以下、本発明の発光ダイオード及びその製造方法の実施例について説明する。以下の各々の実施例において、同じ部材は同じ符号で標示する。
(実施例1)
図1を参照すると、実施例1に係る発光ダイオード10は、基板100と、第一半導体層110と、活性層120と、第二半導体層130と、第一電極112及び第二電極132と、を含む。第一半導体層110、活性層120及び第二半導体層130は、基板100の一側に、該一側から離れる方向に順に積層される。第一電極112は、第一半導体層110に電気的に接続されている。第二電極132は、第二半導体層130に電気的に接続されている。複数の三次元ナノ構造体113は、第一半導体層110の活性層120と接触する表面に設置されている。
基板100の厚さは、300μm〜500μmである。基板100は、SOI(silicon on insulator)、LiGaO2、LiAlO2、Al2O3、Si、GaAs、GaN、GaSb、InN、InP、InAs、InSb、AlP、AlAs、AlSb、AlN、GaP、SiC、SiGe、GaMnAs、GaAlAs、GaInAs、GaAlN、GaInN、AlInN、GaAsP、InGaN、AlGaInN、AlGaInP、GaP:Zn及びGaP:Nの一種又は数種からなることができる。
基板100は、第一半導体層110に対して、結晶を成長させるための成長表面101を有し、該成長表面101は、第一半導体層110の結晶成長を支持する(図5を参照)。基板100の材料は、製造しようとする第一半導体層110の材料に応じて選択可能であるが、第一半導体層110の材料と類似する格子定数及び熱膨張係数を有することが好ましい。本実施例において、基板100はサファイア基板であり、その厚さは400μmである。
第一半導体層110は、基板100の成長表面101に設置される。第一半導体層110及び第二半導体層130は、それぞれn型半導体層又はp型半導体層である。即ち、第一半導体層110がn型半導体層である場合、第二半導体層130はp型半導体層であるが、第一半導体層110がp型半導体層である場合、第二半導体層130はn型半導体層である。n型半導体層は電子を提供し、p型半導体層は正孔を提供する。n型半導体層は、n型ガリウム窒化物、n型ガリウムヒ素及びn型リン酸銅の一種又は数種からなる。p型半導体層は、p型ガリウム窒化物、p型ガリウムヒ素及びp型リン酸銅の一種又は数種からなる。第一半導体層110の厚さは1μm〜5μmである。本実施例において、第一半導体層110はn型ガリウム窒化物である。
発光ダイオード10は、更にバッファ層(図示せず)を含み、該バッファ層は基板100及び第一半導体層110の間に設置される。この場合、バッファ層は、基板100と第一半導体層110にそれぞれ接触する。該バッファ層は、基板100と第一半導体層110の間の格子不整合現象を減少させ、且つ基板100と第一半導体層110の間のエピタキシャル成長の品質を改善することができる。バッファ層は、ガリウム窒化物(GaN)又はアルミニウム窒化物(AlN)からなり、その厚さは10nm〜300nmである。
本実施例において、第一半導体層110は相対する第一表面(図示せず)と第二表面(図示せず)を有する。第一表面は基板100と隣接し、第二表面は基板100と離れる表面である。該第二表面を、その機能によって第一領域と第二領域とに区分し、第一領域には、活性層120及び第二半導体層130が積層され、第二領域には第一電極112が設置される。
図1及び図2を参照すると、第一半導体層110の第二表面は三次元ナノ構造体アレイを有し、該三次元ナノ構造体アレイは第二表面の第一区域に設置され、且つ複数の三次元ナノ構造体113を含む。また、該三次元ナノ構造体アレイは、活性層120と接触する第一半導体層110の表面に単独で設置されるか又は基板100と一体構造を有しても良いが、好ましくは、三次元ナノ構造体アレイは、基板100と一体構造に形成される。ここで、一体構造とは、三次元ナノ構造体113が、第一半導体層110の表面との間に間隙を有することなく、第一半導体層110と一体になることを指す。三次元ナノ構造体アレイは、第一半導体層110の表面に単独で設置される場合、その材料は、第一半導体層110の材料と同じでも、同じでなくても良い。本実施例において、三次元ナノ構造体アレイは、第一半導体層110と一体構造を有する。
図2及び図3を参照すると、三次元ナノ構造体アレイにおける各々の三次元ナノ構造体113は、突起構造体であり、且つ第一半導体層110の本体表面から、該表面を離れる方向に向かって突出する。第一半導体層110の本体表面において、複数の三次元ナノ構造体113の延伸方向は同じである。また、各々の三次元ナノ構造体113の、その延伸方向での断面はM型であり、複数の三次元ナノ構造体113の、各々の延伸方向での断面もそれぞれM型であり、形状や面積は各々同じであることが好ましい。
各々の三次元ナノ構造体113は、直線、折れ線或いは曲線によって、第一半導体層110の本体表面を延伸し、且つ互いに並列する。複数の三次元ナノ構造体113において、隣接する二つの三次元ナノ構造体113の間の距離は0nm〜200nmである。三次元ナノ構造体113の延伸方向は変化しても、或いは変化しなくても良い。延伸方向が変化しない場合、延伸方向は直線である。この場合、複数の三次元ナノ構造体113は、各々直線で且つ互いに並列に延伸している。延伸方向が変化する場合、延伸方向は折れ線或いは曲線である。この場合、複数の三次元ナノ構造体113は、各々折れ線或いは曲線で且つ互いに並列に延伸する。延伸方向は変化しても、或いは変化しなくても良い。しかし、該延伸方向において、任意の点を選び、複数の三次元ナノ構造体113の該任意の点におけるその断面は、それぞれM型であることが好ましい。
複数の三次元ナノ構造体113は、一次元アレイによって、第一半導体層110の本体の表面に分布して、三次元ナノ構造体アレイを形成する。ここで、一次元アレイとは、複数の三次元ナノ構造体113が、第一半導体層110の本体の表面に、一つの方向に沿って、一次元アレイの形式によって配列することである。また、一次元アレイの形式によって配列するとは、例えば、図2に示すように、ストリップ状の突部構造体が、一つの方向Y方向に沿って、等間隔に配列すること又は同心円状の突部構造及び同心四角状の突部構造が、その円心から該円心を離れる一つの方向に沿って同心状に配列されることを指す。
図2を参照すると、本実施例において、三次元ナノ構造体113はストリップ状の突起構造体である。該ストリップ状の突起構造体は、直線で同じ方向に沿って延伸している。ここで、ストリップ状の突起構造体の延伸する方向をX方向とし、該ストリップ状の突起構造体の延伸する方向と垂直な方向をY方向とする。X方向には、該X方向に沿って、ストリップ状の突起構造の一端が、対向する他端までそれぞれ延在し、Y方向には、該Y方向に沿って、二つの突起構造からなるストリップ状の複数の三次元ナノ構造体113が、互いに並列している。また、この際、各々の三次元ナノ構造体113のX方向における断面はM型である。従って、三次元ナノ構造体113は、M型の三次元ナノ構造体である。
図4を参照すると、各々のM型の三次元ナノ構造体113は、第一突部1132と第二突部1134とをそれぞれ有する。第一突部1132と第二突部1134との、延伸方向は同じであり且つそれらは互いに並列して、全てX方向に沿って延伸している。第一突部1132は交差する二つの面を有し、該二つの面は、それぞれ第一面1132aと第二面1132bである。第一面1132aと第二面1132bは、それぞれ平面、曲面或いは折り面でも良い。本実施例において、第一面1132a及び第二面1132bは、それぞれ平面である。また、第一面1132aは、第一半導体層110の本体の表面と離れる方向に延伸して第二面1132bと角度θで交差し、第一突部1132の先端(図示せず)を形成する。また、第一面1132aは、第一半導体層110の本体の表面を延伸して、第一半導体層110の本体の表面と角度αで交差する。角度θの角度は、0°(0°は含まず)〜180°(180°は含まず)であるが、好ましくは、30°〜60°である。角度αの角度は0°(0°は含まず)〜90°であるが、好ましくは、80°〜90°である。
第二突部1134の構造は、第一突部1132の構造と基本的に同じである。第二突部1134は、交差する二つの面を有し、該二つの面は、それぞれ第一面1134aと第二面1134bである。また、第一面1134aは、第一半導体層110の本体の表面と離れる方向に延伸して第二面1134bと角度θで交差し、第二突部1134の先端を形成する。また、第一面1134aは、第一半導体層110の本体の表面を延伸して、第一半導体層110の本体の表面に角度αで交差する。更に、第二突部1134の第二面1134bは、第一突部1132の第二面1132bと、第一半導体層110の本体の表面に近接する部分で交差して、三次元ナノ構造体113の第一溝1136を形成する。第一突部1132の第二面1132bの、第一半導体層110の本体の表面を延伸する面は、第一半導体層110の本体の表面と平行な面と角度βで交差する。角度βの角度は0°(0°は含まず)〜90°であるが、角度αの角度と同じでも、或いは同じでなくても良い。
また、隣接する二つの三次元ナノ構造体113の間には、第二溝1138が形成される。具体的には、一つの三次元ナノ構造体113の第二突部1134の第一面1134aと、隣接するもう一つの三次元ナノ構造体113の第一突部1132の第一面1132aとは、第一半導体層110の本体の表面で交差して、第二溝1138を形成する。即ち、一つの三次元ナノ構造体113の第二突部1134の第一面1134aと、隣接するもう一つの三次元ナノ構造体113の第一突部1132の第一面1132aと、の交差線は、第一半導体層110の本体の表面上に存在する。
第一突部1132及び第二突部1134に関して、第一半導体層110の本体の表面から、該表面と離れる方向に突出するその高さに対する制限はない。ここで、該第一突部1132と第二突部1134との高さとは、図4のh2で示すように、第一半導体層110の本体の表面から第一突部1132或いは第二突部1134の最高点までの距離である。第一突部1132の高さと第二突部1134の高さは同じでも、或いは同じでなくても良い。第一突部1132の高さと第二突部1134の高さは、それぞれ150nm〜200nmである。また、第一突部1132、或いは第二突部1134の最高点の集合体は直線、折れ線或いは曲線でも良い。即ち、第一突部1132の第一面1132aと第二面1132bとが交差して形成される交差線は、直線、折れ線或いは曲線である。これと同様に、第二突部1134の第一面1134aと第二面1134bとが交差して形成される交差線も、直線、折れ線或いは曲線である。各々の三次元ナノ構造体113において、第一突部1132の最高点と第二突部1134の最高点との距離は、20nm〜100nmである。本実施例において、第一突部1132の高さと第二突部1134の高さは同じであり、その高さは180nmである。また、第一突部1132の最高点と第二突部1134の最高点の集合体は、それぞれ直線である。
X方向における第一突部1132と第二突部1134の断面は、台形或いは三角形である。本実施例において、第一突部1132と第二突部1134のX方向における断面は、それぞれ三角形である。第一突部1132及び第二突部1134は、一対の峰を形成し、第一突部1132と第二突部1134とは接触して、接触線を形成する。また、第一突部1132と第二突部1134との断面は、互いに同じか、或いは同じでなくても良い。第一突部1132と第二突部1134との断面が同じである場合、第一突部1132と第二突部1134とは、対称構造を呈する。ここで、「対称構造」とは、第一突部1132と第二突部1134との断面が接触線に対して対称であることを指す。また、第一突部1132と第二突部1134とは非対称構造であっても良い。本実施例において、第一突部1132と第二突部1134とは対称構造を呈する。
第一突部1132と第二突部1134との間には間隙がある、或いは間隙がなくても良い。製造における制限と他の条件の影響により、第一突部1132の第一面1132aと第二面1132bは平面ではなく、例えば、その一部分の表面が弧面、折れ面であっても良い。この場合、第一面1132aと第二面1132bと交差して形成された角度θは、尖った角ではなく、弧角などの他の形状である。しかし、該角の具体的な形状は、第一突部1132の全体の構造に影響しなければ良い。また、第二突部1134のその一部分の表面が弧面、折れ面である場合、第二面1134bと第二面1134aと交差して形成される角度θも尖った角ではない。つまり、弧角などの他の形状であり、該角の具体的な形状は、第一突部1134の全体の構造に影響しなければ良い。
各々のM型を呈する三次元ナノ構造体113において、第一突部1132と第二突部1134との間には、第一溝1136がそれぞれ形成されている。第一溝1136の延伸する方向は、第一突部1132と第二突部1134の延伸する方向と同じである。第一溝1136の断面の形状はV型である。該V型を呈する溝は、三次元ナノ構造体113の表面に位置し、三次元ナノ構造体113の延伸方向に沿って延伸する。第一溝1136の深度h1は、第一突部1132或いは第二突部1134の最高点が位置する面と、第一溝1136の最低点が位置する面との間の最短距離を指す。即ち、第一溝1136の深度h1は、第一溝1136が第一半導体層110の方向に凹む最小距離である。各々のM型三次元ナノ構造体113の第一溝1136の深度h1は同じである。第一溝1136の深度h1は、第一突部1132或いは第二突部1134の高さh2より小さい。
第二溝1138は、隣接するM型の三次元ナノ構造体113の間に形成される。第二溝1138の延伸方向は、三次元ナノ構造体113の延伸方向と同じである。第二溝1138の延伸方向での断面はV型或いは倒立の台形である。
X方向において、各々の点での第二溝1138の断面の形状及び面積は基本的に同じであるが、製造における制限と他の条件の影響により誤差が生じる。しかし、該誤差は、横断面の全体の形状に影響しない程度であることが好ましい。第一溝1136と第二溝1138との、断面の形状、面積及び深度は全て異なる。第二溝1138の深度h2は、第一突部1132或いは第二突部1134の最高点が位置する面から第一半導体層110の本体の表面までの最小距離である。第二溝1138の深度h2と第一溝1136の深度h1とは異なる。第二溝1138の深度h2は、第一溝1136の深度h1より深い。好ましくは、第一溝1136の深度h1と第二溝1138の深度h2との比率は、1:1.2≦h1:h2≦1:3である。第一溝1136の深度h1は30nm〜120nmであり、第二溝1138の深度h2は100nm〜200nmである。本実施例において、第一溝1136の深度h1は80nmであり、第二溝1138の深度h2は180nmである。第一突部1132と第二突部1134との間の距離及び第一溝1136の深度h1と第二溝1138の深度h2の比率は、製品の具体的な条件に応じて選択することができる。
各々の三次元ナノ構造体113の幅は、三次元ナノ構造113がY方向に延在する最大の長さである。本実施例における三次元ナノ構造体113の最大幅λは、三次元ナノ構造体113のX方向から見た断面の、第一半導体層110の本体の表面でY方向に沿って延伸する長さを指す。M型の三次元ナノ構造体113の最大幅λは、100nm〜300nmである。第一半導体層110の本体の表面と離れる方向に沿って、三次元ナノ構造体113の幅は短くなる。即ち、各々の三次元ナノ構造体113において、第一突部1132の最高点と第二突部1134の最高点との間の距離は、三次元ナノ構造体113の最大幅より短い。
近接する二つの第二溝1138の間の距離は、一つの第二溝1138の、第一半導体層110の本体の表面の方向に凹んだ最底点から、該一つの第二溝1138に近接するもう一つの第二溝1138の、第一半導体層110の本体の表面の方向に凹んだ最底点までの距離である。即ち、近接する二つの第二溝1138の間の距離は、三次元ナノ構造体113の最大幅である。また、近接する二つの三次元ナノ構造体113の間の距離λ0は同じか、或いは同じでなくても良い。距離λ0は、第一突部1132或いは第二突部1134の高さの増加によって増加し、その高さが減少する場合は、該距離λ0も減少する。
Y方向において、隣接する二つの三次元ナノ構造体113の間の距離λ0は0nm〜200nmである。λ0が0である場合、第二溝1138の横断面はV型である。しかし、λ0>0である場合、第二溝1138の横断面は倒立の台形になる。Y方向において、複数の三次元ナノ構造体113は、第二半導体層130に周期性を持って互いに平行に設置される。三次元ナノ構造体113の周期Pは100nm〜500nmである。更に、該周期Pと、三次元ナノ構造体113の最大幅λと、隣接する二つの三次元ナノ構造体113の距離λ0と、は、下記の式(1)を満たす。
(式1)
P=λ+λ0 (1)
Pと、λ及びλ0の単位は、ナノメートルである。周期Pが固定値である場合、λ0が増加すると、λは減少する。これとは逆に、λ0が減少すると、λは増加する。また、複数の三次元ナノ構造体113は、複数の周期性によって、第一半導体層110の本体の表面に形成されることもできる。即ち、一部の三次元ナノ構造体113は、周期Pで配列され、もう一部の三次元ナノ構造体113は周期P1(P≠P1)で配列されることができる。三次元ナノ構造体113が複数の周期性で配列する場合、その応用できる領域を拡大することができる。本実施例において、周期Pは約200nmであり、三次元ナノ構造体113の幅λは約190nmである。隣接する二つの三次元ナノ構造体113の距離λ0は約10nmである。
活性層120は、第一半導体層110の第二表面の第一領域に設置される。好ましくは、活性層120は、第一領域の全体を被覆する。具体的には、活性層120は複数の三次元ナノ構造体113を有する表面を被覆する。また、該活性層120が第一半導体層110と接触する表面はパターン化表面である。活性層120のパターン化表面には、複数の突部と複数の溝が存在し、活性層120のパターン化表面に形成されたパターンが、複数の三次元ナノ構造体113が形成された三次元ナノ構造体アレイのパターンとに互いに噛み合う。ここで噛み合うとは、活性層120表面の複数の溝が、三次元ナノ構造体113の複数の突部と対応し、活性層120表面の複数の突部は、三次元ナノ構造体113の複数の溝とは対応することである。
活性層120は、単一量子井戸層又は多重量子井戸層であり且つ光子を提供する。活性層120は、窒化ガリウム、窒化ガリウム・インジウム(GaInN)、窒化アルミニウム・ガリウム・インジウム(AlGaInN)、ヒ化ガリウム(GaAs)、ヒ化アルミニウムガリウム(AlGaAs)、燐化ガリウム・インジウム(GaInP)及びヒ化アルミニウムガリウム(GaInAs)の一種又は数種からなる。活性層120の厚さは、0.01μm〜0.6μmである。本実施例において、活性層120の厚さは、0.3μmであり且つ積層されたGaInN層及びGaN層からなる。
第二半導体層130は、活性層120の第一半導体層110と接触する面とは反対側の表面に設置され、且つ該表面の全てを被覆する。第二半導体層130の基板100と離れる表面は発光ダイオード10の光出射面である。第二半導体層130の厚さは、0.1μm〜3μmである。本実施例において、第二半導体層130は、マグネシウムがドープされたp型GaNであり、その厚さは、0.3μmである。
第一電極112は、第一半導体層110の第二領域に、活性層120と間隔をあけて設置される。第一電極112は、p型電極又はn型電極であるが、第一半導体層110のタイプと同じである必要がある。第一電極112は少なくとも一層の層状構造を有する。第一電極112は、銀、チタン、アルミニウム、ニッケル及び金の何れか一種又は数種からなる。本実施例において、第一電極112は、二層構造を有するn型電極であり、積層された厚さが15nmのチタン層及び厚さが200nmの金層からなる。
第二電極132はp型電極又はn型電極であるが、第二半導体層130のタイプと同じである必要がある。第二電極132は、第二半導体層130の活性層120と接触する表面とは反対側の表面の一部に接触して設置される。即ち、第二電極132は発光ダイオード10の光出射面に設置される。第二電極132の形状と位置は、発光ダイオード10の光出射率にほぼ影響しない。第二電極132が透明電極である場合、該第二電極132は、第二半導体層130の活性層120と接触する表面とは反対側の表面の全体を被覆して設置されることによって、発光ダイオード10の電流を分散でき、且つ熱量の発生を減少させることができる。第二電極132は、少なくとも一層の層状構造を有する。第二電極132は、チタン、銀、アルミニウム、ニッケル及び金の何れか一種又は数種からなるか、カーボンナノチューブ或いはITOからなることもできる。本実施例において、第二電極132はp型電極であり、第二半導体層130の表面の一端に設置される。第二電極132は、厚さが15nmの一層のチタン及び厚さが100nmの一層の金からなる二重構造を有するチタン/金電極である。
更に、基板100の第一半導体層110から離れる表面に、反射層(図示せず)を設置する。該反射層は、チタン、銀、アルミニウム、ニッケル及び金の何れか一種又は数種からなる。活性層120で形成された光子が反射層に達すると、反射層が、該光子を反射して、発光ダイオード10の光出射面で出射させるので、発光ダイオード10の光出射率を高めることができる。
活性層120は、複数の三次元ナノ構造体113を有する第一半導体層110の第一領域に設置される。これにより、活性層120と第一半導体層110と接触する面積を増加させることができる。また、電子及び正孔が活性層120に移動し且つ互いに結合することを高めることができるため、光子の生成数を増加させて、発光ダイオード10の光出射効率を高めることができる。
図5を参照すると、実施例1に係る発光ダイオード10の製造方法は、基板100を提供し、該基板100が成長表面101を含むステップ(S11)と、成長表面101の表面に第一半導体層110を成長させるステップ(S12)と、第一半導体層110の表面に三次元ナノ構造体113を形成するステップ(S13)と、第一半導体層110の三次元ナノ構造体113を有する領域に、活性層120と、第二半導体層130と、を順に成長させるステップ(S14)と、第一電極112を形成して、第一半導体層110に電気的に接続させるステップ(S15)と、第二電極132を形成して、第二半導体層130に電気的に接続させるステップ(S16)と、を含む。
ステップ(S11)において、基板100は、第一半導体層110を成長させる成長表面101を提供する。該成長表面101は酸素と炭素を除去した滑らかな表面である。基板100は単層或いは多層である。基板100が単層である場合、該基板100は単結晶構造である。基板100が多層である場合、該基板100は少なくとも一層の単結晶構造を有し、且つ該単結晶構造は成長表面101としての結晶面を有する。
ステップ(S12)において、第一半導体層110は、それぞれ分子線エピタキシー法(MBE)、化学ビームエピタキシー法(CBE)、減圧エピタキシャル成長法、低温エピタキシー法、液相エピタキシー法(LPE)、選択エピタキシー法、有機金属気相成長法(MOVPE)、超高真空化学蒸着法(UHVCVD)、ハイドライド気相成長法(HVPE)及び有機金属気相成長法(MOCVD)などの一種又は数種の方法によって、結晶を成長させることができる。
本実施例において、第一半導体層110は、ケイ素(Si)がドープされたn型GaNである。有機金属気相成長法によって、第一半導体層110を成長させる。ここで、高純度アンモニア(NH3)を窒素源ガスとして、水素をキャリヤーガスとして、トリメチルガリウム(TMGa)又はトリエチルガリウム(TEGa)をガリウムの原料ガスとして、シラン(SiH4)をケイ素の原料ガスとして用いる。
本実施例において、第一半導体層110の成長方法は、サファイア基板を真空反応室に設置し、該反応室を1100℃〜1200℃まで加熱し、キャリヤーガス及び窒素源ガスを反応室に導入し、サファイア基板を200秒〜1000秒にわたって焼成するステップ(S121)と、キャリヤーガスの雰囲気で、反応室の温度を500℃〜650℃まで下げ、同時にガリウムの原料ガス及び窒素源ガスを反応室に導入して、低温でGaNバッファ層(図示せず)を成長させるステップ(S122)と、ガリウムの原料ガスの導入を停止し、キャリヤーガス及び窒素源ガスの導入を維持し、反応室の温度を1110℃〜1200℃まで昇温し、30秒〜300秒にわたってアニーリング処理するステップ(S123)と、反応室の温度を1000℃〜1100℃に維持し、ガリウムの原料ガスを再び導入すると同時に、ケイ素の原料ガスを導入して、高温で第一半導体層110を成長させるステップ(S124)と、を含む。
ステップ(S122)において、第一半導体層110と基板100とは、格子定数が違うため、低温GaNバッファ層は、第一半導体層110の格子不整合を更に低減させることができる。
また、ステップ(S123)の後、反応室の温度を1110℃〜1200℃に保持し、ガリウムの原料ガスを反応室に導入することにより、ドープしない導体層を成長させた後、ケイ素の原料ガスを導入して、第一半導体層110を成長させる。該ドープしない導体層は第一半導体層110の格子不整合を更に低減させることができる。
図6を併せて参照すると、ステップ(S13)は、第一半導体層110の表面に、マスク層103を設置するステップ(S131)と、マスク層103をナノプリント及びエッチング法によって、パターニングするステップ(S132)と、第一半導体層110をエッチングして、該第一半導体層110の表面をパターニングした後、三次元ナノ構造体予備成形物1131を形成するステップ(S133)と、マスク層103を取り除き、複数の三次元ナノ構造体113を形成するステップ(S134)と、を含む。
ステップ(S131)において、マスク層103は単層構造或いは複合構造である。マスク層103が単層構造である場合、該マスク層103の材料は、ZEP520A、HSQ(Hydrogen Silsesquioxane)、PMMA(ポリメチルメタクリレート)、PS(ポリスチレン)、SOG(Silicon on Glass)或いは他の有機ケイ素オリゴマーなどであり、マスク層103によって、第一半導体層110の被覆される部分を保護する。本実施例において、マスク層103は複合マスク層である。マスク層103は第一マスク層1032及び第二マスク層1034を含む。第一マスク層1032及び第二マスク層1034は、第一半導体層110に積層され、第一マスク層1032は第二マスク層1034に被覆される。第一半導体層110は、第一マスク層1032の一つの表面に隣接し、第二マスク層1034は、第一マスク層1032の第一半導体層110と隣接する表面の反対側の表面に隣接し、且つ第一マスク層1032を覆う。第一マスク層1032と第二マスク層1034の材料は限定されず、必要とするエッチングする深度及びエッチング用気体などに応じて選択できる。第一マスク層1032は、ZEP520A、PMMA、PS、SAL601、ARZ720等からなり、第二マスク層1034は、HSQ、SOG(Spin On Glass)或いは他の有機ケイ素オリゴマーなどからなる。本実施例において、第一マスク層1032の材料はZEP520Aであり、第二マスク層1034の材料はHSQである。スクリーン印刷法或いはスピンコーティング法によって、第一マスク層1032及び第二マスク層1034は、第一半導体層110の表面に堆積される。
ステップ(S131)は、第一マスク層1032を形成するステップ(S131a)と、第二マスク層1034を形成するステップ(S131b)と、を含む。
ステップ(S131a)において、第一段階では、第一半導体層110の表面を洗浄し、第一半導体層110の表面に、ZEP520Aをスピンコーティングする。該スピンコーティングの回転速度は500回転/分〜6000回転/分であり、時間は0.5分〜1.5分間である。第二段階では、140℃〜180℃の温度で乾燥させて、第一半導体層110の表面に第一マスク層1032を形成する。乾燥時間は3分〜5分間である。この際、第一マスク層1032の厚さは100nm〜500nmに達する。
ステップ(S131b)において、第一段階では、高圧の条件下で、第一マスク層1032の表面に、HSQをスピンコーティングする。該スピンコーティングの回転速度は2500回転/分〜7000回転/分であり、時間は0.5分〜2分間である。第二段階では、HSQを固化して、第二マスク層1034を形成する。この際、第二マスク層1034の厚さは100nm〜500nmであるが、好ましくは、300nm〜500nmである。第二マスク層1034は構造の安定性に優れ、室温でプレスでき、且つプレスの解像度は10nm以下に達する。
また、ステップ(S131a)とステップ(S131b)の間に更に一つのステップ(S131c)を含むことができる。該ステップ(S131c)において、第一マスク層1032の表面に一つの過渡層(図示せず)を形成する。本実施例において、該過渡層はシリカからなり、且つ第二マスク層1034をエッチングする際、第一マスク層1032を保護することに用いられる。
ステップ(S132)は、ナノパターン化表面を有する金型200を提供するステップ(S132a)と、金型200のナノパターン化表面を第二マスク層1034に貼合し、常温でプレスした後、分離させるステップ(S132b)と、形成された凹溝の底部の第二マスク層1034を除去し、第一マスク層1032を露出させるステップ(S132c)と、凹溝の低部に対応する第一マスク層1032を除去し、第一半導体層110を露出させ、パターニングしたマスク層103を形成するステップ(S132d)と、を含む。
ステップ(S132a)において、金型200は、硬質材料、或いは軟質材料からなる。金型200が硬質材料からなる場合、金型200の材料は、例えば、ニッケル、シリコン或いはシリカである。金型200が軟質材料からなる場合、金型200の材料は、PET、PMMA、PS(ポリスチレン)、またはPDMS(ポリジメチルシロキサン)である。金型200の表面には、ナノパターンが形成されている。該ナノパターンとは、複数の突部が間隔をおいて配列された複数のストリップ状の突部、或いは間隔をおいて配列された複数の同心円状の突部構造、或いは同心四角状の突部構造体からなるアレイである。本実施例において、金型200の表面に形成されたナノパターンとは、複数の突部が間隔をおいて配列されたアレイである。複数の突部はストリップ状の突部構造であり、且つ同じ方向に沿って延伸する。隣接する二つのストリップ状の突部構造の間には、凹溝が形成されている。ストリップ状の突部構造と凹溝との、それらの延伸する方向から見た断面は、それぞれ矩形である。複数の突部の延伸する方向と垂直する方向に沿った、ストリップ状の突部構造の幅は限定されず、必要に応じて選択できる。本実施例において、金型200の材料はシリカであり、ストリップ状の突部構造の幅は50nm〜200nmであり、凹溝の幅は50nm〜200nmである。また、ストリップ状の突部構造の幅と溝の幅は同じでも、或いは同じでなくても良い。
ステップ(S132b)において、常温下で、金型200を通じて、第一半導体層110まで圧力を加えることによって、金型200の表面のナノパターンを、第二マスク層1034に転写させる。具体的には、先ず、金型200のナノパターンを有する表面を、第二マスク層1034と貼合させ、次に、真空度が1×10-1mbar〜1×10-5mbarであり、2ポンド/平方フット〜100ポンド/平方フットの圧力をかけて、この状態を2分〜30分間保持し、最後に、金型200と第二マスク層1034とを分離させる。これにより、金型200の表面のナノパターンは、第二マスク層1034に転写される。
第二マスク層1034の表面に転写されたナノパターンは、並列に延伸する複数のストリップ状の突部構造を含み、隣接するストリップ状の突部構造間には、凹溝が形成され、且つ、第二マスク層1034の凹溝の大きさ及び形状は、金型200の突部の大きさ及び形状と対応し、第二マスク層1034のストリップ状の突部の大きさ及び形状は、金型200の凹溝の大きさ及び形状と対応する。圧力を加える過程において、第二マスク層1034は、金型200の突部に圧縮されて薄くなり、第二マスク層1034中に凹溝を形成する。これにより、凹溝の底部における第二マスク層1034が薄層となり、第一マスク層1032の表面に付着する。
ステップ(S132c)において、プラズマエッチング法によって、凹溝の底部における第二マスク層1034を除去する。本実施例において、凹溝の底部に残留した第二マスク層1034は、反応性プラズマエッチング法によって除去し、第一マスク層1032を露出させる。具体的には、パターン化された第二マスク層1034が形成された第一半導体層110を、反応性プラズマエッチングのシステムに設置し、該反応性プラズマエッチングのシステムによって、四フッ化炭素(CF4)のプラズマを形成する。その後、該形成された四フッ化炭素のプラズマは拡散し、第二マスク層1034に移動する。この際、凹溝の底部の第二マスク層1034は、四フッ化炭素プラズマによってエッチングされる。該四フッ化炭素プラズマエッチングのシステムの仕事率は10W〜150Wであり、導入速度は、2sccm〜100sccmであり、気圧は、0.5Pa〜15Paであり、エッチングする時間は、2秒〜4分間である。本実施例において、四フッ化炭素プラズマエッチングシステムの仕事率は40Wであり、導入流量は26sccmであり、気圧は2Paであり、エッチング時間は10秒間である。以上の方法により、凹溝の底部における第二マスク層1034は、四フッ化炭素プラズマによってエッチングされて、第一マスク層1032を露出させる。同時に、第二マスク層1034の突部構造はエッチングされて薄くなる。しかし、この際、第二マスク層1034のナノパターンは、完全な形態を保持することができる。
ステップ(S132d)において、凹溝の底部の第一マスク層1032を、酸素プラズマエッチングのシステム中で、酸素プラズマによってエッチングして、第一半導体層110を露出させる。該酸素プラズマエッチングのシステムの仕事率は10W〜150Wであり、導入速度は2sccm〜100sccmであり、形成される気圧は0.5Pa〜15Paであり、エッチング時間は5秒〜5分間である。本実施例において、酸素プラズマエッチングシステムの仕事率は40Wであり、導入流量は40sccmであり、気圧は2Paであり、エッチング時間は120秒である。以上の方法により、凹溝と対応する第一マスク層1032は、酸素プラズマによってエッチングされ、第二マスク層1034は、凹溝と対応しない領域を被覆し、エッチング過程において、第一マスク層1032の解像度を有効に保持する。従って、第二マスク層1034のナノパターンを、第一マスク層1032に複製でき、これにより、マスク層103は全体的にパターン化される。
マスク層103は、第一半導体層110の表面に形成される複数の突部構造1031を含む。隣接する該突部構造1031の間には、溝1033がそれぞれ形成される。溝1033と対応する領域における第一半導体層110の表面は露出され、突部構造1031は、溝1033と対応する領域以外の領域を被覆する。また、エッチング気体全体の流動速度及びエッチング方向を抑制させることにより、エッチングが終わった後に形成された突部構造1031の側壁は、第一半導体層110とほぼ垂直となる。これにより、後続の第一半導体層110のエッチング中において形成される三次元ナノ構造体予備成形物1131の形状の一致性及び均一性を保証することができる。第一マスク層1032をエッチングする過程において、第二マスク層1034の突部構造は多少エッチングされる。しかし、第二マスク層1034がエッチングされる速度は、第一マスク層1032がエッチングされる速度より遅い。従って、第二マスク層1034のナノパターンは、基本的に保持される。
ステップ(S133)において、第一半導体層110を、誘導結合プラズマエッチングのシステムに設置した後、エッチング用気体を利用して、第一半導体層110をエッチングする。エッチングする過程において、溝1033に対応する部分の第一半導体層110は、該気体によって除去され、第一半導体層110の表面に凹溝が形成される。
更に、エッチングする過程は、マスク層103に被覆されない第一半導体層110の表面をエッチングして、第一半導体層110の表面に複数の凹溝を形成し、該複数の凹溝の深度は、全て基本的に同じであるステップ(S133a)と、プラズマの衝突作用によって、マスク層103中の隣接する二つの突部構造1031は、次第に相対して傾倒し、突部構造1031の頂部(第一半導体層110と離れる一端)が二つずつ互いに接近して、最後は接触するステップ(S133b)と、を含む。
ステップ(S133a)において、エッチングする過程で、エッチングに採用した気体は、マスク層103に被覆されない第一半導体層110と反応して保護層を形成する。該保護層は、第一半導体層110がさらにエッチングされることを阻止できるので、第一半導体層110のエッチングする面積は徐々に小さくなる。即ち、第一半導体層110に形成された凹溝の広さは、第一半導体層110のエッチング方向に沿って小さくなり、該凹溝の壁は、第一半導体層110の表面とほぼ垂直となる。同時に、エッチング用気体は、マスク層103の突部構造1031の頂部をエッチングすることによって、突部構造1031の頂部の幅を次第に狭くさせる。エッチングする過程において、エッチング用気体は、マスク層103もエッチングする。しかし、マスク層103がエッチングされる速度は、第一半導体層110の表面がエッチングされる速度より遅い。従って、第一半導体層110がエッチングされて、複数の凹溝が形成される過程において、マスク層103の形態及び分布を保持することができる。
ステップ(S133b)は、以下の三つのサブステップを含む。
第一サブステップにおいて、気体によってエッチングする過程中に、プラズマの衝突作用によって、隣接する二つの突部構造1031は、次第に相対して傾倒し、突部構造1031の頂部(第一半導体層110と離れる一端)は二つずつ互いに接近して、最後は接触する。
第二サブステップにおいて、隣接する二つの突部構造1031の頂部は、次第に互いに接近して接触するので、第一半導体層110の、突部構造1031の頂部の接触する部分に対応する部分のエッチングする速度は遅くなる。即ち、突部構造1031の頂部の接触する部分に対応する位置に形成された凹溝の幅は、エッチングされる深度に伴い狭くなり、更に、V型構造の凹溝を形成する。しかし、この際、該凹溝の深さは比較的浅い。従って、エッチングする気体は同じエッチングする速度で、未だ接触していない突部構造1031間において、第一半導体層110をエッチングする。これにより、未だ接触していない突部構造1031の間に形成されている溝の深度は、突部構造1031の頂部が接触する部分に形成される凹溝より深い。
第三サブステップにおいて、突部構造1031の頂部が二つずつ接触した後、気体は、接触する部分に被覆された第一半導体層110をエッチングし続けることができない。従って、第一半導体層110の表面に、第一溝1136が形成される。同時に、気体は、接触していない二つの突部構造1031間における第一半導体層110をエッチングし続け、第二溝1138を形成する。これにより、第二溝1138の深度は第一溝1136の深度より深くなり、三次元ナノ構造体予備成形物1131を形成する。
本実施例において、気体は混合気体であり、該混合気体はCl2、BCl3、O2、Ar2を含む。プラズマエッチングのシステムの仕事率は10W〜150Wであり、混合気体の導入速度は8sccm〜150sccmであり、形成される気圧は0.5Pa〜15Paであり、エッチング時間は5秒〜5分間である。その中で、Cl2の導入速度は2sccm〜60sccmであり、BCl3の導入速度は2sccm〜30sccmであり、O2の導入速度は3sccm〜40sccmであり、Ar2の導入速度は1sccm〜20sccmである。本実施例において、プラズマエッチングのシステムの仕事率は70Wであり、プラズマの導入流動は40sccmであり、形成される気圧は2Paであり、エッチング時間は120秒である。その中で、Cl2の導入速度は26sccmであり、BCl3の導入速度は16sccmであり、O2の導入速度は20sccmであり、Ar2の導入速度は10sccmである。
マスク層103及びエッチングする気体は制限されず、必要に応じて選択できる。エッチングする過程において、マスク層103における突部構造1031が二つずつ接触することができるならば、純粋な気体、或いは混合気体でも良い。また、必要とする三次元ナノ構造体113のサイズと寸法によって、気体の導入速度、気圧、エッチング時間、気体の比率などを選択できる。
ステップ(S134)において、有機溶剤によって、マスク層103を溶解して除去した後、三次元ナノ構造体予備成形物1131を形成する。該有機溶剤は、例えば、テトラヒドロフラン(THF)、アセトン、ブタノン、シクロヘキサン、ヘキサン、メタノール或いはエタノールなどである。本実施例において、有機溶剤はブタノンである。マスク層103はブタノンに溶解されて、第一半導体層110から脱離する。マスク層103を除去した後、第一半導体層110を形成する。即ち第一半導体層110に複数の三次元ナノ構造体113が形成される。三次元ナノ構造体113と第一半導体層110は一体成型である。
また、他の媒介或いは基板上に、パターニングされたマスク層103を形成した後、該マスク層103を、第一半導体層110の表面に設置しても良い。
ステップ(S14)において、活性層120及び第二半導体層130の成長方法は、第一半導体層110の成長方法と本質的に同じである。本実施例において、活性層120及び第二半導体層130の成長方法は、第一半導体層110が成長するまで、アンモニア、水素及びガリウムの原料ガスを導入し、反応室の温度を700℃〜900℃に維持し、反応室のガス圧を50トル〜500トルに維持するステップ(S211)と、反応室にインジウムの原料ガスを更に導入して、InGaN/GaN系によって多層の量子井戸構造体を成長させて、活性層120を形成するステップ(S212)と、インジウムの原料ガスの導入を停止し、反応室の温度を1000℃〜1100℃に維持し、反応室のガス圧を76トル〜200トルに維持するステップ(S213)と、反応室にマグネシウムの原料ガスを更に導入して、マグネシウムがドープされたP型のGaNエピタキシャル層を成長させて、第二半導体層130を形成するステップ(S214)と、を含む。
ステップ(S15)において、フォトエッチング方法、プラズマエッチング方法及び化学腐食方法によって、第二半導体層130及び活性層120の一部をエッチングして、第一半導体層110の表面の一部を露出させ、第一半導体層110の露出された一部の表面に第一電極112を形成する。第二半導体層130及び活性層120をエッチングする工程は、第一半導体層110の表面の一部を露出させるステップ(S151)と、第一電極112を、電子ビーム蒸着法、真空蒸着法、イオンスパッタリング法等の物理気相成長法によって形成するステップ(S152)と、を含む。或いは、導電基板を試用して、導電ペースト等によって、第一半導体層110の露出する表面の一部に貼付し、第一電極112を形成する。本実施例において、第一電極112は、第一半導体層110の第二領域に設置され、第二半導体層130と活性層120とは間隔をあけて設置される。
ステップ(S16)において、第二電極132の製造方法は、第一電極112の製造方法と同じである。本実施例において、第二電極132は電子ビーム蒸着法によって形成する。
(実施例2)
図7を参照すると、実施例2に係る発光ダイオード20は、基板100と、第一半導体層110と、活性層120と、第二半導体層130と、第一電極112及び第二電極132と、を含む。第一半導体層110、活性層120及び第二半導体層130は、基板100の一側に、該一側から離れる方向に順に積層される。第一電極112は、第一半導体層110に電気的に接続されている。第二電極132は、第二半導体層130に電気的に接続されている。複数の三次元ナノ構造体113は、第一半導体層110の活性層120と接触する表面に設置されている。また、複数の三次元ナノ構造体123は、活性層120の第一半導体層110と離れる表面に設置されている。
図8を参照すると、実施例2に係る発光ダイオード20の構造は、実施例1に係る発光ダイオード10の構造と基本的に同じである。異なる点は、活性層120の第一半導体層110と離れる表面にも複数の三次元ナノ構造体123が形成されていることである。三次元ナノ構造体123は、第一突部1232及び第二突部1234を有し、第一突部1232と第二突部1234との間には第一溝1236が形成され、隣接する二つの三次元ナノ構造体123の間には第二溝1238が形成される。三次元ナノ構造体123と三次元ナノ構造体113とは構造が同じであり、且つ対応して設置される。これにより、活性層120の表面の複数の三次元ナノ構造体123と、第一半導体層110の表面の複数の三次元ナノ構造体113とは、起伏趨勢が同じである。具体的には、第一突部1232と第一突部1132とは同軸であり、第二突部1234と第二突部1134とは同軸であり、第一溝1236と第一溝1136とは同軸であり、第二溝1238と第二溝1138とは同軸である。
第二半導体層130は、複数の三次元ナノ構造体123の表面に設置される。また該複数の三次元ナノ構造体123は複数の溝と突部を有するため、第二半導体層130の表面に、複数の三次元ナノ構造体(図示せず)を形成する。具体的には、第二半導体層130の複数の溝は、三次元ナノ構造体123の複数の突部と対応し、第二半導体層130の複数の突部は、三次元ナノ構造体123の複数の溝と対応する。
図9を参照すると、実施例2に係る発光ダイオード20の製造方法は、基板100を提供し、該基板100が成長表面101を含むステップ(S21)と、成長表面101の表面に第一半導体層110を成長するステップ(S22)と、第一半導体層110の表面に三次元ナノ構造体113を形成するステップ(S23)と、第一半導体層110の三次元ナノ構造体113を有する領域に、活性層120を成長させ、活性層120の第一半導体層110と離れる表面に、複数の三次元ナノ構造体123を形成するステップ(S24)と、複数の三次元ナノ構造体123の表面に第二半導体層130を形成するステップ(S25)と、第一電極112を形成して、第一半導体層110と電気的に接続させるステップ(S26)と、第二電極132を形成して、第二半導体層130と電気的に接続させるステップ(S27)と、を含む。
実施例2の発光ダイオード20の製造方法は、実施例1の発光ダイオード10の製造方法と基本的に同じである。異なる点は、活性層120を成長させる過程において、第一半導体層110が形成された基板100を垂直成長の反応室に置いて、反応条件(例えば、気体の導入速度、流動方向)を制御することによって、活性層120の成長方向及び厚さを制御することができる。これにより、活性層120は、複数の三次元ナノ構造体113の起伏趨勢によって成長できる。即ち、第一突部1132及び第二突部1134は互いに対応し、且つ各々突部を形成し、第一溝1136と第二溝1138も互いに対応して溝を形成する。従って、活性層120の第一半導体層110と離れる表面に複数の三次元ナノ構造体123を形成することができる。
(実施例3)
図10を参照すると、実施例3に係る発光ダイオード30は、基板100と、第一半導体層110と、活性層120と、第二半導体層130と、第一電極112及び第二電極132と、を含む。第一半導体層110、活性層120及び第二半導体層130は、基板100の一側に、該一側から離れる方向に順に積層される。第一電極112は、第一半導体層110に電気的に接続されている。第二電極132は、第二半導体層130に電気的に接続されている。複数の三次元ナノ構造体113は、第一半導体層110の活性層120と接触する表面に設置されている。また、複数の三次元ナノ構造体133は、第二半導体層130の第一半導体層110と離れる表面に設置されている。
図11を参照すると、実施例3に係る発光ダイオード30の構造は、実施例1に係る発光ダイオード10の構造と基本的に同じであるが、異なる点は、第二半導体層130の第一半導体層110と離れる表面に、複数の三次元ナノ構造体133が形成されることである。三次元ナノ構造体133は、第一突部1332及び第二突部1334を有し、第一突部1332と第二突部1334との間には第一溝1336が形成され、隣接する二つの三次元ナノ構造体133の間には第二溝1338が形成される。三次元ナノ構造体133と三次元ナノ構造体113とは構造が同じである。
実施例3に係る発光ダイオード30の製造方法は、基板100を提供し、基板100が成長表面101を含むステップ(S31)と、成長表面101の表面に第一半導体層110を成長するステップ(S32)と、第一半導体層110の表面に三次元ナノ構造体113を形成するステップ(S33)と、第一半導体層110の三次元ナノ構造体113を有する領域に、活性層120と、第二半導体層130と、を順に成長させるステップ(S34)と、第二半導体層130の第一半導体層110と離れる表面上に複数の三次元ナノ構造体133を形成するステップ(S35)と、第一電極112を形成して、第一半導体層110と電気的に接続させるステップ(S36)と、第二電極132を形成して、第二半導体層130と電気的に接続させるステップ(S37)と、を含む。
(実施例4)
図12を参照すると、実施例4に係る発光ダイオード40は、基板100と、第一半導体層110と、活性層120と、第二半導体層130と、第一電極112及び第二電極132と、を含む。第一半導体層110、活性層120及び第二半導体層130は、基板100の一側に、該一側から離れる方向に順に積層される。第一電極112は、第一半導体層110に電気的に接続される。第二電極132は、第二半導体層130に電気的に接続される。複数の三次元ナノ構造体113は、第一半導体層110の活性層120と接触する表面に設置されている。複数の三次元ナノ構造体123は、活性層120の第一半導体層110と離れる表面に設置されている。複数の三次元ナノ構造体133は、第二半導体層130の第一半導体層110と離れる表面に設置されている。
実施例4に係る発光ダイオード40の構造は、実施例2に係る発光ダイオード20の構造とは基本的に同じである。異なる点は、第二半導体層130の第一半導体層110と離れる表面に、複数の三次元ナノ構造体133が形成されることである。三次元ナノ構造体133は、第一突部1332及び第二突部1334を有し、第一突部1332と第二突部1334との間には第一溝1336が形成され、隣接する二つの三次元ナノ構造体133の間には第二溝1338が形成される。三次元ナノ構造体133と三次元ナノ構造体113とは構造が同じである。
実施例4に係る発光ダイオード40の製造方法は、基板100を提供し、基板100が成長表面101を含むステップ(S41)と、成長表面101の表面に第一半導体層110を成長するステップ(S42)と、第一半導体層110の表面に三次元ナノ構造体113を形成するステップ(S43)と、第一半導体層110の三次元ナノ構造体113を有する領域に、活性層120を成長させ、活性層120の第一半導体層110と離れる表面に複数の三次元ナノ構造体123を形成するステップ(S44)と、複数の三次元ナノ構造体123の表面に第二半導体層130を形成するステップ(S45)と、第二半導体層130の第一半導体層110と離れる表面に複数の三次元ナノ構造体133を形成するステップ(S46)と、第一電極112を形成して、第一半導体層110と電気的に接続させるステップ(S47)と、第二電極132を形成して、第二半導体層130と電気的に接続させるステップ(S48)と、を含む。
(実施例5)
図13を参照すると、実施例5に係る発光ダイオード50は、基板100と、第一半導体層110と、活性層120と、第二半導体層130と、第一電極112及び第二電極132と、を含む。第一半導体層110、活性層120及び第二半導体層130は、基板100の一側に、該一側から離れる方向に順に積層される。第一電極112は、第一半導体層110に電気的に接続されている。第二電極132は、第二半導体層130に電気的に接続されている。複数の三次元ナノ構造体113は、第一半導体層110の活性層120と接触する表面に設置されている。複数の三次元ナノ構造体143は、基板100が第一半導体層110と接触する表面に設置されている。
実施例5に係る発光ダイオード50の構造は、実施例1に係る発光ダイオード10の構造と基本的に同じであるが、異なる点は、基板100の第一半導体層110と接触する表面に、複数の三次元ナノ構造体143が形成されたことである。複数の三次元ナノ構造体143と複数の三次元ナノ構造体113とは構造が同じであり、且つ対応する。ここで対応するとは、複数の三次元ナノ構造体143と、第一半導体層110の表面の複数の三次元ナノ構造体113とは、起伏趨勢が同じである。つまり、実施例2の複数の三次元ナノ構造体123と、第一半導体層110の表面の複数の三次元ナノ構造体113との設置状態と同じように設置される。
第一半導体層110は、複数の三次元ナノ構造体143の表面に設置される。複数の三次元ナノ構造体143は複数の溝と突部を有するため、第一半導体層110の表面に、複数の三次元ナノ構造体113が形成される。具体的には、第一半導体層110の複数の溝は、三次元ナノ構造体143の複数の突部と対応し、第一半導体層110の複数の突部は、三次元ナノ構造体143の複数の溝と対応する。
実施例5に係る発光ダイオード50の製造方法は、基板100を提供し、基板100に複数の三次元ナノ構造体143を設置するステップ(S52)と、複数の三次元ナノ構造体143の表面に第一半導体層110を形成するステップ(S53)と、第一半導体層110の表面に三次元ナノ構造体113を形成するステップ(S54)と、第一半導体層110の三次元ナノ構造体113を有する領域に、活性層120と、第二半導体層130と、を順に成長させるステップ(S55)と、第一電極112を形成して、第一半導体層110と電気的に接続させるステップ(S56)と、第二電極132を形成して、第二半導体層130と電気的に接続させるステップ(S57)と、を含む。
(実施例6)
図14を参照すると、実施例6に係る発光ダイオード60は、基板100と、第一半導体層110と、活性層120と、第二半導体層130と、第一電極112及び第二電極132と、を含む。第一半導体層110、活性層120及び第二半導体層130は、基板100の一側に、該一側から離れる方向に順に積層される。第一電極112は、第一半導体層110に電気的に接続されている。第二電極132は、第二半導体層130に電気的に接続されている。複数の三次元ナノ構造体113は、第一半導体層110の活性層120と接触する表面に設置されている。複数の三次元ナノ構造体143は、基板100の第一半導体層110と接触する表面に設置されている。複数の三次元ナノ構造体123は、活性層120の第一半導体層110と離れる表面に設置されている。
実施例6に係る発光ダイオード60の構造は、実施例2に係る発光ダイオード20の構造と基本的に同じであるが、異なる点は、基板100の第一半導体層110と接触する表面に、複数の三次元ナノ構造体143が形成されたことである。三次元ナノ構造体143と三次元ナノ構造体113とは構造が同じである。
実施例6に係る発光ダイオード60の製造方法は、基板100を提供し、基板100に複数の三次元ナノ構造体143を設置するステップ(S62)と、複数の三次元ナノ構造体143の表面に第一半導体層110を形成するステップ(S63)と、第一半導体層110の表面に三次元ナノ構造体113を形成するステップ(S64)と、第一半導体層110の三次元ナノ構造体113を有する領域に、活性層120を成長させ、活性層120の第一半導体層110と離れる表面に複数の三次元ナノ構造体123を形成するステップ(S65)と、複数の三次元ナノ構造体123の表面に第二半導体層130を形成するステップ(S66)と、第一電極112を形成して、第一半導体層110と電気的に接続させるステップ(S67)と、第二電極132を形成して、第二半導体層130と電気的に接続させるステップ(S68)と、を含む。