JP2008282876A - 発光ダイオード及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エピタキシャル層状構造に発生するらせん転位の密度を一層下げることができる発光ダイオードとその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】その一面が粗面となって複数の突起区画及び複数の凹陥区画を有し、且つ、各前記突起区画には、更に複数の突起部及び複数の凹陥部が形成されているエピタキシャル基板と、前記エピタキシャル基板の前記粗面を覆うエピタキシャル層状構造とからなる発光ダイオード及びその製造方法を提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、発光ダイオード及びその製造方法に関し、特に、エピタキシャル基板の粗面化処理された表面にエピタキシャル層状構造が形成される発光ダイオード及びその製造方法に関する。

発光ダイオードの内部量子効率は発光ダイオードの結晶成長層に発生するらせん転位の影響によって著しく下がることは既に知られている。らせん転位は、一つの材料が他の材料上に形成されるときに発生し、そして該二種類の材料の間の格子不整合が大きければ大きいほど、前記形成する材料のらせん転位は密集して発生することになる。

図１において、発光ダイオードのエピタキシャル層１２に発生するらせん転位の密度を減らす従来の方法として、ウェットまたはドライエッチング技術を用いてサファイア基板であるエピタキシャル基板１１に、深さが均一な複数の溝１１１を間を空けて形成し、エピタキシャル基板１１に、エピタキシャル層１２を形成する方法を示している。

この方法は、エッチングを行う時、所定の部分だけ露出させるマスクでエピタキシャル基板１１を覆うので、その所定の部分だけエッチングされて窪んで溝１１１となる。

しかし、この方法においては、マスクにより覆われている部分はエッチングざれず、つまり粗面化処理されてないので、らせん転位の密度を下げる効果は限られている。更に、ウェットエッチングの場合、エッチングにより形成された溝１１１の粗さ加減のさほどでないので、らせん転位の密度を下げる効果はほんのわずかである。

他にエピタキシャル基板に溝を形成する方法の例としては、特許文献１と特許文献２により開示された方法が挙げられる。

特許文献１ではエピタキシャル基板上の多重核を形成し、続いてその上を覆う転位抑止層を形成する。多重核を覆うので、転位抑止層の表面には多数の突起部と溝部が形成され、エピタキシャル層状構造を形成するときに発生するらせん転位を効果的に減らすことができる。しかし、転位抑止層の表面にある突起部と溝部の局部粗さが未だに足りず、更なる改良が望まれている。
米国特許６,９３６,８５１号公報 米国特許７,０３３,８５４号公報

上述のように、従来の発光ダイオード製造方法では、らせん転位の問題を解決しておらず、更なる改良を施すべきである。

従って、本発明は、エピタキシャル層状構造に発生するらせん転位の密度を一層下げることができる発光ダイオードとその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明はその一面が粗面となって複数の突起区画及び複数の凹陥区画を有し、且つ、各前記突起区画には、更に複数の突起部及び複数の凹陥部が形成されているエピタキシャル基板と、
前記エピタキシャル基板の前記粗面を覆うエピタキシャル層状構造とからなる発光ダイオードを提供する。

前記発光ダイオードにおいて、各前記突起区画に形成される複数の突起部及び複数の凹陥部は該突起区画の稜線を構成して前記エピタキシャル基板上に湾曲延伸するように形成されることが好ましい。

前記発光ダイオードにおいて、各前記凹陥区画は隣り合う複数の前記突起区画により包囲画成され、且つ、隣り合う複数の前記突起区画と連続するように形成されることが好ましい。

前記発光ダイオードにおいて、前記エピタキシャル基板は、サファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、スピネル構造を有するＭｇＡｌＯ_４からなる群から選ばれた材料により製造されることが好ましい。

前記発光ダイオードにおいて、前記エピタキシャル基板の前記粗面の平均粗さは０．５〜１０００ｎｍであることが好ましく、０．５〜５００ｎｍの範囲内にある方がより好ましい。

前記発光ダイオードにおいて、前記エピタキシャル層状構造には前記エピタキシャル基板の前記突起区画及び前記凹陥区画上に形成される核層と、前記核層上に形成されるエピタキシャル層とを有していることが好ましい。

前記発光ダイオードにおいて、前記エピタキシャル層はIII族元素として、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｉからなる群から選ばれた少なくとも一種の元素と、Ｖ族元素として、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉからなる群から選ばれた少なくとも一種の元素とからなるIII−Ｖ族化合物からなることが好ましい。

前記発光ダイオードにおいて、前記エピタキシャル層は第１と第２の半導体層と、該第１と第２の半導体層により挟まれる活性層とを有し、前記第１の半導体層は前記核層上に形成されることが好ましい。

前記発光ダイオードにおいて、前記第１と第２の半導体層にそれぞれ第１と第２の電極接点とを更に設けることが好ましい。

また、本発明はエピタキシャル基板の一面上にマスク層を形成し、前記マスク層に対して粗面化処理を施すことによって前記マスク層上に突起区画と凹陥区画を形成し、粗面化されたマスク層とその下の前記エピタキシャル基板に対して異方性エッチングを行い、粗面化されたマスク層全部を前記エピタキシャル基板から除去すると共に、前記一面を複数の突起区画及び複数の凹陥区画を有し、且つ、各前記突起区画は、更に複数の突起部及び複数の凹陥部が形成されている粗面に形成することによって前記エピタキシャル基板の前記一面を粗面化し、前記エピタキシャル基板の突起区画及び凹陥区画上にエピタキシャル層状構造を形成する発光ダイオード製造方法をも提供する。

前記発光ダイオード製造方法において、前記マスク層に対する粗面化処理に用いる手法としては、アニール、ウェットエッチング、機械研磨、サンドブラストのいずれか一つの手法によることができる。

前記発光ダイオード製造方法において、前記マスク層に対する粗面化処理としてアニールの手法よる場合、下記条件を満たす方が好ましい。

まず、前記マスク層の製造材料として、フォトレジスト材料または金属材料を使用することができる。金属材料としては、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｃｕからなる群から選ばれた少なくとも一種の金属を使用することができ、その中でもＮｉを使用することがより好ましい。そして、前記マスク層の厚さは５０〜２０００ｎｍに形成されることが好ましい。また、前記マスク層に対するアニール処理温度は４００℃〜１０００℃の範囲内にあることが好ましい。

また、前記発光ダイオード製造方法において、前記マスク層に対する粗面化処理として、サンドブラストの手法による場合、下記条件を満たす方が好ましい。

まず、前記マスク層は金属材料により厚さ５０〜５００ｎｍに形成されるものを使用することが好ましい。そして、前記マスク層に対する粗面化処理に用いる粉末としては、Ａｌ_２Ｏ_３ビーズ、ＳｉＣビーズ、黒アルミナビーズ、スチールショット、ブロンズ合金ショット、セラミックビーズ、アルミナビーズ、ステンレスショット、プラスチックビーズ、くるみ粉末、ＳｉＯ_２ビーズ、Ｂ_４Ｃビーズのいずれか一つを用いることが好ましい。また、サンドブラストの手法に使用する粉末の粒径０．０５〜５００μｍであることが好ましい。更に、粉末を噴射するノズルからマスク層までの距離は、２０〜３０ｃｍであることが好ましい。更にまた、粉末を噴射する噴射圧力は０．００５〜１０ｋｇ／ｃｍ²であることが好ましい。

前記粗面化処理を経て、結果として得られる粗面化されたマスク層の表面の平均粗さは０．５〜１０００ｎｍであることが好ましい。そして、平均粗さが０．５〜５００ｎｍの範囲内にあることがより好ましい。

更に、本発明によるもう一つの発光ダイオード製造方法として、エピタキシャル基板の一面に対し、機械研磨またはサンドブラストの手法による粗面化処理を施し、該一面を複数の突起区画及び複数の凹陥区画を有し、且つ、各前記突起区画には、更に複数の突起部及び複数の凹陥部が形成されている粗面に形成し、前記エピタキシャル基板の突起区画及び凹陥区画上にエピタキシャル層状構造を形成する発光ダイオード製造方法をも提供する。

前記発光ダイオード製造方法において、前記エピタキシャル基板に対する粗面化処理に用いる手法としては、サンドブラストの手法によることができる。サンドブラストの手法による場合、下記条件を満たす方が好ましい。

まず、前記エピタキシャル基板に対する粗面化処理に用いる粉末として、Ａｌ_２Ｏ_３ビーズ、ＳｉＣビーズ、黒アルミナビーズ、スチールショット、ブロンズ合金ショット、セラミックビーズ、アルミナビーズ、ステンレスショット、プラスチックビーズ、くるみ粉末、ＳｉＯ_２ビーズ、Ｂ_４Ｃビーズのいずれか一つを用いることができる。そして、使用する粉末の粒径１〜５００μｍであることが好ましい。更に、該粗面化処理において、粉末を噴射するノズルからエピタキシャル基板までの距離は、１５〜３０ｃｍであることが好ましい。また、粉末を噴射する噴射圧力は０．００５〜５０ｋｇ／ｃｍ²であることが好ましい。

前記粗面化処理を経て、結果として得られる粗面化されたエピタキシャル基板の表面の平均粗さは０．５〜１０００ｎｍであることが好ましい。そして、平均粗さが０．５〜５００ｎｍの範囲内にあることがより好ましい。

また、前記２の発光ダイオード製造方法において、前記エピタキシャル層状構造には前
記エッチングされたエピタキシャル基板上に形成される核層と、前記核層上に形成されるエピタキシャル層とを有していることが好ましい。そして前記核層の形成温度は４５０℃〜１０００℃であることが好ましく、前記エピタキシャル層の形成温度は６５０℃〜１３００℃であることが好ましい。

前記エピタキシャル層はIII族元素として、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｉのいずれかの元素と、Ｖ族元素として、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉのいずれかの元素とからなるIII−Ｖ族化合物であることが好ましい。

更に、前記エピタキシャル層は第１と第２の半導体層と、該第１と第２の半導体層により挟まれる活性層とを有し、前記第１の半導体層は前記核層上に形成されることが好ましい。

更に、前記第１と第２の半導体層にそれぞれ第１と第２の電極接点とを更に設けることが好ましい。

また、前記２の発光ダイオード製造方法において、前記エピタキシャル基板は、サファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、スピネル構造を有するＭｇＡｌＯ_４のいずれかにより製造されることが好ましい。

上記構成によれば、本発明はエピタキシャル基板に突起区画及び凹陥区画を形成し、そして各突起区画に突起部及び凹陥部により構成される歯状稜線を形成するので、らせん転位の発生密度を更に下げることができる。

図２と図３に示すのは本発明の発光ダイオードの好ましい実施形態であり、図２はその示す部分略示図で、図３は該発光ダイオードにおけるエピタキシャル層状構造７の構成を示す拡大図である。

図示のように、その発光ダイオードはエピタキシャル基板６の一面にエピタキシャル層状構造７が形成されているものであり、該エピタキシャル基板６の前記一面が粗面６０となって複数の突起区画６１及び複数の凹陥区画６２を有し、且つ、各前記突起区画６１には、更に複数の突起部６１２及び複数の凹陥部６１１が形成されており、該エピタキシャル層状構造７は該エピタキシャル基板６の前記粗面６０を覆うように形成されている。

各突起区画６１に形成される複数の突起部６１２及び複数の凹陥部６１１は、該突起区画６１にてエピタキシャル基板６に湾曲延伸する稜線６３を構成するように形成されている。そして、各凹陥区画６１１は隣り合う複数の突起区画６１２の包囲により画成され、且つ、隣り合う複数の突起区画６１２と連続するように形成される。

エピタキシャル基板６は、サファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、スピネル構造を有するＭｇＡｌＯ_４からなる群から選ばれた材料を用いて製造することができるが、本実施形態において、エピタキシャル基板６はサファイアにより製造されるものを使用している。また、エピタキシャル基板６に形成される粗面６０の平均粗さは０．５〜１０００ｎｍの範囲内にあることが好ましく、特に、０．５〜５００ｎｍの範囲内にある方がよりこのましい。

エピタキシャル層状構造７にはエピタキシャル基板６の突起区画６１及び凹陥区画６２が形成される粗面６０の上形成される核層７１と、核層７１の上に形成されるエピタキシ
ャル層７２とを有するように形成される。エピタキシャル層７２はIII−Ｖ族化合物からなるものであり、そのIII−Ｖ族化合物を構成するIII族元素としては、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｉのいずれかの元素で、Ｖ族元素としては、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉいずれかの元素を使用する。また、エピタキシャル層７２は第１の半導体層７２１と、第２の半導体層７２３と、該第１と第２の半導体層７２１、７２３により挟まれる活性層７２２とを有するように形成され、更に、第１と第２の半導体層７２１、７２３には、第１と第２の電極接点８１、８２がそれぞれ設けられている。

続いて、図４の（Ａ）〜（Ｄ）に参照して本発明の発光ダイオード製造方法の第１の形態について説明する。この方法は、下記手順を経て発光ダイオーをド製造する。（ａ）エピタキシャル基板１６の一面上にマスク層１９を形成する（図４Ａ参照）。（ｂ）マスク層１９に対して粗面化処理を施し、マスク層１９上に複数のマスク層突起区画１９１と複数のマスク層凹陥区画１９２とを有するマスク層粗面１９０を形成する（図４Ｂ参照）。（ｃ）粗面化されたマスク層１９とその下のエピタキシャル基板１６に対して異方性エッチングを行い、粗面化されたマスク層１９を全部エピタキシャル基板１６から除去すると共に、エピタキシャル基板１６を粗面化して、基板１６にそのマスク層突起区画１９１とマスク層凹陥区画１９２とにそれぞれ対応する箇所に基板突起区画１６１と基板凹陥区画１６２とを形成すると同時に、基板突起区画１６１及び基板凹陥区画１６２の表面１６０に、更に複数の突起部１６１２及び複数の凹陥部１６１１を形成する（図４Ｃ参照）。（ｄ）エピタキシャル基板１６の突起区画１６１及び凹陥区画１６２の表面１６０の上に核層１７１及びエピタキシャル層１７２からなるエピタキシャル層状構造１７を形成する（図４Ｄ参照）。

マスク層１９に対して粗面化処理を行う手順（ｂ）において、粗面化処理に用いる手法としては、アニール、ウェットエッチング、機械研磨、サンドブラストのいずれか一つの手法によることができる。アニールを用いる場合、アニール処理対象となる材料に対して圧縮応力と引張応力を選択的に加えるが、本実施形態において、マスク層１９に対して圧縮応力を加える。

また、アニールを用いる場合、アニール処理対象となる材料マスク層１９の製造材料としてはフォトレジスト材料または金属材料を使用すること。金属材料としては、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｃｕのいずれかの金属を使用することができる。フォトレジスト材料としては、ＳＵ-８（登録商標）、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、ポリイミド、ＥＰＧ-５１６（登録商標）、ＡＺ-５２１４、ＤＮＲ-Ｌ３００-Ｄ１（登録商標）いずれかのフォトレジスト材料を使用することができる。また、マスク層１９を例えばＳｉＯ_２製のベースフィルム及びＥＰＧ-５１６（登録商標）製のフォトレジストフィルムと結合することもできる。この実施形態のおいて、マスク層１９はＮｉを使用して厚さが５０〜２０００ｎｍになるように形成する。マスク層１９が厚すぎると、アニール作業において圧縮応力の効果は低くなる。また、マスク層１９が薄すぎると、マスク層粗面１９０に所望の粗さが得られない。本実施形態において、マスク層１９の粗面化工程（ｂ）においてマスク層１９に対するアニール処理温度は４００℃〜１０００℃であり、５００℃〜８００℃の範囲内にある方が好ましい。この処理温度が高すぎると、マスク層9は劣化する。そして、この処理温度が低すぎると、マスク層粗面１９０に所望の粗さが得られない。

更に、マスク層１９の粗面化工程（ｂ）においてサンドブラストの手法を用いる場合、マスク層１９の形成工程（ａ）ではＮｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔからなる群から選ばれた少なくとも一種の金属を使用して厚さが５０〜５００ｎｍになるようにマスク層１９を形成する。この実施形態において、マスク層１９の粗面化工程（ｂ）においてマスク層１９に対して噴射する粉末はＡｌ_２Ｏ_３ビーズ、ＳｉＣビーズ、黒アルミナビーズ、スチー
ルショット、ブロンズ合金ショット、セラミックビーズ、アルミナ ビーズ、ステンレスショット、プラスチックビーズ、くるみ粉末、ＳｉＯ_２ビーズ、Ｂ_４Ｃビーズからなる群から選ばれた少なくとも一種の粉末を使用することができる。粗面化工程（ｂ）において噴射する粉末するの粒径は０．０５〜５００μｍの範囲内にあることが好ましい。そして、粉末を噴射するノズル（図示せず）からマスク層１９までの距離は２０〜３０ｃｍの範囲内に設定することが好ましい。また、粉末の噴射圧力は０．００５〜１０ｋｇ／ｃｍ^２の範囲内に設定することが好ましい。

更に、マスク層１９の粗面化されたマスク層粗面１９０の平均粗さは０．５〜１０００ｎｍの範囲内にあることが好ましく、そして０．５〜５００ｎｍの範囲内にあることがより好ましい。マスク層粗面１９０の粗さが高すぎると、エピタキシャル基板１６に対するエピタキシャル層状構造１７の形成は失敗しやすくなる。そして、マスク層粗面１９０の粗さが低すぎると、らせん転位の密度を下げる効果は現れ難くなる。

マスク層１9におけるマスク層突起区画１９１及びマスク層凹陥区画１９２の形成が終わった後、異方性エッチング（本実施形態ではドライエッチング）を行ってエピタキシャル基板１６に所定の基板突起区画１６１及び基板凹陥区画１６２を形成する。

そして、核層１７１の形成温度は４５０℃〜１０００℃の範囲内にあることが好ましく、６５０℃〜１３００℃の範囲内にあることがより好ましい。

続いて、図５の（Ａ）〜（Ｃ）に参照して本発明の発光ダイオード製造方法の第２の形態について説明する。この方法は、下記手順を経て発光ダイオーをド製造する。（ａ）エピタキシャル基板２６に対してサンドブラストの手法を用いて粗面化処理を施し（図５Ａ、Ｂ参照）、エピタキシャル基板２６に基板突起区画２６１と基板凹陥区画２６２とを形成すると同時に、基板突起区画２６１及び基板凹陥区画２６２の表面２６０に、更に複数の突起部２６１２及び複数の凹陥部２６１１を形成する。（ｂ）エピタキシャル基板２６の突起区画２６１及び凹陥区画２６２の表面２６０の上にエピタキシャル層状構造２７を形成する（図５Ｃ参照）の手順を経て発光ダイオーをド製造する。ちなみに、エピタキシャル基板２６に対する粗面化工程（ａ）にサンドブラストの手法を使わずに、機械研磨を使用することもできる。

この粗面化工程（ａ）において粉末を噴射するノズル２００（図５Ｂ参照）からエピタキシャル基板２６までの距離は１５〜３０ｃｍの範囲内に設定することが好ましい。また、粉末の噴射圧力は０．０５〜５０ｋｇ／ｃｍ^２の範囲内に設定することが好ましい。また、この実施形態において使用する粉末の粒径は１〜５００μｍの範囲内に設定することが好ましい。

注意すべきなのは、本発明のダイオード製造方法の第１の実施形態では、エピタキシャル基板１６の粗面化処理はドライエッチング技術によって行われるもので、よってその前にマスク層１９を粗面化する必要がある。一方、第２の実施形態では、エピタキシャル基板２６の粗面化処理はサンドブラストの手法または機械研磨によって直接行われるので、マスク層を形成して粗面化する必要がなくても、各基板突起区画 ２６１、基板凹陥区画 ２６２にエピタキシャル基板２６上に湾曲延伸する稜線２６３を形成して所望の粗さを得ることっができる。

更に、本発明の発光ダイオード製造方法の他の利点は、以下の３つの実施例から明らかである。
［実施例１］
実施例１の発光ダイオードは以下の手順によって製造される。

厚さ３０ｎｍのＮｉフィルムをマスク層１９として、６００℃の処理温度において電子ビーム蒸着技術を用いてサファイア基板６に形成する。続いて、Ｎｉフィルムに対し６００℃のアニール処理を１０分間行い 、Ｎｉフィルムの表面は原子移動によって粗面化される。そして、リアクティブイオンエッチング法（ＲＩＥ）を使用し、Ｎｉフィルムを除去すると共に、サファイア基板６を粗面化する。図６に示すのは該粗面化されたサファイア基板６の表面状態を示すＡＦＭ像であり、計測によるとその表面粗さ（Ｒａ）は約１０ｎｍである。粗面化されたサファイア基板６をＭＯＣＶＤ装置に設置し、約５００のＶ／III比でＴＭＧ（トリメチルガリウム）とＮＨ_３を原料として導入し、全体圧力５００ｍTorrで成長温度５４０℃の環境で、サファイア基板６の上にＧａＮ核層７１を形成する。ＧａＮ核層７１の形成が完了したら、約２５００のＶ／III比でＴＭＧとＮＨ_３を原料として導入し、全体圧力２００ｍTorrで成長温度１０５０℃の環境で、更にＧａＮを主とするエピタキシャル層７２を形成する。それから、上記のように形成された層状構造に第１と第２の電極接点８１、８２を形成する。
［実施例２］
実施例２の発光ダイオードの製造手順と実施例１の違いは、厚さ５００ｎｍのＮｉフィルムをマスク層１９としてサファイア基板６に形成してサンドブラストの手法を用いてマスク層１９に対して粗面化処理を行うところにある。マスク層１９に対して行われるサンドブラストの手法による粗面化処理は、ノズルからＮｉフィルムまでの距離が２０ｃｍ、噴射する粉末は粒径２０μｍ、１０μｍ、５μｍのＳｉＯ_２ビーズを１：１：１の比率で混合したものを使用し、噴射圧力１００ｇ／ｃｍ^２で噴射時間が５秒間の条件において行われる。結果として、この実施例により製造されたサファイア基板６の表面粗さ（Ｒａ）は約１０ｎｍである。
［実施例３］
実施例３の発光ダイオードの製造手順と実施例１の違いは、Ｎｉフィルムを形成せず、リアクティブイオンエッチング法（ＲＩＥ）の替わりに直接サファイア基板６に対してサンドブラストの手法を用いて粗面化処理を行うところにある。サファイア基板６に対して行われるサンドブラストの手法による粗面化処理は、ノズル２００からサファイア基板６までの距離が１５ｃｍ、噴射する粉末は粒径５０μｍ、２０μｍ、１０μｍのＳｉＯ_２ビーズを１：１：１の比率で混合したものを使用し、噴射圧力２ｋｇ／ｃｍ^２で噴射時間が６秒間の条件において行われる。結果として、この実施例により製造されたサファイア基板６の表面粗さ（Ｒａ）は約１５ｎｍである。

上記構成によれば、本発明はエピタキシャル基板に突起区画及び凹陥区画を形成し、そして各突起区画に突起部及び凹陥部により構成される歯状稜線を形成するので、らせん転位の発生密度を更に下げることができるので、発光ダイオードの内部量子効率を高めることができる。

従来の発光ダイオードにおけるエピタキシャル基板の構成を示す部分略示図である。 本発明の発光ダイオードの好ましい実施形態を示す部分略示図である。 図２に示す発光ダイオードにおけるエピタキシャル層状構造７の構成を示す部分拡大図である。 図４Ａ〜図４Ｄは本発明発光ダイオード製造方法の第１の好ましい実施形態における各工程を示す略示図。 図５Ａ〜図５Ｃは本発明発光ダイオード製造方法の第２の好ましい実施形態における各工程を示す略示図。 本発明の発光ダイオード製造方法の第１の実施例に製造された発光ダイオードにおけるサファイア基板の表面のＡＦＭ像である。

符号の説明

１６１、２６１ 基板突起区画
１６２、２６２ 基板凹陥区画
１９ マスク層
１９０ マスク層粗面
１９１ マスク層突起区画
１９２ マスク層凹陥区画
６、１６、２６ エピタキシャル基板
６０、１６０、２６０ 粗面
６１ 突起区画
６１１、１６１１、２６１１ 凹陥部
６１２、１６１２、２６１２ 突起部
６２ 凹陥区画
７、１７、２７ エピタキシャル層状構造
７１ 核層
７２ エピタキシャル層
７２１ 第１の半導体層
７２２ 活性層
７２３ 第２の半導体層
８１ 第１の電極接点
８２ 第２の電極接点

Claims (40)

1. その一面が粗面となって複数の突起区画及び複数の凹陥区画を有し、且つ、各前記突起区画には、更に複数の突起部及び複数の凹陥部が形成されているエピタキシャル基板と、
   前記エピタキシャル基板の前記粗面を覆うエピタキシャル層状構造とからなる発光ダイオード。
2. 各前記突起区画に形成される複数の突起部及び複数の凹陥部は該突起区画の稜線を構成して前記エピタキシャル基板上に湾曲延伸することを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
3. 各前記凹陥区画は隣り合う複数の前記突起区画により包囲画成され、且つ、隣り合う複数の前記突起区画と連続するように形成されることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
4. 前記エピタキシャル基板は、サファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、スピネル構造を有するＭｇＡｌＯ_４からなる群から選ばれた材料により製造されることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
5. 前記エピタキシャル基板の前記粗面の平均粗さは０．５〜１０００ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
6. 前記エピタキシャル基板の前記粗面の平均粗さは０．５〜５００ｎｍであることを特徴とする請求項５に記載の発光ダイオード。
7. 前記エピタキシャル層状構造には前記エピタキシャル基板の前記突起区画及び前記凹陥区画上に形成される核層と、前記核層上に形成されるエピタキシャル層とを有していることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
8. 前記エピタキシャル層はIII族元素として、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｉのいずれかの元素と、Ｖ族元素として、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉのいずれかの元素とからなるIII−Ｖ族化合物からなることを特徴とする請求項７に記載の発光ダイオード。
9. 前記エピタキシャル層は第１と第２の半導体層と、該第１と第２の半導体層により挟まれる活性層とを有し、前記第１の半導体層は前記核層上に形成されることを特徴とする請求項７に記載の発光ダイオード。
10. 前記第１と第２の半導体層にそれぞれ第１と第２の電極接点とを更に設けることを特徴とする請求項９に記載の発光ダイオード。
11. エピタキシャル基板の一面上にマスク層を形成し、
    前記マスク層に対して粗面化処理を施すことによって前記マスク層上に突起区画と凹陥区画を形成し、
    粗面化されたマスク層とその下の前記エピタキシャル基板に対して異方性エッチングを行い、粗面化されたマスク層全部を前記エピタキシャル基板から除去すると共に、前記一面を複数の突起区画及び複数の凹陥区画を有し、且つ、各前記突起区画に、更に複数の突起部及び複数の凹陥部が形成されている粗面に形成することによって前記エピタキシャル基板の前記一面を粗面化し、
    前記エピタキシャル基板の突起区画及び凹陥区画上にエピタキシャル層状構造を形成する発光ダイオード製造方法。
12. 前記マスク層に対する粗面化処理に用いる手法として、アニール、 ウェットエッチング、機械研磨、サンドブラストのいずれか一つの手法によることを特徴とする請求項１１に記載の発光ダイオード製造方法。
13. 前記マスク層に対する粗面化処理として、アニールの手法によることを特徴とする請求項１２に記載の発光ダイオード製造方法。
14. 前記マスク層の製造材料として、フォトレジスト材料または金属材料を使用することを特徴とする請求項１３に記載の発光ダイオード製造方法。
15. 前記金属材料としては、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｃｕのいずれかの金属を使用することを特徴とする請求項１４に記載の発光ダイオード製造方法。
16. 前記金属材料として、Ｎｉを使用することを特徴とする請求項１５に記載の発光ダイオード製造方法。
17. 前記マスク層の厚さは５０〜２０００ｎｍに形成されることを特徴とする請求項１６に記載の発光ダイオード製造方法。
18. 前記マスク層に対するアニール処理温度は４００℃〜１０００℃であることを特徴とする請求項１６に記載の発光ダイオード製造方法。
19. 前記マスク層は金属材料により形成されるものであり、前記マスク層に対する粗面化処理として、サンドブラストの手法によることを特徴とする請求項１２に記載の発光ダイオード製造方法。
20. 前記マスク層の厚さは５０〜５００ｎｍに形成されることを特徴とする請求項１９に記載の発光ダイオード製造方法。
21. 前記マスク層に対する粗面化処理に用いる粉末としては、Ａｌ_２Ｏ_３ビーズ、ＳｉＣビーズ、黒アルミナビーズ、スチールショット、ブロンズ合金ショット、セラミックビーズ、アルミナビーズ、ステンレスショット、プラスチックビーズ、くるみ粉末、ＳｉＯ_２ビーズ、Ｂ_４Ｃビーズのいずれかを用いることを特徴とする請求項２０に記載の発光ダイオード製造方法。
22. サンドブラストの手法に使用する粉末の粒径０．０５〜５００μｍであることを特徴とする請求項２１に記載の発光ダイオード製造方法。
23. 前記マスク層に対する粗面化処理において、粉末を噴射するノズルからマスク層までの距離は、２０〜３０ｃｍであることを特徴とする請求項１９に記載の発光ダイオード製造方法。
24. 前記マスク層に対する粗面化処理において、粉末を噴射する噴射圧力は０．００５〜１０ｋｇ／ｃｍ^２であることを特徴とする請求項２３に記載の発光ダイオード製造方法。
25. 前記粗面化されたマスク層の粗面化された表面の平均粗さは０．５〜１０００ｎｍであることを特徴とする請求項１１に記載の発光ダイオード製造方法。
26. 前記粗面化されたマスク層の粗面化された表面の平均粗さは０．５〜５００ｎｍである
    ことを特徴とする請求項２５に記載の発光ダイオード製造方法。
27. エピタキシャル基板の一面に対し、
    機械研磨またはサンドブラストの手法による粗面化処理を施し、該一面を複数の突起区画及び複数の凹陥区画を有し、且つ、各前記突起区画には、更に複数の突起部及び複数の凹陥部が形成されている粗面に形成し、
    前記エピタキシャル基板の突起区画及び凹陥区画上にエピタキシャル層状構造を形成する発光ダイオード製造方法。
28. 前記エピタキシャル基板に対する粗面化処理に用いる手法としては、サンドブラストによることを特徴とする請求項２７に記載の発光ダイオード製造方法。
29. 前記エピタキシャル基板に対する粗面化処理に用いる粉末としては、Ａｌ_２Ｏ_３ビーズ、ＳｉＣビーズ、黒アルミナビーズ、スチールショット、ブロンズ合金ショット、セラミックビーズ、アルミナビーズ、ステンレスショット、プラスチックビーズ、くるみ粉末、ＳｉＯ_２ビーズ、Ｂ_４Ｃビーズのいずれかを使用することを特徴とする請求項２８に記載の発光ダイオード製造方法。
30. サンドブラストの手法に使用する粉末の粒径１〜４００μｍであることを特徴とする請求項２９に記載の発光ダイオード製造方法。
31. 前記エピタキシャル基板層に対する粗面化処理において、粉末を噴射するノズルからエピタキシャル基板までの距離は、１５〜３０ｃｍであることを特徴とする請求項２９に記載の発光ダイオード製造方法。
32. 前記エピタキシャル基板に対する粗面化処理において、粉末を噴射する噴射圧力は０．００５〜５０ｋｇ／ｃｍ^２であることを特徴とする請求項３１に記載の発光ダイオード製造方法。
33. 前記粗面化されたエピタキシャル基板の前記粗面の平均粗さは０．５〜１０００ｎｍであることを特徴とする請求項２７に記載の発光ダイオード製造方法。
34. 前記粗面化されたエピタキシャル基板の前記粗面の平均粗さは０．５〜５００ｎｍであることを特徴とする請求項３３に記載の発光ダイオード製造方法。
35. 前記エピタキシャル層状構造には前記エッチングされたエピタキシャル基板上に形成される核層と、前記核層上に形成されるエピタキシャル層とを有していることを特徴とする請求項１１または２７に記載の発光ダイオード製造方法。
36. 前記核層の形成温度は４５０℃〜１０００℃であり、前記エピタキシャル層の形成温度は６５０℃〜１３００℃であることを特徴とする請求項３５に記載の発光ダイオード製造方法。
37. 前記エピタキシャル層はIII族元素として、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｉのいずれかの元素と、Ｖ族元素として、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉいずれかの元素とからなるIII−Ｖ族化合物であることを特徴とする請求項３５に記載の発光ダイオード製造方法。
38. 前記エピタキシャル層は第１と第２の半導体層と、該第１と第２の半導体層により挟まれる活性層とを有するように形成され、且つ、前記第１の半導体層は前記核層上に形成されることを特徴とする請求項３７に記載の発光ダイオード製造方法。
39. 前記第１と第２の半導体層にそれぞれ第１と第２の電極接点とを更に設けることを特徴とする請求項３８に記載の発光ダイオード製造方法。
40. 前記エピタキシャル基板は、サファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、スピネル構造を有するＭｇＡｌＯ_４のいずれかにより製造されることを特徴とする請求項１１または２７に記載の発光ダイオード製造方法。