JP2012216603A - Nitride semiconductor light-emitting element and method of manufacturing the same - Google Patents

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Masataka Ota
征孝 太田
Shuichi Hirukawa
秀一 蛭川
Fumio Yamashita
文雄 山下
Takeshi Kamikawa
剛 神川
Yoshihiro Ueda
吉裕 上田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nitride semiconductor light-emitting element by which a high-quality buffer layer with suppressed crack generation can be formed on a heterogeneous substrate.SOLUTION: This nitride semiconductor light-emitting element has: a heterogeneous substrate 10 composed of a material different from a nitride semiconductor; a sputter film 20 formed on a principal surface 10a of the heterogeneous substrate 10 and composed of the nitride semiconductor; and a light-emitting element part formed on the sputter film 20 and composed of the nitride semiconductor. The heterogeneous substrate 10 includes a recessed part 15 formed to a part of the principal surface 10a. The recessed part 15 has an inclined plane 16 and is formed substantially in V shape in a cross-sectional view. In the inclined plane 16, an inclination angle on a bottom side of the recessed part 15 is equal to or less than an inclination angle on the principal surface 10a side.

Description

本発明は、窒化物半導体発光素子およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a nitride semiconductor light emitting device and a method for manufacturing the same.

GaN、AlN、InNおよびそれらの混晶に代表される窒化物半導体は、AlGaInAs系半導体やAlGaInP系半導体に比べてバンドギャップEgが大きく、かつ直接遷移型の半導体材料であるという特徴を有している。このため、これらの窒化物半導体は、紫外線から緑色に及ぶ波長領域における発光が可能な半導体レーザ素子や、紫外線から赤色までの広い発光波長範囲をカバーできる発光ダイオード素子などの半導体発光素子を構成する材料として注目されており、プロジェクターやフルカラーディスプレー、さらには環境・医療分野など、広く応用が考えられている。   Nitride semiconductors typified by GaN, AlN, InN, and mixed crystals thereof have characteristics that they have a large band gap Eg and are direct transition type semiconductor materials compared to AlGaInAs semiconductors and AlGaInP semiconductors. Yes. For this reason, these nitride semiconductors constitute semiconductor light emitting devices such as a semiconductor laser device capable of emitting light in a wavelength range from ultraviolet to green and a light emitting diode device capable of covering a wide light emission wavelength range from ultraviolet to red. It is attracting attention as a material, and is widely considered for applications such as projectors, full-color displays, and environmental and medical fields.

また、近年、窒化物半導体を用いた半導体発光素子において、その発光波長を短波長化することにより、殺菌・浄水、各種医療分野、公害物質の高速分解処理などの非常に幅広い分野での応用が期待される、紫外領域で発光する半導体発光素子の研究開発が各研究機関で精力的に行われている。   In recent years, semiconductor light emitting devices using nitride semiconductors can be applied in a very wide range of fields such as sterilization / water purification, various medical fields, and high-speed decomposition treatment of pollutants by shortening the emission wavelength. The research and development of semiconductor light-emitting elements that emit light in the ultraviolet region are being actively conducted by each research institution.

窒化物半導体を用いた半導体発光素子では、一般的に、基板としてサファイア基板が用いられている。また、その成長面には、極性面であるc面((0001)面)が利用されている。そして、このc面上に活性層を含む窒化物半導体層が積層されることによって窒化物半導体発光素子が形成されている。   In a semiconductor light emitting device using a nitride semiconductor, a sapphire substrate is generally used as a substrate. In addition, a c-plane ((0001) plane) that is a polar plane is used as the growth plane. A nitride semiconductor light emitting device is formed by laminating a nitride semiconductor layer including an active layer on the c-plane.

しかしながら、上記のような半導体発光素子においては、これまでのところ、AlNやAlGaN、AlInGaN結晶の高品質化を図るのが困難であるという不都合があった。このため、発光素子の発光効率を向上させることが困難であるという問題があった。   However, in the semiconductor light emitting device as described above, there has been an inconvenience so far that it is difficult to improve the quality of AlN, AlGaN, and AlInGaN crystals. Therefore, there is a problem that it is difficult to improve the light emission efficiency of the light emitting element.

ここで、窒化物半導体発光素子の基板として、サファイア基板などの窒化物半導体とは異なる材料からなる異種基板を用いた場合、基板との格子不整合などに起因して、その上に形成される窒化物半導体層の結晶品質が低下するという不都合がある。そのため、結晶品質の低下を抑制するために、異種基板の主面上に窒化物半導体からなるバッファ層を形成した後、そのバッファ層上に窒化物半導体層を形成する手法が一般的に用いられている。   Here, when a heterogeneous substrate made of a material different from a nitride semiconductor such as a sapphire substrate is used as the substrate of the nitride semiconductor light emitting device, it is formed on the substrate due to lattice mismatch with the substrate. There is a disadvantage that the crystal quality of the nitride semiconductor layer is lowered. Therefore, in order to suppress the deterioration of the crystal quality, a method of forming a nitride semiconductor layer on the buffer layer after forming a buffer layer made of a nitride semiconductor on the main surface of the heterogeneous substrate is generally used. ing.

そして、発光素子の発光効率を向上させるためには、異種基板上(例えばサファイア基板など)に形成される窒化物半導体からなるバッファ層の品質を向上させることが重要となる。   In order to improve the light emission efficiency of the light emitting element, it is important to improve the quality of the buffer layer made of a nitride semiconductor formed on a heterogeneous substrate (for example, a sapphire substrate).

バッファ層の品質を向上させる手法として、たとえば特許文献1には、異種基板の主面上にスパッタ法を用いてAlNバッファ層を形成した後、このAlNバッファ層上に結晶成長法を用いて窒化物半導体層を形成する手法が開示されている。特許文献1に開示の発光素子は、青色領域で発光する窒化物半導体発光素子であるため、スパッタ法により形成されたAlNバッファ層上に、このAlNバッファ層に接するようにGaN下地層が形成されている。そして、このGaN下地層上に窒化物半導体からなる積層構造が形成されている。   As a technique for improving the quality of the buffer layer, for example, in Patent Document 1, an AlN buffer layer is formed on a main surface of a heterogeneous substrate by sputtering, and then nitrided by crystal growth on the AlN buffer layer. A technique for forming a physical semiconductor layer is disclosed. Since the light-emitting element disclosed in Patent Document 1 is a nitride semiconductor light-emitting element that emits light in the blue region, a GaN foundation layer is formed on an AlN buffer layer formed by sputtering so as to be in contact with the AlN buffer layer. ing. A laminated structure made of a nitride semiconductor is formed on the GaN foundation layer.

また、深紫外領域で発光する窒化物半導体発光素子においては、サファイア基板上にAlN層が結晶成長されたテンプレート基板を用いる手法が知られている(たとえば、非特許文献1参照)。   In nitride semiconductor light emitting devices that emit light in the deep ultraviolet region, a technique using a template substrate in which an AlN layer is crystal-grown on a sapphire substrate is known (see, for example, Non-Patent Document 1).

上記非特許文献1には、テンプレート基板のAlN層に凹部を形成し、このテンプレート基板上にAlNバッファ層を再成長する手法が開示されている。この非特許文献1では、テンプレート基板のAlN層に凹部が形成されているため、その上に成長されるAlNバッファ層にボイドが形成される。そして、このボイドによってAlNバッファ層の歪みが緩和されるので、バッファ層の品質が向上する。なお、非特許文献1では、上記凹部はエッチングにより形成されており、その形状は断面的に見て略矩形状となっている。   Non-Patent Document 1 discloses a technique in which a recess is formed in an AlN layer of a template substrate, and an AlN buffer layer is regrown on the template substrate. In this non-patent document 1, since the recess is formed in the AlN layer of the template substrate, a void is formed in the AlN buffer layer grown thereon. And since the distortion of the AlN buffer layer is relieved by this void, the quality of the buffer layer is improved. In Non-Patent Document 1, the concave portion is formed by etching, and the shape thereof is substantially rectangular when viewed in cross section.

特開2008−205267号公報JP 2008-205267 A

Phys.Status Solidi C6,No.52,(2009) 5356−5359Phys. Status Solidi C6, No. 52, (2009) 5356-5359

本願発明者らは、深紫外領域で発光する高効率発光素子の実現に向けて、異種基板の主面上に結晶成長法ではない手法(たとえばスパッタ法など)を用いてAlNバッファ層(スパッタ膜)を成膜し、このスパッタ膜に隣接する(接する)ように結晶成長法によりバッファ層を形成する手法を用いて結晶品質の向上の検討を進めていた。そして、スパッタ法により形成されたAlN層上に、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法を用いてAl組成比の高いAlxInyGazN(x+y+z=1、Al組成比xがたとえば0.85以上1.00以下)を直接成長させた場合に、クラックが多発するという課題があることを見出した。また、Al組成比を増加させていくとクラックも増加する傾向にあり、特にAlN膜を、結晶成長法を用いて成長させたときにクラック発生が非常に顕著であった。 In order to realize a high-efficiency light-emitting element that emits light in the deep ultraviolet region, the inventors of the present application use an AlN buffer layer (sputtered film) on a main surface of a different substrate by using a method (for example, sputtering method) that is not a crystal growth method. ), And a method of forming a buffer layer by a crystal growth method so as to be adjacent to (in contact with) the sputtered film has been studied to improve crystal quality. Then, on the AlN layer formed by sputtering, MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition ) method Al high Al composition ratio using x In y Ga z N (x + y + z = 1, Al composition ratio x, for example 0. It has been found that there is a problem that cracks frequently occur when directly growing (85 to 1.00). Further, when the Al composition ratio is increased, cracks tend to increase. In particular, when an AlN film is grown using a crystal growth method, the occurrence of cracks is very remarkable.

なお、スパッタ法により形成されたAlNバッファ層(スパッタ膜)上にGaN層(下地層)を成長させる場合、このような現象は見られない(特許文献1参照)。   Note that such a phenomenon is not observed when a GaN layer (underlayer) is grown on an AlN buffer layer (sputtered film) formed by sputtering (see Patent Document 1).

一般的に、バッファ層上に半導体層を形成する場合、その半導体層の組成がバッファ層の組成と近い程、格子不整合差等が小さくなるためクラックが発生し難くなる。しかしながら、スパッタ法により形成されたAlNバッファ層(スパッタ膜)上に、結晶成長法により窒化物半導体層を形成する場合は、通常とは逆の結果が生じる。スパッタ膜とは製法が異なるものの、スパッタ膜上に形成される窒化物半導体層をスパッタ膜と同一材料に近づけるほど、換言すると、Al組成比を増やしてAlNに近づけるほどクラックが多発するという現象は非常に特異な現象である。これは、AlNスパッタ膜上に高いAl組成比を有する窒化物半導体層を結晶成長した場合に生じる特有の課題である。   In general, when a semiconductor layer is formed on a buffer layer, the closer the composition of the semiconductor layer is to the composition of the buffer layer, the smaller the lattice mismatch difference and the like, so that cracks are less likely to occur. However, when the nitride semiconductor layer is formed by the crystal growth method on the AlN buffer layer (sputtered film) formed by the sputtering method, an opposite result to the normal case occurs. Although the manufacturing method is different from the sputtered film, the phenomenon that the more the nitride semiconductor layer formed on the sputtered film is closer to the same material as the sputtered film, in other words, the more the cracks occur as the Al composition ratio is increased and closer to AlN. It is a very unique phenomenon. This is a particular problem that occurs when a nitride semiconductor layer having a high Al composition ratio is grown on an AlN sputtered film.

ここで、クラックの発生を抑制するために、上記非特許文献1のようにAlN層に凹部を形成する手法を用いることも考えられる。この場合には、基板上に形成されるAlNバッファ層にボイドが形成されるため、このボイドによりクラックの発生が抑制されることが期待される。   Here, in order to suppress the occurrence of cracks, it is conceivable to use a method of forming a recess in the AlN layer as in Non-Patent Document 1 above. In this case, since voids are formed in the AlN buffer layer formed on the substrate, it is expected that the generation of cracks is suppressed by the voids.

しかしながら、この場合にはAlNバッファ層中に比較的大きなボイドが形成されるため、AlNバッファ層の表面に凹凸ができ易くなる。すなわち、AlNバッファ層の表面を平坦化するのが困難になるという不都合がある。AlNバッファ層の厚みを大きくすることによって、層表面を平坦化することは可能であるものの、この場合には、原料効率が低下するという不都合が生じる。加えて、スループットも低下する。さらに、AlNバッファ層の厚みが大き過ぎるとクラックが発生するおそれもある。したがって、非特許文献1に開示の手法を用いた場合でも、バッファ層の品質を効果的に改善することは困難となる。   However, in this case, since a relatively large void is formed in the AlN buffer layer, the surface of the AlN buffer layer is likely to be uneven. That is, there is an inconvenience that it is difficult to flatten the surface of the AlN buffer layer. Although it is possible to flatten the surface of the layer by increasing the thickness of the AlN buffer layer, in this case, there is a disadvantage that the raw material efficiency is lowered. In addition, throughput is also reduced. Furthermore, if the thickness of the AlN buffer layer is too large, cracks may occur. Therefore, even when the method disclosed in Non-Patent Document 1 is used, it is difficult to effectively improve the quality of the buffer layer.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、クラックの発生が抑制された高品質のバッファ層を異種基板上に形成することが可能な窒化物半導体発光素子およびその製造方法を提供することである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and one object of the present invention is to form a high-quality buffer layer on which a crack is suppressed on a heterogeneous substrate. And a method for manufacturing the same.

この発明のもう1つの目的は、発光効率を向上させることが可能な窒化物半導体発光素子およびその製造方法を提供することである。   Another object of the present invention is to provide a nitride semiconductor light emitting device capable of improving luminous efficiency and a method for manufacturing the same.

上記目的を達成するために、本願発明者らが鋭意検討した結果、異種基板の主面部分に凹部を形成するとともに、その凹部の形状(断面形状)を変えることによって、クラックの発生を抑制しながら、スパッタ膜上に成長される窒化物半導体層(バッファ層)の層表面を容易に平坦化できることを見出した。   As a result of intensive studies by the inventors of the present invention to achieve the above object, the formation of a recess in the main surface portion of a dissimilar substrate and the change of the shape (cross-sectional shape) of the recess suppress the generation of cracks. However, it has been found that the surface of the nitride semiconductor layer (buffer layer) grown on the sputtered film can be easily planarized.

すなわち、この発明の第1の局面による窒化物半導体発光素子は、窒化物半導体とは異なる材料から構成される異種基板と、異種基板の主面上に形成され、窒化物半導体から構成されるスパッタ膜と、スパッタ膜上に形成され、窒化物半導体から構成される発光素子部とを備えている。また、異種基板の主面部分には凹部が形成されている。この凹部は、傾斜面を有するとともに、断面的に見て、略V字状に形成されている。また、凹部の傾斜面は、凹部の底側の傾斜角度が主面側の傾斜角度以下とされている。   That is, the nitride semiconductor light emitting device according to the first aspect of the present invention includes a heterogeneous substrate made of a material different from the nitride semiconductor, and a sputter formed on the main surface of the heterogeneous substrate and made of the nitride semiconductor. And a light emitting element portion formed on the sputtered film and made of a nitride semiconductor. In addition, a recess is formed in the main surface portion of the dissimilar substrate. The recess has an inclined surface and is formed in a substantially V shape when viewed in cross section. In addition, the inclined surface of the recess has an inclination angle on the bottom side of the recess that is equal to or less than an inclination angle on the main surface side.

この第1の局面による窒化物半導体発光素子では、上記のように、異種基板に形成される凹部の形状を、断面的に見て、略V字状(V字に近い形状)にするとともに、その傾斜面を、凹部の底側の傾斜角度が主面側の傾斜角度以下となるようにしている。このため、異種基板の主面上にスパッタ膜を形成し、このスパッタ膜上に窒化物半導体層(バッファ層)を成長させた場合でも、バッファ層の表面を平坦化することができる。すなわち、凹部を上記のように形成することによって、バッファ層を成長させた際に、凹部が比較的埋まり易くなるため、バッファ層の厚みを大きくすることなく層表面を平坦化することができる。なお、凹部は、作製誤差により生じる場合を除き、その底部分に平坦部分をほとんど含まない形状とされているのが好ましい。   In the nitride semiconductor light emitting device according to the first aspect, as described above, the shape of the recess formed in the heterogeneous substrate is substantially V-shaped (a shape close to V-shape) when viewed in cross section, The inclined surface is configured such that the inclination angle on the bottom side of the recess is equal to or less than the inclination angle on the main surface side. For this reason, even when a sputtered film is formed on the main surface of the heterogeneous substrate and a nitride semiconductor layer (buffer layer) is grown on the sputtered film, the surface of the buffer layer can be planarized. That is, by forming the recesses as described above, the recesses are relatively easily filled when the buffer layer is grown. Therefore, the layer surface can be planarized without increasing the thickness of the buffer layer. In addition, it is preferable that the recessed part is made into the shape which hardly contains a flat part in the bottom part except the case where it arises by a manufacturing error.

また、異種基板の凹部を上記のような形状(断面形状)とすることによって、バッファ層に微小な空孔(ボイド)を形成することができるので、スパッタ膜上にAl組成比の高い窒化物半導体層をバッファ層として成長させた場合でも、この微小な空孔によってバッファ層にクラックが発生するのを抑制することができる。   In addition, by forming the concave portion of the different type of substrate as described above (cross-sectional shape), it is possible to form minute voids (voids) in the buffer layer, so that a nitride having a high Al composition ratio is formed on the sputtered film. Even when the semiconductor layer is grown as a buffer layer, it is possible to suppress the occurrence of cracks in the buffer layer due to the minute holes.

なお、異種基板の凹部を上記形状とした場合、凹部が埋め込まれ易くなるため層表面を平坦化し易くなる一方、凹部が埋め込まれ易くなることによって、空孔が非常に小さくなる、もしくは、完全に消滅した状態となる場合がある。   In addition, when the concave portion of the different substrate has the above shape, the concave portion is easily embedded, so that the surface of the layer is easily flattened. On the other hand, the concave portion is easily embedded, so that the pores are extremely small or completely. It may become extinct.

一般的に、クラックの抑制効果は空孔(ボイド)による応力緩和によってもたらされているものと考えられる。このため、上記のように、空孔が非常に小さくなる、もしくは、完全に消滅した状態となる場合は、クラックの抑制効果が低下してクラックが多発するものと考えられる。   In general, it is considered that the crack suppressing effect is brought about by stress relaxation due to voids. For this reason, as described above, when the vacancies become very small or completely disappear, it is considered that the crack suppressing effect is reduced and the cracks are frequently generated.

しかしながら、本願発明者らが種々検討した結果、スパッタ膜上にバッファ層として窒化物半導体層を成長させる場合には、空孔が非常に小さい場合や空孔が形成されない場合でもクラックの発生が抑制されることが分かった。   However, as a result of various studies by the inventors of the present application, when a nitride semiconductor layer is grown as a buffer layer on a sputtered film, the generation of cracks is suppressed even when the vacancies are very small or no vacancies are formed. I found out that

このように、第1の局面では、上記形状を有する凹部を異種基板に形成することによって、スパッタ膜上にAl組成比の高い窒化物半導体層を成長させることで発生するクラックを抑制することができる。加えて、窒化物半導体層(バッファ層)の層表面を平坦化することができる。これにより、Al組成比の高い高品質の窒化物半導体層をバッファ層として異種基板上に形成することができる。   As described above, in the first aspect, by forming a recess having the above-described shape on a different substrate, it is possible to suppress cracks generated by growing a nitride semiconductor layer having a high Al composition ratio on the sputtered film. it can. In addition, the surface of the nitride semiconductor layer (buffer layer) can be planarized. Thereby, a high-quality nitride semiconductor layer having a high Al composition ratio can be formed as a buffer layer on a heterogeneous substrate.

また、スパッタ膜上にバッファ層としての窒化物半導体層を結晶成長させた場合には、バッファ層の結晶品質が良好となる。バッファ層は、層厚が大きくなると結晶品質が向上するものの、上記のように、スパッタ膜上にバッファ層を成長させることによって、同程度の品質のバッファ層を小さい厚みで形成することができる。そして、バッファ層の厚みを小さくした場合でも、上記のように、層表面に凹凸が生じるのを抑制して表面を平坦化することができる。また、バッファ層の厚みを小さくすることによって、バッファ層の厚みが大きくなり過ぎることに起因するクラックの発生を抑制することもできる。さらに、バッファ層の厚みを小さくすることによって、原料効率を向上させることができるとともに、スループットを向上させることができる。したがって、上記のように構成することによって、窒化物半導体発光素子の発光効率を向上させることができる。なお、バッファ層の厚みを大きくすれば、結晶品質をより良好にすることができる。   In addition, when a nitride semiconductor layer as a buffer layer is grown on the sputtered film, the crystal quality of the buffer layer is good. Although the crystal quality of the buffer layer increases as the layer thickness increases, a buffer layer of the same quality can be formed with a small thickness by growing the buffer layer on the sputtered film as described above. Even when the thickness of the buffer layer is reduced, as described above, the surface of the layer can be suppressed and unevenness can be suppressed and the surface can be flattened. In addition, by reducing the thickness of the buffer layer, it is possible to suppress the occurrence of cracks due to the buffer layer becoming too thick. Furthermore, by reducing the thickness of the buffer layer, the raw material efficiency can be improved and the throughput can be improved. Therefore, by configuring as described above, the light emission efficiency of the nitride semiconductor light emitting device can be improved. Note that the crystal quality can be improved by increasing the thickness of the buffer layer.

上記第1の局面による窒化物半導体発光素子において、スパッタ膜はAlNから構成されているのが好ましい。このように構成すれば、Al組成比の高い窒化物半導体からなるバッファ層の品質を容易に向上させることができる。   In the nitride semiconductor light emitting device according to the first aspect, the sputtered film is preferably made of AlN. If comprised in this way, the quality of the buffer layer which consists of a nitride semiconductor with a high Al composition ratio can be improved easily.

上記第1の局面による窒化物半導体発光素子において、上記凹部はその開口幅が深さより大きくなるように形成されているのが好ましい。すなわち、上記凹部は深さが浅く形成されているのが好ましい。このように構成すれば、容易に、凹部を埋め込まれ易くすることができるので、容易に、バッファ層表面を平坦化することができる。   In the nitride semiconductor light emitting device according to the first aspect, the recess is preferably formed such that the opening width is larger than the depth. That is, it is preferable that the recess is formed with a shallow depth. If comprised in this way, since a recessed part can be made easy to be embedded easily, the buffer layer surface can be planarized easily.

また、上記傾斜面において、凹部の底側の領域と主面の法線とのなす角度をθ1とし、主面側の領域と主面の法線とのなす角度をθ2としたときに、θ1とθ2とがθ2≦θ1の関係を満たし、かつ、θ1が45度より大きく90度より小さくなるように構成されているのが好ましい。このように構成すれば、異種基板上に、たとえば、AlNスパッタ膜を形成し、その上にAl組成比が高い窒化物半導体からなるバッファ層(たとえば、AlN層)を成長させた際に発生するクラックを容易に抑制することができる。また、凹部の形状が略矩形状の場合には、凹部が埋まりにくいが、上記角度を有する凹部を形成することによって、凹部を埋まりやすくすることができる。このため、より平坦な表面を有するバッファ層を形成し易くすることができる。   In the above inclined surface, when the angle between the bottom side region of the recess and the normal line of the main surface is θ1, and the angle between the main surface side region and the main surface is θ2, θ1 And θ2 preferably satisfy the relationship of θ2 ≦ θ1 and θ1 is larger than 45 degrees and smaller than 90 degrees. If comprised in this way, it will generate | occur | produce when a buffer layer (for example, AlN layer) which consists of a nitride semiconductor with a high Al composition ratio is grown on an AlN sputtered film, for example on a dissimilar substrate. Cracks can be easily suppressed. Moreover, when the shape of the concave portion is substantially rectangular, the concave portion is difficult to be filled, but the concave portion can be easily filled by forming the concave portion having the above-mentioned angle. For this reason, it is possible to easily form a buffer layer having a flatter surface.

この場合において、上記角度θ1は60度より大きく80度より小さい角度とされているのが好ましい。また、上記角度θ1は65度より大きく75度より小さい角度とされていればより好ましい。   In this case, the angle θ1 is preferably greater than 60 degrees and smaller than 80 degrees. It is more preferable that the angle θ1 is greater than 65 degrees and smaller than 75 degrees.

また、この場合において、角度θ1は、角度θ2より大きい角度であるのが好ましい。このように構成すれば、より容易に、クラックの発生が抑制された高品質のバッファ層を異種基板上に形成することができる。   In this case, the angle θ1 is preferably larger than the angle θ2. If comprised in this way, the high quality buffer layer by which generation | occurrence | production of the crack was suppressed can be more easily formed on a dissimilar board | substrate.

上記第1の局面による窒化物半導体発光素子において、凹部の傾斜面は、断面的に見て、下に凸の放物線状に形成されているのが好ましい。また、凹部の傾斜面は、下に凸の放物線に似た形状(たとえば、多角形状など)であってもよいし、直線に近い形状であってもよい。   In the nitride semiconductor light emitting device according to the first aspect described above, it is preferable that the inclined surface of the recess is formed in a parabolic shape convex downward when viewed in cross section. Further, the inclined surface of the concave portion may have a shape similar to a downwardly convex parabola (for example, a polygonal shape) or a shape close to a straight line.

上記第1の局面による窒化物半導体発光素子において、異種基板の主面上には、AlNからなるスパッタ膜が形成されており、発光素子部は、スパッタ膜上に接して形成されるAlxInyGazN(x+y+z=1)からなる窒化物半導体層を含み、窒化物半導体層は、そのAl組成比xが0.85以上1.00以下であり、かつ、Al組成比x>Ga組成比z>In組成比yの関係を満たしているのが好ましい。 In the nitride semiconductor light emitting device according to the first aspect, a sputtered film made of AlN is formed on the main surface of the heterogeneous substrate, and the light emitting device portion is formed of Al x In formed in contact with the sputtered film. It includes a nitride semiconductor layer made of y Ga z N (x + y + z = 1), the nitride semiconductor layer, the Al and the composition ratio x 0.85 to 1.00, and, Al composition ratio x> Ga composition It is preferable that the relationship of ratio z> In composition ratio y is satisfied.

また、上記第1の局面による窒化物半導体発光素子において、異種基板の主面上には、AlNからなるスパッタ膜が形成されており、発光素子部はスパッタ膜上に接して形成される、AlxGa1-xNからなる窒化物半導体層を含み、窒化物半導体層のAl組成比xが0.85以上1.00以下とされていてもよい。 In the nitride semiconductor light emitting device according to the first aspect, a sputtered film made of AlN is formed on the main surface of the heterogeneous substrate, and the light emitting element portion is formed in contact with the sputtered film. A nitride semiconductor layer made of x Ga 1-x N may be included, and the Al composition ratio x of the nitride semiconductor layer may be 0.85 or more and 1.00 or less.

上記窒化物半導体層は、Al組成比が0.85以上1.00以下のAlGaNから構成されているのが好ましく、Al組成比が0.90以上1.00以下のAlGaNから構成されていればより好ましい。また、上記窒化物半導体層は、AlNから構成されていればさらに好ましい。   The nitride semiconductor layer is preferably composed of AlGaN having an Al composition ratio of 0.85 or more and 1.00 or less, and may be composed of AlGaN having an Al composition ratio of 0.90 or more and 1.00 or less. More preferred. The nitride semiconductor layer is more preferably made of AlN.

また、異種基板としては、たとえば、サファイア基板、Si基板、SiC基板、スピネル基板、グラファイト基板などを用いることができる。基板材料が、窒化物半導体との熱膨張係数や格子定数の差が大きいほど、上記形状を有する凹部を形成することにより得られる効果が顕著となる。そのため、異種基板として、サファイア基板やSi基板を用いるのが好ましい。   In addition, as the heterogeneous substrate, for example, a sapphire substrate, a Si substrate, a SiC substrate, a spinel substrate, a graphite substrate, or the like can be used. As the substrate material has a larger difference in thermal expansion coefficient and lattice constant from the nitride semiconductor, the effect obtained by forming the recess having the above shape becomes more remarkable. Therefore, it is preferable to use a sapphire substrate or a Si substrate as the heterogeneous substrate.

なお、上記第1の局面による窒化物半導体発光素子は、高いAl組成比を有する窒化物半導体から構成される深紫外発光素子への適応が好適である。そのため、上記第1の局面による窒化物半導体発光素子においては、発光素子部は、量子井戸構造を有する活性層を含み、活性層は、Alを含み窒化物半導体からなる井戸層を有し、井戸層のAl組成比が0.30以上0.75以下に構成されているのが好ましい。また、井戸層のAl組成比が0.40以上0.65以下であればより好ましい。   The nitride semiconductor light emitting device according to the first aspect is suitable for application to a deep ultraviolet light emitting device composed of a nitride semiconductor having a high Al composition ratio. Therefore, in the nitride semiconductor light emitting device according to the first aspect, the light emitting device portion includes an active layer having a quantum well structure, and the active layer includes a well layer including Al and containing a nitride semiconductor, It is preferable that the Al composition ratio of the layer is 0.30 or more and 0.75 or less. Moreover, it is more preferable if the Al composition ratio of the well layer is 0.40 or more and 0.65 or less.

この発明の第2の局面による窒化物半導体発光素子の製造方法は、窒化物半導体とは異なる材料から構成される異種基板を準備する工程と、異種基板の主面部分に凹部を形成する工程と、異種基板の主面上に、窒化物半導体からなる発光素子部を形成する工程とを備えている。そして、凹部を形成する工程は、ポイントスクライバを用いたスクライブ工程を含む。   The method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device according to the second aspect of the present invention includes a step of preparing a dissimilar substrate made of a material different from the nitride semiconductor, and a step of forming a recess in a main surface portion of the dissimilar substrate. Forming a light emitting element portion made of a nitride semiconductor on the main surface of the different substrate. And the process of forming a recessed part includes the scribe process using a point scriber.

この第2の局面による窒化物半導体発光素子の製造方法では、上記のように、ポイントスクライバを用いたスクライブ工程により、上記第1の局面による形状の凹部を容易に形成することができる。すなわち、ポイントスクライバを用いて異種基板の主面をスクライブすることにより、上記形状を有する凹部を容易に形成することができる。ポイントスクライバとしては、たとえば、ダイヤモンドなどの硬度の高い材料を用いたものが好ましい。   In the nitride semiconductor light emitting device manufacturing method according to the second aspect, as described above, the concave portion having the shape according to the first aspect can be easily formed by a scribing process using a point scriber. That is, by scribing the main surface of the dissimilar substrate using a point scriber, the recess having the above shape can be easily formed. As the point scriber, for example, a material using a high hardness material such as diamond is preferable.

また、基板をスクライブする前に、異種基板の主面上に保護膜を形成しておくのが好ましい。保護膜としては、レジストやSiO2などの誘電体膜を用いることができる。スクライブ工程後は保護膜を除去する。このように、スクライブ前に保護膜を形成しておくことで、基板をスクライブすることで発生する残渣(デブリ)の悪影響を除去することができる。 Further, it is preferable to form a protective film on the main surface of the different substrate before scribing the substrate. As the protective film, a dielectric film such as a resist or SiO 2 can be used. After the scribing process, the protective film is removed. As described above, by forming the protective film before scribing, it is possible to remove the adverse effect of the residue (debris) generated by scribing the substrate.

また、上記保護膜として、スパッタ法により形成されたスパッタ膜を用いることもできる。この場合、スパッタ膜はAlNスパッタ膜とするのが好ましい。   A sputtered film formed by a sputtering method can also be used as the protective film. In this case, the sputtered film is preferably an AlN sputtered film.

以上のように、本発明によれば、クラックの発生が抑制された高品質のバッファ層を異種基板上に形成することが可能な窒化物半導体発光素子およびその製造方法を容易に得ることができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to easily obtain a nitride semiconductor light emitting device capable of forming a high-quality buffer layer on which generation of cracks is suppressed on a heterogeneous substrate, and a method for manufacturing the same. .

また、本発明によれば、発光効率を向上させることが可能な窒化物半導体発光素子およびその製造方法を容易に得ることができる。   Further, according to the present invention, a nitride semiconductor light emitting device capable of improving the light emission efficiency and a method for manufacturing the same can be easily obtained.

本発明の第1実施形態による窒化物半導体素子に用いる異種基板の断面図(図3のA1−A1線に沿った断面に対応する図)である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a dissimilar substrate used in the nitride semiconductor device according to the first embodiment of the present invention (a view corresponding to a cross section taken along line A1-A1 in FIG. 3). 本発明の第1実施形態による窒化物半導体素子に用いる異種基板の断面図(図3のA1−A1線に沿った断面に対応する図)である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a dissimilar substrate used in the nitride semiconductor device according to the first embodiment of the present invention (a view corresponding to a cross section taken along line A1-A1 in FIG. 3). 本発明の第1実施形態による異種基板の平面図である。1 is a plan view of a different type substrate according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態による異種基板上にバッファ層を形成した状態を示した断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a state where a buffer layer is formed on a different substrate according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態による窒化物半導体素子の製造方法を説明するための斜視図である。It is a perspective view for demonstrating the manufacturing method of the nitride semiconductor device by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態による窒化物半導体素子の製造方法を説明するための図(ポイントスクライバを示した斜視図)である。It is a figure (perspective view which showed the point scriber) for demonstrating the manufacturing method of the nitride semiconductor device by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態による窒化物半導体素子の製造方法を説明するための図(図6のポイントスクライバをB方向から見た図)である。FIG. 7 is a view for explaining the method for manufacturing the nitride semiconductor device according to the first embodiment of the present invention (a view of the point scriber in FIG. 6 viewed from the B direction). 本発明の第1実施形態による窒化物半導体素子の製造方法を説明するための図(図6のポイントスクライバをP方向から見た他の例の図)である。FIG. 8 is a view for explaining the method for manufacturing the nitride semiconductor device according to the first embodiment of the present invention (a view of another example when the point scriber of FIG. 6 is viewed from the P direction). 本発明の第1実施形態による窒化物半導体素子の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the nitride semiconductor device by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態による窒化物半導体素子の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the nitride semiconductor device by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態による窒化物半導体素子の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the nitride semiconductor device by 1st Embodiment of this invention. 第1実施形態による窒化物半導体素子の他の製造方法(凹部の他の形成方法)を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the other manufacturing method (other formation method of a recessed part) of the nitride semiconductor element by 1st Embodiment. 第1実施形態による窒化物半導体素子の他の製造方法(凹部の他の形成方法)を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the other manufacturing method (other formation method of a recessed part) of the nitride semiconductor element by 1st Embodiment. サンプルAの透過観察像を示した図である。FIG. 6 is a view showing a transmission observation image of sample A. サンプルAの透過観察像に見られたクラックを示した図(図14のクラックをトレースした図)である。It is the figure which showed the crack seen in the transmission observation image of the sample A (figure which traced the crack of FIG. 14). サンプルBの透過観察像を示した図である。FIG. 6 is a view showing a transmission observation image of sample B. 第1実施形態による異種基板に設けられた凹部の断面顕微鏡写真である。It is a cross-sectional microscope picture of the recessed part provided in the dissimilar board | substrate by 1st Embodiment. 本発明の第2実施形態による窒化物半導体発光素子を示した断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a nitride semiconductor light emitting device according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態による窒化物半導体発光素子の活性層の構成を模式的に示した断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of an active layer of a nitride semiconductor light emitting device according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態による窒化物半導体発光素子を搭載した半導体光学装置の模式的断面図である。It is a typical sectional view of a semiconductor optical device carrying a nitride semiconductor light emitting element by a 2nd embodiment of the present invention. 本発明の第3実施形態による異種基板の断面図(図22のA2−A2線に沿った断面に対応する図)である。FIG. 23 is a cross-sectional view of the dissimilar substrate according to the third embodiment of the present invention (a view corresponding to a cross section taken along line A2-A2 of FIG. 22). 本発明の第3実施形態による異種基板の一部を示した平面図である。FIG. 9 is a plan view illustrating a part of a dissimilar substrate according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第3実施形態による異種基板の斜視図である。FIG. 6 is a perspective view of a dissimilar substrate according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第3実施形態の異種基板の平面図(凹部の配列の一例を示した図)である。It is a top view (figure showing an example of arrangement of a crevice) of a dissimilar board of a 3rd embodiment of the present invention. 本発明の第3実施形態の異種基板の平面図(凹部の配列の他の例を示した図)である。It is a top view (figure which showed other examples of arrangement of a crevice) of a dissimilar board of a 3rd embodiment of the present invention. 本発明の第1変形例による異種基板を示した断面図(凹部の他の形状を示した図)である。It is sectional drawing (figure which showed the other shape of a recessed part) which showed the dissimilar board | substrate by the 1st modification of this invention. 本発明の第2変形例による異種基板を示した断面図(凹部の他の形状を示した図)である。It is sectional drawing (figure which showed the other shape of a recessed part) which showed the dissimilar board | substrate by the 2nd modification of this invention. 本発明の第3変形例による異種基板を示した断面図(凹部の他の形状を示した図)である。It is sectional drawing (figure which showed the other shape of a recessed part) which showed the dissimilar board | substrate by the 3rd modification of this invention. 第1実施形態の変形例による異種基板を示した平面図(溝状の凹部の他の形成例を示した図)である。It is a top view (figure showing other examples of formation of a groove-like crevice) showing a dissimilar board by a modification of a 1st embodiment. 第1実施形態の変形例による異種基板を示した平面図(溝状の凹部の他の形成例を示した図)である。It is a top view (figure showing other examples of formation of a groove-like crevice) showing a dissimilar board by a modification of a 1st embodiment. 第1実施形態の変形例による異種基板を示した平面図(溝状の凹部の他の形成例を示した図)である。It is a top view (figure showing other examples of formation of a groove-like crevice) showing a dissimilar board by a modification of a 1st embodiment. 従来の窒化物半導体素子の構成を概略的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed the structure of the conventional nitride semiconductor element roughly.

本発明の具体的な実施形態を説明する前に、本願発明者らが種々検討を行うことによって得た知見について説明する。   Prior to describing specific embodiments of the present invention, knowledge obtained by various studies by the inventors will be described.

本願発明者らは、窒化物半導体とは異なる材料からなる異種基板を用いた場合に、その異種基板上に形成されるバッファ層の品質を向上させるために種々検討を行った。その際、異種基板上にスパッタ膜を形成し、このスパッタ膜上に窒化物半導体層を成長させる方法を試みた。   The inventors of the present application have made various studies in order to improve the quality of the buffer layer formed on the heterogeneous substrate when a heterogeneous substrate made of a material different from the nitride semiconductor is used. At that time, an attempt was made to form a sputtered film on a different substrate and grow a nitride semiconductor layer on the sputtered film.

具体的には、まず、異種基板の主面(上面)上にマグネトロンスパッタリング法などを用いてAlNからなるスパッタ膜を形成した。AlNスパッタ膜の厚みは50nm程度である。このAlNスパッタ膜上に、MOCVD法を用いてAl組成比の高いAlxInyGazN(x+y+z=1)からなる窒化物半導体層(Al組成比xはたとえば0.70以上1.00以下)を1μm程度の厚みで直接成長させた。成長させた窒化物半導体層を観察したところ、その厚みが1μm程度と小さいにもかかわらず、窒化物半導体層にクラックが多発するという現象が認められた。また、クラックの発生はAl組成比が高い程増加する傾向にあり、特にAlN層を成長させたときにクラックの発生が非常に顕著であった。 Specifically, first, a sputtered film made of AlN was formed on the main surface (upper surface) of a different substrate using a magnetron sputtering method or the like. The thickness of the AlN sputtered film is about 50 nm. This AlN sputtered film, high Al x In y Ga z N ( x + y + z = 1) made of a nitride semiconductor layer (Al composition ratio x of Al composition ratios by using the MOCVD method, for example 0.70 to 1.00 ) Was directly grown to a thickness of about 1 μm. When the grown nitride semiconductor layer was observed, a phenomenon was observed in which many cracks occurred in the nitride semiconductor layer despite its small thickness of about 1 μm. In addition, the occurrence of cracks tended to increase as the Al composition ratio increased, and the occurrence of cracks was particularly prominent when an AlN layer was grown.

なお、スパッタ膜上にAl組成比の高い窒化物半導体層を成長させた場合、上記のようにクラックが多発するものの、クラックが発生していない領域では高い結晶品質が得られた。   When a nitride semiconductor layer having a high Al composition ratio was grown on the sputtered film, cracks frequently occurred as described above, but high crystal quality was obtained in a region where no cracks occurred.

このように、スパッタ膜上にAl組成比の高い窒化物半導体層をバッファ層として成長させた場合、窒化物半導体層の結晶品質は向上するもののクラックが多発するという問題があることを本願発明者らは見出した。   As described above, when the nitride semiconductor layer having a high Al composition ratio is grown on the sputtered film as a buffer layer, the inventors of the present application have a problem that the crystal quality of the nitride semiconductor layer is improved but cracks frequently occur. Found.

そこで、本願発明者らが鋭意検討したところ、異種基板の主面部分に凹部を形成し、この凹部の断面形状を矩形状とは異なる形状とすることで、クラックの発生が抑制された高品質のバッファ層が得られることを見出した。   Therefore, the inventors of the present application diligently studied, and formed a recess in the main surface portion of the dissimilar substrate and made the cross-sectional shape of the recess different from a rectangular shape, thereby suppressing the generation of cracks. It was found that a buffer layer was obtained.

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments embodying the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(第1実施形態)
図1および図2は、本発明の第1実施形態による窒化物半導体素子に用いる異種基板の断面図である。図3は、本発明の第1実施形態による異種基板の平面図である。図4は、本発明の第1実施形態による異種基板上にバッファ層を形成した状態を示した断面図である。まず、図1〜図4を参照して、本発明の第1実施形態による窒化物半導体素子に用いられる異種基板について説明する。
(First embodiment)
1 and 2 are cross-sectional views of different types of substrates used in the nitride semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a plan view of a dissimilar substrate according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a buffer layer formed on a different substrate according to the first embodiment of the present invention. First, a heterogeneous substrate used in the nitride semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

第1実施形態による異種基板10は、たとえばサファイア基板から構成されており、図1および図2に示すように、その主面10a部分(上面部分)に凹部15が形成されている。この凹部15は、断面的に見て、矩形状とは異なる略V字状(V字に近い形状)に形成されている。   The dissimilar substrate 10 according to the first embodiment is composed of, for example, a sapphire substrate, and as shown in FIGS. 1 and 2, a concave portion 15 is formed on the main surface 10a portion (upper surface portion). The recess 15 is formed in a substantially V shape (a shape close to a V shape) different from a rectangular shape when viewed in cross section.

また、図1に示すように、上記凹部15は傾斜面16と底部17とを有しており、その傾斜面16は底部17側(底側)の傾斜角度が主面10a側の傾斜角度以下とされている。   As shown in FIG. 1, the concave portion 15 has an inclined surface 16 and a bottom portion 17. The inclined surface 16 has an inclination angle on the bottom 17 side (bottom side) equal to or smaller than an inclination angle on the main surface 10a side. It is said that.

この場合、凹部15の傾斜面16において、凹部15の底側の領域16a(底に近い斜面)と主面10aの法線P(基板表面に垂直方向)とのなす角度をθ1とし、主面10a側の領域16b(平坦部(主面10a)に近い斜面)と法線Pとのなす角度をθ2としたときに、角度θ1と角度θ2とがθ2≦θ1の関係を満たし、かつ、角度θ1が45°より大きく90°より小さい構成とされているのが好ましい。   In this case, in the inclined surface 16 of the concave portion 15, the angle formed by the region 16a on the bottom side of the concave portion 15 (the inclined surface close to the bottom) and the normal line P (perpendicular to the substrate surface) of the main surface 10a is θ1, and the main surface The angle θ1 and the angle θ2 satisfy the relationship θ2 ≦ θ1 when the angle between the region 16b on the 10a side (the slope close to the flat portion (main surface 10a)) and the normal line P is θ2, and the angle It is preferable that θ1 be larger than 45 ° and smaller than 90 °.

また、上記角度θ1は60度より大きく80度より小さい角度とされていればより好ましく、65度より大きく75度より小さい角度とされていればさらに好ましい。   The angle θ1 is more preferably an angle greater than 60 degrees and less than 80 degrees, and more preferably an angle greater than 65 degrees and less than 75 degrees.

なお、異種基板10の凹部15は、作製誤差により生じる場合を除き、その底部17に平坦部分をほとんど含まない形状とされているのが好ましい。   The recess 15 of the heterogeneous substrate 10 preferably has a shape that hardly includes a flat portion at the bottom 17 except when it is caused by a manufacturing error.

また、凹部15の傾斜面16は、その傾斜角度が比較的小さい(角度θ1、角度θ2が大きい)角度とされているのが好ましい。また、角度θ1と角度θ2との差を小さくすることにより、傾斜面16が直線に近い形状となるように凹部15が形成されていてもよい。さらに、角度θ1を角度θ2より大きくすることにより、傾斜面16が下に凸の放物線に似た形状となるように凹部15が形成されていてもよい。傾斜面16の形状は、上記のように、直線状であってもよいが、角度θ1>角度θ2とすることにより下に凸の放物線上とされているのが好ましい。   Moreover, it is preferable that the inclined surface 16 of the recess 15 has an angle of inclination that is relatively small (angle θ1 and angle θ2 are large). Moreover, the recessed part 15 may be formed so that the inclined surface 16 may become a shape close | similar to a straight line by making the difference of angle (theta) 1 and angle (theta) 2 small. Further, by making the angle θ1 larger than the angle θ2, the concave portion 15 may be formed so that the inclined surface 16 has a shape similar to a downwardly convex parabola. The shape of the inclined surface 16 may be linear as described above, but it is preferable that the inclined surface 16 is on a downwardly convex parabola by setting the angle θ1> the angle θ2.

また、凹部15の深さHは0.1μm以上1.0μm以下であるのが好ましい。凹部15の深さHは0.7μm以下であればより好ましく、0.2μm以上0.5μm以下であればさらに好ましい。凹部15の幅W(開口幅)は、深さHと角度θ1、θ2によりW〜2Htanθ1の関係がある。その関係を満たすなかで、凹部15の幅Wは0.2μm以上10.0μm以下が好ましい。凹部15の幅Wは7.0μm以下であればより好ましく、5.0μm以下であればさらに好ましい。また、上記凹部15は、その幅Wが深さHより大きくなるように形成されているのが好ましい。すなわち、上記凹部15は深さHが浅く、幅Wが広い形状に形成されているのが好ましい。   Moreover, it is preferable that the depth H of the recessed part 15 is 0.1 to 1.0 micrometer. The depth H of the recess 15 is more preferably 0.7 μm or less, and further preferably 0.2 μm or more and 0.5 μm or less. The width W (opening width) of the recess 15 has a relationship of W to 2H tan θ1 depending on the depth H and the angles θ1 and θ2. In satisfying the relationship, the width W of the recess 15 is preferably 0.2 μm or more and 10.0 μm or less. The width W of the recess 15 is more preferably 7.0 μm or less, and further preferably 5.0 μm or less. Moreover, it is preferable that the said recessed part 15 is formed so that the width W may become larger than the depth H. FIG. That is, the recess 15 is preferably formed in a shape having a shallow depth H and a wide width W.

上記凹部15は、図3に示すように、所定方向に延びる溝状とすることができる。溝状の凹部15は、ストライプ状に形成されるとよい。すなわち、異種基板10の主面10a部分に、互いに平行に延びる複数の凹部15が形成された構成とされているとよい。この場合、凹部15の間隔R(図2参照)は、たとえば100μm〜500μm程度とすることができる。この範囲では、平坦性が良好な膜が得られるので好ましい。また、間隔Rが小さいほど、後述するクラック防止効果が顕著になるため、100μm以下であればより好ましい。さらに好ましい値は、20μm以下である。間隔Rを20μm以下にすることで、品質向上の効果がより顕著になる。さらに好ましくは10μm以下である。また、凹部15の間隔Rは、凹部15の幅Wより大きい構成にするとよい。なお、凹部15の間隔Rは、一定でもよいが、素子(たとえば発光素子)の設計によって好ましい場合は、間隔Rを不均一に形成することも可能である。   As shown in FIG. 3, the concave portion 15 can have a groove shape extending in a predetermined direction. The groove-like recess 15 is preferably formed in a stripe shape. That is, it is preferable that a plurality of recesses 15 extending in parallel with each other be formed in the main surface 10a portion of the different substrate 10. In this case, the interval R (see FIG. 2) between the recesses 15 can be set to, for example, about 100 μm to 500 μm. This range is preferable because a film with good flatness can be obtained. Moreover, since the crack prevention effect mentioned later becomes remarkable, so that the space | interval R is small, if it is 100 micrometers or less, it is more preferable. A more preferable value is 20 μm or less. By making the distance R 20 μm or less, the quality improvement effect becomes more remarkable. More preferably, it is 10 μm or less. Further, the interval R between the recesses 15 may be configured to be larger than the width W of the recesses 15. The interval R between the recesses 15 may be constant, but the interval R can be formed non-uniformly if it is preferable depending on the design of the element (for example, a light emitting element).

このように、第1実施形態では、異種基板10の主面10a部分に凹部15が形成されているとともに、その凹部15が深さの浅い略V字状の断面形状とされている。このため、略矩形状に形成される場合とは異なり、凹部15はその体積が小さく、かつ、凹部15内において原料原子(Al原子)が動き易くなっている。そのため、上記凹部15は、窒化物半導体によって比較的埋め込まれ易い形状であるといえる。   Thus, in 1st Embodiment, while the recessed part 15 is formed in the main surface 10a part of the dissimilar board | substrate 10, the recessed part 15 is made into the substantially V-shaped cross-sectional shape with a shallow depth. For this reason, unlike the case where it is formed in a substantially rectangular shape, the volume of the recess 15 is small, and the source atoms (Al atoms) are easy to move in the recess 15. Therefore, it can be said that the recess 15 has a shape that is relatively easily embedded by the nitride semiconductor.

また、第1実施形態では、図4に示すように、異種基板10の主面10a上(上面上)にスパッタ膜20が形成される。このスパッタ膜20は、たとえばAlNから構成されており、約20nm〜約100nm(たとえば、約50nm)の厚みを有している。そして、このスパッタ膜20上に、Al組成比の高いAlxInyGazN(x+y+z=1)からなる窒化物半導体層(Al組成比xがたとえば0.70以上1.00以下)がバッファ層30として形成される。 In the first embodiment, as shown in FIG. 4, the sputtered film 20 is formed on the main surface 10 a (on the upper surface) of the different substrate 10. The sputtered film 20 is made of, for example, AlN and has a thickness of about 20 nm to about 100 nm (for example, about 50 nm). A nitride semiconductor layer (Al composition ratio x is 0.70 or more and 1.00 or less, for example) made of Al x In y Ga z N (x + y + z = 1) having a high Al composition ratio is buffered on the sputtered film 20. Formed as layer 30.

スパッタ膜20上に直接成長される上記バッファ層30は、そのAl組成比xが0.85以上1.00以下であって、かつ、Al組成比x>Ga組成比z>In組成比yとなるように構成されているのが好ましい。   The buffer layer 30 directly grown on the sputtered film 20 has an Al composition ratio x of 0.85 or more and 1.00 or less, and an Al composition ratio x> Ga composition ratio z> In composition ratio y. It is preferable that it is comprised.

なお、上記バッファ層30は、Al組成比xが0.85以上1.00以下のAlxGa1-xNから構成されているとより好ましい。バッファ層中にInを含まないことにより、バッファ層表面の平坦性がより改善される。また、上記バッファ層30は、Al組成比xが0.90以上1.00以下のAlxGa1-xNから構成されているとさらに好ましい。この場合、バッファ層30がAlNから構成されているとよりいっそう好ましい。 The buffer layer 30 is more preferably composed of Al x Ga 1-x N having an Al composition ratio x of 0.85 or more and 1.00 or less. By not including In in the buffer layer, the flatness of the buffer layer surface is further improved. The buffer layer 30 is more preferably made of Al x Ga 1-x N having an Al composition ratio x of 0.90 or more and 1.00 or less. In this case, it is more preferable that the buffer layer 30 is made of AlN.

バッファ層30の厚みとしては、0.5μm以上が好ましい。バッファ層30は、厚みが大きいと結晶品質が向上する。そのため、バッファ層30の厚みは0.8μm以上とされているとより好ましく、1.8μm以上とされているとさらに好ましい。なお、後述するように、バッファ層30の厚みは、品質向上効果と原料消費等を考えた費用対効果の観点から、10μm以下が好ましい。   The thickness of the buffer layer 30 is preferably 0.5 μm or more. When the buffer layer 30 is thick, the crystal quality is improved. Therefore, the thickness of the buffer layer 30 is more preferably 0.8 μm or more, and further preferably 1.8 μm or more. In addition, as will be described later, the thickness of the buffer layer 30 is preferably 10 μm or less from the viewpoint of cost-effectiveness considering quality improvement effect and raw material consumption.

図32は、従来の窒化物半導体素子の構成を概略的に示した断面図である。次に、図32をも参照して、第1実施形態の構成を従来構成と比較しつつより詳細に説明する。   FIG. 32 is a cross sectional view schematically showing a configuration of a conventional nitride semiconductor device. Next, referring to FIG. 32 as well, the configuration of the first embodiment will be described in more detail while comparing with the conventional configuration.

図32に示すように、従来の窒化物半導体素子(たとえば、非特許文献1参照)は、サファイア基板1000上にAlN層1020が成長されたテンプレート基板1010を基板として用いている。テンプレート基板1010(AlN層1020)の主面部分には、断面的に見て、矩形状の凹部1015が形成されている。そして、凹部1015が形成されたテンプレート基板1010上に、MOCVD法などを用いて、AlNからなるバッファ層1030が形成されている。また、テンプレート基板1010の主面部分に矩形状の凹部1015が形成されているため、テンプレート基板1010上に形成されるバッファ層1030には比較的大きな空孔(ボイド)1040が形成されている。   As shown in FIG. 32, a conventional nitride semiconductor device (for example, see Non-Patent Document 1) uses a template substrate 1010 in which an AlN layer 1020 is grown on a sapphire substrate 1000 as a substrate. In the main surface portion of the template substrate 1010 (AlN layer 1020), a rectangular recess 1015 is formed in a sectional view. Then, a buffer layer 1030 made of AlN is formed on the template substrate 1010 in which the recesses 1015 are formed by using the MOCVD method or the like. In addition, since a rectangular recess 1015 is formed in the main surface portion of the template substrate 1010, a relatively large void 1040 is formed in the buffer layer 1030 formed on the template substrate 1010.

バッファ層1030にボイド1040が形成されるとクラック抑制効果が得られるものの、大きなボイド1040が形成されると、それを内在させた層にするためにはバッファ層1030の厚みを大きくする必要がある。また、バッファ層1030のAl組成比が高いほど、層中にボイド1040を埋め込みにくくなる。たとえばバッファ層1030がAlNから構成されている場合、バッファ層1030を10μm以上積層する必要がある。このため、原料効率が低下しコスト面で課題がある。また、比較的大きなボイド1040が形成される場合、バッファ層1030の厚みを大きくした場合でも、層表面の平坦性を確保することが困難になる。そのため、平坦性にも課題がある。   If a void 1040 is formed in the buffer layer 1030, a crack suppressing effect can be obtained. However, if a large void 1040 is formed, the buffer layer 1030 needs to be increased in thickness in order to form a layer in which the void 1040 is formed. . Further, the higher the Al composition ratio of the buffer layer 1030, the harder the void 1040 is embedded in the layer. For example, when the buffer layer 1030 is made of AlN, it is necessary to stack the buffer layer 1030 by 10 μm or more. For this reason, raw material efficiency falls and there exists a subject in cost. Further, when a relatively large void 1040 is formed, it is difficult to ensure the flatness of the layer surface even when the thickness of the buffer layer 1030 is increased. Therefore, there is a problem in flatness.

これに対し、第1実施形態では、図1〜図4に示したように、異種基板10の凹部15を上記形状(断面形状)とすることにより、凹部15内が窒化物半導体で埋め込まれ易くなっている。そのため、バッファ層30中に形成されるボイドを小さくすることが可能となる。したがって、ボイドを内在させた層とする場合でも、バッファ層30の厚みを大きくする必要がない。また、上記凹部15内が窒化物半導体で埋め込まれ易く、形成されるボイドも微小であるため、バッファ層30の厚みを小さくした場合でも、層表面の平坦性が良好となる。   In contrast, in the first embodiment, as shown in FIGS. 1 to 4, the recess 15 of the heterogeneous substrate 10 has the above shape (cross-sectional shape), so that the recess 15 can be easily embedded with a nitride semiconductor. It has become. Therefore, the void formed in the buffer layer 30 can be reduced. Therefore, even when the layer includes voids, it is not necessary to increase the thickness of the buffer layer 30. In addition, since the inside of the recess 15 is easily filled with a nitride semiconductor and the formed void is minute, even when the thickness of the buffer layer 30 is reduced, the flatness of the layer surface is improved.

また、第1実施形態では、上記形状を有する凹部15を形成することによって、バッファ層30に微小な空孔が形成されるので、スパッタ膜20上にAl組成比の高い窒化物半導体層をバッファ層30として成長させた場合でも、この微小な空孔によってバッファ層30にクラックが発生するのを抑制することができる。   Further, in the first embodiment, since the minute holes are formed in the buffer layer 30 by forming the recess 15 having the above shape, the nitride semiconductor layer having a high Al composition ratio is buffered on the sputtered film 20. Even when grown as the layer 30, it is possible to suppress the occurrence of cracks in the buffer layer 30 due to the minute holes.

さらに、第1実施形態では、成長方向の成長速度を遅くして面内の成長を促進することで、ボイドを非常に小さくする、もしくは、ボイドを完全に消失させることも可能である。そして、このように構成することにより、バッファ層30の層表面の平坦性を容易に良好とすることが可能となる。   Furthermore, in the first embodiment, by reducing the growth rate in the growth direction and promoting in-plane growth, it is possible to make the void very small or to eliminate the void completely. And by comprising in this way, it becomes possible to make the flatness of the layer surface of the buffer layer 30 favorable easily.

ここで、クラックの抑制効果は空孔(ボイド)による応力緩和によってもたらされているものと考えられる。このため、上記のように、ボイドが非常に小さくなる、もしくは、完全に消滅した状態となる場合には、クラックの抑制効果が低下してクラックが多発することが容易に考えられる。そのため、クラックを抑制するために凹部15を設ける場合、従来構造のように凹部内が埋め込まれないような形状(たとえば矩形状)とするのが通常である。   Here, it is considered that the crack suppressing effect is brought about by stress relaxation due to voids. For this reason, as described above, when the void becomes very small or completely disappears, it is easily considered that the crack suppressing effect is lowered and the cracks are frequently generated. For this reason, when the concave portion 15 is provided in order to suppress cracks, it is usual to use a shape (for example, a rectangular shape) that does not fill the concave portion as in the conventional structure.

しかしながら、本願発明者らが鋭意検討した結果、上記形状を有する凹部15を設けることによって、バッファ層30中に微小なボイドが形成される場合はもとより、ボイドが完全に消滅した状態でもクラックの発生が抑制されることが分かった。これは非常に特異な現象である。詳細は明らかではないが、異種基板10上にスパッタ膜20を形成し、その上に高いAl組成比を有する窒化物半導体を成長した場合に、平坦表面を有する基板上に比べ、上記形状を有する凹部15を設けることによって、応力の緩和が起こり、結果としてクラックの抑制が可能になっているものと推測される。   However, as a result of intensive studies by the inventors of the present application, by providing the concave portion 15 having the above-described shape, not only a minute void is formed in the buffer layer 30, but also a crack is generated even when the void has completely disappeared. Was found to be suppressed. This is a very unique phenomenon. Although details are not clear, when the sputtered film 20 is formed on the heterogeneous substrate 10 and a nitride semiconductor having a high Al composition ratio is grown on the sputtered film 20, it has the above shape as compared with the substrate having a flat surface. By providing the recess 15, it is presumed that stress relaxation occurs, and as a result, cracks can be suppressed.

このように、第1実施形態では、異種基板10の主面10a部分に形成される凹部15を上記形状とすることによって、異種基板10上にAlNスパッタ膜20を形成し、その上に高いAl組成比を有する窒化物半導体層(バッファ層30)を成長させた場合でも、クラックの発生が抑制された高品質のバッファ層30を形成することが可能となる。   As described above, in the first embodiment, the recess 15 formed in the main surface 10a portion of the heterogeneous substrate 10 has the above-described shape, whereby the AlN sputtered film 20 is formed on the heterogeneous substrate 10, and high Al is formed thereon. Even when a nitride semiconductor layer (buffer layer 30) having a composition ratio is grown, it is possible to form a high-quality buffer layer 30 in which the generation of cracks is suppressed.

図5〜図11は、本発明の第1実施形態による窒化物半導体素子の製造方法を説明するための図である。次に、図1および図5〜図11を参照して、本発明の第1実施形態による窒化物半導体素子に用いられる異種基板に上記形状を有する凹部を形成する方法について説明する。   5 to 11 are views for explaining a method of manufacturing a nitride semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. Next, with reference to FIG. 1 and FIGS. 5 to 11, a method of forming a recess having the above shape on a dissimilar substrate used in the nitride semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described.

図1に示した形状の凹部15は、たとえば、ダイヤモンドなど硬度の高い材料をスクライブ針(ポイントスクライバ)として用いたスクライブ(スクライブ工程)により形成される。具体的には、図5に示すように、異種基板10としてたとえばサファイア基板を準備し、図6に示すようなスクライバ400(たとえばダイヤモンドスクライバ)を用いて異種基板10の主面10aを所定方向にスクライブする。これにより、図1に示すような、断面的に見て、略V字状の凹部15が形成される。   The concave portion 15 having the shape shown in FIG. 1 is formed by, for example, scribing (scribing process) using a material having high hardness such as diamond as a scribing needle (point scriber). Specifically, as shown in FIG. 5, for example, a sapphire substrate is prepared as the heterogeneous substrate 10, and the main surface 10 a of the heterogeneous substrate 10 is set in a predetermined direction using a scriber 400 (for example, a diamond scriber) as shown in FIG. 6. Scribe. As a result, a substantially V-shaped recess 15 is formed as viewed in cross section, as shown in FIG.

なお、スクライバ400(図6参照)の先端形状やスクライブ時にスクライバ400(図6参照)に加える荷重圧力などを調整することで、凹部15の形状(たとえば傾斜面16の傾斜角度等)を適切な形状とすることが可能である。また、スクライバ400については特に制限されるものではないが、たとえば、図7に示すように、先端部分のカットポイント数が3ポイントのポイントスクライバや、図8に示すように、先端部分のカットポイント数が4ポイントのポイントスクライバを用いることができる。これ以外に、たとえば、8ポイントのポイントスクライバを用いることもできる。また、ポイントスクライバに加える荷重圧力は、たとえば0.1N〜0.4N程度とすることができる。   By adjusting the tip shape of the scriber 400 (see FIG. 6) and the load pressure applied to the scriber 400 (see FIG. 6) at the time of scribing, the shape of the recess 15 (for example, the inclination angle of the inclined surface 16) can be appropriately adjusted. It can be shaped. The scriber 400 is not particularly limited. For example, as shown in FIG. 7, a point scriber having three cut points at the tip part, or a cut point at the tip part as shown in FIG. 8. A point scriber with 4 points can be used. In addition, for example, an 8-point point scriber can be used. Further, the load pressure applied to the point scriber can be, for example, about 0.1N to 0.4N.

上記スクライブは異種基板10の主面10aに直接行うことも可能である。ただし、この場合、基板をスクライブすることによって基板表面に残渣(デブリ)が発生する場合がある。このような場合には、スクライブ工程の前に、異種基板10の表面に保護膜を形成しておくのが好ましい。   The scribing can also be performed directly on the main surface 10 a of the different substrate 10. In this case, however, residue (debris) may be generated on the substrate surface by scribing the substrate. In such a case, it is preferable to form a protective film on the surface of the heterogeneous substrate 10 before the scribing step.

具体的には、図9に示すように、異種基板10の主面10a上に保護膜500を形成する。保護膜500はレジスト膜やSiO2などの誘電体膜などを用いることができる。次に、図10に示すように、形成された保護膜500の上から異種基板10をスクライブする。このとき、保護膜500を貫通して異種基板10の主面10a部分に凹部15が形成されるように、ポイントスクライバに加える荷重圧力を調節する。その後、図11に示すように、保護膜500を除去する。これにより、スクライブによる残渣の発生が抑制される。 Specifically, as shown in FIG. 9, a protective film 500 is formed on the main surface 10 a of the heterogeneous substrate 10. The protective film 500 can be a resist film or a dielectric film such as SiO 2 . Next, as shown in FIG. 10, the heterogeneous substrate 10 is scribed from the formed protective film 500. At this time, the load pressure applied to the point scriber is adjusted so that the recess 15 is formed in the main surface 10a portion of the different substrate 10 through the protective film 500. Thereafter, as shown in FIG. 11, the protective film 500 is removed. Thereby, generation | occurrence | production of the residue by a scribe is suppressed.

また、上記保護膜500は、スパッタ法により形成されたスパッタ膜を用いるとより好ましい。スパッタ膜を保護膜500とすることで、スクライブによって懸念される加工面の凹凸(凹部15と平坦部分(主面10a)の境界となるエッジ部分(破線Mで囲んだ部分)にできる加工による屑やアレなど)の悪影響を抑制することが可能となる。保護膜500を構成するスパッタ膜は、AlNスパッタ膜が好ましい。このように、保護膜500にスパッタ膜(特にAlNスパッタ膜)を用いることによって有利な効果が得られる。この効果が得られる理由については明らかになっていないが、保護膜500と基板10との密着性や膜自体の応力、基板10と保護膜500の応力が影響しているものと考えられる。   The protective film 500 is more preferably a sputtered film formed by a sputtering method. By using the protective film 500 as the sputtered film, processing-processed irregularities (edges (parts surrounded by a broken line M) that become the boundary between the recess 15 and the flat part (main surface 10a) that are concerned by scribing are generated. It is possible to suppress the adverse effects of The sputtered film constituting the protective film 500 is preferably an AlN sputtered film. Thus, an advantageous effect can be obtained by using a sputtered film (particularly an AlN sputtered film) for the protective film 500. Although the reason why this effect is obtained is not clear, it is considered that the adhesion between the protective film 500 and the substrate 10, the stress of the film itself, and the stress of the substrate 10 and the protective film 500 are affected.

保護膜500としてスパッタ膜を形成した場合も、上記と同様、スクライブ工程の後に保護膜を除去する工程を行う。スクライブ工程後のAlNスパッタ膜の除去には、たとえば、水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)水溶液や水酸化カリウム(KOH)水溶液などを用いることができる。   Even when a sputtered film is formed as the protective film 500, a process of removing the protective film is performed after the scribing process as described above. For removal of the AlN sputtered film after the scribing step, for example, a tetramethylammonium hydroxide (TMAH) aqueous solution or a potassium hydroxide (KOH) aqueous solution can be used.

また、上記形状を有する凹部15の形成は、スクライブ工程以外に、たとえば、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて凹部15を形成することも可能である。   In addition to the scribe process, the recess 15 having the above-described shape can be formed by using, for example, a photolithography technique and an etching technique.

図12および図13は、第1実施形態による窒化物半導体素子の他の製造方法を説明するための断面図である。次に、図12および図13を参照して、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、上記形状を有する凹部15を形成する方法について説明する。   12 and 13 are cross-sectional views for explaining another method for manufacturing the nitride semiconductor device according to the first embodiment. Next, with reference to FIG. 12 and FIG. 13, a method for forming the recess 15 having the above-described shape using a photolithography technique and an etching technique will be described.

まず、図12に示すように、異種基板10の主面10a上にフォトレジストなどによって保護膜510を形成する。次に、凹部に対応する部分に、断面的に見て、略V字状の溝511をパターニングする。そして、ウエットエッチングやドライエッチングなどのエッチング技術を用いてエッチングを行うことにより、図13に示すように、異種基板10の主面10a部分を選択的に除去する。その後、保護膜510を除去する。これにより、異種基板10の主面10a部分に上記した形状を有する凹部15が形成される。   First, as shown in FIG. 12, a protective film 510 is formed on the main surface 10a of the heterogeneous substrate 10 with a photoresist or the like. Next, a substantially V-shaped groove 511 is patterned in a section corresponding to the recess when viewed in cross section. Then, etching is performed using an etching technique such as wet etching or dry etching to selectively remove the main surface 10a portion of the heterogeneous substrate 10 as shown in FIG. Thereafter, the protective film 510 is removed. As a result, the recess 15 having the above-described shape is formed in the main surface 10a portion of the heterogeneous substrate 10.

第1実施形態では、上記のように、異種基板10に形成される凹部15の形状を、断面的に見て、略V字状(V字に近い形状)にするとともに、その傾斜面16を、凹部15の底側の傾斜角度が主面10a側の傾斜角度以下となるようにしている。このため、異種基板10の主面10a上にスパッタ膜20を形成し、このスパッタ膜20上に窒化物半導体層(バッファ層30)を成長させた場合でも、バッファ層30の表面を平坦化することができる。すなわち、凹部15を上記のように形成することによって、バッファ層30を成長させた際に、凹部15が埋まり易くなるため、バッファ層30の厚みを大きくすることなくバッファ層30の表面を平坦化することができる。   In the first embodiment, as described above, the shape of the concave portion 15 formed in the heterogeneous substrate 10 is substantially V-shaped (a shape close to V-shape) when viewed in cross section, and the inclined surface 16 is formed. The inclination angle on the bottom side of the recess 15 is set to be equal to or less than the inclination angle on the main surface 10a side. Therefore, even when the sputtered film 20 is formed on the main surface 10a of the heterogeneous substrate 10 and the nitride semiconductor layer (buffer layer 30) is grown on the sputtered film 20, the surface of the buffer layer 30 is flattened. be able to. That is, by forming the recess 15 as described above, the recess 15 is easily filled when the buffer layer 30 is grown. Therefore, the surface of the buffer layer 30 is planarized without increasing the thickness of the buffer layer 30. can do.

また、異種基板10の凹部15を上記のような形状とすることによって、バッファ層30に微小な空孔(ボイド)を形成することができるので、スパッタ膜20上にAl組成比の高い窒化物半導体層をバッファ層30として成長させた場合でも、この微小な空孔によってバッファ層30にクラックが発生するのを抑制することができる。   In addition, by forming the concave portion 15 of the different substrate 10 as described above, it is possible to form minute voids in the buffer layer 30, so that a nitride having a high Al composition ratio is formed on the sputtered film 20. Even when the semiconductor layer is grown as the buffer layer 30, it is possible to suppress the occurrence of cracks in the buffer layer 30 due to the minute holes.

なお、異種基板10の凹部15を上記形状とすることによって、空孔を非常に小さくする、もしくは、完全に消滅させることもできる。これにより、平坦な膜を容易に形成することが可能となる。上述したように、このように構成した場合でもクラックの発生を抑制することができる。   In addition, by making the concave portion 15 of the heterogeneous substrate 10 have the above shape, the pores can be made very small or completely eliminated. This makes it possible to easily form a flat film. As described above, the occurrence of cracks can be suppressed even in such a configuration.

このように、第1実施形態では、上記形状を有する凹部15を異種基板10に形成することによって、スパッタ膜20上にAl組成比の高い窒化物半導体層を成長させることで発生するクラックを抑制することができる。加えて、窒化物半導体層(バッファ層30)の層表面を平坦化することができる。これにより、Al組成比の高い高品質の窒化物半導体層をバッファ層30として異種基板10上に形成することができる。   As described above, in the first embodiment, by forming the recess 15 having the above-described shape on the heterogeneous substrate 10, cracks generated by growing a nitride semiconductor layer having a high Al composition ratio on the sputtered film 20 are suppressed. can do. In addition, the layer surface of the nitride semiconductor layer (buffer layer 30) can be planarized. Thereby, a high-quality nitride semiconductor layer having a high Al composition ratio can be formed on the heterogeneous substrate 10 as the buffer layer 30.

また、スパッタ膜20上にバッファ層としての窒化物半導体層を結晶成長させた場合には、バッファ層30の結晶品質が良好となる。バッファ層30は、層厚が大きくなると結晶品質が向上するものの、上記のように、スパッタ膜20上にバッファ層30を成長させることによって、同程度の品質のバッファ層を小さい厚みで形成することができる。そして、バッファ層30の厚みを小さくした場合でも、上記のように、層表面に凹凸が生じるのを抑制して表面を平坦化することができる。また、バッファ層30の厚みを小さくすることによって、バッファ層30の厚みが大きくなり過ぎることに起因するクラックの発生を抑制することもできる。さらに、バッファ層30の厚みを小さくすることによって、原料効率を向上させることができるとともに、スループットを向上させることができる。   Further, when a nitride semiconductor layer as a buffer layer is grown on the sputtered film 20, the crystal quality of the buffer layer 30 is good. Although the buffer layer 30 is improved in crystal quality as the layer thickness is increased, as described above, the buffer layer 30 is grown on the sputtered film 20 to form a buffer layer of the same quality with a small thickness. Can do. Even when the thickness of the buffer layer 30 is reduced, as described above, it is possible to suppress the occurrence of unevenness on the surface of the layer and to flatten the surface. In addition, by reducing the thickness of the buffer layer 30, it is possible to suppress the occurrence of cracks due to the buffer layer 30 becoming too thick. Furthermore, by reducing the thickness of the buffer layer 30, the raw material efficiency can be improved and the throughput can be improved.

上記のように、バッファ層30の厚みを大きくすることにより、バッファ層30の結晶品質をより良好にすることができる。また、バッファ層30の厚みを0.8μm以上とすることにより、クラック防止効果を顕著に得ることができる。さらに、バッファ層30の厚みを1.8μm以上とすることにより、クラック防止効果をより顕著に得ることができる。なお、バッファ層30の厚みを大きくすれば結晶品質が向上するものの、厚みを大きくし過ぎると原料効率、スループット、クラック等の問題が生じる。そのため、品質向上効果と原料消費等を考えた費用対効果の観点から、バッファ層30の厚みは10μm以下とするのが好ましい。   As described above, the crystal quality of the buffer layer 30 can be improved by increasing the thickness of the buffer layer 30. Moreover, the crack prevention effect can be acquired notably by setting the thickness of the buffer layer 30 to 0.8 μm or more. Furthermore, the crack prevention effect can be more remarkably obtained by setting the thickness of the buffer layer 30 to 1.8 μm or more. Although the crystal quality is improved if the thickness of the buffer layer 30 is increased, problems such as material efficiency, throughput, and cracks occur if the thickness is increased excessively. For this reason, the thickness of the buffer layer 30 is preferably 10 μm or less from the viewpoint of cost-effectiveness considering the quality improvement effect and raw material consumption.

なお、スパッタ膜20は上記のようにAlNから構成されているのが好ましい。このように構成すれば、Al組成比の高い窒化物半導体からなるバッファ層の品質を容易に向上させることができる。   The sputtered film 20 is preferably made of AlN as described above. If comprised in this way, the quality of the buffer layer which consists of a nitride semiconductor with a high Al composition ratio can be improved easily.

また、第1実施形態では、上記凹部15をその幅Wが深さHより大きくなるように形成することによって、容易に、凹部15を埋め込まれ易くすることができるので、容易に、バッファ層表面を平坦化することができる。   In the first embodiment, the recess 15 can be easily embedded by forming the recess 15 so that the width W is larger than the depth H. Can be flattened.

また、図1に示した角度θ1を45度より大きく90度より小さくなるように構成することによって、異種基板10上に、たとえば、AlNスパッタ膜20を形成し、その上にAl組成比が高い窒化物半導体からなるバッファ層30(たとえば、AlN層)を成長させた際に発生するクラックを容易に抑制することができる。また、凹部15の形状が略矩形状の場合には、凹部15が埋まりにくくなるが、上記角度を有する凹部15を形成することによって、凹部15を埋まりやすくすることができる。このため、より平坦な表面を有するバッファ層30を形成し易くすることができる。   Further, by configuring the angle θ1 shown in FIG. 1 to be larger than 45 degrees and smaller than 90 degrees, for example, an AlN sputtered film 20 is formed on the heterogeneous substrate 10, and the Al composition ratio is high thereon. Cracks generated when a buffer layer 30 (for example, an AlN layer) made of a nitride semiconductor is grown can be easily suppressed. Moreover, when the shape of the recessed part 15 is substantially rectangular shape, the recessed part 15 becomes difficult to be filled, but the recessed part 15 can be made easy to fill by forming the recessed part 15 which has the said angle. For this reason, it is possible to easily form the buffer layer 30 having a flatter surface.

また、上記角度θ1を60度より大きく80度より小さい角度とすることによって、異種基板10上にAl組成比が高いAlxInyGazN(Al組成比0.70以上1.00以下、たとえばAlNなど)からなるバッファ層30を形成する場合、Al原子のマイグレーション長は短いため、従来の矩形に近い形状の凹部を形成すると凹部内が埋まりにくいが、上記の角度を有する凹部15を形成すると、凹部15がより埋まり易くなる。このため、より平坦なバッファ層30を形成することが可能となる。また、形成されたバッファ層30の組成均一性を向上させることができる。 Furthermore, by smaller angle than the greater 80 ° than 60 ° the angle .theta.1, Al composition ratio is high on the heterogeneous substrate 10 Al x In y Ga z N (Al composition ratio 0.70 to 1.00, In the case of forming a buffer layer 30 made of AlN, for example, the migration length of Al atoms is short. Therefore, if a concave portion having a shape close to a conventional rectangle is formed, the concave portion is difficult to fill, but the concave portion 15 having the above angle is formed. Then, the concave portion 15 is more easily filled. For this reason, it is possible to form a flatter buffer layer 30. In addition, the composition uniformity of the formed buffer layer 30 can be improved.

さらに、上記角度θ1を65度より大きく75度より小さい角度とすることによって、クラック防止効果に加えて異種基板10上に形成されたにAl組成比xが高いバッファ層30の結晶品質を良好とすることができる。この品質向上効果としては、上記のような角度を有する凹部15を形成すると、平坦面(主面10a)の成長モードと凹部15の傾斜面16の成長モードが存在することになる。これらの成長モードが効果的に融合することで、結晶欠陥を消失させることができているものと考えられる。   Furthermore, by setting the angle θ1 to be larger than 65 degrees and smaller than 75 degrees, in addition to the crack prevention effect, the crystal quality of the buffer layer 30 formed on the heterogeneous substrate 10 and having a high Al composition ratio x can be improved. can do. As the quality improvement effect, when the concave portion 15 having the above-described angle is formed, a growth mode of the flat surface (main surface 10a) and a growth mode of the inclined surface 16 of the concave portion 15 exist. It is considered that crystal defects can be eliminated by effectively combining these growth modes.

また、第1実施形態において、上記角度θ1を角度θ2より大きい角度とすれば、より容易に、クラックの発生が抑制された高品質のバッファ層30を異種基板10上に形成することができる。   In the first embodiment, if the angle θ1 is larger than the angle θ2, the high-quality buffer layer 30 in which the generation of cracks is suppressed can be more easily formed on the heterogeneous substrate 10.

また、第1実施形態では、上記形状を有する凹部15を設けることによって、この凹部15は、原子のマイグレーションが小さい材料において、効果的にクラックを防止することができる。基板に到達した吸着原子のうちAl原子が原子のマイグレーションが小さく、次に、Ga原子、In原子の順番で、原子半径が大きくなるに従い、原子のマイグレーションが大きくなる傾向にあると考えられる。このことからも分かるように、Al組成比の高いバッファ層を成長させる場合、凹部15を形成した異種基板10に対し、たとえばGaN層を成長する場合とはまったく異なるものとして扱う必要がある。すなわち、AlxInyGazNのAl組成比は0.85以上1.00以下と高く構成されるとよく、かつAl組成比x>Ga組成比z>In組成比yにより構成されるとよい。 In the first embodiment, by providing the concave portion 15 having the above shape, the concave portion 15 can effectively prevent cracks in a material with small atomic migration. It is considered that the migration of atoms tends to increase as the atomic radius increases in the order of Ga atoms and In atoms in the order of Ga atoms and In atoms in the order of Al atoms among the adsorbed atoms that have reached the substrate. As can be seen from this, when growing a buffer layer having a high Al composition ratio, it is necessary to treat the heterogeneous substrate 10 having the recess 15 as being completely different from, for example, growing a GaN layer. That is, when the Al composition ratio of Al x In y Ga z N is preferably set to be as high as 0.85 or more and 1.00 or less, and Al composition ratio x> Ga composition ratio z> In composition ratio y Good.

なお、第1実施形態において、上記バッファ層30は、Al組成比xが0.85以上1.00以下のAlxGa1-xNから構成されているのが好ましい。このように構成されていれば、バッファ層30にInが含まれないことにより、より平坦性が改善する。 In the first embodiment, the buffer layer 30 is preferably made of Al x Ga 1-x N having an Al composition ratio x of 0.85 or more and 1.00 or less. If constituted in this way, since the buffer layer 30 does not contain In, the flatness is further improved.

また、Al組成比が高いほど、クラック防止の効果が顕著にあらわれるため、バッファ層30のAl組成比は高いほど好ましい。そのため、バッファ層30は、Al組成比が0.90以上1.00以下のAlxGa1-xNから構成されていればより好ましく、AlNから構成されていればさらに好ましい。 Also, the higher the Al composition ratio, the more remarkable the effect of preventing cracks. Therefore, the higher the Al composition ratio of the buffer layer 30, the better. Therefore, the buffer layer 30 is more preferably made of Al x Ga 1-x N having an Al composition ratio of 0.90 or more and 1.00 or less, and more preferably made of AlN.

また、異種基板10としては、サファイア基板以外に、たとえば、Si基板、SiC基板、スピネル基板、グラファイト基板などを用いることができる。基板材料が、窒化物半導体との熱膨張係数や格子定数の差が大きいほど、上記形状を有する凹部15を形成することにより得られる効果が顕著となる。そのため、異種基板としては、サファイア基板やSi基板を用いるのが好ましい。   In addition to the sapphire substrate, for example, a Si substrate, a SiC substrate, a spinel substrate, a graphite substrate, or the like can be used as the heterogeneous substrate 10. As the substrate material has a larger difference in thermal expansion coefficient and lattice constant from the nitride semiconductor, the effect obtained by forming the recess 15 having the above-described shape becomes more prominent. Therefore, it is preferable to use a sapphire substrate or a Si substrate as the heterogeneous substrate.

c面サファイア基板上にAlN膜をマグネトロンスパッタ法により50nm程度の厚みで成膜したサンプルAと、何も成膜していないc面サファイア基板からなるサンプルBとを準備した。次に、サンプルAおよびサンプルBを用いて、同一条件でMOCVD法によりAlN膜を1.0μm程度(0.9μm)の厚みで成膜した。そして、AlN膜を成膜したサンプルAおよびサンプルBについて、顕微鏡による透過像観察を行った。   A sample A in which an AlN film was formed on a c-plane sapphire substrate by a magnetron sputtering method to a thickness of about 50 nm and a sample B consisting of a c-plane sapphire substrate on which nothing was formed were prepared. Next, using sample A and sample B, an AlN film having a thickness of about 1.0 μm (0.9 μm) was formed by MOCVD under the same conditions. And about the sample A and sample B which formed the AlN film | membrane, the transmission image observation with a microscope was performed.

図14は、サンプルAの透過観察像を示した図であり、図15は、サンプルAの透過観察像に見られたクラックを示した図(図14のクラックをトレースした図)である。図16は、サンプルBの透過観察像を示した図である。図14および図15に示すように、AlNスパッタ膜上にAlN膜を成長させたサンプルAでは、クラックが多発した。これに対し、AlNスパッタ膜を成膜していないサンプルBでは、図16に示すように、クラックの発生は見られなかった。このように、異種基板上にスパッタ膜を成膜した後、このスパッタ膜上にAl組成比の高い窒化物半導体層を成長させた場合に、クラックが多発することを確認した。   FIG. 14 is a diagram showing a transmission observation image of sample A, and FIG. 15 is a diagram showing a crack seen in the transmission observation image of sample A (a diagram obtained by tracing the crack in FIG. 14). FIG. 16 is a view showing a transmission observation image of sample B. FIG. As shown in FIGS. 14 and 15, cracks occurred frequently in Sample A in which an AlN film was grown on an AlN sputtered film. On the other hand, in Sample B in which no AlN sputtered film was formed, no crack was observed as shown in FIG. As described above, it was confirmed that when a sputtered film was formed on a heterogeneous substrate and a nitride semiconductor layer having a high Al composition ratio was grown on the sputtered film, many cracks occurred.

次に、c面サファイア基板に上記第1実施形態で示した形状を有する凹部が形成されたサンプルC(実施例)を準備した。凹部の形成は以下のようにして行った。   Next, a sample C (Example) was prepared in which a concave portion having the shape shown in the first embodiment was formed on a c-plane sapphire substrate. The concave portion was formed as follows.

まず、サファイア基板上に保護膜としてSiO2膜をスパッタ法により200nm程度の厚みで形成した。次に、保護膜の上からスクライブにより溝加工(凹部加工)を施した。そして、スクライブ工程後に保護膜としてのSiO2膜をバッファードフッ酸により除去した。 First, an SiO 2 film having a thickness of about 200 nm was formed on the sapphire substrate as a protective film by sputtering. Next, groove processing (concave processing) was performed by scribing from above the protective film. After the scribing step, the SiO 2 film as a protective film was removed with buffered hydrofluoric acid.

なお、凹部の形成には、ダイヤモンド材質のスクライブ針(並木精密宝石株式会社製ダイヤモンドスクライバ3PA)を用いた。このスクライバをスクライブ装置に取り付け、荷重圧力0.2N程度でスクライブすることにより、ストライプ状に複数の溝(凹部)を形成した。このときの凹部の間隔(溝間隔)は約20μmである。凹部の深さは0.35μm程度、凹部の幅は2.850μmであった。また、傾斜面の角度θ1は約75度、角度θ2も約75度であった。形成した凹部の断面顕微鏡写真を図17に示す。   A scribe needle made of diamond (Diamond Scriber 3PA Diamond Scriber 3PA) was used to form the recess. A plurality of grooves (recesses) were formed in stripes by attaching the scriber to a scribing device and scribing at a load pressure of about 0.2N. The interval between the recesses (groove interval) at this time is about 20 μm. The depth of the recess was about 0.35 μm, and the width of the recess was 2.850 μm. The angle θ1 of the inclined surface was about 75 degrees, and the angle θ2 was also about 75 degrees. A cross-sectional photomicrograph of the formed recess is shown in FIG.

次に、凹部を形成したサファイア基板にAlN膜をマグネトロンスパッタ法により50nm程度の厚みで成膜した。そして、この基板をサンプルCとして供した。   Next, an AlN film having a thickness of about 50 nm was formed on the sapphire substrate having the recesses by magnetron sputtering. This substrate was used as Sample C.

続いて、サンプルCに、上記サンプルAおよびBと同様の条件でMOCVD法によりAlN膜を成長させたところ、クラックが抑制されたAlN膜が得られた。   Subsequently, when an AlN film was grown on Sample C under the same conditions as Samples A and B by MOCVD, an AlN film with suppressed cracks was obtained.

サンプルBおよびサンプルCを用いて、結晶成長させたAlN膜を、XRCスペクトル半値幅で評価したところ、(0002)面のXRCスペクトル半値幅は、サンプルCでは183秒、サンプルBでは742秒であった。すなわち、サンプルCの方が、サンプルBに比べて、結晶成長させたAlN膜の結晶品質が良好であることが確認された。これより、c面サファイア基板に凹部を形成し、かつ、AlNスパッタ膜を有することで、クラックフリーでかつ、高品質な膜を得ることができた。なお、(10−12)面のXRCスペクトル半値幅はサンプルCでは、1017秒、サンプルBでは1280秒であった。   When an AlN film having been crystal-grown using Sample B and Sample C was evaluated by the XRC spectrum half-width, the XRC spectrum half-width of the (0002) plane was 183 seconds for Sample C and 742 seconds for Sample B. It was. That is, it was confirmed that sample C had better crystal quality of the grown AlN film than sample B. From this, it was possible to obtain a high-quality film free of cracks by forming a recess in the c-plane sapphire substrate and having an AlN sputtered film. The XRC spectrum half width of the (10-12) plane was 1017 seconds for sample C and 1280 seconds for sample B.

サンプルCでは、AlN膜(成長膜)を0.9μmの厚みで形成したが、AlN膜の厚みを2.0μmにしたサンプルD(実施例)を作成したところ、このサンプルDにおいてもクラックの発生が認められなかった。なお、サンプルBと同様のサファイア基板(凹部、スパッタ膜の形成なし)に、同条件でAlN膜を2.0μmの厚みで成長させたところクラックの発生が認められた。これより、上記形状を有する凹部が形成された基板にスパッタ膜を成膜したサンプルでは、その上に形成されるAlN成長膜の厚みを大きくした場合でも、クラックの発生が抑制されることが確認された。   In sample C, an AlN film (growth film) was formed with a thickness of 0.9 μm. However, when sample D (example) with an AlN film thickness of 2.0 μm was created, cracks were also generated in this sample D. Was not recognized. When an AlN film was grown to a thickness of 2.0 μm under the same conditions on the same sapphire substrate as that of Sample B (no recesses or sputtered film formed), the occurrence of cracks was observed. From this, it was confirmed that in the sample in which the sputtered film was formed on the substrate having the concave portion having the above shape, the generation of cracks was suppressed even when the thickness of the AlN growth film formed thereon was increased. It was done.

また、(0002)面のXRCスペクトル半値幅はサンプルDでは224秒、(10−12)面のXRCスペクトル半値幅はサンプルDでは715秒となった。(10−12)面のXRCスペクトル半値幅の値は、刃状転位の数が多いと大きくなる。厚みを大きくすることで、刃状転位が低減されるため、(10−12)面のXRCスペクトル半値幅が低減したものと考えられる。   In addition, the XRC spectrum half width of the (0002) plane was 224 seconds in the sample D, and the XRC spectrum half width of the (10-12) plane was 715 seconds in the sample D. The value of the XRC spectrum half width of the (10-12) plane increases as the number of edge dislocations increases. By increasing the thickness, edge dislocations are reduced, and it is considered that the XRC spectrum half width of the (10-12) plane is reduced.

厚膜化の阻害要因はクラックの発生であるが、サファイア基板上に上記第1実施形態で示した凹部(溝)を形成し、AlNスパッタ膜を形成した上に、MOCVD法によりAlN膜を成長させることで、クラックの発生を抑制することができる。このため、さらなる高品質化も期待される。   The cause of the increase in film thickness is the generation of cracks. The recess (groove) shown in the first embodiment is formed on the sapphire substrate, the AlN sputtered film is formed, and the AlN film is grown by MOCVD. By making it, generation | occurrence | production of a crack can be suppressed. For this reason, further improvement in quality is expected.

(第2実施形態)
図18は、本発明の第2実施形態による窒化物半導体発光素子を示した断面図である。図19は、本発明の第2実施形態による窒化物半導体発光素子の活性層の構成を模式的に示した断面図である。次に、図1、図18および図19を参照して、本発明の第2実施形態による窒化物半導体発光素子200について説明する。なお、各図において、対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明は適宜省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 18 is a cross-sectional view illustrating a nitride semiconductor light emitting device according to a second embodiment of the present invention. FIG. 19 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the active layer of the nitride semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention. A nitride semiconductor light emitting device 200 according to a second embodiment of the present invention is now described with reference to FIGS. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to a corresponding component, and the overlapping description is abbreviate | omitted suitably.

第2実施形態による窒化物半導体発光素子200は、深紫外領域で発光する発光ダイオード素子(深紫外発光素子)からなる。また、第2実施形態による窒化物半導体発光素子200は、上記第1実施形態で示した異種基板10を用いて形成されている。深紫外領域で発光する発光素子は、高いAl組成比を有する窒化物半導体層を含んで構成されるため、上記第1実施形態による異種基板は深紫外発光素子での適応が好適である。   The nitride semiconductor light emitting device 200 according to the second embodiment includes a light emitting diode device (deep ultraviolet light emitting device) that emits light in the deep ultraviolet region. The nitride semiconductor light emitting device 200 according to the second embodiment is formed using the heterogeneous substrate 10 shown in the first embodiment. Since the light emitting element that emits light in the deep ultraviolet region includes a nitride semiconductor layer having a high Al composition ratio, the heterogeneous substrate according to the first embodiment is suitable for use as a deep ultraviolet light emitting element.

異種基板10は、たとえばサファイア基板などから構成されており、図18に示すように、その主面10a部分には、上記第1実施形態と同様の凹部15(図1参照)が形成されている。異種基板10の主面10a上には、AlN膜21が形成されている。このAlN膜21は、スパッタ法を用いて形成されたスパッタ膜からなる。   The heterogeneous substrate 10 is composed of, for example, a sapphire substrate, and as shown in FIG. 18, a concave portion 15 (see FIG. 1) similar to that of the first embodiment is formed on the main surface 10a portion. . An AlN film 21 is formed on the main surface 10 a of the different substrate 10. The AlN film 21 is a sputtered film formed by using a sputtering method.

AlN膜21上には、このAlN膜21と接するように、Al組成比が高い窒化物半導体層(AlxInyGazN:x+y+z=1)からなるバッファ層30が形成されている。バッファ層30のAl組成比xは、たとえば0.85以上1.00以下(たとえばAlNなど)とされている。なお、バッファ層30は、本発明の「窒化物半導体層」の一例である。 On the AlN film 21 is thus in contact with the AlN film 21, Al composition ratio is high nitride semiconductor layer (Al x In y Ga z N : x + y + z = 1) buffer layer 30 made of is formed. The Al composition ratio x of the buffer layer 30 is set to, for example, 0.85 or more and 1.00 or less (for example, AlN). The buffer layer 30 is an example of the “nitride semiconductor layer” in the present invention.

バッファ層30上には、活性層50を含む素子構造100が形成されている。この素子構造100は、複数の半導体層が積層されることによって構成されており、n側窒化物半導体層110およびp側窒化物半導体層120を含んでいる。n側窒化物半導体層110およびp側窒化物半導体層120は、上記活性層50を挟むように形成されている。なお、AlN膜21上に形成される、バッファ層30および素子構造100とによって、発光素子部が構成されている。ただし、発光素子部はバッファ層30を含まない構成であってもよい。すなわち、バッファ層30上に発光素子部が形成された構成であってもよい。   An element structure 100 including an active layer 50 is formed on the buffer layer 30. This element structure 100 is configured by stacking a plurality of semiconductor layers, and includes an n-side nitride semiconductor layer 110 and a p-side nitride semiconductor layer 120. The n-side nitride semiconductor layer 110 and the p-side nitride semiconductor layer 120 are formed so as to sandwich the active layer 50 therebetween. The buffer layer 30 and the element structure 100 formed on the AlN film 21 constitute a light emitting element portion. However, the light emitting element portion may not include the buffer layer 30. That is, a configuration in which the light emitting element portion is formed on the buffer layer 30 may be used.

第2実施形態の具体的な構造は、上記したように、凹部15が設けられた異種基板10(たとえばサファイア基板)上に、スパッタ法などによりAlN膜21が形成されている。AlN膜21上には、結晶成長法によってバッファ層30が形成されている。バッファ層30上には、約1.8μm〜約3.5μmの厚みを有するn型AlInGaN層40(110)が形成されている。n型AlInGaN層40上には、上記活性層50が形成されている。   In the specific structure of the second embodiment, as described above, the AlN film 21 is formed on the heterogeneous substrate 10 (for example, sapphire substrate) provided with the recess 15 by sputtering or the like. A buffer layer 30 is formed on the AlN film 21 by a crystal growth method. An n-type AlInGaN layer 40 (110) having a thickness of about 1.8 μm to about 3.5 μm is formed on the buffer layer 30. The active layer 50 is formed on the n-type AlInGaN layer 40.

活性層50上には、約15nmの厚みを有するp型AlInGaNからなるキャリアブロック層60が形成されている。キャリアブロック層60上には、約10nmの厚みを有するp型AlInGaN層70が形成されている。p型AlInGaN層70上には、約50nmの厚みを有するp型AlInGaNからなるp型コンタクト層80が形成されている。なお、p型コンタクト層80は、AlGaNまたはGaNから構成されていてもよい。   On the active layer 50, a carrier block layer 60 made of p-type AlInGaN having a thickness of about 15 nm is formed. A p-type AlInGaN layer 70 having a thickness of about 10 nm is formed on the carrier block layer 60. On the p-type AlInGaN layer 70, a p-type contact layer 80 made of p-type AlInGaN having a thickness of about 50 nm is formed. The p-type contact layer 80 may be made of AlGaN or GaN.

上記活性層50は、図19に示すように、障壁層51と量子井戸層52とが交互に積層された量子井戸構造を有している。活性層50を構成する量子井戸層52は、Alx1Iny1Ga1-x1-y1N(0<x1≦1、0≦y1≦1)の組成式で表される半導体層から構成されている。また、障壁層51は、Alx2Iny2Ga1-x2-y2N(0<x2≦1、0≦y2≦1)の組成式で表される半導体層から構成されており、そのAl組成比x2は、量子井戸層52のAl組成比x1よりも大きい。 As shown in FIG. 19, the active layer 50 has a quantum well structure in which barrier layers 51 and quantum well layers 52 are alternately stacked. The quantum well layer 52 constituting the active layer 50 is composed of a semiconductor layer represented by a composition formula of Al x1 In y1 Ga 1 -x1-y1 N (0 <x1 ≦ 1, 0 ≦ y1 ≦ 1). . The barrier layer 51 is composed of a semiconductor layer represented by a composition formula of Al x2 In y2 Ga 1 -x2-y2 N (0 <x2 ≦ 1, 0 ≦ y2 ≦ 1). x2 is larger than the Al composition ratio x1 of the quantum well layer 52.

上記量子井戸層52のAl組成比x1は、0.15≦x1≦0.90の範囲にあるのが好ましく、0.30≦x1≦0.75の範囲にあればより好ましい。0.40≦x1≦0.65の範囲にあればさらに好ましい。また、In組成比y1は、0.00≦y1≦0.12の範囲にあるのが好ましい。   The Al composition ratio x1 of the quantum well layer 52 is preferably in the range of 0.15 ≦ x1 ≦ 0.90, and more preferably in the range of 0.30 ≦ x1 ≦ 0.75. A range of 0.40 ≦ x1 ≦ 0.65 is more preferable. The In composition ratio y1 is preferably in the range of 0.00 ≦ y1 ≦ 0.12.

障壁層51のAl組成比x2は、0.20≦x2≦1.00の範囲にあるのが好ましい。また、障壁層51のAl組成比x2は、0.30≦x2≦1.00の範囲にあればより好ましい。0.50≦x2≦1.00の範囲にあればさらに好ましい。In組成比y2は、0.00≦y2≦0.08の範囲にあるのが好ましい。   The Al composition ratio x2 of the barrier layer 51 is preferably in the range of 0.20 ≦ x2 ≦ 1.00. The Al composition ratio x2 of the barrier layer 51 is more preferably in the range of 0.30 ≦ x2 ≦ 1.00. More preferably, it is in the range of 0.50 ≦ x2 ≦ 1.00. The In composition ratio y2 is preferably in the range of 0.00 ≦ y2 ≦ 0.08.

また、量子井戸層52は、Inを含むAlInGaNから構成されていてもよいし、Inを含まないAlGaNから構成されていてもよい。同様に、障壁層51も、Inを含むAlInGaNから構成されていてもよいし、Inを含まないAlGaNから構成されていてもよい。障壁層51がInを含む場合、そのIn組成比y2は、量子井戸層52のIn組成比y1より小さくなるように構成されているのが好ましい。   The quantum well layer 52 may be made of AlInGaN containing In or may be made of AlGaN not containing In. Similarly, the barrier layer 51 may be made of AlInGaN containing In or may be made of AlGaN not containing In. When the barrier layer 51 includes In, the In composition ratio y2 is preferably configured to be smaller than the In composition ratio y1 of the quantum well layer 52.

なお、n型AlInGaN層40のAl組成比およびIn組成比は、障壁層51と同じに設定されていてもよい。n型AlInGaN層40と障壁層51との組成比は異なっていてもよいが、上記のように同じに設定されていると、界面での格子不整合差がなくなるため好ましい。また、組成が異なる場合は、n型AlInGaN層40のバンドギャップが障壁層51のバンドギャップよりも大きくなるように構成されているとよい。このように構成されていると、キャリアを活性層50に効果的に閉じ込めることが可能となる。   Note that the Al composition ratio and the In composition ratio of the n-type AlInGaN layer 40 may be set to be the same as those of the barrier layer 51. The composition ratio of the n-type AlInGaN layer 40 and the barrier layer 51 may be different, but it is preferable to set the same as described above because the lattice mismatch difference at the interface is eliminated. When the compositions are different, the band gap of the n-type AlInGaN layer 40 may be configured to be larger than the band gap of the barrier layer 51. When configured in this manner, carriers can be effectively confined in the active layer 50.

また、p型AlInGaN層70のAl組成比およびIn組成比は、n型AlInGaN層40と同様、障壁層51と同じに設定されていてもよい。p型AlInGaN層70と障壁層51との組成比は異なっていてもよい。   Further, the Al composition ratio and the In composition ratio of the p-type AlInGaN layer 70 may be set to be the same as those of the barrier layer 51 as in the case of the n-type AlInGaN layer 40. The composition ratio between the p-type AlInGaN layer 70 and the barrier layer 51 may be different.

また、第2実施形態では、図18に示すように、窒化物半導体発光素子200が、いわゆる横型構造の発光ダイオード素子に構成されている。このため、異種基板10(たとえばサファイア基板)上に形成された素子構造100の一部が、ドライエッチングなどによって、p型コンタクト層80からn型AlInGaN層40の途中の深さまで掘り込まれている。そして、掘り込まれた部分の底面(n型AlInGaN層40)に、n側電極140が形成されている。このn側電極140は、たとえば、Al電極、または、基板側からAg層、Cu層が順次積層された多層構造のAg/Cu電極からなる。一方、p型コンタクト層80上には、p側電極130が形成されている。このp側電極130は、たとえば、p型コンタクト層80側からNi層(図示せず)およびAu層(図示せず)が順に積層された多層構造のNi/Au電極からなる。これにより、第2実施形態では、異種基板10(窒化物半導体層20)の上面側(成長主面10a側)に、p側電極130とn側電極140とが形成された状態となっている。   In the second embodiment, as shown in FIG. 18, the nitride semiconductor light emitting element 200 is configured as a light emitting diode element having a so-called lateral structure. For this reason, a part of the element structure 100 formed on the heterogeneous substrate 10 (for example, a sapphire substrate) is dug to a depth in the middle of the n-type AlInGaN layer 40 from the p-type contact layer 80 by dry etching or the like. . An n-side electrode 140 is formed on the bottom surface of the dug portion (n-type AlInGaN layer 40). The n-side electrode 140 is made of, for example, an Al electrode, or an Ag / Cu electrode having a multilayer structure in which an Ag layer and a Cu layer are sequentially stacked from the substrate side. On the other hand, a p-side electrode 130 is formed on the p-type contact layer 80. The p-side electrode 130 is composed of, for example, a Ni / Au electrode having a multilayer structure in which an Ni layer (not shown) and an Au layer (not shown) are sequentially laminated from the p-type contact layer 80 side. Thus, in the second embodiment, the p-side electrode 130 and the n-side electrode 140 are formed on the upper surface side (growth main surface 10a side) of the heterogeneous substrate 10 (nitride semiconductor layer 20). .

上記のように構成された窒化物半導体発光素子200は、たとえば、図20に示すように、キャンタイプのパッケージ300aに搭載されて、半導体光学装置300に構成される。   The nitride semiconductor light emitting element 200 configured as described above is mounted on a can type package 300a and configured in the semiconductor optical device 300, for example, as shown in FIG.

次に、図18および図19を参照して、本発明の第2実施形態による窒化物半導体発光素子200の製造方法について説明する。   A method for manufacturing the nitride semiconductor light emitting device 200 according to the second embodiment of the present invention is now described with reference to FIGS.

まず、サファイア基板などの異種基板10を準備する。次に、この異種基板10の主面10a部分に、上記第1実施形態と同様の方法を用いて同様の形状を有する凹部15を形成する。   First, a different substrate 10 such as a sapphire substrate is prepared. Next, a recess 15 having the same shape is formed in the main surface 10a portion of the different substrate 10 by using the same method as in the first embodiment.

次に、図18に示したように、異種基板10の主面10a上に、結晶成長法以外の手法を用いて、AlN膜21を形成する。このAlN膜21は、スパッタ法を用いたスパッタ膜とするのが好ましい。AlN膜21の厚みは、たとえば約20nm〜約100nm(たとえば、約50nm)とすることができる。   Next, as shown in FIG. 18, an AlN film 21 is formed on the main surface 10a of the heterogeneous substrate 10 by using a method other than the crystal growth method. The AlN film 21 is preferably a sputtered film using a sputtering method. The thickness of the AlN film 21 can be, for example, about 20 nm to about 100 nm (for example, about 50 nm).

続いて、AlN膜21上に、たとえばMOCVD法を用いて、複数の窒化物半導体層を積層する。   Subsequently, a plurality of nitride semiconductor layers are stacked on the AlN film 21 by using, for example, the MOCVD method.

具体的には、まず、AlN膜21上に、Al組成比が高い窒化物半導体層(AlxInyGazN:x+y+z=1)からなるバッファ層30を形成する。このバッファ層30のAl組成比xは、たとえば0.85以上1.00以下(たとえばAlNなど)とするのが好ましい。また、バッファ層30の組成は、Al組成比x>Ga組成比z>In組成比yとするのが好ましい。さらに、バッファ層30の厚みは、たとえば、0.5μm以上10μm以下とするのが好ましい。なお、バッファ層30は厚みが大きいほど結晶品質が向上するため、バッファ層30の厚みは大きい方が好ましい。 Specifically, first, on the AlN film 21, Al composition ratio is high nitride semiconductor layer: forming an (Al x In y Ga z N x + y + z = 1) buffer layer 30 made of. The Al composition ratio x of the buffer layer 30 is preferably 0.85 or more and 1.00 or less (for example, AlN). The composition of the buffer layer 30 is preferably Al composition ratio x> Ga composition ratio z> In composition ratio y. Furthermore, the thickness of the buffer layer 30 is preferably 0.5 μm or more and 10 μm or less, for example. In addition, since the crystal quality improves as the thickness of the buffer layer 30 increases, the thickness of the buffer layer 30 is preferably larger.

次に、バッファ層30上に、約1.8μm〜約3.5μmの厚みを有するn型AlInGaN層40、活性層50、約15nmの厚みを有するp型AlInGaNからなるキャリアブロック層60、約10nmの厚みを有するp型AlInGaN層70、約50nmの厚みを有するp型AlInGaNからなるp型コンタクト層80を順次成長させる。なお、p型コンタクト層80は、AlGaNまたはGaNから構成してもよい。   Next, on the buffer layer 30, an n-type AlInGaN layer 40 having a thickness of about 1.8 μm to about 3.5 μm, an active layer 50, a carrier block layer 60 made of p-type AlInGaN having a thickness of about 15 nm, about 10 nm. A p-type AlInGaN layer 70 having a thickness of 1 mm and a p-type contact layer 80 made of p-type AlInGaN having a thickness of about 50 nm are sequentially grown. The p-type contact layer 80 may be made of AlGaN or GaN.

また、活性層50は、図19に示したように、障壁層51と量子井戸層52とを交互に積層することにより、量子井戸構造に構成する。   Further, as shown in FIG. 19, the active layer 50 is configured in a quantum well structure by alternately stacking barrier layers 51 and quantum well layers 52.

そして、図18に示しように、フォトリソグラフィ技術およびドライエッチング技術などを用いて、素子構造100の一部を、p型コンタクト層80からn型AlInGaN層40の途中の深さまで選択的に除去する。これにより、n型AlInGaN層40の一部が露出される。   Then, as shown in FIG. 18, a part of the element structure 100 is selectively removed from the p-type contact layer 80 to a depth in the middle of the n-type AlInGaN layer 40 by using a photolithography technique and a dry etching technique. . Thereby, a part of the n-type AlInGaN layer 40 is exposed.

その後、真空蒸着法などを用いて、露出されたn型AlInGaN層40の表面上に、n側電極140を形成するとともに、p型コンタクト層80上にp側電極130を形成する。最後に、基板をダイシングすることにより、個々の発光素子に個片化する。このようにして、第2実施形態による窒化物半導体発光素子200が形成される。   Thereafter, an n-side electrode 140 is formed on the exposed surface of the n-type AlInGaN layer 40 using a vacuum deposition method or the like, and a p-side electrode 130 is formed on the p-type contact layer 80. Finally, the substrate is diced into individual light emitting elements. Thus, the nitride semiconductor light emitting device 200 according to the second embodiment is formed.

第2実施形態では、上記のように、第1実施形態で示した異種基板10(凹部15が設けられた基板)を用いて発光素子を形成することにより、クラックが抑制された高品質のバッファ層30上に素子構造100(発光素子部)を形成することができる。これにより、発光効率の高い深紫外発光素子を得ることができる。   In the second embodiment, as described above, a high-quality buffer in which cracks are suppressed by forming a light emitting element using the heterogeneous substrate 10 (substrate provided with the recess 15) shown in the first embodiment. An element structure 100 (light emitting element portion) can be formed over the layer 30. Thereby, a deep ultraviolet light emitting element with high luminous efficiency can be obtained.

また、第2実施形態では、層表面が平坦化された高品質のバッファ層30をその厚みを大きくすることなく形成することができるので、原料効率およびスループットを向上させることもできる。   In the second embodiment, since the high-quality buffer layer 30 having a flattened layer surface can be formed without increasing the thickness, the raw material efficiency and throughput can be improved.

実施例2では、異種基板としてサファイア基板を用い、このサファイア基板にスクライブ法によって溝状の凹部を形成した。その際、サファイア基板の加工前に、保護膜として、AlN膜をマグネトロンスパッタ法により70nm程度の厚みで成膜した。その後、加重圧力0.4N程度でスクライブを行うことで、上記第1実施形態と同様の断面形状を有する凹部を形成した。凹部は、実施例1と同様、ストライプ状に複数形成した。このときの凹部の間隔(溝間隔)は約20μmである。凹部の深さは0.50μm程度であり、凹部の幅は2.360μmであった。また、傾斜面の角度θ1は約70度、角度θ2も約70度であった。凹部(溝)の形成後、水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)水溶液により保護膜としてのAlN膜を除去した。   In Example 2, a sapphire substrate was used as the heterogeneous substrate, and a groove-shaped recess was formed on the sapphire substrate by a scribing method. At that time, before processing the sapphire substrate, an AlN film was formed as a protective film with a thickness of about 70 nm by magnetron sputtering. Thereafter, scribing was performed at a weighted pressure of about 0.4 N to form a recess having the same cross-sectional shape as in the first embodiment. Similar to Example 1, a plurality of recesses were formed in stripes. The interval between the recesses (groove interval) at this time is about 20 μm. The depth of the recess was about 0.50 μm, and the width of the recess was 2.360 μm. The angle θ1 of the inclined surface was about 70 degrees, and the angle θ2 was also about 70 degrees. After the formation of the recess (groove), the AlN film as a protective film was removed with a tetramethylammonium hydroxide (TMAH) aqueous solution.

次に、凹部(溝)を形成したサファイア基板に、再度、AlN膜をマグネトロンスパッタ法により40nm程度成膜した。そして、凹部とAlNスパッタ膜とを有するサファイア基板上に、MOCVD法により、AlNバッファ層(バッファ層)を成長させた。   Next, an AlN film was again formed on the sapphire substrate having the recesses (grooves) by about 40 nm by magnetron sputtering. Then, an AlN buffer layer (buffer layer) was grown by MOCVD on a sapphire substrate having a recess and an AlN sputtered film.

続いて、AlNバッファ層(バッファ層)上に、MOCVD法により、約2.0μmの厚みを有するn型Al0.65Ga0.35N層(n型AlInGaN層)、活性層、約15nmの厚みを有するp型Al0.80Ga0.20Nからなるキャリアブロック層、約10nmの厚みを有するp型Al0.65Ga0.35N層(p型AlGaN層)、約50nmの厚みを有するp型Al0.10Ga0.90Nからなるp型コンタクト層を順次成長させた。 Subsequently, an n-type Al 0.65 Ga 0.35 N layer (n-type AlInGaN layer) having a thickness of approximately 2.0 μm, an active layer, and a p having a thickness of approximately 15 nm are formed on the AlN buffer layer (buffer layer) by MOCVD. Carrier block layer made of p-type Al 0.80 Ga 0.20 N, p-type Al 0.65 Ga 0.35 N layer (p-type AlGaN layer) having a thickness of about 10 nm, p-type made of p-type Al 0.10 Ga 0.90 N having a thickness of about 50 nm Contact layers were grown sequentially.

また、活性層は、障壁層と量子井戸層とを交互に積層することによって量子井戸構造に構成した。量子井戸層の層数は5層とした。なお、実施例2では、量子井戸層をAl0.45Ga0.55Nとし、障壁層をAl0.65Ga0.35Nとした。 Moreover, the active layer was comprised in the quantum well structure by laminating | stacking a barrier layer and a quantum well layer alternately. The number of quantum well layers was five. In Example 2, the quantum well layer was Al 0.45 Ga 0.55 N, and the barrier layer was Al 0.65 Ga 0.35 N.

上記実施例2の構成において、凹部(溝)とAlNスパッタ膜を有するサファイア基板上に、層厚1.5μmのAlNバッファ層を成長させたサンプルE(実施例)と、層厚3.5μmのAlNバッファ層を成長させたサンプルF(実施例)とを作製した。AlNバッファ層より上の構造は、サンプルEおよびサンプルFで同じとした。   In the configuration of Example 2 above, Sample E (Example) in which an AlN buffer layer having a layer thickness of 1.5 μm was grown on a sapphire substrate having a recess (groove) and an AlN sputtered film, and a layer thickness of 3.5 μm. Sample F (Example) with an grown AlN buffer layer was produced. The structure above the AlN buffer layer was the same for Sample E and Sample F.

また、比較例として、凹部(溝)が設けられていないサファイア基板上に、AlNバッファ層を1.5μmの厚みで形成したサンプルGと、AlNバッファ層を3.5μmの厚みで形成したサンプルHとを準備した。なお、サンプルGおよびサンプルHでは、AlNスパッタ膜を形成せずに、サファイア基板上に、直接、AlNバッファ層を形成した。   As a comparative example, a sample G in which an AlN buffer layer is formed with a thickness of 1.5 μm on a sapphire substrate not provided with a recess (groove), and a sample H in which an AlN buffer layer is formed with a thickness of 3.5 μm And prepared. In Sample G and Sample H, an AlN buffer layer was formed directly on the sapphire substrate without forming an AlN sputtered film.

さらに、上記の方法で形成した凹部(溝)を有するサファイア基板にAlNバッファ層を3.5μmの厚みで形成したサンプルIも準備した。なお、サンプルIは、スパッタ膜を有しない。すなわち、サンプルIでは、サファイア基板上に、直接、AlNバッファ層を形成した。   Further, Sample I was prepared in which an AlN buffer layer was formed to a thickness of 3.5 μm on a sapphire substrate having a recess (groove) formed by the above method. Sample I does not have a sputtered film. That is, in Sample I, the AlN buffer layer was formed directly on the sapphire substrate.

サンプルE〜Iは、n型Al0.65Ga0.35N層より上の構造は同じである。 Samples E to I have the same structure above the n-type Al 0.65 Ga 0.35 N layer.

サンプルE〜Iを用いて、顕微鏡観察を行ったところ、サンプルE、Fは、共にクラックが観測されなかった。また、平坦性も良好であった。   When microscopic observation was performed using Samples E to I, no cracks were observed in Samples E and F. Also, the flatness was good.

凹部を有さないサファイア基板上にスパッタ膜を介さずにAlNバッファ層を形成したサンプルGおよびHにおいては、AlNバッファ層の厚みが比較的小さいサンプルGでは、クラックが観察されなかったものの、AlNバッファ層の厚みが大きいサンプルHではクラックが多発した。また、凹部(溝)を形成したサンプルIでは、クラックが観察されなかった。   In Samples G and H in which an AlN buffer layer was formed on a sapphire substrate having no recess without a sputtered film, no crack was observed in Sample G with a relatively small thickness of the AlN buffer layer. In sample H where the thickness of the buffer layer was large, many cracks occurred. Further, no crack was observed in Sample I in which a recess (groove) was formed.

これより、上記した形状を有する凹部を基板に設けることによるクラック抑制効果が確認された。   From this, the crack suppression effect by providing the recessed part which has an above-described shape in a board | substrate was confirmed.

続いて、クラックの発生が認められなかったサンプル(サンプルE、F、G、I)を用いて、光出力の比較を行った。   Subsequently, the optical output was compared using samples (samples E, F, G, and I) in which no crack was observed.

その結果、20mA電流注入動作時の光出力は、凹部(溝)およびAlNスパッタ膜を有さないサンプルGでは0.8mWであったの対し、凹部(溝)およびAlNスパッタ膜を有するサンプルEでは1.3mWと約1.6倍に増加した。また、AlNバッファ層の厚みを大きくしたサンプルFでは、その光出力が1.3mWから1.9mWであった。比較用サンプルGでは0.8mWであったので、サンプルEにおいても、比較用サンプルGと比べて増加する結果が得られた。   As a result, the optical output during the 20 mA current injection operation was 0.8 mW in the sample G having no recess (groove) and the AlN sputtered film, whereas in the sample E having the recess (groove) and the AlN sputtered film. It increased to 1.3 mW and about 1.6 times. Further, in the sample F in which the thickness of the AlN buffer layer was increased, the light output thereof was 1.3 mW to 1.9 mW. Since it was 0.8 mW in the comparative sample G, the result that the sample E increased compared with the comparative sample G was obtained.

なお、凹部(溝)を有し、AlNバッファ層の厚みを大きくしたサンプルIでは、その光出力は1.2mWとサンプルEと同程度であった。光出力0.8mWのサンプルGと比較すると、サンプルIでも光出力が増加する結果となった。これより、AlNバッファ層の厚みを大きくすることにより、光出力が増加することが確認された。   In Sample I having a recess (groove) and the thickness of the AlN buffer layer increased, the optical output was 1.2 mW, which was about the same as Sample E. Compared with sample G with an optical output of 0.8 mW, sample I also resulted in an increase in optical output. From this, it was confirmed that the optical output increases by increasing the thickness of the AlN buffer layer.

また、サンプルEとサンプルIとで光出力が同程度であることから、AlNスパッタ膜を有することで、同程度の光出力を得る場合にAlNバッファ層の厚みを小さくできることが確認された。   In addition, since the optical outputs of Sample E and Sample I are approximately the same, it was confirmed that the AlN buffer layer can have a small thickness when the AlN sputtered film is used to obtain approximately the same optical output.

以上より、上記した断面形状を有する凹部を異種基板に設けることで、クラックの発生が抑制され、かつ、スパッタ膜を形成することで、同程度の品質のバッファ層を小さい厚みで形成できることが確認された。   As described above, it is confirmed that the formation of a recess having the above-described cross-sectional shape on a heterogeneous substrate suppresses the generation of cracks, and the formation of a sputtered film makes it possible to form a buffer layer of the same quality with a small thickness. It was done.

(第3実施形態)
図21は、本発明の第3実施形態による異種基板の断面図である。図22は、本発明の第3実施形態による異種基板の一部を示した平面図である。図23は、本発明の第3実施形態による異種基板の斜視図である。図24および図25は、本発明の第3実施形態の異種基板の平面図である。次に、図12、図13および図21〜図25を参照して、本発明の第3実施形態による異種基板について説明する。なお、各図において、対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明は適宜省略する。
(Third embodiment)
FIG. 21 is a cross-sectional view of a dissimilar substrate according to the third embodiment of the present invention. FIG. 22 is a plan view illustrating a part of a dissimilar substrate according to the third embodiment of the present invention. FIG. 23 is a perspective view of a dissimilar substrate according to the third embodiment of the present invention. 24 and 25 are plan views of different types of substrates according to the third embodiment of the present invention. Next, with reference to FIGS. 12, 13, and 21 to 25, a heterogeneous substrate according to a third embodiment of the present invention will be described. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to a corresponding component, and the overlapping description is abbreviate | omitted suitably.

この第3実施形態による異種基板10では、図21〜図23に示すように、凹部15(15a)が穴状に形成されている。すなわち、この第3実施形態では、上記凹部15が穴状に形成されている点で、上記凹部が所定方向に延びる溝状に形成されて第1および第2実施形態とは異なる。   In the heterogeneous substrate 10 according to the third embodiment, as shown in FIGS. 21 to 23, the recess 15 (15a) is formed in a hole shape. That is, the third embodiment is different from the first and second embodiments in that the concave portion 15 is formed in a hole shape and the concave portion is formed in a groove shape extending in a predetermined direction.

穴状の凹部15は、略逆円錐状のくぼみからなる。そのため、穴状の凹部15は、平面的に見て、円形状に形成されている。また、その断面形状は、図21に示すように、上記した第1実施形態と同様の形状(略V字状(V字に近い形状))とされている。   The hole-shaped recess 15 is formed of a substantially inverted conical recess. Therefore, the hole-shaped recess 15 is formed in a circular shape when viewed in a plan view. Further, as shown in FIG. 21, the cross-sectional shape is the same shape as the first embodiment described above (substantially V-shape (shape close to V-shape)).

なお、第3実施形態においても、異種基板10の凹部15は、作製誤差により生じる場合を除き、その底部17に平坦部分をほとんど含まない形状とされているのが好ましい。   Also in the third embodiment, it is preferable that the concave portion 15 of the heterogeneous substrate 10 has a shape that hardly includes a flat portion at the bottom portion 17 except when it is caused by a manufacturing error.

また、図23〜図25に示すように、異種基板10の主面10a部分には、複数の穴状の凹部15が周期的に設けられているのが好ましい。この場合、隣り合う凹部15の間隔が一定の周期構造とされているのが好ましい。なお、凹部15の配列は、図24および図25に示したような格子状とすることができる。ただし、凹部15の配列は、図24および図25に示した配列以外の配列であってもよい。   Further, as shown in FIGS. 23 to 25, it is preferable that a plurality of hole-shaped recesses 15 are periodically provided in the main surface 10 a portion of the different substrate 10. In this case, it is preferable that the interval between adjacent recesses 15 is a periodic structure having a constant interval. In addition, the arrangement | sequence of the recessed part 15 can be made into the grid | lattice form as shown to FIG. 24 and FIG. However, the arrangement of the recesses 15 may be an arrangement other than the arrangement shown in FIGS.

凹部15の深さH(図21参照)は、上記第1実施形態と同様、0.1μm以上1.0μm以下であるのが好ましい。凹部15の深さHは0.7μm以下であればより好ましく、0.2μm以上0.5μm以下であればさらに好ましい。   The depth H (see FIG. 21) of the recess 15 is preferably 0.1 μm or more and 1.0 μm or less, as in the first embodiment. The depth H of the recess 15 is more preferably 0.7 μm or less, and further preferably 0.2 μm or more and 0.5 μm or less.

凹部15の直径D(W)(図21参照)は、深さHと角度θ1、θ2によりD〜2Htanθ1の関係がある。その関係を満たすなかで、凹部15の直径Dは0.2μm以上10.0μm以下が好ましい。凹部15の直径Dは7.0μm以下であればより好ましく、5.0μm以下であればさらに好ましい。また、上記凹部15は、その直径Dが深さHより大きくなるように形成されているのが好ましい。すなわち、上記凹部15は深さHが浅く、直径Dが広い形状に形成されているのが好ましい。   The diameter D (W) (see FIG. 21) of the recess 15 has a relationship of D to 2H tan θ1 depending on the depth H and the angles θ1 and θ2. In satisfying the relationship, the diameter D of the recess 15 is preferably 0.2 μm or more and 10.0 μm or less. The diameter D of the recess 15 is more preferably 7.0 μm or less, and further preferably 5.0 μm or less. Moreover, it is preferable that the said recessed part 15 is formed so that the diameter D may become larger than the depth H. FIG. That is, the recess 15 is preferably formed in a shape having a shallow depth H and a wide diameter D.

また、図24および図25に示すように、凹部15の間隔R(R1、R2)は、たとえば10μm〜50μm程度にすることができる。この範囲では、平坦性が良好な膜が得られるので好ましい。また、間隔Rが小さいほど、クラック防止効果が顕著になるため、より好ましくは、20μm以下がよい。さらに好ましい値は、10μm以下である。間隔Rを10μm以下にすることで、品質向上の効果がより顕著になる。さらに、間隔Rを30μm以下にすると、散乱による光取り出し効率向上の効果があらわれるため好ましい。   Further, as shown in FIGS. 24 and 25, the interval R (R1, R2) between the recesses 15 can be, for example, about 10 μm to 50 μm. This range is preferable because a film with good flatness can be obtained. Moreover, since the crack prevention effect becomes remarkable as the space | interval R is small, More preferably, 20 micrometers or less are good. A more preferable value is 10 μm or less. By making the distance R 10 μm or less, the quality improvement effect becomes more remarkable. Furthermore, it is preferable to set the interval R to 30 μm or less because the effect of improving the light extraction efficiency due to scattering appears.

なお、このような穴状の凹部15は、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて形成することができる。具体的には、図12および図13に示したように、異種基板10上にフォトレジストなどの保護膜510を形成し、この保護膜510をマスクとしてドライエッチングなどを施す。その後、保護膜510を除去することで、上記した穴状の凹部15を周期的に形成することが可能となる。   Such a hole-like recess 15 can be formed using a photolithography technique and an etching technique. Specifically, as shown in FIGS. 12 and 13, a protective film 510 such as a photoresist is formed on the heterogeneous substrate 10, and dry etching or the like is performed using the protective film 510 as a mask. Thereafter, by removing the protective film 510, it is possible to periodically form the hole-shaped recess 15 described above.

第3実施形態のその他の構成は、上記第1および第2実施形態と同様である。   Other configurations of the third embodiment are the same as those of the first and second embodiments.

また、異種基板10の主面10a部分に、凹部15を穴状に形成した場合でも、上記第1実施形態と同様の作用および効果を得ることができる。   In addition, even when the recess 15 is formed in a hole shape in the main surface 10a portion of the heterogeneous substrate 10, the same operation and effect as in the first embodiment can be obtained.

実施例3では、図12および図13に示したように、サファイア基板からなる異種基板10の主面10a部分に、ドライエッチング法を用いて周期的な穴(凹部15)を形成した。   In Example 3, as shown in FIGS. 12 and 13, periodic holes (recesses 15) were formed in the main surface 10a portion of the dissimilar substrate 10 made of a sapphire substrate using a dry etching method.

具体的には、図12に示したように、異種基板10の主面10a上に保護膜510としてフォトレジストを形成した。このフォトレジストには、ダウケミカルカンパニー社製S1830を用いた。次に、図13に示したように、保護膜510をマスクとしてドライエッチングを行った後、保護膜510を除去した。このようにして、図21に示したような断面形状を有する凹部15を形成した。このときの、凹部(穴)の直径は1.850μmであり、凹部(穴)の深さは0.40μm程度であった。また、傾斜面の角度θ1は約68度、角度θ2は約67度であった。凹部(穴)の間隔は10μmとした。   Specifically, as shown in FIG. 12, a photoresist was formed as a protective film 510 on the main surface 10 a of the heterogeneous substrate 10. S1830 manufactured by Dow Chemical Company was used for this photoresist. Next, as shown in FIG. 13, after the dry etching was performed using the protective film 510 as a mask, the protective film 510 was removed. In this way, a recess 15 having a cross-sectional shape as shown in FIG. 21 was formed. At this time, the diameter of the recess (hole) was 1.850 μm, and the depth of the recess (hole) was about 0.40 μm. The angle θ1 of the inclined surface was about 68 degrees, and the angle θ2 was about 67 degrees. The interval between the recesses (holes) was 10 μm.

比較用サンプルとして、第1実施形態(実施例1)と同様の溝状の凹部を形成した基板(サファイア基板)を準備した。溝状の凹部の幅は1.850μm、深さは0.40μm程度である。溝(凹部)の間隔は10μmとした。   As a comparative sample, a substrate (sapphire substrate) on which a groove-like recess similar to the first embodiment (Example 1) was formed was prepared. The width of the groove-shaped recess is 1.850 μm and the depth is about 0.40 μm. The interval between the grooves (recesses) was 10 μm.

実施例3によるサンプルと比較用サンプルとを用いて、その主面上に実施例2と同様のAlNスパッタ膜を製膜した。そして、実施例2と同様のAlNバッファ層およびその上の構造をMOCVD法により成長させた。その後、エッチングによって素子構造の一部を除去した後、電極を形成することで発光ダイオード素子を作製した。なお、AlNバッファ層の厚みはいずれも約4.8μmとした。   Using the sample according to Example 3 and the comparative sample, an AlN sputtered film similar to that of Example 2 was formed on the main surface. Then, the same AlN buffer layer as in Example 2 and the structure thereon were grown by MOCVD. Thereafter, a part of the element structure was removed by etching, and then an electrode was formed to produce a light emitting diode element. Note that the thickness of each AlN buffer layer was about 4.8 μm.

これらのサンプルを顕微鏡観察したところ、いずれのサンプルにおいても、クラックは観察されなかった。また、層表面の平坦性もいずれも良好であった。   When these samples were observed with a microscope, no cracks were observed in any of the samples. Further, the flatness of the layer surface was good.

次に、これらのサンプルを用いて、20mA電流注入動作時の光出力を比較した。その結果、比較用サンプル(溝状の凹部を形成したサンプル)では、光出力は、1.8mWであった。これに対し、周期的な穴状の凹部を形成したサンプル(実施例3)では、光出力は2.2mWであり、比較用サンプルに比べて光出力が増加した。これは、穴状の凹部の周期構造により、光と取り出し効率が向上したためであると考えられる。   Next, these samples were used to compare the light output during a 20 mA current injection operation. As a result, in the comparative sample (the sample in which the groove-shaped concave portion was formed), the light output was 1.8 mW. On the other hand, in the sample (Example 3) in which the periodic hole-shaped concave portions were formed, the light output was 2.2 mW, and the light output increased compared to the comparative sample. This is presumably because the light and the extraction efficiency were improved by the periodic structure of the hole-like recesses.

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and further includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.

たとえば、上記第1〜第3実施形態では、異種基板上にAlNからなるスパッタ膜(AlNスパッタ膜)を形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、上記スパッタ膜はAlNスパッタ膜以外であってもよい。AlN以外のスパッタ膜としては、たとえば、AlON、GaN、GaON、GaO、AlGaN、SiC、ZnOなどのスパッタ膜などが挙げられる。   For example, in the first to third embodiments, an example in which a sputtered film (AlN sputtered film) made of AlN is formed on a heterogeneous substrate is shown. However, the present invention is not limited to this, and the sputtered film is an AlN sputtered film. It may be other than. Examples of the sputtered film other than AlN include sputtered films such as AlON, GaN, GaON, GaO, AlGaN, SiC, and ZnO.

また、上記第1〜第3実施形態では、異種基板上に、スパッタ法を用いてスパッタ膜を形成し、そのスパッタ膜上に結晶成長法によりバッファ層を形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、たとえば、異種基板上にスパッタ法以外の方法を用いて膜(たとえばAlN膜)を形成し、その膜上にバッファ層を形成するようにしてもよい。すなわち、その上に結晶成長させた窒化物半導体層の配向性が保たれる膜であれば、その膜の形成方法はスパッタ法以外の方法であってもよい。スパッタ法以外の方法としては、たとえば、分子ビーム成長(MBE)法、電子ビーム蒸着法、プラズマCVD法などが挙げられる。スパッタ法以外の方法を用いる場合は、スパッタ法により形成される膜(たとえばAlN膜)と同等の膜質と効果が得られる方法であればよい。また、スパッタ膜を形成することなく、異種基板上に直接、バッファ層を結晶成長させてもよい。   In the first to third embodiments, an example is shown in which a sputtered film is formed on a heterogeneous substrate using a sputtering method, and a buffer layer is formed on the sputtered film by a crystal growth method. For example, a film (for example, an AlN film) may be formed on a different substrate using a method other than sputtering, and a buffer layer may be formed on the film. That is, as long as the orientation of the nitride semiconductor layer crystal-grown thereon is maintained, the method for forming the film may be a method other than sputtering. Examples of methods other than sputtering include molecular beam growth (MBE), electron beam evaporation, and plasma CVD. When a method other than the sputtering method is used, any method can be used as long as the film quality and effects equivalent to those of a film (for example, an AlN film) formed by the sputtering method can be obtained. Alternatively, the buffer layer may be directly grown on the heterogeneous substrate without forming a sputtered film.

また、上記第1〜第3実施形態では、凹部の断面形状を略V字状とした例を示したが、本発明はこれに限らず、凹部の断面形状は略V字状以外であってもよい。この場合、凹部の断面形状は、凹部内が埋め込まれやすい形状であるのが好ましい。たとえば、図26に示すように、凹部15の断面形状は、略V字状よりややU字状に近い形状であってもよい。また、図27に示すように、凹部15の断面形状は、その傾斜面が傾斜角度の異なる複数の面から構成された多角形状となる形状であってもよい。さらに、図28に示すように、凹部15の断面形状は、略弧状であってもよい。なお、凹部15の断面形状は、これら以外の形状であってもよい。   Moreover, in the said 1st-3rd embodiment, although the example which made the cross-sectional shape of the recessed part substantially V-shaped was shown, this invention is not restricted to this, The cross-sectional shape of a recessed part is other than substantially V-shaped, Also good. In this case, the cross-sectional shape of the concave portion is preferably a shape in which the concave portion is easily embedded. For example, as shown in FIG. 26, the cross-sectional shape of the recess 15 may be a shape that is slightly closer to a U shape than a substantially V shape. As shown in FIG. 27, the cross-sectional shape of the recess 15 may be a polygonal shape in which the inclined surface is composed of a plurality of surfaces having different inclination angles. Furthermore, as shown in FIG. 28, the cross-sectional shape of the recess 15 may be substantially arcuate. In addition, the cross-sectional shape of the recessed part 15 may be shapes other than these.

また、上記第1〜第3実施形態では、結晶成長法としてMOCVD法を用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、結晶成長法は、MOCVD法以外のたとえばMBE法やCBE法などであってもよい。   In the first to third embodiments, the MOCVD method is used as the crystal growth method. However, the present invention is not limited to this, and the crystal growth method is not limited to the MOCVD method, for example, the MBE method or the CBE method. It may be.

また、上記第1〜第3実施形態では、スパッタ膜上に、Al組成比の高い窒化物半導体からなるバッファ層を形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、バッファ層のAl組成比は比較的低い範囲を含めて適宜設定することができる。たとえば、バッファ層のAl組成比は、0.7より低い値であってもよい。ただし、バッファ層を、高いAl組成比を有する窒化物半導体から構成することにより、有利な効果が得られるため、バッファ層のAl組成比は0.7以上であるのが好ましい。   In the first to third embodiments, the buffer layer made of a nitride semiconductor having a high Al composition ratio is formed on the sputtered film. However, the present invention is not limited to this, and the buffer layer is made of Al. The composition ratio can be appropriately set including a relatively low range. For example, the Al composition ratio of the buffer layer may be a value lower than 0.7. However, since an advantageous effect can be obtained by configuring the buffer layer from a nitride semiconductor having a high Al composition ratio, the Al composition ratio of the buffer layer is preferably 0.7 or more.

また、上記実施形態において、基板のオフ角度(主面のオフ角度)は特に限定されない。平坦性が向上するなどの特別なオフ角度があれば、その角度にすることも可能である。   Moreover, in the said embodiment, the off angle (off angle of a main surface) of a board | substrate is not specifically limited. If there is a special off-angle such as improvement in flatness, it is possible to make that angle.

上記第1および第2実施形態において、溝状の凹部は、溝(凹部)を形成する際に、故意ではなく、作製誤差として現れる揺らぎをも含めた形状を意味する。   In the first and second embodiments, the groove-like recess means a shape including a fluctuation that appears as a manufacturing error unintentionally when a groove (recess) is formed.

また、上記第1および第2実施形態において、溝(凹部)の形状はストライプ状に限定されるものではない。たとえば、図29および図30に示すように、凹部15を格子状に形成してもよい。また、図31に示すように、凹部15は波状などであってもよい。さらに、これらを組み合わせた形状であってもよい。   In the first and second embodiments, the shape of the groove (concave portion) is not limited to the stripe shape. For example, as shown in FIGS. 29 and 30, the recesses 15 may be formed in a lattice shape. Moreover, as shown in FIG. 31, the recessed part 15 may be wavy. Furthermore, the shape which combined these may be sufficient.

また、上記第2実施形態では、窒化物半導体発光素子の一例である発光ダイオード素子に本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限らず、発光ダイオード素子以外の窒化物半導体発光素子に本発明を適用することもできる。たとえば、窒化物半導体発光素子の一例である窒化物半導体レーザ素子に本発明を適用することもできる。また、電子デバイスなどの半導体素子にも本発明を適用することができる。   Moreover, in the said 2nd Embodiment, although the example which applied this invention to the light emitting diode element which is an example of the nitride semiconductor light emitting element was shown, this invention is not restricted to this, Nitride semiconductor light emission other than a light emitting diode element The present invention can also be applied to an element. For example, the present invention can be applied to a nitride semiconductor laser element which is an example of a nitride semiconductor light emitting element. The present invention can also be applied to semiconductor elements such as electronic devices.

また、上記実施形態において、基板上に形成される素子構造(窒化物半導体各層)については、その厚みや組成等は、所望の特性に合うものに適宜組み合わせたり、変更したりすることが可能である。たとえば、半導体層を追加または削除したり、半導体層の順序を一部入れ替えたりしてもよい。また、電極材料等についても、一例にすぎず、上記の例に限定されない。   In the above embodiment, the element structure (nitride semiconductor layers) formed on the substrate can be appropriately combined with or changed in thickness, composition, or the like according to desired characteristics. is there. For example, the semiconductor layers may be added or deleted, or the order of the semiconductor layers may be partially changed. Further, the electrode material and the like are only examples, and are not limited to the above examples.

また、上記第2実施形態では、発光ダイオード素子の一例として、紫外波長領域(深紫外波長領域)で発光する発光ダイオード素子について説明したが、本発明はこれに限らず、紫外(深紫外)以外の波長領域で発光する発光素子とすることもできる。   In the second embodiment, the light emitting diode element that emits light in the ultraviolet wavelength region (deep ultraviolet wavelength region) has been described as an example of the light emitting diode device. However, the present invention is not limited to this, and other than ultraviolet (deep ultraviolet). It is also possible to obtain a light emitting element that emits light in the wavelength region.

また、上記第2実施形態では、キャンタイプのパッケージに窒化物半導体発光素子を搭載した例を示したが、本発明はこれに限らず、上記実施形態で示したパッケージ以外のパッケージに窒化物半導体発光素子を搭載することもできる。   Further, in the second embodiment, the example in which the nitride semiconductor light emitting element is mounted on the can type package has been shown. However, the present invention is not limited to this, and the nitride semiconductor may be used in a package other than the package shown in the above embodiment. A light emitting element can also be mounted.

また、上記第2実施形態では、窒化物半導体発光素子を横型構造に構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、窒化物半導体発光素子を縦型構造に構成することも可能である。たとえば、導電性を有する基板を用いた場合は、窒化物半導体発光素子を縦型構造とすることができる。もちろん、横型構造とすることもできる。また、導電性を有しない基板を用いた場合は、上記実施形態で示したように、窒化物半導体発光素子を横型構造に構成することができる。   In the second embodiment, the example in which the nitride semiconductor light emitting element is configured in a horizontal structure has been described. However, the present invention is not limited to this, and the nitride semiconductor light emitting element can also be configured in a vertical structure. is there. For example, when a conductive substrate is used, the nitride semiconductor light emitting device can have a vertical structure. Of course, a horizontal structure may be used. In addition, when a non-conductive substrate is used, the nitride semiconductor light emitting element can be configured in a lateral structure as shown in the above embodiment.

また、上記第3実施形態では、凹部を、平面的に見て、円形状に形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、凹部の平面形状は円形状以外の形状であってもよい。たとえば、三角形状、四角形状、または、五角以上の多角形状であってもよい。なお、第3実施形態では、穴状の凹部を、逆円錐状のくぼみ状に形成した例を示したが、逆三角錐状や逆四角錐状、または、五角以上の逆多角錐状としてもよい。   Moreover, in the said 3rd Embodiment, the example which formed the recessed part in circular shape seeing planarly was shown, However, this invention is not restricted to this, The planar shape of a recessed part is shapes other than circular shape, Also good. For example, a triangular shape, a quadrangular shape, or a polygonal shape having five or more corners may be used. In the third embodiment, an example in which the hole-shaped concave portion is formed in the shape of an inverted conical recess has been shown, but an inverted triangular pyramid shape, an inverted quadrangular pyramid shape, or an inverted polygonal pyramid shape having five or more pentagons may be used. Good.

また、上記第3実施形態では、穴状の凹部を、エッチングにより形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、エッチング以外の手法を用いて形成することもできる。たとえば、ポイントスクライバのような針状の部材を基板表面に押しつけることにより、穴状の凹部を形成することができる。また、たとえば、穴状の凹部に対応した凸部が複数設けられた金型を用い、インプリントのような手法をもちいることも可能である。この場合、一度に複数の凹部を容易に形成することができる。   Moreover, in the said 3rd Embodiment, although the example which formed the hole-shaped recessed part by the etching was shown, this invention is not restricted to this, It can also form using methods other than an etching. For example, a hole-shaped recess can be formed by pressing a needle-like member such as a point scriber against the substrate surface. In addition, for example, it is possible to use a technique such as imprinting using a mold provided with a plurality of convex portions corresponding to the hole-shaped concave portions. In this case, a plurality of recesses can be easily formed at a time.

なお、上記で開示された技術(構成)を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。   Embodiments obtained by appropriately combining the techniques (configurations) disclosed above are also included in the technical scope of the present invention.

10 異種基板
10a 主面
15 凹部
16 傾斜面
16a 領域
16b 領域
17 底部
20 スパッタ膜
21 AlN膜
30 バッファ層(窒化物半導体層)
40 n型AlInGaN層層
50 活性層
51 障壁層
52 量子井戸層
60 キャリアブロック層
70 p型AlInGaN層層
80 p型コンタクト層
100 素子構造
110 n側窒化物半導体層
120 p側窒化物半導体層
130 p側電極
140 n側電極
200 窒化物半導体発光素子
300 半導体光学装置
400 ポイントスクライバ
500、510 保護膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Different substrate 10a Main surface 15 Recess 16 Inclined surface 16a Region 16b Region 17 Bottom 20 Sputtered film 21 AlN film 30 Buffer layer (nitride semiconductor layer)
40 n-type AlInGaN layer layer 50 active layer 51 barrier layer 52 quantum well layer 60 carrier block layer 70 p-type AlInGaN layer layer 80 p-type contact layer 100 device structure 110 n-side nitride semiconductor layer 120 p-side nitride semiconductor layer 130 p Side electrode 140 N-side electrode 200 Nitride semiconductor light emitting element 300 Semiconductor optical device 400 Point scriber 500, 510 Protective film

Claims (18)

窒化物半導体とは異なる材料から構成される異種基板と、
前記異種基板の主面上に形成され、窒化物半導体から構成されるスパッタ膜と、
前記スパッタ膜上に形成され、窒化物半導体から構成される発光素子部とを備え、
前記異種基板は、前記主面部分に形成される凹部を含み、
前記凹部は、傾斜面を有するとともに、断面的に見て、略V字状に形成されており、
前記傾斜面は、前記凹部の底側の傾斜角度が前記主面側の傾斜角度以下であることを特徴とする、窒化物半導体発光素子。
A heterogeneous substrate made of a material different from a nitride semiconductor;
A sputtered film formed on the main surface of the heterogeneous substrate and made of a nitride semiconductor;
A light emitting element portion formed on the sputtered film and made of a nitride semiconductor;
The heterogeneous substrate includes a recess formed in the main surface portion,
The concave portion has an inclined surface and is formed in a substantially V shape when viewed in cross section.
The nitride semiconductor light emitting device, wherein the inclined surface has an inclination angle on a bottom side of the recess that is equal to or less than an inclination angle on the main surface side.
前記スパッタ膜はAlNから構成されていることを特徴とする、請求項1に記載の窒化物半導体発光素子。   The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the sputtered film is made of AlN. 前記凹部はその開口幅が深さより大きいことを特徴とする、請求項1または2に記載の窒化物半導体発光素子。   The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein an opening width of the recess is larger than a depth. 前記傾斜面において、
前記凹部の底側の領域と前記主面の法線とのなす角度をθ1とし、前記主面側の領域と前記主面の法線とのなす角度をθ2としたときに、
θ1とθ2とがθ2≦θ1の関係を満たし、かつ、θ1が45度より大きく90度より小さいことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の窒化物半導体発光素子。
In the inclined surface,
When the angle between the bottom side region of the recess and the normal of the main surface is θ1, and the angle between the main surface side of the main surface and the normal of the main surface is θ2,
The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein θ1 and θ2 satisfy a relationship of θ2 ≦ θ1, and θ1 is greater than 45 degrees and smaller than 90 degrees.
前記角度θ1は60度より大きく80度より小さいことを特徴とする、請求項4に記載の窒化物半導体発光素子。   5. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 4, wherein the angle θ <b> 1 is larger than 60 degrees and smaller than 80 degrees. 前記角度θ1は65度より大きく75度より小さいことを特徴とする、請求項4に記載の窒化物半導体発光素子。   5. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 4, wherein the angle θ <b> 1 is larger than 65 degrees and smaller than 75 degrees. 前記角度θ1は、前記角度θ2より大きいことを特徴とする、請求項4〜6のいずれか1項に記載の窒化物半導体発光素子。   The nitride semiconductor light emitting device according to claim 4, wherein the angle θ1 is larger than the angle θ2. 前記凹部の傾斜面は、断面的に見て、下に凸の放物線状に形成されていることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項に記載の窒化物半導体発光素子。   The nitride semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 7, wherein the inclined surface of the concave portion is formed in a parabolic shape convex downward when viewed in cross section. 前記異種基板の主面上には、AlNからなるスパッタ膜が形成されており、
前記発光素子部は、前記スパッタ膜上に接して形成されるAlxInyGazN(x+y+z=1)からなる窒化物半導体層を含み、
前記窒化物半導体層は、そのAl組成比xが0.85以上1.00以下であり、かつ、x>z>yの関係を満たすことを特徴とする、請求項1〜8のいずれか1項に記載の窒化物半導体発光素子。
A sputtered film made of AlN is formed on the main surface of the heterogeneous substrate,
The light emitting element portion includes a nitride semiconductor layer made of Al x In y Ga z N (x + y + z = 1) formed in contact with the sputtered film,
9. The nitride semiconductor layer according to claim 1, wherein the nitride semiconductor layer has an Al composition ratio x of 0.85 or more and 1.00 or less and satisfies a relationship of x>z> y. The nitride semiconductor light emitting device according to item.
前記異種基板の主面上には、AlNからなるスパッタ膜が形成されており、
前記発光素子部は、前記スパッタ膜上に接して形成されるAlxGa1-xNからなる窒化物半導体層を含み、
前記窒化物半導体層のAl組成比xが0.85以上1.00以下であることを特徴とする、請求項1〜8のいずれか1項に記載の窒化物半導体発光素子。
A sputtered film made of AlN is formed on the main surface of the heterogeneous substrate,
The light emitting element portion includes a nitride semiconductor layer made of Al x Ga 1-x N formed in contact with the sputtered film,
9. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein an Al composition ratio x of the nitride semiconductor layer is 0.85 or more and 1.00 or less.
前記窒化物半導体層はAlNからなることを特徴とする、請求項10に記載の窒化物半導体発光素子。   The nitride semiconductor light emitting device according to claim 10, wherein the nitride semiconductor layer is made of AlN. 前記異種基板が、サファイア基板、Si基板、SiC基板、スピネル基板、グラファイト基板のいずれかからなることを特徴とする、請求項1〜11のいずれか1項に記載の窒化物半導体発光素子。   The nitride semiconductor light-emitting element according to claim 1, wherein the heterogeneous substrate is one of a sapphire substrate, a Si substrate, a SiC substrate, a spinel substrate, and a graphite substrate. 前記異種基板が、サファイア基板であることを特徴とする、請求項1〜11のいずれか1項に記載の窒化物半導体発光素子。   The nitride semiconductor light-emitting element according to claim 1, wherein the heterogeneous substrate is a sapphire substrate. 前記異種基板が、Si基板であることを特徴とする、請求項1〜11のいずれか1項に記載の窒化物半導体発光素子。   The nitride semiconductor light-emitting element according to claim 1, wherein the heterogeneous substrate is a Si substrate. 前記発光素子部は、量子井戸構造を有する活性層を含み、
前記活性層は、Alを含み窒化物半導体からなる井戸層を有し、
前記井戸層のAl組成比が0.30以上0.75以下であることを特徴とする、請求項1〜14のいずれか1項に記載の窒化物半導体発光素子。
The light emitting element portion includes an active layer having a quantum well structure,
The active layer has a well layer made of a nitride semiconductor containing Al,
The nitride semiconductor light-emitting element according to claim 1, wherein an Al composition ratio of the well layer is 0.30 or more and 0.75 or less.
窒化物半導体とは異なる材料から構成される異種基板を準備する工程と、
前記異種基板の主面部分に凹部を形成する工程と、
前記異種基板の主面上に、窒化物半導体からなる発光素子部を形成する工程とを備え、
前記凹部を形成する工程は、ポイントスクライバを用いたスクライブ工程を含むことを特徴とする、窒化物半導体発光素子の製造方法。
Preparing a heterogeneous substrate made of a material different from a nitride semiconductor;
Forming a recess in a main surface portion of the heterogeneous substrate;
Forming a light emitting element portion made of a nitride semiconductor on the main surface of the heterogeneous substrate,
The method of manufacturing a nitride semiconductor light emitting device, wherein the step of forming the recess includes a scribing step using a point scriber.
前記凹部を形成する工程は、
前記スクライブ工程に先立って前記異種基板の主面上に保護膜を形成する工程と、
前記スクライブ工程の後に前記保護膜を除去する工程とを含むことを特徴とする、請求項16に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
The step of forming the recess includes
Forming a protective film on the main surface of the heterogeneous substrate prior to the scribing step;
The method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device according to claim 16, further comprising a step of removing the protective film after the scribing step.
前記保護膜を形成する工程は、スパッタ法を用いてAlNから前記保護膜を形成する工程を有することを特徴とする、請求項17に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。   The method of manufacturing a nitride semiconductor light emitting element according to claim 17, wherein the step of forming the protective film includes a step of forming the protective film from AlN using a sputtering method.
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