

108890.doc

Claims

1300245 十、申請專利範圍：其特徵在於具有如下步 1. 一種發光二極體之製造方法驟： :-主面上具有一個或多個凹部之基板之該凹部，使第：氮化物m-v族化合物半導體層經過剖面形狀為以該凹4底面為底邊之三角形之肤能 ^ 狀心而生長，糟此填充該凹部之步騍；

使第二氮化物m-v族化合物半導體層於上述基板上，自上述第-氮化物m-v族化合物半導體層而橫向生長之步驟；以及使弟1導電型第三氮化物ΠΙ_ν族化合物半導體層、活性層以及第2導電型第四氮化物m-v族化合物半導體層於上述第二氮化物m-v族化合物半導體層上順次生長： 2·=明求項1之發光二極體之製造方法，其中使上述第一 • 1化物IH_V族化合物半導體層生長日夺，自其與上述凹部氐面之"面在與上述一主面垂直方向所產生之位錯，在到達亡述剖面形狀為三角形之狀態的上述第一氮化物 ΠΙ·ν族化合物半導體層之斜面或者其附近時，於上述一主面向平行方向彎曲。用长員1之發光二極體之製造方法，其中使上述第一虱化物III· V族化合物半導體層與上述第二氮化物族化口物半導體層生長時，於上述凹部之底面部分之上述基板上，形成具有第1寬度之第1孔，並且於上述凹部之 108890.doc 1300245 兩側。卩分之上述基板上形成第2孔’該第2孔具有大於上述第1寬度之第2寬度。 4.如請求項1之發光二極體之製造方法，其中上述凹部之剖面形狀為倒梯形。 5·如印求項4之發光二極體之製造方法，其中設上述凹部之深度為d，上述凹部之底面寬度為Wg，上述剖面形狀為三角形之狀態下的上述第一氮化物ΠΙ_ν族化合物半導體層之斜面與上述一主面所成之角度為α，此時2d^Wg tana成立〇 6·如請求項1之發光二極體之製造面上交替具有上述凹部與凸部。 7·=請求項1之發光二極體之製造方法，#中上述凹部方單方向上延伸。 8·如請求们之發光二極體之製造方法，其中上述凹部】少於彼此交又之第1方向及第2方向上延伸。 9.如請求们之發光二極體之製造方法，其中上述凸部肩 !=:平面形狀’且該凸部二維排列為蜂寫狀，並： L圍4凸部之方式而形成上述凹部。 10·如請求項丨之發光二極體之製造方法，1 使氮化物m-v族化合物半導體層在人有' 4基板係 m-v族化合物半導體之物質的基板上3 :於氮化物物則族化合物半導體層形成上述凹部。、’且於該氮化 u·如請求項1之發光二極體之製造方法之兩側部分之上述基板上，具有非晶質層\述凹部 108890.doc 1300245 ’其中上述非晶質面層非晶質化而形 12·如請求項11之發光二極體之製造方法層係藉由離子佈植，使上述基板之表成0 13·如睛求項11之發光二極體之製造方法，其中上述非晶質層係於上述基板上成膜所得之絕緣臈。

如請求項丨之發光二極體之製造方法’其中於上述凹部之兩側部分之上述基板上，順次形成第#晶質層、第2 非晶質層以及第3非晶質層，上述第2非晶質層可對上述第1非晶質層以及上述第3非晶質層進行選擇性蚀刻。半導體層上順次生長。以如請求項1之發光二極體之製造方法，其中在使上述第一氮化物III-V族化合物半導體層橫向生長之後，去除上述第二氮化物III-V族化合物半導體層中除上述凹部上以外之部分，且使第五氮化物ΠΙ_ν族化合物半導體層於殘召在上述凹部上之上述第二氮化物ΠΙ_ν族化合物半導體層上橫向生長，並使上述第三氮化物III-V族化合物半導體層、上述活性層以及上述第四氮化物ΠΙ-ν族化合物半 15.如請求们之發光二極體之製造方法，其中在使上述第二氮化物III-V族化合物半導體層橫向生長之後，去除上述第二氮化物III-V族化合物半導體層中除上述凹部上以外之4分，且使上述第三氮化物ΙΠ_ν族化合物半導體層 2殘留在上述凹部上之上述第二氮化物ΙΠ-ν族化合物半導體層上橫向生長’並使上述活性層及上述第四氮化物 III-V族化合物半導體層於上述第三氮化物Ιπ_ν族化合物 108890.doc 1300245 導體層於上述第五氮化物ηι-ν族化合物半導體層上順次生長。 17· 一種積體型發光二極體之製造方法，其係將多個發光二極體整合而成者，其特徵在於具有如下步驟； —於主面上具有一個或多個凹部之基板之該凹部，使第氮化物III-ν族化合物半導體層經過剖面形狀為以該凹4底面為底邊之三角形之狀態而生長，藉此填充該凹 0 部之步驟；使第一氣化物III-V族化合物半導體層於上述基板上，自上述第一氮化物Ιπ_ν族化合物半導體層而橫向生長之步驟；以及使第1導電型第三氮化物m_v族化合物半導體層、活 14層以及第2導電型第四氮化物III-V族化合物半導體層’於上述第二氮化物Ιπ_ν族化合物半導體層上順次生長之步驟。 • I8· 一種發光二極體，其特徵在於··具有基板其於一主面上具有一個或多個凹部；第/、氮化物III-V族化合物半導體層，其於上述基板上在上述凹部未形成空隙而生長；以及上述第六氮化物ΙΙΙ-ν族化合物半導體層上之第i導電型第三氮化物III-V族化合物半導體層、活性層以及第2 V電型苐四氮化物ΠΙ-V族化合物半導體層，且於上述第六氮化物II;[_V族化合物半導體層中，自其與上述凹部底面之介面在與上述一主面垂直方向所產生之 108890.doc 1300245 位錯，到達以上述凹部底面為底邊之三角形部之斜面或其附近，並自該處於上述一主面上向平行方向彎曲。 19· 一種發光二極體，其特徵在於：具有基板，其於一主面具有一個或多個凹部；第六氮化物III-V族化合物半導體層，其於上述基板上在上述凹部未形成空隙而生長；以及上述第六氮化物III-V族化合物半導體層上之第i導電 # 型第三氮化物ΙΠ-ν族化合物半導體層、活性層以及第2 V電型第四氮化物in·ν族化合物半導體層，且於上述凹部之底面部分之上述基板上具有第丨孔，該第1孔具有第1寬度，並且於上述凹部之兩侧部分之上述基板上具有第2孔，該第2孔具有大於上述第丨寬度之第2 寬度。 20. 一種積體型發光二極體，係將多個發光二極體整合而成，其特徵在於： φ 上述至少一個發光二極體具有基板其於一主面上具有一個或多個凹部；第六氮化物III-V族化合物半導體層，其於上述基板上在上述凹部未形成空隙而生長；以及上述第/、氮化物III-V族化合物半導體層上之第i導電型第三氮化物III-V族化合物半導體層 '活性層以及第2 導電型第四氮化物ΙΠ_ν族化合物半導體層，且於上述第/、氮化物ΙΠ_ν族化合物半導體層，自其與上述凹邛底面之介面在與上述一主面垂直方向所產生之位 108890.doc 1300245 錯，到達以上述凹部底㈣底邊之三角形部附近：並自該處於上述一主面上向平行方向彎曲）、 21. -種I化物ΙΠ_ν族化合物半導體之生長方法，其特徵於具有如下步驟：女主面上具有一個或多個凹部之基板之該凹部，使第鼠化物III _V族化会►你主道^ |®Λ JS, Λ- 夭亿口物丰導體層經過剖面形狀為以該凹部底面為底邊之三角形之妝能行％ <狀態而生長，藉此填充該凹

部之步驟，與使第二氮化物III-V族化合物半導體層於上述基板上，自上述第一氮化物m_v族化合物半導體層而橫向生長之步驟。 22. —種光源胞單元，其係將分別含有至少一個紅色發光之發光二極體、綠色發光之發光二極體以及藍色發光之發光二極體之胞，多個排列於印刷佈線基板上者，其特徵在於：鲁上述、、工色鸯光之發光二極體、上述綠色發光之發光二極體以及上述藍色發光之發光二極體中至少一個發光二極體具有基板，其於一主面上具有一個或多個凹部；第六氮化物III-V族化合物半導體層，其於上述基板上在上述凹部未形成空隙而生長；以及上述第六氮化物III-V族化合物半導體層上之第1導電型苐二氮化物III-V族化合物半導體層、活性層以及第2 導電型第四氮化物III-V族化合物半導體層，且 108890.doc -6 - 1300245 於上述第六氮化物ΙΠ_ν族化合物半導體層中，自其與上述凹部底®之介面在與上述一主面垂直方向所產生之位錯，到達以上述凹部底面為底邊之三角形部之斜面或其附近，並自該處於上述一主面上向平行方向彎曲。 23· —種發光二極體背光，其係將多個紅色發光之發光二極體、綠色發光之發光二極體以及藍色發光之發光二極體分別排列者，其特徵在於：上述紅色發光之發光二極體、上述綠色發光之發光二極體以及上述藍色發光之發光二極體中至少一個發光二極體具有基板其於一主面上具有一個或多個凹部；第六氮化物III-V族化合物半導體層，其於上述基板上在上述凹部未形成空隙而生長；以及上述第六氮化物III-V族化合物半導體層上之第1導電型第三氮化物ΙΙΙ·ν族化合物半導體層、活性層以及第2 ‘電型第四氮化物ΠΙ·ν族化合物半導體層，且於上述第六氮化物ΙΠ-ν族化合物半導體層中，自其與上述凹部底面之介面在與上述一主面垂直方向所產生之位錯’到達以上述凹部底面為底邊之三角形部之斜面或其附近，並自該處於上述一主面上向平行方向彎曲。 24. -種發光二極體顯示^，其係將多個、红色發光之發光二極體、綠色發光之發光二極體以及藍色發光之發光二極體分別排列者，其特徵在於：上述紅色發光之發光二極體、上述綠色發光之發光二 108890.doc 1300245 極體以及上述藍色發光之發光二極體中至少一個發光二極體具有基板’其於一主面上具有一個或多個凹部；第六氮化物III-V族化合物半導體層，其於上述基板上在上述凹部未形成空隙而生長；以及上述苐六氮化物III-V族化合物半導體層上之第1導電型第二氮化物III-V族化合物半導體層、活性層以及第2 導電型第四氮化物ΠΙ_ν族化合物半導體層，且於上述第六氮化物III-V族化合物半導體層中，自其與上述凹部底面之介面在與上述一主面垂直方向所產生之位錯，到it以上述凹部底面為底邊之三角形部之斜面或其附近，並自該處於上述一主面上向平行方向彎曲。 25· —種電子機器，係具有一個或多個發光二極體者，其特徵在於：

至少一個上述發光二極體具有基板，其於一主面上具有一個或多個凹部第六氮化物m-v族化合物半導體層，其於上述基板上在上述凹部未形成空隙而生長；以及上述弟六氮化物m-v族化合物半導體層上之第1導電型第三氮化物m_v族化合物半導體層、活性層以及第2 導電型第四氮化物m-v族化合物半導體声，且於上述第六氮化物Π!-ν族化合物半導體層中，自其與上述凹部底面之介面在與上述_ 王面垂直方向所產生位錯，到達以上述凹部底面為底其附近，並自該處於上述一主面上Α二角形权斜面或主面上向平行方向彎曲。 108890.doc