JP2017038006A - Nitride semiconductor light emitting diode and nitride semiconductor light emitting diode manufacturing method - Google Patents
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Abstract
【課題】高品質かつ低コストで、光取り出し効率が高い窒化物半導体発光ダイオードを提供する。
【解決手段】異種基板1と、第1のIII族窒化物半導体層2と、酸化物又は窒化物で構成され、周期的なパターンを形成したマスク3と、マスク3越しに第1のIII族窒化物半導体層2の上にエピタキシャル成長した第2のIII族窒化物半導体層4と、第1の導電型窒化物半導体層11、第2の導電型窒化物半導体層13及び電極14、15を有する発光構造10と、を有し、発光構造10の発光波長をλとすると、マスク3のパターンの周期は0.85λ以上1.15λ以下であり、パターンが周期性を備える方向のマスク3の幅は0.25λ以上0.60λ以下であり、マスク3の厚さは0.15λ以上0.70λ以下、又は、1.25λ以上1.80λ以下である窒化物半導体発光ダイオード100。
【選択図】図1A nitride semiconductor light emitting diode with high quality, low cost, and high light extraction efficiency is provided.
A heterogeneous substrate, a first group III nitride semiconductor layer, a mask made of an oxide or nitride and having a periodic pattern, and a first group over the mask. A second group III nitride semiconductor layer 4 epitaxially grown on the nitride semiconductor layer 2, a first conductivity type nitride semiconductor layer 11, a second conductivity type nitride semiconductor layer 13, and electrodes 14 and 15 are provided. And the light emission wavelength of the light emitting structure 10 is λ, the pattern period of the mask 3 is 0.85λ or more and 1.15λ or less, and the width of the mask 3 in the direction in which the pattern has periodicity. Is a nitride semiconductor light emitting diode 100 in which the thickness of the mask 3 is 0.15λ or more and 0.70λ or less, or 1.25λ or more and 1.80λ or less.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、窒化物半導体発光ダイオード及び窒化物半導体発光ダイオードの製造方法に関する。 The present invention relates to a nitride semiconductor light emitting diode and a method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting diode.
特許文献1に、窒化物半導体発光ダイオードが開示されている。当該窒化物半導体発光ダイオードは、サファイア基板上に、第1のアンドープGaN層、SiO2よりなるマスク、第2のアンドープGaN層、n型層、活性層及びp型層をこの順に積層している。実施例の開示によれば、第1のアンドープGaN層の厚さは5μm、マスクの厚さは0.1μm、マスクのストライプ幅は15μm、マスクのストライプ間隔(窓部)は5μm、第2のアンドープ層の厚さは10μmである。 Patent Document 1 discloses a nitride semiconductor light emitting diode. In the nitride semiconductor light emitting diode, a first undoped GaN layer, a mask made of SiO 2 , a second undoped GaN layer, an n-type layer, an active layer, and a p-type layer are laminated in this order on a sapphire substrate. . According to the disclosure of the example, the thickness of the first undoped GaN layer is 5 μm, the thickness of the mask is 0.1 μm, the width of the mask stripe is 15 μm, the interval between the stripes of the mask (window) is 5 μm, The thickness of the undoped layer is 10 μm.
特許文献2に、窒化物半導体発光ダイオードが開示されている。当該窒化物半導体発光ダイオードは、窒化物半導体からなる基板上に、第1導電型窒化物半導体層、活性層及び第2導電型窒化物半導体層を積層している。すなわち、サファイア基板を用いていない。このため、サファイア基板と窒化物半導体層との界面での光の反射による光取り出し効率の低下が抑制される。また、当該窒化物半導体発光ダイオードは、窒化物半導体からなる基板の下面に光の進行方向を変える凹凸を形成することで、光取り出し効率を改善している。 Patent Document 2 discloses a nitride semiconductor light emitting diode. In the nitride semiconductor light emitting diode, a first conductivity type nitride semiconductor layer, an active layer, and a second conductivity type nitride semiconductor layer are stacked on a substrate made of a nitride semiconductor. That is, a sapphire substrate is not used. For this reason, the fall of the light extraction efficiency by reflection of the light in the interface of a sapphire substrate and a nitride semiconductor layer is suppressed. The nitride semiconductor light-emitting diode improves light extraction efficiency by forming irregularities that change the traveling direction of light on the lower surface of a substrate made of a nitride semiconductor.
特許文献3乃至6に、窒化物半導体層を有するテンプレート基板の製造方法が開示されている。これらの製造方法では、サファイア基板等の異種基板上に窒化物半導体層を形成後、その上に、パターン周期及びマスク幅がナノメートル単位であるマスクを形成する。そして、窒化物半導体層の上に、マスク越しに、窒化物半導体をエピタキシャル成長する。なお、特許文献3乃至6いずれにおいても、異種基板上に直接マスクを形成してもよいことが開示されている。 Patent Documents 3 to 6 disclose a method for manufacturing a template substrate having a nitride semiconductor layer. In these manufacturing methods, a nitride semiconductor layer is formed on a heterogeneous substrate such as a sapphire substrate, and then a mask having a pattern period and a mask width in nanometer units is formed thereon. A nitride semiconductor is epitaxially grown on the nitride semiconductor layer through a mask. In any of Patent Documents 3 to 6, it is disclosed that a mask may be formed directly on a heterogeneous substrate.
高品質かつ低コストで、光取り出し効率が高い窒化物半導体発光ダイオードが求められている。 There is a need for nitride semiconductor light emitting diodes that are high quality, low cost, and high in light extraction efficiency.
III族窒化物半導体を横方向成長させるためのマスクの開口の配置位置、形状、大きさは、III族窒化物半導体層の品質に影響を及ぼし得る。例えば、開口の大きさ、配置位置、形状等により、III族窒化物半導体層に生じる転位密度を制御できる場合がある。マスクの周期及び幅がマイクロメートル単位である特許文献1に記載の技術の場合、マスクパターンの自由度が小さいため、開口の大きさ、配置位置、形状等を所望の状態にできない状況が発生し得る。結果、III族窒化物半導体層の品質が不十分になり、窒化物半導体発光ダイオードの品質にも影響を及ぼし得る。 The arrangement position, shape, and size of the opening of the mask for laterally growing the group III nitride semiconductor can affect the quality of the group III nitride semiconductor layer. For example, the dislocation density generated in the group III nitride semiconductor layer can be controlled by the size, arrangement position, shape, etc. of the opening. In the case of the technique described in Patent Document 1 in which the mask period and width are in units of micrometers, the degree of freedom of the mask pattern is small, and there is a situation in which the size, arrangement position, shape, etc. of the opening cannot be set to a desired state. obtain. As a result, the quality of the group III nitride semiconductor layer becomes insufficient, which may affect the quality of the nitride semiconductor light emitting diode.
特許文献2に記載の技術の場合、サファイア基板に代えて窒化物半導体からなる基板を用いるため、高コストとなる。また、光の進行方向を変えるために、その機能のみを有する凹凸を窒化物半導体からなる基板の下面に形成している。このため、その分、製造コストが増加する。 In the case of the technique described in Patent Document 2, since a substrate made of a nitride semiconductor is used instead of the sapphire substrate, the cost becomes high. Further, in order to change the traveling direction of light, irregularities having only the function are formed on the lower surface of the substrate made of a nitride semiconductor. For this reason, the manufacturing cost increases accordingly.
特許文献3乃至6は、窒化物半導体発光ダイオードの光取り出し効率に関する技術思想を開示していない。 Patent Documents 3 to 6 do not disclose a technical idea related to light extraction efficiency of a nitride semiconductor light emitting diode.
本発明は、高品質かつ低コストで、光取り出し効率が高い窒化物半導体発光ダイオードを提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a nitride semiconductor light emitting diode having high quality, low cost, and high light extraction efficiency.
本発明によれば、
III族窒化物半導体と異なる材料で構成された異種基板と、
前記異種基板の上に位置する第1のIII族窒化物半導体層と、
前記第1のIII族窒化物半導体層の上に位置し、酸化物又は窒化物で構成され、周期的なパターンを形成したマスクと、
前記マスク越しに、前記第1のIII族窒化物半導体層の上にエピタキシャル成長した第2のIII族窒化物半導体層と、
前記第2のIII族窒化物半導体層の上に位置し、n型のIII族窒化物半導体層、p型のIII族窒化物半導体層、及び電極を有する発光構造と、
を有し、
前記発光構造の発光波長をλとすると、
前記マスクの前記パターンの周期は、0.85λ以上1.15λ以下であり、
前記パターンが周期性を備える方向の前記マスクの幅は、0.25λ以上0.60λ以下であり、
前記マスクの厚さは、0.15λ以上0.70λ以下、又は、1.25λ以上1.80λ以下である窒化物半導体発光ダイオードが提供される。
According to the present invention,
A heterogeneous substrate made of a different material from the group III nitride semiconductor;
A first group III nitride semiconductor layer located on the heterogeneous substrate;
A mask located on the first group III nitride semiconductor layer, made of oxide or nitride, and having a periodic pattern;
A second group III nitride semiconductor layer epitaxially grown on the first group III nitride semiconductor layer over the mask;
A light emitting structure located on the second group III nitride semiconductor layer and having an n-type group III nitride semiconductor layer, a p-type group III nitride semiconductor layer, and an electrode;
Have
When the emission wavelength of the light emitting structure is λ,
The period of the pattern of the mask is 0.85λ or more and 1.15λ or less,
The width of the mask in the direction in which the pattern has periodicity is 0.25λ to 0.60λ,
A nitride semiconductor light emitting diode having a mask thickness of 0.15λ to 0.70λ or 1.25λ to 1.80λ is provided.
また、本発明によれば、
異種基板の上に第1のIII族窒化物半導体層を形成する第1の工程と、
前記第1のIII族窒化物半導体層の上に、酸化物又は窒化物で構成され、周期的なパターンを形成したマスクを形成する第2の工程と、
前記第1のIII族窒化物半導体層の上に、前記マスク越しに、III族窒化物半導体をエピタキシャル成長し、第2のIII族窒化物半導体層を形成する第3の工程と、
前記第2のIII族窒化物半導体層の上に、n型のIII族窒化物半導体層、p型のIII族窒化物半導体層、及び電極を有する発光構造を形成する第4の工程と、
を有し、
前記第2の工程では、
前記発光構造の発光波長をλとすると、
前記マスクの前記パターンの周期は、0.85λ以上1.15λ以下であり、
前記パターンが周期性を備える方向の前記マスクの幅は、0.25λ以上0.60λ以下であり、
前記マスクの厚さは、0.15λ以上0.70λ以下、又は、1.25λ以上1.80λ以下である前記マスクを形成する窒化物半導体発光ダイオードの製造方法が提供される。
Moreover, according to the present invention,
A first step of forming a first group III nitride semiconductor layer on a heterogeneous substrate;
A second step of forming a mask formed of an oxide or nitride and having a periodic pattern formed on the first group III nitride semiconductor layer;
A third step of epitaxially growing a group III nitride semiconductor on the first group III nitride semiconductor layer over the mask to form a second group III nitride semiconductor layer;
A fourth step of forming a light emitting structure having an n-type group III nitride semiconductor layer, a p-type group III nitride semiconductor layer, and an electrode on the second group III nitride semiconductor layer;
Have
In the second step,
When the emission wavelength of the light emitting structure is λ,
The period of the pattern of the mask is 0.85λ or more and 1.15λ or less,
The width of the mask in the direction in which the pattern has periodicity is 0.25λ to 0.60λ,
A method of manufacturing a nitride semiconductor light emitting diode for forming the mask having a thickness of the mask of 0.15λ to 0.70λ or 1.25λ to 1.80λ is provided.
本発明によれば、高品質かつ低コストで、光取り出し効率が高い窒化物半導体発光ダイオードが実現される。 According to the present invention, a nitride semiconductor light emitting diode with high quality, low cost, and high light extraction efficiency is realized.
以下、本発明の窒化物半導体発光ダイオード、及び、窒化物半導体発光ダイオードの製造方法の実施形態について図面を用いて説明する。なお、図はあくまで発明の構成を分かりやすく説明するための模式図であり、各部材の大きさ、形状、数、異なる部材の大きさや厚さの比率などは、特別な言及がない限り、図示するものに限定されない。 Hereinafter, embodiments of a nitride semiconductor light-emitting diode and a method for manufacturing a nitride semiconductor light-emitting diode according to the present invention will be described with reference to the drawings. The drawings are only schematic diagrams for explaining the configuration of the invention in an easy-to-understand manner.The size, shape, and number of each member, the size and thickness ratio of different members, etc. are shown unless otherwise specified. It is not limited to what you do.
<第1の実施形態>
最初に、本実施形態の窒化物半導体発光ダイオードの概要について説明する。本実施形態では、サファイア基板等の異種基板上に第1の窒化物半導体層を形成後、特許文献3乃至6に記載の技術を用いて、パターン周期及びマスク幅がナノメートル単位であるマスクを形成する。そして、第1の窒化物半導体層の上に、マスク越しに、窒化物半導体をエピタキシャル成長し、その上に、発光構造を形成する。
<First Embodiment>
First, an outline of the nitride semiconductor light emitting diode of the present embodiment will be described. In the present embodiment, after the first nitride semiconductor layer is formed on a heterogeneous substrate such as a sapphire substrate, a mask having a pattern period and a mask width in nanometer units is obtained using the techniques described in Patent Documents 3 to 6. Form. Then, a nitride semiconductor is epitaxially grown on the first nitride semiconductor layer through a mask, and a light emitting structure is formed thereon.
本実施形態では、第1の窒化物半導体層の厚さ、マスクのパターン周期、幅及び厚さ等を最適化することで、マスク越しに成長するIII族窒化物半導体の品質を向上させるとともに、所定波長の光の光取り出し効率(窒化物半導体発光ダイオード内の光を外部に取り出す効率)を向上させている。以下、詳細を説明する。 In the present embodiment, by optimizing the thickness of the first nitride semiconductor layer, the pattern period of the mask, the width and the thickness, etc., the quality of the group III nitride semiconductor grown over the mask is improved, The light extraction efficiency of light of a predetermined wavelength (efficiency of extracting light in the nitride semiconductor light emitting diode to the outside) is improved. Details will be described below.
まず、本実施形態の窒化物半導体発光ダイオードの構成について説明する。図1に、本実施形態の窒化物半導体発光ダイオード100の側面模式図の一例を示す。図示するように、窒化物半導体発光ダイオード100は、基板部6と、発光構造10とを有する。基板部6は、異種基板1と、第1のIII族窒化物半導体層2と、マスク3と、第2のIII族窒化物半導体層4とを有する。発光構造10は、第1の導電型窒化物半導体層11と、活性層12と、第2の導電型窒化物半導体層13と、第2の電極14と、第1の電極15とを有する。以下、各構成要素について説明する。 First, the configuration of the nitride semiconductor light emitting diode of this embodiment will be described. FIG. 1 shows an example of a schematic side view of a nitride semiconductor light emitting diode 100 of the present embodiment. As shown in the drawing, the nitride semiconductor light emitting diode 100 has a substrate portion 6 and a light emitting structure 10. The substrate unit 6 includes a heterogeneous substrate 1, a first group III nitride semiconductor layer 2, a mask 3, and a second group III nitride semiconductor layer 4. The light emitting structure 10 includes a first conductivity type nitride semiconductor layer 11, an active layer 12, a second conductivity type nitride semiconductor layer 13, a second electrode 14, and a first electrode 15. Hereinafter, each component will be described.
異種基板1は、III族窒化物半導体と異なる材料で構成された基板である。異種基板1は、例えば、サファイア基板、シリコン基板、SiC基板、GaAs基板、GaP基板、ZnO基板のいずれかであることが好ましい。なかでも、製造コスト、取り扱いやすさ等の観点から、サファイア基板又はシリコン基板が好ましい。 The heterogeneous substrate 1 is a substrate made of a material different from that of the group III nitride semiconductor. The heterogeneous substrate 1 is preferably, for example, one of a sapphire substrate, a silicon substrate, a SiC substrate, a GaAs substrate, a GaP substrate, and a ZnO substrate. Of these, a sapphire substrate or a silicon substrate is preferable from the viewpoint of manufacturing cost, ease of handling, and the like.
第1のIII族窒化物半導体層2は、異種基板1の上に位置する。第1のIII族窒化物半導体層2は、例えば、低温成長バッファ層と、その上に形成されたエピタキシャル層とで構成される。第1のIII族窒化物半導体層2の厚さは、0.1μm以上2μm以下である。下限をこのように設定することで、発光構造10が発した光の光取り出し効率が向上する。その詳細は、以下で説明する。また、上限をこのように設定し、第1のIII族窒化物半導体層2を不要に厚膜化しないことで、コストの低減、製造効率の向上、デバイスの薄型化等が実現される。 The first group III nitride semiconductor layer 2 is located on the heterogeneous substrate 1. The first group III nitride semiconductor layer 2 includes, for example, a low temperature growth buffer layer and an epitaxial layer formed thereon. The thickness of the first group III nitride semiconductor layer 2 is not less than 0.1 μm and not more than 2 μm. By setting the lower limit in this way, the light extraction efficiency of the light emitted from the light emitting structure 10 is improved. Details thereof will be described below. In addition, by setting the upper limit in this way and not increasing the thickness of the first group III nitride semiconductor layer 2 unnecessarily, it is possible to reduce costs, improve manufacturing efficiency, and reduce the thickness of the device.
第1のIII族窒化物半導体層2は、InxAlyGazN(x+y+z=1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1)であり、例えば、GaN層である。第1のIII族窒化物半導体層2の異種基板1と反対側の面は結晶面であり、例えば(0001)面(c面)である。 The first group III nitride semiconductor layer 2 is In x Al y Ga z N (x + y + z = 1, 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1), for example, a GaN layer is there. The surface of the first group III nitride semiconductor layer 2 opposite to the heterogeneous substrate 1 is a crystal plane, for example, a (0001) plane (c plane).
マスク3は、第1のIII族窒化物半導体層2の上に位置する。マスク3は、酸化物又は窒化物で構成され、例えばSiO2が例示される。マスク3は、周期的な繰り返しパターンを形成している。マスク3が存在しない領域は開口となっており、当該部分には、その下層の第1のIII族窒化物半導体層2が露出する。なお、図示しないが、特許文献3乃至6に開示のように、当該開口の直下の領域に、凹部(第1のIII族窒化物半導体層2に形成された凹部)が形成されていてもよい。 The mask 3 is located on the first group III nitride semiconductor layer 2. The mask 3 is made of oxide or nitride, and for example, SiO 2 is exemplified. The mask 3 forms a periodic repeating pattern. The region where the mask 3 does not exist is an opening, and the first group III nitride semiconductor layer 2 underneath is exposed in this portion. Although not shown, as disclosed in Patent Documents 3 to 6, a recess (a recess formed in the first group III nitride semiconductor layer 2) may be formed in a region immediately below the opening. .
図2乃至図4に、マスク3のパターンの一例を示す。図2乃至図4は、マスク3の平面模式図の一例である。図2に示す例では、ライン状のマスク3が一次元方向に繰り返し並んで、ストライプ状のパターンを形成している。図3に示す例では、ドット状のマスク3が縦方向及び横方向に繰り返し並んでいる。図4に示す例では、トッド状のマスク3が格子状に繰り返し並んでいる。なお、図2乃至図4に示す例はあくまで一例であり、これらに限定されない。例えば、ドットは四角でなく、その他の形状であってもよい。また、マスク3は、他の規則性に従い並んでいてもよい。 An example of the pattern of the mask 3 is shown in FIGS. 2 to 4 are examples of schematic plan views of the mask 3. In the example shown in FIG. 2, the line-shaped masks 3 are repeatedly arranged in a one-dimensional direction to form a stripe pattern. In the example shown in FIG. 3, the dot-shaped masks 3 are repeatedly arranged in the vertical direction and the horizontal direction. In the example shown in FIG. 4, todd-shaped masks 3 are repeatedly arranged in a lattice pattern. Note that the examples shown in FIGS. 2 to 4 are merely examples, and the present invention is not limited to these. For example, the dots may be other shapes instead of squares. The masks 3 may be arranged according to other regularity.
本実施形態のマスク3のパターンの周期、マスク幅及び厚さは、発光構造10の発光波長λに応じて最適化されている。マスク3のパターンの周期(図2のP)は、0.85λ以上1.15λ以下、好ましくは0.90λ以上1.10λ以下である。パターンが周期性を備える方向(図2の横方向)のマスク3の幅(図2のW)は、0.25λ以上0.60λ以下、好ましくは0.30λ以上0.55λ以下である。マスク3の厚さ(図1のD)は、0.15λ以上0.70λ以下又は1.25λ以上1.80λ以下、好ましくは0.20λ以上0.65λ以下又は1.30λ以上1.75λ以下である。 The pattern period, mask width, and thickness of the mask 3 of this embodiment are optimized according to the emission wavelength λ of the light emitting structure 10. The pattern period (P in FIG. 2) of the mask 3 is 0.85λ or more and 1.15λ or less, preferably 0.90λ or more and 1.10λ or less. The width (W in FIG. 2) of the mask 3 in the direction in which the pattern has periodicity (lateral direction in FIG. 2) is 0.25λ to 0.60λ, preferably 0.30λ to 0.55λ. The thickness of the mask 3 (D in FIG. 1) is 0.15λ to 0.70λ or 1.25λ to 1.80λ, preferably 0.20λ to 0.65λ or 1.30λ to 1.75λ. It is.
なお、図3及び図4に示すように、パターンが周期性を備える方向が複数ある場合(図3及び図4いずれも、縦、横及び斜めの3方向)、すべての方向が上述のように最適化されているのが好ましいが、少なくともその中の1つが上述のように最適化されていればよい。なかでも、周期Pが最も小さい方向が上述のように最適化されているのが好ましい。 In addition, as shown in FIGS. 3 and 4, when there are a plurality of directions in which the pattern has periodicity (both FIGS. 3 and 4 are three directions of vertical, horizontal, and diagonal), all directions are as described above. Although optimized, it is sufficient that at least one of them is optimized as described above. Especially, it is preferable that the direction with the smallest period P is optimized as mentioned above.
以下で示すが、マスク3のパターンの周期、マスク幅及び厚さをこのように最適化することで、発光構造10が発した光の光取り出し効率が向上する。また、マスク3の開口の幅(=(パターンの周期)−(マスクの幅))を上述のように十分に小さくする(例:300nm以下)ことで、特許文献6に開示のように転位を十分に低減できる。結果、高品質な第2のIII族窒化物半導体層4が得られる。 As will be described below, the light extraction efficiency of the light emitted from the light emitting structure 10 is improved by optimizing the pattern period, mask width, and thickness of the mask 3 in this manner. Further, by making the width of the opening of the mask 3 (= (pattern period) − (mask width)) sufficiently small as described above (for example, 300 nm or less), dislocations are disclosed as disclosed in Patent Document 6. It can be reduced sufficiently. As a result, a high-quality second group III nitride semiconductor layer 4 is obtained.
図1に戻り、第2のIII族窒化物半導体層4は、マスク3越しに、第1のIII族窒化物半導体層2の上にエピタキシャル成長した層である。すなわち、第2のIII族窒化物半導体層4は、マスク3の開口部分に露出する第1のIII族窒化物半導体層2からエピタキシャル成長したIII族窒化物半導体により構成される。第2のIII族窒化物半導体層4は、InxAlyGazN(x+y+z=1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1)であり、例えば、GaN層である。第2のIII族窒化物半導体層4は第1のIII族窒化物半導体層2と同じ組成であることが好ましい。 Returning to FIG. 1, the second group III nitride semiconductor layer 4 is a layer epitaxially grown on the first group III nitride semiconductor layer 2 through the mask 3. That is, the second group III nitride semiconductor layer 4 is composed of a group III nitride semiconductor epitaxially grown from the first group III nitride semiconductor layer 2 exposed at the opening of the mask 3. The second group III nitride semiconductor layer 4 is In x Al y Ga z N (x + y + z = 1, 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1), for example, a GaN layer. is there. The second group III nitride semiconductor layer 4 preferably has the same composition as the first group III nitride semiconductor layer 2.
第2のIII族窒化物半導体層4は、III族窒化物半導体のファセット構造と、ファセット構造を被覆するように設けられたIII族窒化物半導体の膜とを有する。ファセット構造及び膜いずれもInxAlyGazN(x+y+z=1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1)であり、同じ組成である。例えば、GaNである。 The second group III nitride semiconductor layer 4 has a group III nitride semiconductor facet structure and a group III nitride semiconductor film provided so as to cover the facet structure. Is also one facet structure and film In x Al y Ga z N ( x + y + z = 1,0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1,0 ≦ z ≦ 1), the same composition. For example, GaN.
第2のIII族窒化物半導体層4の厚さは、例えば、10μm以上35μm以下、好ましくは10μm以上30μm以下、さらに好ましくは10μm以上20μm以下である。第2のIII族窒化物半導体層4は、パターン周期及びマスク幅がナノメートル単位であるマスク3越しに成長するので、厚さの上限をこのようにしても、十分に第1のIII族窒化物半導体層2及びマスク3を埋め、平坦化できる。厚さをこのように薄くできる結果、コストの低減、製造効率の向上、デバイスの薄型化等が実現される。 The thickness of the second group III nitride semiconductor layer 4 is, for example, 10 μm to 35 μm, preferably 10 μm to 30 μm, and more preferably 10 μm to 20 μm. Since the second group III nitride semiconductor layer 4 grows over the mask 3 whose pattern period and mask width are in nanometer units, even if the upper limit of the thickness is set in this way, the first group III nitride is sufficiently formed. The physical semiconductor layer 2 and the mask 3 can be filled and planarized. As a result of being able to reduce the thickness in this way, it is possible to reduce costs, improve manufacturing efficiency, and reduce the thickness of the device.
本実施形態の第2のIII族窒化物半導体層4の構成は、例えば、特許文献3乃至6に開示された「マスクの開口からIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長して得られるIII族窒化物半導体層」と同様な構成とすることができる。 The structure of the second group III nitride semiconductor layer 4 of the present embodiment is disclosed in, for example, Patent Documents 3 to 6, “Group III nitride semiconductor obtained by epitaxially growing a group III nitride semiconductor from an opening of a mask” The configuration can be the same as that of the “layer”.
発光構造10は、第1の導電型窒化物半導体層11と、活性層12と、第2の導電型窒化物半導体層13とをこの順に積層している。第1の導電型窒化物半導体層11の上には第1の電極15が位置する。第2の導電型窒化物半導体層13の上には第2の電極14が位置する。 In the light emitting structure 10, a first conductivity type nitride semiconductor layer 11, an active layer 12, and a second conductivity type nitride semiconductor layer 13 are stacked in this order. A first electrode 15 is located on the first conductivity type nitride semiconductor layer 11. A second electrode 14 is located on the second conductivity type nitride semiconductor layer 13.
第1の導電型窒化物半導体層11がn型のIII族窒化物半導体層の場合、第2の導電型窒化物半導体層13がp型のIII族窒化物半導体層となる。第1の導電型窒化物半導体層11がp型のIII族窒化物半導体層の場合、第2の導電型窒化物半導体層13がn型のIII族窒化物半導体層となる。 When the first conductivity type nitride semiconductor layer 11 is an n-type group III nitride semiconductor layer, the second conductivity type nitride semiconductor layer 13 becomes a p-type group III nitride semiconductor layer. When the first conductivity type nitride semiconductor layer 11 is a p-type group III nitride semiconductor layer, the second conductivity type nitride semiconductor layer 13 becomes an n-type group III nitride semiconductor layer.
なお、本実施形態の発光構造10は、従来技術に準じたあらゆる構成を採用することができる。例えば、活性層12の構成は、特段制限されず、従来技術に準じたあらゆる構成を採用できる。また、発光構造10は、活性層12を有さない構成となってもよい。 In addition, the light emitting structure 10 of this embodiment can employ | adopt all the structures according to a prior art. For example, the configuration of the active layer 12 is not particularly limited, and any configuration according to the conventional technology can be adopted. Further, the light emitting structure 10 may be configured without the active layer 12.
発光構造10は、青色光(波長:約380nm〜約495nm)を発するよう構成されてもよい。または、発光構造10は、緑色光(波長:約495nm〜約570nm)を発するよう構成されてもよい。または、発光構造10は、赤色光(波長:約610nm〜約780nm)を発するよう構成されてもよい。発光構造10を構成する化合物を調整することで、発光構造10が発する光を調整できる。 The light emitting structure 10 may be configured to emit blue light (wavelength: about 380 nm to about 495 nm). Alternatively, the light emitting structure 10 may be configured to emit green light (wavelength: about 495 nm to about 570 nm). Alternatively, the light emitting structure 10 may be configured to emit red light (wavelength: about 610 nm to about 780 nm). The light emitted from the light emitting structure 10 can be adjusted by adjusting the compound constituting the light emitting structure 10.
次に、本実施形態の窒化物半導体発光ダイオード100の製造方法を説明する。本実施形態の窒化物半導体発光ダイオード100の製造方法は、
異種基板の上に第1のIII族窒化物半導体層を形成する第1の工程と、
第1のIII族窒化物半導体層の上に、酸化物又は窒化物で構成され、周期的なパターンを形成したマスクを形成する第2の工程と、
第1のIII族窒化物半導体層の上に、マスク越しに、III族窒化物半導体をエピタキシャル成長し、第2のIII族窒化物半導体層を形成する第3の工程と、
第2のIII族窒化物半導体層の上に、n型のIII族窒化物半導体層、p型のIII族窒化物半導体層、及び電極を有する発光構造を形成する第4の工程と、
を有する。
Next, a method for manufacturing the nitride semiconductor light emitting diode 100 of this embodiment will be described. The manufacturing method of the nitride semiconductor light emitting diode 100 of this embodiment is as follows.
A first step of forming a first group III nitride semiconductor layer on a heterogeneous substrate;
A second step of forming a mask formed of an oxide or nitride and having a periodic pattern formed on the first group III nitride semiconductor layer;
A third step of epitaxially growing a group III nitride semiconductor over the first group III nitride semiconductor layer over a mask to form a second group III nitride semiconductor layer;
A fourth step of forming a light emitting structure having an n-type group III nitride semiconductor layer, a p-type group III nitride semiconductor layer, and an electrode on the second group III nitride semiconductor layer;
Have
そして、第2の工程では、発光構造の発光波長をλとすると、パターンの周期が0.85λ以上1.15λ以下、好ましくは0.90λ以上1.10λ以下であり、パターンが周期性を備える方向の幅が0.25λ以上0.60λ以下、好ましくは0.30λ以上0.55λ以下であり、厚さが0.15λ以上0.70λ以下又は1.25λ以上1.80λ以下、好ましくは0.20λ以上0.65λ以下又は1.30λ以上1.75λ以下であるマスクを形成する。 In the second step, when the emission wavelength of the light emitting structure is λ, the pattern period is 0.85λ or more and 1.15λ or less, preferably 0.90λ or more and 1.10λ or less, and the pattern has periodicity. The width in the direction is 0.25λ to 0.60λ, preferably 0.30λ to 0.55λ, and the thickness is 0.15λ to 0.70λ or 1.25λ to 1.80λ, preferably 0 A mask that is 20λ to 0.65λ or 1.30λ to 1.75λ is formed.
以下、図5乃至図8を参照して、本実施形態の窒化物半導体発光ダイオード100の特徴的部分である基板部6の製造方法(第1乃至第3の工程)の一例を説明する。なお、基板部6の上に発光構造10を製造する方法(第4の工程)は、あらゆる従来技術を用いて実現できるので、ここでの説明は省略する。 Hereinafter, with reference to FIGS. 5 to 8, an example of a manufacturing method (first to third steps) of the substrate unit 6 which is a characteristic part of the nitride semiconductor light emitting diode 100 of the present embodiment will be described. In addition, since the method (4th process) which manufactures the light emission structure 10 on the board | substrate part 6 is realizable using all the prior arts, description here is abbreviate | omitted.
本実施形態の基板部6の製造方法は、
表面に凹凸のパターンが形成された転写体を用意する工程と、
異種基板1の上にIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長させて、第1のIII族窒化物半導体層2を得る工程(第1の工程)と、
第1のIII族窒化物半導体層2を被覆する被覆膜を設ける工程(第2の工程)と、
被覆膜を被覆する被転写層を設ける工程(第2の工程)と、
被転写層に転写体の凹凸パターンを接触させて、被転写層に凹凸パターンを転写する工程(第2の工程)と、
被転写層のうち、転写する工程によって被転写層に形成された凹部の底部に位置する部分、および、被覆膜のうち凹部の底部の下方に位置する部分を除去することで、開口を有するマスク3を形成する工程(第2の工程)と、
マスク3の開口からIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長させて、第2のIII族窒化物半導体層4を得る工程(第3の工程)と、
を含む。
The manufacturing method of the substrate unit 6 of this embodiment is as follows:
Preparing a transfer body having an uneven pattern formed on the surface;
A step of first growing a group III nitride semiconductor on the heterogeneous substrate 1 to obtain a first group III nitride semiconductor layer 2 (first step);
A step of providing a coating film covering the first group III nitride semiconductor layer 2 (second step);
A step of providing a transfer layer for covering the coating film (second step);
A step (second step) of bringing the uneven pattern of the transfer body into contact with the transferred layer and transferring the uneven pattern to the transferred layer;
The transfer layer has an opening by removing the portion located at the bottom of the recess formed in the transfer layer by the transferring process and the portion of the coating film located below the bottom of the recess. A step of forming the mask 3 (second step);
A step of obtaining a second group III nitride semiconductor layer 4 by epitaxially growing a group III nitride semiconductor from the opening of the mask 3 (third step);
including.
このような製造方法においては、転写体の凹凸パターンを所望の形状とすることで、所望のパターンのマスク3、すなわち、上述した条件を満たす(パターンの周期、マスク3の幅等)マスク3を得ることができる。このような製造方法の場合、パターンの周期及びマスク3の幅をナノメートル単位にし、微細なパターンを形成することができる。このため、マスク3の設計の自由度があがり、所望のマスク3を形成することができる。以下、上記工程各々を詳細に説明する。 In such a manufacturing method, by forming the concave / convex pattern of the transfer body into a desired shape, the mask 3 having a desired pattern, that is, the mask 3 satisfying the above-described conditions (pattern period, mask 3 width, etc.) is obtained. Can be obtained. In the case of such a manufacturing method, a fine pattern can be formed by setting the pattern period and the width of the mask 3 to the nanometer unit. For this reason, the degree of freedom in designing the mask 3 is increased, and a desired mask 3 can be formed. Hereinafter, each of the above steps will be described in detail.
「転写体を用意する工程」
図5(A)に示すように、マスク3のパターンに応じた凹凸パターンが形成されたマスターモールド30を用意する。マスターモールド30は、例えば、シリコンあるいは石英などから形成されている。マスターモールド30は、例えば以下のようにして製造される。
"Process of preparing a transfer body"
As shown in FIG. 5A, a master mold 30 having a concavo-convex pattern corresponding to the pattern of the mask 3 is prepared. The master mold 30 is made of, for example, silicon or quartz. The master mold 30 is manufactured as follows, for example.
石英あるいはシリコンの基板上に、スパッタリング法で金属膜、例えばCr膜を10〜20nm成膜する。金属膜上に、電子線用レジスト膜を塗布し、描画装置から電子線ビーム(EB)を上記レジストに照射した後、現像装置で現像する。その後、レジストの開口から露出する金属膜をドライエッチング装置でエッチングして、金属膜に開口を形成する。更に、ドライエッチング装置で金属膜の開口から露出する基板をエッチングする。その後、レジスト膜、金属膜を全て剥離する。これによりマスターモールド30を得ることができる。 A metal film, for example, a Cr film is formed on a quartz or silicon substrate by sputtering to have a thickness of 10 to 20 nm. An electron beam resist film is applied onto the metal film, and the resist is irradiated with an electron beam (EB) from a drawing apparatus, and then developed with a developing device. Thereafter, the metal film exposed from the opening of the resist is etched by a dry etching apparatus to form an opening in the metal film. Further, the substrate exposed from the opening of the metal film is etched by a dry etching apparatus. Thereafter, the resist film and the metal film are all peeled off. Thereby, the master mold 30 can be obtained.
一方で、フィルム21上に、樹脂層22を塗布した積層体を準備する。塗布方法は特に限定されないが、スピンコート法を採用することができる。 On the other hand, the laminated body which apply | coated the resin layer 22 on the film 21 is prepared. The application method is not particularly limited, but a spin coating method can be employed.
次に、図5(B)に示すように、樹脂層22に、凹凸パターンが形成されたマスターモールド30を押圧して、マスターモールド30の凹部に樹脂層22を入り込ませ、樹脂層22に、凹凸パターンを転写する。 Next, as shown in FIG. 5 (B), the master mold 30 on which the concavo-convex pattern is formed is pressed on the resin layer 22 so that the resin layer 22 enters the recess of the master mold 30. Transfer uneven pattern.
このとき、樹脂層22を加熱して転写を行なう熱インプリント法と、樹脂層22に光を照射して転写を行なう光インプリント法のいずれを採用してもよいが、常温で実施することができる光インプリント法(例えば、UV(紫外線)インプリント法)を採用することが好ましい。 At this time, either a thermal imprint method in which transfer is performed by heating the resin layer 22 or an optical imprint method in which transfer is performed by irradiating the resin layer 22 with light may be employed. It is preferable to adopt an optical imprinting method (for example, UV (ultraviolet) imprinting method) capable of
熱インプリント法では、熱可塑性樹脂を含む樹脂層22をガラス転移温度以上に加熱して、軟化させて、マスターモールド30の凹凸パターンを樹脂層22に転写する。その後、樹脂層22を冷却して固化する。 In the thermal imprint method, the resin layer 22 containing a thermoplastic resin is heated to a glass transition temperature or higher to be softened, and the concave / convex pattern of the master mold 30 is transferred to the resin layer 22. Thereafter, the resin layer 22 is cooled and solidified.
一方で、光インプリント法では、樹脂層22は光硬化性の樹脂組成物で構成され、未硬化の樹脂層22をマスターモールド30の凹凸パターンに当接させて、転写を行なう。そして、UV(紫外)光等の光を照射し、樹脂層22を光硬化させる。 On the other hand, in the photoimprint method, the resin layer 22 is made of a photocurable resin composition, and the uncured resin layer 22 is brought into contact with the concavo-convex pattern of the master mold 30 to perform transfer. Then, the resin layer 22 is photocured by irradiating light such as UV (ultraviolet) light.
樹脂層22を構成する光硬化性の樹脂組成物は、例えば、光ラジカル発生剤およびラジカル重合性化合物を含むラジカル重合性化合物、あるいは、光酸発生剤とカチオン重合性化合物を含むカチオン硬化性組成物があげられる。 The photocurable resin composition constituting the resin layer 22 is, for example, a radical polymerizable compound containing a photo radical generator and a radical polymerizable compound, or a cationic curable composition containing a photo acid generator and a cationic polymerizable compound. Things are given.
ラジカル重合性化合物としては、例えば、(メタ)アクリレート化合物を主成分とする組成物が挙げられる。カチオン硬化性組成物としては、例えば、エポキシ化合物、オキセタン化合物、ビニルエーテル化合物のいずれか1種以上を主成分とするものが挙げられる。 As a radically polymerizable compound, the composition which has a (meth) acrylate compound as a main component is mentioned, for example. As a cationic curable composition, what has any 1 or more types of an epoxy compound, an oxetane compound, and a vinyl ether compound as a main component is mentioned, for example.
その後、図5(C)に示すように、樹脂層22と、マスターモールド30とを離間して、所定の凹凸パターンが形成された樹脂層22とフィルム21とで構成される転写体20を得る。以上の工程により、転写体20を用意することができる。 Thereafter, as shown in FIG. 5C, the resin layer 22 and the master mold 30 are separated from each other to obtain a transfer body 20 composed of the resin layer 22 on which a predetermined uneven pattern is formed and the film 21. . The transfer body 20 can be prepared by the above process.
「第1のIII族窒化物半導体層2を得る工程」
異種基板1を準備し、異種基板1上にIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長し、第1のIII族窒化物半導体層2を得る。例えば、異種基板1としてサファイア基板を準備し、サファイア基板の(0001)面上にIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長させる。
“Step of obtaining first group III nitride semiconductor layer 2”
A heterogeneous substrate 1 is prepared, and a group III nitride semiconductor is epitaxially grown on the heterogeneous substrate 1 to obtain a first group III nitride semiconductor layer 2. For example, a sapphire substrate is prepared as the heterogeneous substrate 1, and a group III nitride semiconductor is epitaxially grown on the (0001) plane of the sapphire substrate.
例えば、次のような条件で第1のIII族窒化物半導体層2を得る。有機金属化学的気相成長法(MOCVD法)により、400〜700℃で低温成長バッファ層を形成した後、MOCVD法で、1000〜1200℃でIII族窒化物半導体層を形成し、0.1〜2μmの第1のIII族窒化物半導体層2を得る。 For example, the first group III nitride semiconductor layer 2 is obtained under the following conditions. A low temperature growth buffer layer is formed at 400 to 700 ° C. by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), and then a group III nitride semiconductor layer is formed at 1000 to 1200 ° C. by MOCVD. A first group III nitride semiconductor layer 2 of ˜2 μm is obtained.
「被覆膜を設ける工程」
当該工程は、第1のIII族窒化物半導体層2を得る工程の後に行われる。図6(A)に示すように、第1のIII族窒化物半導体層2上に被覆膜3Aを設ける。被覆膜3Aは、その後の加工を経て、マスク3となる。例えば、ジシラン(SiH4)ガスと、酸素ガスとを反応させて、第1のIII族窒化物半導体層2の一方の面の全面を被覆するSiO2の被覆膜3Aを形成する。被覆膜3Aの厚みは、例えば、0.25λ以上0.40λ以下、又は、1.55λ以上1.65λ以下を満たす。
"Process of providing coating film"
This step is performed after the step of obtaining the first group III nitride semiconductor layer 2. As shown in FIG. 6A, a coating film 3 A is provided on the first group III nitride semiconductor layer 2. The coating film 3A becomes the mask 3 through subsequent processing. For example, a disilane (SiH 4 ) gas and an oxygen gas are reacted to form a SiO 2 coating film 3 A that covers the entire surface of one surface of the first group III nitride semiconductor layer 2. The thickness of the coating film 3A satisfies, for example, 0.25λ to 0.40λ, or 1.55λ to 1.65λ.
「被転写層を設ける工程」
当該工程は、被覆膜を設ける工程の後に行われる。図6(A)に示すように、被覆膜3Aを被覆する被転写層5Aを設ける。具体的には、被覆膜3A上に、被転写層5Aを構成する樹脂組成物を塗布する。塗布方法は特に限定されないが、スピンコート法を採用することができる。被転写層5Aとしては、前述した樹脂層22と同様のものを採用できる。
"Process for providing the transferred layer"
The said process is performed after the process of providing a coating film. As shown in FIG. 6A, a transferred layer 5A that covers the coating film 3A is provided. Specifically, the resin composition constituting the transfer layer 5A is applied on the coating film 3A. The application method is not particularly limited, but a spin coating method can be employed. As the transferred layer 5A, the same layer as the resin layer 22 described above can be adopted.
「被転写層に凹凸パターンを転写する工程」
当該工程は、転写体を用意する工程及び被転写層を設ける工程の後に行われる。図6(B)及び(C)に示すように、被転写層5Aに、転写体20の凹凸パターンを押圧して転写体20の凹凸パターンを転写する。この転写方法としては、前述した樹脂層22への転写方法と同様の方法を採用できる。具体的には、被転写層5Aを加熱して転写を行なう熱インプリント法と、被転写層5Aに光を照射して転写を行なう光インプリント法のいずれを採用してもよいが、常温で実施することができる光インプリント法(例えば、UVインプリント法)を採用することが好ましい。
"Process to transfer uneven pattern to transfer layer"
This step is performed after the step of preparing the transfer body and the step of providing the transfer layer. As shown in FIGS. 6B and 6C, the concavo-convex pattern of the transfer body 20 is transferred by pressing the concavo-convex pattern of the transfer body 20 onto the transfer layer 5A. As this transfer method, a method similar to the transfer method to the resin layer 22 described above can be adopted. Specifically, either a thermal imprint method in which transfer is performed by heating the transfer target layer 5A or a photoimprint method in which transfer is performed by irradiating the transfer target layer 5A with light may be employed. It is preferable to employ an optical imprint method (for example, a UV imprint method) that can be carried out in (1).
その後、図6(D)に示すように、被転写層5Aと、転写体20とを離間して、所定の凹凸パターンが形成された被転写層5Aを得る。図7(A)にも示すように、この被転写層5Aの凹部41が存在する部分42の厚みは、凹部41が存在しない部分の厚みよりも非常に小さくなっている。 Thereafter, as shown in FIG. 6D, the transferred layer 5A and the transfer body 20 are separated to obtain a transferred layer 5A on which a predetermined uneven pattern is formed. As shown in FIG. 7A, the thickness of the portion 42 where the concave portion 41 of the transferred layer 5A exists is much smaller than the thickness of the portion where the concave portion 41 does not exist.
「マスク3を形成する工程」
当該工程は、被転写層に凹凸パターンを転写する工程の後に行われる。まず、図7(A)の状態から、被転写層5Aをエッチングし、被転写層5Aの凹部41が存在する部分42を除去することで、図7(B)に示すように、凹部41の底に被覆膜3Aを露出させる。エッチングの手法としては、ドライエッチングが挙げられる。被転写層5Aのエッチング速度を適宜調整し、被転写層5Aに形成された凸部の配置パターンを維持しつつ、部分42を除去することで、開口43を形成する。これにより、エッチング前の被転写層5Aに形成された凹凸パターンの凹部41が開口43となり、凸部が被覆部44となったマスク5が形成されることとなる。
“Process for forming mask 3”
This step is performed after the step of transferring the concavo-convex pattern to the transfer layer. First, from the state of FIG. 7A, the transferred layer 5A is etched, and the portion 42 where the recessed portion 41 of the transferred layer 5A exists is removed, so that as shown in FIG. The coating film 3A is exposed at the bottom. As an etching method, dry etching is exemplified. By appropriately adjusting the etching rate of the transferred layer 5A and maintaining the arrangement pattern of the protrusions formed on the transferred layer 5A, the opening 42 is formed by removing the portion 42. As a result, the concave portion 41 of the concave / convex pattern formed in the transferred layer 5A before etching becomes the opening 43, and the mask 5 in which the convex portion becomes the covering portion 44 is formed.
ドライエッチングは、被エッチング物を載置した電極に高周波電力を印加し、発生した負の自己バイアス電圧により、プラズマから生成されたイオンを加速して被エッチング物に衝撃させる反応性イオンエッチングとエッチング物にバイアスを印加せずにプラズマより生成したラジカルにより被エッチング物をエッチングするプラズマエッチングに大別されるが、いずれの方法を採用してもよい。 In dry etching, reactive ion etching and etching are performed in which high-frequency power is applied to the electrode on which the object is to be etched, and the ions generated from the plasma are accelerated and impacted on the object to be etched by the negative self-bias voltage generated. Although plasma etching is generally divided into etching an object to be etched by radicals generated from plasma without applying a bias to the object, any method may be adopted.
エッチングガスとしては、フッ素系ガスを含むものがあげられる。フッ素系ガスとしては、CxFy(例えば、CF4、C2F6、C3F8)ガス、SF6ガス、CHF3ガスのいずれか1種以上を使用することができる。また、エッチングガスとして、酸素含有ガスを使用してもよい。さらには、フッ素系ガスに、酸素含有ガスを混合してもよい。酸素含有ガスとしては、O2ガス、COガス、O3ガスのいずれか一種以上を使用できる。 Examples of the etching gas include those containing a fluorine-based gas. As the fluorine-based gas, one or more of C x F y (for example, CF 4 , C 2 F 6 , C 3 F 8 ) gas, SF 6 gas, and CHF 3 gas can be used. An oxygen-containing gas may be used as the etching gas. Further, an oxygen-containing gas may be mixed with the fluorine-based gas. As the oxygen-containing gas, any one or more of O 2 gas, CO gas, and O 3 gas can be used.
次に、マスク5の開口43から露出する被覆膜3A(図7(B)参照)を選択的に除去することで、図7(C)の状態を得る。 Next, the coating film 3A (see FIG. 7B) exposed from the opening 43 of the mask 5 is selectively removed to obtain the state of FIG. 7C.
エッチングガスとしては、前述したガスを使用することができる。エッチングガスを適宜選択するとともに、被覆膜3Aのエッチング速度と、マスク5のエッチング速度との比である選択比を適切に調整する。これにより、開口43の底に露出する被覆膜3Aの選択的なエッチングが実現される。なお、ここでは、反応性イオンエッチングを実施することが好ましい。 As the etching gas, the gas described above can be used. While selecting an etching gas suitably, the selection ratio which is a ratio of the etching rate of 3 A of coating films, and the etching rate of the mask 5 is adjusted appropriately. Thereby, selective etching of the coating film 3 </ b> A exposed at the bottom of the opening 43 is realized. Here, it is preferable to perform reactive ion etching.
その後、図7(D)に示すように、マスク5を除去する。例えば、アッシングにより、マスク5を除去する。具体的には、酸素ガスを高周波などによりプラズマ化させ、そのプラズマにより、マスク5を炭化してもよい。 Thereafter, as shown in FIG. 7D, the mask 5 is removed. For example, the mask 5 is removed by ashing. Specifically, oxygen gas may be turned into plasma by high frequency or the like, and the mask 5 may be carbonized by the plasma.
「第2のIII族窒化物半導体層4を得る工程」
当該工程は、マスク3を形成する工程の後に行われる。当該工程では、マスク3の開口に露出する第1のIII族窒化物半導体層2からIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長させて、第2のIII族窒化物半導体層4を形成する。この工程は、以下の2つの工程を含んでなる。
“Step of obtaining second group III nitride semiconductor layer 4”
This step is performed after the step of forming the mask 3. In this step, a group III nitride semiconductor is epitaxially grown from the first group III nitride semiconductor layer 2 exposed in the opening of the mask 3 to form the second group III nitride semiconductor layer 4. This step includes the following two steps.
(1)マスク3の開口から、第1のIII族窒化物半導体層2の成長面に対して傾斜するファセット面を有するIII族窒化物半導体のファセット構造を成長させる第1の成長工程
(2)さらにIII族窒化物半導体の成長を行い、ファセット構造から成長したIII族窒化物半導体結晶同士を合体させて、第2のIII族窒化物半導体層4を得る第2の成長工程
(1) First growth step (2) for growing a facet structure of a group III nitride semiconductor having a facet surface inclined with respect to the growth surface of the first group III nitride semiconductor layer 2 from the opening of the mask 3 Further, a group III nitride semiconductor is grown, and a group III nitride semiconductor crystal grown from the facet structure is united to obtain a second group III nitride semiconductor layer 4.
第1の成長工程および第2の成長工程では、同種の気相成長法を用いる。第1の成長工程におけるIII族原料ガスの分圧は、第2の成長工程における前記III族原料ガスの分圧よりも高い。以下に各成長工程について詳細に説明する。 In the first growth step and the second growth step, the same type of vapor phase growth method is used. The partial pressure of the group III source gas in the first growth step is higher than the partial pressure of the group III source gas in the second growth step. Below, each growth process is demonstrated in detail.
「第1の成長工程」
第1の成長工程では、マスク3の開口からIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長させて、ファセット構造を形成する。
"First growth process"
In the first growth step, a group III nitride semiconductor is epitaxially grown from the opening of the mask 3 to form a facet structure.
はじめに、図8に示すように、HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)装置500の反応管50内のフォルダ51に、上述の工程で得られた構造体60(図7(D)参照)をセットする。そして、ガス導入管53、54により、窒素(N2)ガスを供給して反応管50内をパージする。反応管50内に供給したガスは、排出口58より排出される。反応管50内を十分パージした後、水素(H2)ガスに切替えて、ヒータ55により反応管50を昇温する。成長領域56の温度が500℃前後となったら、ガス導入管54よりV族原料ガス(窒素含有ガスであり、例えば、アンモニア(NH3))ガスを加えて昇温する。さらにGaソース(III族ソース)57領域の温度が850℃、成長領域56の温度が950℃〜1100℃になるまで昇温を続ける。 First, as shown in FIG. 8, the structure 60 (see FIG. 7D) obtained in the above-described process is set in the folder 51 in the reaction tube 50 of the HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy) apparatus 500. Then, nitrogen (N 2 ) gas is supplied through the gas introduction pipes 53 and 54 to purge the inside of the reaction pipe 50. The gas supplied into the reaction tube 50 is discharged from the discharge port 58. After sufficiently purging the inside of the reaction tube 50, the reaction tube 50 is heated by the heater 55 by switching to hydrogen (H 2 ) gas. When the temperature of the growth region 56 reaches around 500 ° C., the temperature is increased by adding a group V source gas (a nitrogen-containing gas such as ammonia (NH 3 )) gas from the gas introduction pipe 54. Further, the temperature increase is continued until the temperature of the Ga source (group III source) 57 region reaches 850 ° C. and the temperature of the growth region 56 reaches 950 ° C. to 1100 ° C.
Gaソース57領域の温度及び成長領域56の温度が安定してからガス導入管53よりハロゲン元素を含むガス(例えば、HClガス)を加えて供給し、ソースボート59内のガリウム(Ga)と反応させてIII族元素をハロゲン化し、III族原料ガスとなる塩化ガリウム(GaCl)を生成し、成長領域56に輸送する。そして成長領域56にて、塩化ガリウムと、窒素含有ガスとが反応してIII族窒化物半導体が形成されることとなる。 After the temperature of the Ga source 57 region and the temperature of the growth region 56 are stabilized, a gas containing a halogen element (for example, HCl gas) is added and supplied from the gas introduction tube 53 to react with gallium (Ga) in the source boat 59. Thus, the group III element is halogenated to generate gallium chloride (GaCl) as a group III source gas and transport it to the growth region 56. Then, in the growth region 56, gallium chloride reacts with the nitrogen-containing gas to form a group III nitride semiconductor.
以上により、複数の開口各々から成長した複数のファセット構造を得ることができる。当該工程は、複数の開口各々から成長した複数のファセット構造が完全に合体し、一体化する前に終了する。なお、隣接するファセット構造同士の一部が合体した後に終了してもよい。 As described above, a plurality of facet structures grown from each of the plurality of openings can be obtained. The process ends before the plurality of facet structures grown from each of the plurality of openings are fully united and integrated. Note that the process may end after a part of adjacent facet structures are combined.
III族原料ガス(ここでは、GaCl))の分圧は、以下で説明する第2の成長工程におけるIII族原料ガス(ここでは、GaCl)の分圧よりも高い。例えば、当該工程におけるIII族原料ガスの分圧は、2×10−3MPa以上、6×10−3MPa以下であることが好ましい。特に、3×10−3MPa以上であることが好ましい。 The partial pressure of the group III source gas (here, GaCl) is higher than the partial pressure of the group III source gas (here, GaCl) in the second growth step described below. For example, the partial pressure of the group III source gas in this step is preferably 2 × 10 −3 MPa or more and 6 × 10 −3 MPa or less. In particular, it is preferably 3 × 10 −3 MPa or more.
さらに、第1の成長工程におけるV族原料ガス(窒素含有ガス(NH3ガス))の流量(モル供給量)と、III族原料ガス(GaClガス)の流量(モル供給量)との比であるV/III比は、第2の成長工程におけるV/III比よりも低いことが好ましい。例えば、当該工程におけるV/III比は、5以上15以下であることが好ましい。これに加え、III族原料ガスの流量を100cc/min〜300cc/minとし、V族原料ガスの流量を500cc/min〜4500cc/minとすることが好ましい。 Furthermore, the ratio of the flow rate (molar supply amount) of the group V source gas (nitrogen-containing gas (NH 3 gas)) and the flow rate (molar supply amount) of the group III source gas (GaCl gas) in the first growth step A certain V / III ratio is preferably lower than the V / III ratio in the second growth step. For example, the V / III ratio in this step is preferably 5 or more and 15 or less. In addition, it is preferable that the flow rate of the group III source gas is 100 cc / min to 300 cc / min, and the flow rate of the group V source gas is 500 cc / min to 4500 cc / min.
また、第1の成長工程において、ハロゲン元素を含むガスの供給を開始した直後からのファセット構造の成長時間は、例えば、10〜60秒である。 In the first growth step, the growth time of the facet structure immediately after the supply of the gas containing a halogen element is started is, for example, 10 to 60 seconds.
なお、本明細書においてV/III比というときはモル比基準の値を指す。ただし、HVPE成長は常圧で行う。また、III族原料ガスとV族原料ガスは、同じ圧力、温度で供給するため、これらの流量比は、流速比基準であってもモル比基準であっても同じ値を示す。 In this specification, the V / III ratio refers to a value based on the molar ratio. However, HVPE growth is performed at normal pressure. In addition, since the Group III source gas and the Group V source gas are supplied at the same pressure and temperature, the flow rate ratio thereof shows the same value regardless of the flow rate ratio standard or the molar ratio standard.
「第2の成長工程」
第1の成長工程の後、III族原料ガスの流量を変え、V/III比を変えて、第2の成長工程を実施する。
"Second growth process"
After the first growth step, the second growth step is performed by changing the flow rate of the group III source gas and changing the V / III ratio.
この第2の成長工程は、III族窒化物半導体結晶からなるファセット構造を横方向に成長させ、隣接するファセット構造同士を合体させる。当該工程を進め、複数のファセット構造を一体化させることで、第2のIII族窒化物半導体層4を形成する。 In the second growth step, a facet structure made of a group III nitride semiconductor crystal is grown in the lateral direction, and adjacent facet structures are combined. The second group III nitride semiconductor layer 4 is formed by advancing the process and integrating a plurality of facet structures.
第2の成長工程においても、HVPE法が採用されるが、第2の成長工程におけるIII族元素を含む原料ガスの分圧は、第1の成長工程におけるIII族元素を含む原料ガスの分圧よりも小さい。例えば、0.1×10−3MPa以上、2×10−3MPa以下とする。これに加え、第2の成長工程におけるV/III比は、第1の成長工程のV/III比よりも大きいことが好ましい。第2の成長工程におけるIII族元素を含む原料ガスの分圧を、第1の成長工程におけるIII族元素を含む原料ガスの分圧よりも小さくし、かつ、第2の成長工程におけるV/III比を、第1の成長工程のV/III比よりも大きくすることで、第2の成長工程におけるIII族窒化物半導体の成長速度を低くすることができる。 The HVPE method is also employed in the second growth step, but the partial pressure of the source gas containing the group III element in the second growth step is the partial pressure of the source gas containing the group III element in the first growth step. Smaller than. For example, it is set to 0.1 × 10 −3 MPa or more and 2 × 10 −3 MPa or less. In addition to this, the V / III ratio in the second growth step is preferably larger than the V / III ratio in the first growth step. The partial pressure of the source gas containing the group III element in the second growth step is made smaller than the partial pressure of the source gas containing the group III element in the first growth step, and V / III in the second growth step By making the ratio larger than the V / III ratio in the first growth step, the growth rate of the group III nitride semiconductor in the second growth step can be lowered.
なかでも、第2の成長工程におけるV/III比は、18以上30以下であることが好ましい。例えば、III族原料ガスの流量を第1の成長工程よりも多くし、例えば、50cc/min〜200cc/minとし、V族原料ガスの流量を900cc/min〜6000cc/minとする。 Especially, it is preferable that V / III ratio in a 2nd growth process is 18-30. For example, the flow rate of the group III source gas is made larger than that in the first growth step, for example, 50 cc / min to 200 cc / min, and the flow rate of the group V source gas is set to 900 cc / min to 6000 cc / min.
なお、第2の成長工程では、V族原料ガスの流量を、第1の成長工程におけるV族原料ガスの流量と異なるものとしてもよいが、V族原料ガスの流量を変えずに、III族原料ガスの流量のみを第1の成長工程と異なるものとすることが好ましい。 In the second growth step, the flow rate of the group V source gas may be different from the flow rate of the group V source gas in the first growth step. It is preferable that only the flow rate of the source gas is different from that of the first growth step.
また、製造効率の観点からは、第2の成長工程におけるIII族窒化物半導体の成長温度は、第1の成長工程と同じであることが好ましいが、第1の成長工程の成長温度よりも低くしてもよい。例えば、第2の成長工程の成長温度を第1の成長工程よりも低く設定し、III族窒化物半導体の成長速度を低下させ、ファセット構造から成長したIII族窒化物半導体結晶同士を緩やかな成長速度で合体させてもよい。このようにすることで、ファセット構造から成長したIII族窒化物半導体結晶同士が合体する際に発生しやすい下地基板垂直方向(III族窒化物半導体のc軸方向)への転位、すなわち貫通転位を低減できる。 From the viewpoint of manufacturing efficiency, the growth temperature of the group III nitride semiconductor in the second growth step is preferably the same as that in the first growth step, but is lower than the growth temperature in the first growth step. May be. For example, the growth temperature of the second growth process is set lower than that of the first growth process, the growth rate of the group III nitride semiconductor is reduced, and the group III nitride semiconductor crystals grown from the facet structure are gradually grown. You may combine at speed. By doing so, dislocations in the vertical direction of the base substrate (the c-axis direction of the group III nitride semiconductor) that are likely to occur when the group III nitride semiconductor crystals grown from the facet structure are united, that is, threading dislocations are performed. Can be reduced.
第2の成長工程では、第2のIII族窒化物半導体層4の厚みが所定の厚みとなったら停止する。 The second growth step is stopped when the thickness of the second group III nitride semiconductor layer 4 reaches a predetermined thickness.
次に、本実施形態の作用効果について説明する。 Next, the effect of this embodiment is demonstrated.
本実施形態では、III族窒化物半導体で構成された基板でなく、サファイア基板等の異種基板1を用いる。このため、III族窒化物半導体で構成された基板を用いることによるコスト増を回避できる。 In this embodiment, a heterogeneous substrate 1 such as a sapphire substrate is used instead of a substrate composed of a group III nitride semiconductor. For this reason, the increase in cost by using the board | substrate comprised by the group III nitride semiconductor can be avoided.
また、本実施形態では、パターン周期及びマスク幅がナノメートル単位であるマスク3越しに、第2のIII族窒化物半導体層4を形成している。そして、マスク3の開口の幅(=(パターンの周期)−(マスクの幅))を十分に小さく(例:300nm以下)している。このため、特許文献6に開示のように転位を十分に低減できる。結果、高品質な第2のIII族窒化物半導体層4、及び、高品質な窒化物半導体発光ダイオード100が得られる。 In the present embodiment, the second group III nitride semiconductor layer 4 is formed over the mask 3 whose pattern period and mask width are in nanometer units. Then, the width of the opening of the mask 3 (= (pattern period) − (mask width)) is made sufficiently small (eg, 300 nm or less). For this reason, dislocations can be sufficiently reduced as disclosed in Patent Document 6. As a result, the high-quality second group III nitride semiconductor layer 4 and the high-quality nitride semiconductor light emitting diode 100 are obtained.
また、本実施形態では、第1のIII族窒化物半導体層2の厚さ、マスク3のパターン周期、マスク3の幅、及び、マスク3の厚さを、発光構造10の発光波長に応じて、当該波長の光の光取り出し効率(窒化物半導体発光ダイオード100内の光を外部に取り出す効率)が向上するよう最適化している。このため、発光構造10が発する光の光取り出し効率が向上する。 In the present embodiment, the thickness of the first group III nitride semiconductor layer 2, the pattern period of the mask 3, the width of the mask 3, and the thickness of the mask 3 are set according to the emission wavelength of the light emitting structure 10. The light extraction efficiency of the light of the wavelength (the efficiency of extracting the light in the nitride semiconductor light emitting diode 100 to the outside) is optimized. For this reason, the light extraction efficiency of the light emitted from the light emitting structure 10 is improved.
また、本実施形態では、特徴的な構成のマスク3により、高品質化及び光取り出し効率の向上の両方を実現している。このため、光取り出し効率を向上させる機能のみを有する構造等を有する必要がない。結果、コストの低減、製造効率の向上等が実現される。 In this embodiment, the mask 3 having a characteristic configuration achieves both high quality and improved light extraction efficiency. For this reason, it is not necessary to have the structure etc. which have only the function which improves light extraction efficiency. As a result, reduction of cost, improvement of manufacturing efficiency, etc. are realized.
ここで、第1のIII族窒化物半導体層2の厚さ、マスク3のパターン周期、マスク3の幅、及び、マスク3の厚さを上述のように最適化することで、所定波長の光の光取り出し効率が向上することを説明する。 Here, by optimizing the thickness of the first group III nitride semiconductor layer 2, the pattern period of the mask 3, the width of the mask 3, and the thickness of the mask 3 as described above, The improvement of the light extraction efficiency will be described.
図9の上図に示すように、発光構造10から発せられた光は、窒化物半導体発光ダイオード100内を移動する。そして、例えば異種基板1と第1のIII族窒化物半導体層2との間の界面や、異種基板1と空気との界面等に対する入射角が所定の条件を満たさない場合、光は全反射し、窒化物半導体発光ダイオード100の外部に取り出せない。 As shown in the upper diagram of FIG. 9, the light emitted from the light emitting structure 10 moves in the nitride semiconductor light emitting diode 100. For example, when the incident angle with respect to the interface between the different substrate 1 and the first group III nitride semiconductor layer 2 or the interface between the different substrate 1 and air does not satisfy a predetermined condition, the light is totally reflected. The nitride semiconductor light emitting diode 100 cannot be taken out.
本実施形態の窒化物半導体発光ダイオード100の場合、第1のIII族窒化物半導体層2及びマスク3により、当該光の進行方向を変える(ばらつかせる)ことができる。 In the case of the nitride semiconductor light emitting diode 100 of the present embodiment, the traveling direction of the light can be changed (varied) by the first group III nitride semiconductor layer 2 and the mask 3.
光がマスク3の位置する層(マスク3及び開口を埋めるIII族窒化物半導体で構成される層)を通過する際、一部は開口(すなわち、当該開口を埋めるIII族窒化物半導体)を通過し、他の一部はマスク3(すなわち、酸化物又は窒化物)を通過することとなる。このため、マスク3の位置する層を通過している間、部分的に光の進行速度が異なる。結果、光がマスク3の位置する層から抜け出て、第1のIII族窒化物半導体層2の層に入った際には、開口を通過する光及びマスク3を通過する光間において位相のズレが発生する。このような位相のズレに起因し、第1のIII族窒化物半導体層2内を進む光の進行方向が、それまでの進行方向から変わる。 When light passes through the layer on which the mask 3 is located (the layer made up of the mask 3 and the group III nitride semiconductor filling the opening), part of the light passes through the opening (that is, the group III nitride semiconductor filling the opening). However, the other part passes through the mask 3 (that is, oxide or nitride). For this reason, while passing through the layer where the mask 3 is located, the traveling speed of the light is partially different. As a result, when light exits from the layer where the mask 3 is located and enters the first group III nitride semiconductor layer 2, a phase shift occurs between the light passing through the opening and the light passing through the mask 3. Will occur. Due to such a phase shift, the traveling direction of the light traveling in the first group III nitride semiconductor layer 2 changes from the traveling direction so far.
本実施形態では、第1のIII族窒化物半導体層2の厚さを、0.1μm以上としている。このため、光がマスク3の位置する層を通過した後、第1のIII族窒化物半導体層2と異種基板1との界面に到達するまでに、上記位相のズレに起因した光の進行方向の変化が十分に起こる。 In the present embodiment, the thickness of the first group III nitride semiconductor layer 2 is 0.1 μm or more. For this reason, after the light passes through the layer on which the mask 3 is located, the light travels due to the phase shift before reaching the interface between the first group III nitride semiconductor layer 2 and the heterogeneous substrate 1. The change of fully occurs.
次に、第1のIII族窒化物半導体層2の厚さ、マスク3のパターン周期、マスク3の幅、及び、マスク3の厚さと、光取り出し効率との関係を解析したシミュレーションの詳細及び結果を示す。 Next, details and results of the simulation analyzing the relationship between the thickness of the first group III nitride semiconductor layer 2, the pattern period of the mask 3, the width of the mask 3, and the thickness of the mask 3 and the light extraction efficiency Indicates.
シミュレーションは、活性層12から出たすべての光を追跡して光取り出し効率を求めるのが理想的である。そのためには、シミュレーションソフト上で窒化物半導体発光ダイオード100の全構造を構築する必要がある。しかし、その場合、計算時間、メモリーサイズが膨大となり、計算が困難になる。そこで、ここでは、マスク3等を含む一部構造に着目し、平面波を当てるモデルで計算を行うことで、本実施形態の作用効果をシミュレーションした。 In the simulation, it is ideal that the light extraction efficiency is obtained by tracing all the light emitted from the active layer 12. For this purpose, it is necessary to construct the entire structure of the nitride semiconductor light emitting diode 100 on simulation software. However, in that case, calculation time and memory size become enormous, and calculation becomes difficult. Therefore, here, the effect of this embodiment is simulated by paying attention to a partial structure including the mask 3 and the like, and performing calculation using a model that applies a plane wave.
図9(A)及び(B)にシミュレーションを行うモデル構造を示す。図9(A)がマスク3(SiO2マスク)なしのモデルであり、図9(B)がマスク3(SiO2マスク)ありのモデルである。なお、空気とGaNの界面からマスク3までの距離は100nmとした。 9A and 9B show model structures for performing simulation. FIG. 9A shows a model without the mask 3 (SiO 2 mask), and FIG. 9B shows a model with the mask 3 (SiO 2 mask). The distance from the air / GaN interface to the mask 3 was 100 nm.
図9(A)では、GaN中を進行する波長450nmの平面波が、GaNと空気の界面に45°で入射されるモデルになっている。GaNと空気の境界面での全反射の臨界角は23.6°なので、このモデルの場合、平面波は全反射し、空気中に出てこない。 FIG. 9A shows a model in which a plane wave having a wavelength of 450 nm traveling in GaN is incident on the interface between GaN and air at 45 °. Since the critical angle of total reflection at the interface between GaN and air is 23.6 °, in this model, plane waves are totally reflected and do not come out into the air.
図9(B)では、GaN中を進行する波長450nmの平面波が、マスク3の位置する層(マスク3及び開口を埋めるGaNで構成される層)に45°で入射されるモデルになっている。このモデルでは、マスク3の位置する層の存在により、平面波が回折・反射される。 FIG. 9B shows a model in which a plane wave having a wavelength of 450 nm traveling in GaN is incident at 45 ° on a layer where the mask 3 is located (a layer made of GaN filling the mask 3 and the opening). . In this model, plane waves are diffracted and reflected by the presence of the layer on which the mask 3 is located.
図10に、上記モデルでのシミュレーション結果を示す。シミュレーションには、株式会社科学技術研究所の市販ソフト「電磁場解析ソフト−KeyFDTD」を利用した。 FIG. 10 shows a simulation result with the above model. For the simulation, commercially available software “Electromagnetic field analysis software-KeyFDTD” of Science and Technology Research Institute, Inc. was used.
図10(A)が図9(A)のモデルの結果であり、図10(B)が図9(B)のモデルの結果である。図10(A)に示すように、図9(A)のモデルの場合、平面波はほとんど空気側に出てきていない。一方、図10(B)に示すように、図9(B)のモデルの場合、図9(A)のモデルに比べて、空気側に出てくる平面波が明らかに増えている。 FIG. 10A shows the result of the model of FIG. 9A, and FIG. 10B shows the result of the model of FIG. 9B. As shown in FIG. 10A, in the case of the model of FIG. 9A, the plane wave hardly appears on the air side. On the other hand, as shown in FIG. 10B, in the case of the model of FIG. 9B, the plane waves appearing on the air side are clearly increased as compared with the model of FIG. 9A.
次に、図9(B)のモデルにおいて、マスク3の周期、幅、厚さと、光取り出し効率との関係をシミュレーションした結果を図11乃至図14に示す。縦軸の電界強度は、図9(B)のモデルにおける空気中の平均電界強度を示す。当該値が大きい程、光取り出し効率がより改善していることを意味する。 Next, simulation results of the relationship between the period, width, and thickness of the mask 3 and the light extraction efficiency in the model of FIG. 9B are shown in FIGS. The electric field strength on the vertical axis indicates the average electric field strength in the air in the model of FIG. The larger the value, the more improved the light extraction efficiency.
図11乃至図14の結果より、マスク3の周期、幅、厚さに応じて、空気中の平均電界強度、すなわち、光取り出し効率が変動することが分かる。そして、これらを最適化することで、窒化物半導体発光ダイオード100の光取り出し効率を向上できることが分かる。 From the results of FIGS. 11 to 14, it can be seen that the average electric field strength in the air, that is, the light extraction efficiency varies depending on the period, width, and thickness of the mask 3. And it turns out that the light extraction efficiency of the nitride semiconductor light emitting diode 100 can be improved by optimizing these.
また、図11、図13及び図14の結果より、発光構造10が青色光(λ=450nm)を発光する場合、光取り出し効率を向上させる観点から好ましいマスク3のパターンの周期は382.5nm以上517.5nmであり、さらに好ましくは405.0nm以上495.0nm以下である。同様に、パターンが周期性を備える方向のマスク3の好ましい幅は112.5nm以上270.0nm以下であり、さらに好ましくは135.0nm以上247.5nm以下である。同様に、好ましいマスク3の厚さは67.5nm以上315.0nm以下又は562.5nm以上810.0nm以下であり、さらに好ましくは90.0nm以上292.5nm以下又は585.0nm以上787.5nm以下である。 In addition, from the results of FIGS. 11, 13, and 14, when the light emitting structure 10 emits blue light (λ = 450 nm), the preferable pattern period of the mask 3 is 382.5 nm or more from the viewpoint of improving the light extraction efficiency. It is 517.5 nm, More preferably, it is 405.0 nm or more and 495.0 nm or less. Similarly, the preferable width of the mask 3 in the direction in which the pattern has periodicity is 112.5 nm or more and 270.0 nm or less, and more preferably 135.0 nm or more and 247.5 nm or less. Similarly, the preferable thickness of the mask 3 is 67.5 nm or more and 315.0 nm or less or 562.5 nm or more and 810.0 nm or less, and more preferably 90.0 nm or more and 292.5 nm or less or 585.0 nm or more and 787.5 nm or less. It is.
すなわち、発光構造10の発光波長をλとすると、光取り出し効率を向上させる観点から好ましいマスク3のパターンの周期は0.85λ以上1.15λ以下、さらに好ましくは0.90λ以上1.10λ以下である。同様に、パターンが周期性を備える方向のマスク3の好ましい幅は0.25λ以上0.60λ以下、さらに好ましくは0.30λ以上0.55λ以下である。同様に、好ましいマスク3の厚さは0.15λ以上0.70λ以下又は1.25λ以上1.80λ以下、さらに好ましくは0.20λ以上0.65λ以下又は1.30λ以上1.75λ以下である。なお、図12に示すように、λが450nmと異なる値をとる場合も、同様の関係が成り立つことが分かる。 That is, assuming that the light emission wavelength of the light emitting structure 10 is λ, the mask 3 preferably has a pattern period of 0.85λ or more and 1.15λ or less, more preferably 0.90λ or more and 1.10λ or less from the viewpoint of improving light extraction efficiency. is there. Similarly, the preferable width of the mask 3 in the direction in which the pattern has periodicity is 0.25λ to 0.60λ, and more preferably 0.30λ to 0.55λ. Similarly, the thickness of the mask 3 is preferably 0.15λ or more and 0.70λ or less or 1.25λ or more and 1.80λ or less, more preferably 0.20λ or more and 0.65λ or less, or 1.30λ or more and 1.75λ or less. . As shown in FIG. 12, it can be seen that the same relationship holds when λ takes a value different from 450 nm.
<第2の実施形態>
本実施形態の窒化物半導体発光ダイオード100は、マスク3の側面が特徴的な構造となっている点で、第1の実施形態と異なる。その他の構成は、第1の実施形態と同様である。
<Second Embodiment>
The nitride semiconductor light emitting diode 100 of the present embodiment is different from the first embodiment in that the side surface of the mask 3 has a characteristic structure. Other configurations are the same as those of the first embodiment.
図15及び図16に、本実施形態の窒化物半導体発光ダイオード100の基板部6のみを抽出した側面模式図を示す。 FIGS. 15 and 16 are schematic side views of only the substrate portion 6 extracted from the nitride semiconductor light emitting diode 100 of the present embodiment.
図示するように、マスク側面3−2及びマスク側面3−3は、異種基板1と第1のIII族窒化物半導体層2との界面に対して垂直でない(非垂直)。なお、マスク側面3−1及びマスク側面3−3は、平らな面でなくてもよい。例えば、マスク側面3−1及びマスク側面3−3は、湾曲していてもよいし、凹凸が存在してもよい。本実施形態の場合、このようなマスク側面3−2及びマスク側面3−3の面積を大きくする観点から、マスク3の厚さを1.25λ以上1.80λ以下とするのが好ましく、1.30λ以上1.75λ以下とするのがさらに好ましい。 As illustrated, the mask side surface 3-2 and the mask side surface 3-3 are not perpendicular to the interface between the heterogeneous substrate 1 and the first group III nitride semiconductor layer 2 (non-vertical). The mask side surface 3-1 and the mask side surface 3-3 do not have to be flat surfaces. For example, the mask side surface 3-1 and the mask side surface 3-3 may be curved or uneven. In the present embodiment, from the viewpoint of increasing the area of the mask side surface 3-2 and the mask side surface 3-3, the thickness of the mask 3 is preferably set to 1.25λ or more and 1.80λ or less. More preferably, it is 30λ or more and 1.75λ or less.
例えば、図7(D)の状態が得られた後、図中上方向からドライエッチングすることで、図15に示すようなマスク側面3−2を有するマスク3を得ることができる。ここでのドライエッチングは、第1の実施形態で説明した「マスク3を形成する工程」で被覆膜3Aをエッチングする際のエッチングガスと同じものを利用することができる。比較的選択性を小さくしたドライエッチングのエッチング時間や、エッチング速度(加速度電圧、エッチングガス濃度等に依存)等を適切に調整することで、マスク側面3−2を得ることができる。 For example, after the state of FIG. 7D is obtained, the mask 3 having the mask side surface 3-2 as shown in FIG. 15 can be obtained by dry etching from above in the drawing. The dry etching here can use the same etching gas as used when etching the coating film 3A in the “step of forming the mask 3” described in the first embodiment. The mask side surface 3-2 can be obtained by appropriately adjusting the etching time of dry etching with relatively low selectivity, the etching rate (depending on acceleration voltage, etching gas concentration, etc.), and the like.
なお、このようなマスク側面3−2を得る工程を得る場合、当該工程でのドライエッチングの分、マスク3の厚さが薄くなる。このため、被覆膜3Aの厚さを、所望のマスク3の厚さよりも厚めにするのが好ましい。 In addition, when obtaining the process of obtaining such a mask side surface 3-2, the thickness of the mask 3 becomes thin by the amount of dry etching in the process. For this reason, it is preferable to make the thickness of the coating film 3 </ b> A thicker than the desired thickness of the mask 3.
その他、図7(C)に示す状態が得られた後、マスク5を除去する前にウェットエッチングを行うことで、図16に示すようなマスク側面3−3を有するマスク3を得ることができる。ここでのウェットエッチングの条件は、例えば、温度:室温、エッチング液:緩衝フッ酸(NH4F(40%)+HF(49%)、6:1)、エッチング速度:数十Å/min(なお、HFの割合を多くすると、エッチング速度が増加)、である。これらのエッチング条件や、エッチング時間等を適切に調整することで、マスク側面3−3を得ることができる。 In addition, after the state shown in FIG. 7C is obtained, the mask 3 having the mask side surface 3-3 as shown in FIG. 16 can be obtained by performing wet etching before removing the mask 5. . The wet etching conditions here are, for example, temperature: room temperature, etching solution: buffered hydrofluoric acid (NH 4 F (40%) + HF (49%), 6: 1), etching rate: several tens of m / min (note that , Increasing the ratio of HF increases the etching rate). The mask side surface 3-3 can be obtained by appropriately adjusting these etching conditions, etching time, and the like.
次に、本実施形態の窒化物半導体発光ダイオード100の作用効果について説明する。 Next, the function and effect of the nitride semiconductor light emitting diode 100 of this embodiment will be described.
図17に示すように、マスク側面3−1が異種基板1と第1のIII族窒化物半導体層2との界面に対して垂直かつ平らな面である場合、理論上、マスク側面3−1での反射により、異種基板1と第1のIII族窒化物半導体層2の界面に対する光の入射角を変えることはできない。 As shown in FIG. 17, when the mask side surface 3-1 is a surface that is perpendicular and flat to the interface between the heterogeneous substrate 1 and the first group III nitride semiconductor layer 2, theoretically, the mask side surface 3-1. The incident angle of light with respect to the interface between the heterogeneous substrate 1 and the first group III nitride semiconductor layer 2 cannot be changed by the reflection at.
すなわち、図中、矢印Aのように進む光が、マスク側面3−1で反射せず、そのまま進行して異種基板1と第1のIII族窒化物半導体層2との界面に達した場合における、当該界面に対する入射角をα0とする。また、矢印Aのように進む光がマスク側面3−1で反射して矢印Bのように進み、異種基板1と第1のIII族窒化物半導体層2との界面に達した場合における、当該界面に対する入射角をα1とする。マスク側面3−1が異種基板1と第1のIII族窒化物半導体層2との界面に対して垂直かつ平らな面である場合、理論上、α0とα1は等しくなる。 That is, in the figure, the light traveling as indicated by the arrow A is not reflected by the mask side surface 3-1, but proceeds as it is and reaches the interface between the heterogeneous substrate 1 and the first group III nitride semiconductor layer 2. The incident angle with respect to the interface is α 0 . Further, the light traveling as indicated by the arrow A is reflected by the mask side surface 3-1, proceeds as indicated by the arrow B, and reaches the interface between the heterogeneous substrate 1 and the first group III nitride semiconductor layer 2. The incident angle with respect to the interface is α 1 . In the case where the mask side surface 3-1 is a plane that is perpendicular and flat with respect to the interface between the heterogeneous substrate 1 and the first group III nitride semiconductor layer 2, α 0 and α 1 are theoretically equal.
このように、マスク側面3−1が異種基板1と第1のIII族窒化物半導体層2との界面に対して垂直かつ平らな面である場合、理論上、マスク側面3−1での反射により、異種基板1と第1のIII族窒化物半導体層2の界面に対する光の入射角を変えることはできない。このため、マスク側面3−1での反射により、光取り出し効率を高めることはできない。 Thus, when the mask side surface 3-1 is a surface that is perpendicular and flat with respect to the interface between the heterogeneous substrate 1 and the first group III nitride semiconductor layer 2, the reflection on the mask side surface 3-1. Therefore, the incident angle of light with respect to the interface between the heterogeneous substrate 1 and the first group III nitride semiconductor layer 2 cannot be changed. For this reason, the light extraction efficiency cannot be increased by the reflection at the mask side surface 3-1.
これに対し、本実施形態のようなマスク側面3−2及びマスク側面3−3を備える場合、マスク側面3−2及びマスク側面3−3での反射により、異種基板1と第1のIII族窒化物半導体層2の界面に対する光の入射角を変えることができる。また、マスク側面3−2及びマスク側面3−3が平らでない場合、光の反射角をばらつかせることができるので、異種基板1と第1のIII族窒化物半導体層2の界面に対する光の入射角をばらつかせることができる。結果、このようなマスク側面3−2及びマスク側面3−3での反射により、光取り出し効率を高めることができる。 On the other hand, when the mask side surface 3-2 and the mask side surface 3-3 are provided as in the present embodiment, the reflection from the mask side surface 3-2 and the mask side surface 3-3 causes the heterogeneous substrate 1 and the first group III. The incident angle of light with respect to the interface of the nitride semiconductor layer 2 can be changed. Further, when the mask side surface 3-2 and the mask side surface 3-3 are not flat, the reflection angle of light can be varied, so that the light with respect to the interface between the heterogeneous substrate 1 and the first group III nitride semiconductor layer 2 can be dispersed. Incident angles can be varied. As a result, the light extraction efficiency can be increased by such reflection on the mask side surface 3-2 and the mask side surface 3-3.
本実施形態によれば、第1の実施形態で説明した作用での光取り出し効率の向上に加えて、マスク側面3−2及びマスク側面3−3での反射による光取り出し効率の向上も実現できる。結果、光取り出し効率をさらに高めることができる。 According to the present embodiment, in addition to the improvement of the light extraction efficiency due to the operation described in the first embodiment, the improvement of the light extraction efficiency due to reflection at the mask side surface 3-2 and the mask side surface 3-3 can also be realized. . As a result, the light extraction efficiency can be further increased.
なお、変形例として、図18に示すように、マスク側面3−1が、異種基板1と第1のIII族窒化物半導体層2との界面に対して垂直であってもよい。この場合、マスク3の厚さは0.15λ以上0.70λ以下が好ましく、0.20λ以上0.65λ以下がさらに好ましい。当該例の場合、マスク側面3−1での反射による光取り出し効率の向上は期待できない。このため、マスク側面3−1の面積は小さくてもよい。マスク3の厚さを上述のように薄くすることで、コストの低減、製造効率の向上、デバイスの薄型化等が実現される。 As a modification, as shown in FIG. 18, the mask side surface 3-1 may be perpendicular to the interface between the heterogeneous substrate 1 and the first group III nitride semiconductor layer 2. In this case, the thickness of the mask 3 is preferably 0.15λ or more and 0.70λ or less, and more preferably 0.20λ or more and 0.65λ or less. In the case of this example, improvement in light extraction efficiency due to reflection at the mask side surface 3-1 cannot be expected. For this reason, the area of the mask side surface 3-1 may be small. By reducing the thickness of the mask 3 as described above, it is possible to reduce costs, improve manufacturing efficiency, and reduce the thickness of the device.
以下、参考形態の例を付記する。
1. III族窒化物半導体と異なる材料で構成された異種基板と、
前記異種基板の上に位置する第1のIII族窒化物半導体層と、
前記第1のIII族窒化物半導体層の上に位置し、酸化物又は窒化物で構成され、周期的なパターンを形成したマスクと、
前記マスク越しに、前記第1のIII族窒化物半導体層の上にエピタキシャル成長した第2のIII族窒化物半導体層と、
前記第2のIII族窒化物半導体層の上に位置し、n型のIII族窒化物半導体層、p型のIII族窒化物半導体層、及び電極を有する発光構造と、
を有し、
前記発光構造の発光波長をλとすると、
前記マスクの前記パターンの周期は、0.85λ以上1.15λ以下であり、
前記パターンが周期性を備える方向の前記マスクの幅は、0.25λ以上0.60λ以下であり、
前記マスクの厚さは、0.15λ以上0.70λ以下、又は、1.25λ以上1.80λ以下である窒化物半導体発光ダイオード。
2. 1に記載の窒化物半導体発光ダイオードにおいて、
前記マスクの側面が、前記異種基板と前記第1のIII族窒化物半導体層との界面に対して垂直でない窒化物半導体発光ダイオード。
3. 2に記載の窒化物半導体発光ダイオードにおいて、
前記マスクの厚さは、1.25λ以上1.80λ以下である窒化物半導体発光ダイオード。
4. 1に記載の窒化物半導体発光ダイオードにおいて、
前記マスクの側面が、前記異種基板と前記第1のIII族窒化物半導体層との界面に対して垂直であり、
前記マスクの厚さは、0.15λ以上0.70λ以下である窒化物半導体発光ダイオード。
5. 1から4のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオードにおいて、
前記第1のIII族窒化物半導体層の厚さは、0.1μm以上2μm以下である窒化物半導体発光ダイオード。
6. 1から5のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオードにおいて、
前記発光構造は、青色光を発光し、
前記マスクの前記パターンの周期は、382.5nm以上517.5nm以下であり、
前記パターンが周期性を備える方向の前記マスクの幅は、112.5nm以上270.0nm以下であり、
前記マスクの厚さは、67.5nm以上315.0nm以下、又は、562.5nm以上810.0nm以下である窒化物半導体発光ダイオード。
7. 異種基板の上に第1のIII族窒化物半導体層を形成する第1の工程と、
前記第1のIII族窒化物半導体層の上に、酸化物又は窒化物で構成され、周期的なパターンを形成したマスクを形成する第2の工程と、
前記第1のIII族窒化物半導体層の上に、前記マスク越しに、III族窒化物半導体をエピタキシャル成長し、第2のIII族窒化物半導体層を形成する第3の工程と、
前記第2のIII族窒化物半導体層の上に、n型のIII族窒化物半導体層、p型のIII族窒化物半導体層、及び電極を有する発光構造を形成する第4の工程と、
を有し、
前記第2の工程では、
前記発光構造の発光波長をλとすると、
前記パターンの周期が、0.85λ以上1.15λ以下であり、
前記パターンが周期性を備える方向の幅は、0.25λ以上0.60λ以下であり、
厚さは、0.15λ以上0.70λ以下、又は、1.25λ以上1.80λ以下である前記マスクを形成する窒化物半導体発光ダイオードの製造方法。
Hereinafter, examples of the reference form will be added.
1. A heterogeneous substrate made of a different material from the group III nitride semiconductor;
A first group III nitride semiconductor layer located on the heterogeneous substrate;
A mask located on the first group III nitride semiconductor layer, made of oxide or nitride, and having a periodic pattern;
A second group III nitride semiconductor layer epitaxially grown on the first group III nitride semiconductor layer over the mask;
A light emitting structure located on the second group III nitride semiconductor layer and having an n-type group III nitride semiconductor layer, a p-type group III nitride semiconductor layer, and an electrode;
Have
When the emission wavelength of the light emitting structure is λ,
The period of the pattern of the mask is 0.85λ or more and 1.15λ or less,
The width of the mask in the direction in which the pattern has periodicity is 0.25λ to 0.60λ,
The nitride semiconductor light emitting diode, wherein the mask has a thickness of 0.15λ to 0.70λ, or 1.25λ to 1.80λ.
2. The nitride semiconductor light emitting diode according to 1, wherein
A nitride semiconductor light emitting diode in which a side surface of the mask is not perpendicular to an interface between the heterogeneous substrate and the first group III nitride semiconductor layer.
3. In the nitride semiconductor light emitting diode according to 2,
The nitride semiconductor light emitting diode, wherein the mask has a thickness of 1.25λ or more and 1.80λ or less.
4). The nitride semiconductor light emitting diode according to 1, wherein
A side surface of the mask is perpendicular to an interface between the heterogeneous substrate and the first group III nitride semiconductor layer;
The nitride semiconductor light emitting diode, wherein the mask has a thickness of 0.15λ or more and 0.70λ or less.
5). In the nitride semiconductor light emitting diode according to any one of 1 to 4,
The nitride semiconductor light emitting diode wherein the thickness of the first group III nitride semiconductor layer is 0.1 μm or more and 2 μm or less.
6). In the nitride semiconductor light-emitting diode according to any one of 1 to 5,
The light emitting structure emits blue light,
The period of the pattern of the mask is 382.5 nm or more and 517.5 nm or less,
The width of the mask in the direction in which the pattern has periodicity is 112.5 nm or more and 270.0 nm or less,
The nitride semiconductor light emitting diode, wherein the mask has a thickness of 67.5 nm to 315.0 nm or 562.5 nm to 810.0 nm.
7). A first step of forming a first group III nitride semiconductor layer on a heterogeneous substrate;
A second step of forming a mask formed of an oxide or nitride and having a periodic pattern formed on the first group III nitride semiconductor layer;
A third step of epitaxially growing a group III nitride semiconductor on the first group III nitride semiconductor layer over the mask to form a second group III nitride semiconductor layer;
A fourth step of forming a light emitting structure having an n-type group III nitride semiconductor layer, a p-type group III nitride semiconductor layer, and an electrode on the second group III nitride semiconductor layer;
Have
In the second step,
When the emission wavelength of the light emitting structure is λ,
The period of the pattern is 0.85λ or more and 1.15λ or less,
The width in the direction in which the pattern has periodicity is 0.25λ or more and 0.60λ or less,
A method of manufacturing a nitride semiconductor light-emitting diode for forming the mask having a thickness of 0.15λ to 0.70λ, or 1.25λ to 1.80λ.
1 異種基板
2 第1のIII族窒化物半導体層
3 マスク
3A 被覆膜
3−1 マスク側面
3−2 マスク側面
3−3 マスク側面
4 第2のIII族窒化物半導体層
5A 被転写層
6 基板部
10 発光構造
11 第1の導電型窒化物半導体層
12 活性層
13 第2の導電型窒化物半導体層
14 第2の電極
15 第1の電極
20 転写体
21 フィルム
22 樹脂層
30 マスターモールド
41 凹部
42 部分
43 開口
44 被覆部
50 反応管
51 フォルダ
53 ガス導入管
54 ガス導入管
55 ヒータ
56 成長領域
57 ソース
58 排出口
59 ソースボート
60 構造体
100 窒化物半導体発光ダイオード
500 HVPE装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Dissimilar board | substrate 2 1st group III nitride semiconductor layer 3 Mask 3A Cover film 3-1 Mask side surface 3-2 Mask side surface 3-3 Mask side surface 4 2nd group III nitride semiconductor layer 5A Transferred layer 6 Substrate Part 10 Light emitting structure 11 First conductivity type nitride semiconductor layer 12 Active layer 13 Second conductivity type nitride semiconductor layer 14 Second electrode 15 First electrode 20 Transfer body 21 Film 22 Resin layer 30 Master mold 41 Recess 42 Portion 43 Opening 44 Covering portion 50 Reaction tube 51 Folder 53 Gas introduction tube 54 Gas introduction tube 55 Heater 56 Growth region 57 Source 58 Discharge port 59 Source boat 60 Structure 100 Nitride semiconductor light emitting diode 500 HVPE apparatus
Claims (7)
前記異種基板の上に位置する第1のIII族窒化物半導体層と、
前記第1のIII族窒化物半導体層の上に位置し、酸化物又は窒化物で構成され、周期的なパターンを形成したマスクと、
前記マスク越しに、前記第1のIII族窒化物半導体層の上にエピタキシャル成長した第2のIII族窒化物半導体層と、
前記第2のIII族窒化物半導体層の上に位置し、n型のIII族窒化物半導体層、p型のIII族窒化物半導体層、及び電極を有する発光構造と、
を有し、
前記発光構造の発光波長をλとすると、
前記マスクの前記パターンの周期は、0.85λ以上1.15λ以下であり、
前記パターンが周期性を備える方向の前記マスクの幅は、0.25λ以上0.60λ以下であり、
前記マスクの厚さは、0.15λ以上0.70λ以下、又は、1.25λ以上1.80λ以下である窒化物半導体発光ダイオード。 A heterogeneous substrate made of a different material from the group III nitride semiconductor;
A first group III nitride semiconductor layer located on the heterogeneous substrate;
A mask located on the first group III nitride semiconductor layer, made of oxide or nitride, and having a periodic pattern;
A second group III nitride semiconductor layer epitaxially grown on the first group III nitride semiconductor layer over the mask;
A light emitting structure located on the second group III nitride semiconductor layer and having an n-type group III nitride semiconductor layer, a p-type group III nitride semiconductor layer, and an electrode;
Have
When the emission wavelength of the light emitting structure is λ,
The period of the pattern of the mask is 0.85λ or more and 1.15λ or less,
The width of the mask in the direction in which the pattern has periodicity is 0.25λ to 0.60λ,
The nitride semiconductor light emitting diode, wherein the mask has a thickness of 0.15λ to 0.70λ, or 1.25λ to 1.80λ.
前記マスクの側面が、前記異種基板と前記第1のIII族窒化物半導体層との界面に対して垂直でない窒化物半導体発光ダイオード。 The nitride semiconductor light-emitting diode according to claim 1,
A nitride semiconductor light emitting diode in which a side surface of the mask is not perpendicular to an interface between the heterogeneous substrate and the first group III nitride semiconductor layer.
前記マスクの厚さは、1.25λ以上1.80λ以下である窒化物半導体発光ダイオード。 The nitride semiconductor light-emitting diode according to claim 2,
The nitride semiconductor light emitting diode, wherein the mask has a thickness of 1.25λ or more and 1.80λ or less.
前記マスクの側面が、前記異種基板と前記第1のIII族窒化物半導体層との界面に対して垂直であり、
前記マスクの厚さは、0.15λ以上0.70λ以下である窒化物半導体発光ダイオード。 The nitride semiconductor light-emitting diode according to claim 1,
A side surface of the mask is perpendicular to an interface between the heterogeneous substrate and the first group III nitride semiconductor layer;
The nitride semiconductor light emitting diode, wherein the mask has a thickness of 0.15λ or more and 0.70λ or less.
前記第1のIII族窒化物半導体層の厚さは、0.1μm以上2μm以下である窒化物半導体発光ダイオード。 The nitride semiconductor light-emitting diode according to any one of claims 1 to 4,
The nitride semiconductor light emitting diode wherein the thickness of the first group III nitride semiconductor layer is 0.1 μm or more and 2 μm or less.
前記発光構造は、青色光を発光し、
前記マスクの前記パターンの周期は、382.5nm以上517.5nm以下であり、
前記パターンが周期性を備える方向の前記マスクの幅は、112.5nm以上270.0nm以下であり、
前記マスクの厚さは、67.5nm以上315.0nm以下、又は、562.5nm以上810.0nm以下である窒化物半導体発光ダイオード。 The nitride semiconductor light emitting diode according to any one of claims 1 to 5,
The light emitting structure emits blue light,
The period of the pattern of the mask is 382.5 nm or more and 517.5 nm or less,
The width of the mask in the direction in which the pattern has periodicity is 112.5 nm or more and 270.0 nm or less,
The nitride semiconductor light emitting diode, wherein the mask has a thickness of 67.5 nm to 315.0 nm or 562.5 nm to 810.0 nm.
前記第1のIII族窒化物半導体層の上に、酸化物又は窒化物で構成され、周期的なパターンを形成したマスクを形成する第2の工程と、
前記第1のIII族窒化物半導体層の上に、前記マスク越しに、III族窒化物半導体をエピタキシャル成長し、第2のIII族窒化物半導体層を形成する第3の工程と、
前記第2のIII族窒化物半導体層の上に、n型のIII族窒化物半導体層、p型のIII族窒化物半導体層、及び電極を有する発光構造を形成する第4の工程と、
を有し、
前記第2の工程では、
前記発光構造の発光波長をλとすると、
前記パターンの周期が、0.85λ以上1.15λ以下であり、
前記パターンが周期性を備える方向の幅は、0.25λ以上0.60λ以下であり、
厚さは、0.15λ以上0.70λ以下、又は、1.25λ以上1.80λ以下である前記マスクを形成する窒化物半導体発光ダイオードの製造方法。 A first step of forming a first group III nitride semiconductor layer on a heterogeneous substrate;
A second step of forming a mask formed of an oxide or nitride and having a periodic pattern formed on the first group III nitride semiconductor layer;
A third step of epitaxially growing a group III nitride semiconductor on the first group III nitride semiconductor layer over the mask to form a second group III nitride semiconductor layer;
A fourth step of forming a light emitting structure having an n-type group III nitride semiconductor layer, a p-type group III nitride semiconductor layer, and an electrode on the second group III nitride semiconductor layer;
Have
In the second step,
When the emission wavelength of the light emitting structure is λ,
The period of the pattern is 0.85λ or more and 1.15λ or less,
The width in the direction in which the pattern has periodicity is 0.25λ or more and 0.60λ or less,
A method of manufacturing a nitride semiconductor light-emitting diode for forming the mask having a thickness of 0.15λ to 0.70λ, or 1.25λ to 1.80λ.
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