JP2015026827A - 半導体発光素子用基板、半導体発光素子、半導体発光素子用基板の製造方法、および、半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
上記半導体発光素子用基板の前記大突部において、前記平坦部と接続する基端から一定の高さ以下の部位には前記小突部が存在しなくてもよい。
上記課題を解決するための半導体発光素子は、半導体層を含む発光構造体と、前記発光構造体を支持する上記半導体発光素子用基板とを備える。
上記半導体発光素子用基板の製造方法にて、前記小突部形成工程では、前記未処理単粒子膜をLB法によって形成することが好ましい。
図1に示されるように、半導体発光素子用基板(以下、素子用基板11Bと示す)は、1つの側面である発光構造体形成面11Sを有している。半導体発光素子の製造工程にて、発光構造体形成面11Sには、発光構造体が形成される。
図2に示されるように、多数の大突部12の各々は、その大突部12に接続する平坦部14から突き出て、かつ、平坦部14に接続する基端から先端に向かって細くなる形状を有している。複数の大突部12の各々は、略円錐形状を有している。
大突部12における突出面12Sは、突出面12Sから突き出る多数の小突部13を有している。多数の小突部13の各々は、大突部12における周方向に沿って略等配され、かつ、大突部12における高さ方向にも略等間隔に配置されている。
半導体発光素子用基板の製造方法は、大突部形成工程と小突部形成工程とを含む。大突部形成工程では、発光構造体形成面11Sに対するエッチングによって、大突部12と平坦部14とが形成される。小突部形成工程では、大突部12の突出面12Sに対するエッチングによって、小突部13が形成される。以下、半導体発光素子用基板の製造方法に含まれる各工程を、処理の順に説明する。
図4に示されるように、大突部形成工程では、大突部12と平坦部14とが、発光構造体形成面11Sに形成される。この際に、発光構造体形成面11Sには、まず、大突部12が形成される部分を覆うレジストマスクが、フォトリソグラフィー法によって形成される。次いで、発光構造体形成面11Sが、反応性イオンエッチング法などによってエッチングされる。これによって、発光構造体形成面11Sのうち、レジストマスク以外の部分では、略同じ速度でエッチングが進み、1つの結晶面に沿って広がる平坦部14が形成される。また、発光構造体形成面11Sのうち、レジストマスクで覆われた部分では、レジストマスクの端からエッチングが進み、円錐形状を有する大突部12が、平坦部14と同時に形成される。
小突部形成工程は、マスク形成工程と、単粒子膜形成工程と、単粒子膜エッチング工程と、突出面エッチング工程とを含む。マスク形成工程では、発光構造体形成面11Sのうち少なくとも平坦部14にはマスクが形成される。単粒子膜形成工程では、発光構造体形成面11Sに移し取られる単粒子膜が形成される。単粒子膜エッチング工程では、発光構造体形成面11Sが実質的にエッチングされないエッチング条件によって、単粒子膜のみがエッチングされる。突出面エッチング工程では、単粒子膜をマスクとして突出面12Sがエッチングされる。以下、小突部形成工程に含まれる各工程を、処理の順に説明する。
図5に示されるように、発光構造体形成面11Sのうち、少なくとも平坦部14を覆うマスクM1が形成される。この際に、まず、大突部12と平坦部14とを含む発光構造体形成面11Sの全体に、ポジ型のレジストRが塗布される。次いで、発光構造体形成面11Sに塗布されたレジストRの全体がベイクされた後に、そのレジストRの溶解性を高めるため露光光にレジストRの全体が曝される。
単粒子膜を構成する粒子Pは、有機粒子、有機無機複合粒子、無機粒子からなる群から選択される1種類以上の粒子である。有機粒子を形成する材料は、例えば、ダイヤモンド、グラファイト、フラーレン類からなる群から選択される1種類である。有機無機複合粒子を形成する材料は、例えば、SiC、炭化硼素からなる群から選択される1種類である。
単粒子膜形成工程には、下記3つの方法のいずれか1つが用いられる。
・ラングミュア−ブロジェット法(LB法)
・粒子吸着法
・バインダー層固定法
充填度合いD[%]=|B−A|×100/A・・・(1)
式(1)において、Aは粒子の平均粒径であり、Bは互いに隣り合う粒子間のピッチにおける最頻値であり、|B−A|はAとBとの差の絶対値である。
まず、水が溜められた水槽と分散液とが準備される。分散液には、水よりも比重の低い溶剤のなかに粒子Pが分散されている。
粒子Pの表面は、疎水性を有することが好ましく、分散媒における溶剤も、疎水性を有することが好ましい。粒子P、および、溶剤が疎水性を有する構成であれば、粒子Pの自己組織化が水面で進行して、2次元的に最密充填した単粒子膜が形成されやすくなる。分散媒における溶剤は、高い揮発性を有することが好ましい。揮発性が高く、かつ、疎水性である溶剤には、クロロホルム、メタノール、エタノール、イソプロパノール、アセトン、メチルエチルケトン、エチルエチルケトン、トルエン、ヘキサン、シクロヘキサン、酢酸エチル、酢酸ブチルからなる群から選択される1種以上の揮発性有機溶剤が用いられる。
図8に示されるように、単粒子膜エッチング工程では、単粒子膜PFを未処理単粒子膜とし、素子用基板11Bが実質的にエッチングされないエッチング条件で、単粒子膜PFを構成する粒子Pをエッチングして処理済単粒子膜を形成する。この際に、単粒子膜PFを構成する粒子Pの粒径は、選択的なエッチングによって小さくなり、互いに隣り合う粒子Pの間には、新たな間隙が形成される。一方で、大突部12の突出面12Sは、実質的にエッチングされず、粒子Pの縮径前と同じ状態を保つ。また、複数の平坦部14の各々は、マスクM1に覆われて保護され続ける。
図9に示されるように、突出面エッチング工程では、縮径された粒子Pをマスクとして大突部12の突出面12Sがエッチングされる。この際に、発光構造体形成面11Sは、互いに隣り合う粒子Pの間の空隙を通じてエッチャントであるエッチングガスに曝され、単粒子膜を構成する粒子Pもまた、エッチャントであるエッチングガスに曝される。
図10に示されるように、半導体発光素子は、素子用基板11Bを基材として有している。半導体発光素子は、素子用基板11Bの発光構造体形成面11Sに、発光構造体形成面11Sの凹凸構造を覆う発光構造体21を有している。発光構造体21は、複数の半導体層から構成される積層体を有し、電流の供給によってキャリアを再結合させて発光する。複数の半導体層の各々は、上述した発光構造体形成面11Sから順に積み重ねられる。
半導体発光素子の製造方法は、上述の半導体発光素子用基板の製造方法によって素子用基板11Bを製造する工程と、素子用基板11Bの発光構造体形成面11Sに発光構造体21を形成する工程とを含んでいる。
上記実施形態によれば、以下の効果が得られる。
(3)複数の小突部13が六方充填構造TGを有しているため、上記(1)に準じた効果がさらに高められる。
(4)小突部13の配置がランダム性を有するため、上記(1)に準じた効果の均一性が高められる。
(5)小突部13が形成される際に、マスクM1が平坦部14を保護するため、平坦部14の有する結晶性が低下することが抑えられる。
・図11に示されるように、マスクM1と平坦部14との間には、マスクM1とは異なる選択比を有する他の下地マスクMBが形成されてもよい。こうした構成であれば、マスクM1と下地マスクMBとに、単粒子膜PFのエッチングに対する耐性と、突出面12Sのエッチングに対する耐性とを各別に与えることが可能である。それゆえに、平坦部14に対する保護性が高められる。
図13が示すように、まず、上述した大突部形成工程を経て、大突部12と平坦部14とが、発光構造体形成面11Sに形成される。次いで、上述したマスク形成工程において、大突部12と平坦部14とが形成された発光構造体形成面11SにマスクM1が形成される。この際のマスクM1は、大突部12と平坦部14とを覆う一方で、平坦部14を覆う部分において最も厚く、かつ、大突部12の先端に近い部分ほど薄い形状を有している。
図17が示すように、まず、上述した大突部形成工程を経て、大突部12と平坦部14とが、発光構造体形成面11Sに形成される。次いで、上述したマスク形成工程において、大突部12と平坦部14とが形成された発光構造体形成面11Sに、突出面12S、および、平坦部14を覆い、かつ、突出面12S、および、平坦部14の外形に倣うハードマスクHMが形成される。
大突部12の形状が錐体であって、小突部13が突出面12Sの全体に位置する半導体発光素子用基板の製造方法、および、半導体発光素子の製造方法の一実施例である実施例1を以下に示す。
直径2インチ、厚さ0.42mmのサファイア基板上に、φ3.0μmのSiO2コロイダルシリカ粒子を国際公開第2008/001670号に開示される単層コーティング法によって単層コートした。
こうして得られた単粒子膜エッチングマスク付きサファイア基板をドライエッチングして大突部の形成されたサファイア基板を得た。
まず、大突部の形成されたサファイア基板に対して、膜厚が1.5μmのフォトレジスト膜をスピンコーティング法によって形成した。
この際に、レジスト材料には、TFR−860(ポジ型:東京応化工業社製)を用いた。そして、フィルターの装着されたシリンジを用い、サファイア基板の略中央部に1cc以上2cc以下のレジスト材料を滴下した。次いで、回転速度を1000rpmに設定して60秒間にわたりサファイア基板を回転させ、フォトレジスト膜の膜厚を均一化させた。続いて、130℃に設定されたホットプレート上において90秒間にわたりサファイア基板を静置して、レジスト材料から溶媒を除去した。これによって、未硬化のレジスト膜付きサファイア基板を得た。
発光構造体形成面に、n型半導体層、活性層、および、p型半導体層を順に積層した後に、p電極、および、n電極を形成して、実施例1の半導体発光素子を得た。
上記p型半導体層として、15nmのMgドープAlGaNと、200nmのアンドープGaNと、15nmのMgドープGaNとを順に積層した。
大突部12の形状が錐体であって、突出面12Sにおいて高さHa以上にのみ小突部13が位置する半導体発光素子用基板の製造方法、および、半導体発光素子の製造方法の一実施例を以下に示す。
大突部12の形状が錐体であって、突出面12Sにおいて高さHa以上にのみ小突部13が位置する半導体発光素子用基板の製造方法、および、半導体発光素子の製造方法の一実施例である実施例3を以下に示す。
大突部12の形状が錐体であって、突出面12Sにおいて高さHa以上にのみ小突部13が位置する半導体発光素子用基板の製造方法、および、半導体発光素子の製造方法の一実施例である実施例4を以下に示す。
大突部12の形状が錐体であって、突出面12Sにおいて高さHa以上にのみ小突部13が位置する半導体発光素子用基板の製造方法、および、半導体発光素子の製造方法の一実施例である実施例5を以下に示す。
Claims (12)
- 半導体層を含む発光構造体が形成される発光構造体形成面を有し、
前記発光構造体形成面は、
1つの結晶面に沿って広がる平坦部と、
前記平坦部から突き出た突出面を有する複数の大突部と、
前記突出面から突き出る複数の小突部と、を備える
半導体発光素子用基板。 - 前記大突部は、
前記平坦部と接続する基端から先端に向かって細くなる形状を有し、
前記小突部は、
前記大突部と接続する基端から先端に向かって細くなる形状を有する
請求項1に記載の半導体発光素子用基板。 - 前記大突部は、前記発光構造体形成面にて六方充填構造を有し、
前記小突部は、前記突出面にて六方充填構造を有する
請求項1または2に記載の半導体発光素子用基板。 - 前記六方充填構造が連続する複数の小突部団を備え、
複数の前記小突部団の各々では、前記六方充填構造の並ぶ方向が互いに異なる
請求項3に記載の半導体発光素子用基板。 - 前記大突部において、
前記平坦部と接続する基端から一定の高さ以下の部位には前記小突部が存在しない
請求項1〜4のいずれか1つに記載の半導体発光素子用基板。 - 半導体層を含む発光構造体と、
前記発光構造体を支持する半導体発光素子用基板と、を備え、
前記半導体発光素子用基板は、請求項1から5のいずれか1つに記載の半導体発光素子用基板である
半導体発光素子。 - 基板の側面に、平坦部と複数の大突部とを形成する大突部形成工程を含み、
前記平坦部は、1つの結晶面に沿って広がり、
前記大突部は、前記平坦部から突き出た突出面を有し、
前記大突部の前記突出面に、前記突出面から突き出る複数の小突部を形成する小突部形成工程をさらに含み、
前記小突部形成工程では、
前記基板の側面のなかで少なくとも前記平坦部の全体を覆う第1のマスクと、前記突出面の一部を覆う第2のマスクとを形成して前記突出面をエッチングすることによって前記小突部を形成し、
前記第2のマスクは、単粒子膜である
半導体発光素子用基板の製造方法。 - 前記小突部形成工程では、
前記基板の側面のなかで少なくとも前記平坦部の全体を覆う第1のマスクを形成した後に、前記単粒子膜によって前記突出面と前記第1のマスクとを覆う
請求項7に記載の半導体発光素子用基板の製造方法。 - 前記小突部形成工程では、
前記平坦部の全体を覆い、かつ、前記大突部の一部であって前記平坦部と接続する基端から一定の高さ以下の部分を覆う第1のマスクと、前記突出面の一部を覆う第2のマスクとを形成して前記突出面をエッチングすることによって前記小突部を形成する
請求項7または8に記載の半導体発光素子用基板の製造方法。 - 前記単粒子膜は、処理済単粒子膜であり、
前記小突部形成工程では、
前記突出面と前記第1のマスクとに未処理単粒子膜を形成した後に、前記突出面と前記第1のマスクとに対して前記未処理単粒子膜を選択的にエッチングし、前記未処理単粒子膜を構成する複数の粒子の各々を縮小することによって前記処理済単粒子膜を形成する
請求項7から9のいずれか1つに記載の半導体発光素子用基板の製造方法。 - 前記小突部形成工程では、前記未処理単粒子膜をLB法によって形成する
請求項10に記載の半導体発光素子用基板の製造方法。 - 請求項7から11のいずれか1つに記載の半導体発光素子用基板の製造方法によって半導体発光素子用基板を形成する工程と、
前記半導体発光素子用基板にて前記小突部が形成された前記側面に、半導体層を含む発光構造体を形成する工程と、を含む
半導体発光素子の製造方法。
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