JP2008047861A - 垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光抽出効率を高めて外部量子効率を向上させることができる垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子は、ｎ型電極１７０と、前記ｎ型電極の下面に形成された発光構造層（前記発光構造層は表面が規則的な周期で形成された第１凹凸構造１６０ａとその上に不規則的な周期で形成された第２凹凸構造１６０ｂとを含んでなる表面凹凸１６０を有するｎ型窒化ガリウム層１２１と、前記ｎ型窒化ガリウム層の下面に形成された活性層１２４と、前記活性層の下面に形成されたｐ型窒化ガリウム層１２６とを有する）と、前記ｐ型窒化ガリウム層の下面に形成されたｐ型電極１３０と、前記ｐ型電極の下面に形成された構造支持層１５０と、を含む。また、本発明は、前記垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子の製造方法を提供する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、垂直構造（垂直電極型）窒化ガリウム系（ＧａＮ）発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ；以下、「ＬＥＤ」とする）素子及びその製造方法に関し、さらに詳細には、光抽出効率を高めて外部量子効率を向上させることができる垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子及びその製造方法に関する。

一般に、窒化ガリウム系ＬＥＤはサファイア基板上に成長するが、このようなサファイア基板は、堅固で電気的に不導体であり、熱伝導特性がよくないので、窒化ガリウム系ＬＥＤの大きさを減らして製造原価を低減するか、又は光出力及びチップの特性を改善させることが必要と考えられるが、これらの対策には限界がある。特に、ＬＥＤの高出力化のためには、大電流の印加が必須であるため、ＬＥＤの熱放出問題を解決することが重要である。このような問題を解決するための手段として、従来では、レーザーリフトオフ（Ｌａｓｅｒ Ｌｉｆｔ−Ｏｆｆ：以下、「ＬＬＯ」とする）を利用してサファイア基板を除去した垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子が提案された。

しかしながら、一般に垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子において、活性層から生成された光子がＬＥＤの外部に放出される効率、すなわち輝度が低下するという問題があった。

したがって、従来では、これを解決するために、垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の上部発光部位に凹凸構造が規則的であるか、不規則的に形成された表面凹凸を備えて、輝度を向上させている。

以下、図１及び図２を参照して、従来の技術に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子について説明する。ここで、図１及び図２は、従来の技術に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子を示した斜視図である。

図１及び図２に示すように、従来の技術によって製造された垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子は、構造支持層１５０上にｐ型電極１３０が形成されており、その上にｐ型窒化ガリウム層１２６、活性層１２４、ｎ型窒化ガリウム層１２１が順次形成されて、発光構造物１２０をなしている。

このとき、前記発光構造物１２０の上部、すなわち、ｎ型窒化ガリウム層１２６の表面は、光抽出効率を向上させることができる表面凹凸１６０を有しており、その上にｎ型電極１７０が形成されている。

より詳細に説明すると、図１は、前記ｎ型窒化ガリウム層１２６の表面凹凸１６０をなす凹凸構造が規則的な周期で形成された状態を示しており、図２は、前記ｎ型窒化ガリウム層１２６の表面凹凸１６０をなす凹凸構造が不規則的な周期で形成された状態を示している。

しかしながら、上記のように、前記ｎ型窒化ガリウム層１２６の表面凹凸１６０が規則的な周期を有する凹凸構造又は不規則的な周期を有する凹凸構造のように、２つのうち何れか１つの単一の周期を有する形態に形成されると、凹凸構造を形成可能な面、すなわち、ｎ型窒化ガリウム層１２６の表面が制限されるので、輝度の改善効果が充分ではない。

したがって、当技術分野では、輝度の改善効果を極大化することができる新しい方案が要求されている。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、前記垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の上部の発光部位に規則的な凹凸構造と不規則的な凹凸構造とが混合された形態からなる表面凹凸を形成することによって、光抽出効率を向上させて輝度の改善効果を極大化させることができる垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、上記の垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を提供することにある。

上記の目的を達成すべく、本発明に係る垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子は、ｎ型電極と、前記ｎ型電極の下面に形成されており、表面が規則的な周期で形成された第１凹凸構造とその上に不規則的な周期で形成された第２凹凸構造とを含んでなる表面凹凸を有するｎ型窒化ガリウム層と、前記ｎ型窒化ガリウム層の下面に形成された活性層と、前記活性層の下面に形成されたｐ型窒化ガリウム層と、前記ｐ型窒化ガリウム層の下面に形成されたｐ型電極と、前記ｐ型電極の下面に形成された構造支持層と、を含む。

また、前記本発明の垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子において、前記ｎ型電極と前記ｎ型窒化ガリウム層と間に位置し、前記ｎ型窒化ガリウム層の表面全体に形成された透明導電体層をさらに含むことが好ましい。

また、上記の目的を達成すべく、本発明に係る垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子の製造方法は、基板上にｎ型窒化ガリウム層、活性層、ｐ型窒化ガリウム層を順次形成するステップと、前記ｐ型窒化ガリウム層上にｐ型電極を形成するステップと、前記ｐ型電極上に構造支持層を形成するステップと、前記基板を除去して、ｎ型窒化ガリウム層の表面を露出させるステップと、前記露出したｎ型窒化ガリウム層の表面に規則的な周期を有する第１凹凸構造を形成するステップと、前記第１凹凸構造の表面に不規則的な周期を有する第２凹凸構造を形成するステップと、前記第１凹凸構造及び第２凹凸構造が形成されたｎ型窒化ガリウム層上に、ｎ型電極を形成するステップと、を含む。

また、前記本発明の垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法において、前記露出したｎ型窒化ガリウム層の表面に規則的な周期を有する第１凹凸構造を形成するステップは、前記露出したｎ型窒化ガリウム層上に規則的な周期を有する所定の形状のフォトレジストパターンを形成するステップと、前記フォトレジストパターンをエッチングマスクとして、前記ｎ型窒化ガリウム層の一部を選択的にエッチングするステップと、を含むことが好ましい。

また、前記本発明の垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法において、前記第１凹凸構造の表面に不規則的な周期を有する第２凹凸構造を形成するステップは、ドライエッチング工程又はウェットエッチング工程を利用して行うことが好ましい。

また、前記本発明の垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法において、前記第１凹凸構造及び第２凹凸構造が形成されたｎ型窒化ガリウム層上にｎ型電極を形成するステップの前に、前記ｎ型窒化ガリウム層上に透明導電体層を形成するステップをさらに含むことが好ましい。

また、上記の目的を達成すべく、本発明に係る垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子の製造方法は、基板の表面を規則的な周期を有する凹凸パターンにパターニングするステップと、前記凹凸パターンにパターニングされる基板上に接する表面が、前記凹凸パターンに沿って規則的な周期を有する第１凹凸構造を有するように、ｎ型窒化ガリウム層を形成するステップと、前記ｎ型窒化ガリウム層上に活性層とｐ型窒化ガリウム層を順次形成するステップと、前記ｐ型窒化ガリウム層上にｐ型電極を形成するステップと、前記ｐ型電極上に構造支持層を形成するステップと、前記基板を除去して、ｎ型窒化ガリウム層の第１凹凸構造を露出させるステップと、前記露出した第１凹凸構造の表面に不規則的な周期を有する第２凹凸構造を形成するステップと、前記第１凹凸構造及び第２凹凸構造が形成されたｎ型窒化ガリウム層上にｎ型電極を形成するステップと、を含む。

また、前記本発明の垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法において、前記基板の表面を規則的な周期を有する凹凸パターンにパターニングするステップは、前記基板上に規則的な周期を有する所定の形状のフォトレジストパターンを形成するステップと、前記フォトレジストパターンをエッチングマスクとして、前記基板の一部を選択的にエッチングするステップと、を含むことが好ましい。

本発明によれば、垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の上部発光部位に形成された規則的な凹凸構造とその上に形成された不規則的な凹凸構造とからなる表面凹凸を形成することによって、光抽出効率を向上させて輝度の改善効果を極大化させることができる。

また、本発明は、規則的な凹凸構造によって増加した面積を有するｎ型窒化ガリウム層の表面に不規則的な凹凸構造を形成することによって、不規則的な凹凸構造の形成面積を増加させることができる。

したがって、本発明は、垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の輝度特性を向上させることができるという効果がある。

以下、添付した図面を参考にして、本発明の実施の形態について本発明の属する技術分野における通常の知識を有した者が容易に実施できるように詳細に説明する。

図面において、複数層及び領域を明確に表現するために、厚さを拡大して示した。明細書全体にわたって類似の部分に対しては、同一の図面符号を付してある。

以下、本発明の一実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子及びその製造方法について、図面を参考にして詳細に説明する。

垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の構造
まず、図３を参考にして、本発明の一実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の構造について詳細に説明する。

図３は、本発明の一実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子を示した斜視図である。

まず、図３に示すように、本発明に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の最上部には、Ｔｉ／Ａｌなどからなるｎ型電極１７０が形成されている。

前記ｎ型電極１７０の下面には、ｎ型窒化ガリウム層１２１が形成されている。このとき、前記ｎ型窒化ガリウム層１２１の上面には、規則的な周期で形成された第１凹凸構造１６０ａとその上に不規則的な周期で形成された第２凹凸構造１６０ｂを含んでなる表面凹凸１６０が形成されている。

図４は、本発明の一実施の形態に係る表面凹凸を説明するために示した実際写真であって、図４に示すように、等高線の形態に太い突起からなったことは規則的な周期を有する第１凹凸構造を示し、その上に見える小さな突起は、非規則的な周期を有する第２凹凸構造を示す。

すなわち、本発明に係る前記第２凹凸構造１６０ｂは、規則的な周期を有する第１凹凸構造１６０ａにより前記ｎ型窒化ガリウム層１２１の上面の実質的な表面積が増加するから、さらに多く形成されることが可能である。

上述のように、垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の上部発光部位であるｎ型窒化ガリウム層１２１の表面に、規則的な周期を有する第１凹凸構造１６０ａにより表面積が増加された状態で不規則的な周期を有する第２凹凸構造１６０ｂが形成された表面凹凸１６０を備えるようになると、ｎ型窒化ガリウム層１２１の平坦な表面に不規則的な周期を有する凹凸構造を備える場合に比べて、高い輝度を表すことを図５から分かる。ここで、図５は、図１及び図３に示す垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の輝度を比較して示した図である。

また、前記第１凹凸構造１６０ａは、その形状により限定されるものではないが、後述する活性層から生成された光子の散乱特性を向上させて、光子を外部に效率的に放出させるためのものであって、本発明の実施の形態では、端部の側面形状を四角形で示したが、これは四角形に限定されるものではなく、半球型又は三角形などの多様な形状で実現できる。

前記ｎ型窒化ガリウム層１２１の下面には、活性層１２４とｐ型窒化ガリウム層１２６が下に順次積層されている発光構造物１２０が形成されている。

ここで、前発光構造物１２０のうち、ｎ型又はｐ型窒化ガリウム層１２１、１２６は、各導電型不純物がドーピングされたＧａＮ層又はＧａＮ／ＡｌＧａＮ層であり得、活性層１２４は、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ層で構成された多重量子井戸構造（Ｍｕｌｔｉ−Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）であり得る。

前記発光構造物１２０のｐ型窒化ガリウム層１２６の下面には、ｐ型電極１３０が形成されている。一方、図示していないが、前記ｐ型窒化ガリウム層１３０の下面には、ｐ型電極及び反射膜が下に順次積層されている構造を有することができ、反射膜を備えていない場合には、ｐ型電極が反射膜として機能する。

前記ｐ型電極１３０の下面には、導電性接合層１４０により構造支持層１５０が接合されている。このとき、前記構造支持層１５０は、最終的なＬＥＤ素子の支持層及び電極としての機能を行うものであって、シリコン（Ｓｉ）基板、ＧａＡｓ基板、Ｇｅ基板又は金属層などからなる。ここで、前記金属層は、電解メッキ、無電解メッキ、熱蒸着（Ｔｈｅｒｍａｌ ｅｖａｐｏｒａｔｏｒ）、電子線蒸着（ｅ−ｂｅａｍ ｅｖａｐｏｒａｔｏｒ）、スパッタ（Ｓｐｕｔｔｅｒ）、化学気相蒸着（ＣＶＤ）などの方式により形成されたものが使用可能である。

一方、本実施の形態では、電流拡散効果を向上させるために、図６に示すように、前記ｎ型電極１７０を形成する前に、ｎ型窒化ガリウム層１２１の上部全面にＣＩＯ／ＩＴＯなどを使用して透明導電体層１８０を形成することもできる。ここで、図６は、本発明に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の変形例を示した斜視図である。

垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法
＜第１の実施の形態＞
まず、本発明の第１の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法について、図７Ａ〜図７Ｅ及び図３を参考にして詳細に説明する。

図７Ａ〜図７Ｅは、本発明の第１の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を順次示した工程断面図である。

まず、図７Ａに示すように、基板１００上に窒化ガリウム系半導体層からなる発光構造物１２０を形成する。このとき、前記発光構造物１２０は、ｎ型窒化ガリウム層１２１と多重井戸構造であるＧａＮ／ＩｎＧａＮ活性層１２４及びｐ型窒化ガリウム層１２６が順次積層されている構造を有する。

ここで、前記基板１００は、好ましくは、サファイアを含む透明な材料を利用して形成し、サファイアの他に、基板１００は、ジンクオキサイド（ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ、ＺｎＯ）、ガリウムナイトライド（ｇａｌｌｉｕｍ ｎｉｔｒｉｄｅ、ＧａＮ）、シリコンカーバイド（ｓｉｌｉｃｏｎ ｃａｒｂｉｄｅ、ＳｉＣ）及びアルミニウムナイトライド（ａｌｕｍｉｎｕｍ ｎｉｔｒｉｄｅ、ＡｌＮ）で形成できる。

また、前記ｎ型及びｐ型窒化ガリウム系半導体層１２１、１２６及び活性層１２４は、Ａｌ_xＩｎ_yＧａ_(1-x-y)Ｎ（ここで、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１である）組成式を有する窒化ガリウム系半導体物質であり得、ＭＯＣＶＤ及びＭＢＥ工程のような公知の窒化物蒸着工程により形成されることができる。

一方、前記活性層１２４は、１つの量子井戸層又はダブルヘテロ構造で形成されることができる。

また、図示していないが、前記基板１００上にｎ型窒化ガリウム層１２１を成長させる前に前記基板１００とｎ型窒化ガリウム層１２１との格子整合を向上させるための層であって、バッファ層をさらに形成することができ、これは、工程条件及び素子特性により省略できる。

その後、図７Ｂに示すように、前記ｐ型窒化ガリウム層１２６上にｐ型電極１３０を形成する。このとき、前記ｐ型電極１３０は、反射膜として機能できる。一方、前記ｐ型電極１３０上に別途の反射機能を行う反射膜（図示せず）を形成することもできる。

次に、前記ｐ型電極１３０上に導電性接合層１４０により構造支持層１５０を接合する。このとき、前記構造支持層１５０は、最終的なＬＥＤ素子の支持層及び電極として機能するものであって、シリコン（Ｓｉ）基板、ＧａＡｓ基板、Ｇｅ基板又は金属層などからなる。ここで、前記金属層は、電解メッキ、無電解メッキ、熱蒸着（Ｔｈｅｒｍａｌ ｅｖａｐｏｒａｔｏｒ）、電子線蒸着（ｅ−ｂｅａｍ ｅｖａｐｏｒａｔｏｒ）、スパッタ（Ｓｐｕｔｔｅｒ）、化学気相蒸着（ＣＶＤ）などの方式により形成することが好ましい。

その後、図７Ｃに示すように、ＬＬＯ工程により前記基板１００を除去して、ｎ型窒化ガリウム層１２１の表面を露出させる。

次に、図７Ｄに示すように、前記露出した前記ｎ型窒化ガリウム層１２１上に規則的な周期を有する第１凹凸構造１６０ａを形成する。

さらに詳細に説明すると、前記第１凹凸構造１６０ａは、露出した前記ｎ型窒化ガリウム層１２１の上面に規則的な周期を有する所定の形状のフォトレジストパターン（図示せず）を形成した後、これをエッチングマスクとして前記ｎ型窒化ガリウム層１２１の一部を選択的にエッチングして形成する。

その後、図７Ｅに示すように、前記第１凹凸構造１６０ａが形成されたｎ型窒化ガリウム層１２１上に不規則的な周期を有する第２凹凸構造１６０ｂを形成する。このとき、前記第２凹凸構造１６０ｂは、ＫＯＨのようなエッチング液を利用するウェットエッチング又は誘導プラズマ−反応性イオンエッチング（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ−Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ，ＩＣＰ−ＲＩＥ）を利用するドライエッチング及びこれらを並行して形成することもできる。

すなわち、本発明に係る前記ｎ型窒化ガリウム層１２１の表面には、第１凹凸構造１６０ａと第２凹凸構造１６０ｂを含んでなる表面凹凸１６０が形成される。

次に、図３に示すように、前記表面凹凸１６０が形成されたｎ型窒化ガリウム層１２１上にｎ型電極１７０をそれぞれ形成して、垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子を形成する。

一方、図示していないが、本実施の形態では、電流拡散効果を向上させるために、前記ｎ型電極１７０を形成する前に、ｎ型窒化ガリウム層１２１の上部全面にＣＩＯ／ＩＴＯなどを使用して透明導電体層を形成することもできる。

＜第２の実施の形態＞
本発明の第２の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法について、図８Ａ〜図８Ｅ及び図３を参考にして詳細に説明する。

図８Ａ〜図８Ｅは、本発明の第２の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を順次示した工程断面図である。

まず、図８Ａに示すように、基板１００の上面に規則的な周期を有する所定の形状のフォトレジストパターン２００を形成する。このとき、前記基板１００は、好ましくは、サファイアを含む透明な材料を利用して形成し、サファイアの他に、基板１００は、ジンクオキサイド（ＺｎＯ）、ガリウムナイトライド（ＧａＮ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）及びアルミニウムナイトライド（ＡｌＮ）で形成できる。

その後、図８Ｂに示すように、前記フォトレジストパターン２００をエッチングマスクとして前記基板１００の一部を選択的にエッチングすることにより、規則的な周期を有する凹凸パターン１００ａを形成する。

次に、図８Ｃに示すように、前記凹凸パターン１００ａが形成された基板１００上に窒化ガリウム系半導体層結晶成長させて、ｎ型窒化ガリウム層１２１を形成する。このとき、前記ｎ型窒化ガリウム層１２１は、表面が前記基板１００の凹凸パターン１００ａに沿って規則的な周期を有する第１凹凸構造１６０ａを有するように形成する。

次に、前記ｎ型窒化ガリウム層１２１上に活性層１２４及びｐ型窒化ガリウム層１２６を順次結晶成長させて、ｐ型窒化ガリウム層１２６、活性層１２４、ｎ型窒化ガリウム層１２１が順次積層されている構造の発光構造物１２０を形成した後、その上にｐ型電極１３０を形成する。このとき、前記ｐ型電極１３０は、反射膜として機能することが可能である。一方、前記ｐ型電極１３０上に別途の反射機能を行う反射膜（図示せず）を形成することもできる。

次に、前記ｐ型電極１３０上に導電性接合層１４０により構造支持層１５０を接合する。このとき、前記構造支持層１５０は、最終的なＬＥＤ素子の支持層及び電極として機能するものであって、シリコン（Ｓｉ）基板、ＧａＡｓ基板、Ｇｅ基板又は金属層などからなる。ここで、前記金属層は、電解メッキ、無電解メッキ、熱蒸着、電子線蒸着、スパッタ、化学気相蒸着（ＣＶＤ）などの方式により形成することが好ましい。

その後、図８Ｄに示すように、ＬＬＯ工程により前記基板１００を除去して、ｎ型窒化ガリウム層１２１の第１凹凸構造１６０ａを露出させる。

続き、図８Ｅに示すように、前記第１凹凸構造１６０ａが露出したｎ型窒化ガリウム層１２１上に不規則的な周期を有する第２凹凸構造１６０ｂを形成する。このとき、前記第２凹凸構造１６０ｂは、ＫＯＨのようなエッチング液を利用するウェットエッチング又はＩＣＰ−ＲＩＥを利用するドライエッチング及びこれらを並行して形成することもできる。

すなわち、本発明に係る前記ｎ型窒化ガリウム層１２１の表面には、第１凹凸構造１６０ａと第２凹凸構造１６０ｂを含んでなる表面凹凸１６０が形成される。

次に、図３に示すように、前記表面凹凸１６０が形成されたｎ型窒化ガリウム層１２１上にｎ型電極１７０をそれぞれ形成して、垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子を形成する。

一方、図示していないが、本実施の形態では、電流拡散効果を向上させるために、前記ｎ型電極１７０を形成する前に、ｎ型窒化ガリウム層１２１の上部全面にＣＩＯ／ＩＴＯなどを使用して透明導電体層を形成することもできる。

上述した本発明の好ましい実施の形態は、例示の目的のために開示されたものであり、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形、及び変更を行うことが可能であり、このような置換、変更なども特許請求の範囲に属するものである。

従来の技術に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子を示した斜視図である。 従来の技術に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子を示した斜視図である。 本発明の一実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子を示した斜視図である。 本発明の一実施の形態に係る表面凹凸を説明するために示した図である。 図２及び図３に示す垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の輝度を比較して示した図である。 本発明に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の変形例を示した斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を順次示した工程断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を順次示した工程断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を順次示した工程断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を順次示した工程断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を順次示した工程断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を順次示した工程断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を順次示した工程断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を順次示した工程断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を順次示した工程断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る垂直構造窒化ガリウム系ＬＥＤ素子の製造方法を順次示した工程断面図である。

符号の説明

１００ サファイア基板
１２０ 発光構造物
１２１ ｎ型窒化ガリウム層
１２４ 活性層
１２６ ｐ型窒化ガリウム層
１３０ ｐ型電極
１４０ 導電性接合層
１５０ 構造支持層
１６０ａ 第１凹凸構造
１６０ｂ 第２凹凸構造
１６０ 表面凹凸
１７０ ｎ型電極
１８０ 透明導電体層

Claims (10)

1. ｎ型電極と、
   前記ｎ型電極の下面に形成されており、表面が規則的な周期で形成された第１凹凸構造とその上に不規則的な周期で形成された第２凹凸構造とを含んでなる表面凹凸を有するｎ型窒化ガリウム層と、
   前記ｎ型窒化ガリウム層の下面に形成された活性層と、
   前記活性層の下面に形成されたｐ型窒化ガリウム層と、
   前記ｐ型窒化ガリウム層の下面に形成されたｐ型電極と、
   前記ｐ型電極の下面に形成された構造支持層と、
   を含む垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子。
2. 前記ｎ型電極と前記ｎ型窒化ガリウム層と間に位置し、前記ｎ型窒化ガリウム層の表面全体に形成された透明導電体層をさらに含む請求項１に記載の垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子。
3. 基板上にｎ型窒化ガリウム層、活性層、ｐ型窒化ガリウム層を順次形成するステップと、
   前記ｐ型窒化ガリウム層上にｐ型電極を形成するステップと、
   前記ｐ型電極上に構造支持層を形成するステップと、
   前記基板を除去して、ｎ型窒化ガリウム層の表面を露出させるステップと、
   前記露出したｎ型窒化ガリウム層の表面に規則的な周期を有する第１凹凸構造を形成するステップと、
   前記第１凹凸構造の表面に不規則的な周期を有する第２凹凸構造を形成するステップと、
   前記第１凹凸構造及び第２凹凸構造が形成されたｎ型窒化ガリウム層上に、ｎ型電極を形成するステップと、
   を含む垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子の製造方法。
4. 前記露出したｎ型窒化ガリウム層の表面に規則的な周期を有する第１凹凸構造を形成するステップは、
   前記露出したｎ型窒化ガリウム層上に規則的な周期を有する所定の形状のフォトレジストパターンを形成するステップと、
   前記フォトレジストパターンをエッチングマスクとして、前記ｎ型窒化ガリウム層の一部を選択的にエッチングするステップと、
   を含むことを特徴とする請求項３に記載の垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子の製造方法。
5. 前記第１凹凸構造の表面に不規則的な周期を有する第２凹凸構造を形成するステップは、ドライエッチング工程又はウェットエッチング工程を利用して行うことを特徴とする請求項３に記載の垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子の製造方法。
6. 前記第１凹凸構造及び第２凹凸構造が形成されたｎ型窒化ガリウム層上にｎ型電極を形成するステップの前に、前記ｎ型窒化ガリウム層上に透明導電体層を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子の製造方法。
7. 基板の表面を規則的な周期を有する凹凸パターンにパターニングするステップと、
   前記凹凸パターンにパターニングされる基板上に接する表面が、前記凹凸パターンに沿って規則的な周期を有する第１凹凸構造を有するように、ｎ型窒化ガリウム層を形成するステップと、
   前記ｎ型窒化ガリウム層上に活性層とｐ型窒化ガリウム層を順次形成するステップと、
   前記ｐ型窒化ガリウム層上にｐ型電極を形成するステップと、
   前記ｐ型電極上に構造支持層を形成するステップと、
   前記基板を除去して、ｎ型窒化ガリウム層の第１凹凸構造を露出させるステップと、
   前記露出した第１凹凸構造の表面に不規則的な周期を有する第２凹凸構造を形成するステップと、
   前記第１凹凸構造及び第２凹凸構造が形成されたｎ型窒化ガリウム層上にｎ型電極を形成するステップと、
   を含む垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子の製造方法。
8. 前記基板の表面を規則的な周期を有する凹凸パターンにパターニングするステップは、
   前記基板上に規則的な周期を有する所定の形状のフォトレジストパターンを形成するステップと、
   前記フォトレジストパターンをエッチングマスクとして、前記基板の一部を選択的にエッチングするステップと、を含むことを特徴とする請求項７に記載の垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子の製造方法。
9. 前記第１凹凸構造の表面に不規則的な周期を有する第２凹凸構造を形成するステップは、ドライエッチング工程又はウェットエッチング工程を利用して行うことを特徴とする請求項７に記載の垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子の製造方法。
10. 前記第１凹凸構造及び第２凹凸構造が形成されたｎ型窒化ガリウム層上にｎ型電極を形成するステップの前に、前記ｎ型窒化ガリウム層上に透明導電体層を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の垂直構造窒化ガリウム系発光ダイオード素子の製造方法。

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