JP5257231B2 - 発光ダイオードおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
この発明は、発光ダイオードおよびその製造方法に関し、特に、微小な発光ダイオードに適用して好適なものである。
近年、サイズが数十μｍ程度の微小な発光ダイオードが提案されている（例えば、特許文献１、２参照。）。図１４にこのような発光ダイオードの一例としてＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードを示す。図１４に示すように、このＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードを製造するには、図示省略したｎ型ＧａＡｓ基板上にエッチングストップ層を成長させ、その上にｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１０１、活性層１０２およびｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１０３を順次成長させる。次に、これらのｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１０１、活性層１０２およびｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１０３を所定の平面形状を有するマスクを用いてドライエッチングすることによりパターニングするとともに、これらの層の面に対して傾斜した斜面からなる端面１０４を形成する。この後、図示は省略するが、ｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１０３の上面にｐ側電極を形成するとともに、ｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１０１の下面にｎ側電極を形成する。このＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードにおいては、活性層１０２から発生した光を端面１０４で反射させてｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１０１の下面、すなわち出射面に向かわせることにより光の取り出し効率を高めるようにしている。
なお、活性層の上下両面をクラッド層ではさんだダブルヘテロ接合構造の発光部とこの発光部にキャリアを注入するための電極対とを少なくとも備えた端面発光型の発光ダイオードにおいて、ウエットエッチングにより発光部の光取り出し面を逆メサ形状に形成する発光ダイオードの製造方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
しかしながら、図１４に示す従来のＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードでは、ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体結晶はドライエッチングによってダメージが入りやすい結晶系であることから、ドライエッチングの際に活性層１０２の外周部にエッチングダメージが入ってしまう。このため、この活性層１０２の外周部には発光に寄与しない非発光再結合中心が多数存在する。この結果、ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの駆動時に活性層１０２の外周部に注入されるキャリアは、この外周部に多数存在する非発光再結合中心で消費されてしまい、発光効率が大幅に低下してしまうという問題があった。
この問題はＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードに限らず、他の発光ダイオードにおいても生じ得るものである。
そこで、この発明が解決しようとする課題は、発光効率の大幅な向上を図ることができる発光ダイオードおよびその製造方法を提供することである。
この問題はＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードに限らず、他の発光ダイオードにおいても生じ得るものである。
そこで、この発明が解決しようとする課題は、発光効率の大幅な向上を図ることができる発光ダイオードおよびその製造方法を提供することである。
上記課題を解決するために、この発明は、
基板上に第１のクラッド層、活性層および第２のクラッド層を順次成長させる工程と、
上記第１のクラッド層、上記活性層および上記第２のクラッド層を所定の平面形状にパターニングするとともに、上記活性層の外周部の少なくとも一部が上記第１のクラッド層および上記第２のクラッド層のうちの少なくとも一方に対して外部に突出するようにする工程とを有する発光ダイオードの製造方法である。
基板上に第１のクラッド層、活性層および第２のクラッド層を順次成長させる工程と、
上記第１のクラッド層、上記活性層および上記第２のクラッド層を所定の平面形状にパターニングするとともに、上記活性層の外周部の少なくとも一部が上記第１のクラッド層および上記第２のクラッド層のうちの少なくとも一方に対して外部に突出するようにする工程とを有する発光ダイオードの製造方法である。
典型的には、第１のクラッド層、活性層および第２のクラッド層をドライエッチングにより所定の平面形状にパターニングする。また、典型的には、活性層に対して第１のクラッド層および第２のクラッド層のうちの少なくとも一方、好適には両方をサイドエッチングすることにより、活性層の外周部の少なくとも一部、好適には大部分、最も好適には全部が第１のクラッド層および第２のクラッド層のうちの少なくとも一方、好適には両方に対して外部に突出するようにする。このサイドエッチングは、典型的には、ウエットエッチングにより行う。このウエットエッチングに用いるエッチャント（エッチング液）は、第１のクラッド層、活性層および第２のクラッド層を構成する半導体に応じて適宜選ばれる。このウエットエッチングによるサイドエッチングは、第１のクラッド層、活性層および第２のクラッド層がリン系化合物半導体からなる場合に特に有効である。活性層に対して第１のクラッド層および第２のクラッド層のうちの少なくとも一方をサイドエッチングするためには、第１のクラッド層、活性層および第２のクラッド層をドライエッチングによりパターニングした後、ウエットエッチングを行う前に、活性層の端面を変質させておく。このように活性層の端面を変質させることにより、ウエットエッチングの際に、活性層のエッチング速度を第１のクラッド層および第２のクラッド層のエッチング速度に比べて十分に小さくすることができる。この結果、活性層の外周部の少なくとも一部が第１のクラッド層および第２のクラッド層のうちの少なくとも一方に対して外部に突出した構造を容易に形成することができる。この方法は、特に、活性層が多重量子井戸構造を有する場合に極めて有効である。活性層の端面を変質させる方法としては、第１のクラッド層、活性層および第２のクラッド層をドライエッチングによりパターニングする際に、あるいはその後に、活性層の端面に十分なエッチングダメージが入るようにする方法などの種々の方法があり、必要に応じて選ばれる。
また、この発明は、
第１のクラッド層と、
上記第１のクラッド層上の活性層と、
上記活性層上の第２のクラッド層とを有し、
上記活性層の外周部の少なくとも一部が上記第１のクラッド層および上記第２のクラッド層のうちの少なくとも一方に対して外部に突出している発光ダイオードである。
第１のクラッド層と、
上記第１のクラッド層上の活性層と、
上記活性層上の第２のクラッド層とを有し、
上記活性層の外周部の少なくとも一部が上記第１のクラッド層および上記第２のクラッド層のうちの少なくとも一方に対して外部に突出している発光ダイオードである。
この発明において、発光ダイオードのサイズは特に限定されないが、一般的には最大寸法が５０μｍ以下、典型的には３０μｍ程度以下である。発光ダイオードの第１のクラッド層、活性層および第２のクラッド層を構成する半導体としては、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体やＩＩ−ＶＩ族化合物半導体などの種々の半導体を用いることができる。ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体またはＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用いた発光ダイオードの具体例を発光波長帯とともに挙げると下記のとおりである。
１．ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
ヘテロ接合 発光波長
・ＡｌＮ／ＡｌＩｎＧａＮ 紫外
・ＩｎＧａＮ／ＧａＮ 青色、緑色
・ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ 赤色
・ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＰ 赤色
・ＡｌＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ 赤色
・ＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＰ 赤色
・ＧａＩｎＡｓＰ／ＧａＰ 赤外
・ＧａＩｎＮＰ／ＡｌＧａＰ 赤外
・ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ 赤外
ヘテロ接合 発光波長
・ＡｌＮ／ＡｌＩｎＧａＮ 紫外
・ＩｎＧａＮ／ＧａＮ 青色、緑色
・ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ 赤色
・ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＰ 赤色
・ＡｌＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ 赤色
・ＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＰ 赤色
・ＧａＩｎＡｓＰ／ＧａＰ 赤外
・ＧａＩｎＮＰ／ＡｌＧａＰ 赤外
・ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ 赤外
２．ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体
・ＺｎＯ／ＺｎＭｇＯ 青色
・ＺｎＴｅ／ＺｎＭｇＴｅ 緑色
・ＺｎＣｄＳｅ／ＢｅＺｎＴｅ 黄緑色
・ＭｇＳｅ／ＢｅＺｎＴｅ 黄緑色
・ＭｇＳｅ／ＺｎＣｄＳｅ 黄緑色
・ＺｎＯ／ＺｎＭｇＯ 青色
・ＺｎＴｅ／ＺｎＭｇＴｅ 緑色
・ＺｎＣｄＳｅ／ＢｅＺｎＴｅ 黄緑色
・ＭｇＳｅ／ＢｅＺｎＴｅ 黄緑色
・ＭｇＳｅ／ＺｎＣｄＳｅ 黄緑色
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の具体例を挙げると、下記のとおりである。
ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＮＰ、ＧａＮＡｓ、ＧａＮＳｂ、ＧａＰＡｓ、ＧａＰＳｂ、ＡｌＮＰ、ＡｌＮＡｓ、ＡｌＮＳｂ、ＡｌＰＡｓ、ＡｌＰＳｂ、ＩｎＮＰ、ＩｎＮＡｓ、ＩｎＮＳｂ、ＩｎＰＡｓ、ＩｎＰＳｂ、ＧａＡｌＮＰ、ＧａＡｌＮＡｓ、ＧａＡｌＮＳｂ、ＧａＡｌＰＡｓ、ＧａＡｌＰＳｂ、ＧａＩｎＮＰ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＩｎＮＳｂ、ＧａＩｎＰＡｓ、ＧａＩｎＰＳｂ、ＩｎＡｌＮＰ、ＩｎＡｌＮＡｓ、ＩｎＡｌＮＳｂ、ＩｎＡｌＰＡｓ、ＩｎＡｌＰＳｂ
ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＮＰ、ＧａＮＡｓ、ＧａＮＳｂ、ＧａＰＡｓ、ＧａＰＳｂ、ＡｌＮＰ、ＡｌＮＡｓ、ＡｌＮＳｂ、ＡｌＰＡｓ、ＡｌＰＳｂ、ＩｎＮＰ、ＩｎＮＡｓ、ＩｎＮＳｂ、ＩｎＰＡｓ、ＩｎＰＳｂ、ＧａＡｌＮＰ、ＧａＡｌＮＡｓ、ＧａＡｌＮＳｂ、ＧａＡｌＰＡｓ、ＧａＡｌＰＳｂ、ＧａＩｎＮＰ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＩｎＮＳｂ、ＧａＩｎＰＡｓ、ＧａＩｎＰＳｂ、ＩｎＡｌＮＰ、ＩｎＡｌＮＡｓ、ＩｎＡｌＮＳｂ、ＩｎＡｌＰＡｓ、ＩｎＡｌＰＳｂ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体の具体例を挙げると、下記のとおりである。
ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＺｎＯ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＣｄＳｅＳ、ＣｄＳｅＴｅ、ＣｄＳＴｅ、ＺｎＳｅＳ、ＺｎＳｅＴｅ、ＺｎＳＴｅ、ＨｇＳｅＳ、ＨｇＳｅＴｅ、ＨｇＳＴｅ、ＣｄＺｎＳ、ＣｄＺｎＳｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＣｄＨｇＳ、ＣｄＨｇＳｅ、ＣｄＨｇＴｅ、ＨｇＺｎＳ、ＨｇＺｎＳｅ、ＨｇＺｎＴｅ、ＣｄＺｎＳｅＳ、ＣｄＺｎＳｅＴｅ、ＣｄＺｎＳＴｅ、ＣｄＨｇＳｅＳ、ＣｄＨｇＳｅＴｅ、ＣｄＨｇＳＴｅ、ＨｇＺｎＳｅＳ、ＨｇＺｎＳｅＴｅ、ＨｇＺｎＳＴｅ
ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＺｎＯ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＣｄＳｅＳ、ＣｄＳｅＴｅ、ＣｄＳＴｅ、ＺｎＳｅＳ、ＺｎＳｅＴｅ、ＺｎＳＴｅ、ＨｇＳｅＳ、ＨｇＳｅＴｅ、ＨｇＳＴｅ、ＣｄＺｎＳ、ＣｄＺｎＳｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＣｄＨｇＳ、ＣｄＨｇＳｅ、ＣｄＨｇＴｅ、ＨｇＺｎＳ、ＨｇＺｎＳｅ、ＨｇＺｎＴｅ、ＣｄＺｎＳｅＳ、ＣｄＺｎＳｅＴｅ、ＣｄＺｎＳＴｅ、ＣｄＨｇＳｅＳ、ＣｄＨｇＳｅＴｅ、ＣｄＨｇＳＴｅ、ＨｇＺｎＳｅＳ、ＨｇＺｎＳｅＴｅ、ＨｇＺｎＳＴｅ
上述のように構成されたこの発明においては、第１のクラッド層および第２のクラッド層のうちの少なくとも一方に対して活性層の外周部が突出した構造とすることにより、発光ダイオードに電流を流して駆動する際に、非発光再結合中心が多く存在する活性層の外周部に電流が流れないようにすることができる。また、第１のクラッド層および第２のクラッド層のうちの少なくとも一方に対して活性層の外周部が突出した構造とすることにより、発光ダイオードの駆動時に活性層から発生する光をこの突出部の端面からも外部に取り出すことができる。
この発明によれば、活性層の外周部に注入されたキャリアが非発光再結合中心で消費される問題がなくなるだけでなく、光取り出し効率の向上を図ることができることにより、発光ダイオードの発光効率の大幅な向上を図ることができる。
以下、発明を実施するための形態（以下「実施の形態」とする）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードおよびその製造方法）
２．第２の実施の形態（ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法）
３．第３の実施の形態（ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法）
４．第４の実施の形態（ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法）
５．第５の実施の形態（ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法）
６．第６の実施の形態（ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法）
７．第７の実施の形態（ＧａＮ系発光ダイオードおよびその製造方法）
１．第１の実施の形態（ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードおよびその製造方法）
２．第２の実施の形態（ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法）
３．第３の実施の形態（ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法）
４．第４の実施の形態（ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法）
５．第５の実施の形態（ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法）
６．第６の実施の形態（ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法）
７．第７の実施の形態（ＧａＮ系発光ダイオードおよびその製造方法）
〈１．第１の実施の形態〉
［ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードおよびその製造方法］
図１Ａは第１の実施の形態によるＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードを示す断面図、図１ＢはこのＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの平面形状の一例を示す平面図である。図１Ａは図１ＢのＡ−Ａ線に沿っての断面図である。
［ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードおよびその製造方法］
図１Ａは第１の実施の形態によるＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードを示す断面図、図１ＢはこのＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの平面形状の一例を示す平面図である。図１Ａは図１ＢのＡ−Ａ線に沿っての断面図である。
図１Ａおよび図１Ｂに示すように、このＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードにおいては、ｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１１、その上の活性層１２およびその上のｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１３により発光ダイオード構造が形成されている。これらのｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１１、活性層１２およびｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１３は、例えば（００１）面方位を有する。この場合、活性層１２は、例えば、ＡｌＧａＩｎＰ層を障壁層、ＧａＩｎＰ層を井戸層とするＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有する。この場合、これらのｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１１、活性層１２およびｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１３は、長方形の各角部が面取りされた平面形状を有するが、これに限定されるものではない。
活性層１２の外周部は、この活性層１２の外周全体にわたって、ｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１１およびｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１３に対して外部に突出している。言い換えると、活性層１２の外周部はｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１１とｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１３との間に挟まれていない。この活性層１２の突出部の長さは例えば０．３〜２μｍであるが、これに限定されるものではない。この活性層１２の突出部の長さは活性層１２の外周全体にわたって同一でなくてもよい。この活性層１２の突出部の長さは、活性層１２の外周全体にわたって同一でなくてもよい。また、ｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１１、活性層１２およびｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１３の端面は、これらの層の主面に対して角度θ（０°＜θ＜９０°、例えば３０°＜θ＜６０°）傾斜した斜面からなる。活性層１２の突出部を除くと、ｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１１、活性層１２およびｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１３の断面形状は台形状である。図１Ａに示す断面におけるｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１１、活性層１２およびｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１３の端面は、典型的には（１１１）面からなる斜面を有するが、これに限定されるものではない。
ｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１３上にｐ型ＧａＡｓ層１４を介して例えば長方形の平面形状を有するｐ側電極１５が形成されている。ｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１１の下面には、例えば長方形の平面形状を有するｎ側電極１６が形成されている。
このＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードにおいては、必要に応じて、ｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１１、活性層１２およびｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１３の端面やｐ側電極１５の周囲の部分のｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１３の表面に透明樹脂（図示せず）が形成される。
このＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードにおいては、必要に応じて、ｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１１、活性層１２およびｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１３の端面やｐ側電極１５の周囲の部分のｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１３の表面に透明樹脂（図示せず）が形成される。
このＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの駆動時にｐ側電極１５とｎ側電極１６との間に流される電流は、ｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１１とｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１３との間に挟まれている部分の活性層１２を通って流れる。こうして電流が流れた部分の活性層１２から発光が生じる。ｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１１とｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１３との間に挟まれていない部分の活性層１２には電流は流れない。活性層１２から発生した光はｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１１、活性層１２およびｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１３からなる発光ダイオード構造の内部において反射を繰り返しながら循環する。この循環光は、ｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１１およびｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１３の角度θ傾斜した端面での反射によりｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１０１の下面から外部に効率的に取り出される。これに加えて、この循環光は、ｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１１およびｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１３に対して外部に突出している部分の活性層１２の端面からも外部に効率的に取り出される。これによって、活性層１２およびｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１３からなる発光ダイオード構造の内部の循環光を外部に効率的に取り出すことができる。
次に、このＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法について説明する。
図２Ａに示すように、まず、例えば主面が（００１）面のｎ型ＧａＡｓ基板１７上に、例えば有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、例えば８００℃程度の温度で、ｎ型ＧａＡｓエッチングストップ層１８を成長させ、その上にｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１１、活性層１２、ｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１３およびｐ型ＧａＡｓ層１４を順次成長させる。ｎ型ＧａＡｓエッチングストップ層１８の厚さは例えば５００ｎｍ、ｐ型ＧａＡｓ層１４の厚さは例えば５０ｎｍである。
図２Ａに示すように、まず、例えば主面が（００１）面のｎ型ＧａＡｓ基板１７上に、例えば有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、例えば８００℃程度の温度で、ｎ型ＧａＡｓエッチングストップ層１８を成長させ、その上にｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１１、活性層１２、ｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１３およびｐ型ＧａＡｓ層１４を順次成長させる。ｎ型ＧａＡｓエッチングストップ層１８の厚さは例えば５００ｎｍ、ｐ型ＧａＡｓ層１４の厚さは例えば５０ｎｍである。
上記のＡｌＧａＩｎＰ系半導体層の成長原料は下記のとおりである。Ｇａの原料としては、例えば、トリメチルガリウム（（ＣＨ3 ）3 Ｇａ、ＴＭＧ）を用いる。Ａｌの原料としては、例えば、トリメチルアルミニウム（（ＣＨ3 ）3 Ａｌ、ＴＭＡ）を用いる。Ｉｎの原料としては、例えば、トリメチルインジウム（（ＣＨ3 ）3 Ｉｎ、ＴＭＩ）を用いる。Ｐの原料としては、例えば、ホスフィン（ＰＨ3 ）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セレン化水素（Ｈ2 Ｓｅ）を、ｐ型ドーパントとしては例えばジメチル亜鉛（（ＣＨ3 ）2 Ｚｎ、ＤＭＺｎ）を用いる。
次に、上述のようにしてＡｌＧａＩｎＰ系半導体層を成長させたｎ型ＧａＡｓ基板１７をＭＯＣＶＤ装置から取り出す。
次に、図２Ｂに示すように、ｐ型ＧａＡｓ層１４上に長方形の平面形状を有するレジストパターン１９をリソグラフィーにより形成する。図４に示すように、このレジストパターン１９は、長辺がｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１１、活性層１２、ｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１３およびｐ型ＧａＡｓ層１４の［１１０］方向に垂直となるように形成する。
次に、図２Ｂに示すように、ｐ型ＧａＡｓ層１４上に長方形の平面形状を有するレジストパターン１９をリソグラフィーにより形成する。図４に示すように、このレジストパターン１９は、長辺がｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１１、活性層１２、ｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１３およびｐ型ＧａＡｓ層１４の［１１０］方向に垂直となるように形成する。
次に、レジストパターン１９をマスクとして、ドライエッチング、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により、テーパーエッチングが行われる条件でｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１１の厚さ方向の途中の深さまでエッチングを行う。このドライエッチングにおいては、例えば塩素（Ｃｌ2 ）系のガスをエッチングガスに用いる。こうして、図２Ｃに示すように、レジストパターン１９の長辺に平行な方向に、ｎ型ＧａＡｓ基板１７の主面に対して傾斜した斜面からなる端面が形成される。このドライエッチング時には、ＭＱＷ構造を有する活性層１２の端面は、ｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１１およびｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１３の端面に比べて、より多くのエッチングダメージを受けて変質する。こうして形成された変質層は、例えば、活性層１２の井戸層および障壁層がエッチングダメージにより破壊されてそれらの構成元素がランダムに入り交じった状態、すなわち擬似アロイ化（合金化）した状態と考えられる。
引き続いて、レジストパターン１９をマスクとして、ｐ型ＧａＡｓ層１４、ｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１３、活性層１２およびｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１１をウエットエッチングにより順次エッチングする。このウエットエッチングにおいては、ｎ型ＧａＡｓエッチングストップ層１８が露出した時点でエッチングが停止する。このウエットエッチングのエッチャントとしては、例えば５℃より低温、好適には０℃以下、より好適には−５℃以下、さらに好適には例えば−１０℃以下に冷却した塩酸を用いる。この塩酸からなるエッチャントはＡｌＧａＩｎＰ系半導体を無選択にエッチングするが、活性層１２の端面は上述のようにエッチングダメージを受けて変質しているため、この活性層１２のサイドエッチングの速度はｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１１およびｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１３のサイドエッチングの速度に比べて大幅に遅くなる。言い換えると、活性層１２に比べて、ｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１１およびｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１３の方がはるかに速いエッチング速度でサイドエッチングされる。この結果、図３Ａに示すように、活性層１２の外周部が、ｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１１およびｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１３に対して外部に突出した構造が形成される。また、このウエットエッチングにより、ｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１１、活性層１２およびｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１３の［１１０］方向に垂直な端面が、典型的には、（１１１）面からなる斜面となる。
次に、レジストパターン１９を除去する。
次に、基板表面にリソグラフィーにより所定の平面形状を有するレジストパターン（図示せず）を形成し、さらに基板全面に例えばスパッタリング法により例えばＡｕ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜を順次形成した後、このレジストパターンをその上に形成されたＡｕ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜とともに除去する（リフトオフ）。これによって、図３Ｂに示すように、ｐ型ＧａＡｓ層１４上にＡｕ／Ｐｔ／Ａｕ構造の長方形の平面形状を有するｐ側電極１５を形成する。次に、このｐ側電極１５以外の部分のｐ型ＧａＡｓ層１４をエッチング除去する。
次に、基板表面にリソグラフィーにより所定の平面形状を有するレジストパターン（図示せず）を形成し、さらに基板全面に例えばスパッタリング法により例えばＡｕ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜を順次形成した後、このレジストパターンをその上に形成されたＡｕ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜とともに除去する（リフトオフ）。これによって、図３Ｂに示すように、ｐ型ＧａＡｓ層１４上にＡｕ／Ｐｔ／Ａｕ構造の長方形の平面形状を有するｐ側電極１５を形成する。次に、このｐ側電極１５以外の部分のｐ型ＧａＡｓ層１４をエッチング除去する。
次に、別途用意した別の基板、例えばサファイア基板（図示せず）上に樹脂などで上述のＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードのｐ側電極１５側を貼り合わせる。
次に、ｎ型ＧａＡｓ基板１７を裏面側から例えばアンモニア系のエッチャントを用いてウエットエッチングにより除去し、引き続いてｎ型ＧａＡｓエッチングストップ層１８もエッチング除去する。この時点で各ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオード間が分離された状態となる。
次に、ｎ型ＧａＡｓ基板１７を裏面側から例えばアンモニア系のエッチャントを用いてウエットエッチングにより除去し、引き続いてｎ型ＧａＡｓエッチングストップ層１８もエッチング除去する。この時点で各ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオード間が分離された状態となる。
次に、ｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１１の表面にリソグラフィーにより所定の平面形状を有するレジストパターン（図示せず）を形成し、さらに全面に例えばスパッタリング法により例えばＰｄ膜、ＡｕＧｅ膜およびＡｕ膜を順次形成した後、このレジストパターンをその上に形成されたＰｄ膜、ＡｕＧｅ膜およびＡｕ膜とともに除去する（リフトオフ）。これによって、ｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１１上にＰｄ／ＡｕＧｅ／Ａｕ構造の長方形の平面形状を有するｎ側電極１６を形成する。
この後、ｐ側電極１５側を貼り合わせたサファイア基板を除去して各ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードを分離する。
以上により、図１ＡおよびＢに示すように、目的とするＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードが完成する。こうして製造されたＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードは、用途に応じて、単体素子として用いてもよいし、他の基板と貼り合わせたり、転写したり、配線接続を行ったりすることができる。
以上により、図１ＡおよびＢに示すように、目的とするＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードが完成する。こうして製造されたＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードは、用途に応じて、単体素子として用いてもよいし、他の基板と貼り合わせたり、転写したり、配線接続を行ったりすることができる。
ここで、このＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの光取り出し効率をレイ・トレーシング（Ｒａｙ ｔｒａｃｉｎｇ）により計算した結果について説明する。この計算では、ｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１１およびｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１３の厚さをそれぞれ０．５μｍ、活性層１２の厚さを０．８μｍ、合計厚さを１．８μｍとした。なお、この計算ではｐ型ＧａＡｓ層１４は無視した。また、図１Ａに示す台形状の断面形状の上底の長さを９μｍ、下底の長さを１４μｍ、奥行きの長さを１４μｍ、活性層１２の面積を１７８μｍ2 とした。ｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１１、活性層１２およびｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１３の屈折率は３．１とした。この条件で計算した結果、光取り出し効率は１３．３９％であった。
一方、図１４に示すような台形状の断面形状を有する従来のＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードについて上述と同じ条件で光取り出し効率を計算した結果、３．８８％であった。さらに、図１４に示すＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードについて計算の条件を変えて光取り出し効率を計算した。具体的には、ｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１０１およびｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１０３の厚さをそれぞれ１．０μｍ、活性層１０２の厚さを０．８μｍ、合計厚さを２．８μｍ、図１４に示す台形状の断面形状の上底の長さを６．５μｍ、下底の長さを１４μｍ、活性層の面積を１３８μｍ2 に変えて計算を行った。この結果、光取り出し効率は４．１６％であった。光取り出し効率は３．８８％に比べて０．２８％高くなっているが、これは、ｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１０１、活性層１０２およびｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１０３の合計厚さの増加により端面１４の面積が拡大したことによるものである。
以上のことから分かるように、第１の実施の形態によるＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの光取り出し効率は、図１４に示す従来のＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの光取り出し効率に比べて約３倍以上になっている。この光取り出し効率の大幅な増加は、この第１の実施の形態によるＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードにおいては、活性層１３がｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１１およびｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１３に対して外部に突出している効果によるものである。すなわち、ｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１１の下面に加えて、外部に突出している活性層１３の端面からも外部に光が取り出されるためである。
〈実施例〉
ｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１１およびｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１３の厚さをそれぞれ０．５μｍ、活性層１２の厚さを０．８μｍ、合計厚さを１．８μｍとした。また、図１Ａに示す台形状の断面形状の上底の長さを９μｍ、下底の長さを１４μｍ、奥行きの長さを１４μｍとした。活性層１２は、Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ井戸層と（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ障壁層とからなるＭＱＷ構造とした。
ｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１１およびｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１３の厚さをそれぞれ０．５μｍ、活性層１２の厚さを０．８μｍ、合計厚さを１．８μｍとした。また、図１Ａに示す台形状の断面形状の上底の長さを９μｍ、下底の長さを１４μｍ、奥行きの長さを１４μｍとした。活性層１２は、Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ井戸層と（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ障壁層とからなるＭＱＷ構造とした。
ｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１１、活性層１２およびｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１３のパターニングのためのＲＩＥによるドライエッチングは、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）ドライエッチング装置を用いて行った。エッチング条件は下記のとおりである。
エッチングガス：Ｃｌ2 ガス
圧力：０．６６Ｐａ
プラズマパワー：２００Ｗ
バイアスパワー：１００Ｗ
エッチング深さ：１．６μｍ
このエッチング条件では、レジストとＡｌＧａＩｎＰとのエッチング選択比が１：１に近く、エッチングの制御性が優れている。その後のウエットエッチングは、−１５℃に冷却した塩酸からなるエッチャントを用いて行った。
エッチングガス：Ｃｌ2 ガス
圧力：０．６６Ｐａ
プラズマパワー：２００Ｗ
バイアスパワー：１００Ｗ
エッチング深さ：１．６μｍ
このエッチング条件では、レジストとＡｌＧａＩｎＰとのエッチング選択比が１：１に近く、エッチングの制御性が優れている。その後のウエットエッチングは、−１５℃に冷却した塩酸からなるエッチャントを用いて行った。
図５および図６に、ウエットエッチングを行った後のＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードを、それぞれｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１３側および側面側から走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察したときのＳＥＭ像を示す。図５および図６に示すように、ｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１１およびｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１３に対して活性層１２の外周部が突出していることが分かる。
図７に、ｐ側電極１５およびｎ側電極１６を形成した状態のＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードのｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１１側からのエレクトロルミネッセンス像を示す。図７より、外部に突出した活性層１２の外周部から光が出ている様子が分かる。
以上のように、この第１の実施の形態によれば、ｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１１およびｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１３に対して活性層１２の外周部が突出していることにより、従来に比べて光取り出し効率が極めて高いＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードを実現することができる。また、ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの駆動時には、非発光再結合中心が多く存在する活性層１２の外周部に電流が流れないようにすることができるので、活性層１２の外周部に注入されるキャリアが非発光再結合中心で無駄に消費される問題がなくなる。以上により、図１４に示す従来のＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードに比べて極めて発光効率が高いＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードを得ることができる。このＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードは、特に低電流領域での発光効率の向上の効果が顕著である。
このＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードは、発光ダイオードディスプレイ、発光ダイオードバックライト、発光ダイオード照明装置などの各種の電子機器に用いて好適なものである。
このＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードは、発光ダイオードディスプレイ、発光ダイオードバックライト、発光ダイオード照明装置などの各種の電子機器に用いて好適なものである。
〈２．第２の実施の形態〉
［ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法］
第２の実施の形態によるＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法においては、第１の実施の形態によるＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法と同様に、レジストパターン１９をマスクとしてドライエッチングによりパターニングを行う。第１の実施の形態と異なり、この時点では、活性層１２の端面のエッチングダメージは少なくてもよい。
［ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法］
第２の実施の形態によるＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法においては、第１の実施の形態によるＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法と同様に、レジストパターン１９をマスクとしてドライエッチングによりパターニングを行う。第１の実施の形態と異なり、この時点では、活性層１２の端面のエッチングダメージは少なくてもよい。
次に、アッシング処理を行うことにより活性層１２の端面に酸素プラズマの作用でダメージを生じさせるとともに熱処理を行うことで変質させる。こうすることで、第１の実施の形態と同様に、活性層１２の端面のエッチング速度をｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１１およびｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１３のエッチング速度に比べて十分に小さくすることができる。
この後、第１の実施の形態と同様に工程を進めて、目的とするＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードを製造する。
この第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
この後、第１の実施の形態と同様に工程を進めて、目的とするＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードを製造する。
この第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
〈３．第３の実施の形態〉
［ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法］
第３の実施の形態によるＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法においては、第１の実施の形態によるＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法と同様に、レジストパターン１９をマスクとしてドライエッチングによりパターニングを行う。第１の実施の形態と異なり、この時点では、活性層１２の端面のエッチングダメージは少なくてもよい。
［ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法］
第３の実施の形態によるＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法においては、第１の実施の形態によるＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法と同様に、レジストパターン１９をマスクとしてドライエッチングによりパターニングを行う。第１の実施の形態と異なり、この時点では、活性層１２の端面のエッチングダメージは少なくてもよい。
次に、所定の反応性ガスを含む雰囲気中でアニールを行うことにより、活性層１２の端面と反応性ガスとを反応させ、擬似アロイ化する。こうすることで、第１の実施の形態と同様に、活性層１２の端面のエッチング速度をｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１１およびｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１３のエッチング速度に比べて十分に小さくすることができる。
この後、第１の実施の形態と同様に工程を進めて、目的とするＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードを製造する。
この第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
この後、第１の実施の形態と同様に工程を進めて、目的とするＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードを製造する。
この第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
〈４．第４の実施の形態〉
［ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法］
第４の実施の形態によるＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法においては、第１の実施の形態によるＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法と同様に、レジストパターン１９をマスクとしてドライエッチングによりパターニングを行う。第１の実施の形態と異なり、この時点では、活性層１２の端面のエッチングダメージは少なくてもよい。
［ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法］
第４の実施の形態によるＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法においては、第１の実施の形態によるＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法と同様に、レジストパターン１９をマスクとしてドライエッチングによりパターニングを行う。第１の実施の形態と異なり、この時点では、活性層１２の端面のエッチングダメージは少なくてもよい。
次に、所定のマスクを用いてイオン注入によりラジカルイオンを活性層１２の端面に注入し、あるいはイオン半径が大きいイオンを活性層１２の端面に衝突させて変質させる。こうすることで、第１の実施の形態と同様に、活性層１２の端面のエッチング速度をｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１１およびｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１３のエッチング速度に比べて十分に小さくすることができる。
この後、第１の実施の形態と同様に工程を進めて、目的とするＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードを製造する。
この第４の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
この後、第１の実施の形態と同様に工程を進めて、目的とするＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードを製造する。
この第４の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
〈５．第５の実施の形態〉
［ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法］
第５の実施の形態によるＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法においては、第１の実施の形態によるＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法と同様に、レジストパターン１９をマスクとしてドライエッチングによりパターニングを行う。第１の実施の形態と異なり、この時点では、活性層１２の端面のエッチングダメージは少なくてもよい。
［ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法］
第５の実施の形態によるＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法においては、第１の実施の形態によるＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法と同様に、レジストパターン１９をマスクとしてドライエッチングによりパターニングを行う。第１の実施の形態と異なり、この時点では、活性層１２の端面のエッチングダメージは少なくてもよい。
次に、所定の触媒を活性層１２の端面に付着させ、この触媒に光を照射して加熱して化学処理を行うことにより変質させる。こうすることで、第１の実施の形態と同様に、活性層１２の端面のエッチング速度をｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１１およびｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１３のエッチング速度に比べて十分に小さくすることができる。
この後、第１の実施の形態と同様に工程を進めて、目的とするＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードを製造する。
この第５の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
この後、第１の実施の形態と同様に工程を進めて、目的とするＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードを製造する。
この第５の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
〈６．第６の実施の形態〉
［ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法］
第６の実施の形態によるＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法においては、第１の実施の形態によるＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法と同様に、レジストパターン１９をマスクとしてドライエッチングによりパターニングを行う。第１の実施の形態と異なり、この時点では、活性層１２の端面のエッチングダメージは少なくてもよい。
［ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法］
第６の実施の形態によるＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法においては、第１の実施の形態によるＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードの製造方法と同様に、レジストパターン１９をマスクとしてドライエッチングによりパターニングを行う。第１の実施の形態と異なり、この時点では、活性層１２の端面のエッチングダメージは少なくてもよい。
次に、活性層１２の端面を化学処理して損傷を生じさせることにより、原子を離脱させた後、アニールを行うことによりボンドを閉化することにより変質させる。こうすることで、第１の実施の形態と同様に、活性層１２の端面のエッチング速度をｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１１およびｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１３のエッチング速度に比べて十分に小さくすることができる。
この後、第１の実施の形態と同様に工程を進めて、目的とするＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードを製造する。
この第６の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
この後、第１の実施の形態と同様に工程を進めて、目的とするＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードを製造する。
この第６の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
〈７．第７の実施の形態〉
［ＧａＮ系発光ダイオードおよびその製造方法］
図８は第７の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードを示す。
図８に示すように、このＧａＮ系発光ダイオードにおいては、ｎ型ＧａＮクラッド層５１、その上の活性層５２およびその上のｐ型ＧａＮクラッド層５３により発光ダイオード構造が形成されている。この場合、活性層５２は、例えば、Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎ層を障壁層、Ｇａ1-y Ｉｎy Ｎ層（ｙ＞ｘ、ｘ≦０＜１）を井戸層とするＧａ1-x Ｉｎx Ｎ／Ｇａ1-y Ｉｎy Ｎ ＭＱＷ構造を有する。これらのｎ型ＧａＮクラッド層５１、活性層５２およびｐ型ＧａＮクラッド層５３は、全体として例えば長方形の平面形状を有する。
［ＧａＮ系発光ダイオードおよびその製造方法］
図８は第７の実施形態によるＧａＮ系発光ダイオードを示す。
図８に示すように、このＧａＮ系発光ダイオードにおいては、ｎ型ＧａＮクラッド層５１、その上の活性層５２およびその上のｐ型ＧａＮクラッド層５３により発光ダイオード構造が形成されている。この場合、活性層５２は、例えば、Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎ層を障壁層、Ｇａ1-y Ｉｎy Ｎ層（ｙ＞ｘ、ｘ≦０＜１）を井戸層とするＧａ1-x Ｉｎx Ｎ／Ｇａ1-y Ｉｎy Ｎ ＭＱＷ構造を有する。これらのｎ型ＧａＮクラッド層５１、活性層５２およびｐ型ＧａＮクラッド層５３は、全体として例えば長方形の平面形状を有する。
活性層５２の外周部は、この活性層５２の外周全体にわたって、ｎ型ＧａＮクラッド層５１およびｐ型ＧａＮクラッド層５３に対して外部に突出している。言い換えると、活性層５２の外周部はｎ型ＧａＮクラッド層５１とｐ型ＧａＮクラッド層５３との間に挟まれていない。この活性層５２の突出部の長さは例えば０．３〜２μｍであるが、これに限定されるものではない。この活性層５２の突出部の長さは活性層５２の外周全体にわたって同一でなくてもよい。また、ｎ型ＧａＮクラッド層５１、活性層５２およびｐ型ＧａＮクラッド層５３の端面は、これらの層の主面に対して角度θ（０°＜θ＜９０°、例えば３０°＜θ＜６０°）傾斜した斜面からなる。
ｐ型ＧａＮクラッド層５３上に例えば長方形の平面形状を有するｐ側電極５４が形成されている。ｎ型ＧａＮクラッド層５１の下面には、例えば長方形の平面形状を有するｎ側電極５５が形成されている。
このＧａＮ系発光ダイオードにおいては、必要に応じて、ｎ型ＧａＮクラッド層５１、活性層５２およびｐ型ＧａＮクラッド層５３の端面やｐ側電極５４の周囲の部分のｐ型ＧａＮクラッド層５３の表面に透明樹脂（図示せず）が形成される。
このＧａＮ系発光ダイオードにおいては、必要に応じて、ｎ型ＧａＮクラッド層５１、活性層５２およびｐ型ＧａＮクラッド層５３の端面やｐ側電極５４の周囲の部分のｐ型ＧａＮクラッド層５３の表面に透明樹脂（図示せず）が形成される。
このＧａＮ系発光ダイオードの駆動時にｐ側電極５４とｎ側電極５５との間に流される電流は、ｎ型ＧａＮクラッド層５１とｐ型ＧａＮクラッド層５３との間に挟まれている部分の活性層５２を通って流れる。こうして電流が流れた部分の活性層５２から発光が生じる。ｎ型ＧａＮクラッド層５１とｐ型ＧａＮクラッド層１３との間に挟まれていない部分の活性層５２には電流は流れない。活性層５２から発生した光はｎ型ＧａＮクラッド層５１、活性層５２およびｐ型ＧａＮクラッド層５３からなる発光ダイオード構造の内部において反射を繰り返しながら循環する。この循環光は、活性層５２およびｐ型ＧａＮクラッド層５３の傾斜した端面での反射によりｎ型ＧａＮクラッド層５１の下面から外部に効率的に取り出される。これに加えて、この循環光は、ｎ型ＧａＮクラッド層５１およびｐ型ＧａＮクラッド層５３に対して外部に突出している部分の活性層５２の端面からも外部に効率的に取り出される。これによって、ｎ型ＧａＮクラッド層５１、活性層５２およびｐ型ＧａＮクラッド層５３からなる発光ダイオード構造の内部の循環光を外部に効率的に取り出すことができる。
このＧａＮ系発光ダイオードの各部の寸法、材料などの具体例を挙げると次のとおりである。ｎ型ＧａＮクラッド層５１の厚さは例えば２．６μｍ、活性層５２の厚さは例えば０．２μｍ、ｐ型ＧａＮクラッド層５３の厚さは例えば０．２μｍである。このＧａＮ系発光ダイオードの最大寸法は例えば２０μｍである。ｐ側電極５４は例えばＡｇ／Ｐｔ／Ａｕ構造の金属多層膜からなり、Ａｇ膜の厚さは例えば５０ｎｍ、Ｐｔ膜の厚さは例えば５０ｎｍ、Ａｕ膜の厚さは例えば２μｍである。ｐ側電極１４はＡｇの単層膜からなるものであってもよい。ｎ側電極５５は例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ構造の金属積層膜からなり、Ｔｉ膜およびＰｔ膜の厚さは例えばそれぞれ５０ｎｍ、Ａｕ膜の厚さは例えば２μｍである。
次に、このＧａＮ系発光ダイオードの製造方法について説明する。
図９に示すように、まず、例えば主面がＣ＋面で厚さが４３０μｍのサファイア基板５６を用意し、サーマルクリーニングを行うことなどによりその表面を清浄化する。次に、このサファイア基板５６上に、例えばＭＯＣＶＤ法により、まず例えば５００℃程度の低温で例えば厚さが１μｍのＧａＮバッファ層（図示せず）を成長させ、その後１０００℃程度まで昇温して結晶化する。引き続いて、このＧａＮバッファ層上に、ｎ型不純物として例えばＳｉがドープされたｎ型ＧａＮクラッド層５１、ＭＱＷ構造を有する活性層５２およびｐ型不純物として例えばＭｇがドープされたｐ型ＧａＮクラッド層５３を順次成長させる。ここで、ｎ型ＧａＮクラッド層５１は例えば１０００℃程度の温度で成長させ、活性層５２は例えば７５０℃程度の温度で成長させ、ｐ型ＧａＮクラッド層５３は例えば９００℃程度の温度で成長させる。また、ｎ型ＧａＮクラッド層５１は例えば水素ガス雰囲気中で成長させ、活性層５２は例えば窒素ガス雰囲気中で成長させ、ｐ型ＧａＮクラッド層５３は例えば水素ガス雰囲気中で成長させる。
図９に示すように、まず、例えば主面がＣ＋面で厚さが４３０μｍのサファイア基板５６を用意し、サーマルクリーニングを行うことなどによりその表面を清浄化する。次に、このサファイア基板５６上に、例えばＭＯＣＶＤ法により、まず例えば５００℃程度の低温で例えば厚さが１μｍのＧａＮバッファ層（図示せず）を成長させ、その後１０００℃程度まで昇温して結晶化する。引き続いて、このＧａＮバッファ層上に、ｎ型不純物として例えばＳｉがドープされたｎ型ＧａＮクラッド層５１、ＭＱＷ構造を有する活性層５２およびｐ型不純物として例えばＭｇがドープされたｐ型ＧａＮクラッド層５３を順次成長させる。ここで、ｎ型ＧａＮクラッド層５１は例えば１０００℃程度の温度で成長させ、活性層５２は例えば７５０℃程度の温度で成長させ、ｐ型ＧａＮクラッド層５３は例えば９００℃程度の温度で成長させる。また、ｎ型ＧａＮクラッド層５１は例えば水素ガス雰囲気中で成長させ、活性層５２は例えば窒素ガス雰囲気中で成長させ、ｐ型ＧａＮクラッド層５３は例えば水素ガス雰囲気中で成長させる。
上記のＧａＮ系半導体層の成長原料は下記のとおりである。Ｇａの原料としては、例えば、トリメチルガリウム（（ＣＨ3 ）3 Ｇａ、ＴＭＧ）を用いる。Ａｌの原料としては、例えば、トリメチルアルミニウム（（ＣＨ3 ）3 Ａｌ、ＴＭＡ）を用いる。Ｉｎの原料としては、例えば、トリメチルインジウム（（ＣＨ3 ）3 Ｉｎ、ＴＭＩ）を用いる。Ｎの原料としては、例えば、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 ）を用いる。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 Ｃ5 Ｈ4 ）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 Ｈ5 ）2 Ｍｇ）を用いる。
次に、上述のようにしてＧａＮ系半導体層を成長させたサファイア基板５６をＭＯＣＶＤ装置から取り出す。
次に、レジストパターン（図示せず）をマスクとして、例えばＣｌ2 ガスをエッチングガスに用いたＲＩＥにより、テーパーエッチングが行われる条件で活性層５２の厚さの途中の深さまでエッチングを行った後、レジストパターンを除去する。こうして、図９に示すように、活性層５２の上部およびｐ型ＧａＮクラッド層５３に、これらの層の面に対して傾斜した端面が形成される。
次に、レジストパターン（図示せず）をマスクとして、例えばＣｌ2 ガスをエッチングガスに用いたＲＩＥにより、テーパーエッチングが行われる条件で活性層５２の厚さの途中の深さまでエッチングを行った後、レジストパターンを除去する。こうして、図９に示すように、活性層５２の上部およびｐ型ＧａＮクラッド層５３に、これらの層の面に対して傾斜した端面が形成される。
次に、基板表面にリソグラフィーにより所定の平面形状を有するレジストパターン（図示せず）を形成し、さらに基板全面に例えばスパッタリング法によりＡｇ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜を順次形成した後、このレジストパターンをその上に形成されたＡｇ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜とともに除去する（リフトオフ）。これによって、図１０に示すように、ｐ型ＧａＮクラッド層５３上にＡｇ／Ｐｔ／Ａｕ構造のｐ側電極５４を形成する。
次に、図１１に示すように、上述の発光ダイオード構造のｐ側電極５４側を支持基板５７に接着剤５８を用いて貼り合わせる。支持基板５７としては各種のものを用いることができるが、例えばサファイア基板やシリコン基板などである。
次に、図１２に示すように、サファイア基板５６の裏面側から例えばエキシマーレーザなどによるレーザビームを照射してサファイア基板５６とｎ型ＧａＮクラッド層５１との界面のアブレーションを行うことによりサファイア基板５６を剥離する。
次に、図１２に示すように、サファイア基板５６の裏面側から例えばエキシマーレーザなどによるレーザビームを照射してサファイア基板５６とｎ型ＧａＮクラッド層５１との界面のアブレーションを行うことによりサファイア基板５６を剥離する。
次に、こうして露出したｎ型ＧａＮクラッド層５１上に所定の平面形状を有するレジストパターン（図示せず）をリソグラフィーにより形成する。次に、このレジストパターンをマスクとして、例えばＣｌ2 ガスをエッチングガスに用いたＲＩＥにより、テーパーエッチングが行われる条件でｎ型ＧａＮクラッド層５１および活性層５２をエッチングした後、レジストパターンを除去する。これによって、図１３に示すように、各ＧａＮ系発光ダイオード間が分離された状態となり、また、ｎ型ＧａＮクラッド層５１および活性層５２にこれらの層の主面に対して傾斜した端面が形成される。
次に、ｎ型ＧａＮクラッド層５１の表面にリソグラフィーにより所定の平面形状を有するレジストパターン（図示せず）を形成し、さらに全面に例えばスパッタリング法によりＴｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜を順次形成した後、このレジストパターンをその上に形成されたＴｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜とともに除去する（リフトオフ）。これによって、ｎ型ＧａＮクラッド層５１上にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ構造の所定の平面形状を有するｎ側電極５５を形成する。
この後、支持基板５７および接着剤５８を除去する。
以上により、図８に示すように、目的とするＧａＮ系発光ダイオードが完成する。こうして製造されたＧａＮ系発光ダイオードは、用途に応じて、単体素子として用いてもよいし、他の基板と貼り合わせたり、転写したり、配線接続を行ったりすることができる。
この後、支持基板５７および接着剤５８を除去する。
以上により、図８に示すように、目的とするＧａＮ系発光ダイオードが完成する。こうして製造されたＧａＮ系発光ダイオードは、用途に応じて、単体素子として用いてもよいし、他の基板と貼り合わせたり、転写したり、配線接続を行ったりすることができる。
以上のように、この第７の実施の形態によれば、ｎ型ＧａＮクラッド層５１およびｐ型ＧａＮクラッド層５３に対して活性層５２の外周部が突出していることにより、従来に比べて光取り出し効率が極めて高いＧａＮ系発光ダイオードを実現することができる。また、ＧａＮ系発光ダイオードの駆動時には、非発光再結合中心が多く存在する活性層５２の外周部に電流が流れないようにすることができるので、活性層５２の外周部に注入されるキャリアが非発光再結合中心で無駄に消費される問題がなくなる。以上より、従来のＧａＮ系発光ダイオードに比べて極めて発光効率が高いＧａＮ系発光ダイオードを得ることができる。
このＧａＮ系発光ダイオードは、発光ダイオードディスプレイ、発光ダイオードバックライト、発光ダイオード照明装置などの各種の電子機器に用いて好適なものである。
このＧａＮ系発光ダイオードは、発光ダイオードディスプレイ、発光ダイオードバックライト、発光ダイオード照明装置などの各種の電子機器に用いて好適なものである。
以上、この発明の実施の形態および実施例について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施の形態および実施例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、上述の実施の形態および実施例において挙げた数値、構造、構成、形状、材料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、構造、構成、形状、材料などを用いてもよい。
例えば、上述の実施の形態および実施例において挙げた数値、構造、構成、形状、材料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、構造、構成、形状、材料などを用いてもよい。
１１…ｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層、１２…活性層、１３…ｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層、１４…ｐ型ＧａＡｓ層、１５…ｐ側電極、１６…ｎ側電極、１７…ｎ型ＧａＡｓ基板、１８…ｎ型ＧａＡｓエッチングストップ層、１９…レジストパターン、５１…ｎ型ＧａＮクラッド層、５２…活性層、５３…ｐ型ＧａＮクラッド層、５４…ｐ側電極、５５…ｎ側電極、５６…サファイア基板、５７…支持基板、５８…接着剤
Claims (13)
- 基板上に第１のクラッド層、活性層および第２のクラッド層を順次成長させる工程と、
上記第１のクラッド層、上記活性層および上記第２のクラッド層を所定の平面形状にパターニングするとともに、上記活性層の外周部の少なくとも一部が上記第１のクラッド層と上記第２のクラッド層との間に挟まれないように上記第１のクラッド層および上記第２のクラッド層のうちの少なくとも一方に対して外部に突出するようにする工程とを有する発光ダイオードの製造方法。 - 上記第１のクラッド層、上記活性層および上記第２のクラッド層をドライエッチングによりパターニングする請求項１に記載の発光ダイオードの製造方法。
- 上記活性層に対して上記第１のクラッド層および上記第２のクラッド層のうちの上記少なくとも一方をサイドエッチングすることにより、上記活性層の外周部の少なくとも一部が上記第１のクラッド層と上記第２のクラッド層との間に挟まれないように上記第１のクラッド層および上記第２のクラッド層のうちの上記少なくとも一方に対して外部に突出するようにする請求項２に記載の発光ダイオードの製造方法。
- ウエットエッチングにより上記サイドエッチングを行う請求項３に記載の発光ダイオードの製造方法。
- 上記第１のクラッド層、上記活性層および上記第２のクラッド層をドライエッチングによりパターニングした後、上記ウエットエッチングにより上記サイドエッチングを行う前に上記活性層の端面を変質させる請求項４に記載の発光ダイオードの製造方法。
- 上記活性層は多重量子井戸構造を有する請求項５に記載の発光ダイオードの製造方法。
- 上記第１のクラッド層、上記活性層および上記第２のクラッド層はリン系化合物半導体からなる請求項６に記載の発光ダイオードの製造方法。
- ５℃より低温に冷却した塩酸からなるエッチャントを用いて上記ウエットエッチングを行う請求項７に記載の発光ダイオードの製造方法。
- 上記ウエットエッチングを行った後の上記第１のクラッド層、上記活性層および上記第２のクラッド層は（１１１）面からなる端面を有する請求項８に記載の発光ダイオードの製造方法。
- 第１のクラッド層と、
上記第１のクラッド層上の活性層と、
上記活性層上の第２のクラッド層とを有し、
上記活性層の外周部の少なくとも一部が上記第１のクラッド層と上記第２のクラッド層との間に挟まれないように上記第１のクラッド層および上記第２のクラッド層のうちの少なくとも一方に対して外部に突出している発光ダイオード。 - 上記活性層は多重量子井戸構造を有する請求項１０に記載の発光ダイオード。
- 上記第１のクラッド層、上記活性層および上記第２のクラッド層はリン系化合物半導体からなる請求項１１に記載の発光ダイオード。
- 上記第１のクラッド層、上記活性層および上記第２のクラッド層は（１１１）面からなる端面を有する請求項１２に記載の発光ダイオード。
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