JP2018061057A - 半導体発光素子用基板、および、半導体発光素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体発光素子用基板であって、半導体層を含む発光構造体が形成される発光構造体形成面を有し、発光構造体形成面は、基板の1つの結晶面に沿って広がる平坦部14と、平坦部14から突き出た複数の大径突部12と、大径突部12よりも小さい複数の小径突部13と、を備え、複数の小径突部13のうちの少なくとも一部は、大径突部12の外表面から突き出ている第1の小径突部13であり、大径突部12は、平坦部14に接続する基端と先端とを有し、大径突部12の先端よりも基端の方で、相互に隣接する前記第1の小径突部13の間における溝の深さが浅い。
【選択図】図2
Description
図1〜図4を参照して、本開示の技術の第1の実施形態として、半導体発光素子用基板の実施形態について説明する。
図1に示されるように、半導体発光素子用の基板である素子用基板11は、1つの側面である発光構造体形成面11Sを有している。半導体発光素子の製造工程にて、発光構造体形成面11Sには、発光構造体が形成される。
複数の小径突部13の一部は、平坦部14から突き出ており、複数の小径突部13の残りは、大径突部12から突き出ている。複数の小径突部13の各々は、大径突部12もしくは平坦部14に接続する基端から先端に向かって細くなる錐体形状を有している。発光構造体形成面11Sと対向する平面視において、小径突部13に外接する円の半径は、大径突部12に外接する円の半径よりも小さい。
大径突部12の幅DLに対する高さHLの比は、大径突部12のアスペクト比であり、小径突部13の幅DSに対する高さHSの比は、小径突部13のアスペクト比である。大径突部12のアスペクト比は、0.3以上0.9以下であることが好ましく、0.5以上0.8以下であることがより好ましい。大径突部12の頂上付近の小径突部13のアスペクト比は、0.3以上0.9以下であることが好ましく、0.5以上0.8以下であることがより好ましい。大径突部12のアスペクト比が0.5以上、小径突部13のアスペクト比が0.5以上であれば、発光構造体形成面11Sでの光の全反射が抑えられやすい。また、大径突部12のアスペクト比が0.6以下、小径突部13のアスペクト比が0.6以下であれば、突部12,13の間への発光構造体を構成する半導体層、特にバッファ層、アンドープGaNによる埋め込みが容易に行われる。
図3に示されるように、大径突部12の表面と対向する正面視において、小径突部13は、大径突部12の表面において大径突部12の先端から基端へ向かって延びる長軸を有する、略楕円形状を有している。各小径突部13の形状は、その位置に応じて異なっている。大径突部12の先端近くに位置する小径突部13ほど、円形に近い形状を有している。楕円形状を有した複数の小径突部13の各々において、大径突部12の先端に最も近い部位は、小径突部13の先端13fであり、大径突部12の基端に最も近い部位は、小径突部13の基端13bである。楕円形状を有した小径突部13において、先端13fと基端13bとの間の距離は長軸方向における幅であり、先に記載した小径突部13の幅DSである。
第1の実施形態の素子用基板11を用いた半導体発光素子では、発光構造体形成面11Sが平坦である場合と比較して、発光構造体形成面11Sの大径突部12が形成されている部分では、発光構造体にて生じた光の発光構造体形成面11Sへの入射角は小さくなる。その結果、光の入射角が臨界角より大きくなることが抑えられるので、発光構造体と素子用基板11との界面で全反射が繰り返されることが抑えられる。
(1)発光構造体形成面11Sが大径突部12と小径突部13とを有しているため、光の反射や回折等によって、発光構造体にて生じた光の進む方向が分散される。その結果、発光構造体と素子用基板11との界面での全反射が抑えられるため、光の取り出し効率を高めることができる。
(3)大径突部12の先端から基端へ向かって、小径突部13の高さHSが小さくなるため、大径突部12の外表面における凹凸がなだらかになる。その結果、バッファ層、アンドープGaNを含む半導体層が成膜されやすくなる。また、大径突部12の先端から基端へ向かって、小径突部13の幅DSが大きくなるため、大径突部12の外表面における凹凸は、よりなだらかになる。
図5を参照して、第1の実施形態の変形例である第1の変形例について説明する。第1の変形例は、第1の実施形態と比較して、大径突部の形状が異なる。以下では、第1の実施形態との相違点を中心に説明し、第1の実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
(第2の変形例)
図6を参照して、第1の実施形態の変形例である第2の変形例について説明する。第2の変形例は、第1の実施形態と比較して、小径突部の形状が異なる。以下では、第1の実施形態との相違点を中心に説明し、第1の実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
(第3の変形例)
図7を参照して、第1の実施形態の変形例である第3の変形例について説明する。第3の変形例は、第1の実施形態と比較して、大径突部と小径突部の形状が異なる。以下では、第1の実施形態との相違点を中心に説明し、第1の実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
(第4の変形例)
図8および図9を参照して、第1の実施形態の変形例である第4の変形例について説明する。第4の変形例は、第1の実施形態と比較して、大径突部の形状が異なる。以下では、第1の実施形態との相違点を中心に説明し、第1の実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
図10、および、図11を参照して、第1の実施形態の変形例である第5の変形例について説明する。第5の変形例は、第1の実施形態と比較して、大径突部および小径突部の形状が異なる。以下では、第1の実施形態との相違点を中心に説明し、第1の実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
図12を参照して、第1の実施形態の変形例である第6の変形例について説明する。第6の変形例は、第1の実施形態と比較して、発光構造体形成面11Sがブリッジ部を備えている点が異なる。以下では、第1の実施形態との相違点を中心に説明し、第1の実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
複数のブリッジ部15の各々は、平坦部14から突き出て、かつ、互いに隣り合う大径突部12の間を連結している。ブリッジ部15は、錐体形状を有する大径突部12の中心同士を結ぶ突条形状を有し、ブリッジ部15の高さは、大径突部12の高さよりも低い。なお、ブリッジ部15の有する形状は、直線形状に限らず、曲線形状であってもよいし、折線形状であってもよい。ブリッジ部15の各々が有する形状は、互いに異なっていてもよい。
図13および図14を参照して、本開示の技術の第2の実施形態として、半導体発光素子用基板の実施形態について説明する。第2の実施形態は、第1の実施形態と比較して、小径突部の配置が異なる。以下では、第1の実施形態との相違点を中心に説明し、第1の実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
図13に示されるように、素子用基板11の有するすべての小径突部13は大径突部12から突き出ており、平坦部14からは小径突部13が突き出ていない。
第2の実施形態では、平坦部14に小径突部13が形成されていないため、発光構造体形成面11Sにおいて、平坦な部分の面積が増える。上述のように、発光構造体形成面11Sにバッファ層、アンドープGaNを含む半導体層が成膜される際には、発光構造体形成面11Sの平坦な部分を起点として、結晶成長が進む。この点、第2の実施形態は、第1の実施形態よりも、発光構造体形成面11Sにて平坦な部分が多いため、バッファ層、アンドープGaNを含む半導体層の成膜が行いやすい。
(5)平坦部14に小径突部13が形成されていないため、発光構造体形成面11Sにて平坦な部分の面積が増加する結果、バッファ層、アンドープGaNを含む半導体層の成膜が行いやすい。
図15を参照して、第2の実施形態の変形例である第7の変形例について説明する。第7の変形例は、第2の実施形態と比較して、大径突部の形状が異なる。以下では、第2の実施形態との相違点を中心に説明し、第2の実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
こうした構成によっても、第1の実施形態における(1)、(3)、(4)の効果と、第2の実施形態における(5)の効果に準じた効果が得られる。
図16を参照して、第2の実施形態の変形例である第8の変形例について説明する。第8の変形例は、第2の実施形態と比較して、小径突部の形状が異なる。以下では、第2の実施形態との相違点を中心に説明し、第2の実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
こうした構成によっても、第1の実施形態における(1)、(3)、(4)の効果と、第2の実施形態における(5)の効果に準じた効果が得られる。
図17を参照して、第2の実施形態の変形例である第9の変形例について説明する。第9の変形例は、第2の実施形態と比較して、大径突部および小径突部の形状が異なる。以下では、第2の実施形態との相違点を中心に説明し、第2の実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
こうした構成によっても、第1の実施形態における(1)、(3)、(4)の効果と、第2の実施形態における(5)の効果に準じた効果が得られる。
図18および図19を参照して、第2の実施形態の変形例である第10の変形例について説明する。第10の変形例は、第2の実施形態と比較して、大径突部の形状が異なる。以下では、第2の実施形態との相違点を中心に説明し、第2の実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
こうした構成によっても、第2の実施形態における(5)の効果に準じた効果が得られる。しかも、半導体層の結晶成長において平坦部14が有する機能と同様の機能を平坦な面22Sが有する。そのため、大径突部22の先端上の半導体層に対して、平坦部14上の半導体層に求められる結晶性と同様の結晶性を与えることが可能である。
図20、および、図21を参照して、第2の実施形態の変形例である第11の変形例について説明する。第11の変形例は、第2の実施形態と比較して、大径突部および小径突部の形状が異なる。以下では、第2の実施形態との相違点を中心に説明し、第2の実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
こうした構成によっても、第2の実施形態における(5)の効果に準じた効果が得られる。しかも、半導体層の結晶成長において平坦部14が有する機能と同様の機能を平坦な面22Sと、小径突部23の先端とが有する。そのため、大径突部22の先端上の半導体層と、小径突部23の先端上の半導体層とに対して、平坦部14上の半導体層に求められる結晶性と同様の結晶性を与えることが可能である。
図22、および、図23を参照して、第2の実施形態の変形例である第12の変形例について説明する。第12の変形例は、第2の実施形態と比較して、発光構造体形成面11Sがブリッジ部を備えている点が異なる。以下では、第2の実施形態との相違点を中心に説明し、第2の実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
複数のブリッジ部15の各々は、平坦部14から突き出て、かつ、互いに隣り合う大径突部12の間を連結している。ブリッジ部15は、錐体形状を有する大径突部12の中心同士を結ぶ突条形状を有し、ブリッジ部15の高さは、大径突部12の高さよりも低い。なお、ブリッジ部15の有する形状は、直線形状に限らず、曲線形状であってもよいし、折線形状であってもよい。ブリッジ部15の各々が有する形状は、互いに異なっていてもよい。
こうした構成によっても、第1の実施形態における(1)、(3)、(4)の効果と、第2の実施形態における(5)の効果に準じた効果が得られる。また、ブリッジ部15が形成されることによって、発光構造体にて生じた光がブリッジ部15の位置でも反射等によって進む方向を変えるため、光の取り出し効率がより高められる。また、ブリッジ部15が形成されることによって、発光構造体形成面11Sの凹凸構造がより複雑になるため、大径突部12と小径突部13とから構成される突部の外形が凹凸状であることによる効果と同様に、結晶欠陥の抑制効果が高められる。
図24〜図30を参照して、本開示の技術の第3の実施形態として、半導体発光素子用基板の製造方法の実施形態について説明する。
半導体発光素子用基板の製造方法は、互いに異なる大きさの2種類の粒子を用いて基板をエッチングする大径粒子工程と小径粒子工程とを含む。
大径粒子工程にて用いられる単粒子膜を構成する大径粒子SLは、有機粒子、有機無機複合粒子、無機粒子からなる群から選択される1種類以上の粒子である。有機粒子を形成する材料は、例えば、ポリスチレン、PMMA等の熱可塑性樹脂と、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂と、ダイヤモンド、グラファイト、フラーレン類とからなる群から選択される1種類である。有機無機複合粒子を形成する材料は、例えば、SiC、炭化硼素からなる群から選択される1種類である。
大径粒子膜形成工程には、下記3つの方法のいずれか1つが用いられる。
・粒子吸着法
・バインダー層固定法
LB法では、水よりも比重が低い溶剤のなかに粒子が分散した分散液が用いられ、まず、水の液面に分散液が滴下される。次いで、分散液から溶剤が揮発することによって、粒子からなる単粒子膜が水面に形成される。そして、水面に形成された単粒子膜が、発光構造体形成面11Sに移し取られることによって、発光構造体形成面11Sに単粒子膜が形成される。
式(1)において、Aは粒子の平均粒径であり、Bは互いに隣り合う粒子間のピッチにおける最頻値であり、|B−A|はAとBとの差の絶対値である。
まず、水が溜められた水槽と分散液とが準備される。分散液には、水よりも比重の低い溶剤のなかに大径粒子SLが分散されている。大径粒子SLの表面は、疎水性を有することが好ましく、分散媒における溶剤も、疎水性を有することが好ましい。大径粒子SL、および、溶剤が疎水性を有する構成であれば、大径粒子SLの自己組織化が水面で進行して、2次元的に最密充填した単粒子膜が形成されやすくなる。分散媒における溶剤は、高い揮発性を有することが好ましい。揮発性が高く、かつ、疎水性である溶剤には、クロロホルム、メタノール、エタノール、イソプロパノール、アセトン、メチルエチルケトン、エチルエチルケトン、トルエン、ヘキサン、シクロヘキサン、酢酸エチル、酢酸ブチルからなる群から選択される1種以上の揮発性有機溶剤が用いられる。
図26に示されるように、単層の大径粒子SLから構成される単粒子膜FLは、発光構造体形成面11Sに形成される。単粒子膜FLは、発光構造体形成面11Sの平面視にて、大径粒子SLが2次元に最密充填された六方充填構造を有している。
小径粒子工程にて用いられる単粒子膜を構成する小径粒子SSは、大径粒子SLと粒径が異なる。一方で、小径粒子SSの材料は上述の大径粒子膜形成工程にて例示した各種の材料が用いられる。
図29に示されるように、単層の小径粒子SSから構成される単粒子膜FSは、大径粒子エッチング工程によって原型突部16が形成された発光構造体形成面11Sに形成される。単粒子膜FSは、発光構造体形成面11Sの平面視にて、小径粒子SSが2次元に最密充填された六方充填構造を有している。小径粒子SSは、原型突部16の外表面上と、互いに隣接する原型突部16の間の平坦な部分とに並ぶ。
まず、好ましくは素子用基板11が実質的にエッチングされないエッチング条件で、単粒子膜FSを構成する小径粒子SSがエッチングされる。この際に、単粒子膜FSを構成する小径粒子SSの粒径は、選択的なエッチングによって縮小し、互いに隣り合う小径粒子SSの間には、新たな間隙が形成される。なお、発光構造体形成面11Sが実質的にエッチングされないエッチング条件は、大径粒子エッチング工程にて例示した条件と同様の条件が適用される。
以上説明したように、第3の実施形態の製造方法によって、第1の実施形態の半導体発光素子用基板が製造される。
(6)互いに異なる大きさの2種類の粒子を用いて基板をエッチングすることによって、上記の(1),(3),(4)の効果が得られる半導体発光素子用基板を製造することができる。
図31〜図35を参照して、本開示の技術の第4の実施形態として、半導体発光素子用基板の製造方法の実施形態について説明する。第4の実施形態は、第3の実施形態と比較して、大径粒子工程と小径粒子工程の順番が異なる。以下では、第3の実施形態との相違点を中心に説明し、第3の実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
第4の実施形態の半導体発光素子用基板の製造方法では、大径粒子工程よりも先に小径粒子工程が行われる。
小径粒子膜形成工程では、発光構造体形成面11Sに小径粒子SSから構成される単粒子膜FSが形成され、小径粒子エッチング工程では、単粒子膜FSをマスクとして発光構造体形成面11Sがエッチングされる。大径粒子膜形成工程では、小径粒子エッチング工程にてエッチングされた発光構造体形成面11Sに大径粒子SLから構成される単粒子膜FLが形成され、単粒子膜FLをマスクとして発光構造体形成面11Sがさらにエッチングされる。以下、半導体発光素子用基板の製造方法に含まれる各工程を、処理の順に説明する。
小径粒子工程にて用いられる単粒子膜FSを構成する小径粒子SSの粒径や材料は、第3の実施形態にて例示した粒径や材料と同様である。ただし、第4の実施形態においては、小径粒子SSの粒径は、大径粒子SLの粒径の1/10以上1/3以下であることが好ましい。第4の実施形態では、小径粒子SSから構成される単粒子膜FSをマスクとしたエッチングが先に行われるため、発光構造体形成面11Sに形成される原型突部の大きさは、第3の実施形態の原型突部の大きさよりも小さい。そして、この小さい原型突部が、大径粒子SLから構成される単粒子膜FLをマスクとしたエッチングが行われる間、エッチングガスに曝される。小径粒子SSの粒径が大径粒子SLの粒径の1/10以上であれば、大径粒子エッチング工程を経ても、原型突部が消滅することなく、小径突部13として十分な大きさの突部が形成される。
図31に示されるように、単層の小径粒子SSから構成される単粒子膜FSは、発光構造体形成面11Sに形成される。単粒子膜FSは、発光構造体形成面11Sの平面視にて、小径粒子SSが2次元に最密充填された六方充填構造を有している。
[大径粒子膜形成工程]
大径粒子工程にて用いられる単粒子膜を構成する大径粒子SLの粒径や材料は、第3の実施形態にて例示した粒径や材料と同様である。
図34に示されるように、単層の大径粒子SLから構成される単粒子膜FLは、小径粒子エッチング工程によって原型突部17が形成された発光構造体形成面11Sに形成される。単粒子膜FLは、発光構造体形成面11Sの平面視にて、大径粒子SLが2次元に最密充填された六方充填構造を有している。
以上説明したように、第4の実施形態の製造方法によって、第2の実施形態の半導体発光素子用基板が製造される。
(10)小径粒子SSを用いたエッチング工程の後に、大径粒子SLを用いたエッチング工程が行われる。こうした製造方法は、平坦部14に小径突部13が形成されない半導体発光素子用基板、すなわち、上記(5)の効果が得られる半導体発光素子用基板の製造に適している。また、先のエッチング工程が行われた発光構造体形成面11Sに形成される単粒子膜が平坦になりやすく、発光構造体形成面11Sに粒子が規則正しく並びやすいため、発光構造体形成面11Sにおける突部12,13の配置の均一性が高められる。
図36〜図38を参照して、本開示の技術の第5の実施形態として、半導体発光素子用基板の製造方法の実施形態について説明する。第5の実施形態は、第4の実施形態と比較して、各単粒子膜を形成する工程と、各単粒子膜をマスクとしてエッチングする工程との順番が異なる。以下では、第4の実施形態との相違点を中心に説明し、第4の実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
第5の実施形態の半導体発光素子用基板の製造方法では、大径粒子膜形成工程よりも先に小径粒子膜形成工程が行われる。そして、小径粒子膜形成工程と大径粒子膜形成工程とが順に行われた後に、小径粒子SSからなる単粒子膜FSをマスクにしたエッチングである第1工程と、大径粒子SLからなる単粒子膜FLをマスクにしたエッチングである第2工程とが同時に行われる。
なお、エッチング工程において、小径粒子SSのマスクによって形成された段差が平坦部14において消滅し、かつ、大径突部22の外周面に縮径した小径粒子SSが残っているときに、発光構造体形成面11Sのエッチングを停止してもよい。この場合、縮径した小径粒子SSと対向していた領域は、錐台形状を有する小径突部23として残る。こうした製造方法によれば、第11の変形例の半導体発光素子用基板が製造される。
(12)小径粒子SSをマスクに用いたエッチングと、大径粒子SLをマスクに用いたエッチングとが同時に行われるため、これらのエッチングが各別に行われる方法と比べて、製造工程の工程数を少なくすることが可能である。
図39を参照して、本開示の技術の第6の実施形態として、半導体発光素子の実施形態について説明する。
図39に示されるように、半導体発光素子は、素子用基板11を基材として有している。素子用基板11としては、上述の各実施形態および変形例の半導体発光素子用基板が用いられる。半導体発光素子は、素子用基板11の発光構造体形成面11Sに、発光構造体形成面11Sの凹凸構造を覆う発光構造体21を有している。発光構造体21は、複数の半導体層から構成される積層体を有し、電流の供給によってキャリアを再結合させて発光する。複数の半導体層の各々は、発光構造体形成面11Sから順に積み重ねられる。
本開示の技術の第7の実施形態として、半導体発光素子の製造方法の実施形態について説明する。
半導体発光素子の製造方法は、上述の各実施形態の半導体発光素子用基板の製造方法によって素子用基板11を製造する工程と、素子用基板11の発光構造体形成面11Sに発光構造体21を形成する工程とを含んでいる。
上述した半導体発光素子用基板、半導体発光素子、および、その製造方法について、以下に挙げる具体的な実施例を用いて説明する。
大径粒子工程の後に、小径粒子工程を行って、実施例1の半導体発光素子用基板および半導体発光素子を得た。製造方法の詳細を以下に示す。
直径2インチ、厚さ0.42mmのサファイア基板上に、φ1.0μmのSiO2コロイダルシリカ粒子を国際公開第2008/001670号に開示される単層コーティング法によって単層コートした。
こうして得られた濃度1.5質量%の疎水化コロイダルシリカ分散液を、単粒子膜の表面圧を計測する表面圧力センサーと、単粒子膜を液面に沿う方向に圧縮する可動バリアとを備えた水槽(LBトラフ装置)中の液面(下層水として水を使用、水温25℃)に滴下速度0.01ml/秒で滴下した。なお、水槽の下層水には、あらかじめ上記サファイア基板を浸漬しておいた。
ついで、平均粒径が305nmのSiO2コロイダルシリカ粒子(粒径の変動係数=3.4%)を用いて、原型突部を備えるサファイア基板上に、大径粒子工程と同じ方法で粒子マスク法による微細加工を行い、大径突部上に複数の小径突部を設けた多重構造付きサファイア基板である実施例1の半導体発光素子用基板を得た。大径突部頂上付近の小径突部は、最頻ピッチ300nm、構造高さ120nm、平坦部距離60nmであった。
こうして得られた半導体発光素子用基板の上記突部が形成されている面に、n型半導体層、活性層、p型半導体層を順次積層し、続いてp電極およびn電極を形成して、実施例1の半導体発光素子を完成した。各GaN系の半導体層は、一般に広く利用されるMOCVD(MetalOrganic Chemical Vapor Deposition)法によって形成した。MOCVD法においては、アンモニアガスとIII族元素のトリメチルガリウム、トリメチルアンモニウム、トリメチルインジウムなどのアルキル化合物ガスを、700℃〜1000℃の温度環境でサファイア基板上に供給して熱分解反応させ、基板上で目的の結晶をエピタキシャル成長により成膜する。
n電極を形成する領域において、最表層であるp型半導体層のMgドープGaNからn型半導体層のアンドープGaNまでをエッチング除去し、SiドープのGaN層を露出させた。この露出面にAlとWからなるn電極を形成し、n電極上にPtとAuからなるnパッド電極を形成した。
以上の操作でベアチップの状態の半導体素子(一つの素子のサイズが300μm×350μm)を形成した。
大径粒子工程の後に、小径粒子工程を行って、実施例2の半導体発光素子用基板および半導体発光素子を得た。製造方法の詳細を以下に示す。
直径2インチ、厚さ0.42mmのサファイア基板上に、φ3.0μmのSiO2コロイダルシリカ粒子を国際公開第2008/001670号に開示される単層コーティング法によって単層コートした。
こうして得られた濃度1.5質量%の疎水化コロイダルシリカ分散液を、単粒子膜の表面圧を計測する表面圧力センサーと、単粒子膜を液面に沿う方向に圧縮する可動バリアとを備えた水槽(LBトラフ装置)中の液面(下層水として水を使用、水温25℃)に滴下速度0.01ml/秒で滴下した。なお、水槽の下層水には、あらかじめ上記サファイア基板を浸漬しておいた。
ついで、平均粒径が403nmのSiO2コロイダルシリカ粒子(粒径の変動係数=3.1%)を用いて、原型突部を備えるサファイア基板上に、実施例1の小径粒子工程と同じ方法で粒子マスク法による微細加工を行い、大径突部上に複数の小径突部を設けた多重構造付きサファイア基板である実施例2の半導体発光素子用基板を得た。大径突部頂上付近の小径突部は、最頻ピッチ400nm、構造高さ160nm、平坦部距離80nmであった。
小径粒子工程の後に、大径粒子工程を行って、実施例3の半導体発光素子用基板および半導体発光素子を得た。製造方法の詳細を以下に示す。
小径粒子工程の後に、大径粒子工程を行って、実施例4の半導体発光素子用基板および半導体発光素子を得た。製造方法の詳細を以下に示す。
小径粒子SSからなる単粒子膜FSをマスクにしたエッチングである第1工程と、大径粒子SLからなる単粒子膜FLをマスクにしたエッチングである第2工程とを同時に進めて、実施例5の半導体発光素子用基板および半導体発光素子を得た。製造方法の詳細を以下に示す。
小径粒子SSからなる単粒子膜FSをマスクにしたエッチングである第1工程と、大径粒子SLからなる単粒子膜FLをマスクにしたエッチングである第2工程とを同時に進めて、実施例6の半導体発光素子用基板および半導体発光素子を得た。製造方法の詳細を以下に示す。
基板としてサファイア基板を用い、大径粒子工程と小径粒子工程とを行わずに、実施例1と同じ構成のn型半導体層、活性層、p型半導体層を順次積層し、続いてp電極およびn電極を形成して、比較例1の半導体発光素子(一つの素子のサイズが300μm×350μm)を完成した。
基板としてサファイア基板を用い、小径粒子工程を行わない以外は実施例3と同じ方法で粒子マスク法による微細加工を行い、複数の錐体形状の大径突部を設けたサファイア基板である比較例2の半導体発光素子用基板を得た。
[外部量子効率]
各実施例、比較例で得られた半導体発光素子(樹脂包埋前のベアチップ)をベアチップのまま小型プローバー(ESSテック社製sp−0−2Ls)にマウントし、オープンプローブにて駆動電流20−40mAで点灯させた。光取り出し効率向上効果を確認するため、外部量子効率を、labsphere社製スペクトラフレクト積分球とCDS−600型分光器にて測定した。
各実施例、比較例の半導体発光素子用基板上に製膜されたGaNにおいて、そのチルト(成長方位の結晶軸の傾き)分布、ツイスト(表面面内の結晶軸の回転)分布を、リガク製水平型X線回折装置SmartLabを使用し、ロッキングカーブ法にて評価を行い、螺旋転位密度ρscrew(cm−2)および刃状転位密度ρ edge(cm−2)を求めた。なお、バーガースベクトルはb screw(cm):5.185×10−8、b edge(cm):3.189×10−8を用いた。螺旋転位密度を求めたチルト測定および刃状転位密度を求めたツイスト測定においては、それぞれスリット受光幅1.0mmを使用した。チルト測定の走査角度(ω)は±5°、ツイスト測定での走査角度(φ)は±0.5°を使用した。測定した結晶面は螺旋転位密度についてはGaN(002)面、刃状転位密度についてはGaN(302)面を用いた。
Claims (4)
- 半導体発光素子用基板であって、
半導体層を含む発光構造体が形成される発光構造体形成面を有し、
前記発光構造体形成面は、
前記半導体発光素子用基板の1つの結晶面に沿って広がる平坦部と、
前記平坦部から突き出た複数の大径突部と、
前記大径突部よりも小さい複数の小径突部と、を備え、
前記複数の小径突部のうちの少なくとも一部は、前記大径突部の外表面から突き出ている第1の小径突部であり、
前記大径突部は、前記平坦部に接続する基端と先端とを有し、
前記大径突部の先端よりも基端の方で、相互に隣接する前記小径突部の間における溝の深さが浅い、
半導体発光素子用基板。 - 前記大径突部の外表面における前記第1の小径突部の位置が前記大径突部の基端に近いほど、前記第1の小径突部の高さが低い
請求項1に記載の半導体発光素子用基板。 - 前記大径突部の外表面における前記第1の小径突部の位置が前記大径突部の基端に近いほど、前記大径突部の外表面における前記第1の小径突部の有する幅が大きい
請求項1または2に記載の半導体発光素子用基板。 - 請求項1から3のいずれか一項に記載の半導体発光素子用基板と、
半導体層を含む発光構造体と、を備え、
前記半導体発光素子用基板は、前記発光構造体を支持する
半導体発光素子。
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