JP2008053385A - 窒化物半導体発光ダイオード素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】基板の表面にストライプ状の溝を有する窒化物半導体発光ダイオード素子における光取出し効率の改善を図り、照明装置用の光源に適した、発光効率の高い窒化物半導体発光ダイオード素子を提供する。
【解決手段】窒化物半導体発光ダイオード素子10において、サファイア基板11の結晶成長面には平行に並んだストライプ状の溝T10が複数形成され、その上には溝T10を埋めるように窒化物半導体層Nが形成され、窒化物半導体層Nは発光するpn接合部を含んでいる。窒化物半導体層Nはサファイア基板11よりも高い屈折率を有しており、ストライプ状の溝T10の少なくとも一部は、壁面Eをもって終端された、末端を有する溝である。
【選択図】図1
【解決手段】窒化物半導体発光ダイオード素子10において、サファイア基板11の結晶成長面には平行に並んだストライプ状の溝T10が複数形成され、その上には溝T10を埋めるように窒化物半導体層Nが形成され、窒化物半導体層Nは発光するpn接合部を含んでいる。窒化物半導体層Nはサファイア基板11よりも高い屈折率を有しており、ストライプ状の溝T10の少なくとも一部は、壁面Eをもって終端された、末端を有する溝である。
【選択図】図1
Description
本発明は、発光素子構造の主要部を窒化物半導体で構成した窒化物半導体発光ダイオード素子(以下、窒化物LEDともいう。)に関し、特に、光取出し効率を改善するために、基板の表面にストライプ状の溝を設けた窒化物LEDに関する。
窒化物半導体は、化学式AlaInbGa1−a−bN(0≦a≦1、0≦b≦1、0≦a+b≦1)で表される化合物半導体であり、3族窒化物半導体などとも呼ばれる。上記化学式において、3族元素の一部をB(ホウ素)、Tl(タリウム)などで置換したもの、また、N(窒素)の一部をP(リン)、As(ヒ素)、Sb(アンチモン)、Bi(ビスマス)などで置換したものも、窒化物半導体に含まれる。現在、窒化物LEDは表示装置用の光源として広く使用されているが、照明装置用の光源としても期待されており、そのために、窒化物LEDの発光効率の更なる改善を目的とした研究開発が盛んに行われている。
図9に、従来の窒化物LEDの典型的な構造例を示す。図9(a)は上面図、図9(b)は図9(a)のX100−X100線の位置における断面図である。この図に示す窒化物LED100は、サファイア基板101の上に、有機金属化合物気相成長法(MOVPE法)などの気相エピタキシャル成長法を用いて、図示しないバッファ層を介して、窒化物半導体からなるn型層102およびp型層103を順次積層して窒化物半導体層Nを形成し、ドライエッチングにより露出させたn型層102の表面に負電極104を形成し、p型層103上に、透光性を有する金属薄膜(膜厚約10nm)からなる正電極105を形成することにより、構成されている。n型層102とp型層103との境界部にはpn接合が形成されており、負電極104と正電極105を通して素子に通電すると、pn接合部において発光が生じる。pn接合部に活性層を設けてダブルヘテロ構造を構成したものは、特に高い発光効率を示す。ここで、pn接合部のうち、実際に発光するのは、正電極105の直下に位置する部分である。理由は、p型の窒化物半導体は導電性が低いために、p型層103の内部では、電流(正孔電流)が横方向(p型層103の厚さ方向に直交する方向)には殆ど拡散しないからである。
図9に示す窒化物LED100においては、発光部で生じる光が、n型層102およびp型層103からなる窒化物半導体層Nに閉じ込められる傾向が強く、このことが素子の発光効率の向上を妨げる一因となっている。このような光の閉じ込めは、相対的に屈折率が高い窒化物半導体層Nを、相対的に屈折率が低いサファイア基板101と(薄い正電極105を介して)空気が挟んでいるために、窒化物半導体層Nをコア(導波部)とする面状の導波路構造が構成されることによって生じる。このような導波路構造が形成されると、光が素子外部に出ないで、窒化物半導体層N内を伝播する状態が安定化するためである。この問題は、窒化物LED100をエポキシなどの樹脂で封止しても、あまり改善されない。樹脂材料の屈折率は空気よりは高いが、窒化物半導体の屈折率と比べると、なお低いためである。このような導波路構造の形成による光の閉じ込めは、金属薄膜からなる正電極105を用いた場合に限って生じるものではなく、開口部を有する正電極を用いた場合、正電極を反射性の電極とした場合、正電極をITO(インジウム錫酸化物)などの透明導電性酸化物で形成した場合などにも生じる。
導波路構造の形成による窒化物半導体層への光閉じ込めを緩和するには、素子の内部に凹凸構造を設けることによって、光の乱反射を発生させることが有効である(特許文献1)。図10は、基板表面にストライプ状の凹凸構造を設けた従来の窒化物LEDの構造を例示する図で、図10(a)は上面図、図10(b)は図10(a)のX200−X200線の位置における断面図、図10(c)は図10(a)のY200−Y200線の位置における断面図である。サファイア基板201の表面には、図10(a)のY200−Y200線に平行な、基板表面を横切るストライプ状の溝T200が複数形成されており、その上に、図示しないバッファ層を介して、n型層202およびp型層203からなる窒化物半導体層Nが形成されている。溝T200はn型層202により埋められている。このような、ストライプ状の溝が規則的に配列されてなる凹凸構造は、その作製が容易である他、窒化物半導体層により埋めることが容易であるという利点を有している。
図10に示す従来の窒化物LED200において、サファイア基板201の表面は、溝T200の長手方向に直交する断面、すなわち、図10(b)に示す断面を見れば、凹凸状となっている。よって、窒化物半導体層Nの内部を、この断面に平行な方向、つまり、図10(a)のX200−X200線に平行な方向に伝播する光成分は乱反射を受けて、素子外に取出される確率が高くなる。しかし、溝T200の長手方向に沿った断面、すなわち、図10(c)に示す断面を見ると、サファイア基板201の表面は凹凸状ではない。従って、窒化物半導体層Nの内部を、この断面に平行な方向、つまり、図10(a)のY200−Y200線に平行な方向に伝播する光成分は、サファイア基板201の表面で乱反射を受けず、素子外に取出される確率が低いままである。つまり、窒化物LED200においては、凹凸構造を設けたことよる光取出し効率の改善が、十分に達成されているとはいえない。
本発明はこのような問題を解決するためになされたものであって、基板の表面にストライプ状の溝を有する窒化物半導体発光ダイオード素子における光取出し効率の改善を図り、それによって、照明装置用の光源に適した、発光効率の高い窒化物半導体発光ダイオード素子を提供することを、主な目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明では、基板の表面に末端を有するストライプ状の溝を設け、この溝の末端の段差によって、窒化物半導体層の内部を該溝の長手方向に沿って伝播する光成分を乱反射させ、その素子外への取出しを促進する。
すなわち、本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子は、次の特徴を有する。
(1)透明な結晶基板の結晶成長面に、平行に並んだストライプ状の溝が複数形成され、該結晶成長面上に、該溝を埋めるように窒化物半導体層が形成され、該窒化物半導体層が発光するpn接合部を含んでいる、窒化物半導体発光ダイオード素子であって、前記窒化物半導体層は前記結晶基板よりも高い屈折率を有しており、前記ストライプ状の溝の少なくとも一部は、末端を有する溝である、窒化物半導体発光ダイオード素子。
(2)前記発光するpn接合部が、前記末端を有する溝の、末端の上方を除く領域のみに設けられている、前記(1)に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
(3)前記発光するpn接合部に活性層が設けられており、かつ、前記末端を有する溝の、末端の上方には、活性層がエッチングにより取り除かれた領域が存在している、前記(2)に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
(4)前記結晶成長面には、第1の方向に伸びるストライプ状の溝が複数平行に形成された第1の凹凸領域と、該第1の方向とは異なる第2の方向に伸びるストライプ状の溝が複数平行に形成された第2の凹凸領域とが設けられている、前記(1)〜(3)のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
(5)前記第1の方向および第2の方向が、前記窒化物半導体層を構成する窒化物半導体結晶にとって、結晶学的に等価な方向である、前記(4)に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
(1)透明な結晶基板の結晶成長面に、平行に並んだストライプ状の溝が複数形成され、該結晶成長面上に、該溝を埋めるように窒化物半導体層が形成され、該窒化物半導体層が発光するpn接合部を含んでいる、窒化物半導体発光ダイオード素子であって、前記窒化物半導体層は前記結晶基板よりも高い屈折率を有しており、前記ストライプ状の溝の少なくとも一部は、末端を有する溝である、窒化物半導体発光ダイオード素子。
(2)前記発光するpn接合部が、前記末端を有する溝の、末端の上方を除く領域のみに設けられている、前記(1)に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
(3)前記発光するpn接合部に活性層が設けられており、かつ、前記末端を有する溝の、末端の上方には、活性層がエッチングにより取り除かれた領域が存在している、前記(2)に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
(4)前記結晶成長面には、第1の方向に伸びるストライプ状の溝が複数平行に形成された第1の凹凸領域と、該第1の方向とは異なる第2の方向に伸びるストライプ状の溝が複数平行に形成された第2の凹凸領域とが設けられている、前記(1)〜(3)のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
(5)前記第1の方向および第2の方向が、前記窒化物半導体層を構成する窒化物半導体結晶にとって、結晶学的に等価な方向である、前記(4)に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子では、基板の表面に設ける凹凸構造を、ストライプ状の溝が並んだ凹凸構造とする。このような凹凸構造は作製が容易であり、かつ、窒化物半導体層により埋めることが容易である。更に、このストライプ状の溝の少なくとも一部を、末端を有する溝とするので、窒化物半導体層内をストライプ状の溝の長手方向に沿って伝播する光成分の、素子外への取出しが促進され、光取出し効率が改善される。よって、本発明の窒化物半導体発光ダイオード素子は、発光効率の高いものとなり、照明装置用の光源として好適に用いることができる。
図1に、本発明の一実施形態に係る窒化物LEDの構造を示す。図1(a)は上面図、図1(b)は図1(a)のX10−X10線の位置における断面図、図1(c)は図1(a)のY10−Y10線の位置(後述する溝T10のひとつを縦断する位置)における断面図である。この図に示す窒化物LED10において、11はサファイア基板であり、その表面には、図1(a)のX10−X10線に直交する方向に伸びる、ストライプ状の溝T10が複数、等間隔で、平行に形成されている。図2は、このサファイア基板11のみを抜き出して描いた上面図である。
サファイア基板11上には、図示しないバッファ層を介して、n型層12およびp型層13からなる窒化物半導体層Nが形成されている。n型層12は溝T10を埋めている。p型層13の一部がドライエッチングにより除去され、それによって露出したn型層12の表面に負電極14が形成されている。p型層13上には正電極15が形成されている。LED10の発光部はn型層12とp型層13との境界部に形成されるpn接合部のうち、正電極15の直下に位置する部分である。このpn接合部に活性層を設けてダブルヘテロ構造を構成すると、特に高い発光効率が得られる。図2においては、点線で囲んだ領域が、正電極15の射影領域、すなわち、発光するpn接合部の射影領域である。
図1に示す窒化物LED10の特徴的な構造は、サファイア基板11の表面に設けられたストライプ状の溝T10が、基板表面を横切っておらず、末端を有している点である。すなわち、溝T10の端は、壁面Eをもって終端されている。この溝T10の末端に形成される段差によって、窒化物半導体層Nの内部を溝T10に平行な方向に伝播する光が乱反射されるので、LEDの光取出し効率が改善される。LED10では、この効果を高くするために、サファイア基板11の表面に設ける溝T10の全てを、両側に末端を有する溝としている。
図1に示す窒化物LED10の、もうひとつの特徴的な構造は、図2に示すように、発光するpn接合部が、溝T31の末端の上方を除く領域のみに設けられていることである。別の言い方をすると、発光するpn接合部を、サファイア基板11の表面の凹凸が規則的なパターンを呈している領域の上方のみに設けていることである。その理由は、溝T10の末端が位置する領域では、凹凸パターンの規則性が破れているために、その上方に成長する窒化物半導体結晶では、他の領域上に成長する窒化物半導体結晶よりも、欠陥の密度が高くなる傾向があるからである。窒化物半導体結晶の欠陥密度が高い領域に形成したpn接合部に電流を流して発光させようとすると、発光に寄与することなくpn接合部を横切って流れる電流(リーク電流)が多くなり、LEDの発光効率が低くなる。従って、そのような領域を避けて、発光するpn接合部を設けることによって、LEDの発光効率の低下を抑えることができる。この目的にとって、素子を上面視したときの、発光するpn接合部の外縁と溝の末端との距離は、1μm以上とすることが好ましく、5μm以上とすることがより好ましく、10μm以上とすることが特に好ましい。
図3に、本発明の他の実施形態に係る窒化物LEDの構造を示す。図3(a)は上面図、図3(b)は図3(a)のX21−X21線の位置における断面図、図3(c)は図1(a)のX22−X22線の位置における断面図である。この図に示す窒化物LED20において、21はサファイア基板であり、その表面には、図3(a)のX21−X21線(およびX22−X22線)に直交する方向に伸びる、ストライプ状の溝T20が複数、等間隔で、平行に形成されている。図4は、このサファイア基板21のみを抜き出して描いた上面図である。
サファイア基板21上には、図示しないバッファ層を介して、n型層22およびp型層23からなる窒化物半導体層Nが形成されている。n型層22は溝T20を埋めている。p型層23の一部がドライエッチングにより除去され、それによって露出したn型層22の表面に負電極24が形成されている。p型層23上には2つの正電極25が、それぞれ異なる位置に形成されている。LED20の発光部はn型層22とp型層23との境界部に形成されるpn接合部のうち、正電極25の直下に位置する部分である。このpn接合部に活性層を設けてダブルヘテロ構造を構成すると、特に高い発光効率が得られる。
図3に示す窒化物LED20の構造上の特徴は、図1の窒化物LED10に比べて、サファイア基板21の表面に設けられたストライプ状の溝T20の長さが短く、かつ、その数が多いことである。それによって、サファイア基板の表面に存在する溝の末端の数も多くなっているので、溝の末端の段差の作用による光取出し効率の改善効果が、より顕著に現れることになる。なお、図4において、点線で囲んだ領域は、正電極25の射影領域、すなわち、発光するpn接合部の射影領域であるが、このLED20の例でも、発光するpn接合部が、サファイア基板21の表面に設けられた溝T20の末端の上方を避けるようにして設けられている。
図5に、本発明の更に他の実施形態に係る窒化物LEDの構造を示す。図5(a)は上面図、図5(b)は図5(a)のX31−X31線の位置における断面図、図5(c)は図5(a)のX32−X32線の位置における断面図である。図6は、図5に示す窒化物LED30に含まれるサファイア基板31のみを抜き出して描いた上面図である。図6において、点線で囲んだ領域は、後述する正電極35の射影領域であり、発光するpn接合部の射影領域に相当する。
窒化物LED30では、サファイア基板31の表面に2つの凹凸領域が設けられている。一方の凹凸領域は、両側に末端を有するストライプ状の溝T31が複数、等間隔で、平行に形成された領域であり、他方の凹凸領域は、両側に末端を有し、溝T31とは異なる方向に伸びるストライプ状の溝T32が、複数、等間隔で、平行に形成された領域である。サファイア基板31上には、図示しないバッファ層を介して、n型層32およびp型層33からなる窒化物半導体層Nが形成されている。この例では、pn接合部となるn型層32の最上部に、活性層Aが設けられている。n型層32は溝T31およびT32を埋めている。p型層33の一部がドライエッチングにより除去され、それによって露出したn型層32の表面に、負電極34が形成されている。この図の例では、2つの負電極34が、n型層32の露出面上の異なる位置に形成されている。この図の例では、また、上記ドライエッチングによって、n型層32上にp型層33が積層された積層構造部が2つに分けられており、それぞれの積層構造部のp型層33上に正電極35が形成されている。LED30の発光部は、n型層32とp型層33との境界部に形成されるpn接合部のうち、正電極35の直下に位置する部分である。
図5に示す窒化物LED30の特徴のひとつは、サファイア基板31の表面に設けられた2つの凹凸領域では、当該凹凸領域に形成されたストライプ状の溝の長手方向が異なっていることである。それによって、一方の凹凸領域では乱反射され難い光成分(当該凹凸領域の溝の長手方向に伝播する光成分)が、他方の凹凸領域では乱反射され易くなるために、LEDの光取り出し効率が改善される。この実施形態において、異なる方向に伸びる溝は、その長手方向が結晶学的に等価な方向となるように設けることが望ましい。例えば、2つの溝の長手方向を、いずれも、窒化物半導体層Nを構成する窒化物半導体結晶の<11−20>方向とすると、溝を埋めるように窒化物半導体結晶を成長させることが容易となる。
図5に示す窒化物LED30のもうひとつの特徴は、溝T31およびT32の末端の上方の領域では、窒化物半導体層Nが活性層Aの下面を超える深さにエッチングされることにより、活性層Aが除去されていることである。活性層は、当該活性層で生じる光に対し、吸収層として働くことから、このように、pn接合部を発光させない領域からは活性層Aを除去することが、LEDの発光効率を改善するうえで好ましい。更に、このエッチングによって露出する活性層Aの端面を傾斜させることによって、光取出し効率の更なる改善を図ることができる。
以上に例示した窒化物LEDは、次のようにして製造することができる。
サファイア基板の表面にストライプ状の溝を設けるには、通常のサファイア基板の表面にエッチングマスクを形成し、フォトリソグラフィ技法を用いてこのエッチングマスクにストライプ状の開口部をパターニングした後、開口部に露出したサファイア基板の表面をエッチングすればよい。このエッチングは、イオンビームエッチング法、反応性イオンエッチング法などのドライエッチング法を用いて行うことが好ましい。溝の幅および、隣接する溝の中心線間の間隔は、例えば、0.5μm〜10μmとすることができる。溝の深さは、例えば、0.2μm〜5μmとすることができる。溝の断面形状としては、図7(a)に示す矩形状、図7(b)に示す台形状、図7(c)に示すV字状、図7(d)に示す半円状など、種々の形状が例示される。溝の末端における上面形状(開口部の形状)としては、図8(a)〜(d)に示す形状が例示される。
サファイア基板の表面にストライプ状の溝を設けるには、通常のサファイア基板の表面にエッチングマスクを形成し、フォトリソグラフィ技法を用いてこのエッチングマスクにストライプ状の開口部をパターニングした後、開口部に露出したサファイア基板の表面をエッチングすればよい。このエッチングは、イオンビームエッチング法、反応性イオンエッチング法などのドライエッチング法を用いて行うことが好ましい。溝の幅および、隣接する溝の中心線間の間隔は、例えば、0.5μm〜10μmとすることができる。溝の深さは、例えば、0.2μm〜5μmとすることができる。溝の断面形状としては、図7(a)に示す矩形状、図7(b)に示す台形状、図7(c)に示すV字状、図7(d)に示す半円状など、種々の形状が例示される。溝の末端における上面形状(開口部の形状)としては、図8(a)〜(d)に示す形状が例示される。
サファイア基板上に窒化物半導体層を成長させる方法としては、MOVPE法、HVPE法(ハイドライド気相成長法)、MBE法(分子ビームエタキシー法)などの気相エピタキシャル成長法が挙げられる。サファイア基板と窒化物半導体層との間には、バッファ層を介在させることが好ましい。窒化物半導体層は、その内部に発光し得るpn接合部が形成されるように、n型層およびp型層を積層して形成する。窒化物半導体層の具体的な構成(層構造、結晶組成、膜厚等)については、周知の技術を適宜参照して設定することができる。p型層に添加したp型不純物を活性化させるためのアニーリング処理や電子線照射処理は、適宜行うことができる。
窒化物半導体層の形成後は、塩素ガスを用いた反応性イオンエッチング法によってn型層を部分的に露出させ、その表面に負電極を形成する。負電極は、Al、Ti、W、Ni、Cr、V等の単体、または、その合金で形成することができる。p型層上に形成する正電極の材料には、白金族元素(Rh、Pt、Pd、Irなど)、Au、Ni、Co等の単体、または、その合金が挙げられる。正電極は、電極を構成する金属膜の厚さを調節することによって、透明電極としたり、反射性電極とすることができる。また、光が通過し得る窓部(開口部)を設けることによって、透光性を付与することもできる。負電極および正電極は、ITO、酸化インジウム、酸化錫、IZO(インジウム亜鉛酸化物)、AZO(アルミニウム亜鉛酸化物)、酸化亜鉛その他の透明導電性酸化物を用いて形成することもできる。接点用電極(ボンディング・パッド)の形成も、従来公知の技術を参照して適宜行うことができる。
窒化物半導体層の表面が電極に覆われない部分は、絶縁保護膜で被覆することが好ましい。ウェハからチップ状のLEDを切り出すには、この分野で通常用いられている、ダイシング、スクライビング等の方法を用いることができる。
本発明の窒化物LEDに用いる基板はサファイア基板に限定されるものではなく、窒化物半導体のエピタキシャル成長に適した透明な結晶基板を任意に用いることができる。そのような基板として、AlN、スピネル、ZnO、NGO(NdGaO3)、LGO(LiGaO2)、LAO(LaAlO3)などからなる単結晶基板が挙げられる。これらの材料からなる単結晶層を表層として有するテンプレート基板も使用可能である。本発明の効果は、窒化物半導体層の屈折率が基板の屈折率よりも高いときに表れ、両者の屈折率差が大きい程、顕著となる。
(実施例)
図1に示す窒化物LED10の作製例を以下に述べる。
〔サファイア基板の加工〕
C面サファイア基板の表面にフォトレジストからなるマスクを形成し、フォトリソグラフィ技法を用いてこのマスクにストライプ状の開口部を、複数、等間隔で、平行に形成した。該ストライプ状の開口部の幅は3μm、周期(隣接する開口部の中心線間の間隔)は6μm、開口部の長さは300μm、長手方向はサファイアの〈1−100〉方向(基板上に成長する窒化物半導体結晶の〈11−20〉方向となる)とした。
次に、該マスク上から反応性イオンエッチングを行うことにより、マスクの開口部に深さ1μmの溝T10を形成して、表面が加工されたサファイア基板11を得た。
図1に示す窒化物LED10の作製例を以下に述べる。
〔サファイア基板の加工〕
C面サファイア基板の表面にフォトレジストからなるマスクを形成し、フォトリソグラフィ技法を用いてこのマスクにストライプ状の開口部を、複数、等間隔で、平行に形成した。該ストライプ状の開口部の幅は3μm、周期(隣接する開口部の中心線間の間隔)は6μm、開口部の長さは300μm、長手方向はサファイアの〈1−100〉方向(基板上に成長する窒化物半導体結晶の〈11−20〉方向となる)とした。
次に、該マスク上から反応性イオンエッチングを行うことにより、マスクの開口部に深さ1μmの溝T10を形成して、表面が加工されたサファイア基板11を得た。
〔窒化物半導体層の形成〕
フォトレジストからなるマスクを除去後、MOVPE装置に上記サファイア基板11を装着し、水素雰囲気下で1100℃まで昇温して、表面のクリーニングを行った。
次に、基板温度を500℃まで下げ、GaNからなる低温成長バッファ層を成長させた。
次に、基板を1000℃に昇温し、n型層12として、まず、SiドープGaNクラッド層を、溝T10を埋めて、更に、上面が平坦となるまで成長させ、続いて、基板温度を750℃に下げ、InGaNからなる井戸層および障壁層を交互に成長させて、MQW構造の活性層Aを成長させた。井戸層の成長時は、発光波長が405nmとなるように、トリメチルインジウムの供給量を調節した。
次に、基板を1000℃に昇温し、p型層12として、まず、MgドープAlGaNクラッド層を成長させ、続いて、MgドープGaNコンタクト層を成長させた。
その後、アンモニア雰囲気中で基板温度を室温まで降下させ、ウェハをMOVPE装置から取り出した。
フォトレジストからなるマスクを除去後、MOVPE装置に上記サファイア基板11を装着し、水素雰囲気下で1100℃まで昇温して、表面のクリーニングを行った。
次に、基板温度を500℃まで下げ、GaNからなる低温成長バッファ層を成長させた。
次に、基板を1000℃に昇温し、n型層12として、まず、SiドープGaNクラッド層を、溝T10を埋めて、更に、上面が平坦となるまで成長させ、続いて、基板温度を750℃に下げ、InGaNからなる井戸層および障壁層を交互に成長させて、MQW構造の活性層Aを成長させた。井戸層の成長時は、発光波長が405nmとなるように、トリメチルインジウムの供給量を調節した。
次に、基板を1000℃に昇温し、p型層12として、まず、MgドープAlGaNクラッド層を成長させ、続いて、MgドープGaNコンタクト層を成長させた。
その後、アンモニア雰囲気中で基板温度を室温まで降下させ、ウェハをMOVPE装置から取り出した。
〔電極形成〕
上記工程で得られたウェハに対して、アニーリング処理、反応性イオンエッチングによるSiドープGaNクラッド層の露出、負電極14の形成、正電極15の形成、正電極15上へのボンディング・パッドの形成、電極の熱処理を、順次行った。
負電極14は、蒸着法を用いて、SiドープGaNクラッド層の露出面に、Ti(チタン)、Al(アルミニウム)をこの順に積層することにより形成した。
正電極15の材料はITOとし、蒸着法を用いて、MgドープGaNコンタクト層上に形成した。このとき、正電極15が、サファイア基板11の表面に形成した溝T10の末端の上方の領域に形成されないように、位置合わせを行った。
上記工程で得られたウェハに対して、アニーリング処理、反応性イオンエッチングによるSiドープGaNクラッド層の露出、負電極14の形成、正電極15の形成、正電極15上へのボンディング・パッドの形成、電極の熱処理を、順次行った。
負電極14は、蒸着法を用いて、SiドープGaNクラッド層の露出面に、Ti(チタン)、Al(アルミニウム)をこの順に積層することにより形成した。
正電極15の材料はITOとし、蒸着法を用いて、MgドープGaNコンタクト層上に形成した。このとき、正電極15が、サファイア基板11の表面に形成した溝T10の末端の上方の領域に形成されないように、位置合わせを行った。
〔チップへの分断〕
電極形成の後、サファイア基板11の下面を研磨して、その厚さを100μmまで薄くした後、サファイア基板11の表面に形成した溝T10の両末端がチップ内に入るように、該研磨面にスクライブ線を罫書き、ブレーキングを行って、350μm角の正方形状のチップを得た。
電極形成の後、サファイア基板11の下面を研磨して、その厚さを100μmまで薄くした後、サファイア基板11の表面に形成した溝T10の両末端がチップ内に入るように、該研磨面にスクライブ線を罫書き、ブレーキングを行って、350μm角の正方形状のチップを得た。
(比較例)
サファイア基板の結晶成長面に形成するストライプ状の溝を、素子をチップ化したときに、該溝が基板を横切るように形成した(末端を有さない溝とした)ことを除いて、実施例と同様にして窒化物LEDを作製した。
サファイア基板の結晶成長面に形成するストライプ状の溝を、素子をチップ化したときに、該溝が基板を横切るように形成した(末端を有さない溝とした)ことを除いて、実施例と同様にして窒化物LEDを作製した。
(評価)
実施例および比較例で得た窒化物LEDのチップ(ベアチップ)を、サファイア基板側を下側にしてリードフレーム上に固定し、ワイヤボンディングを行った後、電流値20mAで通電を行い、そのときの出力を積分球を用いて測定したところ、実施例の窒化物LEDの出力は7.4mWであった。これは、比較例の窒化物LEDの出力の約1.1倍であった。
実施例および比較例で得た窒化物LEDのチップ(ベアチップ)を、サファイア基板側を下側にしてリードフレーム上に固定し、ワイヤボンディングを行った後、電流値20mAで通電を行い、そのときの出力を積分球を用いて測定したところ、実施例の窒化物LEDの出力は7.4mWであった。これは、比較例の窒化物LEDの出力の約1.1倍であった。
10、20、30 窒化物半導体発光ダイオード素子
11、21、31 サファイア基板
12、22、32 n型層
13、23、33 p型層
14、24、34 負電極
15、25、35 正電極
N 窒化物半導体層
T10、T20、T31、T32 ストライプ状の溝
11、21、31 サファイア基板
12、22、32 n型層
13、23、33 p型層
14、24、34 負電極
15、25、35 正電極
N 窒化物半導体層
T10、T20、T31、T32 ストライプ状の溝
Claims (5)
- 透明な結晶基板の結晶成長面に、平行に並んだストライプ状の溝が複数形成され、該結晶成長面上に、該溝を埋めるように窒化物半導体層が形成され、該窒化物半導体層が発光するpn接合部を含んでいる、窒化物半導体発光ダイオード素子であって、
前記窒化物半導体層は前記結晶基板よりも高い屈折率を有しており、
前記ストライプ状の溝の少なくとも一部は、末端を有する溝である、窒化物半導体発光ダイオード素子。 - 前記発光するpn接合部が、前記末端を有する溝の、末端の上方を除く領域のみに設けられている、請求項1に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
- 前記発光するpn接合部に活性層が設けられており、かつ、前記末端を有する溝の、末端の上方には、活性層がエッチングにより取り除かれた領域が存在している、請求項2に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
- 前記結晶成長面には、第1の方向に伸びるストライプ状の溝が複数平行に形成された第1の凹凸領域と、該第1の方向とは異なる第2の方向に伸びるストライプ状の溝が複数平行に形成された第2の凹凸領域とが設けられている、請求項1〜3のいずれかに記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
- 前記第1の方向および第2の方向が、前記窒化物半導体層を構成する窒化物半導体結晶にとって、結晶学的に等価な方向である、請求項4に記載の窒化物半導体発光ダイオード素子。
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2006
- 2006-08-23 JP JP2006227121A patent/JP2008053385A/ja active Pending
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