JP2016139780A - Substrate for light-emitting element and light-emitting element - Google Patents

Substrate for light-emitting element and light-emitting element Download PDF

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潤 古池
Jun Furuike
潤 古池
朋紀 木山
Tomonori Kiyama
朋紀 木山
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a substrate for a light-emitting element capable of manufacturing a light-emitting element excellent in light-emitting efficiency with high yield compared with prior art and a light-emitting element.SOLUTION: The substrate for a light-emitting element includes a pattern constituted of a projection and a recess. The pattern includes the recess whose bottom has a minimum length of 30 nm or more and less than 300 nm, and includes the projection such that an inclination angle Θ1 of a side wall having an origin at the bottom of the recess adjacent to the projection is 63° or larger and 86° or less.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、LED等の発光素子に使用可能な発光素子用基板及び発光素子に関する。   The present invention relates to a light-emitting element substrate and a light-emitting element that can be used for a light-emitting element such as an LED.

環境エネルギー問題を背景に、LED(Light Emitting Diode)が注目を集めている。LEDの発光効率を示す外部量子効率EQEを決定する要因としては、電子注入効率EIE、内部量子効率IQE及び光取り出し効率LEEが挙げられる。特に、内部量子効率IQEと光取り出し効率LEEと、はLED用基板の表面にパタンを設けることで改善できるという報告が多数ある。既にLED用基板としてPSS(Patterned Sapphire Substrate)が一般流通しており、広く使用されている。PSSは、材質が単結晶サファイアであり、主面にマイクロメートルオーダの複数の凸部が形成された基板である。このPSS基板を使用することで、特に、光取り出し効率LEEが改善すると報告されている(特許文献1参照)。しかしながら、LEDを全世界に流布させるためには効率が十分ではなく、さらなる効率向上が求められている。例えば、特許文献2には、上記PSSの大きさがナノメートルオーダになった場合の例が記載されている。 With the background of environmental energy problems, LEDs (Light Emitting Diodes) are attracting attention. Factors that determine the external quantum efficiency EQE indicating the light emission efficiency of the LED include an electron injection efficiency EIE, an internal quantum efficiency IQE, and a light extraction efficiency LEE. In particular, there are many reports that the internal quantum efficiency IQE and the light extraction efficiency LEE can be improved by providing a pattern on the surface of the LED substrate. PSS (Patterned Sapphire Substrate) has already been widely distributed and widely used as an LED substrate. PSS is a substrate made of single crystal sapphire and having a plurality of convex portions on the order of micrometers on the main surface. It has been reported that the light extraction efficiency LEE is improved by using this PSS substrate (see Patent Document 1). However, the efficiency is not sufficient for spreading the LED throughout the world, and further efficiency improvement is required. For example, Patent Document 2 describes an example in which the size of the PSS is in the nanometer order.

特開2012−160502号公報JP 2012-160502 A 国際公開第2014/058069号パンフレットInternational Publication No. 2014/058069 Pamphlet

ところでLEDを製造するためには、LED用基板に対するCVD(Chemical Vapor Deposition)工程を経る必要があり、このCVD工程によってもLEDの効率は大きく左右される。特に、ナノメートルオーダの凸部を有するLED用基板を使用することで、LED用基板の製造コストと製造時間を下げることができることは勿論、LED製造工程において重い工程であるCVD工程の時間を大きく短縮することが出来る。このような観点から、ナノメートルオーダの凸部を有するLED用基板に係る技術に対し、注目が集まっている。   By the way, in order to manufacture LED, it is necessary to go through the CVD (Chemical Vapor Deposition) process with respect to the board | substrate for LED, and the efficiency of LED is greatly influenced also by this CVD process. In particular, by using an LED substrate having a convex portion of the order of nanometers, it is possible to reduce the manufacturing cost and manufacturing time of the LED substrate, and of course, increase the time of the CVD process, which is a heavy process in the LED manufacturing process. It can be shortened. From such a viewpoint, attention has been focused on the technology related to the LED substrate having the convex portion of the nanometer order.

しかしながら、ナノメートルオーダの凸部を有するLED用基板を使用した場合、凸部とCVD成膜される層と、の界面に複数のヴォイドが形成されたり、さらには、CVD工程のプロセスウィンドウが急激に小さくなるという問題があった。   However, when an LED substrate having a nanometer-order convex portion is used, a plurality of voids are formed at the interface between the convex portion and the layer on which the CVD film is formed. There was a problem of becoming smaller.

そこで本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、特に従来に比べて、優れた発光効率を有する発光素子を歩留まり良く製造することが可能な発光素子用基板及び発光素子を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of such points, and in particular, to provide a light emitting element substrate and a light emitting element capable of manufacturing a light emitting element having excellent light emission efficiency with a high yield as compared with the prior art. Objective.

本発明は、凸部及び凹部より構成されるパタンを具備する発光素子用基板であって、前記パタンは、凹部底部の最短長さCが、30nm以上300nm未満である前記凹部を有するとともに、前記凸部に隣接する前記凹部底部を起点とした側壁の傾斜角Θ1が63°以上86°以下を満たす前記凸部を有することを特徴とする。   The present invention is a light-emitting element substrate having a pattern composed of a convex portion and a concave portion, wherein the pattern has the concave portion whose shortest length C of the concave portion bottom is 30 nm or more and less than 300 nm, and It has the said convex part with which inclination | tilt angle (theta) 1 of the side wall from the said recessed part bottom part adjacent to a convex part satisfy | fills 63 degrees or more and 86 degrees or less.

本発明では、前記傾斜角Θ1が63°以上79°以下であることがさらに好ましい。   In the present invention, it is more preferable that the inclination angle Θ1 is not less than 63 ° and not more than 79 °.

本発明では、さらに、前記凸部の高さの40%の位置における側壁の傾斜角Θ2が63°以上86°以下を満たす前記凸部を有することが好ましい。   In this invention, it is preferable to have the said convex part with which inclination | tilt angle (theta) 2 of the side wall in the position of 40% of the height of the said convex part satisfy | fills 63 to 86 degrees.

又は本発明は、凸部及び凹部より構成されるパタンを具備する発光素子用基板であって、前記パタンは、凹部底部の最短長さCが、30nm以上300nm未満である前記凹部を有するとともに、前記凸部の高さの40%の位置における側壁の傾斜角Θ2が63°以上86°以下を満たす前記凸部を有することを特徴とする。   Alternatively, the present invention is a light-emitting element substrate having a pattern composed of a convex part and a concave part, and the pattern has the concave part whose shortest length C of the concave part bottom is 30 nm or more and less than 300 nm, It has the said convex part with which inclination-angle (theta) 2 of the side wall in the position of 40% of the height of the said convex part satisfy | fills 63 degrees or more and 86 degrees or less.

本発明では、前記傾斜角Θ2が63°以上79°以下であることがさらに好ましい。   In the present invention, it is more preferable that the inclination angle Θ2 is 63 ° or more and 79 ° or less.

また本発明における発光素子は、上記のいずれかに記載の発光素子用基板の前記パタンのある側に、少なくとも、第1導電型層、発光層、及び第2導電型層を具備することを特徴とする。   In addition, the light-emitting element according to the present invention includes at least a first conductivity type layer, a light-emitting layer, and a second conductivity-type layer on the patterned side of the light-emitting element substrate according to any one of the above. And

本発明の発光素子用基板を使用することにより、まずCVD成膜層に生成するヴォイドを抑制できる。これにより、発光効率が高く、長期信頼性に優れる発光素子を製造できる。さらには、CVD工程におけるプロセスウィンドウを広くすることが出来る。即ち、LED製造に係る歩留りが向上すると同時に、発光効率のより優れるLEDの収率を向上させることが出来る。   By using the substrate for a light emitting device of the present invention, voids generated in the CVD film formation layer can be suppressed first. Thereby, the light emitting element with high luminous efficiency and excellent long-term reliability can be manufactured. Furthermore, the process window in the CVD process can be widened. That is, the yield of LEDs can be improved, and at the same time, the yield of LEDs with better luminous efficiency can be improved.

本発明における実施の形態の発光素子用基板の一部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a part of substrate for light emitting elements of embodiment in this invention. 図1に示す発光素子用基板の一つの凸部を拡大して示した拡大断面図である。It is the expanded sectional view which expanded and showed one convex part of the board | substrate for light emitting elements shown in FIG. 本発明における実施の形態の発光素子用基板の一部を示す平面図であり、特に凹部底部の定義を説明するための説明図である。It is a top view which shows some light emitting element substrates of embodiment in this invention, and is explanatory drawing for demonstrating the definition of a recessed part bottom part especially. 本発明における実施の形態の発光素子用基板の一部を示す平面図であり、特にテーブルトップの定義を説明するための説明図である。It is a top view which shows a part of substrate for light emitting elements of embodiment in this invention, and is explanatory drawing for demonstrating the definition of a table top especially. 本発明における実施の形態の発光素子用基板の一部を示す平面図であり、特に凸部底部の定義を説明するための説明図である。It is a top view which shows a part of substrate for light emitting elements of embodiment in this invention, and is explanatory drawing for demonstrating the definition of a convex part bottom part especially. 凹部底部の最短長さCと傾斜角Θとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the shortest length C of a recessed part bottom, and inclination | tilt angle (theta). 凹部底部の最短長さCと傾斜角Θ1との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the shortest length C of a recessed part bottom part, and inclination | tilt angle (theta) 1. 凹部底部の最短長さCと傾斜角Θ2との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the shortest length C of a recessed part bottom, and inclination | tilt angle (theta) 2.

以下、本発明の一実施の形態(以下、「実施の形態」と略記する。)について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨の範囲内で種々変形して実施することができる。   Hereinafter, an embodiment of the present invention (hereinafter abbreviated as “embodiment”) will be described in detail. In addition, this invention is not limited to the following embodiment, It can implement by changing variously within the range of the meaning.

本実施の形態におけるLED用基板は、凸部と凹部により構成されるパタンを具備し、パタンは、以下の要件1と要件2とを備える。要件1と要件2を具備するLED用基板を以下では、LED用基板1という。   The LED substrate in the present embodiment includes a pattern including a convex portion and a concave portion, and the pattern includes the following requirement 1 and requirement 2. Hereinafter, the LED substrate having requirements 1 and 2 is referred to as an LED substrate 1.

(要件1)
凹部底部の最短長さCが、30nm以上300nm未満である凹部を有する。
(Requirement 1)
The shortest length C of the bottom of the recess has a recess that is 30 nm or more and less than 300 nm.

(要件2)
凸部に隣接する凹部底部を起点とした側壁の傾斜角Θ1が、63°以上86°以下を満たす凸部を有する。
(Requirement 2)
The side wall has an angle of inclination Θ <b> 1 that starts from the bottom of the concave portion adjacent to the convex portion and satisfies a convex portion that is 63 ° to 86 °.

本実施の形態におけるLED用基板1は、上記の要件1と要件2との双方を同時に満たす構成となっている。   The LED substrate 1 in the present embodiment is configured to satisfy both the above requirements 1 and 2 simultaneously.

図1に示すように、傾斜角Θ1は、凸部の、当該凸部に隣接する凹部底部を起点とした側壁の傾斜角Θである。   As shown in FIG. 1, the inclination angle Θ <b> 1 is the inclination angle Θ of the side wall of the convex portion starting from the bottom of the concave portion adjacent to the convex portion.

ここで、凹部と凸部側面と、の連結点は、非連続である場合もあれば、連続である場合もある。このことから、傾斜角Θ1は、下記手順に従い測定された角度として定義される。   Here, the connection point between the concave portion and the convex portion side surface may be discontinuous or may be continuous. From this, the inclination angle Θ1 is defined as an angle measured according to the following procedure.

(1)発光素子用基板のパタンの断面を、走査型電子顕微鏡にて観察する。このとき、1観察像内に、パタンの凸部が、5個以上8個以下存在する倍率にて観察する。
(2)観察像内に含まれる全ての凹部の底部の平均線CCを引く。
(3)任意の凸部に関し、凸部の高さの5%の位置の側面に対して、接線1を引く。なお、凸部の高さの5%の位置は、凹部の底部の平均線CCを基準にして、凸部の頂点の方向に、高さ×0.05にある位置である。図1に示す0.05Hの位置に該当する。
(4)平均線CCと接線1と、のなす角度が傾斜角Θ1である。但し、傾斜角Θ1は、凸部の内側に位置する角度であり、0°超90°以下の範囲をとることが出来る。なお接線1は、凸部の側面に対して2本引くことができることから、傾斜角Θ1は、観察した1つの凸部に対して2つ得られる。よって、これらの相加平均値を任意の凸部に対する傾斜角Θ1とする。
(1) The cross section of the pattern of the light emitting element substrate is observed with a scanning electron microscope. At this time, the observation is performed at a magnification at which 5 or more and 8 or less convex portions of the pattern exist in one observation image.
(2) Draw an average line CC at the bottom of all the recesses included in the observed image.
(3) With respect to an arbitrary convex portion, a tangent line 1 is drawn with respect to the side surface at a position of 5% of the height of the convex portion. Note that the position of 5% of the height of the convex portion is a position at a height × 0.05 in the direction of the apex of the convex portion with reference to the average line CC at the bottom of the concave portion. This corresponds to the position of 0.05H shown in FIG.
(4) The angle formed between the average line CC and the tangent line 1 is the inclination angle Θ1. However, the inclination angle Θ1 is an angle located on the inner side of the convex portion, and can take a range of more than 0 ° and not more than 90 °. Since two tangents 1 can be drawn with respect to the side surface of the convex portion, two inclination angles Θ1 are obtained for one observed convex portion. Therefore, these arithmetic average values are set to the inclination angle Θ1 with respect to an arbitrary convex portion.

図2を用いて詳細に説明すると、図2に示すように、凸部の頂点から凹部の底部の平均線CCまでの最短距離である高さをHと規定する。凹部の底部の平均線CCから0.05×Hの高さの位置が、凸部の高さの5%の位置である。そして5%の高さ位置(図2においては、X%と表記)に、平均線CCと平行な平行線aを引き、平行線aと側面とが交わる交点b、cを求める。そして各交点b、cにおいて接線を求め、各接線から求められる傾斜角Θ1(図2においては、Θと表記)の相加平均を求める。ただし図2は、平行線a及び、交点b、cの求め方を説明するためのものであり、平行線a及び、交点b、cが0.05Hの高さ位置を示すものではない。   Describing in detail with reference to FIG. 2, as shown in FIG. 2, the height that is the shortest distance from the top of the convex portion to the average line CC at the bottom of the concave portion is defined as H. A position at a height of 0.05 × H from the average line CC at the bottom of the concave portion is a position that is 5% of the height of the convex portion. Then, a parallel line a parallel to the average line CC is drawn at a height position of 5% (indicated as X% in FIG. 2), and intersection points b and c where the parallel line a and the side surface intersect are obtained. Then, a tangent is obtained at each of the intersections b and c, and an arithmetic average of the inclination angle Θ1 (denoted as Θ in FIG. 2) obtained from each tangent is obtained. However, FIG. 2 is for explaining how to obtain the parallel line a and the intersection points b and c, and the parallel line a and the intersection points b and c do not indicate the height position of 0.05H.

全ての凸部が63°以上86°以下を満たす傾斜角Θ1を有する必要はなく、任意に選択した1以上の凸部が63°以上86°以下を満たす傾斜角Θ1を有していればよい。なお、走査型電子顕微鏡にて観察した際に現れる複数の凸部の80%以上が、63°以上86°以下を満たす傾斜角Θ1を備えることが好適である。   It is not necessary that all the convex portions have an inclination angle Θ1 that satisfies 63 ° or more and 86 ° or less, and one or more arbitrarily selected convex portions may have an inclination angle Θ1 that satisfies 63 ° or more and 86 ° or less. . It is preferable that 80% or more of the plurality of convex portions appearing when observed with a scanning electron microscope has an inclination angle Θ1 that satisfies 63 ° or more and 86 ° or less.

次に、凹部底部の最短長さCは、凸部の底部の輪郭と、当該凸部に最近接する凸部の底部の輪郭と、の最短の距離を指す。ここで、凹部底部の最短長さCは、以下の手順に従い定義される。   Next, the shortest length C of the bottom of the concave portion indicates the shortest distance between the contour of the bottom of the convex portion and the contour of the bottom of the convex portion closest to the convex portion. Here, the shortest length C of the bottom of the recess is defined according to the following procedure.

(1)LED用基板のパタンの表面を、走査型電子顕微鏡にて観察する。この時、1観察像内に、パタンの凸部が、10個以上20個以下存在する倍率にて観察する。
(2)図3に示すように、任意の凸部Aを選択し、当該凸部の輪郭上に点Aを設定する。なお、点Aは、凸部Aの輪郭線上を自由に行き来できる点である。
(3)図3に示すように、凸部Aに最近接する凸部Bを選択する。
(4)凸部Bの輪郭上に点Bを設定する。なお、点Bは、凸部Bの輪郭線上を自由に行き来できる点である。
(5)点Aと点Bと、を結ぶ線分ABに関し、点Aと点Bと、を凸部の底部の輪郭上にて動かした際の、最短の線分ABの長さが、凹部底部の最短長さCである。
(1) The surface of the LED substrate pattern is observed with a scanning electron microscope. At this time, observation is performed at a magnification at which there are 10 or more and 20 or less pattern convex portions in one observation image.
(2) As shown in FIG. 3, an arbitrary convex portion A is selected, and a point A is set on the contour of the convex portion. Note that the point A is a point that can freely traverse the contour line of the convex portion A.
(3) As shown in FIG. 3, the convex part B closest to the convex part A is selected.
(4) A point B is set on the contour of the convex portion B. Note that the point B is a point that can freely move on the contour line of the convex portion B.
(5) Regarding the line segment AB connecting the point A and the point B, the length of the shortest line segment AB when the point A and the point B are moved on the contour of the bottom of the convex part is a concave part. The shortest length C at the bottom.

全ての凹部底部の最短長さCが、30nm以上300nm未満であることは必要でなく、任意に選択した1以上の凹部底部の最短長さCが30nm以上300nm未満であればよい。なお、走査型電子顕微鏡にて観察した際に現れる凹部底部の最短長さCのうち、80%以上が、30nm以上300nm未満であることが好適である。   It is not necessary that the shortest length C of all the bottom portions of the recesses is 30 nm or more and less than 300 nm, and the shortest length C of one or more recess bottom portions selected arbitrarily may be 30 nm or more and less than 300 nm. In addition, it is preferable that 80% or more of the shortest length C of the bottom of the concave portion that appears when observed with a scanning electron microscope is 30 nm or more and less than 300 nm.

あるいは本実施の形態におけるLED用基板は、凸部と凹部により構成されるパタンを具備し、パタンは、上記の要件1と下記の要件3とを備える。要件1と要件3を具備するLED用基板を以下では、LED用基板2という。   Or the board | substrate for LED in this Embodiment comprises the pattern comprised by a convex part and a recessed part, and a pattern is provided with said requirement 1 and following requirement 3. FIG. Hereinafter, the LED substrate having requirements 1 and 3 is referred to as an LED substrate 2.

(要件3)
凸部の高さの40%の位置における側壁の傾斜角Θ2が63°以上86°以下を満たす凸部を有する。
(Requirement 3)
The side wall has a convex portion satisfying an inclination angle Θ2 of 63 ° to 86 ° at a position of 40% of the height of the convex portion.

本実施の形態におけるLED用基板2は、上記の要件1と要件3との双方を同時に満たす構成となっている。   The LED substrate 2 in the present embodiment is configured to satisfy both the requirements 1 and 3 simultaneously.

上記のように、傾斜角Θ2は、凸部の、当該凸部の高さの40%の位置における側壁の傾斜角Θである。ここで、傾斜角Θ2は、下記手順に従い測定された角度として定義される。   As described above, the inclination angle Θ <b> 2 is the inclination angle Θ of the side wall at the position of 40% of the height of the protrusion. Here, the inclination angle Θ2 is defined as an angle measured according to the following procedure.

(1)LED用基板のパタンの断面を、走査型電子顕微鏡にて観察する。この時、1観察像内に、パタンの凸部が、5個以上8個以下存在する倍率にて観察する。
(2)図1に示すように観察像内に含まれる全ての凹部の底部の平均線CCを引く。
(3)任意の凸部に関し、凸部の高さの40%の位置の側面に対して、接線2をひく。なお、凸部の高さの40%の位置は、凹部の底部の平均線CCを基準にして、凸部の頂点の方向に、高さ×0.4にある位置である。
(4)平均線CCと接線2と、のなす角度が傾斜角Θ2である。但し、傾斜角Θ2は、凸部の内側に位置する角度であり、0°超90°以下の範囲をとることが出来る。なお接線2は、凸部の側面に対して2本引くことができることから、傾斜角Θ2は、観察した1つの凸部に対して2つ得られる。よって、これらの相加平均値を任意の凸部に対する傾斜角Θ2とする。
(1) The cross section of the pattern of the LED substrate is observed with a scanning electron microscope. At this time, the observation is performed at a magnification at which there are 5 or more and 8 or less convex portions of the pattern in one observation image.
(2) As shown in FIG. 1, an average line CC is drawn at the bottom of all the recesses included in the observation image.
(3) With respect to an arbitrary convex portion, the tangent line 2 is drawn on the side surface at a position of 40% of the height of the convex portion. In addition, the position of 40% of the height of the convex portion is a position at a height of 0.4 in the direction of the apex of the convex portion with reference to the average line CC at the bottom of the concave portion.
(4) The angle formed between the average line CC and the tangent line 2 is the inclination angle Θ2. However, the inclination angle Θ <b> 2 is an angle located on the inner side of the convex portion, and can take a range of more than 0 ° and not more than 90 °. Since two tangent lines 2 can be drawn with respect to the side surface of the convex portion, two inclination angles Θ2 are obtained for one observed convex portion. Therefore, these arithmetic average values are set to the inclination angle Θ2 with respect to an arbitrary convex portion.

なお、傾斜角Θ2においても、図2から0.4Hの高さ位置、0、4Hの高さ位置の平行線a、及び交点b、cを求めて傾斜角Θ2を算出する。   Also for the inclination angle Θ2, the inclination angle Θ2 is calculated by obtaining the parallel line a at the height position of 0.4H, the height position of 0, 4H, and the intersections b and c from FIG.

全ての凸部が63°以上86°以下を満たす傾斜角Θ2を有する必要はなく、任意に選択した1以上の凸部が63°以上86°以下を満たす傾斜角Θ2を有していればよい。なお、走査型電子顕微鏡にて観察した際に現れる複数の凸部の80%以上が、63°以上86°以下を満たす傾斜角Θ2を備えることが好適である。   It is not necessary that all the convex portions have an inclination angle Θ2 that satisfies 63 ° to 86 °, and one or more arbitrarily selected convex portions may have an inclination angle Θ2 that satisfies 63 ° to 86 °. . It is preferable that 80% or more of the plurality of convex portions appearing when observed with a scanning electron microscope has an inclination angle Θ2 that satisfies 63 ° or more and 86 ° or less.

本実施の形態におけるLED用基板の構成によれば、LED用基板のパタン面上にCVD成膜を行う際に大きく2つの効果を奏す。即ち、第1に、CVD成膜される層とパタンと、の界面にヴォイドが生成されるのを抑制できる。これにより、発光効率が高く、長期信頼性に優れるLEDを製造できる。第2に、CVD工程におけるプロセスウィンドウを拡大することが出来る。例えば、CVDの成膜温度として条件A(1050℃±10℃)で成膜出来るLED用基板Aがあり、一方で、条件B(1050℃±1℃)で成膜出来るLED用基板Bがあるとする。この場合、LED用基板AのCVD工程におけるプロセスウィンドウが広いと言える。このように、プロセスウィンドウが広がるという効果は、CVD成膜の成膜条件に対するマージンが広がることを意味する。T℃に設定したとしても、実際にはT℃±Y℃の温度を有する。このT℃±Y℃が、成膜可能な温度を逸脱した場合、成膜不良が発生する。上記では温度を代表させたが、CVD工程の圧力、ガス流量比、ガス流量等、多くのパラメータにより、ウィンドウは作られる。プロセスウィンドウが広がることで、例えば、月間や年間といった単位での収率が向上すると言える。即ち、LED製造に係る歩留りが向上すると同時に、発光効率のより優れるLEDの収率を向上させることが出来る。これらの効果が発現される理由は、要件1と要件2又は要件1と要件3と、を同時に満たすためである。まず、要件1を満たすことで、CVD工程の核生成〜核成長段階において、パタンの凹部底部を起点として層を成長させることが出来る。そして、要件2又は要件3を満たすことで、凸部の側面部より層が成長することを阻害できる。即ち、要件1と要件2又は要件1と要件3と、を同時に満たすことで、パタンの凹部底部を起点としたCVD成膜が可能となる。よって、CVD成膜のプロセスウィンドウが広くなる。これにより、上記2つの効果を奏すことが可能となる。なお、LED用基板1とLED用基板2は、いずれも優れた効果を発揮するが、パタンの詳細な形状やCVD工程の条件等により、使い分けることで、より効果を発揮できる。なお、使い分けについては後述する。   According to the configuration of the LED substrate in the present embodiment, there are two major effects when performing CVD film formation on the pattern surface of the LED substrate. That is, first, it is possible to suppress the generation of voids at the interface between the layer formed by CVD and the pattern. Thereby, LED with high luminous efficiency and excellent long-term reliability can be manufactured. Second, the process window in the CVD process can be enlarged. For example, there is an LED substrate A that can be formed under conditions A (1050 ° C. ± 10 ° C.) as a CVD film formation temperature, while there is an LED substrate B that can be formed under conditions B (1050 ° C. ± 1 ° C.). And In this case, it can be said that the process window in the CVD process of the LED substrate A is wide. As described above, the effect of widening the process window means that the margin for the film formation conditions for the CVD film formation is widened. Even if set to T ° C., it actually has a temperature of T ° C. ± Y ° C. If this T ° C. ± Y ° C. deviates from the temperature at which film formation is possible, a film formation failure will occur. In the above, the temperature is representative, but the window is formed by many parameters such as the pressure of the CVD process, the gas flow rate ratio, and the gas flow rate. By expanding the process window, it can be said that, for example, the yield in units such as months or years is improved. That is, the yield of LEDs can be improved, and at the same time, the yield of LEDs with better luminous efficiency can be improved. The reason why these effects are manifested is to satisfy the requirements 1 and 2 or the requirements 1 and 3 simultaneously. First, when the requirement 1 is satisfied, a layer can be grown starting from the bottom of the concave portion of the pattern in the nucleation to nucleation stages of the CVD process. And by satisfy | filling the requirement 2 or the requirement 3, it can inhibit that a layer grows from the side part of a convex part. That is, by satisfying the requirement 1 and the requirement 2 or the requirement 1 and the requirement 3 at the same time, the CVD film formation starting from the bottom of the concave portion of the pattern becomes possible. Therefore, the process window for CVD film formation is widened. As a result, the above two effects can be achieved. In addition, although the board | substrate 1 for LED and the board | substrate 2 for LED both show the outstanding effect, a more effect can be exhibited by using properly by the detailed shape of a pattern, the conditions of a CVD process, etc. The proper use will be described later.

また本実施の形態におけるLED用基板は、上記した要件1、上記した要件2、及び上記した要件3を全て同時に満たすことが好ましい。要件1、要件2及び要件3を具備するLED用基板を以下では、LED用基板3という。   Moreover, it is preferable that the board | substrate for LED in this Embodiment satisfy | fills all the above-mentioned requirements 1, above-mentioned requirements 2, and above-mentioned requirements 3 all simultaneously. Hereinafter, the LED substrate having requirements 1, 2 and 3 is referred to as an LED substrate 3.

この構成によれば、上記説明した効果がより顕著に発現される。即ち、LEDの効率はより高くなり、長期信頼性にもより長ける。そして、CVD工程のプロセスウィンドウがより拡大されることに基づき、LED製造に係る歩留りがより向上する。更には、発光効率のより優れるLEDの収率を向上させることが出来る。以上より、LED用基板の歩留りとCVD工程の歩留りの双方を同時に向上させ、より高効率なLEDを製造可能となる。   According to this configuration, the effects described above are more remarkably exhibited. That is, the efficiency of the LED is higher and the long-term reliability is also longer. And the yield which concerns on LED manufacture improves more based on the process window of a CVD process being expanded more. Furthermore, it is possible to improve the yield of the LED having higher luminous efficiency. As described above, both the yield of the LED substrate and the yield of the CVD process can be improved at the same time, and a more efficient LED can be manufactured.

本実施の形態では、要件2の傾斜角Θ1、及び/又は、要件3の傾斜角Θ2が63°以上86°以下であることが好ましい。また本実施の形態では、要件2の傾斜角Θ1、及び/又は、要件3の傾斜角Θ2が63°以上79°以下であることがさらに好ましい。また本実施の形態では、要件2の傾斜角Θ1、及び/又は、要件3の傾斜角Θ2が63°以上75°以下であることが最も望ましい。このように、傾斜角Θ1、及び/又は、傾斜角Θ2の数値範囲を規定することで、上記にて説明した効果をより顕著に発現させることが可能となる。   In the present embodiment, it is preferable that the inclination angle Θ1 of requirement 2 and / or the inclination angle Θ2 of requirement 3 is not less than 63 ° and not more than 86 °. In the present embodiment, it is more preferable that the inclination angle Θ1 of requirement 2 and / or the inclination angle Θ2 of requirement 3 is 63 ° or more and 79 ° or less. In the present embodiment, it is most desirable that the inclination angle Θ1 of requirement 2 and / or the inclination angle Θ2 of requirement 3 is not less than 63 ° and not more than 75 °. As described above, by defining the numerical range of the inclination angle Θ1 and / or the inclination angle Θ2, the effect described above can be more remarkably exhibited.

また、本実施の形態のLEDは、上記にて説明したLED用基板のパタンのある側に、少なくとも、第1導電型層、発光層、及び第2導電型層を具備する構成である。この構成により、歩留り高く、高効率なLEDを製造できる。   In addition, the LED of the present embodiment has a configuration in which at least the first conductive type layer, the light emitting layer, and the second conductive type layer are provided on the pattern side of the LED substrate described above. With this configuration, a high-yield and high-efficiency LED can be manufactured.

本実施の形態のLED用基板は、基板の少なくとも1面上に、凸部及び凹部より構成されるパタンを具備する。このパタンは、基板の全面に設けても、一部にのみ設けてもよい。また、部分的にパタンのない部分を有してもよい。   The LED substrate of the present embodiment includes a pattern composed of convex portions and concave portions on at least one surface of the substrate. This pattern may be provided on the entire surface of the substrate or only on a part thereof. Moreover, you may have a part which does not have a pattern partially.

パタンは、複数の凸部が連続した凹部により独立した凸型であっても、複数の凹部が連続した凸部により独立した凹型であってもよいが、本実施の形態に係る効果の観点から、独立した凸型であることが好ましい。   The pattern may be a convex shape independent of a concave portion having a plurality of convex portions or a concave shape independent of a convex portion having a plurality of concave portions, but from the viewpoint of the effect according to the present embodiment. It is preferably an independent convex type.

本実施の形態では、LED用基板のパタンのある面側に対して、CVD成膜を行うことでLEDを製造できる。例えば、窒化ガリウム(GaN)の成膜を行う。CVD成膜について、詳しくは後述する。ここで、CVD工程により成膜される層の品位がLEDの性能及び歩留りに大きく影響する。即ち、CVD成膜品位を向上させることと、CVD工程のプロセスウィンドウを大きくする技術が必要である。本実施の形態のLED用基板を使用することで、これらの効果を奏すことが出来る。パタンを具備するLED用基板に対してCVD成膜を行うことで生じる問題点は、以下の通りである。   In the present embodiment, an LED can be manufactured by performing CVD film formation on the pattern side of the LED substrate. For example, gallium nitride (GaN) is formed. Details of the CVD film formation will be described later. Here, the quality of the layer formed by the CVD process greatly affects the performance and yield of the LED. That is, it is necessary to improve the CVD film quality and to increase the process window of the CVD process. By using the LED substrate of the present embodiment, these effects can be achieved. Problems caused by performing CVD film formation on an LED substrate having a pattern are as follows.

・パタンとCVD層と、の界面に生成するヴォイド
LED用基板のパタンによるCVD成膜に対する障害作用がおき、パタンとCVD層と、の界面部分にヴォイドが形成される。このヴォイドは、熱力学的な確率で生成する。即ち、ヴォイドは不規則に、そしてある頻度で、パタンの凹部近傍に生成する。ヴォイドが生成されることで、CVD層の結晶性が低下し、LEDの効率が低下する。これは、ヴォイドが生成されると、凹部底部を起点として成長するCVD成膜の層が、その成長を阻害されるためである。また、LEDの効率低下は、内部量子効率IQEの低下に基づく。さらには、LED用基板とCVD層と、の界面にヴォイドが存在する状態であることから、LEDの長期信頼性が低下すると推定される。これは、CVD成膜の層の成長開始付近にヴォイドがあることになり、これにより結晶品位が低下することに基づく。長期信頼性は、使用可能な年数と連続点灯時間を指す。
-Void generated at the interface between the pattern and the CVD layer A hindrance to the CVD film formation due to the pattern of the LED substrate occurs, and a void is formed at the interface between the pattern and the CVD layer. This void is generated with a thermodynamic probability. That is, voids are generated irregularly and at a certain frequency near the concave portion of the pattern. The generation of voids reduces the crystallinity of the CVD layer and reduces the efficiency of the LED. This is because when a void is generated, a CVD film-forming layer that grows from the bottom of the recess is inhibited from growing. Moreover, the LED efficiency reduction is based on the internal quantum efficiency IQE reduction. Furthermore, since there is a void at the interface between the LED substrate and the CVD layer, it is estimated that the long-term reliability of the LED is lowered. This is based on the fact that there is a void in the vicinity of the growth start of the layer of CVD film formation, and this lowers the crystal quality. Long term reliability refers to the number of years that can be used and the duration of continuous lighting.

・CVD成膜プロセスウィンドウの狭まり
LED用基板のパタンに対するCVD成膜においては、CVD成分のパタン表面における熱拡散により、パタンの側壁部にCVD成分が留まることがある。この場合、当該側壁部を起点としたCVDの層成長が生じる。即ち、CVD工程により成膜された層は、複数の結晶軸成分を含むこととなる。このような現象を回避するためには、CVD工程の温度、温度分布、CVD成分の分布、及び時間などを、厳密に制御する必要がある。しかしながら、例えば、異なるロットのLED用基板に同時に成膜するといった僅かな条件の差異でさえも、CVD成膜プロセスウィンドウから外れ、上述した現象が生じることがある。これが、CVD成膜プロセスウィンドウの狭まりである。よって、LED製造の歩留りが低下する。
-Narrowing of CVD deposition process window In CVD deposition on the pattern of the LED substrate, the CVD component may remain on the side wall of the pattern due to thermal diffusion on the pattern surface of the CVD component. In this case, the CVD layer growth starts from the side wall portion. That is, the layer formed by the CVD process includes a plurality of crystal axis components. In order to avoid such a phenomenon, it is necessary to strictly control the temperature, temperature distribution, CVD component distribution, time, and the like in the CVD process. However, even a slight difference in conditions such as simultaneous film formation on LED substrates in different lots may deviate from the CVD film formation process window and cause the phenomenon described above. This is a narrowing of the CVD film forming process window. Therefore, the yield of LED manufacturing decreases.

上記にて説明したCVD成膜を行うことで生じる2つの問題に対する解決策の本質は、CVD工程において成膜される層の、成膜の起点を制御することである。即ち、ヴォイドを抑制するためには、凹部の底部を起点とした成膜を実現し、同時に、側壁部を起点とした成膜を抑制することで、CVD成膜プロセスウィンドウが拡大すると考えることが出来る。ここで、これらの手法により、上述した問題点を解決できた後のことを考えると、歩留り高く、内部量子効率IQEの高いLEDを製造できることから、さらに、光取り出し効率LEEを向上させる設計が必須であるといえる。以上を鑑みると、凸部の側面の傾斜角Θ及び凹部底部の最短の長さCを制御する必要があると考えることが出来た。   The essence of the solution to the two problems caused by performing the CVD film formation described above is to control the film formation start point of the layer formed in the CVD process. That is, in order to suppress the void, it is considered that the film formation starting from the bottom of the recess is realized, and at the same time, the film formation starting from the side wall is suppressed, thereby expanding the CVD film forming process window. I can do it. Here, considering the fact that the above-mentioned problems have been solved by these methods, an LED having a high yield and a high internal quantum efficiency IQE can be manufactured. Therefore, a design that further improves the light extraction efficiency LEE is essential. You can say that. In view of the above, it can be considered that it is necessary to control the inclination angle Θ of the side surface of the convex portion and the shortest length C of the bottom portion of the concave portion.

図6は、凹部底部の最短長さCと傾斜角Θとの関係を示すグラフである。図6において、斜線を付した領域が、本実施の形態のLED用基板を規定するための数値範囲である。縦軸の傾斜角Θを、傾斜角Θ1と規定した場合が、上記に示したLED用基板1であり、傾斜角Θ2と規定した場合が、LED用基板2である。そしてLED用基板1に規定される数値範囲とLED用基板2に規定される数値範囲との双方を満たすLED用基板が、LED用基板3である。   FIG. 6 is a graph showing the relationship between the shortest length C of the recess bottom and the inclination angle Θ. In FIG. 6, the hatched area is a numerical range for defining the LED substrate of the present embodiment. The case where the inclination angle Θ on the vertical axis is defined as the inclination angle Θ1 is the LED substrate 1 described above, and the case where the inclination angle Θ2 is defined as the inclination angle Θ2 is the LED substrate 2. The LED substrate 3 is an LED substrate that satisfies both the numerical range defined for the LED substrate 1 and the numerical range defined for the LED substrate 2.

まず、縦軸である傾斜角Θに注目した場合、Θが0°以上63°未満、及び86°超の領域では、凸部の側面部を起点としたCVD成膜の層成長が生じる傾向にある。即ち、凹部底部を起点とした成長は阻害され、複数の結晶軸を有する層の成長が促進する。ヴォイドの生成が起こるとともに、CVD成膜のプロセスウィンドウが狭まることとなる。一方で、傾斜角Θが63°以上86°以下の範囲においては、CVD工程により成膜される層の成長起点が、結晶面として規定される。凸部側面部からの成長が抑制される。これにより、凹部底部を起点とした成長を実現できる。なお、傾斜角Θが10°以上40°以下の範囲であっても、CVD工程のプロセスウィンドウ拡大効果を望むことができる。これは、パタンの表面とCVD成膜層と、の格子定数のミスマッチング性から計算できた。一方で、傾斜角Θが63°以上86°以下の範囲が好適であることは、該格子定数ミスマッチング性の計算に加え、実験(実施例1)から判断した。   First, when paying attention to the inclination angle Θ which is the vertical axis, in the region where Θ is 0 ° or more and less than 63 ° and more than 86 °, the layer growth of the CVD film starting from the side surface portion of the convex portion tends to occur. is there. That is, the growth starting from the bottom of the recess is inhibited, and the growth of a layer having a plurality of crystal axes is promoted. As voids are generated, the process window for CVD deposition is narrowed. On the other hand, when the inclination angle Θ is in the range of 63 ° to 86 °, the growth starting point of the layer formed by the CVD process is defined as the crystal plane. Growth from the convex side surface portion is suppressed. Thereby, the growth starting from the bottom of the recess can be realized. Even if the inclination angle Θ is in the range of 10 ° or more and 40 ° or less, the effect of enlarging the process window in the CVD process can be desired. This could be calculated from the mismatch of the lattice constant between the pattern surface and the CVD layer. On the other hand, the fact that the inclination angle Θ is in the range of 63 ° to 86 ° is determined from the experiment (Example 1) in addition to the calculation of the lattice constant mismatching.

次に、横軸である凹部底部の最短長さCに注目した場合、0nm以上30nm未満の領域においては、CVD工程の原料ガスの、パタンの凹部底部への供給性が低下する。即ち、核生成〜核成長段階において、パタンの凹部底部に溜まる核の均等性が低下する。そして当該箇所を起点として核が成長することが阻害される。即ち、凹部底部を起点とした成長が困難となる。凹部底部の最短長さCが、300nm超の領域においては、凹部底部を起点とした成長を実現できる。しかしながら、当該凹部底部の面内において、成長するCVD層同士の衝突(会合)が生じ、転位が生成すると考えられる。即ち、結晶品位が低下することがある。更には、光の進行方向が最適化されずに、LEDの導電型層や活性層に対する吸収が強まるために、光取り出し効率LEEが低下する。一方で、30nm以上300nm以下の領域の場合、CVD工程により成膜される層に注目した時に、当該層の核が凹部底部に容易に付着可能となる。即ち、凹部底部を起点としたCVD成膜の層成長を可能とし、ヴォイドの抑制とプロセスウィンドウの拡大を見込める。そして、LEDの導電型層や活性層に対する吸収を限りなく少なくするような光の進行経路を実現可能にできるため、光取り出し効率LEEも同時に向上する。   Next, when paying attention to the shortest length C of the bottom of the recess, which is the horizontal axis, in the region of 0 nm or more and less than 30 nm, the supply capability of the source gas in the CVD process to the bottom of the recess of the pattern is lowered. That is, in the nucleation to nucleation growth stage, the uniformity of the nuclei collected at the bottom of the pattern recess is reduced. Then, the growth of the nucleus from the location is inhibited. That is, growth starting from the bottom of the recess becomes difficult. In the region where the minimum length C of the bottom of the recess is more than 300 nm, growth starting from the bottom of the recess can be realized. However, it is considered that dislocations are generated by collision (association) between the growing CVD layers within the surface of the bottom of the recess. That is, the crystal quality may be lowered. Furthermore, since the light traveling direction is not optimized and the absorption of the LED in the conductive type layer and the active layer is increased, the light extraction efficiency LEE is lowered. On the other hand, in the region of 30 nm or more and 300 nm or less, when attention is paid to the layer formed by the CVD process, the nucleus of the layer can be easily attached to the bottom of the recess. That is, it is possible to grow a layer of CVD film starting from the bottom of the recess, and it is possible to suppress the void and enlarge the process window. In addition, since it is possible to realize a light traveling path that minimizes absorption of the conductive type layer and the active layer of the LED, the light extraction efficiency LEE is also improved at the same time.

以上より、図6に示される斜線を付した領域の数値範囲を満たすことで、凹部底部を起点としたCVD成膜の層成長を実現できる。これにより、CVD成膜される層の結晶軸の単一性が増す。即ち、パタンの凸部の高さ方向に対する成長と、凸部の径方向に対する成長と、のバランスをとることが可能となるため、ヴォイドが低減する。さらには、CVD工程の条件変動に対する耐性が強まる。これらにより以下の効果を奏すこととなる。まず、ヴォイドが抑制されることに基づき、LEDの発光効率が向上し、同時に、長期信頼性が改善する。そして、CVD工程におけるプロセスウィンドウが拡大される。そして、光取り出し効率LEEの改善効果もあることから、より効率の高いLEDに対する収率が向上する。   As described above, by satisfying the numerical range of the hatched area shown in FIG. 6, it is possible to realize the layer growth of the CVD film starting from the bottom of the recess. This increases the unity of crystal axes of the layer formed by CVD. That is, since it is possible to balance the growth in the height direction of the convex portion of the pattern and the growth in the radial direction of the convex portion, voids are reduced. Furthermore, resistance to fluctuations in the conditions of the CVD process increases. By these, the following effects will be produced. First, based on the suppression of the void, the light emission efficiency of the LED is improved, and at the same time, the long-term reliability is improved. And the process window in a CVD process is expanded. And since there also exists an improvement effect of light extraction efficiency LEE, the yield with respect to LED with higher efficiency improves.

以上の考察を踏まえ、本実施の形態のLED用基板は、凹部底部の最短の長さCを、30nm以上300nm未満とした要件1を満たす構成とした。そしてLED用基板1は、図1に示す傾斜角Θ1が、63°以上86°以下とされた要件2を要件1と同時に満たす構成とした。また、LED用基板2は、図1に示す傾斜角Θ2が63°以上86°以下とされた要件3を要件1と同時に満たす構成とした。また、LED用基板3は、要件1、要件2、及び要件3を同時に満たすことを特徴とする構成とした。LED用基板1とLED用基板2とは、LED用基板に設けられるパタンの形状や配列、及びCVD工程の条件等により、使い分けることができる。   Based on the above consideration, the LED substrate of the present embodiment is configured to satisfy the requirement 1 in which the shortest length C of the bottom of the recess is 30 nm or more and less than 300 nm. The LED substrate 1 is configured to satisfy the requirement 2 in which the inclination angle Θ1 shown in FIG. In addition, the LED substrate 2 is configured to satisfy the requirement 3 at the same time as the requirement 1 in which the inclination angle Θ2 shown in FIG. Further, the LED substrate 3 is configured to satisfy the requirements 1, 2 and 3 simultaneously. The LED substrate 1 and the LED substrate 2 can be selectively used depending on the shape and arrangement of patterns provided on the LED substrate, conditions of the CVD process, and the like.

LED用基板1に関しては、特に、CVD工程の初期工程、例えば、シード層形成工程に対するプロセスウィンドウが大きくなる。よって、CVD工程全体のプロセスウィンドウが大きくなる。より具体的には、LED用基板1においては、凹部底部を基準とした場合の、凸部の側面部の立ち上がりの角度が規定される。即ち、シード層の成長可能な結晶面が規定される。よって、凹部底部に優先的にシード層が形成される。このシード層を起点にCVD成膜の層成長を実現できる。これは、上述した表現の、凹部底部を起点とした層成長であることから、上記にて説明した効果を発現できる。   Regarding the LED substrate 1, the process window for the initial process of the CVD process, for example, the seed layer forming process is particularly large. Therefore, the process window of the entire CVD process becomes large. More specifically, in the LED substrate 1, the rising angle of the side surface portion of the convex portion with respect to the concave bottom portion is defined. That is, the crystal plane on which the seed layer can be grown is defined. Therefore, a seed layer is formed preferentially at the bottom of the recess. Using this seed layer as a starting point, CVD film growth can be realized. Since this is a layer growth starting from the bottom of the recess in the expression described above, the effect described above can be exhibited.

またLED用基板2に関しては、特に、CVD工程の初期工程の中で、パタンを平坦化する平坦化工程に対するプロセスウィンドウが大きくなる。よって、CVD工程全体のプロセスウィンドウが大きくなる。より具体的には、LED用基板2においては、凸部の高さの40%の位置における側面部の角度が規定される。即ち、CVD成膜により生成した核が成長しパタンを平坦化する過程において、凸部の側面部に対するCVD成膜層の結晶面を規定できる。より具多的には、凸部の側面部の格子定数とCVD成膜層の格子定数と、の差異を大きくすることができる。換言すれば、CVD成膜層は、凸部側面部との親和性が低くなる。よって、凹部底部を起点とした層成長を実現できる。したがって、上記にて説明した効果を発現できる。   Regarding the LED substrate 2, the process window for the flattening step for flattening the pattern is particularly large in the initial step of the CVD step. Therefore, the process window of the entire CVD process becomes large. More specifically, in the LED substrate 2, the angle of the side surface portion at a position of 40% of the height of the convex portion is defined. That is, in the process of growing nuclei generated by CVD film formation and flattening the pattern, it is possible to define the crystal plane of the CVD film formation layer with respect to the side surface portion of the convex portion. More specifically, the difference between the lattice constant of the side surface portion of the convex portion and the lattice constant of the CVD film formation layer can be increased. In other words, the CVD film-forming layer has a low affinity with the convex side surface portion. Therefore, layer growth starting from the bottom of the recess can be realized. Therefore, the effect demonstrated above can be expressed.

以上から、要件1、要件2及び要件3の全てを同時に満たすことで、シード層形成工程に対するプロセスウィンドウとパタン平坦化工程に対するプロセスウィンドウが共に拡大するといえる。即ち、LED用基板3を使用することで、上記にて説明した効果のうち、特に、CVD工程全体に対するプロセスウィンドウの拡大をより顕著にすることが出来る。これは、CVD工程の条件に対するマージンが広がるという意味のみならず、LED用基板の有するバラつきに対するマージンが拡大することも意味する。換言すれば、LED用基板の製造に対する歩留りの向上とLED製造に対する歩留りの向上を両立することが出来る。   From the above, it can be said that both the process window for the seed layer forming process and the process window for the pattern flattening process are expanded by satisfying all of the requirements 1, 2 and 3 simultaneously. That is, by using the LED substrate 3, among the effects described above, in particular, the enlargement of the process window with respect to the entire CVD process can be made more remarkable. This not only means that the margin for the CVD process conditions is widened, but also means that the margin for variation of the LED substrate is widened. In other words, it is possible to achieve both improvement in yield for manufacturing the LED substrate and improvement in yield for LED manufacturing.

次に、LED用基板1、2、3に対して共通の要件である要件1のより好適な範囲について説明する。要件1では、凹部底部の最短長さCが制限されており、この制約によって、凹部底部を起点としたCVD層成長を実現できる。CVD成膜に関し、凹部底部を起点とした層成長を実現させることのキラー因子は、凹部底部に対するCVD成膜の核の付着と成長を制御することである。CVD成膜は分子オーダでの成膜であるが、LED用基板のパタンの表面に供給されたCVD成分は、熱拡散により表面移動を行う。この熱拡散の結果、ある程度の量のCVD成分がまとまり、核となる。ここで、核の最小安定サイズよりも、凹部底部の最短長さCが小さかった場合、安定な核が凹部底部に形成される確率が極度に低下する。即ち、凹部底部を起点としたCVD層の成膜が困難となる。この観点から、要件1の下限値である30nmが導かれた。ここで、CVD工程におけるプロセスウィンドウを、CVD成分の選択肢という観点からも拡大することを考えると、より大きな核の最小安定サイズを考慮する必要があると言える。一般的にLEDに使用されるCVD成分を加味すると、当該核の最小安定サイズとして35nm程度を加味すれば十分と言える。この観点から、安全係数として20%を加味して、凹部底部の最短長さCは40nm以上であることがより好ましい。即ち、要件1に関しては、凹部底部の最短長さCの下限値は、40nm以上であることがより好ましい。なお、限りなくプロセスウィンドウを拡大するために、凹部底部の最短長さCの下限値は、80nm以上であることが最も好ましい。一方で上限値の300nmは、内部量子効率IQEと光取り出し効率LEEの観点から決定している。凹部底部を起点とした成長を実現したとしても、当該凹部底部の面内において、成長するCVD層同士の衝突(会合)が生じ、転位が生成することがある。この場合、結晶品位は低下し内部量子効率IQEが低減する。一般的なLEDの転位の密度から換算すると、凹部底部の最短長さCが300nm以下であれば、上記会合を効果的に抑制できる。一方で、光取り出し効率LEEを向上させるためには、LEDに閉じ込められた光(一般的に導波光という)を、LEDの外部へと取り出す必要がある。ここで重要になることは、本来導波光となる光が、LEDの層内部で、何回反射を繰り返してからLEDの外部へと取り出されるか、という観点である。即ち、反射回数が多いほどに、LEDを構成する導電型層や活性層における光の吸収量が多くなるため、光取り出し効率LEEの増加程度が小さくなる。これらの観点から考えると、要件1に関して、凹部底部の最短長さCの上限値は、230nm以下であることがより好ましく、200nm以下であることが最も好ましい。   Next, a more preferable range of requirement 1 which is a requirement common to LED substrates 1, 2, and 3 will be described. According to Requirement 1, the shortest length C of the bottom of the recess is limited, and this restriction makes it possible to realize CVD layer growth starting from the bottom of the recess. With regard to CVD film formation, the killer factor for realizing layer growth starting from the bottom of the recess is to control the deposition and growth of the CVD film nucleus on the bottom of the recess. The CVD film formation is a film formation on the molecular order, but the CVD component supplied to the surface of the pattern of the LED substrate performs surface movement by thermal diffusion. As a result of this thermal diffusion, a certain amount of CVD components are collected and become the core. Here, when the shortest length C of the bottom of the recess is smaller than the minimum stable size of the core, the probability that a stable core is formed at the bottom of the recess is extremely reduced. That is, it becomes difficult to form a CVD layer starting from the bottom of the recess. From this point of view, the lower limit of requirement 1 of 30 nm was derived. Here, considering that the process window in the CVD process is enlarged from the viewpoint of the choice of the CVD component, it can be said that it is necessary to consider a larger minimum stable size of the nucleus. In general, it is sufficient to add about 35 nm as the minimum stable size of the core, considering the CVD components generally used for LEDs. From this viewpoint, it is more preferable that the shortest length C of the bottom of the recess is 40 nm or more in consideration of 20% as a safety factor. That is, for requirement 1, the lower limit value of the shortest length C of the bottom of the recess is more preferably 40 nm or more. In order to enlarge the process window as much as possible, the lower limit of the shortest length C of the bottom of the recess is most preferably 80 nm or more. On the other hand, the upper limit of 300 nm is determined from the viewpoints of the internal quantum efficiency IQE and the light extraction efficiency LEE. Even if the growth starting from the bottom of the recess is realized, collision (association) between the growing CVD layers may occur within the surface of the bottom of the recess and dislocations may be generated. In this case, the crystal quality is lowered and the internal quantum efficiency IQE is reduced. In terms of the dislocation density of general LEDs, the above association can be effectively suppressed if the shortest length C of the bottom of the recess is 300 nm or less. On the other hand, in order to improve the light extraction efficiency LEE, it is necessary to extract light confined in the LED (generally referred to as guided light) to the outside of the LED. What is important here is the viewpoint of how many times the light that is originally guided light is reflected inside the LED layer and then extracted outside the LED. That is, as the number of reflections increases, the amount of light absorption in the conductive type layer and the active layer constituting the LED increases, and therefore the degree of increase in light extraction efficiency LEE decreases. From these viewpoints, with respect to requirement 1, the upper limit value of the shortest length C of the bottom of the recess is more preferably 230 nm or less, and most preferably 200 nm or less.

次に、要件2及び要件3について説明する。なお、以下の説明においては、格子定数のミスマッチング性の計算結果から好適と推察される10°以上40°以下の範囲も考慮している。また、傾斜角Θをより細分化して説明するために、下記記号を使用する。なお、傾斜角Θ3については、後述する。
・傾斜角Θ1L: 10°以上40°以下の領域を指示する傾斜角Θ1
・傾斜角Θ1H: 63°以上86°以下の領域を指示する傾斜角Θ1
・傾斜角Θ2L: 10°以上40°以下の領域を指示する傾斜角Θ2
・傾斜角Θ2H: 63°以上86°以下の領域を指示する傾斜角Θ2
・傾斜角Θ3L: 10°以上40°以下の領域を指示する傾斜角Θ3
・傾斜角Θ3H: 63°以上86°以下の領域を指示する傾斜角Θ3
Next, requirement 2 and requirement 3 will be described. In the following description, a range of 10 ° or more and 40 ° or less that is presumed to be preferable from the calculation result of the mismatching property of the lattice constant is also taken into consideration. Further, the following symbols are used to describe the inclination angle Θ more finely. The inclination angle Θ3 will be described later.
Inclination angle Θ1L: Inclination angle Θ1 indicating a region of 10 ° to 40 °
Inclination angle Θ1H: Inclination angle Θ1 indicating a region of 63 ° to 86 °
Inclination angle Θ2L: Inclination angle Θ2 indicating a region of 10 ° to 40 °
Inclination angle Θ2H: Inclination angle Θ2 indicating a region of 63 ° to 86 °
Inclination angle Θ3L: Inclination angle Θ3 indicating a region of 10 ° to 40 °
Inclination angle Θ3H: Inclination angle Θ3 indicating a region of 63 ° to 86 °

LED用基板1及びLED用基板3に共通の要件2のより好適な範囲を説明する。要件2では、傾斜角Θ1を制限している。これにより、特に、シード層形成工程に対するプロセスウィンドウを拡大し、ヴォイドを抑制できる。要件2において、63°以上86°以下の領域である傾斜角を、傾斜角Θ1Hとした。ここで、傾斜角Θ1に関し、10°以上40°以下の領域も上記計算から好適と考えられるので、傾斜角Θ1Lとした。   A more preferable range of requirement 2 common to the LED substrate 1 and the LED substrate 3 will be described. Requirement 2 limits the tilt angle Θ1. Thereby, in particular, the process window for the seed layer forming step can be enlarged and voids can be suppressed. In Requirement 2, the tilt angle that is the region of 63 ° or greater and 86 ° or less was defined as the tilt angle Θ1H. Here, regarding the inclination angle Θ1, the region of 10 ° or more and 40 ° or less is considered to be preferable from the above calculation, and therefore, the inclination angle Θ1L is set.

傾斜角Θ1Hを有するLED用基板を使用することで、シード層形成工程におけるプロセスウィンドウの拡大に加え、平坦化工程におけるプロセスウィンドウの拡大効果も、発現する。これは、凹部底部と凸部底部と、の非連続性が大きくなるためである。換言すれば、凹部底部にて熱拡散するCVD成分が凸部の側面部へと昇る際の、エネルギー障壁を高くすることが出来る。この観点から、要件2に関し、傾斜角Θ1(Θ1H)は、63°以上79°以下であることがより好ましく、63°以上75°以下であることが最も好ましい。また、要件2の傾斜角Θ1に関しては、LED用基板1の効果を最大限に発揮する観点から、傾斜角Θ1Hを満たすことがより好ましい。   By using the LED substrate having the inclination angle Θ1H, in addition to the expansion of the process window in the seed layer forming step, the expansion effect of the process window in the planarization step is also exhibited. This is because the discontinuity between the concave bottom and the convex bottom is increased. In other words, the energy barrier when the CVD component thermally diffusing at the bottom of the concave portion rises to the side surface of the convex portion can be increased. From this viewpoint, with respect to requirement 2, the inclination angle Θ1 (Θ1H) is more preferably 63 ° to 79 °, and most preferably 63 ° to 75 °. Further, regarding the inclination angle Θ1 of requirement 2, it is more preferable to satisfy the inclination angle Θ1H from the viewpoint of maximizing the effects of the LED substrate 1.

傾斜角Θ1Lの範囲を有するLED用基板を使用することで、シード層形成工程に対するプロセスウィンドウ拡大の効果がより顕著になると考えられる。これは、凹部底部と凸部底部と、の連続性が増すことに起因した、シード層の連続性の向上による。この観点から、傾斜角Θ1Lは、20°以上30°以下であることがより好ましいと考えられる。   By using the LED substrate having the range of the inclination angle Θ1L, it is considered that the effect of expanding the process window with respect to the seed layer forming step becomes more remarkable. This is due to the improved continuity of the seed layer due to the increased continuity between the bottom of the concave portion and the bottom of the convex portion. From this viewpoint, it is considered that the inclination angle Θ1L is more preferably 20 ° or more and 30 ° or less.

次に、LED用基板2及びLED用基板3に共通の要件3のより好適な範囲を説明する。要件3では、傾斜角Θ2を制限している。これにより、特に、平坦化工程に対するプロセスウィンドウを拡大し、ヴォイドを抑制できる。要件3において、傾斜角Θ2は、63°以上86°以下の領域が好ましく、傾斜角Θ2Hとした。また、上記計算より好適と推定され10°以上40°以下の領域を、傾斜角Θ2Lとした。   Next, a more preferable range of requirement 3 common to the LED substrate 2 and the LED substrate 3 will be described. Requirement 3 limits the tilt angle Θ2. Thereby, in particular, the process window for the flattening step can be enlarged and voids can be suppressed. In Requirement 3, the inclination angle Θ2 is preferably in the range of 63 ° to 86 °, and the inclination angle Θ2H is set. Further, an area that is estimated to be preferable from the above calculation and is 10 ° or more and 40 ° or less is defined as an inclination angle Θ2L.

傾斜角Θ2Hを有するLED用基板を使用することで、平坦化工程におけるプロセスウィンドウの拡大がより顕著となる。これは、凸部の側面を起点としたCVDの成長を阻害する効果が高いためである。この効果をより高めるためには、CVD層とパタン側面と、の界面の親和性をより低下させる必要がある。この観点から、要件3に関し、傾斜角Θ2(Θ2H)は、63°以上79°以下であることがより好ましく、63°以上75°以下であることが最も好ましい。また、要件3の傾斜角Θ2に関しては、LED用基板2の効果を最大限に発揮する観点から、傾斜角Θ2Hを満たすことがより好ましい。   By using the LED substrate having the inclination angle Θ2H, the expansion of the process window in the planarization process becomes more remarkable. This is because the effect of inhibiting the growth of CVD starting from the side surface of the convex portion is high. In order to further enhance this effect, it is necessary to further reduce the affinity of the interface between the CVD layer and the pattern side surface. From this viewpoint, with respect to requirement 3, the inclination angle Θ2 (Θ2H) is more preferably 63 ° or greater and 79 ° or less, and most preferably 63 ° or greater and 75 ° or less. Further, regarding the inclination angle Θ2 of requirement 3, it is more preferable to satisfy the inclination angle Θ2H from the viewpoint of maximizing the effect of the LED substrate 2.

傾斜角Θ2Lの範囲を有するLED用基板を使用することで、シード層形成工程に対するプロセスウィンドウ拡大の効果に加え、ヴォイド低減の効果をより顕著に発現させることが出来ると推察される。これは、CVD成膜層とパタン表面と、の界面応力が緩和されるためである。この観点から、傾斜角Θ2Lは、20°以上30°以下であることがより好ましいと考えられる。   By using the LED substrate having the range of the inclination angle Θ2L, it is presumed that the effect of reducing the void can be exhibited more significantly in addition to the effect of expanding the process window for the seed layer forming step. This is because the interface stress between the CVD film formation layer and the pattern surface is relaxed. From this viewpoint, it is considered that the inclination angle Θ2L is more preferably 20 ° or more and 30 ° or less.

本実施の形態のLED用基板3は、上記の要件1、要件2、及び要件3を全て満たすLED用基板である。即ち、凹部底部の最短長さCが、30nm以上300nm未満である凹部を有すると共に、傾斜角Θ1及び傾斜角θ2は共に、63°以上86°以下を満たす。これにより、LEDの効率はより高くなり、長期信頼性にもより長ける。そして、CVD工程のウィンドウがより拡大されることに基づき、LED製造に係る歩留りがより向上すると同時に、発光効率のより優れるLEDの収率を向上させることが出来る。中でも、CVD工程に対するプロセスウィンドウの拡大をより顕著にすることが出来る。これは、CVD工程の条件に対するマージンが広がるという意味のみならず、LED用基板の有するバラつきに対するマージンが拡大することも意味する。換言すれば、LED用基板の製造に対する歩留りの向上とLED製造に対する歩留りの向上を両立することが出来る。   The LED substrate 3 of the present embodiment is an LED substrate that satisfies all of the above requirements 1, 2, and 3. That is, the shortest length C of the bottom of the concave portion has a concave portion that is 30 nm or more and less than 300 nm, and both the inclination angle Θ1 and the inclination angle θ2 satisfy 63 ° or more and 86 ° or less. As a result, the efficiency of the LED is higher and the long-term reliability is also longer. And the yield of LED which is more excellent in luminous efficiency can be improved at the same time the yield concerning LED manufacture improves more based on the window of a CVD process being expanded more. In particular, the enlargement of the process window with respect to the CVD process can be made more remarkable. This not only means that the margin for the CVD process conditions is widened, but also means that the margin for variation of the LED substrate is widened. In other words, it is possible to achieve both improvement in yield for manufacturing the LED substrate and improvement in yield for LED manufacturing.

傾斜角Θの範囲を、上記計算結果も含めた傾斜角Θ1H、傾斜角Θ2H、傾斜角Θ1L、傾斜角Θ1Lとして扱うと、要件2と要件3と、を同時に満たす組み合わせは4通り存在することになる。LED用基板3の効果を顕著に発現するのは、(傾斜角Θ1/傾斜角Θ2)と組み合わせを記載した時に、(Θ1L/Θ2H)あるいは(Θ1H/Θ2H)である。このよりよい両者を比較した場合、(Θ1H/Θ2H)の組み合わせが最もよい。なお、以下の表1にも同様の内容を記載した。以下、(Θ1L/Θ2H)の組み合わせをLED用基板3Aと、(Θ1H/Θ2H)の組み合わせをLED用基板3Bとも呼ぶ。   When the range of the inclination angle Θ is treated as the inclination angle Θ1H, the inclination angle Θ2H, the inclination angle Θ1L, and the inclination angle Θ1L including the above calculation results, there are four combinations that simultaneously satisfy the requirement 2 and the requirement 3. Become. When the combination of (tilt angle Θ1 / tilt angle Θ2) and the combination are described, the effect of the LED substrate 3 is markedly (Θ1L / Θ2H) or (Θ1H / Θ2H). When these two are better compared, the combination of (Θ1H / Θ2H) is the best. The same contents are listed in Table 1 below. Hereinafter, the combination of (Θ1L / Θ2H) is also referred to as LED substrate 3A, and the combination of (Θ1H / Θ2H) is also referred to as LED substrate 3B.

Figure 2016139780
Figure 2016139780

LED用基板3Aの場合、上記にて説明したLED用基板3の効果を顕著に発現することが出来る。特に、シード層形成工程に対するプロセスウィンドウと平坦化工程におけるプロセスウィンドウと、が共に顕著に拡大するためである。これは、凹部底部と凸部底部と、の連続性が増してシード層の連続性が向上し、そして、凸部の側面を起点としたCVDの成長を阻害する効果が高いためである。換言すれば、CVD工程の変動要素に対する耐性が大きくなる。なお、この場合、既に説明した傾斜角Θ1L及び傾斜角Θ2Hの好適な範囲を満たすことがより好ましい。   In the case of the LED substrate 3A, the effects of the LED substrate 3 described above can be remarkably exhibited. In particular, both the process window for the seed layer forming step and the process window for the planarization step are significantly enlarged. This is because the continuity between the bottom of the concave portion and the bottom of the convex portion is increased, the continuity of the seed layer is improved, and the effect of inhibiting the growth of CVD starting from the side surface of the convex portion is high. In other words, resistance to the variable element of the CVD process is increased. In this case, it is more preferable to satisfy the preferable ranges of the inclination angle Θ1L and the inclination angle Θ2H already described.

次にLED用基板3Bの場合、上記にて説明したLED用基板3の効果を顕著に発現することが出来る。特に、シード層形成工程におけるプロセスウィンドウの拡大に加え、平坦化工程におけるプロセスウィンドウの拡大効果がとりわけ顕著になる。このため、LED用基板3Bがより好ましい。これは、凹部底部にて熱拡散するCVD成分が、凸部の側面部へと昇る際のエネルギー障壁が高くなると同時に、凸部の側面を起点としたCVDの成長を阻害する効果が高いためである。換言すれば、CVD工程の変動要素に対する耐性が大きくなる。なお、この場合、既に説明した傾斜角Θ1H及び傾斜角Θ2Hの好適な範囲を満たすことがより好ましい。   Next, in the case of the LED substrate 3B, the effects of the LED substrate 3 described above can be remarkably exhibited. In particular, in addition to the enlargement of the process window in the seed layer forming step, the effect of enlarging the process window in the planarization step becomes particularly significant. For this reason, the board | substrate 3B for LED is more preferable. This is because the CVD barrier that thermally diffuses at the bottom of the concave portion has a high energy barrier when rising to the side surface of the convex portion, and at the same time has a high effect of inhibiting the growth of CVD starting from the side surface of the convex portion. is there. In other words, resistance to the variable element of the CVD process is increased. In this case, it is more preferable to satisfy the preferable ranges of the inclination angle Θ1H and the inclination angle Θ2H already described.

LED用基板3に対して、凸部の高さの80%の位置における傾斜角Θ3に対しても制限を加えた場合を、LED用基板4と呼ぶ。傾斜角Θ3については図1も参照されたい。LED用基板4は、傾斜角Θ1、傾斜角Θ2及び傾斜角Θ3の組み合わせとなる。また、傾斜角Θ3は、傾斜角Θ1及び傾斜角Θ2と同様の範囲で、傾斜角Θ3Lと傾斜角Θ3Hと、に分類される。即ち、組み合わせの総数は、8通りである。この中で、組み合わせを(傾斜角Θ1、傾斜角Θ2、傾斜角Θ3)と記載した時に、(Θ1L、Θ2H、Θ3L)、(Θ1L、Θ2H、Θ3H)、(Θ1H、Θ2H、Θ3L)、あるいは(Θ1H、Θ2H、Θ3H)の組み合わせを満たすLED用基板がより好ましい。これらを比較した場合、(Θ1H、Θ2H、Θ3L)あるいは(Θ1H、Θ2H、Θ3H)の組み合わせがより好ましい。なお、同様の内容を以下の表2にも記載した。また、上記した組み合わせの順番に、以下、LED用基板4A、LED用基板4B、LED用基板4C、そしてLED用基板4Dとも呼ぶ。   A case where the LED substrate 3 is also restricted with respect to the inclination angle Θ3 at a position of 80% of the height of the convex portion is referred to as an LED substrate 4. See also FIG. 1 for the tilt angle Θ3. The LED substrate 4 is a combination of an inclination angle Θ1, an inclination angle Θ2, and an inclination angle Θ3. Further, the inclination angle Θ3 is classified into the inclination angle Θ3L and the inclination angle Θ3H in the same range as the inclination angle Θ1 and the inclination angle Θ2. That is, the total number of combinations is eight. In this, when the combination is described as (tilt angle Θ1, tilt angle Θ2, tilt angle Θ3), (Θ1L, Θ2H, Θ3L), (Θ1L, Θ2H, Θ3H), (Θ1H, Θ2H, Θ3L), or ( An LED substrate that satisfies the combination of (Θ1H, Θ2H, Θ3H) is more preferable. When these are compared, a combination of (Θ1H, Θ2H, Θ3L) or (Θ1H, Θ2H, Θ3H) is more preferable. The same contents are also shown in Table 2 below. Further, in the order of the combination described above, hereinafter, they are also referred to as an LED substrate 4A, an LED substrate 4B, an LED substrate 4C, and an LED substrate 4D.

Figure 2016139780
Figure 2016139780

LED用基板4Aの場合、上記にて説明したLED用基板3Aの効果に加えて、CVD成膜層とパタンと、の界面に生成するヴォイドの抑制効果がより高まる。これは、CVD成膜される層とパタン表面と、の界面応力が緩和される傾向にあるためである。なお、この場合、既に説明した傾斜角Θ1L及び傾斜角Θ2Hの好適な範囲を満たすことがより好ましい。また、傾斜角Θ3Lは、既に説明した傾斜角Θ2Lの好適な数値範囲を満たすことがより好ましい。特に、傾斜角Θ3Lは、ヴォイド低減効果の観点から20°以上40°以下を満たすことが好ましく、LED効率の観点から63°以上80°以下を満たすことがより好ましい。   In the case of the LED substrate 4A, in addition to the effect of the LED substrate 3A described above, the effect of suppressing voids generated at the interface between the CVD film formation layer and the pattern is further increased. This is because the interface stress between the layer formed by CVD and the pattern surface tends to be relaxed. In this case, it is more preferable to satisfy the preferable ranges of the inclination angle Θ1L and the inclination angle Θ2H already described. Further, it is more preferable that the inclination angle Θ3L satisfies a suitable numerical range of the inclination angle Θ2L already described. In particular, the inclination angle Θ3L preferably satisfies 20 ° to 40 ° from the viewpoint of void reduction effect, and more preferably satisfies 63 ° to 80 ° from the viewpoint of LED efficiency.

LED用基板4Bの場合、上記にて説明したLED用基板3Aの効果に加えて、光取り出し効率LEEの改善効果がより顕著になる。これは、パタンの凸部輪郭の連続性が向上することに伴い、本来導波光となる光がLEDから外部へと取り出される際に、LEDの内部で反射する回数が減少するためである。なお、この場合、既に説明した傾斜角Θ1L及び傾斜角Θ2Hの好適な範囲を満たすことがより好ましい。また、傾斜角Θ3Hは、既に説明した傾斜角Θ2Hの好適な数値範囲を満たすことがより好ましい。特に、傾斜角Θ3Lは、ヴォイド低減効果の観点から20°以上40°以下を満たすことが好ましく、LED効率の観点から63°以上80°以下を満たすことがより好ましい。   In the case of the LED substrate 4B, in addition to the effect of the LED substrate 3A described above, the improvement effect of the light extraction efficiency LEE becomes more remarkable. This is because, as the continuity of the convex contour of the pattern is improved, the number of times of reflection inside the LED is reduced when the light that is originally guided light is extracted from the LED to the outside. In this case, it is more preferable to satisfy the preferable ranges of the inclination angle Θ1L and the inclination angle Θ2H already described. Further, it is more preferable that the inclination angle Θ3H satisfies a suitable numerical range of the inclination angle Θ2H already described. In particular, the inclination angle Θ3L preferably satisfies 20 ° to 40 ° from the viewpoint of void reduction effect, and more preferably satisfies 63 ° to 80 ° from the viewpoint of LED efficiency.

LED用基板4Cの場合、上記にて説明したLED用基板3Bの効果に加えて、CVD成膜層とパタンと、の界面に生成するヴォイドの抑制効果がより高まる。このため、LED用基板4の中では、後述するLED用基板4Dと共に、LED用基板4Cがより好ましい。これは、CVD成膜される層とパタン表面と、の界面応力が緩和される傾向にあるためである。なお、この場合、既に説明した傾斜角Θ1H及び傾斜角Θ2Hの好適な範囲を満たすことがより好ましい。また、傾斜角Θ3Lは、既に説明した傾斜角Θ2Lの好適な数値範囲を満たすことがより好ましい。特に、傾斜角Θ3Lは、ヴォイド低減効果の観点から20°以上40°以下を満たすことが好ましく、LED効率の観点から63°以上80°以下を満たすことがより好ましい。   In the case of the LED substrate 4C, in addition to the effect of the LED substrate 3B described above, the effect of suppressing voids generated at the interface between the CVD film formation layer and the pattern is further enhanced. For this reason, in LED board 4, LED board 4C is more preferable with LED board 4D mentioned below. This is because the interface stress between the layer formed by CVD and the pattern surface tends to be relaxed. In this case, it is more preferable to satisfy the preferable ranges of the inclination angle Θ1H and the inclination angle Θ2H already described. Further, it is more preferable that the inclination angle Θ3L satisfies a suitable numerical range of the inclination angle Θ2L already described. In particular, the inclination angle Θ3L preferably satisfies 20 ° to 40 ° from the viewpoint of void reduction effect, and more preferably satisfies 63 ° to 80 ° from the viewpoint of LED efficiency.

LED用基板4Dの場合、上記にて説明したLED用基板3Bの効果に加えて、光取り出し効率LEEの改善効果がより顕著になる。このため、LED用基板4の中では、上述したLED用基板4Cと共に、LED用基板4Dがより好ましい。これは、パタンの凸部輪郭の連続性が向上することに伴い、本来導波光となる光がLEDから外部へと取り出される際に、LEDの内部で反射する回数が減少するためである。なお、この場合、既に説明した傾斜角Θ1H及び傾斜角Θ2Hの好適な範囲を満たすことがより好ましい。また、傾斜角Θ3Hは、既に説明した傾斜角Θ2Hの好適な数値範囲を満たすことがより好ましい。特に、傾斜角Θ3Lは、ヴォイド低減効果の観点から20°以上40°以下を満たすことが好ましく、LED効率の観点から63°以上80°以下を満たすことがより好ましい。   In the case of the LED substrate 4D, in addition to the effect of the LED substrate 3B described above, the improvement effect of the light extraction efficiency LEE becomes more remarkable. For this reason, in LED board 4, LED board 4D is more preferable with LED board 4C mentioned above. This is because, as the continuity of the convex contour of the pattern is improved, the number of times of reflection inside the LED is reduced when the light that is originally guided light is extracted from the LED to the outside. In this case, it is more preferable to satisfy the preferable ranges of the inclination angle Θ1H and the inclination angle Θ2H already described. Further, it is more preferable that the inclination angle Θ3H satisfies a suitable numerical range of the inclination angle Θ2H already described. In particular, the inclination angle Θ3L preferably satisfies 20 ° to 40 ° from the viewpoint of void reduction effect, and more preferably satisfies 63 ° to 80 ° from the viewpoint of LED efficiency.

次に本実施の形態における凸部と凹部により構成されるパタンの配列について説明する。本実施の形態では、パタンの配列に関する規則性は限定されず、ランダムな完全不規則性から完全規則的な配列まで種々選択できる。例えば、アルミニウムの陽極酸化、交互積層法(Layer by Layer法)、ブロックポリマーによる相分離等を利用した自己組織化を利用することで、規則性の低い配列を実現できる。一方で、電子線描画、フォトリソグラフィ法、熱リソグラフィ法、干渉露光法等を利用することで、規則性の高い配列を実現できる。例えば、ラインアンドスペース配列、4方配列、6方配列である。また、ラインアンドスペース配列、四方配列、六方配列等で構成される要素が、さらに大きな周期の変動(変調)を有するような配列もある。例えば、微視的には六方配列する凸部が、巨視的にはラインアンドスペース配列、四方配列、あるいは六方配列したような配列である。この他にも、複数の配列をコンポジットした配列がある。   Next, the arrangement of patterns formed by convex portions and concave portions in the present embodiment will be described. In the present embodiment, the regularity regarding the pattern arrangement is not limited, and various kinds of arrangements can be selected from random complete irregularity to complete regular arrangement. For example, an array with low regularity can be realized by utilizing self-organization utilizing anodization of aluminum, an alternating lamination method (Layer by Layer method), phase separation by a block polymer, or the like. On the other hand, an array with high regularity can be realized by using electron beam drawing, photolithography, thermal lithography, interference exposure, and the like. For example, a line and space arrangement, a four-way arrangement, or a six-way arrangement. In addition, there is an array in which elements composed of a line-and-space array, a tetragonal array, a hexagonal array, and the like have a greater period variation (modulation). For example, microscopically, convex portions arranged in a hexagonal manner are macroscopically arranged in a line-and-space arrangement, a tetragonal arrangement, or a hexagonal arrangement. In addition, there is an array in which a plurality of arrays are composited.

パタンの形状は、上記にて説明した要件を満たせば、特に限定されず、パタンを表面から観察した際の、輪郭の形状が、円状、楕円状、5以上の凹凸のある輪郭形状、三角状等が挙げられる。また、パタンの断面形状として、矩形状、ドーム状、釣鐘状、レンズ状、砲弾状、錐状等が挙げられる。中でも、下記の形状を満たすことが好ましい。   The shape of the pattern is not particularly limited as long as the requirements described above are satisfied, and the shape of the contour when the pattern is observed from the surface is circular, elliptical, contour shape with five or more irregularities, triangular And the like. Examples of the cross-sectional shape of the pattern include a rectangular shape, a dome shape, a bell shape, a lens shape, a bullet shape, and a cone shape. Among these, it is preferable to satisfy the following shape.

パタンの凸部頂部の形状により、CVD工程により成膜される層の結晶性、特に、内部量子効率IQEを改善できる。このような形状としては、凸部の頂部に存在するテーブルトップ(平坦部ともいう)の大きさが、凹部底部の最短長さC以下である形状である。凸部の頂部のテーブルトップの大きさは、テーブルトップの長さTとして規定される。テーブルトップの長さTの定義は後述する。テーブルトップの長さT≦凹部底部の最短長さCの関係を満たすことで、CVD工程におけるテーブルトップを起点とした層成長を抑制できる。即ち、CVD成膜の層成長は、凹部の底部を起点としたものとなる。特に、テーブルトップを起点とした層成長を起こした場合、当該層内部に生成した転位を消滅させる作用が弱いことから、LEDの活性層を貫通する貫通転位密度が高まり、内部量子効率IQEが低下する傾向がある。即ち、テーブルトップの長さT≦凹部底部の最短長さCを満たすことで、貫通転位密度を減少させ、内部量子効率IQEをも改善できる。本効果をより発揮する観点から、テーブルトップの長さT≦凹部底部の最短長さC/2を満たすことが好ましく、テーブルトップの長さT≦凹部底部の最短長さC/4を満たすことがより好ましい。なお、テーブルトップの長さTは小さい程よく、最も好ましくは、凸部の頂部の曲率半径が0超の角部である状態である。即ち、テーブルトップの長さTが0に漸近した状態が最も好ましい。   The shape of the top of the convex portion of the pattern can improve the crystallinity of the layer formed by the CVD process, particularly the internal quantum efficiency IQE. Such a shape is a shape in which the size of the table top (also referred to as a flat portion) existing at the top of the convex portion is not more than the shortest length C of the bottom of the concave portion. The size of the table top at the top of the convex portion is defined as the length T of the table top. The definition of the table top length T will be described later. By satisfying the relationship of the length of the table top T ≦ the shortest length C of the bottom of the recess, layer growth starting from the table top in the CVD process can be suppressed. That is, the layer growth in the CVD film formation starts from the bottom of the recess. In particular, when layer growth starting from the table top occurs, the density of threading dislocations penetrating the active layer of the LED increases and the internal quantum efficiency IQE decreases because the action of eliminating dislocations generated in the layer is weak. Tend to. That is, by satisfying the table top length T ≦ the minimum length C of the bottom of the recess, the threading dislocation density can be reduced and the internal quantum efficiency IQE can be improved. From the viewpoint of exerting this effect more preferably, the table top length T ≦ the shortest length C / 2 of the recess bottom is preferably satisfied, and the table top length T ≦ the shortest length C / 4 of the recess bottom is satisfied. Is more preferable. In addition, the length T of the table top is preferably as small as possible, and is most preferably a state where the radius of curvature of the top portion of the convex portion is a corner portion exceeding zero. That is, it is most preferable that the table top length T is asymptotic to zero.

上記にて説明したテーブルトップの長さTは、テーブルトップを形成する領域の輪郭の最長の長さである。より具体的に、以下の手順に従い定義される。   The length T of the table top described above is the longest length of the contour of the area forming the table top. More specifically, it is defined according to the following procedure.

(1)LED用基板のパタンの表面を、走査型電子顕微鏡にて観察する。この時、1観察像内に、パタンの凸部が、10個以上20個以下存在する倍率にて観察する。
(2)図4に示すように、任意の凸部を選択し、当該凸部のテーブルトップの輪郭上に点Aと点Bと、を設定する。なお、点A及び点Bとは、テーブルトップの輪郭線上を自由に行き来できる点である。
(3)点Aと点Bと、を結ぶ線分ABに関し、点Aと点Bと、をテーブルトップの輪郭上にて動かした際の、最長の線分ABの長さが、テーブルトップの長さTである。
(1) The surface of the LED substrate pattern is observed with a scanning electron microscope. At this time, observation is performed at a magnification at which there are 10 or more and 20 or less pattern convex portions in one observation image.
(2) As shown in FIG. 4, an arbitrary convex part is selected, and points A and B are set on the contour of the table top of the convex part. Note that the points A and B are points that can be freely traversed on the outline of the table top.
(3) Regarding the line segment AB connecting the point A and the point B, the length of the longest line segment AB when the point A and the point B are moved on the contour of the table top is Length T.

次に、凸部のアスペクト、即ち、比(高さH/底部の径φ)は、特に光取り出し効率LEEに影響を与えることから、0.45以上1.85以下であることが好ましい。この範囲を満たすことで、本来導波光となる光をLEDの外部へ、と取り出す過程において、当該光がLEDの内部で反射する回数を減少させることが出来る。即ち、導電型層や活性層に吸収される光量を減少させることが可能となるため、光取り出し効率LEEがより改善される。この観点から、アスペクトは、0.5以上1.55以下であることがより好ましく、0.75以上1.25以下であることが最も好ましい。   Next, the aspect of the convex portion, that is, the ratio (height H / bottom diameter φ) particularly affects the light extraction efficiency LEE, and is preferably 0.45 or more and 1.85 or less. By satisfying this range, it is possible to reduce the number of times the light is reflected inside the LED in the process of taking out the light that is originally guided light to the outside of the LED. That is, since the amount of light absorbed by the conductive type layer and the active layer can be reduced, the light extraction efficiency LEE is further improved. In this respect, the aspect is more preferably from 0.5 to 1.55, and most preferably from 0.75 to 1.25.

上記にて説明した凸部の高さHは、凹部の底部を基準とした際の、凸部の頂点までの最短距離として定義される。   The height H of the convex part demonstrated above is defined as the shortest distance to the vertex of a convex part on the basis of the bottom part of a concave part.

上記にて説明した凸部の底部の径φは、凸部の底部を形成する輪郭の最長の長さである。より具体的に、以下の手順に従い定義される。換言すれば、凸部の底部の輪郭に対する外接円の径が、凸部の底部の径φである。   The diameter φ of the bottom portion of the convex portion described above is the longest length of the contour that forms the bottom portion of the convex portion. More specifically, it is defined according to the following procedure. In other words, the diameter of the circumscribed circle with respect to the contour of the bottom of the convex portion is the diameter φ of the bottom of the convex portion.

(1)LED用基板のパタンの表面を、走査型電子顕微鏡にて観察する。この時、1観察像内に、パタンの凸部が、10個以上20個以下存在する倍率にて観察する。
(2)図5に示すように、任意の凸部を選択し、当該凸部の底部の輪郭上に点Aと点Bと、を設定する。なお、点A及び点Bとは、凸部の底部の輪郭線上を自由に行き来できる点である。
(3)点Aと点Bと、を結ぶ線分ABに関し、点Aと点Bと、を凸部の底部の輪郭上にて動かした際の、最長の線分ABの長さが、凸部の底部の径φである。
(1) The surface of the LED substrate pattern is observed with a scanning electron microscope. At this time, observation is performed at a magnification at which there are 10 or more and 20 or less pattern convex portions in one observation image.
(2) As shown in FIG. 5, an arbitrary convex portion is selected, and points A and B are set on the contour of the bottom of the convex portion. In addition, the point A and the point B are points that can travel freely on the outline of the bottom of the convex portion.
(3) Regarding the line segment AB connecting the point A and the point B, the length of the longest line segment AB when the point A and the point B are moved on the contour of the bottom of the convex part is convex. The diameter φ of the bottom of the part.

パタンが凸型であっても、凹型であっても、ピッチは、最近接する凸部(又は、凹部)の最短距離として定義される。詳細な定義は後述する。パタンのピッチ、即ち、パタンの間隔は、CVD工程と光取り出し効率LEEの双方の観点から、好適な範囲が決定される。まず、CVD工程では、CVD成膜層の結晶性を向上させるために、パタンを平坦化するまでは、特に速度を落として成膜する必要がある。即ち、パタンの高さが低くなるほどに、平坦化工程にかかる時間と部材量を減少させることが出来る。この平坦化工程は、LED製造に係る重工程であり、軽減させることの効果は非常に大きい。次に、パタンのピッチが小さくなると、光学現象は、反射、光散乱、そして光回折へと変化する。ここで、本来導波光になる光を、パタンよりその進行方向を変化させて、LEDの外部へと取り出すことを考えると、LEDの内部での反射回数を限りなく小さくすることが重要であるとわかる。これは、反射する程に、LEDを構成する導電型層や活性層に対して、当該光が吸収され、減衰するためである。この観点から、光回折を利用することが最も好ましい。以上の考えから、ピッチとしては、100nm以上1800nm以下が好ましいといえる。平坦化の容易性と光学現象の点から、100nm以上1500nm以下がより好ましい。特に、平坦化工程に係る負荷をより軽減させる観点から、上限値として1300nm以下を満たすことがより好ましい。また、LED用基板の製造に係る負荷も大きく低減できることから、ピッチの上限値は、900nm以下であることが最も好ましい。一方で、LED用基板のパタンのバラつきに対する、CVD工程の耐性を向上させる観点から、ピッチの下限値は、200nm以上であることがより好ましく、230nm以上であることが最も好ましい。このような下限値範囲を満たすことで、CVD工程のプロセスウィンドウの拡大がより良好となる。   Regardless of whether the pattern is convex or concave, the pitch is defined as the shortest distance between the closest convex parts (or concave parts). Detailed definitions will be described later. A suitable range of the pattern pitch, that is, the pattern interval is determined from the viewpoint of both the CVD process and the light extraction efficiency LEE. First, in the CVD process, in order to improve the crystallinity of the CVD film-forming layer, it is necessary to reduce the film speed until the pattern is flattened. That is, as the pattern height decreases, the time and the amount of members required for the planarization process can be reduced. This planarization process is a heavy process related to LED manufacturing, and the effect of reducing is very large. Next, as the pattern pitch decreases, the optical phenomenon changes to reflection, light scattering, and light diffraction. Here, it is important to reduce the number of reflections inside the LED as much as possible, considering that the light that is originally guided light is extracted from the LED by changing its traveling direction from the pattern. Recognize. This is because the light is absorbed and attenuated with respect to the conductive type layer and the active layer constituting the LED as the light is reflected. From this viewpoint, it is most preferable to use optical diffraction. From the above consideration, it can be said that the pitch is preferably 100 nm or more and 1800 nm or less. 100 nm or more and 1500 nm or less are more preferable from the viewpoint of easy planarization and optical phenomena. In particular, from the viewpoint of further reducing the load related to the planarization step, it is more preferable to satisfy 1300 nm or less as the upper limit value. Moreover, since the load concerning manufacture of the board | substrate for LED can also be reduced significantly, it is most preferable that the upper limit of a pitch is 900 nm or less. On the other hand, the lower limit of the pitch is more preferably 200 nm or more, and most preferably 230 nm or more, from the viewpoint of improving the resistance of the CVD process to the variation in the pattern of the LED substrate. By satisfying such a lower limit range, the expansion of the process window of the CVD process becomes better.

上記にて説明したパタンのピッチPは、最近接する凸部の頂点間の長さであるが、簡易的に、次の通りに定義される。   The pattern pitch P described above is the length between the vertices of the nearest convex portions, but is simply defined as follows.

(1)既に説明した方法に則り、凸部底部の径φを求める。
(2)既に説明した方法に則り、凹部底部の最短長さCを求める。
(3)ピッチPは、凸部底部の径φと凹部底部の最短長さCの和として定義する。
(1) Find the diameter φ of the bottom of the convex portion in accordance with the method already described.
(2) Find the shortest length C of the bottom of the recess in accordance with the method already described.
(3) The pitch P is defined as the sum of the diameter φ of the bottom of the convex portion and the shortest length C of the bottom of the concave portion.

次に、LED用基板の材質について説明する。本実施の形態のLED用基板は、少なくともパタンのある面側に導電型層と活性層と、を成膜し、LEDとして使用されるものであれば、何ら限定されるものではない。例えば、サファイア、炭化ケイ素(SiC)、窒化ケイ素、窒化ガリウム(GaN)、銅タングステン合金(W−Cu)、シリコン(Si)、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化マンガン、酸化ジルコニウム、酸化マンガン亜鉛鉄、酸化マグネシウムアルミニウム、ホウ化ジルコニウム、酸化ガリウム、酸化インジウム、酸化リチウムガリウム、酸化リチウムアルミニウム、酸化ネオジウムガリウム、酸化ランタンストロンチウムアルミニウムタンタル、酸化ストロンチウムチタン、酸化チタン、ハフニウム、タングステン、モリブデン、リン化ガリウム、ガリウム砒素等を用いることができる。特に、CVD工程での層の成膜性を安定化させる観点から、サファイア、窒化ガリウム、リン化ガリウム、ガリウムヒ素、炭化ケイ素、スピネルがより好ましい。さらに、CVD工程における層の成膜性に関し、転位をより低減させる観点から、上記説明した基板に対して、誘電体、金属酸化物、あるいは金属にて部分的にマスクを設けたものを使用してもよい。さらには、単体で用いてもよく、これらを用いた基板本体上に別の基板を設けたヘテロ構造の基板としてもよい。なお、サファイア、炭化ケイ素(SiC)、或いは窒化ガリウム(GaN)基板を使用することで、上述した要件1〜要件3に基づく効果が特に顕著に発揮される。   Next, the material of the LED substrate will be described. The LED substrate of the present embodiment is not limited in any way as long as the conductive type layer and the active layer are formed on at least the pattern side and used as an LED. For example, sapphire, silicon carbide (SiC), silicon nitride, gallium nitride (GaN), copper tungsten alloy (W-Cu), silicon (Si), zinc oxide, magnesium oxide, manganese oxide, zirconium oxide, manganese zinc iron oxide, Magnesium aluminum oxide, zirconium boride, gallium oxide, indium oxide, lithium gallium oxide, lithium aluminum oxide, neodymium gallium oxide, lanthanum strontium aluminum tantalum oxide, strontium titanium oxide, titanium oxide, hafnium, tungsten, molybdenum, gallium phosphide, gallium Arsenic or the like can be used. In particular, sapphire, gallium nitride, gallium phosphide, gallium arsenide, silicon carbide, and spinel are more preferable from the viewpoint of stabilizing the film formability in the CVD process. Furthermore, regarding the film formability of the layer in the CVD process, from the viewpoint of further reducing dislocations, a substrate partially provided with a dielectric, metal oxide, or metal is used for the above-described substrate. May be. Further, the substrate may be used alone or may be a heterostructure substrate in which another substrate is provided on the substrate body using these. In addition, the effect based on the requirements 1 to 3 described above is particularly remarkable by using a sapphire, silicon carbide (SiC), or gallium nitride (GaN) substrate.

次に、CVD工程について説明する。本実施の形態のLEDは、本実施の形態のLED用基板のパタン面側に対して、少なくとも第一導電型層、活性層、及び第二導電型層を配置したものである。このような構成とすることにより、上記にて説明したLED用基板の効果を発現することが出来る。CVD工程では、LED用基板のパタン面側に、層をエピタキシャル成長させる。裏を返せば、LED用基板の材質としては、エピタキシャル成長に好適なものが好ましく、この観点から、サファイアあるいはスピネル等の絶縁性基板や、SiCあるいは窒化物半導体(例えば、GaN等)等の導電性基板が好適である。第一導電型層は例えばn型半導体層であり、第二導電型層は例えばp型半導体層である。   Next, the CVD process will be described. In the LED of the present embodiment, at least a first conductivity type layer, an active layer, and a second conductivity type layer are arranged on the pattern surface side of the LED substrate of the present embodiment. By setting it as such a structure, the effect of the board | substrate for LED demonstrated above can be expressed. In the CVD process, a layer is epitaxially grown on the pattern surface side of the LED substrate. In other words, the material for the LED substrate is preferably one suitable for epitaxial growth. From this point of view, an insulating substrate such as sapphire or spinel, or a conductive material such as SiC or nitride semiconductor (for example, GaN). A substrate is preferred. The first conductivity type layer is, for example, an n-type semiconductor layer, and the second conductivity type layer is, for example, a p-type semiconductor layer.

本明細書のCVDとしては、例えば、有機金属気相成長法(MOCVD)、ハイドライド気相成長法(HVPE)、分子線エピタキシャル成長法(MBE)等が挙げられる。   Examples of CVD in the present specification include metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), hydride vapor deposition (HVPE), molecular beam epitaxy (MBE), and the like.

第一導電型層を成膜する前に、バッファー層を成膜することが好ましい。これにより、上記にて説明したCVD工程に関するシード層形成工程に対するプロセスウィンドウ拡大の効果がより発現される。バッファー層としては、例えば、GaN構造、AlGaN構造、AlN構造、AlInN構造、InGaN/GaN超格子構造、InGaN/GaN積層構造、あるいはAlInGaN/InGaN/GaN積層構造等を採用することができる。また、バッファー層の成膜については、成膜温度を350℃〜600℃の範囲にできる。これにより、凹部底部の最短長さCのバラつきの与えるCVD工程への影響を小さくできる。換言すれば、CVD工程のプロセスウィンドウが拡大する。特に、バッファー層の膜厚が、パタンの高さHに対して、1/5以下であることが望ましい。これは、RAMP過程におけるバッファー層の再拡散と再結晶挙動に関し、凸部の側面部への核の付着を効果的に抑制する為である。この観点から、バッファー層の膜厚は、パタンの高さH対して、1/10以下がより好ましく、1/20以下が最も好ましい。また、バッファー層は、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法あるいはスパッタリング法により成膜されることが好ましい。特に、バッファー層の均等性が向上する点から、スパッタリング法を採用することがより好ましい。   It is preferable to form a buffer layer before forming the first conductivity type layer. Thereby, the effect of the process window expansion with respect to the seed layer formation process regarding the CVD process described above is further expressed. As the buffer layer, for example, a GaN structure, an AlGaN structure, an AlN structure, an AlInN structure, an InGaN / GaN superlattice structure, an InGaN / GaN stacked structure, or an AlInGaN / InGaN / GaN stacked structure can be employed. In addition, for the film formation of the buffer layer, the film formation temperature can be in the range of 350 ° C. to 600 ° C. Thereby, the influence on the CVD process which the variation of the shortest length C of a recessed part bottom gives can be made small. In other words, the process window of the CVD process is enlarged. In particular, the thickness of the buffer layer is desirably 1/5 or less with respect to the height H of the pattern. This is to effectively suppress the adhesion of nuclei to the side surface of the convex portion with respect to the re-diffusion and recrystallization behavior of the buffer layer in the RAMP process. From this viewpoint, the film thickness of the buffer layer is more preferably 1/10 or less, and most preferably 1/20 or less with respect to the height H of the pattern. The buffer layer is preferably formed by MOCVD (Metal Organic Chemical Deposition) or sputtering. In particular, it is more preferable to employ a sputtering method from the viewpoint of improving the uniformity of the buffer layer.

上述したような下地層が形成されたLED用基板に対して、第一導電型層(n型コンタクト層などのn型層)と、活性層と、第2導電型層(p型層)を形成して半導体素子構造を作製できる。   The first conductive type layer (n-type layer such as an n-type contact layer), the active layer, and the second conductive type layer (p-type layer) are formed on the LED substrate on which the base layer as described above is formed. A semiconductor element structure can be manufactured by forming.

第一導電型層は、少なくとも非ドープ第1導電型層とドープ第1導電型層と、から構成されることが好ましい。非ドープ第1導電型層としては、例えば、シリコン、ゲルマニウム等の元素半導体、又は、III−V族、II−VI族、VI−VI族等の化合物半導体を適用できる。特に、アンドープ窒化物層であることが好ましい。アンドープ窒化物層としては、例えば、900℃〜1500℃の成長温度で、バッファー層あるいはLED用基材の上に、NHとTMGaを供給することで成膜できる。膜厚は、パタン平坦化工程の観点から、1μm以上10μm以下であることが好ましい。特に、効果的に転位を低減する観点から、1.5μm以上8μm以下がより好ましく、2.3μm以上5μm以下であることが最も好ましい。ドープ第1導電型層としては、例えば、シリコン、ゲルマニウム等の元素半導体、又は、III−V族、II−VI族、VI−VI族等の化合物半導体に、適宜、種々の元素をドープしたものを適用できる。特に、n型GaN層であることが望ましい。n型GaN層としては、例えば、NHを3×10-2〜4.2×10-2mol/min、トリメチルガリウム(TMGa)0.8×10-4〜1.8×10-4mol/min及びSiに代表されるn型ドーパントを含むシランガスを5.8×10-9〜6.9×10-9mol/min供給し、形成することができる。膜厚は、活性層への電子注入性の観点から、800nm以上であると好ましく、1500nm以上であることがより好ましく、2000nm以上であることが最も好ましい。一方、上限値は、反りを低減する観点から、5000nm以下であることが好ましい。 The first conductivity type layer is preferably composed of at least an undoped first conductivity type layer and a doped first conductivity type layer. As the undoped first conductivity type layer, for example, an elemental semiconductor such as silicon or germanium, or a compound semiconductor such as a III-V group, a II-VI group, or a VI-VI group can be applied. In particular, an undoped nitride layer is preferable. The undoped nitride layer, for example, at a growth temperature of 900 ° C. to 1500 ° C., on the buffer layer or the LED substrate for film can be formed by supplying NH 3 and TMGa. The film thickness is preferably 1 μm or more and 10 μm or less from the viewpoint of the pattern flattening step. In particular, from the viewpoint of effectively reducing dislocations, the thickness is more preferably 1.5 μm or more and 8 μm or less, and most preferably 2.3 μm or more and 5 μm or less. As the doped first conductivity type layer, for example, an element semiconductor such as silicon or germanium, or a compound semiconductor such as III-V group, II-VI group, VI-VI group, etc., appropriately doped with various elements Can be applied. In particular, an n-type GaN layer is desirable. As the n-type GaN layer, for example, NH 3 is 3 × 10 −2 to 4.2 × 10 −2 mol / min, and trimethylgallium (TMGa) 0.8 × 10 −4 to 1.8 × 10 −4 mol. Silane gas containing n-type dopant typified by / min and Si can be formed by supplying 5.8 × 10 −9 to 6.9 × 10 −9 mol / min. From the viewpoint of electron injection into the active layer, the film thickness is preferably 800 nm or more, more preferably 1500 nm or more, and most preferably 2000 nm or more. On the other hand, the upper limit value is preferably 5000 nm or less from the viewpoint of reducing warpage.

活性層としては、LEDとして発光特性を有するものであれば、特に限定されない。例えば、AsP、GaP、AlGaAs、InGaN、GaN、AlGaN、ZnSe、AlHaInP、ZnO等の半導体層を適用できる。また、適宜、特性に応じて種々の元素をドープしてもよい。活性層は、単一又は多重量子井戸構造の活性層である。例えば、600℃〜850℃の成長温度で、窒素をキャリアガスとして使い、NH、TMGa、及びトリメチルインジウム(TMIn)を供給し、INGaN/GaNからなる活性層を、100Å〜1250Åの厚さに成長させることができる。また、多重量子井戸構造の場合、1つの層を構成するInGaNに関し、In元素濃度を変化させることもできる。また、活性層と第2導電型層と、の間に電子ブロック層を設けることができる。電子ブロック層は、例えば、p−AlGaNにて構成される。 The active layer is not particularly limited as long as it has light emitting characteristics as an LED. For example, a semiconductor layer such as AsP, GaP, AlGaAs, InGaN, GaN, AlGaN, ZnSe, AlHaInP, or ZnO can be applied. Moreover, you may dope various elements suitably according to the characteristic. The active layer is an active layer having a single or multiple quantum well structure. For example, at a growth temperature of 600 ° C. to 850 ° C., NH 3 , TMGa, and trimethylindium (TMIn) are supplied using nitrogen as a carrier gas, and an active layer made of INGaN / GaN is formed to a thickness of 100 to 1250 mm. Can be grown. In the case of a multiple quantum well structure, the concentration of In element can be changed with respect to InGaN constituting one layer. An electron blocking layer can be provided between the active layer and the second conductivity type layer. The electron block layer is made of, for example, p-AlGaN.

第2導電型層としては、LEDの用途に適したp型半導体層として使用できるものであれば、特に制限はない。例えば、シリコン、ゲルマニウム等の元素半導体、及び、III−V族、II−VI族、VI−VI族等の化合物半導体に、適宜、種々の元素をドープしたものを適用できる。例えば、p型GaN層の場合、成長温度を900℃以上に上昇させ、TMGa及びCPMgを供給し、数百〜数千Åの厚さに成膜することができる。 There is no restriction | limiting in particular as long as it can be used as a p-type semiconductor layer suitable for the use of LED as a 2nd conductivity type layer. For example, elemental semiconductors such as silicon and germanium, and compound semiconductors such as III-V, II-VI, and VI-VI can be appropriately doped with various elements. For example, in the case of a p-type GaN layer, the growth temperature can be raised to 900 ° C. or higher, TMGa and CP 2 Mg can be supplied, and the film can be formed to a thickness of several hundreds to several thousands.

上記では、LED用基板として説明したが、LED用に限定されるものでなく、有機EL等の発光素子用基板であって、基板の表面に凸部と凹部より構成されるパタンを具備し、基板に対するCVD工程を経るものであれば、本実施の形態を適用することが可能である。   In the above, although explained as an LED substrate, it is not limited to an LED, and is a substrate for a light emitting element such as an organic EL, and includes a pattern composed of a convex portion and a concave portion on the surface of the substrate, The present embodiment can be applied as long as the substrate undergoes a CVD process.

以下、本発明の効果を明確にするために実施した実施例により本発明を詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples carried out in order to clarify the effects of the present invention. In addition, this invention is not limited at all by the following examples.

(実施例1)
LED用基板を作製し、当該LED用基板にCVD成膜を行い、プロセスウィンドウを確認した。さらに、LEDを製造し、発光効率を比較した。
Example 1
An LED substrate was prepared, CVD film formation was performed on the LED substrate, and a process window was confirmed. Furthermore, LED was manufactured and luminous efficiency was compared.

まず、LED用基板を作製した。LED用基板のパタンは、ナノ加工シートを使用して作成した。ナノ加工シートについては後述する。4インチの片面鏡面のc面サファイアを準備し、洗浄した。続いて、サファイアを120℃のホットプレート上に配置した。次に、ナノ加工シートを、120℃に加温したラミネートロールを使用して、サファイアに貼り合わせた。貼り合わせは、0.5MPaの圧力で、線速50mm/秒にて行った。ナノ加工シートの貼り合わせされたサファイアに対して、サファイア越しに紫外線を照射した。紫外線は、波長365nmのUV−LED光源より照射されたもので、積算光量が1500mJ/cmになるように設定した。次に、120℃に加熱した2枚の並行平板で、ナノ加工シートとサファイアを挟み込んだ。挟み込みの圧力は0.3MPaとし、時間は10秒とした。続いて、空冷にて室温まで冷却し、ナノ加工シートをサファイアより、50mm/秒の速度で剥離した。以上の操作により、サファイアの主面上に、2層レジスト層を転写付与した。レジスト層の表面には凹凸構造が設けられている。この凹凸構造の形状及び配列、2層レジストの層構成、そして以下に記載のドライエッチング条件によりLED用基板のパタンを制御した。 First, an LED substrate was prepared. The pattern of the LED substrate was prepared using a nano-processed sheet. The nano-processed sheet will be described later. A 4-inch single-sided mirror c-plane sapphire was prepared and washed. Subsequently, sapphire was placed on a 120 ° C. hot plate. Next, the nano-processed sheet was bonded to sapphire using a laminate roll heated to 120 ° C. The bonding was performed at a pressure of 0.5 MPa and a linear speed of 50 mm / second. The sapphire bonded with the nano-processed sheet was irradiated with ultraviolet rays through the sapphire. The ultraviolet rays were irradiated from a UV-LED light source having a wavelength of 365 nm, and the integrated light amount was set to 1500 mJ / cm 2 . Next, the nano-processed sheet and sapphire were sandwiched between two parallel flat plates heated to 120 ° C. The sandwiching pressure was 0.3 MPa and the time was 10 seconds. Subsequently, it was cooled to room temperature by air cooling, and the nano-processed sheet was peeled from sapphire at a speed of 50 mm / second. With the above operation, a two-layer resist layer was transferred onto the main surface of sapphire. An uneven structure is provided on the surface of the resist layer. The pattern of the concavo-convex structure and the arrangement of the two-layer resist, and the pattern of the LED substrate were controlled by the dry etching conditions described below.

ナノ加工シートは、貼合操作及び剥離操作で、被処理体上に加工マスクを転写付与できる成形体である。構成としては、樹脂製のモールド、第1レジスト層、及び第2レジスト層である。樹脂モールドは、表面に凹凸構造を有し、当該凹凸構造の凹部の内部に、第1レジスト層が充填される。そして、樹脂モールドの凹凸構造と第1レジスト層と、を平坦化するように第2レジスト層が配置される。   The nano-processed sheet is a molded body that can transfer and apply a processing mask onto the object to be processed by a bonding operation and a peeling operation. The configuration includes a resin mold, a first resist layer, and a second resist layer. The resin mold has a concavo-convex structure on the surface, and the first resist layer is filled inside the concave portion of the concavo-convex structure. Then, the second resist layer is disposed so as to flatten the uneven structure of the resin mold and the first resist layer.

まず、樹脂製のモールドを、ロール・ツー・ロールの光ナノインプリント法を使用して、製造した。幅は500mm、長さは180mである。層構成としては、厚み50μmのPETフィルムの易接着面上に厚み1.5μmの転写層がある構成であり、転写層の表面に光ナノインプリント法にて転写された凹凸構造がある。また、樹脂モールドの凹凸構造面に対する水滴の接触角は140°〜153°の間であった。   First, a resin mold was manufactured using a roll-to-roll optical nanoimprint method. The width is 500 mm and the length is 180 m. As a layer structure, there is a structure in which a transfer layer having a thickness of 1.5 μm is provided on an easily adhesive surface of a PET film having a thickness of 50 μm, and there is a concavo-convex structure transferred onto the surface of the transfer layer by an optical nanoimprint method. Moreover, the contact angle of the water droplet with respect to the concavo-convex structure surface of the resin mold was between 140 ° and 153 °.

次に、樹脂モールドの凹凸構造に対して、第1レジスト層を、ダイコート法にて成膜した。第1レジスト層は、チタン含有有機無機複合レジストである。チタン含有有機無機複合レジストは、表面張力が24.0mN/m以下の溶剤Aと、表面張力が27.0以上の溶剤Bと、を混合した混合溶剤にて希釈し、塗布液とした。ダイコート法にて塗布する際に、ダイリップの上流側を減圧した。塗布の速度は10m/分とし、吐出量を制御することで、第1レジスト層の充填量を制御した。塗布後、120℃のエアを吹き付け乾燥させ、その後、巻き取り回収した。ここで、第1レジスト層を成膜した樹脂モールドを解析し、第1レジスト層の状態を把握した。解析は、走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡、及びエネルギー分散型X線分光法を併用した。第1レジスト層は、樹脂モールドの凹凸構造の凹部の内部に充填されていた。一方で、樹脂モールドの凹凸構造の凸部の上面には、数ナノメートルオーダの第1レジスト層の残渣(凝集物)が観察されることはあったが、当該上面に、第1レジスト層が厚く成膜されることはなかった。また、ダイコート成膜に関し、塗液の吐出量を変化させることで、第1レジスト層の充填量が変化し、これに伴い、第1レジスト層の充填径が変化することを確認した。   Next, the 1st resist layer was formed into a film with the die-coating method with respect to the uneven structure of a resin mold. The first resist layer is a titanium-containing organic-inorganic composite resist. The titanium-containing organic-inorganic composite resist was diluted with a mixed solvent in which a solvent A having a surface tension of 24.0 mN / m or less and a solvent B having a surface tension of 27.0 or more were mixed to prepare a coating solution. When coating by the die coating method, the upstream side of the die lip was decompressed. The filling speed of the first resist layer was controlled by controlling the discharge rate at a coating speed of 10 m / min. After coating, air at 120 ° C. was blown and dried, and then wound up and collected. Here, the resin mold on which the first resist layer was formed was analyzed to grasp the state of the first resist layer. For the analysis, a scanning electron microscope, a transmission electron microscope, and energy dispersive X-ray spectroscopy were used in combination. The first resist layer was filled in the concave portion of the concave-convex structure of the resin mold. On the other hand, although a residue (aggregate) of the first resist layer on the order of several nanometers was observed on the upper surface of the convex portion of the concavo-convex structure of the resin mold, the first resist layer was formed on the upper surface. A thick film was not formed. Further, regarding die coating, it was confirmed that the filling amount of the first resist layer was changed by changing the discharge amount of the coating liquid, and the filling diameter of the first resist layer was changed accordingly.

次に、第1レジスト層の充填された樹脂モールドに対して、第2レジスト層を成膜した。成膜方法は、第1レジスト層の場合と同様に行った。第2レジスト層は、アクリロイル基を側鎖に具備するノボラック樹脂であり、表面張力が25.0mN/m以下の溶剤にて希釈し、塗液とした。乾燥は、105℃にて行った。乾燥後、ヘーズ(濁度)が10%以下のPE/EVA保護フィルムを貼り合わせ、巻き取り、回収した。ここで、製造したナノ加工シートを解析し、第1レジスト層及び第2レジスト層の状態を把握した。解析は、走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡、及びエネルギー分散型X線分光法を併用した。第1レジスト層については、第2レジスト層の成膜前後で変化はなかった。第2レジスト層は、樹脂モールドの凹凸構造及び第1レジスト層を平坦化するように成膜できていた。また、成膜厚は、ダイコート成膜の吐出量を変化させることで、制御可能であることを確認した。即ち、ダイコート成膜の吐出量を制御して、第1レジスト層の充填径及び第2レジスト層の膜厚を変化させた。   Next, a second resist layer was formed on the resin mold filled with the first resist layer. The film forming method was the same as that for the first resist layer. The second resist layer is a novolac resin having an acryloyl group in the side chain, and diluted with a solvent having a surface tension of 25.0 mN / m or less to obtain a coating solution. Drying was performed at 105 ° C. After drying, a PE / EVA protective film having a haze (turbidity) of 10% or less was bonded, wound and collected. Here, the manufactured nano-processed sheet was analyzed, and the states of the first resist layer and the second resist layer were grasped. For the analysis, a scanning electron microscope, a transmission electron microscope, and energy dispersive X-ray spectroscopy were used in combination. The first resist layer did not change before and after the second resist layer was formed. The second resist layer could be formed so as to flatten the uneven structure of the resin mold and the first resist layer. In addition, it was confirmed that the film thickness can be controlled by changing the discharge amount of the die coat film formation. That is, the discharge amount of the die coat film formation was controlled to change the filling diameter of the first resist layer and the film thickness of the second resist layer.

製造したナノ加工シートを使用して、既に説明したように、サファイアの主面上に、第1レジスト層及び第2レジスト層からなる2層レジスト層を転写付与した。次に、レジスト層を加工するエッチングと、サファイアを加工するエッチングを同一チャンバー内で連続して行った。レジスト層のエッチングには、酸素ガスを使用した。ここでは、第1レジスト層が第2レジスト層のエッチングマスクとして機能し、第2レジスト層をサファイアの主面が部分的に露出するまでエッチングする。エッチング条件は、処理ガス圧1Pa、処理電力300Wの条件とした。続いて、BClガスとClガスと、の混合ガスを使用した反応性イオンエッチングを行い、サファイアをエッチングした。ここでは、第2レジスト層をエッチングマスクとして、サファイアをエッチングした。処理条件としては、ICP:150W、BIAS:50W、圧力0.2Paとした。 Using the manufactured nano-processed sheet, as already described, a two-layer resist layer composed of a first resist layer and a second resist layer was transferred onto the main surface of sapphire. Next, etching for processing the resist layer and etching for processing sapphire were continuously performed in the same chamber. Oxygen gas was used for etching the resist layer. Here, the first resist layer functions as an etching mask for the second resist layer, and the second resist layer is etched until the main surface of sapphire is partially exposed. The etching conditions were a processing gas pressure of 1 Pa and a processing power of 300 W. Subsequently, reactive ion etching using a mixed gas of BCl 3 gas and Cl 2 gas was performed to etch sapphire. Here, sapphire was etched using the second resist layer as an etching mask. The processing conditions were ICP: 150 W, BIAS: 50 W, and pressure 0.2 Pa.

エッチング加工したサファイアを取り出し、硫酸及び過酸化水素水を2:1の重量比にて混合した溶液にて洗浄した。この時、処理液の温度は、100℃以上に制御した。   The etched sapphire was taken out and washed with a solution in which sulfuric acid and hydrogen peroxide were mixed at a weight ratio of 2: 1. At this time, the temperature of the treatment liquid was controlled to 100 ° C. or higher.

製造したサファイアの主面には、パタンが形成されていた。このパタンの形状(凸部底部の径φ、高さH、傾斜角Θ、凹部底部の最短長さC等)は、ナノ加工シートの第1レジスト層の充填径及び第2レジスト層の膜厚、及びドライエッチングの処理条件により、任意に調整できた。   A pattern was formed on the main surface of the manufactured sapphire. The shape of the pattern (projection bottom diameter φ, height H, inclination angle Θ, recess bottom minimum length C, etc.) is the filling diameter of the first resist layer of the nano-processed sheet and the thickness of the second resist layer. And can be arbitrarily adjusted according to the processing conditions of dry etching.

製造したパタン付サファイアに対して、CVD工程を適用し、LEDを製造した。まず、バッファー層としてAlGa1−xN(0≦x≦1)の低温成長バッファー層を100Å成膜した。次に、非ドープ第1導電型層として、アンドープのGaNを成膜し、ドープ第1導電型層として、SiドープのGaNを成膜した。評価を実施するために、この状態でサファイアを取り出した。 A CVD process was applied to the manufactured patterned sapphire to manufacture an LED. First, a low-temperature growth buffer layer of Al x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1) was formed as a buffer layer in a thickness of 100 mm. Next, undoped GaN was deposited as the undoped first conductivity type layer, and Si doped GaN was deposited as the doped first conductivity type layer. In order to perform the evaluation, sapphire was taken out in this state.

1つ目の評価は、ヴォイドである。ヴォイドを観察するために、サファイアを割断し、パタンとCVD成膜層と、の界面部分を走査型電子顕微鏡法にて観察した。1観察像の観察距離は5μmとし、任意に10か所の観察を実施し、合計で50μmの長さを観察した。各観察像内のヴォイドの数をカウントし、評価数値とした。   The first evaluation is void. In order to observe the void, the sapphire was cleaved, and the interface between the pattern and the CVD film formation layer was observed by a scanning electron microscope. The observation distance of one observation image was 5 μm, and observations were arbitrarily made at 10 locations, and a total length of 50 μm was observed. The number of voids in each observation image was counted and used as an evaluation value.

2つ目の評価は、CVD工程におけるプロセスウィンドウとした。1枚のサファイアに対して好適に成膜可能な条件を基準点とした。この条件を、基本条件と称す。まず、評価対象となるサファイアと、当該サファイアとはパタンの大きくことなる異種サファイアを複数枚CVDチャンバーに配置し、基本条件にて成膜を実施した。この時、評価対象となるサファイアが白化することがある。この白化の程度を、白化率として数値化し、評価した。白化率は、面積率であり、サファイアウェハの主面に対する白化した領域の面積率である。次に、基本条件から温度を段階的に変化させ、白化するまでの温度の差(ΔT)を評価した。   The second evaluation was a process window in the CVD process. The condition that allows suitable film formation on one sapphire was used as a reference point. This condition is referred to as a basic condition. First, sapphire to be evaluated and dissimilar sapphire having a large pattern with respect to the sapphire were placed in a CVD chamber, and film formation was performed under basic conditions. At this time, the sapphire to be evaluated may be whitened. The degree of whitening was quantified and evaluated as the whitening rate. The whitening ratio is an area ratio and is an area ratio of a whitened region with respect to the main surface of the sapphire wafer. Next, the temperature difference (ΔT) until whitening was evaluated by changing the temperature stepwise from the basic conditions.

ドープ第1導電型層として、SiドープのGaNを成膜した後に、歪吸収層を設けた。その後、活性層として、多重量子井戸の活性層を成膜した。活性層は、井戸層とアンドープのInGaN及びSiドープのGaNより構成される障壁層と、から構成した。また、それぞれの膜厚を25Å及び130Åとし、井戸層が6層、障壁層が7層となるように交互に積層した。活性層上に、第2導電型層として、エレクトロブロッキング層を含むようにMgドープのAlGaN、アンドープのGaN、MgドープのGaNを積層した。続いて、ITOを成膜し、エッチング加工した後に電極パッドを取り付けた。LEDの効率は、プローバを用いてp電極パッドとn電極パッドの間に20mAの電流を流した際の発光出力にて評価した。以下の表3に評価結果を記載した。   As the doped first conductivity type layer, after forming Si-doped GaN, a strain absorption layer was provided. Thereafter, an active layer of a multiple quantum well was formed as an active layer. The active layer was composed of a well layer and a barrier layer composed of undoped InGaN and Si-doped GaN. In addition, the thicknesses of the layers were 25 mm and 130 mm, respectively, and the layers were alternately stacked so that there were 6 well layers and 7 barrier layers. On the active layer, Mg-doped AlGaN, undoped GaN, and Mg-doped GaN were stacked as a second conductivity type layer so as to include an electroblocking layer. Subsequently, an ITO film was formed and etched, and then an electrode pad was attached. The efficiency of the LED was evaluated by the light emission output when a current of 20 mA was passed between the p electrode pad and the n electrode pad using a prober. The evaluation results are shown in Table 3 below.

Figure 2016139780
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表3は大きく2分割できる。第1に、表の左側には、サファイアのパタンの情報が掲載されている。第2に、表の右側には、上記にて説明した評価結果が掲載されている。なお、表3の中の評価結果の読み取り方は以下の通りである。   Table 3 can be roughly divided into two. First, information on the sapphire pattern is posted on the left side of the table. Second, the evaluation results described above are posted on the right side of the table. In addition, how to read the evaluation result in Table 3 is as follows.

・ヴォイド: LED効率及び長期信頼性への影響から、50個/50μm以下が好適であり、20個/50μm以下がより好適である。
・白化率: 異なる種類の基板を配置したのみに過ぎない微小な変化によっても、白化というマクロな現象が生じることを意味している。即ち、白化率が大きいものは、プロセスウィンドウが非常に狭いことを意味する。LEDの歩留りを加味すると、5%以下が好ましく、0%が最も好ましい。
・ΔT: 例えば、アンドープのGaNの成膜に際しては、成膜温度は1100℃程度である。このような高温に対する10℃程度の変動であっても、成膜に大きな影響を与えることを意味する。即ち、ΔTは大きい程よい。実工程での温度変動を加味すると、ΔTは25℃以上あれば十分である。
・LED効率: パタンの付与されたサファイア基板は既に市販されている。この市販品は、PSS(Patterned Sapphire Substrate)と呼ばれており、パタンのピッチが3μm〜6μmである。最も流通していると考えられるピッチが3500nmのPSSを使用した場合のLED効率にて、他の効率を規格化した。LED効率が1超であることが重要である。
・総合記号: 上記説明した評価に関し、全ての評価が好ましい結果である場合を「○」とし、それ以外を「×」とした。
Void: From the influence on LED efficiency and long-term reliability, 50/50 μm or less is preferable, and 20/50 μm or less is more preferable.
Whitening rate: This means that a macro phenomenon called whitening occurs even if a small change is made only by placing different types of substrates. That is, a large whitening rate means that the process window is very narrow. Taking the LED yield into consideration, it is preferably 5% or less, and most preferably 0%.
ΔT: For example, when forming an undoped GaN film, the film formation temperature is about 1100 ° C. It means that even a fluctuation of about 10 ° C. with respect to such a high temperature has a great influence on the film formation. That is, the larger ΔT is better. In consideration of temperature fluctuation in the actual process, it is sufficient that ΔT is 25 ° C. or more.
LED efficiency: Patterned sapphire substrates are already on the market. This commercially available product is called PSS (Patterned Sapphire Substrate), and the pattern pitch is 3 μm to 6 μm. Other efficiencies were standardized with LED efficiencies when using PSS with a pitch of 3500 nm which is considered to be the most popular. It is important that the LED efficiency is greater than 1.
-Comprehensive symbol: Regarding the evaluation described above, a case where all the evaluations were favorable results was indicated as “◯”, and other cases were indicated as “X”.

表3の結果の一部を図面に示した。すなわち図7に、凹部底部の最短長さCと傾斜角Θ1との関係を示し、図8に、凹部底部の最短長さCと傾斜角Θ2との関係を示した。なお図7及び図8に示すグラフ上の記号は、表3の総合表記と一致させている。   A part of the results in Table 3 is shown in the drawing. That is, FIG. 7 shows the relationship between the shortest length C of the recess bottom and the tilt angle Θ1, and FIG. 8 shows the relationship between the shortest length C of the recess bottom and the tilt angle Θ2. Note that the symbols on the graphs shown in FIG. 7 and FIG.

以上、表3、図7、及び図8より、凹部底部の最短長さCと傾斜角Θにより、ヴォイドを低減し、且つ、CVD工程のプロセスウィンドウを拡大できる数値範囲があることがわかった。具体的には、凹部底部の最短長さCとしては、今回検証した数値範囲では、30nm以上230nm以下を満たすことが重要であることがわかった。また傾斜角Θ1としては、今回検証した数値範囲では64°以上86°以下を満たすことが重要であることがわかった。また傾斜角Θ2としては、今回検証した数値範囲では、63°以上83°以下を満たすことが重要であることがわかった。即ち、凹部底部の最短長さCが30nm以上230nm以下を満たし、且つ、傾斜角Θ1が64°以上86°以下を満たすパタン、凹部底部の最短長さCが30nm以上230nm以下を満たし、且つ、傾斜角Θ2が63°以上83°以下を満たすパタン、あるいは、凹部底部の最短長さCが30nm以上230nm以下を満たし、傾斜角Θ1が64°以上86°以下を満たし、且つ、傾斜角Θ2が63°以上83°以下を満たすパタンを具備するLED用基板を使用することにより、ヴォイドの低減されたCVD層を、プロセスウィンドウを拡大して成膜可能であり、同時に、製造されるLEDの効率が向上するといえる。また、これらの範囲を満たすことで、ヴォイド低減に伴い、長期信頼性に優れるLEDを製造できる。   As described above, from Table 3, FIG. 7, and FIG. 8, it has been found that there is a numerical range in which the void can be reduced and the process window of the CVD process can be enlarged by the shortest length C and the inclination angle Θ of the bottom of the recess. Specifically, it has been found that it is important that the minimum length C of the bottom of the recess satisfies 30 nm to 230 nm in the numerical range verified this time. Further, it was found that it is important for the inclination angle Θ1 to satisfy 64 ° to 86 ° in the numerical range verified this time. Further, it was found that it is important for the inclination angle Θ2 to satisfy 63 ° or more and 83 ° or less in the numerical range verified this time. That is, a pattern in which the shortest length C of the bottom of the recess satisfies 30 nm to 230 nm and a tilt angle Θ1 satisfies 64 ° to 86 °, and the shortest length C of the bottom of the recess satisfies 30 nm to 230 nm, and The pattern in which the inclination angle Θ2 satisfies 63 ° or more and 83 ° or less, or the shortest length C of the bottom of the recess satisfies 30 nm or more and 230 nm or less, the inclination angle Θ1 satisfies 64 ° or more and 86 ° or less, and the inclination angle Θ2 is By using an LED substrate having a pattern satisfying 63 ° or more and 83 ° or less, a CVD layer with reduced voids can be formed by enlarging the process window, and at the same time, the efficiency of the manufactured LED Can be said to improve. Moreover, by satisfying these ranges, an LED having excellent long-term reliability can be manufactured as the void is reduced.

このような凹部底部の最短長さCと傾斜角Θにより表現される好適な数値範囲が存在する理由は、以下のように考えることが出来る。   The reason why such a suitable numerical range expressed by the shortest length C and the inclination angle Θ of the bottom of the recess exists can be considered as follows.

まず、凹部底部の最短長さCは、CVD工程の核生成〜核成長段階に強い影響を与える。凹部底部の最短長さCが所定の値以上であることで、凹部底部を起点としたCVD成膜の層成長を実現できる。これにより、CVD成膜される層の結晶軸の単一性が増す。即ち、パタンの凸部の高さ方向に対する成長と、凸部の径方向に対する成長と、のバランスをとることが可能となるため、ヴォイドの低減が出来る。さらには、CVD工程の条件変動に対する耐性が強まる。一方で、凹部底部の最短長さCが所定値以下であることで、本来LED内部にて導波光になる光をLEDの外部へと取り出す際に、LEDの内部で反射する回数を減らすことが出来ると考えることが出来る。これにより、光の減衰を抑制できるため、光取り出し効率LEEが向上して、LED効率が向上する。   First, the shortest length C of the bottom of the recess has a strong influence on the nucleation to nucleation stages of the CVD process. When the shortest length C of the bottom of the recess is equal to or greater than a predetermined value, it is possible to realize the layer growth of the CVD film starting from the bottom of the recess. This increases the unity of crystal axes of the layer formed by CVD. That is, since it is possible to balance the growth of the pattern convex portion in the height direction and the growth of the convex portion in the radial direction, voids can be reduced. Furthermore, resistance to fluctuations in the conditions of the CVD process increases. On the other hand, when the shortest length C of the bottom of the recess is equal to or less than a predetermined value, the number of times of reflection inside the LED can be reduced when the light that is originally guided inside the LED is taken out of the LED. You can think that you can. Thereby, since attenuation | damping of light can be suppressed, light extraction efficiency LEE improves and LED efficiency improves.

一方で、傾斜角Θが所定の範囲を満たすことで、CVD工程により成膜される層の成長起点が、結晶面として規定されることに基づき、凸部側面部からの成長が抑制されると考えることが出来る。これにより、凹部底部を起点とした成長を実現できるため、CVD工程のプロセスウィンドウが大きくなる。特に、傾斜角Θ1が所定範囲を満たすことで、CVD工程の初期工程、例えば、シード層形成工程に対するプロセスウィンドウが大きくなると推定される。これは、凹部底部を基準とした場合の、凸部の側面部の立ち上がりの角度が規定されることにより、シード層の成長可能な結晶面が規定されることによる。よって、凹部底部に優先的にシード層が形成され、このシード層を起点にCVD成膜の層成長を実現できる。これは、凹部底部を起点とした層成長であることから、CVD工程のプロセスウィンドウの拡大を促進する。傾斜角Θ2が所定の範囲を満たすことで、CVD工程の初期工程の中で、パタンを平坦化する平坦化工程に対するプロセスウィンドウが大きくなると考えることが出来る。これは、CVD成膜により生成した核が成長しパタンを平坦化する過程において、凸部の側面部に対するCVD成膜層の結晶面を規定でき、凸部の側面部の格子定数とCVD成膜層の格子定数と、の差異を大きくすることができるためである。換言すれば、CVD成膜層は、凸部側面部との親和性が低くなる。よって、凹部底部を起点とした層成長を実現できる。よって、CVD工程のプロセスウィンドウの拡大を促進する。   On the other hand, when the inclination angle Θ satisfies the predetermined range, the growth starting point of the layer formed by the CVD process is defined as the crystal plane, and growth from the convex side surface portion is suppressed. I can think of it. Thereby, since the growth starting from the bottom of the recess can be realized, the process window of the CVD process becomes large. In particular, it is presumed that the process window for the initial process of the CVD process, for example, the seed layer forming process, becomes larger when the tilt angle Θ1 satisfies the predetermined range. This is because the crystal plane on which the seed layer can be grown is defined by defining the rising angle of the side surface portion of the convex portion with respect to the bottom of the concave portion. Therefore, a seed layer is formed preferentially at the bottom of the recess, and the CVD film growth can be realized starting from this seed layer. Since this is a layer growth starting from the bottom of the recess, the process window of the CVD process is expanded. It can be considered that the process window for the flattening step for flattening the pattern becomes larger in the initial step of the CVD step when the inclination angle Θ2 satisfies the predetermined range. This is because, in the process of growing the nuclei generated by CVD film formation and flattening the pattern, the crystal plane of the CVD film layer with respect to the side surface part of the convex part can be defined. This is because the difference between the lattice constant of the layers can be increased. In other words, the CVD film-forming layer has a low affinity with the convex side surface portion. Therefore, layer growth starting from the bottom of the recess can be realized. Therefore, the enlargement of the process window of the CVD process is promoted.

表3より、ヴォイドの低減に注目すると、より好適な範囲があることもわかる。この観点から、凹部底部の最短長さCとしては、今回検証した数値範囲では、40nm以上170nm以下を満たすことがより重要であることがわかった。傾斜角Θ1としては、今回検証した数値範囲では64°以上79°以下を満たすことがより重要であることがわかった。傾斜角Θ2としては、今回検証した数値範囲では、63°以上78°以下を満たすことがより重要であることがわかった。   From Table 3, it can also be seen that there is a more suitable range when attention is paid to the reduction of voids. From this point of view, it was found that it is more important that the shortest length C of the bottom of the recess satisfies the range of 40 nm to 170 nm in the numerical range verified this time. As the inclination angle Θ1, it was found that it is more important to satisfy the range of 64 ° to 79 ° in the numerical range verified this time. As for the inclination angle Θ2, it was found that it is more important to satisfy the range of 63 ° to 78 ° in the numerical range verified this time.

ここに記載した範囲は、図7及び図8の丸印(○)に関し、黒く塗りつぶした丸印(●)を除いた部分に相当する。さらに、凹部底部の最短長さCが80nm以上になることで、ヴォイドがより低減することもわかった。これは、図7及び図8の丸印(○)に関し、黒く塗りつぶした丸印(●)及び斜線を付した丸印を除いた部分に相当する。   The range described here corresponds to the portion of FIG. 7 and FIG. 8 excluding the circle (●) that is blacked out. Furthermore, it has also been found that the void is further reduced when the shortest length C of the bottom of the recess is 80 nm or more. This corresponds to a portion excluding the black circle (●) and the hatched circle regarding the circle (◯) in FIGS. 7 and 8.

さらに、詳細なパタンの形状を検討した結果を、以下の表4に記載した。表4の数値は、表3の検討に関し、総合記号が「○」であったものを使用して、ドライエッチング条件を変化させ、傾斜角Θ3を変化させた場合である。   Furthermore, the result of having examined the detailed pattern shape was described in Table 4 below. The numerical values in Table 4 correspond to the case where the dry etching conditions are changed and the inclination angle Θ3 is changed by using the case where the general symbol is “◯” regarding the examination of Table 3.

Figure 2016139780
Figure 2016139780

表4より、傾斜角Θ3を調整することで、より好適な評価結果になることがわかる。具体的には、傾斜角Θ3が、今回実証した数値内では、22°以上38°以下の範囲であれば、ヴォイドの低減がより促進される。これは、CVD成膜される層とパタン表面と、の界面応力が緩和される傾向にあるためと考えることができる。一方で、傾斜角Θ3が63°以上77°以下の範囲を満たすことで、LEDの効率をより改善できることがわかった。これは、光の進行方向がより最適化されるためと考えることが出来る。より具体的には、LEDより外部へと取り出されるまでに、LED内部にて反射する回数が減り、これに伴い、吸収減衰がより小さくなるためと考えることが出来る。   From Table 4, it can be seen that a more favorable evaluation result can be obtained by adjusting the inclination angle Θ3. Specifically, if the inclination angle Θ3 is in the range of 22 ° to 38 ° within the numerical value demonstrated this time, the reduction of voids is further promoted. This can be considered because the interface stress between the layer formed by CVD and the pattern surface tends to be relaxed. On the other hand, it was found that the efficiency of the LED can be further improved when the inclination angle Θ3 satisfies the range of 63 ° to 77 °. This can be considered because the traveling direction of light is further optimized. More specifically, it can be considered that the number of times of reflection inside the LED decreases before the LED is taken out from the LED, and accordingly, the absorption attenuation becomes smaller.

本発明は、LED等の発光素子に使用可能な発光素子用基板に関する発明であり、特に、本発明の発光素子用基板を用いることで、発光効率が高く、長期信頼性に優れる発光素子を製造できる。発光素子は具体的にはLEDや有機EL等であるが、特にLEDに効果的に適用することができる。
The present invention relates to a substrate for a light-emitting element that can be used for a light-emitting element such as an LED, and in particular, by using the substrate for a light-emitting element of the present invention, a light-emitting element with high luminous efficiency and excellent long-term reliability is manufactured. it can. The light-emitting element is specifically an LED, an organic EL, or the like, but can be particularly effectively applied to an LED.

Claims (6)

凸部及び凹部より構成されるパタンを具備する発光素子用基板であって、
前記パタンは、凹部底部の最短長さCが、30nm以上300nm未満である前記凹部を有するとともに、前記凸部に隣接する前記凹部底部を起点とした側壁の傾斜角Θ1が63°以上86°以下を満たす前記凸部を有することを特徴とする発光素子用基板。
A substrate for a light emitting device comprising a pattern composed of convex portions and concave portions,
The pattern has the recess having the shortest length C of the bottom of the recess of 30 nm or more and less than 300 nm, and the inclination angle Θ1 of the side wall starting from the recess bottom adjacent to the protrusion is 63 ° or more and 86 ° or less. A substrate for a light emitting element, comprising the convex portion satisfying the above.
前記傾斜角Θ1が63°以上79°以下であることを特徴とする請求項1記載の発光素子用基板。   The light emitting element substrate according to claim 1, wherein the inclination angle Θ <b> 1 is not less than 63 ° and not more than 79 °. さらに、前記凸部の高さの40%の位置における側壁の傾斜角Θ2が63°以上86°以下を満たす前記凸部を有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の発光素子用基板。   3. The light emitting device according to claim 1, further comprising the convex portion satisfying an inclination angle Θ <b> 2 of a side wall at a position of 40% of the height of the convex portion of 63 ° or more and 86 ° or less. Substrate. 凸部及び凹部より構成されるパタンを具備する発光素子用基板であって、
前記パタンは、凹部底部の最短長さCが、30nm以上300nm未満である前記凹部を有するとともに、前記凸部の高さの40%の位置における側壁の傾斜角Θ2が63°以上86°以下を満たす前記凸部を有することを特徴とする発光素子用基板。
A substrate for a light emitting device comprising a pattern composed of convex portions and concave portions,
The pattern has the concave portion in which the shortest length C of the concave bottom portion is 30 nm or more and less than 300 nm, and the inclination angle Θ2 of the side wall at a position of 40% of the height of the convex portion is 63 ° or more and 86 ° or less. A substrate for a light-emitting element, characterized by having the convex portion that fills.
前記傾斜角Θ2が63°以上79°以下であることを特徴とする請求項4記載の発光素子用基板。   The substrate for a light emitting element according to claim 4, wherein the inclination angle Θ2 is 63 ° or more and 79 ° or less. 請求項1から請求項5のいずれかに記載の発光素子用基板の前記パタンのある側に、少なくとも、第1導電型層、発光層、及び第2導電型層を具備することを特徴とする発光素子。


The light emitting device substrate according to claim 1, further comprising at least a first conductivity type layer, a light emitting layer, and a second conductivity type layer on the pattern side. Light emitting element.


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