JP2008108924A - 化合物半導体発光素子およびそれを用いる照明装置ならびに化合物半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】(100)スピネル基板1をMOCVD装置にセッティングし、その上にノンドープGaN薄膜2を形成し(図1(a))、抵抗加熱蒸着によって、カタリスト材料層となるFe薄膜3を5nm蒸着する(図1(b))。再び、そのスピネル基板1をMOCVD装置内にセッティングし、昇温アニールすることで前記Fe薄膜3を島状のFe粒4とする(図1(c))。以降、このFe粒4からGaとNとを取込ませ、(10−11)面を有するGaNナノコラム5を成長させる(図1(d))。したがって、得られたGaNナノコラム5の成長面は半極性面であり、ピエゾ電界の影響を緩和し、量子井戸内の電子と正孔との波動関数の重なりを大きくすることができる。また、ナノコラムによって貫通転位を減少することもできる。こうして、発光再結合効率を高めることができる。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明の実施の一形態に係る化合物半導体発光素子である発光ダイオードの製造工程を模式的に示す断面図である。本実施の形態は請求項1,4に対応するものである。本実施の形態および後述する他の実施の形態では、ナノコラムの成長は、有機金属気相成長(MOCVD(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition))によって行うことを前提としているが、ナノコラムの成長方法はこれに限定されるものではなく、分子線エピタキシー(MBE)やハイドライド気相成長(HVPE)法等を用いてもナノコラムが作製可能である。以下、特に断らない限り、MOCVD装置を用いるものとする。また、ナノコラムの材料としてGaNを例にとるが、それに限定されるものではなく、酸化物、窒化物、酸窒化物などを含む化合物半導体発光素子すべてを対象とすることができる。
図2は、本発明の実施の他の形態に係る化合物半導体発光素子である発光ダイオードの製造工程を模式的に示す断面図である。本実施の形態は請求項2,5に対応するものである。先ず、図2(a)で示すように、(1−100)4H−SiC基板14上に、AlN薄膜15をMBE(Molecular Beam Epitaxy)装置を用いて5nm成長させる。成長温度は950℃、成長レートは5nm/min、かつAl/Nフラックス比は約1程度とする。次に、温度を800℃に保ちながら、Ga/Nフラックス比を1よりはるかに小さな値にして供給すると、図2(b)で示すように、(1−100)GaNナノコラム16が成長レート約3nm/minで成長し、約5時間半で高さ1μm、コラム基底部の幅が50〜100nmの(1−100)GaNナノコラム結晶16が得られる。
図3は、本発明の実施のさらに他の形態に係る化合物半導体発光素子である発光ダイオードの製造工程を模式的に示す断面図である。本実施の形態は請求項2,4に対応するものであり、前述の図1で示す実施の形態に類似している。先ず、a面(11−20)面サファイア基板23をMOCVD装置内のリアクターにセッティングし、図3(a)で示すように、その上に2μm厚のノンドープGaN薄膜24を形成する。本成膜方法は公知である。次に、抵抗加熱蒸着によって、図3(b)で示すように、厚さ3nmのAu薄膜25を形成する。再びそのサファイア基板23をMOCVD装置内のリアクターにセッティングし、900℃まで昇温する。この昇温アニールによって、図3(c)で示すように、Au薄膜25は島状のAu粒26になる。
図4は、本発明の実施の他の形態に係る照明装置を模式的に示す断面図である。この照明装置には、上述の図2で示す発光ダイオードを用いることができる。この照明装置は、上述の図2で示すようにして作製された発光ダイオードから成るLEDチップ41を、モジュール基板36に直接ダイボンディングすることで構成されている。具体的には、モジュール基板36の上に絶縁層37を設け、その上にLEDチップ41のp型電極パッド21とコンタクトをとる配線パターン38およびn型電極22とコンタクトをとる配線パターン39を形成し、ダイボンドすることでLEDチップ41の裏面に形成されたn型電極22と配線パターン39とを電気的に接続し、Auワイヤ42を用いてp型電極パッド21と配線パターン38とを電気的に接続している。そして、LEDチップ41の周囲には、高反射膜を表面に形成したすり鉢状の反射構造体40が設けてあり、この中にはLEDチップ41を封止するための透明樹脂43が充填されている。前記図1および図3で示す発光ダイオードを用いる場合には、p型電極パッド12,34およびn型電極パッド13,35が共にAuワイヤによって配線パターン38と電気的に接続される。
2,24 ノンドープGaN薄膜
3 Fe薄膜
4 Fe粒
5,16,27 GaNナノコラム
6,28 n型層
7,17,29 活性層
8,30 p型層
10,32 酸化膜
11,20,33 薄膜
12,21,34 p型電極パッド
13,35 n型電極パッド
14 4H−SiC基板
15 AlN薄膜
18 p型GaNナノコラム層
19 保護膜
22 n型電極
23 サファイア基板
25 Au薄膜
26 Au粒
36 モジュール基板
37 絶縁層
38,39 配線パターン
40 反射構造体
41 LEDチップ
42 Auワイヤ
43 透明樹脂
Claims (5)
- 結晶基板上に、少なくともn型層、発光層およびp型層を積層して成る化合物半導体発光素子において、
前記n型層、発光層およびp型層は、前記結晶基板の結晶軸の一つであるc軸方向に沿って存在するピエゾ電界に対し、より小さいピエゾ電界になる結晶軸に沿って成長したナノスケールの柱状結晶構造体から成ることを特徴とする化合物半導体発光素子。 - 前記柱状結晶構造体は、III族の窒化物或いは酸化物から成るとともに、前記結晶軸は、ピエゾ電界を有しないa軸またはm軸であることを特徴とする請求項1記載の化合物半導体発光素子。
- 前記請求項1または2記載の化合物半導体発光素子を用いることを特徴とする照明装置。
- 結晶基板上に、少なくともn型層、発光層およびp型層を積層して成る化合物半導体発光素子の製造方法において、
前記結晶基板のc面以外の所望の面を成長面とし、その成長面上に、化合物半導体材料に対するカタリスト材料層を成膜する工程と、
前記カタリスト材料層を、ナノスケールの柱状結晶構造体を成長させるべき配置位置で、成長させるべき柱径に対応した形状に存置する工程と、
残されたカタリスト材料層から前記化合物半導体材料を取込ませ、該カタリスト材料層と前記結晶基板もしくは成長した結晶との界面で結合させて前記少なくともn型層、発光層およびp型層を結晶成長させる工程とを含むことを特徴とする化合物半導体発光素子の製造方法。 - 結晶基板上に、少なくともn型層、発光層およびp型層を積層して成る化合物半導体発光素子の製造方法において、
前記結晶基板のc面以外の所望の面を成長面とし、その成長面上に、化合物半導体材料に対する種結晶膜を成膜する工程と、
前記種結晶膜上に前記化合物半導体材料を堆積させて前記少なくともn型層、発光層およびp型層を結晶成長させる工程とを含むことを特徴とする化合物半導体発光素子の製造方法。
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