JP2006179879A - Semiconductor multilayer substrate, manufacturing method thereof, and light emitting element - Google Patents

Semiconductor multilayer substrate, manufacturing method thereof, and light emitting element Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor multilayer substrate used as a light emitting element exhibiting high luminance. <P>SOLUTION: The semiconductor multilayer substrate has a semiconductor layer containing inorganic particles other than metal nitrides. The inorganic particles contain at least one of materials selected from a group including nitrides, carbides, borides, sulfides, selenides, and metals. The inorganic particles include a mask material for growth of a semiconductor layer. The mask material is at least one of zirconia, titania, silicon nitride, silicon boride, W, Mo, Cr, Co, Si, Au, Zr, Ta, Ti, Nb, Pt, V, Hf and Pd. The manufacturing method of the semiconductor multilayer substrate includes a step of disposing inorganic particles other than metal nitrides, and a step of growing a semiconductor layer. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、高い輝度を示す半導体発光素子として使用される半導体積層基板、その製造方法及び発光素子に関する。   The present invention relates to a semiconductor laminated substrate used as a semiconductor light emitting device exhibiting high luminance, a method for manufacturing the same, and a light emitting device.

半導体積層基板は、各種表示装置の部品である、窒化物半導体発光素子、高分子LED、低分子有機LEDのような半導体発光素子として用いられている。
例えば、式InxGayAlzN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、x+y+z=1)で示される窒化物半導体層を有する窒化物半導体積層基板が、紫外、青色、緑色の発光ダイオード素子、又は紫外、青色、緑色のレーザダイオード素子のような半導体発光素子として用いられており、これらの半導体発光素子は、表示装置の性能向上の観点から、高い輝度が求められている(例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4参照)。
The semiconductor multilayer substrate is used as a semiconductor light emitting element such as a nitride semiconductor light emitting element, a polymer LED, or a low molecular organic LED, which is a component of various display devices.
For example, a nitride semiconductor multilayer substrate having a nitride semiconductor layer represented by the formula In x Ga y Al z N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1, x + y + z = 1) Are used as semiconductor light emitting devices such as blue, green light emitting diode elements or ultraviolet, blue, green laser diode elements, and these semiconductor light emitting elements have high luminance from the viewpoint of improving the performance of display devices. There is a demand (see, for example, Patent Document 1, Patent Document 2, Patent Document 3, and Patent Document 4).

特開平6−260682号公報JP-A-6-260682 特開平7−15041号公報JP-A-7-15041 特開平9−64419号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-64419 特開平9−36430号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-36430

本発明の目的は、高い輝度を示す発光素子として用いられる半導体積層基板を提供することにある。   The objective of this invention is providing the semiconductor laminated substrate used as a light emitting element which shows high brightness | luminance.

本発明者らは、半導体積層基板について鋭意検討した結果、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明は、〔1〕金属窒化物を除く無機粒子を含有する半導体層を有してなることを特徴とする半導体積層基板に係るものである。
さらに、本発明は、〔2〕無機粒子が酸化物、窒化物、炭化物、硼化物、硫化物、セレン化物及び金属からなる群より選ばれる少なくとも1つを含む〔1〕に記載の半導体積層基板、
〔3〕無機粒子が半導体層の成長におけるマスク材料を含む〔1〕又は〔2〕記載の半導体積層基板、
〔4〕マスク材料がシリカ、ジルコニア、チタニア、窒化珪素、窒化硼素、W、Mo、Cr、Co、Si、Au、Zr、Ta、Ti、Nb、Pt、V、Hf及びPdからなる群より選ばれる少なくとも1つである〔3〕記載の半導体積層基板に係るものである。
また、本発明は、〔5〕 次の工程(a)及び(b)を含む半導体積層基板の製造方法、
(a) 基板上に、金属窒化物を除く無機粒子を配置する工程、
(b) 半導体層を成長させる工程。
〔6〕次の工程(a1)、(a2)及び(b)を含む半導体積層基板の製造方法、
(a1) 基板上に、金属窒化物を除く無機粒子を配置する工程、
(a2) 低温バッファ層を成長させる工程、
(b) 半導体層を成長させる工程、
に係るものである。
また、本発明は、〔7〕前記〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載の半導体積層基板を含む発光素子に係るものである。
As a result of intensive studies on the semiconductor laminated substrate, the present inventors have completed the present invention.
That is, the present invention relates to [1] a semiconductor multilayer substrate comprising a semiconductor layer containing inorganic particles excluding metal nitride.
Furthermore, the present invention provides [2] the semiconductor multilayer substrate according to [1], wherein the inorganic particles include at least one selected from the group consisting of oxides, nitrides, carbides, borides, sulfides, selenides, and metals. ,
[3] The semiconductor laminated substrate according to [1] or [2], wherein the inorganic particles include a mask material in the growth of the semiconductor layer,
[4] The mask material is selected from the group consisting of silica, zirconia, titania, silicon nitride, boron nitride, W, Mo, Cr, Co, Si, Au, Zr, Ta, Ti, Nb, Pt, V, Hf and Pd. The semiconductor laminated substrate according to [3], which is at least one of the above.
The present invention also provides [5] a method for producing a semiconductor laminated substrate including the following steps (a) and (b):
(a) placing inorganic particles excluding metal nitride on a substrate;
(b) A step of growing a semiconductor layer.
[6] Manufacturing method of semiconductor laminated substrate including the following steps (a1), (a2) and (b),
(a1) a step of arranging inorganic particles excluding metal nitride on a substrate;
(a2) growing a low temperature buffer layer,
(b) a step of growing a semiconductor layer;
It is related to.
The present invention also relates to [7] a light emitting device including the semiconductor multilayer substrate according to any one of [1] to [4].

本発明の半導体積層基板は、高い輝度を示す半導体発光素子を与え、該半導体発光素子は表示装置用に好適である。そして、本発明の製造方法によれば、高い輝度を示す半導体発光素子を与える半導体積層基板を製造することができるので、本発明は工業的に極めて重要である。   The semiconductor multilayer substrate of the present invention provides a semiconductor light emitting element exhibiting high luminance, and the semiconductor light emitting element is suitable for a display device. And according to the manufacturing method of this invention, since the semiconductor laminated substrate which gives the semiconductor light-emitting device which shows a high brightness | luminance can be manufactured, this invention is very important industrially.

本発明の半導体積層基板は、半導体層を含み、通常、基板、半導体層を含む。
半導体層は、例えば、金属窒化物、高分子有機化合物、低分子有機化合物である。半導体層が金属窒化物であるとき、半導体積層基板は、窒化物半導体発光素子として使用される。また、半導体層が高分子有機化合物、低分子有機化合物であるとき、半導体積層基板は、それぞれ、高分子有機LED、低分子有機LEDとして使用される。半導体層の組成は、半導体積層素子を切断し、断面をSEM−EDXにより分析することにより求めればよい。
The semiconductor laminated substrate of the present invention includes a semiconductor layer, and usually includes a substrate and a semiconductor layer.
The semiconductor layer is, for example, a metal nitride, a high molecular organic compound, or a low molecular organic compound. When the semiconductor layer is a metal nitride, the semiconductor multilayer substrate is used as a nitride semiconductor light emitting device. Moreover, when a semiconductor layer is a high molecular organic compound and a low molecular organic compound, a semiconductor laminated substrate is used as high molecular organic LED and low molecular organic LED, respectively. What is necessary is just to obtain | require the composition of a semiconductor layer by cut | disconnecting a semiconductor laminated element and analyzing a cross section by SEM-EDX.

半導体層は、好ましくは金属窒化物であり、例えば、InxGayAlzN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、x+y+z=1)である。半導体層は、例えば、n型伝導層(n型コンタクト層、n型クラッド層等)、発光層、p型伝導層(p型コンタクト層、p型クラッド層等)のような、窒化物半導体発光素子の動作に必要な層を含んでもよい。 The semiconductor layer is preferably a metal nitride, and is, for example, In x Ga y Al z N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1, x + y + z = 1). The semiconductor layer is, for example, an n-type conductive layer (n-type contact layer, n-type clad layer, etc.), a light emitting layer, a p-type conductive layer (p-type contact layer, p-type clad layer, etc.), and nitride semiconductor light emission It may include layers necessary for the operation of the device.

また、半導体層は、例えば、窒化物半導体発光素子の動作に必要な層を高品質の結晶にするための、単層あるいは多層(厚膜層、超格子薄膜層等)、又は、バッファ層を含んでもよい。   In addition, the semiconductor layer may be, for example, a single layer or a multilayer (thick film layer, superlattice thin film layer, etc.), or a buffer layer for making a layer necessary for the operation of the nitride semiconductor light emitting device a high quality crystal May be included.

半導体層は、金属窒化物以外の無機粒子を含有することを特徴とする。この半導体層は、発光層と基板の間に存在してもよく、また基板に対して発光層と対向する側に存在していてもよい。この半導体層は発光層と基板の間に存在することが好ましく、発光層と基板の間に存在し、かつ基板に接することがさらに好ましい。   The semiconductor layer contains inorganic particles other than the metal nitride. This semiconductor layer may exist between the light emitting layer and the substrate, or may exist on the side facing the light emitting layer with respect to the substrate. This semiconductor layer is preferably present between the light emitting layer and the substrate, more preferably present between the light emitting layer and the substrate, and more preferably in contact with the substrate.

また、半導体層は、X線回折ロッキングカーブ測定による(302)面の回折ピークの半値幅FWHMが650arcsec以下であることが好ましい。   The semiconductor layer preferably has a half-value width FWHM of a diffraction peak of (302) plane measured by X-ray diffraction rocking curve of 650 arcsec or less.

無機粒子は、例えば、酸化物、窒化物、炭化物、硼化物、硫化物、セレン化物及び金属を含む。これらの含有量は、無機粒子に対して、通常50重量%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上である。半導体層中の無機粒子の組成は、半導体積層素子を切断し、断面をSEM−EDXにより分析することにより求めればよい。   Inorganic particles include, for example, oxides, nitrides, carbides, borides, sulfides, selenides, and metals. These contents are usually 50% by weight or more, preferably 90% or more, and more preferably 95% or more with respect to the inorganic particles. What is necessary is just to obtain | require the composition of the inorganic particle in a semiconductor layer by cut | disconnecting a semiconductor laminated element and analyzing a cross section by SEM-EDX.

酸化物としては、例えば、シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア、セリア、酸化亜鉛、酸化スズ及びイットリウムアルミニウムガーネット(YAG)が挙げられる。
窒化物としては、例えば、窒化珪素、窒化硼素が挙げられる。
炭化物としては、例えば、炭化珪素(SiC)、炭化硼素、ダイヤモンド、グラファイト、フラーレン類が挙げられる。
硼化物としては、例えば、硼化ジルコニウム(ZrB2)、硼化クロム(CrB2)が挙げられる。
硫化物としては、例えば硫化亜鉛、硫化カドミウム、硫化カルシウム、硫化ストロンチウムが挙げられる。
セレン化物としては、例えば,セレン化亜鉛、セレン化カドミウムが挙げられる。
酸化物、窒化物、炭化物、硼化物、硫化物、セレン化物は、それに含まれる元素が他元素で部分的に置換されていてもよく、これらの例として、付活剤としてセリウムやユーロピウムを含む、珪酸塩やアルミン酸塩の蛍光体が挙げられる。
Examples of the oxide include silica, alumina, zirconia, titania, ceria, zinc oxide, tin oxide, and yttrium aluminum garnet (YAG).
Examples of the nitride include silicon nitride and boron nitride.
Examples of the carbide include silicon carbide (SiC), boron carbide, diamond, graphite, and fullerenes.
Examples of borides include zirconium boride (ZrB 2 ) and chromium boride (CrB 2 ).
Examples of the sulfide include zinc sulfide, cadmium sulfide, calcium sulfide, and strontium sulfide.
Examples of selenides include zinc selenide and cadmium selenide.
Oxides, nitrides, carbides, borides, sulfides, and selenides may be partially substituted with other elements in the elements contained therein. Examples of these include cerium and europium as activators. And phosphors of silicate and aluminate.

金属としては、珪素(Si)、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、タンタル(Ta)、クロム(Cr)、チタン(Ti)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、アルミニウム(Al)、金(Au)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)が挙げられる。   Examples of metals include silicon (Si), nickel (Ni), tungsten (W), tantalum (Ta), chromium (Cr), titanium (Ti), magnesium (Mg), calcium (Ca), aluminum (Al), gold (Au), silver (Ag), and zinc (Zn).

無機粒子は、単独で用いてもよく、これらを組合せて用いてもよい。組合せの例としては、窒化物の粒子上に酸化物を有する無機粒子が挙げられる。
これらの中でも、無機粒子は好ましくは酸化物であり、より好ましくはシリカである。
Inorganic particles may be used alone or in combination. Examples of combinations include inorganic particles having oxides on nitride particles.
Among these, the inorganic particles are preferably oxides, and more preferably silica.

無機粒子は、半導体層の成長におけるマスク材料を含むことが好ましく、その表面にマスク材料を有することがさらに好ましい。無機粒子の表面にマスク材料が存在する場合、マスク材料は、無機粒子の表面の30%以上覆うことが好ましく、50%以上を覆うことがより好ましい。   The inorganic particles preferably contain a mask material for the growth of the semiconductor layer, and more preferably have a mask material on the surface thereof. When the mask material is present on the surface of the inorganic particles, the mask material preferably covers 30% or more of the surface of the inorganic particles, and more preferably covers 50% or more.

マスク材料は、例えば、シリカ、ジルコニア、チタニア、窒化珪素、窒化硼素、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)、コバルト(Co)、珪素(Si)、アルミニウム(Au)、ジルコニウム(Zr)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、ニオブ(Nb)、ニッケル(Ni)、白金(Pt)、バナジウム(V)、ハフニウム(Hf)、パラジウム(Pd)であり、好ましくはシリカである。これらは単独、又は組合せて用いてもよい。無機粒子のマスク材料の組成は、半導体積層素子を切断し、無機粒子について、断面をSEM−EDXにより分析することに求めればよい。   The mask material is, for example, silica, zirconia, titania, silicon nitride, boron nitride, tungsten (W), molybdenum (Mo), chromium (Cr), cobalt (Co), silicon (Si), aluminum (Au), zirconium ( Zr), tantalum (Ta), titanium (Ti), niobium (Nb), nickel (Ni), platinum (Pt), vanadium (V), hafnium (Hf), palladium (Pd), preferably silica. . These may be used alone or in combination. The composition of the inorganic particle mask material may be determined by cutting the semiconductor multilayer element and analyzing the cross section of the inorganic particles by SEM-EDX.

無機粒子は、形状が球状(例えば、断面が円、楕円であるもの)、板状(例えば、長さLと厚さTのアスペクト比L/Tが1.5〜100であるもの。)、針状(例えば、幅Wと長さLの比L/Wが1.5〜100であるもの。)又は不定形(様々な形状の粒子を含み、全体として形状が不揃いのもの。)であってもよく、好ましくは球状である。
また、無機粒子は、平均粒径が通常5nm以上、好ましくは10nm以上、さらに好ましくは0.1μm以上であり、また通常50μm以下、好ましくは10μm以下、さらに好ましくは1μm以下である。平均粒径が前記範囲である無機粒子を含むと、高輝度を示す発光素子となる半導体層積層基板が得られる。無機粒子の形状及び平均粒径は、半導体積層素子を切断し、無機粒子について、断面の電子顕微鏡写真から求めればよい。
また無機粒子は、半導体層積層基板を含む発光素子の発光波長をλ(nm)とし、無機粒子の平均粒径をd(nm)としたとき、d/λが通常0.01以上、好ましくは0.02以上、より好ましくは0.2以上であり、また通常100以下、好ましくは30以下、より好ましくは3.0以下である。
The inorganic particles have a spherical shape (for example, a cross section of a circle or an ellipse), a plate shape (for example, an aspect ratio L / T of a length L and a thickness T of 1.5 to 100), It is acicular (for example, the ratio L / W of the width W to the length L is 1.5 to 100) or indeterminate (including particles of various shapes and having irregular shapes as a whole). It may be spherical, preferably spherical.
The inorganic particles have an average particle size of usually 5 nm or more, preferably 10 nm or more, more preferably 0.1 μm or more, and usually 50 μm or less, preferably 10 μm or less, more preferably 1 μm or less. When the inorganic particles having an average particle size in the above range are included, a semiconductor layer laminated substrate serving as a light emitting element exhibiting high luminance can be obtained. The shape and average particle diameter of the inorganic particles may be obtained from a cross-sectional electron micrograph of the inorganic particles by cutting the semiconductor multilayer element.
In addition, the inorganic particles have a d / λ of usually 0.01 or more, preferably when the emission wavelength of the light-emitting element including the semiconductor layer laminated substrate is λ (nm) and the average particle diameter of the inorganic particles is d (nm). It is 0.02 or more, more preferably 0.2 or more, and is usually 100 or less, preferably 30 or less, more preferably 3.0 or less.

半導体層が窒化物の場合、例えば、半導体積層基板が、特開平6−260682号公報、特開平7−15041号公報、特開平9−64419号公報、特開平9−36430号公報記載のように、基板、バッファ層(GaN、AlN等)、n型伝導層(n−GaN、n−AlGaNのような、n型コンタクト層、n型クラッド層)、発光層(InGaN、GaN等)、p型伝導層(p−GaN、p−AlGaNのような、p型コンタクト層、p型クラッド層)が、この順で有するとき、無機粒子は、上記いずれの層に含まれてもよいが、基板の上に存在することが好ましい。   When the semiconductor layer is a nitride, for example, the semiconductor laminated substrate is as described in JP-A-6-260682, JP-A-7-15041, JP-A-9-64419, JP-A-9-36430. , Substrate, buffer layer (GaN, AlN, etc.), n-type conductive layer (n-GaN, n-AlGaN, n-type contact layer, n-type cladding layer), light emitting layer (InGaN, GaN, etc.), p-type When the conductive layer (p-type contact layer, p-type cladding layer such as p-GaN, p-AlGaN) has in this order, the inorganic particles may be included in any of the above layers. It is preferably present above.

基板は、例えば、サファイア、SiC、Si、MgAl24、LiTaO3、ZrB2、CrB2、窒化ガリウム、及びこの上に窒化物半導体を成長させた複合体である。 The substrate is, for example, sapphire, SiC, Si, MgAl 2 O 4 , LiTaO 3 , ZrB 2 , CrB 2 , gallium nitride, and a composite in which a nitride semiconductor is grown thereon.

複合体は、例えば、基板と、その上に低温バッファ層を含む。低温バッファ層は、例えば、式:AlaGa1-aN〔aは通常0以上、1以下、好ましくは0.5以下である。〕で表される。
さらに、複合体は、低温バッファ層の上にInGaAlN層を含むものであってもよい。
The composite includes, for example, a substrate and a low temperature buffer layer thereon. The low-temperature buffer layer has, for example, the formula: Al a Ga 1-a N [a is usually 0 or more and 1 or less, preferably 0.5 or less. ] Is represented.
Further, the composite may include an InGaAlN layer on the low-temperature buffer layer.

サファイア、SiC、Si、MgAl24、LiTaO3、ZrB2、CrB2、窒化ガリウムのような基板を含む半導体積層基板では、基板上に無機粒子が配置されていることから、基板と半導体層の接合面積が少なく、無機粒子が配置されていない半導体積層基板に比較して、半導体層から基板を剥離しやすい。剥離は、例えば、レーザーや超音波を用いて行われる。基板を剥離する場合、剥離前に、半導体層に導電性基板又は高熱伝導性基板を接着してもよい。また、半導体積層基板は、発光素子として機能させるため、適切な大きさに切断してから使用してもよい。 In a semiconductor laminated substrate including a substrate such as sapphire, SiC, Si, MgAl 2 O 4 , LiTaO 3 , ZrB 2 , CrB 2 , gallium nitride, since the inorganic particles are arranged on the substrate, the substrate and the semiconductor layer Compared with a semiconductor laminated substrate having a small bonding area and no inorganic particles, the substrate is easily peeled off from the semiconductor layer. The peeling is performed using, for example, a laser or an ultrasonic wave. In the case of peeling the substrate, a conductive substrate or a high thermal conductivity substrate may be bonded to the semiconductor layer before peeling. In addition, the semiconductor multilayer substrate may be used after being cut into an appropriate size in order to function as a light emitting element.

本発明の発光素子は、前記の半導体積層基板と電極を含む。電極は、発光層に電流を供給するものであり、例えば、Au、Pt、Pdのような金属、又はITOである。   The light emitting device of the present invention includes the above-mentioned semiconductor laminated substrate and an electrode. An electrode supplies an electric current to a light emitting layer, for example, is a metal like Au, Pt, Pd, or ITO.

半導体層が金属窒化物である発光素子では、n型伝導層(n型コンタクト層、n型クラッド層等)、発光層、p型伝導層(p型コンタクト層、p型クラッド層等)のような、窒化物半導体発光素子の動作に必要な層を含む。これらの層は、例えば、InxGayAlzN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、x+y+z=1)である。発光素子は、さらに、窒化物半導体発光素子の動作に必要な層を高品質の結晶にするための、単層あるいは多層(厚膜層、超格子薄膜層等)、又は、バッファ層を含んでもよい。このような半導体層が金属窒化物である発光素子は、例えば、Appl. Phys. Lett. Vol.60, p.1403, 1996記載の方法により製造すればよい。 In a light-emitting element in which the semiconductor layer is a metal nitride, an n-type conductive layer (n-type contact layer, n-type cladding layer, etc.), a light-emitting layer, a p-type conductive layer (p-type contact layer, p-type cladding layer, etc.) In addition, a layer necessary for the operation of the nitride semiconductor light emitting device is included. These layers are, for example, In x Ga y Al z N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1, x + y + z = 1). The light emitting device may further include a single layer or a multilayer (a thick film layer, a superlattice thin film layer, etc.) or a buffer layer for making a layer necessary for the operation of the nitride semiconductor light emitting device a high quality crystal. Good. Such a light-emitting element in which the semiconductor layer is a metal nitride may be manufactured by the method described in Appl. Phys. Lett. Vol. 60, p.

半導体層が高分子有機化合物である発光素子では、半導体層は電子輸送層、正孔輸送層のいずれかとして使用される。発光素子は、半導体積層基板、電極及び発光層を含み、例えば、基板、陽極、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、陰極をこの順で含み、さらに電極を含む。
基板は、通常、ガラスである。陽極は、例えば、ITOである。正孔輸送層は、ポリビニルカルバゾールもしくはその誘導体、ポリシランもしくはその誘導体、側鎖もしくは主鎖に芳香族アミン化合物基を有するポリシロキサン誘導体、ポリアニリンもしくはその誘導体、ポリチオフェンもしくはその誘導体である。発光層は、例えばポリ(p−フェニレンビニレン)、ポリフルオレン(Jpn. J. Appl. Phys. Vol.30、L1941、1999)、ポリパラフェニレン誘導体(Adv Mater. Vol.4, p.36, 1992)、イリジウムを中心金属とする3重項発光錯体Ir(ppy)3(Appl. Phys. Lett. Vol.75, p.4, 1999)である。電子輸送層は、オキサジアゾール誘導体、アントラキノジメタンもしくはその誘導体、ベンゾキノンもしくはその誘導体などである。陰極は、仕事関数の小さい材料が好ましく、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、アルミニウムである。電極は、発光層に電流を供給するものであればよい。半導体層が高分子有機化合物である発光素子は、例えば、Nature Vol.347, p.539, 1990記載の方法により製造すればよい。
In a light-emitting element in which a semiconductor layer is a high molecular organic compound, the semiconductor layer is used as either an electron transport layer or a hole transport layer. The light emitting element includes a semiconductor laminated substrate, an electrode, and a light emitting layer. For example, the light emitting element includes a substrate, an anode, a hole transport layer, a light emitting layer, an electron transport layer, and a cathode in this order, and further includes an electrode.
The substrate is usually glass. The anode is, for example, ITO. The hole transport layer is polyvinyl carbazole or a derivative thereof, polysilane or a derivative thereof, a polysiloxane derivative having an aromatic amine compound group in a side chain or a main chain, polyaniline or a derivative thereof, polythiophene or a derivative thereof. The light emitting layer may be, for example, poly (p-phenylene vinylene), polyfluorene (Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 30, L1941, 1999), polyparaphenylene derivative (Adv Mater. Vol. 4, p. 36, 1992). ), A triplet light emitting complex Ir (ppy) 3 (Appl. Phys. Lett. Vol. 75, p. 4, 1999) having iridium as a central metal. The electron transport layer is an oxadiazole derivative, anthraquinodimethane or a derivative thereof, benzoquinone or a derivative thereof, or the like. The cathode is preferably made of a material having a low work function, such as lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, beryllium, magnesium, calcium, strontium, barium, and aluminum. The electrode should just supply an electric current to a light emitting layer. A light emitting device in which the semiconductor layer is a high molecular organic compound may be manufactured by the method described in Nature Vol.347, p.539, 1990, for example.

本発明の半導体積層基板の製造方法は、基板上、金属窒化物を除く無機粒子を配置する工程(a)を含む。   The method for producing a semiconductor laminated substrate of the present invention includes a step (a) of arranging inorganic particles excluding metal nitride on a substrate.

基板は、サファイア、SiC、Si、MgAl24、LiTaO3、ZrB2、CrB2、窒化ガリウム、及びこの上に窒化物半導体を成長させた複合体である。 The substrate is a composite in which sapphire, SiC, Si, MgAl 2 O 4 , LiTaO 3 , ZrB 2 , CrB 2 , gallium nitride, and a nitride semiconductor are grown thereon.

複合体は、例えば、基板の上に低温バッファ層を成長させたものである。低温バッファ層は、例えば、400℃〜700℃の温度範囲で成長させればよい。低温バッファ層を成長させる場合、低温バッファ層は、1層でも2層以上あってもよい。
さらに、複合体は、低温バッファ層の上にInGaAlN層を成長させたものであってもよい。
The composite is obtained, for example, by growing a low-temperature buffer layer on a substrate. What is necessary is just to grow a low temperature buffer layer in the temperature range of 400 to 700 degreeC, for example. When growing the low temperature buffer layer, the low temperature buffer layer may be one layer or two or more layers.
Furthermore, the composite may be one in which an InGaAlN layer is grown on a low-temperature buffer layer.

無機粒子は、例えば、酸化物、窒化物、炭化物、硼化物、硫化物、セレン化物及び金属を含む。これらの含有量は、無機粒子に対して、通常50重量%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上である。無機粒子の組成は、化学分析、発光分析等により求められばよい。   Inorganic particles include, for example, oxides, nitrides, carbides, borides, sulfides, selenides, and metals. These contents are usually 50% by weight or more, preferably 90% or more, and more preferably 95% or more with respect to the inorganic particles. The composition of the inorganic particles may be obtained by chemical analysis, emission analysis, or the like.

酸化物としては、例えば、シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア、セリア、酸化亜鉛、酸化スズ及びイットリウムアルミニウムガーネット(YAG)が挙げられる。
窒化物としては、例えば、窒化珪素、窒化硼素が挙げられる。
炭化物としては、例えば、炭化珪素(SiC)、炭化硼素、ダイヤモンド、グラファイト、フラーレン類が挙げられる。
硼化物としては、例えば、硼化ジルコニウム(ZrB2)、硼化クロム(CrB2)が挙げられる。
硫化物としては、例えば硫化亜鉛、硫化カドミウム、硫化カルシウム、硫化ストロンチウムが挙げられる。
セレン化物としては、例えば,セレン化亜鉛、セレン化カドミウムが挙げられる。
酸化物、窒化物、炭化物、硼化物、硫化物、セレン化物は、それに含まれる元素が他元素で部分的に置換されていてもよく、これらの例として、付活剤としてセリウムやユーロピウムを含む、珪酸塩やアルミン酸塩の蛍光体が挙げられる。
Examples of the oxide include silica, alumina, zirconia, titania, ceria, zinc oxide, tin oxide, and yttrium aluminum garnet (YAG).
Examples of the nitride include silicon nitride and boron nitride.
Examples of the carbide include silicon carbide (SiC), boron carbide, diamond, graphite, and fullerenes.
Examples of borides include zirconium boride (ZrB 2 ) and chromium boride (CrB 2 ).
Examples of the sulfide include zinc sulfide, cadmium sulfide, calcium sulfide, and strontium sulfide.
Examples of selenides include zinc selenide and cadmium selenide.
Oxides, nitrides, carbides, borides, sulfides, and selenides may be partially substituted with other elements in the elements contained therein. Examples of these include cerium and europium as activators. And phosphors of silicate and aluminate.

金属としては、珪素(Si)、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、タンタル(Ta)、クロム(Cr)、チタン(Ti)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、アルミニウム(Al)、金(Au)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)が挙げられる。   As the metal, silicon (Si), nickel (Ni), tungsten (W), tantalum (Ta), chromium (Cr), titanium (Ti), magnesium (Mg), calcium (Ca), aluminum (Al), gold (Au), silver (Ag), and zinc (Zn).

無機粒子は、加熱処理したとき、前記の酸化物、窒化物、炭化物、硼化物、硫化物、セレン化物、金属となる材料であってもよく、例えば、シリコーンであってもよい。シリコーンはSi−O−Siの無機性結合を主骨格として持ち、Siに有機置換基を有する構造のポリマーであり、約500℃に加熱処理すると、シリカとなる。   The inorganic particles may be a material that becomes the oxide, nitride, carbide, boride, sulfide, selenide, or metal when heat-treated, and may be, for example, silicone. Silicone is a polymer having an Si—O—Si inorganic bond as a main skeleton and a structure having an organic substituent in Si. When heat-treated at about 500 ° C., it becomes silica.

無機粒子は、単独で用いてもよく、これらを組合せて用いてもよい。組合せの例としては、窒化物の粒子上に酸化物を有する無機粒子が挙げられる。
これらの中でも、無機粒子は好ましくは酸化物であり、より好ましくはシリカである。
Inorganic particles may be used alone or in combination. Examples of combinations include inorganic particles having oxides on nitride particles.
Among these, the inorganic particles are preferably oxides, and more preferably silica.

無機粒子は、半導体層の成長におけるマスク材料を含むことが好ましく、その表面にマスク材料を有することがさらに好ましい。無機粒子の表面にマスク材料が存在する場合、マスク材料は、無機粒子の表面の30%以上覆うことが好ましく、50%以上を覆うことがより好ましい。マスク材料は、例えば、シリカ、ジルコニア、チタニア、窒化珪素、窒化硼素、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)、コバルト(Co)、珪素(Si)、アルミニウム(Au)、ジルコニウム(Zr)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、ニオブ(Nb)、ニッケル(Ni)、白金(Pt)、バナジウム(V)、ハフニウム(Hf)、パラジウム(Pd)であり、好ましくはシリカである。これらは単独、又は組合せて用いてもよい。表面にマスク材料を有する無機粒子は、例えば、粒子表面にマスク材料を蒸着やスパッタにより覆ったり、粒子表面に化合物を加水分解させるなどの方法により調製すればよい。   The inorganic particles preferably contain a mask material for the growth of the semiconductor layer, and more preferably have a mask material on the surface thereof. When the mask material is present on the surface of the inorganic particles, the mask material preferably covers 30% or more of the surface of the inorganic particles, and more preferably covers 50% or more. The mask material is, for example, silica, zirconia, titania, silicon nitride, boron nitride, tungsten (W), molybdenum (Mo), chromium (Cr), cobalt (Co), silicon (Si), aluminum (Au), zirconium ( Zr), tantalum (Ta), titanium (Ti), niobium (Nb), nickel (Ni), platinum (Pt), vanadium (V), hafnium (Hf), palladium (Pd), preferably silica. . These may be used alone or in combination. The inorganic particles having a mask material on the surface may be prepared by, for example, a method of covering the particle surface with a mask material by vapor deposition or sputtering, or hydrolyzing a compound on the particle surface.

無機粒子は、形状が球状(例えば、断面が円、楕円であるもの)、板状(長さLと厚さTのアスペクト比L/Tが1.5〜100であるもの。)、針状(例えば、幅Wと長さLの比L/Wが1.5〜100であるもの。)又は不定形(様々な形状の粒子を含み、全体として形状が不揃いのもの。)であってもよく、好ましくは球状である。従って、無機粒子は球状シリカであることがより好ましい。
球状シリカとしては、単分散で、比較的粒径が揃ったものが容易に入手できる観点から、コロイダルシリカの使用が推奨される。コロイダルシリカは、シリカ粒子が溶媒(水等)にコロイド状に分散したものであり、珪酸ナトリウムをイオン交換する方法、テトラエチルオルソシリケート(TEOS)のような有機珪素化合物を加水分解する方法により得られる。
The inorganic particles have a spherical shape (for example, one having a circular or elliptical cross section), a plate shape (one having an aspect ratio L / T of length L and thickness T of 1.5 to 100), and needle shape. (For example, the ratio L / W of the width W to the length L is 1.5 to 100) or indefinite shape (including particles having various shapes and irregular shapes as a whole). Well, preferably spherical. Therefore, the inorganic particles are more preferably spherical silica.
As the spherical silica, use of colloidal silica is recommended from the viewpoint that monodispersed and relatively uniform particle diameters can be easily obtained. Colloidal silica is a colloidal dispersion of silica particles in a solvent (such as water), and is obtained by a method of ion-exchange of sodium silicate or a method of hydrolyzing an organosilicon compound such as tetraethylorthosilicate (TEOS). .

また、無機粒子は、平均粒径が通常5nm以上、好ましくは10nm以上、さらに好ましくは0.1μm以上であり、また通常50μm以下、好ましくは10μm以下、さらに好ましくは1μm以下である。平均粒径が前記範囲である無機粒子を含むと、高輝度を示す発光素子となる半導体層積層基板が得られる。
また無機粒子は、半導体層積層基板を含む発光素子の発光波長をλ(nm)とし、無機粒子の平均粒径をd(nm)としたとき、d/λが通常0.01以上、好ましくは0.02以上、より好ましくは0.2以上であり、また通常100以下、好ましくは30以下、より好ましくは3.0以下である。
The inorganic particles have an average particle size of usually 5 nm or more, preferably 10 nm or more, more preferably 0.1 μm or more, and usually 50 μm or less, preferably 10 μm or less, more preferably 1 μm or less. When the inorganic particles having an average particle size in the above range are included, a semiconductor layer laminated substrate serving as a light emitting element exhibiting high luminance can be obtained.
In addition, the inorganic particles have a d / λ of usually 0.01 or more, preferably when the emission wavelength of the light-emitting element including the semiconductor layer laminated substrate is λ (nm) and the average particle diameter of the inorganic particles is d (nm). It is 0.02 or more, more preferably 0.2 or more, and is usually 100 or less, preferably 30 or less, more preferably 3.0 or less.

平均粒径は、遠心沈降法により測定した体積平均粒径である。平均粒径は、遠心沈降法以外の測定法、例えば、動的光散乱法、コールターカウンター法、レーザー回折法、電子顕微鏡により測定してもよいが、その場合には、較正して、遠心沈降法により測定した体積平均粒径に換算すればよい。例えば、標準となる粒子の平均粒径を、遠心沈降法及び他の粒度測定法で求め、これらの相関係数を算出する。相関係数は、粒径の異なる複数の標準粒子について、遠心沈降法により測定した体積平均粒径に対する相関係数を算出して較正曲線を作成することにより求めることが好ましい。較正曲線を使えば、遠心沈降法以外の測定法で得られた平均粒径から、体積平均粒径が求められる。   The average particle diameter is a volume average particle diameter measured by a centrifugal sedimentation method. The average particle diameter may be measured by a measurement method other than the centrifugal sedimentation method, for example, a dynamic light scattering method, a Coulter counter method, a laser diffraction method, or an electron microscope. What is necessary is just to convert into the volume average particle diameter measured by the method. For example, the average particle size of the standard particles is obtained by a centrifugal sedimentation method and other particle size measurement methods, and these correlation coefficients are calculated. The correlation coefficient is preferably obtained by calculating a correlation coefficient with respect to the volume average particle diameter measured by the centrifugal sedimentation method for a plurality of standard particles having different particle diameters and creating a calibration curve. If a calibration curve is used, the volume average particle diameter can be obtained from the average particle diameter obtained by a measurement method other than the centrifugal sedimentation method.

無機粒子の配置は、例えば、無機粒子と媒体を含むスラリー中へ基板を浸漬する方法、又は、スラリーを基板に塗布や噴霧した後、乾燥する方法で行えばよい。媒体は、水、メタノール、エタノール、イソプロパノール、n−ブタノール、エチレングリコール、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等であり、好ましくは水である。塗布は、スピンコートにより行うことが好ましく、この方法によれば、無機粒子の配置密度を均一にできる。乾燥は、スピナーを用いて行ってもよい。   The inorganic particles may be arranged by, for example, a method of immersing the substrate in a slurry containing inorganic particles and a medium, or a method of drying after applying or spraying the slurry onto the substrate. The medium is water, methanol, ethanol, isopropanol, n-butanol, ethylene glycol, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, and preferably water. The application is preferably performed by spin coating, and according to this method, the arrangement density of the inorganic particles can be made uniform. Drying may be performed using a spinner.

無機粒子の基板に対する被覆率は、走査型電子顕微鏡(SEM)で無機粒子を配置した基板表面を上から観察したときの測定視野内(面積S)における粒子数Pと、粒子の平均粒径dにより、次式で求めればよい。
被覆率(%)=((d/2)2×π・P・100)/S
無機粒子の基板に対する被覆率は、通常0.1%以上、好ましく5%以上、さらに好ましくは30%以上であり、通常90%以下、好ましくは80%以下、さらに好ましくは80%以下である。
The coverage of the inorganic particles on the substrate is determined by the number P of particles in the measurement field (area S) when the substrate surface on which the inorganic particles are arranged is observed from above with a scanning electron microscope (SEM), and the average particle diameter d of the particles. Thus, the following equation can be obtained.
Coverage (%) = ((d / 2) 2 × π · P · 100) / S
The coverage of the inorganic particles on the substrate is usually 0.1% or more, preferably 5% or more, more preferably 30% or more, and usually 90% or less, preferably 80% or less, more preferably 80% or less.

無機粒子は、基板上で2層以上に配置されていてもよいが、1層に配置されていること、例えば、無機粒子の90%以上が1層に配置されることが好ましい。1層である場合、半導体層がエピタキシャル成長して、平坦化が進行する。図1の(a)に、基板上に無機粒子が配置された構造の断面図を示す。   The inorganic particles may be arranged in two or more layers on the substrate, but it is preferable that the inorganic particles are arranged in one layer, for example, 90% or more of the inorganic particles are arranged in one layer. In the case of one layer, the semiconductor layer is epitaxially grown and planarization proceeds. FIG. 1A shows a cross-sectional view of a structure in which inorganic particles are arranged on a substrate.

本発明の製造方法は、さらに、工程(a)で得られたものの上に、半導体層を成長させる工程(b)を含む。   The manufacturing method of the present invention further includes a step (b) of growing a semiconductor layer on the one obtained in the step (a).

半導体層としては、例えば、金属窒化物が挙げられ、好ましくはInxGayAlzN(ただし、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、x+y+z=1)で示される3−5族窒化物である。半導体層は、1層でも2層以上あってもよい。 As the semiconductor layer, for example, a metal nitride is exemplified, and preferably represented by In x Ga y Al z N (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1, x + y + z = 1). Group 3-5 nitride. There may be one semiconductor layer or two or more semiconductor layers.

また、半導体層は、ファセット構造を形成するもの、又は、形成しないものいずれでもよいが、無機粒子の被覆率が高い場合、ファセット構造を形成するものが好ましい。ファセット構造を形成する半導体層は、平坦化しやすい。   The semiconductor layer may be either one that forms a facet structure or one that does not form a facet structure, but one that forms a facet structure is preferable when the coverage of inorganic particles is high. The semiconductor layer forming the facet structure is easily flattened.

ファセット構造を形成しながら半導体層を成長させる場合において、3−5族窒化物半導体層の好ましい組成は、無機粒子の粒径、及び配置状態に依存するが、無機粒子の被覆率が高い場合、通常、高いAl組成であることが好ましい。しかし、埋め込み層がGaN層、又はファセット構造のAl組成に比べて低いAl組成を有するAlGaN層である場合、3−5族窒化物半導体層のAl組成があまり高くなると、埋め込み層とファセット構造の間に生じる格子不整合が大きくなり、基板にクラックや転位を生じることがある。
ファセット構造のAl組成は、クラックのない結晶品質にすぐれた結晶を得る観点から、無機粒子の粒径、配置状態に応じて調整してもよく、例えば、無機粒子の被覆率が50%以上の場合、式:AldGa1-dN〔0<d<1〕で表されるファセット構造を成長させることが好ましく、AldGa1-dN〔0.01≦d≦0.5〕(AlN混晶比が1.0%以上、50%以下である。)で表されるファセット構造を成長させることがより好ましい。
In the case where the semiconductor layer is grown while forming the facet structure, the preferred composition of the group 3-5 nitride semiconductor layer depends on the particle size and arrangement state of the inorganic particles, but when the coverage of the inorganic particles is high, Usually, a high Al composition is preferable. However, when the buried layer is a GaN layer or an AlGaN layer having a lower Al composition than the Al composition of the facet structure, if the Al composition of the Group 3-5 nitride semiconductor layer becomes too high, the buried layer and the facet structure Lattice mismatch that occurs between them increases, and cracks and dislocations may occur in the substrate.
The Al composition of the facet structure may be adjusted according to the particle size and arrangement state of the inorganic particles from the viewpoint of obtaining crystals with excellent crystal quality without cracks. For example, the coverage of the inorganic particles is 50% or more In this case, it is preferable to grow a facet structure represented by the formula: Al d Ga 1-d N [0 <d <1], and Al d Ga 1-d N [0.01 ≦ d ≦ 0.5] ( More preferably, the AlN mixed crystal ratio is 1.0% or more and 50% or less.

ファセット成長温度は、通常700℃以上、好ましくは750℃以上であり、また通常1000℃以下、好ましくは950℃以下である。低温バッファ層が成長される場合、ファセット構造の成長温度は、低温バッファ層の成長温度と埋め込み層の成長温度の間であることが好ましい。ファセット層は、1層でも2層以上であってもよい。図2に、低温バッファ層を含む半導体積層基板の例として、基板21、低温バッファ層22、ファセット構造24、半導体層25を含み、かつ無機粒子23は基板21の上に存在する、半導体積層基板を示す。   The facet growth temperature is usually 700 ° C. or higher, preferably 750 ° C. or higher, and is usually 1000 ° C. or lower, preferably 950 ° C. or lower. When the low temperature buffer layer is grown, the growth temperature of the facet structure is preferably between the growth temperature of the low temperature buffer layer and the growth temperature of the buried layer. The facet layer may be one layer or two or more layers. As an example of a semiconductor laminated substrate including a low-temperature buffer layer in FIG. 2, a semiconductor laminated substrate including a substrate 21, a low-temperature buffer layer 22, a facet structure 24, a semiconductor layer 25, and inorganic particles 23 are present on the substrate 21. Indicates.

低温バッファ層がある場合、半導体層(例えば、窒化物半導体層)の結晶核が形成されやすくなり、結晶品質の高い半導体層(例えば、X線回折ロッキングカーブ測定における(302)面の回折ピークの半値幅FWHMが650arcsec以下、好ましくは550arcsec以下の半導体層。)が成長する。低温バッファ層は、例えば、式:AlaGa1-aN〔aは通常0以上、1以下、好ましくは0.5以下である。〕で表される。 When there is a low-temperature buffer layer, crystal nuclei of a semiconductor layer (for example, a nitride semiconductor layer) are easily formed, and a semiconductor layer with high crystal quality (for example, a diffraction peak of the (302) plane in X-ray diffraction rocking curve measurement) A semiconductor layer having a full width at half maximum FWHM of 650 arcsec or less, preferably 550 arcsec or less) is grown. The low-temperature buffer layer has, for example, the formula: Al a Ga 1-a N [a is usually 0 or more and 1 or less, preferably 0.5 or less. ] Is represented.

X線回折ロッキングカーブ測定法は、膜の結晶配向性を評価する方法であり、試料の特定の結晶面が回折条件を満たすようにX線入射角と検出角を設定し、その状態で試料の角度を変化させたときの回折光強度の角度依存性を測定して、その広がりの程度から結晶方位のばらつきを評価する。一般的に、結晶方位のばらつきの程度はX線回折ロッキングカーブピークの半値幅で表される。サファイア基板C面上に成長する半導体では、一般的に六角柱状結晶が形成されやすく、その結晶の傾きは(002)面、(004)面等のC面と平行な結晶面の回折測定から評価すればよい。またC面内の結晶ねじれはC面から傾いた結晶面の回折測定から評価すればよく、例えば、(102)面、(302)面等の回折ピークを用いればよい。   The X-ray diffraction rocking curve measurement method is a method for evaluating the crystal orientation of a film. An X-ray incident angle and a detection angle are set so that a specific crystal plane of a sample satisfies a diffraction condition, and in that state, The angle dependence of the diffracted light intensity when the angle is changed is measured, and the variation in crystal orientation is evaluated from the extent of the spread. In general, the degree of variation in crystal orientation is represented by the half width of the X-ray diffraction rocking curve peak. In semiconductors grown on the sapphire substrate C plane, hexagonal columnar crystals are generally easily formed, and the inclination of the crystal is evaluated from diffraction measurements of crystal planes parallel to the C plane such as the (002) plane and (004) plane. do it. The crystal twist in the C plane may be evaluated from diffraction measurement of a crystal plane inclined from the C plane. For example, diffraction peaks such as the (102) plane and the (302) plane may be used.

成長は、例えば、MOVPE、分子線エピタキシー(MBE)、ハイドライド気相成長(HVPE)のようなエピタキシャル成長方法により行えばよい。
3−5族窒化物半導体層をMOVPEにより成長させる場合、次の3族原料と5族原料をキャリアガスにより、反応炉の導入する方法で行えばよい。
The growth may be performed by an epitaxial growth method such as MOVPE, molecular beam epitaxy (MBE), hydride vapor phase epitaxy (HVPE).
When the group 3-5 nitride semiconductor layer is grown by MOVPE, the following group 3 source and group 5 source may be introduced by a method of introducing a reactor using a carrier gas.

3族原料は、例えば、
トリメチルガリウム[(CH33Ga、以下TMGという。]、
トリエチルガリウム[(C253Ga、以下TEGという。]のような式:
123Ga
〔R1、R2、R3は、低級アルキル基を示す。〕で表されるトリアルキルガリウム;
トリメチルアルミニウム[(CH33Al、以下TMAという。]、
トリエチルアルミニウム[(C253Al、以下TEAとおい。]、
トリイソブチルアルミニウム[(i−C493Al]のような式:
123Al
〔R1、R2、R3は、低級アルキル基を示す。〕で表されるトリアルキルアルミニウム;
トリメチルアミンアラン[(CH33N:AlH3];
トリメチルインジウム[(CH33In、以下TMIという。]、
トリエチルインジウム[(C253In]のような式:
123In
〔R1、R2、R3は、低級アルキル基を示す。〕で表されるトリアルキルインジウム;
ジエチルインジウムクロライド[(C252InCl]のようなトリアルキルインジウムから1ないし2つのアルキル基をハロゲン原子に置換したもの;
インジウムクロライド[InCl]のような式:
InX
〔Xはハロゲン原子〕で表されるハロゲン化インジウム等である。
これらは、単独で用いても組み合わせて用いてもよい。
3族原料のうち、ガリウム源としてTMG、アルミニウム源としてTMA、インジウム源としてTMIが好ましい。
Group 3 raw materials are, for example,
Trimethylgallium [(CH 3 ) 3 Ga, hereinafter referred to as TMG. ],
Triethylgallium [(C 2 H 5 ) 3 Ga, hereinafter referred to as TEG. ] Like formula:
R 1 R 2 R 3 Ga
[R 1 , R 2 and R 3 represent a lower alkyl group. ] Trialkylgallium represented by
Trimethylaluminum [(CH 3 ) 3 Al, hereinafter referred to as TMA. ],
Triethylaluminum [(C 2 H 5 ) 3 Al, hereinafter referred to as TEA. ],
Expression like triisobutylaluminum [(i-C 4 H 9 ) 3 Al]:
R 1 R 2 R 3 Al
[R 1 , R 2 and R 3 represent a lower alkyl group. ] A trialkylaluminum represented by
Trimethylamine alane [(CH 3 ) 3 N: AlH 3 ];
Trimethylindium [(CH 3 ) 3 In, hereinafter referred to as TMI. ],
Formulas such as triethylindium [(C 2 H 5 ) 3 In]:
R 1 R 2 R 3 In
[R 1 , R 2 and R 3 represent a lower alkyl group. ] A trialkylindium represented by
1 to 2 alkyl groups substituted with halogen atoms from trialkylindium such as diethylindium chloride [(C 2 H 5 ) 2 InCl];
Formulas such as indium chloride [InCl]:
InX
Indium halide or the like represented by [X is a halogen atom].
These may be used alone or in combination.
Of the Group 3 materials, TMG is preferred as the gallium source, TMA as the aluminum source, and TMI as the indium source.

5族原料は、例えば、アンモニア、ヒドラジン、メチルヒドラジン、1,1−ジメチルヒドラジン、1,2−ジメチルヒドラジン、t−ブチルアミン、エチレンジアミン等が挙げられる。これらは単独で又は組み合わせてもよい。5族原料のうち、アンモニア、ヒドラジンが好ましく、アンモニアがより好ましい。   Examples of the Group 5 raw material include ammonia, hydrazine, methyl hydrazine, 1,1-dimethylhydrazine, 1,2-dimethylhydrazine, t-butylamine, ethylenediamine, and the like. These may be used alone or in combination. Of the Group 5 materials, ammonia and hydrazine are preferable, and ammonia is more preferable.

成長時の雰囲気ガス及び原料のキャリアガスは、例えば、窒素、水素、アルゴン、ヘリウム、好ましくは水素、ヘリウムが挙げられる。これらは、単独で用いても組み合わせて用いてもよい。   Examples of the atmospheric gas during growth and the raw material carrier gas include nitrogen, hydrogen, argon, and helium, preferably hydrogen and helium. These may be used alone or in combination.

反応炉は、例えば、反応炉、原料を保管容器から反応炉に供給する供給ライン、及び、サセプタを含む。サセプタは、基板を加熱する装置であり、反応炉内に置かれている。またサセプタは、半導体層を均一に成長させるため、通常、動力によって回転する構造となっている。サセプタは、その内部に赤外線ランプのような加熱装置がある。加熱装置により、供給ラインを通じて反応炉に供給される原料が基板上で熱分解し、基板上に半導体層を気相成長させる。反応炉に供給された原料のうち未反応原料は、通常、排気ラインより反応炉から外部に排出され、排ガス処理装置へ送られる。   The reaction furnace includes, for example, a reaction furnace, a supply line for supplying raw materials from a storage container to the reaction furnace, and a susceptor. The susceptor is a device for heating the substrate, and is placed in a reaction furnace. Further, the susceptor usually has a structure that rotates by power in order to uniformly grow the semiconductor layer. The susceptor has a heating device such as an infrared lamp inside. The raw material supplied to the reaction furnace through the supply line is thermally decomposed on the substrate by the heating device, and a semiconductor layer is vapor-phase grown on the substrate. Of the raw materials supplied to the reaction furnace, unreacted raw materials are usually discharged from the reaction furnace to the outside through an exhaust line and sent to an exhaust gas treatment device.

3−5族窒化物半導体層をHVPEにより成長させる場合、次の3族原料と5族原料をキャリアガスにより、前記の反応炉の導入する方法で行えばよい。
3族原料は、例えば、ガリウム金属と塩化水素ガスを高温で反応させることにより生成する塩化ガリウムガス、インジウム金属と塩化水素ガスを高温で反応させることにより生成する塩化インジウムガスである。
5族原料は、例えば、アンモニアである。
キャリアガスは、例えば、窒素、水素、アルゴン、ヘリウム、好ましくは水素、ヘリウムである。これらは単独又は組み合わせて用いればよい。
When the group 3-5 nitride semiconductor layer is grown by HVPE, the following group 3 raw material and group 5 raw material may be introduced by the above-described method using a carrier gas.
The Group 3 raw material is, for example, gallium chloride gas generated by reacting gallium metal and hydrogen chloride gas at a high temperature, or indium chloride gas generated by reacting indium metal and hydrogen chloride gas at a high temperature.
The Group 5 raw material is, for example, ammonia.
The carrier gas is, for example, nitrogen, hydrogen, argon, helium, preferably hydrogen, helium. These may be used alone or in combination.

また、3−5族窒化物半導体層をMBEにより成長させる場合、半導体層の成長は、次の3族原料と5族原料をキャリアガスにより、前記の反応炉の導入する方法で行えばよい。
3族原料は、例えば、ガリウム、アルミニウム、インジウムのような金属である。
5族原料は、例えば、窒素やアンモニアのガスである。
キャリアガスは、例えば、窒素、水素、アルゴン、ヘリウム、好ましくは水素、ヘリウムである。これらは単独、又は組み合わせて用いればよい。
In addition, when the group 3-5 nitride semiconductor layer is grown by MBE, the semiconductor layer may be grown by the above-described method of introducing the reactor using the group 3 material and the group 5 material with a carrier gas.
The Group 3 raw material is, for example, a metal such as gallium, aluminum, or indium.
The Group 5 raw material is, for example, nitrogen or ammonia gas.
The carrier gas is, for example, nitrogen, hydrogen, argon, helium, preferably hydrogen, helium. These may be used alone or in combination.

本発明の製造方法では、工程(a)及び(b)を繰り返し行ってもよく、また工程(a)、(b)及び(c)を繰り返し行ってもよい。繰り返し行うことにより、より高い輝度を示す発光素子として用いられる半導体積層基板が得られる。   In the production method of the present invention, steps (a) and (b) may be repeated, or steps (a), (b) and (c) may be repeated. By repeating the process, a semiconductor laminated substrate used as a light emitting element exhibiting higher luminance can be obtained.

工程(b)では、通常、半導体層は、無機粒子の存在しないところを成長領域として成長を開始し(図1(a)の符号13参照)、次いで、ファセット構造が形成される(図1(b)参照)   In the step (b), normally, the semiconductor layer starts growing in a region where inorganic particles are not present (see reference numeral 13 in FIG. 1A), and then a facet structure is formed (FIG. 1 ( see b)

本発明の製造方法は、さらに、工程(b)後に、半導体層を成長させ、その表面を平坦化する工程(c)を含むことが好ましい。
工程(c)では、例えば、横方向成長を促進させることにより、ファセット構造を形成しながら半導体層を成長することで得られた基板のファセット構造を埋め込んで平坦化させる(図1(c)参照)。半導体層をこのように成長させると、ファセットまで到達した転位は横方向に曲げられ、無機粒子は半導体層に埋没する。この結果、半導体層の結晶欠陥が減少する。
The production method of the present invention preferably further includes a step (c) of growing a semiconductor layer and planarizing the surface after the step (b).
In the step (c), for example, by promoting lateral growth, the facet structure of the substrate obtained by growing the semiconductor layer while forming the facet structure is embedded and planarized (see FIG. 1C). ). When the semiconductor layer is grown in this way, the dislocations reaching the facet are bent laterally, and the inorganic particles are buried in the semiconductor layer. As a result, crystal defects in the semiconductor layer are reduced.

半導体層が高分子化合物である半導体積層基板についても、同様に、基板上に、無機粒子を配置する工程、その上に半導体層を形成する工程を含む方法により、製造すればよく、例えば、基板(例えば、ガラス基板)にスパッタ法により陽極(例えば、厚さ100〜200nmのITO層)を形成し、陽極上にスピンコートにより無機粒子含有ポリ(エチレンジオキシチオフェン)/ポリスチレンスルホン酸溶液(商品名” Baytron”バイエル社製)を塗布、乾燥して正孔輸送層(例えば、厚さ約50nm)を形成した後、スピンコートにより高分子発光体のクロロホルム溶液を塗布し、減圧下約80℃で乾燥して発光層(例えば、厚さ約70nm)を形成し、次いで、蒸着により陰極バッファ層(例えば、厚さ0.4nmのフッ化リチウム層)、陰極(例えば、厚さ25nmのカルシウム層)、次いでアルミニウム層(例えば、厚さ40nm)を形成すればよい。   Similarly, a semiconductor laminated substrate in which a semiconductor layer is a polymer compound may be manufactured by a method including a step of disposing inorganic particles on a substrate and a step of forming a semiconductor layer on the substrate. An anode (for example, an ITO layer having a thickness of 100 to 200 nm) is formed on a glass substrate (for example, a glass substrate), and an inorganic particle-containing poly (ethylenedioxythiophene) / polystyrene sulfonic acid solution (product) by spin coating on the anode After applying a name “Baytron” (manufactured by Bayer) and drying to form a hole transport layer (eg, thickness of about 50 nm), a chloroform solution of a polymer light emitter was applied by spin coating, and about 80 ° C. under reduced pressure. To form a light emitting layer (eg, about 70 nm thick), and then deposited by evaporation to form a cathode buffer layer (eg, 0.4 nm thick lithium fluoride). Beam layer), a cathode (e.g., the thickness 25nm of the calcium layer), followed by aluminum layer (for example, may be formed thickness 40 nm).

本発明を実施例により説明するが本発明はこれに限定されるものではない。
実施例1
基板として、C面を鏡面研磨したサファイアを用いた。無機粒子として、コロイダルシリカ(扶桑化学工業(株)製、PL−20(商品名)、平均粒径370nm、粒子濃度24重量%)を用いた。スピナーに基板をセットし、その上に10重量%に希釈したコロイダルシリカを塗布し、スピンコーティングした。SEMで観察したところ、コロイダルシリカ粒子による基板表面の被覆率は39%であった。
窒化物半導体層をエピタキシャル成長させ、コロイダルシリカ粒子を窒化物半導体層に埋没させた。エピタキシャル成長は、常圧MOVPEにより行った。1気圧で、サセプタの温度を485℃、キャリアガスを水素とし、キャリアガス、アンモニア及びTMGを供給して、厚みが約500ÅのGaN低温バッファ層を成長させた。次に、サセプタの温度を900℃にし、キャリアガス、アンモニア、TMGを供給して、ファセットを形成するためのアンドープGaN層を形成した。次に、サセプタ温度1040℃にして炉圧力を1/4気圧に落とし、キャリアガス、アンモニア及びTMGを供給して厚さ約5μmのアンドープGaN層を形成して、GaN結晶中にコロイダルシリカ粒子が層状に含有されている窒化物半導体積層基板を得た。窒化物半導体積層基板の断面の電子顕微鏡写真を図3に示す。また、窒化物半導体積層基板の断面透過型電子顕微鏡観察したところ、転位が折れ曲がっていた。
The present invention will be described with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.
Example 1
As the substrate, sapphire whose C surface was mirror-polished was used. Colloidal silica (manufactured by Fuso Chemical Industry Co., Ltd., PL-20 (trade name), average particle diameter of 370 nm, particle concentration of 24% by weight) was used as the inorganic particles. A substrate was set on a spinner, and colloidal silica diluted to 10% by weight was applied thereon and spin-coated. When observed with SEM, the coverage of the substrate surface with colloidal silica particles was 39%.
The nitride semiconductor layer was epitaxially grown, and colloidal silica particles were embedded in the nitride semiconductor layer. Epitaxial growth was performed by atmospheric pressure MOVPE. A GaN low-temperature buffer layer having a thickness of about 500 mm was grown at 1 atm by supplying susceptor temperature of 485 ° C., carrier gas as hydrogen, and supplying carrier gas, ammonia and TMG. Next, the temperature of the susceptor was set to 900 ° C., and carrier gas, ammonia, and TMG were supplied to form an undoped GaN layer for forming facets. Next, the furnace pressure is lowered to 1/4 atm with a susceptor temperature of 1040 ° C., carrier gas, ammonia and TMG are supplied to form an undoped GaN layer having a thickness of about 5 μm, and colloidal silica particles are formed in the GaN crystal. A nitride semiconductor multilayer substrate contained in layers was obtained. An electron micrograph of a cross section of the nitride semiconductor multilayer substrate is shown in FIG. Further, when the cross-sectional transmission electron microscope of the nitride semiconductor multilayer substrate was observed, dislocations were bent.

X線回折ロッキングカーブ測定における(302)面の回折ピークの半値幅は494arcsecであり、(004)面の回折ピークの半値幅は215arcsecであった。
In the X-ray diffraction rocking curve measurement, the half width of the (302) plane diffraction peak was 494 arcsec, and the half width of the (004) plane diffraction peak was 215 arcsec.

窒化物半導体積層基板に、n型半導体層、InGaN発光層(MQW構造)、p型半導体層を順に成長させ、n型コンタクト層を露出させるためエッチング加工し、電極を形成し、次いで素子を分離して、発光波長440nmの青色LEDを得た(d/λ=0.8)。青色LEDは、通電20mAでの光出力が8.5mWであった。   An n-type semiconductor layer, an InGaN light emitting layer (MQW structure), and a p-type semiconductor layer are grown in this order on the nitride semiconductor multilayer substrate, etched to expose the n-type contact layer, electrodes are formed, and then the elements are separated Thus, a blue LED having an emission wavelength of 440 nm was obtained (d / λ = 0.8). The blue LED had an optical output of 8.5 mW at a current of 20 mA.

実施例2
無機粒子として、コロイダルシリカ(日本触媒製、シーホスターKE−W50(商品名)、平均粒径550nm、粒子濃度20重量%を10重量%に希釈して使用。)を用いた以外、実施例1の〔無機粒子の配置〕、〔半導体層の成長〕及び〔発光素子の製造〕と同じ操作を行って、青色LEDを得た(d/λ=1.3)。コロイダルシリカ粒子による基板表面の被覆率は36%であった。
Example 2
Example 1 except that colloidal silica (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd., Seahoster KE-W50 (trade name), average particle size 550 nm, particle concentration 20 wt% diluted to 10 wt%) was used as the inorganic particles. Blue LEDs were obtained by performing the same operations as [Inorganic particle arrangement], [Semiconductor layer growth] and [Light emitting device production] (d / λ = 1.3). The coverage of the substrate surface with colloidal silica particles was 36%.

X線回折ロッキングカーブ測定における(302)面の回折ピークの半値幅は493arcsecであり、(004)面の回折ピークの半値幅は220arcsecであった。低温バッファ層のAl組成と(302)面のピークの半値幅の関係を図4に示す。
また、青色LEDは、通電20mAでの光出力が9.9mWであった。
In the X-ray diffraction rocking curve measurement, the half value width of the diffraction peak on the (302) plane was 493 arcsec, and the half value width of the diffraction peak on the (004) plane was 220 arcsec. FIG. 4 shows the relationship between the Al composition of the low-temperature buffer layer and the half-value width of the peak on the (302) plane.
The blue LED had a light output of 9.9 mW at a current of 20 mA.

実施例3
基板として、C面を鏡面研磨したサファイアの上にGaN層を成長させたものを用いた以外、実施例1の〔無機粒子の配置〕、〔半導体層の成長〕及び〔発光素子の製造〕と同じ操作を行って、青色LEDを得た(d/λ=0.8)。コロイダルシリカ粒子による基板表面の被覆率は32%であった。また、青色LEDは、通電20mAでの光出力が7.3mWであった。
Example 3
Example 1 [Inorganic particle arrangement], [Semiconductor layer growth] and [Manufacturing light-emitting element] in Example 1 except that a GaN layer grown on sapphire whose C-surface was mirror-polished was used as the substrate. The same operation was performed to obtain a blue LED (d / λ = 0.8). The coverage of the substrate surface with colloidal silica particles was 32%. Further, the blue LED had an optical output of 7.3 mW when the current was 20 mA.

実施例4
無機粒子として、コロイダルシリカ(日産化学工業製、MP−1040(商品名)、平均粒径100nm、粒子濃度40重量%を10重量%に希釈して使用。)を用いた以外、実施例1〔無機粒子の配置〕と同じ操作を行った。コロイダルシリカ粒子による基板表面の被覆率は55%であった。
ファセットを形成を800℃のアンドープAlGaN層(AlN組成1.7%)と900℃のアンドープGaN層の2層構造とした以外、実施例1の〔半導体層の成長〕及び〔発光素子の製造〕と同じ操作を行って、青色LEDを得た(d/λ=0.2)。
青色LEDは、通電20mAでの光出力は、シリカを含有しないものに比較して、2.4倍であった。
Example 4
Example 1 except that colloidal silica (manufactured by Nissan Chemical Industries, MP-1040 (trade name), average particle size of 100 nm, particle concentration of 40% by weight diluted to 10% by weight) was used as the inorganic particles. The same operation as in [Disposition of inorganic particles] was performed. The coverage of the substrate surface with colloidal silica particles was 55%.
[Growth of semiconductor layer] and [Manufacture of light-emitting device] in Example 1 except that the facet was formed as a two-layer structure of an 800 ° C. undoped AlGaN layer (AlN composition 1.7%) and an 900 ° C. undoped GaN layer. The same operation was performed to obtain a blue LED (d / λ = 0.2).
The blue LED had a light output at a current of 20 mA that was 2.4 times that of the LED not containing silica.

実施例5
無機粒子として、コロイダルシリカ(日産化学工業(株)製、MP−2040(商品名)、平均粒径200nm、粒子濃度40重量%を10重量%に希釈して使用。)を用いた以外、実施例1の〔無機粒子の配置〕、〔半導体層の成長〕及び〔発光素子の製造〕と同じ操作を行って、青色LEDを得た(d/λ=0.5)。コロイダルシリカ粒子による基板表面の被覆率は40%であった。青色LEDは、通電20mAでの光出力は、シリカを含有しないものに比較して、2.2倍であった。
Example 5
Implemented except that colloidal silica (manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd., MP-2040 (trade name), average particle size 200 nm, particle concentration 40 wt% diluted to 10 wt%) was used as the inorganic particles. Blue LEDs were obtained by performing the same operations as in [Inorganic particle arrangement], [Semiconductor layer growth] and [Light emitting device production] in Example 1 (d / λ = 0.5). The coverage of the substrate surface with colloidal silica particles was 40%. The blue LED had a light output at a current of 20 mA that was 2.2 times that of the LED not containing silica.

実施例6
無機粒子として、コロイダルシリカ(日産化学工業(株)製、MP−2040(商品名)、平均粒径200nm、粒子濃度40重量%を20重量%に希釈して使用。)を用いた以外、実施例1の〔無機粒子の配置〕と同じ操作を行って。コロイダルシリカ粒子による基板表面の被覆率は76%であった。
次いで、実施例4の〔半導体層の成長及び発光素子の製造〕と同じ操作を行って、青色LEDを得た(d/λ=0.5)。
青色LEDは、通電20mAでの光出力は、シリカを含有しないものに比較して、2.7倍であった。
Example 6
Implemented except that colloidal silica (manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd., MP-2040 (trade name), average particle size 200 nm, particle concentration 40% by weight diluted to 20% by weight) was used as the inorganic particles. Perform the same operation as [Inorganic particle arrangement] in Example 1. The coverage of the substrate surface with colloidal silica particles was 76%.
Next, the same operation as in [Growth of semiconductor layer and production of light emitting device] in Example 4 was performed to obtain a blue LED (d / λ = 0.5).
The blue LED had a light output of 2.7 times higher than that not containing silica at 20 mA.

実施例7
無機粒子として、コロイダルシリカ(日産化学工業(株)製、MP−3040(商品名)、平均粒径300nm、粒子濃度40重量%を20重量%に希釈して使用。)を用いた以外、実施例1の〔無機粒子の配置〕と同じ操作を行った。コロイダルシリカ粒子による基板表面の被覆率は37%であった。
次いで、実施例4の〔半導体層の成長及び発光素子の製造〕と同じ操作を行って、青色LEDを得た(d/λ=0.7)。
青色LEDは、通電20mAでの光出力は、シリカを含有しないものに比較して、3.5倍であった。
Example 7
Implemented except that colloidal silica (manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd., MP-3040 (trade name), average particle size of 300 nm, particle concentration of 40% by weight diluted to 20% by weight) was used as the inorganic particles. The same operation as [Inorganic particle arrangement] in Example 1 was performed. The coverage of the substrate surface with colloidal silica particles was 37%.
Next, the same operation as in [Growth of semiconductor layer and production of light emitting device] in Example 4 was performed to obtain a blue LED (d / λ = 0.7).
The blue LED had a light output of 3.5 times that at 20 mA energization as compared with that containing no silica.

実施例8
無機粒子として、コロイダルシリカ(日産化学工業(株)製、MP−3040(商品名)、平均粒径300nm、粒子濃度40重量%を30重量%に希釈して使用。)を用いた以外、実施例1の〔無機粒子の配置〕と同じ操作を行った。コロイダルシリカ粒子による基板表面の被覆率は71%であった。
次いで、実施例4の〔半導体層の成長及び発光素子の製造〕と同じ操作を行って、青色LEDを得た(d/λ=0.7)。
青色LEDは、通電20mAでの光出力は、シリカを含有しないものに比較して、3.3倍であった。
Example 8
Implemented except that colloidal silica (manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd., MP-3040 (trade name), average particle size of 300 nm, particle concentration of 40% by weight diluted to 30% by weight) was used as the inorganic particles. The same operation as [Inorganic particle arrangement] in Example 1 was performed. The coverage of the substrate surface with colloidal silica particles was 71%.
Next, the same operation as in [Growth of semiconductor layer and production of light emitting device] in Example 4 was performed to obtain a blue LED (d / λ = 0.7).
The blue LED had a light output at a current of 20 mA that was 3.3 times that of the LED not containing silica.

実施例9
無機粒子として、コロイダルシリカ(日産化学工業(株)製、MP−4540(商品名)、平均粒径450nm、粒子濃度40重量%を20重量%に希釈して使用。)を用いた以外、実施例1の〔無機粒子の配置〕と同じ操作を行った。コロイダルシリカ粒子による基板表面の被覆率は30%であった。
次いで、実施例4の〔半導体層の成長及び発光素子の製造〕と同じ操作を行って、青色LEDを得た(d/λ=1.0)。
青色LEDは、通電20mAでの光出力は、シリカを含有しないものに比較して、3.0倍であった。
Example 9
Implemented except that colloidal silica (manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd., MP-4540 (trade name), average particle size 450 nm, particle concentration 40% by weight diluted to 20% by weight) was used as the inorganic particles. The same operation as [Inorganic particle arrangement] in Example 1 was performed. The coverage of the substrate surface with colloidal silica particles was 30%.
Next, the same operation as in [Growth of semiconductor layer and production of light emitting device] in Example 4 was performed to obtain a blue LED (d / λ = 1.0).
The blue LED had a light output at a current of 20 mA that was 3.0 times that of the LED not containing silica.

実施例10
無機粒子として、コロイダルシリカ(日産化学工業(株)製、MP−4540(商品名)、平均粒径450nm、粒子濃度40重量%を30重量%に希釈して使用。)を用いた以外、実施例1の〔無機粒子の配置〕と同じ操作を行った。コロイダルシリカ粒子による基板表面の被覆率は48%であった。
次いで、実施例4の〔半導体層の成長及び発光素子の製造〕と同じ操作を行って、青色LEDを得た(d/λ=1.0)。
青色LEDは、通電20mAでの光出力は、シリカを含有しないものに比較して、4.5倍であった。
Example 10
Implemented except that colloidal silica (manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd., MP-4540 (trade name), average particle size 450 nm, particle concentration 40 wt% diluted to 30 wt%) was used as the inorganic particles. The same operation as [Inorganic particle arrangement] in Example 1 was performed. The coverage of the substrate surface with colloidal silica particles was 48%.
Next, the same operation as in [Growth of semiconductor layer and production of light emitting device] in Example 4 was performed to obtain a blue LED (d / λ = 1.0).
The blue LED had a light output of 4.5 times that at 20 mA energization compared to the one not containing silica.

実施例11
無機粒子として、コロイダルシリカ(日産化学工業(株)製、MP−4540(商品名)、平均粒径450nm、粒子濃度40重量%)を用いた以外、実施例1の〔無機粒子の配置〕と同じ操作を行った。コロイダルシリカ粒子による基板表面の被覆率は48%であった。
次いで、実施例4の〔半導体層の成長及び発光素子の製造〕と同じ操作を行って、青色LEDを得た(d/λ=1.0)。
青色LEDは、通電20mAでの光出力は、シリカを含有しないものに比較して、3.0倍であった。
Example 11
[Inorganic particle arrangement] in Example 1 except that colloidal silica (manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd., MP-4540 (trade name), average particle size 450 nm, particle concentration 40% by weight) was used as the inorganic particles. The same operation was performed. The coverage of the substrate surface with colloidal silica particles was 48%.
Next, the same operation as in [Growth of semiconductor layer and production of light emitting device] in Example 4 was performed to obtain a blue LED (d / λ = 1.0).
The blue LED had a light output at a current of 20 mA that was 3.0 times that of the LED not containing silica.

実施例12
無機粒子として、コロイダルシリカ(日本触媒製、シーホスターKE−W50(商品名)、平均粒径550nm、粒子濃度20重量%を10重量%に希釈して使用。)を用いた以外、実施例1の〔無機粒子の配置〕と同じ操作を行った。
次いで、実施例4の〔半導体層の成長及び発光素子の製造〕と同じ操作を行って、青色LEDを得た(d/λ=1.3)。
青色LEDは、通電20mAでの光出力は、シリカを含有しないものに比較して、2.4倍であった。
Example 12
Example 1 except that colloidal silica (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd., Seahoster KE-W50 (trade name), average particle size 550 nm, particle concentration 20 wt% diluted to 10 wt%) was used as the inorganic particles. The same operation as [Disposition of inorganic particles] was performed.
Next, the same operation as in [Growth of semiconductor layer and production of light emitting device] in Example 4 was performed to obtain a blue LED (d / λ = 1.3).
The blue LED had a light output at a current of 20 mA that was 2.4 times that of the LED not containing silica.

実施例13
無機粒子として、コロイダルシリカ(日本触媒製、シーホスターKE−W50(商品名)、平均粒径550nm、粒子濃度20重量%。)を用いた以外、実施例1の〔無機粒子の配置〕と同じ操作を行った。コロイダルシリカ粒子による基板表面の被覆率は60%であった。
次いで、実施例4の〔半導体層の成長及び発光素子の製造〕と同じ操作を行って、青色LEDを得た(d/λ=1.3)。
青色LEDは、通電20mAでの光出力は、シリカを含有しないものに比較して、2.9倍であった。
Example 13
The same operation as [Inorganic particle arrangement] in Example 1 except that colloidal silica (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd., Seahoster KE-W50 (trade name), average particle size 550 nm, particle concentration 20% by weight) was used as the inorganic particles. Went. The coverage of the substrate surface with colloidal silica particles was 60%.
Next, the same operation as in [Growth of semiconductor layer and production of light emitting device] in Example 4 was performed to obtain a blue LED (d / λ = 1.3).
The blue LED had a light output of 2.9 times that at 20 mA energization compared to the one not containing silica.

実施例14
無機粒子として、シリカ(宇部日東化成製、ハイプレシカUF(商品名)、平均粒径1.0μm、8重量%となるようにエタノールに分散させて使用。)を用いた以外、実施例1〔無機粒子の配置〕と同じ操作を行った。コロイダルシリカ粒子による基板表面の被覆率は56%であった。
次いで、実施例4の〔半導体層の成長及び発光素子の製造〕と同じ操作を行って、青色LEDを得た(d/λ=2.3)。
青色LEDは、通電20mAでの光出力は、シリカを含有しないものに比較して、2.2倍であった。
Example 14
Example 1 [inorganic, except that silica (Ube Nitto Kasei, high plesica UF (trade name), average particle size 1.0 μm, dispersed in ethanol so as to be 8% by weight) was used as the inorganic particles. The same operation as in [Particle Arrangement] was performed. The coverage of the substrate surface with colloidal silica particles was 56%.
Next, the same operation as in [Growth of semiconductor layer and production of light emitting device] in Example 4 was performed to obtain a blue LED (d / λ = 2.3).
The blue LED had a light output at a current of 20 mA that was 2.2 times that of the LED not containing silica.

比較例1
無機粒子は使用しなかったこと以外、実施例1の〔無機粒子の配置〕、〔半導体層の成長〕及び〔発光素子の製造〕と同じ操作を行って、青色LEDを得た。
青色LEDは、通電20mAでの光出力は5.0mWであった。
Comparative Example 1
A blue LED was obtained in the same manner as in [Inorganic particle arrangement], [Semiconductor layer growth], and [Light emitting device production] in Example 1 except that inorganic particles were not used.
The blue LED had a light output of 5.0 mW at a current of 20 mA.

比較例2
下地基板上にSiO2をスパッタ法により100nm成膜し、通常のフォトリソグラフィ法を用いて、開口部5μm、パターン部5μmの<1−100>方向のストライプ状パターンを作製した。この基板を用いて、無機粒子を使用しなかったこと以外は実施例1と同様にして窒化物半導体積層基板、次いで窒化物半導体発光素子を得た。得られた窒化物半導体発光素子の通電20mAでの光出力を測定したところ、4.5mWであった。
Comparative Example 2
A SiO 2 film having a thickness of 100 nm was formed on the base substrate by sputtering, and a stripe pattern in the <1-100> direction having an opening portion of 5 μm and a pattern portion of 5 μm was produced using a normal photolithography method. Using this substrate, a nitride semiconductor multilayer substrate and then a nitride semiconductor light emitting device were obtained in the same manner as in Example 1 except that inorganic particles were not used. When the light output of the obtained nitride semiconductor light emitting device at an electric current of 20 mA was measured, it was 4.5 mW.

試験例1
無機粒子として、コロイダルシリカ(日本触媒製、シーホスターKE−W50(商品名)、平均粒径550nm、粒子濃度20重量%を10重量%に希釈して使用。)を用いたこと、及び(サセプタ温度485℃で成長する)低温バッファ層を成長させなかったこと以外、実施例1の〔無機粒子の配置〕、〔半導体層の成長〕と同じ操作を行った。
得られた半導体積層基板の表面は凹凸が大きく鏡面ではなかった。
Test example 1
Colloidal silica (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd., Seahoster KE-W50 (trade name), average particle size 550 nm, particle concentration 20% by weight diluted to 10% by weight) was used as inorganic particles, and (susceptor temperature The same operation as [Inorganic particle arrangement] and [Semiconductor layer growth] in Example 1 was performed except that the low temperature buffer layer (grown at 485 ° C.) was not grown.
The surface of the obtained semiconductor laminated substrate had large irregularities and was not a mirror surface.

試験例2
無機粒子として、コロイダルシリカ(日本触媒製、シーホスターKE−W50(商品名)、平均粒径550nm、粒子濃度20重量%を10重量%に希釈して使用。)を用いたこと、及び(サセプタ温度900℃で成長する)ファセットを形成するためのアンドープGaN層を成長させなかったこと以外、実施例1の〔無機粒子の配置〕、〔半導体層の成長〕と同じ操作を行った。
得られた半導体積層基板の表面は凹凸が大きく鏡面ではなかった。
Test example 2
Colloidal silica (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd., Seahoster KE-W50 (trade name), average particle size 550 nm, particle concentration 20% by weight diluted to 10% by weight) was used as inorganic particles, and (susceptor temperature The same operations as in [Inorganic particle arrangement] and [Semiconductor layer growth] in Example 1 were performed except that the undoped GaN layer for forming facets (growing at 900 ° C.) was not grown.
The surface of the obtained semiconductor laminated substrate had large irregularities and was not a mirror surface.

試験例3
無機粒子として、コロイダルシリカ(日本触媒製、シーホスターKE−W50(商品名)、平均粒径550nm、粒子濃度20重量%を10重量%に希釈して使用。)を用いたこと、サセプタの温度が485℃で成長する低温バッファ層がAl0.3Ga0.7Nであること以外、実施例1の〔無機粒子の配置〕及び〔半導体層の成長〕と同じ操作を行って、窒化物半導体積層基板を得た。そのX線回折ロッキングカーブ半値幅は(004)面に対して194arcsecであり(302)面に対して470arcsecであった。低温バッファ層のAl組成と(302)面のピークの半値幅の関係を図4に示す。
Test example 3
As the inorganic particles, colloidal silica (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd., Seahoster KE-W50 (trade name), average particle size 550 nm, particle concentration 20 wt% diluted to 10 wt%) was used, and the susceptor temperature was A nitride semiconductor multilayer substrate is obtained by performing the same operations as [Inorganic particle arrangement] and [Semiconductor layer growth] in Example 1 except that the low-temperature buffer layer grown at 485 ° C. is Al 0.3 Ga 0.7 N. It was. The half width of the X-ray diffraction rocking curve was 194 arcsec for the (004) plane and 470 arcsec for the (302) plane. FIG. 4 shows the relationship between the Al composition of the low-temperature buffer layer and the half-value width of the peak on the (302) plane.

試験例4
サセプタの温度が485℃で成長する低温バッファ層がAl0.4Ga0.6Nであること以外、試験例3と同じ操作を行って、窒化物半導体基板を得た。そのX線回折ロッキングカーブ半値幅は(004)面に対して199arcsecであり(302)面に対して447arcsecであった。この結果を図4に示す。
Test example 4
A nitride semiconductor substrate was obtained by performing the same operation as in Test Example 3 except that the low-temperature buffer layer grown at a susceptor temperature of 485 ° C. was Al 0.4 Ga 0.6 N. The half width of the X-ray diffraction rocking curve was 199 arcsec for the (004) plane and 447 arcsec for the (302) plane. The result is shown in FIG.

試験例5
サセプタの温度が485℃で成長する低温バッファ層がAlNであること以外、試験例3と同じ操作を行って、窒化物半導体基板を得た。そのX線回折ロッキングカーブ半値幅は(004)面に対して283arcsecであり(302)面に対して596arcsecであった。この結果を図4に示す。
Test Example 5
A nitride semiconductor substrate was obtained by performing the same operation as in Test Example 3 except that the low-temperature buffer layer grown at a susceptor temperature of 485 ° C. was AlN. The half width of the X-ray diffraction rocking curve was 283 arcsec for the (004) plane and 596 arcsec for the (302) plane. The result is shown in FIG.

試験例6
サセプタの温度が485℃で成長する低温バッファ層を成長しないこと以外、試験例3と同じ操作を行って、窒化物半導体基板を得た。その結晶表面は凹凸が大きく鏡面が得られなかった。
Test Example 6
A nitride semiconductor substrate was obtained by performing the same operation as in Test Example 3 except that a low-temperature buffer layer grown at a susceptor temperature of 485 ° C. was not grown. The crystal surface was uneven and a mirror surface could not be obtained.

本発明は、高い輝度を示す半導体発光素子として使用される半導体積層基板を提供する。また、本発明は、半導体積層基板の製造方法を提供する。さらに本発明は、半導体積層基板を含む発光素子を提供する。   The present invention provides a semiconductor multilayer substrate used as a semiconductor light emitting device exhibiting high luminance. Moreover, this invention provides the manufacturing method of a semiconductor laminated substrate. Furthermore, this invention provides the light emitting element containing a semiconductor laminated substrate.

窒化物半導体積層基板の製造方法を説明する工程概略図。The process schematic explaining the manufacturing method of the nitride semiconductor laminated substrate. 低温バッファ層及びファセット形成層を含む半導体積層基板を示す図。The figure which shows the semiconductor laminated substrate containing a low-temperature buffer layer and a facet formation layer. 半導体積層基板の断面の電子顕微鏡写真。The electron micrograph of the cross section of a semiconductor laminated substrate. 低温バッファ層のAl組成とX線回折ロッキングカーブ測定における(302)面のピークの半値幅の関係を示す図。The figure which shows the relationship of the half value width of the peak of (302) plane in Al composition of a low-temperature buffer layer, and a X-ray diffraction rocking curve measurement.

符号の説明Explanation of symbols

11 基板
12 無機粒子
13 窒化物半導体を成長させる成長領域
14 窒化物半導体のファセット構造
15 エピタキシャル成長した窒化物半導体層
21 基板
22 低温バッファ層
23 無機粒子
24 ファセット構造
25 半導体層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Substrate 12 Inorganic particle 13 Growth region 14 for growing nitride semiconductor Facet structure 15 of nitride semiconductor Epitaxially grown nitride semiconductor layer 21 Substrate 22 Low-temperature buffer layer 23 Inorganic particle 24 Facet structure 25 Semiconductor layer

Claims (28)

金属窒化物を除く無機粒子を含有する半導体層を有してなることを特徴とする半導体積層基板。   A semiconductor laminated substrate comprising a semiconductor layer containing inorganic particles excluding metal nitride. 半導体層が無機粒子以外の部分に、金属窒化物、高分子有機化合物又は低分子有機化合物を含む請求項1記載の半導体積層基板。   The semiconductor multilayer substrate according to claim 1, wherein the semiconductor layer contains a metal nitride, a high molecular organic compound, or a low molecular organic compound in a portion other than the inorganic particles. 半導体層が無機粒子以外の部分に、金属窒化物を含む請求項1又は2記載の半導体積層基板。   The semiconductor multilayer substrate according to claim 1, wherein the semiconductor layer contains a metal nitride in a portion other than the inorganic particles. 無機粒子が酸化物、窒化物、炭化物、硼化物、硫化物、セレン化物及び金属からなる群より選ばれる少なくとも1つを含む請求項1〜3のいずれかに記載の半導体積層基板。   The semiconductor multilayer substrate according to any one of claims 1 to 3, wherein the inorganic particles include at least one selected from the group consisting of oxides, nitrides, carbides, borides, sulfides, selenides, and metals. 酸化物がシリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア、セリア、マグネシア、酸化亜鉛、酸化スズ及びイットリウムアルミニウムガーネットからなる群より選ばれる少なくとも1つである請求項4記載の半導体積層基板。   The semiconductor multilayer substrate according to claim 4, wherein the oxide is at least one selected from the group consisting of silica, alumina, zirconia, titania, ceria, magnesia, zinc oxide, tin oxide, and yttrium aluminum garnet. 無機粒子が半導体層の成長におけるマスク材料を含む請求項1〜3のいずれかに記載の半導体積層基板。   The semiconductor multilayer substrate according to claim 1, wherein the inorganic particles include a mask material for the growth of the semiconductor layer. 無機粒子がその表面にマスク材料を有する請求項6記載の半導体積層基板。   The semiconductor laminated substrate according to claim 6, wherein the inorganic particles have a mask material on a surface thereof. マスク材料が無機粒子の表面の30%以上を覆うように存在する請求項7記載の半導体積層基板。   The semiconductor laminated substrate according to claim 7, wherein the mask material is present so as to cover 30% or more of the surface of the inorganic particles. マスク材料がシリカ、ジルコニア、チタニア、窒化珪素、窒化硼素、W、Mo、Cr、Co、Si、Au、Zr、Ta、Ti、Nb、Pt、V、Hf及びPdからなる群より選ばれる少なくとも1つである請求項6〜8のいずれかに記載の半導体積層基板。   The mask material is at least one selected from the group consisting of silica, zirconia, titania, silicon nitride, boron nitride, W, Mo, Cr, Co, Si, Au, Zr, Ta, Ti, Nb, Pt, V, Hf and Pd. The semiconductor laminated substrate according to claim 6, wherein 無機粒子は、形状が球状、板状、針状である、又は不定形である請求項1〜9のいずれかに記載の半導体積層基板。   The semiconductor laminated substrate according to claim 1, wherein the inorganic particles have a spherical shape, a plate shape, a needle shape, or an indeterminate shape. 無機粒子は、平均粒径が5nm以上50μm以下である請求項1〜10のいずれかに記載の半導体積層基板。   The semiconductor multilayer substrate according to claim 1, wherein the inorganic particles have an average particle diameter of 5 nm or more and 50 μm or less. 半導体積層基板は、さらに基板を含む請求項1〜11のいずれかに記載の半導体積層基板。   The semiconductor multilayer substrate according to claim 1, further comprising a substrate. 次の工程(a)及び(b)を含む半導体積層基板の製造方法。
(a) 基板上に、金属窒化物を除く無機粒子を配置する工程、
(b) 半導体層を成長させる工程。
A method for producing a semiconductor laminated substrate, comprising the following steps (a) and (b).
(a) placing inorganic particles excluding metal nitride on a substrate;
(b) A step of growing a semiconductor layer.
さらに、工程(b)後に工程(c)を含む請求項13記載の製造方法。
(c) 半導体層を成長させて、表面を平坦化する工程。
Furthermore, the manufacturing method of Claim 13 including a process (c) after a process (b).
(c) A step of growing the semiconductor layer to flatten the surface.
次の工程(a1)、(a2)及び(b)を含む半導体積層基板の製造方法。
(a1) 基板上に、金属窒化物を除く無機粒子を配置する工程、
(a2) 低温バッファ層を成長させる工程、
(b) 半導体層を成長させる工程。
A method for producing a semiconductor multilayer substrate, comprising the following steps (a1), (a2) and (b).
(a1) a step of arranging inorganic particles excluding metal nitride on a substrate;
(a2) growing a low temperature buffer layer,
(b) A step of growing a semiconductor layer.
さらに、工程(b)後に工程(c)を含む請求項15記載の製造方法。
(c) 半導体層を成長させて、表面を平坦化する工程。
Furthermore, the manufacturing method of Claim 15 including a process (c) after a process (b).
(c) A step of growing the semiconductor layer to flatten the surface.
工程(b)の成長温度が工程(a2)の成長温度と工程(c)の成長温度の間である請求項16記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 16, wherein the growth temperature in the step (b) is between the growth temperature in the step (a2) and the growth temperature in the step (c). 半導体層はX線回折ロッキングカーブ測定における(302)面の回折ピーク半値幅が650arcsec以下である請求項13〜17のいずれかに記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 13, wherein the semiconductor layer has a diffraction peak half-value width of (302) plane in X-ray diffraction rocking curve measurement of 650 arcsec or less. 半導体層が金属窒化物を含む請求項13〜18のいずれかに記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 13, wherein the semiconductor layer contains a metal nitride. 半導体層が有機金属気相成長、分子線エピタキシー及びハイドライド気相成長からなる群より選ばれる1つにより成長させられる請求項13〜19のいずれかに記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 13, wherein the semiconductor layer is grown by one selected from the group consisting of metal organic chemical vapor deposition, molecular beam epitaxy, and hydride vapor deposition. 半導体層がファセット構造を有し、式InxGayAlzN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、x+y+z=1)で表される請求項13〜20のいずれかに記載の製造方法。 21. The semiconductor layer according to claim 13, wherein the semiconductor layer has a facet structure and is represented by a formula In x Ga y Al z N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1, x + y + z = 1). The manufacturing method in any one. 半導体層がファセット構造を有し、式AldGa1-dN(0<d<1)で表される請求項21記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 21, wherein the semiconductor layer has a facet structure and is represented by a formula Al d Ga 1-d N (0 <d <1). 無機粒子が基板の成長面の0.1%以上90%以下を覆うように配置される請求項13〜22のいずれかに記載の製造方法。   The manufacturing method according to any one of claims 13 to 22, wherein the inorganic particles are arranged so as to cover 0.1% to 90% of the growth surface of the substrate. 配置は、スピンコートにより行われる請求項13〜23のいずれかに記載の製造方法。   24. The manufacturing method according to claim 13, wherein the placement is performed by spin coating. 請求項1〜12のいずれかに記載の半導体積層基板を含む発光素子。   The light emitting element containing the semiconductor laminated substrate in any one of Claims 1-12. 発光素子は、さらに、電極を含む請求項25記載の発光素子。   The light emitting device according to claim 25, further comprising an electrode. 発光素子の発光波長をλとし、無機粒子の平均粒径をdとした場合、d/λが0.2以上3.0以下である請求項25又は26記載の発光素子。   27. The light emitting device according to claim 25 or 26, wherein d / λ is 0.2 or more and 3.0 or less, where λ is an emission wavelength of the light emitting device and d is an average particle diameter of inorganic particles. 請求項13〜24のいずれかに記載の製造方法により得られる半導体積層基板。
The semiconductor laminated substrate obtained by the manufacturing method in any one of Claims 13-24.
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