JP4915218B2 - Manufacturing method of light emitting diode - Google Patents
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Description
この発明は、発光ダイオードおよびその製造方法ならびに光源セルユニットならびに発光ダイオードバックライトならびに発光ダイオード照明装置ならびに発光ダイオードディスプレイならびに電子機器に関し、例えば、窒化物系III−V族化合物半導体を用いた発光ダイオードおよびこの発光ダイオードを用いる各種の装置または機器に適用して好適なものである。 The present invention relates to a light emitting diode, a method for manufacturing the same, a light source cell unit, a light emitting diode backlight, a light emitting diode illuminating device, a light emitting diode display, and an electronic device. The present invention is suitable for application to various devices or equipment using the light emitting diode.
GaN系半導体をサファイア基板などの異種基板上にエピタキシャル成長させる場合には、両者の格子定数差や熱膨張係数差が大きいため、結晶欠陥、特に貫通転位が高密度に発生してしまう。
この問題を回避するために、従来より、選択横方向成長による転位密度低減化技術が広く用いられている。この技術では、まずサファイア基板などの上にGaN系半導体をエピタキシャル成長させた後、結晶成長装置より基板を取り出し、そのGaN系半導体層上にSiO2 膜などからなる成長マスクを形成してからこの基板を再び結晶成長装置に戻し、この成長マスクを用いてGaN系半導体を再度エピタキシャル成長させる。
この技術によれば、上層のGaN系半導体層の転位密度を低減することができるが、2回のエピタキシャル成長が必要であるため、コスト高となっていた。
When a GaN-based semiconductor is epitaxially grown on a heterogeneous substrate such as a sapphire substrate, crystal defects, particularly threading dislocations, occur at a high density because of a large difference in lattice constant and thermal expansion coefficient between the two.
In order to avoid this problem, a technique for reducing dislocation density by selective lateral growth has been widely used. In this technology, after a GaN-based semiconductor is first epitaxially grown on a sapphire substrate or the like, the substrate is taken out from the crystal growth apparatus, and a growth mask made of a SiO 2 film or the like is formed on the GaN-based semiconductor layer, and then this substrate Is returned to the crystal growth apparatus, and a GaN-based semiconductor is epitaxially grown again using this growth mask.
According to this technique, the dislocation density of the upper GaN-based semiconductor layer can be reduced, but the cost is high because two epitaxial growths are required.
そこで、異種基板にあらかじめ凹凸加工を施し、この加工基板上にGaN系半導体をエピタキシャル成長させる方法が提案されている(例えば、非特許文献1、特許文献1、2参照。)。この方法の概要を図83A〜Cに示す。この方法によれば、まず、図83Aに示すように、c面のサファイア基板101の一主面に凹凸加工を施す。符号101aは凹部、101bは凸部を示す。これらの凹部101aおよび凸部101bはサファイア基板101の〈1−100〉方向に延在する。次に、このサファイア基板101上に、図83BおよびCに示す過程を経て、GaN系半導体層102を成長させる。図83C中、点線は成長途中の成長界面を示す。ここで特徴的なことは、図83Cに示すように、凹部101aにおいてサファイア基板101とGaN系半導体層102との間に空隙103が形成されてしまうことである。図84にこの方法により成長されたGaN系半導体層102の結晶欠陥分布を模式的に示す。図84に示すように、GaN系半導体層102のうちの凸部101b上の部分に、この凸部101bの上面との界面から垂直方向に貫通転位104が発生して高欠陥密度領域105が形成され、凹部101aの上方の、高欠陥密度領域105の間の部分が低欠陥密度領域106となっている。
Therefore, a method has been proposed in which uneven processing is performed on a different substrate in advance and a GaN-based semiconductor is epitaxially grown on the processed substrate (for example, see Non-Patent
参考までに、図85A〜Dに、凹部101aおよび凸部101bの延在方向が、サファイア基板101の〈1−100〉方向と直交する〈11−20〉方向である場合のGaN系半導体層102の成長の様子を示す。
図86A〜Fは、上記のものと別の従来の成長方法を示す(例えば、特許文献3参照。)。この方法では、図86Aに示すように、凹凸加工を施したサファイア基板101を用い、その上に図86B〜Fに示す過程を経てGaN系半導体層102を成長させる。この方法では、サファイア基板101との間に空隙を形成しないでGaN系半導体層102を成長させることができるとされている。
For reference, in FIGS. 85A to 85D, the GaN-based
86A to 86F show another conventional growth method different from the above (see, for example, Patent Document 3). In this method, as shown in FIG. 86A, a
基板上にこの基板と異なる材料により凸部を形成し、凸部の間の凹部から窒化物系III−V族化合物半導体の成長を開始する成長方法が提案されているが(例えば、特許文献4、5参照。)、これらの成長様式はこの発明と大きく異なる。
図83に示す従来の成長方法では、サファイア基板101とGaN系半導体層102との間に空隙103が形成されてしまうことは上述のとおりであるが、本発明者の知見によると、GaN系半導体層102上にGaN系半導体層を成長させて発光ダイオード構造を形成した場合、この発光ダイオードの発光効率は低いという課題があった。これは、発光ダイオードの動作時に活性層から発生する光が、空隙103の内部で反射を繰り返し、その結果光が吸収されてしまうことにより、光の取り出し効率が悪いためであると考えられる。
In the conventional growth method shown in FIG. 83, the
一方、図86に示す従来の成長方法では、サファイア基板101とGaN系半導体層102との間に空隙が形成されないとされているものの、GaN系半導体層102の転位密度を、図83に示す従来の成長方法と同等のレベルに低減することは困難と考えられる。このため、この高転位密度のGaN系半導体層102上にGaN系半導体層を成長させて発光ダイオード構造を形成した場合、これらのGaN系半導体層の転位密度も高くなり、これが発光効率の低下を招いていた。
On the other hand, in the conventional growth method shown in FIG. 86, although no void is formed between the
そこで、この発明が解決しようとする課題は、光の取り出し効率の大幅な向上および発光ダイオードを構成する窒化物系III−V族化合物半導体層の結晶性の大幅な向上により発光効率が極めて高く、しかも一度のエピタキシャル成長により低コストで製造することができる発光ダイオードおよびその製造方法を提供することである。
この発明が解決しようとする他の課題は、上記のような発光ダイオードを用いた高性能の光源セルユニット、発光ダイオードバックライト、発光ダイオード照明装置、発光ダイオードディスプレイおよび電子機器を提供することである。
この発明が解決しようとするさらに他の課題は、光の取り出し効率の大幅な向上および発光ダイオード構造を構成する窒化物系III−V族化合物半導体層その他の各種の半導体層の結晶性の大幅な向上により発光効率が極めて高く、しかも一度のエピタキシャル成長により低コストで製造することができる発光ダイオードおよびその製造方法を提供することである。
上記課題および他の課題は、添付図面を参照した本明細書の記述により明らかとなるであろう。
Therefore, the problem to be solved by the present invention is that the light emission efficiency is extremely high due to the significant improvement in light extraction efficiency and the crystallinity of the nitride III-V compound semiconductor layer constituting the light emitting diode, Moreover, it is an object of the present invention to provide a light emitting diode that can be manufactured at a low cost by one epitaxial growth and a manufacturing method thereof.
Another problem to be solved by the present invention is to provide a high-performance light source cell unit, a light-emitting diode backlight, a light-emitting diode illuminating device, a light-emitting diode display, and an electronic device using the light-emitting diode as described above. .
Still another problem to be solved by the present invention is that the light extraction efficiency is greatly improved and the crystallinity of the nitride III-V compound semiconductor layer and other various semiconductor layers constituting the light emitting diode structure is greatly increased. It is an object of the present invention to provide a light emitting diode which can be manufactured at a low cost by an epitaxial growth at a low cost and a manufacturing method thereof.
The above and other problems will become apparent from the description of this specification with reference to the accompanying drawings.
上記課題を解決するために、第1の発明は、
一主面に複数の凸部を有する基板を用い、当該基板の凹部に、その底面を底辺とする三角形状の断面形状となる状態を経て第1の窒化物系III−V族化合物半導体層を成長させる工程と、
上記第1の窒化物系III−V族化合物半導体層から上記基板上に第2の窒化物系III−V族化合物半導体層を横方向成長させる工程と、
上記第2の窒化物系III−V族化合物半導体層上に第1の導電型の第3の窒化物系III−V族化合物半導体層、活性層および第2の導電型の第4の窒化物系III−V族化合物半導体層を順次成長させる工程と、
上記第1の窒化物系III−V族化合物半導体層、上記第2の窒化物系III−V族化合物半導体層、上記第3の窒化物系III−V族化合物半導体層、上記活性層および上記第4の窒化物系III−V族化合物半導体層のうちの上記凹部および/または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分を、上記第4の窒化物系III−V族化合物半導体層の表面から深さ方向に、少なくとも上記第3の窒化物系III−V族化合物半導体層が露出するまで除去することにより溝を形成する工程と、
上記活性層からの発光波長の光に対して透明な誘電体により上記溝を埋め、この際、当該誘電体の表面が凹部および/または凸部を有し、および/または、当該誘電体が光散乱粒子を含むようにする工程と
を有することを特徴とする発光ダイオードの製造方法である。
In order to solve the above problem, the first invention is:
Using a substrate having a plurality of convex portions on one main surface, the first nitride-based III-V group compound semiconductor layer is formed in the concave portion of the substrate through a triangular cross-sectional shape with the bottom surface as the base. A growing process;
Laterally growing a second nitride III-V compound semiconductor layer on the substrate from the first nitride III-V compound semiconductor layer;
On the second nitride III-V compound semiconductor layer, the third conductivity type third nitride III-V compound semiconductor layer, the active layer, and the second conductivity type fourth nitride. Sequentially growing a III-V compound semiconductor layer,
The first nitride III-V compound semiconductor layer, the second nitride III-V compound semiconductor layer, the third nitride III-V compound semiconductor layer, the active layer, and the above Of the fourth nitride-based III-V compound semiconductor layer, a portion corresponding to the central portion between the recess and / or the recesses adjacent to each other is used as the fourth nitride-based III-V compound semiconductor layer. Forming a groove by removing from the surface of the layer in a depth direction until at least the third nitride III-V compound semiconductor layer is exposed;
The groove is filled with a dielectric that is transparent to the light having the emission wavelength from the active layer. At this time, the surface of the dielectric has a recess and / or a protrusion, and / or the dielectric A method for producing a light emitting diode, comprising the step of containing scattering particles.
基板の凸部は、基板と異なる材料または基板と同一の材料からなる。
第1の窒化物系III−V族化合物半導体層および第2の窒化物系III−V族化合物半導体層の導電型は問わず、p型、n型、i型のいずれであってもよく、互いに同一導電型であってもそうでなくてもよく、さらには第1の窒化物系III−V族化合物半導体層あるいは第2の窒化物系III−V族化合物半導体層内に互いに導電型が異なる二つ以上の部分が混在してもよい。
The convex portion of the substrate is made of a material different from the substrate or the same material as the substrate.
The conductivity type of the first nitride III-V compound semiconductor layer and the second nitride III-V compound semiconductor layer may be any of p-type, n-type, and i-type, The conductivity types may or may not be the same conductivity type, and the conductivity types may be within the first nitride III-V compound semiconductor layer or the second nitride III-V compound semiconductor layer. Two or more different parts may be mixed.
典型的には、第1の窒化物系III−V族化合物半導体層を成長させる際に、基板の凹部の底面との界面から基板の一主面に対して垂直方向に転位が発生し、この転位が上記の三角形状の断面形状となる状態の第1の窒化物系III−V族化合物半導体層の斜面またはその近傍に到達したとき、上記の一主面に平行な方向に、三角形状部から遠ざかるように屈曲する。ここで、三角形状の断面形状あるいは三角形状部における三角形状とは、正確な三角形だけでなく、例えば頂部が丸まったものなど、近似的に三角形とみなすことができるものも含むことを意味する(以下同様)。また、好適には、第1の窒化物系III−V族化合物半導体層の成長初期に、基板の凹部の底面に複数の微小核が生成し、これらの微小核が成長し合体して行く過程で基板の凹部の底面との界面から基板の一主面に対して垂直方向に発生する転位が、上記の一主面に平行な方向に繰り返し屈曲される。こうすることで、第1の窒化物系III−V族化合物半導体層の成長時に上部に抜ける転位を少なくすることができる。 Typically, when the first nitride-based III-V compound semiconductor layer is grown, dislocations are generated in a direction perpendicular to the principal surface of the substrate from the interface with the bottom surface of the recess of the substrate. When the dislocation reaches the slope of the first nitride-based III-V compound semiconductor layer in the state of having a triangular cross-sectional shape or the vicinity thereof, a triangular portion is formed in a direction parallel to the one principal surface. Bend away from the camera. Here, the triangular cross-sectional shape or the triangular shape in the triangular portion means not only an accurate triangle, but also includes what can be regarded as an approximate triangle, such as a rounded top (for example) ( The same applies below). Preferably, in the initial stage of growth of the first nitride-based III-V group compound semiconductor layer, a plurality of micronuclei are formed on the bottom surface of the concave portion of the substrate, and these micronuclei grow and coalesce. Thus, dislocations generated from the interface with the bottom surface of the concave portion of the substrate in a direction perpendicular to one main surface of the substrate are repeatedly bent in a direction parallel to the one main surface. By doing so, dislocations that escape to the top during the growth of the first nitride-based III-V compound semiconductor layer can be reduced.
上述のように、第1の窒化物系III−V族化合物半導体層の成長時に上部に抜ける転位を少なくすることができるが、上部に抜けた転位は上層の第2の窒化物系III−V族化合物半導体層、第3の窒化物系III−V族化合物半導体層、活性層および第4の窒化物系III−V族化合物半導体層に伝播し、貫通転位となる。この貫通転位は、第1の窒化物系III−V族化合物半導体層、第2の窒化物系III−V族化合物半導体層、第3の窒化物系III−V族化合物半導体層、活性層および第4の窒化物系III−V族化合物半導体層のうちの凹部に対応する部分(凹部の上の部分)に集中する。この貫通転位およびその近傍は結晶性が悪く、非発光中心が多く存在するため、発光効率を低下させ、特に活性層に存在する非発光中心は発光効率に大きな悪影響を及ぼす。そこで、第1の窒化物系III−V族化合物半導体層、第2の窒化物系III−V族化合物半導体層、第3の窒化物系III−V族化合物半導体層、活性層および第4の窒化物系III−V族化合物半導体層のうちの凹部に対応する部分を、第4の窒化物系III−V族化合物半導体層の表面から深さ方向に、少なくとも第3の窒化物系III−V族化合物半導体層が露出するまで除去することにより溝を形成すると、この貫通転位のうちの少なくとも活性層およびその上層に発生したものを除去することができるため、非発光中心を大幅に減少させることができる。この除去する部分の幅は、例えばこの貫通転位の全部または大部分を除去することができる幅であればよく、凹部の幅と同じでも凹部の幅より小さくても凹部の幅より大きくてもよい。この除去は、例えば、反応性イオンエッチング(RIE)法、粉末ブラスト法、サンドブラスト法などの各種の方法により行うことができる。一方、第2の窒化物系III−V族化合物半導体層を横方向成長させる際、凸部の上の部分の第2の窒化物系III−V族化合物半導体層の会合部には貫通転位が集中し、この第2の窒化物系III−V族化合物半導体層の貫通転位が上層の第3の窒化物系III−V族化合物半導体層、活性層および第4の窒化物系III−V族化合物半導体層に伝播する。この貫通転位は、第2の窒化物系III−V族化合物半導体層、第3の窒化物系III−V族化合物半導体層、活性層および第4の窒化物系III−V族化合物半導体層のうちの互いに隣接する凹部の間の中央部に対応する部分(凹部の間の中央部の上の部分)に集中する。そこで、第2の窒化物系III−V族化合物半導体層、第3の窒化物系III−V族化合物半導体層、活性層および第4の窒化物系III−V族化合物半導体層のうちの互いに隣接する凹部の間の中央部に対応する部分を、第4の窒化物系III−V族化合物半導体層の表面から深さ方向に、少なくとも第3の窒化物系III−V族化合物半導体層が露出するまで除去することにより溝を形成すると、この貫通転位のうちの少なくとも活性層およびその上層に発生したものを除去することができるため、非発光中心を大幅に減少させることができる。この除去する部分の幅は、例えばこの貫通転位の全部または大部分を除去することができる幅であればよい。この除去も、例えば、RIE法、粉末ブラスト法、サンドブラスト法などの各種の方法により行うことができる。 As described above, the number of dislocations that escape to the top during the growth of the first nitride-based III-V compound semiconductor layer can be reduced, but the dislocations that escape to the top are the second nitride-based III-V in the upper layer. It propagates to the group compound semiconductor layer, the third nitride-based III-V group compound semiconductor layer, the active layer, and the fourth nitride-based group III-V compound semiconductor layer to form threading dislocations. This threading dislocation includes a first nitride-based III-V compound semiconductor layer, a second nitride-based III-V compound semiconductor layer, a third nitride-based III-V compound semiconductor layer, an active layer, and The fourth nitride-based III-V group compound semiconductor layer concentrates on a portion corresponding to the recess (portion above the recess). The threading dislocations and the vicinity thereof have poor crystallinity and a large number of non-emissive centers exist, so that the luminous efficiency is lowered. In particular, the non-radiative centers present in the active layer have a great adverse effect on the luminous efficiency. Therefore, the first nitride III-V compound semiconductor layer, the second nitride III-V compound semiconductor layer, the third nitride III-V compound semiconductor layer, the active layer, and the fourth A portion of the nitride-based III-V compound semiconductor layer that corresponds to the recess is at least a third nitride-based III- in the depth direction from the surface of the fourth nitride-based III-V compound semiconductor layer. If the groove is formed by removing the V group compound semiconductor layer until it is exposed, at least the active layer and those generated in the upper layer of the threading dislocations can be removed, so that the non-luminescent center is greatly reduced. be able to. The width of the portion to be removed may be, for example, a width capable of removing all or most of the threading dislocations, and may be the same as the width of the recess, smaller than the width of the recess, or larger than the width of the recess. . This removal can be performed by various methods such as a reactive ion etching (RIE) method, a powder blast method, and a sand blast method. On the other hand, when the second nitride-based III-V compound semiconductor layer is grown in the lateral direction, threading dislocations are present at the association portion of the second nitride-based III-V compound semiconductor layer above the convex portion. The threading dislocations of the second nitride-based III-V compound semiconductor layer are concentrated, and the third nitride-based III-V compound semiconductor layer, the active layer, and the fourth nitride-based III-V group of the upper layer are concentrated. Propagates to the compound semiconductor layer. This threading dislocation is caused by the second nitride III-V compound semiconductor layer, the third nitride III-V compound semiconductor layer, the active layer, and the fourth nitride III-V compound semiconductor layer. It concentrates on the part corresponding to the center part between the mutually adjacent recessed parts (part on the center part between recessed parts). Therefore, the second nitride III-V compound semiconductor layer, the third nitride III-V compound semiconductor layer, the active layer, and the fourth nitride III-V compound semiconductor layer are mutually connected. At least a third nitride-based III-V compound semiconductor layer is formed in the depth direction from the surface of the fourth nitride-based III-V compound semiconductor layer at a portion corresponding to the central portion between adjacent recesses. When the groove is formed by removing it until it is exposed, at least the active layer of the threading dislocations and those generated in the upper layer can be removed, so that the non-luminescent center can be greatly reduced. The width of the part to be removed may be a width that can remove all or most of the threading dislocations, for example. This removal can also be performed by various methods such as RIE, powder blasting, and sand blasting.
上述のように、第1の窒化物系III−V族化合物半導体層、第2の窒化物系III−V族化合物半導体層、第3の窒化物系III−V族化合物半導体層、活性層および第4の窒化物系III−V族化合物半導体層のうちの凹部および/または互いに隣接する凹部の間の中央部に対応する部分に溝を形成した後、活性層からの発光波長の光に対して透明な誘電体によりこの溝を埋め、この際、この誘電体の表面が凹部および/または凸部を有し、および/または、この誘電体が光散乱粒子を含むようにする。この誘電体は、好適には、第1の窒化物系III−V族化合物半導体層、第2の窒化物系III−V族化合物半導体層、第3の窒化物系III−V族化合物半導体層、活性層および第4の窒化物系III−V族化合物半導体層の屈折率よりも小さい屈折率を有するが、これに限定されるものではない。この後、典型的には、この第4の窒化物系III−V族化合物半導体層上に第2の導電型側の電極を、溝を埋めた誘電体の表面を覆うように形成する。この誘電体の表面には、必要に応じて、活性層からの発光波長の光の反射率が高い高反射材料からなる反射膜を形成する。この第2の導電型側の電極の材料としては、好適には、活性層からの発光波長の光の反射率が高い高反射材料が用いられる。 As described above, the first nitride-based III-V compound semiconductor layer, the second nitride-based III-V compound semiconductor layer, the third nitride-based III-V compound semiconductor layer, the active layer, and After forming a groove in a portion corresponding to the central portion between the recesses and / or the recesses adjacent to each other in the fourth nitride-based III-V group compound semiconductor layer, the light of the emission wavelength from the active layer The groove is filled with a transparent dielectric, the surface of the dielectric having recesses and / or protrusions and / or the dielectric containing light scattering particles. This dielectric is preferably a first nitride-based III-V compound semiconductor layer, a second nitride-based III-V compound semiconductor layer, and a third nitride-based III-V compound semiconductor layer. The refractive index is smaller than that of the active layer and the fourth nitride-based III-V compound semiconductor layer, but is not limited thereto. After that, typically, an electrode on the second conductivity type side is formed on the fourth nitride-based III-V compound semiconductor layer so as to cover the surface of the dielectric filling the groove. On the surface of the dielectric, a reflection film made of a highly reflective material having a high reflectance of light having an emission wavelength from the active layer is formed as necessary. As the material of the electrode on the second conductivity type side, a highly reflective material having a high reflectance of light having an emission wavelength from the active layer is preferably used.
上記の溝を埋める誘電体の表面が凹部および/または凸部を有する場合、活性層から発生した光などのうち、第2の導電型側の電極と溝を埋めた誘電体との界面の凹部および/または凸部に入射した光は、この凹部および/または凸部の面で反射される。ここで、この光の入射点を通る、基板の主面の法線と入射光とのなす角度をθ1 、この法線と反射光とのなす角度をθ2 とすると、θ1 >θ2 となる光の量ができるだけ多くなるように凹部および/または凸部の面の傾斜角度を選ぶのが望ましい。凹部および/または凸部を形成せず、第4の窒化物系III−V族化合物半導体層の表面が平坦で、基板と第4の窒化物系III−V族化合物半導体層とが互いに平行である場合には、活性層から発生した光が第4の窒化物系III−V族化合物半導体層とその上に形成される第2の導電型側の電極との界面に大きな入射角で入射すると、この界面でほぼ入射角と等しい反射角で反射されて基板側に向かい、この基板の主面に対する光の入射角が臨界角よりも大きいとこの基板の主面で全反射され、第1〜第4の窒化物系III−V族化合物半導体層および活性層の内部でこの反射を繰り返し、その過程で活性層などにより吸収されて次第に減衰するため、その分だけ外部に取り出すことができる光の量が少なくなるのに対し、溝を埋める誘電体の表面が凹部および/または凸部を有する場合には、上述のようにθ1 >θ2 とすることができることにより、この問題がなくなり、最終的に外部に取り出すことができる光の量を多くすることができる。溝を埋める誘電体は、無機物質でも有機物質でもよく、溝を埋めた後のプロセスの温度などに応じて適宜最適なものが用いられる。誘電体は、具体的には、二酸化シリコン(SiO2 )、ポリイミド、水ガラスを固化してガラスとしたものなどであるが、これに限定されるものではない。また、溝を誘電体で埋め、その表面に凹部および/または凸部を形成するためには、例えば、誘電体としてSiO2 を用いる場合には、真空蒸着やスパッタリングなどの真空プロセスを用いて第4の窒化物系III−V族化合物半導体層上にSiO2 を成膜して溝を埋めた後、リソグラフィー技術およびエッチング技術を用いてこの誘電体をパターニングする。あるいは、誘電体としてポリイミドを用いる場合には、例えば、ポリエチレングリコールジメタクリレートなどからなる親水性のフォトレジスト膜を溝以外の部分の第4の窒化物系III−V族化合物半導体層上に形成した後、疎水性のポリイミド前駆体溶液をスピンコート法などにより成膜して溝を埋め、フォトレジスト膜を除去した後、焼成を行ってこのポリイミド前駆体溶液からなる膜を固化させることにより溝を埋めるポリイミドの表面を凸形状にすることができる。
When the surface of the dielectric filling the groove has a recess and / or a protrusion, the recess at the interface between the electrode on the second conductivity type side and the dielectric filling the groove out of the light generated from the active layer And / or the light incident on the convex part is reflected by the surface of the concave part and / or the convex part. Here, assuming that the angle between the normal of the main surface of the substrate passing through the incident point of the light and the incident light is θ 1 , and the angle between the normal and the reflected light is θ 2 , θ 1 > θ 2 It is desirable to select the inclination angle of the concave and / or convex surfaces so that the amount of light to be as large as possible. No recesses and / or protrusions are formed, the surface of the fourth nitride III-V compound semiconductor layer is flat, and the substrate and the fourth nitride III-V compound semiconductor layer are parallel to each other In some cases, when light generated from the active layer is incident on the interface between the fourth nitride-based III-V compound semiconductor layer and the second conductivity type electrode formed thereon at a large incident angle. In this interface, the light is reflected at a reflection angle substantially equal to the incident angle and is directed toward the substrate side. When the incident angle of light with respect to the main surface of the substrate is larger than the critical angle, total reflection is performed on the main surface of the substrate, The reflection is repeated inside the fourth nitride-based III-V compound semiconductor layer and the active layer, and is absorbed by the active layer in the process and gradually attenuates. Invitation to fill the ditch while the amount is less If the surface of the body has a recess and / or projections, by which may be θ 1> θ 2 as described above, eliminates this problem, the final amount of the light can be taken out to the outside Can do a lot. The dielectric that fills the groove may be an inorganic material or an organic material, and an optimum material is appropriately used according to the temperature of the process after filling the groove. Specifically, the dielectric is, for example, silicon dioxide (SiO 2 ), polyimide, or water glass that is solidified into glass, but is not limited thereto. In addition, in order to fill the groove with a dielectric and form a concave portion and / or a convex portion on the surface thereof, for example, when SiO 2 is used as the dielectric, the first step is performed using a vacuum process such as vacuum deposition or sputtering. After depositing SiO 2 on the nitride-based group III-V
一方、溝を埋めた誘電体が光散乱粒子を含む場合には、活性層から発生した光などがこの光散乱粒子に入射すると散乱されることにより、θ1 >θ2 となる光の量が多くなる。この光散乱粒子は、活性層からの発光波長の光を効率よく散乱することができるように、その大きさ(粒径)や材質などが選択される。この光散乱粒子は、具体的には、例えば、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、窒化シリコン、窒化ホウ素、チタン酸バリウム、シリコンカーバイドなどにより形成することができるが、これに限定されるものではない。この光散乱粒子の粒径は、この光散乱粒子による光の吸収損失を少なくするために、一般的には活性層からの光の波長(発光波長)と同程度またはそれ以下に選ばれ、具体的には、例えば20〜1000nmに選ばれる。溝をこの光散乱粒子を含む誘電体で埋めるためには、例えば、この光散乱粒子を分散させた水ガラスやポリイミド前駆体溶液をスピンコート法などにより成膜して溝を埋め、焼成を行ってガラスやポリイミドにする。
好適には、溝を埋める誘電体の表面が凹部および/または凸部を有し、かつ、この誘電体が光散乱粒子を含むようにする。こうすることで、θ1 >θ2 となる光の量がより一層多くなる。
On the other hand, when the dielectric filling the grooves contains light scattering particles, light generated from the active layer is scattered when incident on the light scattering particles, so that the amount of light satisfying θ 1 > θ 2 is reduced. Become more. The size (particle size), material, and the like of the light scattering particles are selected so that light having an emission wavelength from the active layer can be efficiently scattered. Specifically, the light scattering particles can be formed of, for example, aluminum oxide, titanium oxide, zirconium oxide, silicon nitride, boron nitride, barium titanate, silicon carbide, and the like, but are not limited thereto. Absent. The particle diameter of the light scattering particles is generally selected to be equal to or less than the wavelength of light from the active layer (emission wavelength) in order to reduce light absorption loss due to the light scattering particles. Specifically, it is selected to be 20 to 1000 nm, for example. In order to fill the groove with a dielectric containing the light scattering particles, for example, a water glass or polyimide precursor solution in which the light scattering particles are dispersed is formed by spin coating or the like to fill the groove and perform firing. Use glass or polyimide.
Preferably, the surface of the dielectric filling the groove has a concave portion and / or a convex portion, and the dielectric includes light scattering particles. By doing so, the amount of light satisfying θ 1 > θ 2 is further increased.
なお、第1の窒化物系III−V族化合物半導体層、第2の窒化物系III−V族化合物半導体層、第3の窒化物系III−V族化合物半導体層、活性層および第4の窒化物系III−V族化合物半導体層のうちの凹部および/または互いに隣接する凹部の間の中央部に対応する部分を、第4の窒化物系III−V族化合物半導体層の表面から深さ方向に、基板が露出するまで除去することにより溝を形成することで、貫通転位をほとんど除去することができる。特に凸部が基板と異なる材料からなる場合、凸部、第1の窒化物系III−V族化合物半導体層、第2の窒化物系III−V族化合物半導体層、第3の窒化物系III−V族化合物半導体層、活性層および第4の窒化物系III−V族化合物半導体層のうちの凹部および/または互いに隣接する凹部の間の中央部に対応する部分を、第4の窒化物系III−V族化合物半導体層の表面から深さ方向に、基板が露出するまで除去することにより溝を形成し、こうして基板が露出した後に、残された凸部をウエットエッチングなどによりエッチング除去することにより、第1の窒化物系III−V族化合物半導体層、第2の窒化物系III−V族化合物半導体層、第3の窒化物系III−V族化合物半導体層、活性層および第4の窒化物系III−V族化合物半導体層を基板から剥離することができる。この場合の凸部の材料としては、好適には、容易にエッチング除去可能な非晶質材料が用いられる。ただし、この剥離は他の手法、例えばレーザ光照射法による剥離(いわゆるレーザ剥離)などにより行ってもよい。この剥離後の基板は、必要に応じて表面研磨などの処理を施した後、再利用することができる。 The first nitride III-V compound semiconductor layer, the second nitride III-V compound semiconductor layer, the third nitride III-V compound semiconductor layer, the active layer, and the fourth Of the nitride-based III-V group compound semiconductor layer, a portion corresponding to the central portion between the recesses and / or the recesses adjacent to each other is deepened from the surface of the fourth nitride-based III-V group compound semiconductor layer. By forming the groove by removing in the direction until the substrate is exposed, almost all threading dislocations can be removed. In particular, when the convex portion is made of a material different from that of the substrate, the convex portion, the first nitride III-V compound semiconductor layer, the second nitride III-V compound semiconductor layer, and the third nitride III The portion corresponding to the central portion between the recesses and / or the recesses adjacent to each other in the group V compound semiconductor layer, the active layer, and the fourth nitride-based III-V group compound semiconductor layer is the fourth nitride. Grooves are formed by removing the substrate from the surface of the III-V compound semiconductor layer in the depth direction until the substrate is exposed. After the substrate is thus exposed, the remaining convex portions are removed by wet etching or the like. Thus, the first nitride III-V compound semiconductor layer, the second nitride III-V compound semiconductor layer, the third nitride III-V compound semiconductor layer, the active layer, and the fourth Nitride system III V compound semiconductor layer can be peeled from the substrate. As a material for the convex portion in this case, an amorphous material that can be easily removed by etching is preferably used. However, this peeling may be performed by other methods such as peeling by laser light irradiation (so-called laser peeling). The peeled substrate can be reused after being subjected to a treatment such as surface polishing as necessary.
典型的には、基板の一主面に凸部と凹部とを交互に周期的に形成する。この場合、凸部および凹部の周期は、好適には、3〜5μmである。また、凸部の底辺の長さと凹部の底辺の長さとの比は、好適には0.5〜3であり、最も好適には0.5付近である。基板の一主面から見たこの凸部の高さは、好適には0.3μm以上、より好適には1μm以上である。この凸部は、好適には基板の一主面に対して傾斜した側面(例えば、基板の一主面と接する側面)を有し、この側面と基板の一主面とのなす角度をθとすると、光の取り出し効率の向上を図る観点より、例えば、好適には100°<θ<160°、より好適には132°<θ<139°あるいは147°<θ<154°であり、最も好適には135°あるいは152°である。この凸部の断面形状は、種々の形状であってよく、その側面も平面だけでなく曲面であってもよいが、例えば、n角形(ただし、nは3以上の整数)、具体的には三角形、四角形、五角形、六角形など、あるいはこれらの角部を切除したものや角が丸まっているもの、円形、楕円形などであり、これらの中でも基板の一主面から見て最も高い位置に頂点を一つ持つものが望ましく、特に三角形あるいはその頂部を切除したものや頂部が丸まっているものが最も望ましい。凹部の断面形状も種々の形状であってよいが、例えば、n角形(ただし、nは3以上の整数)、具体的には三角形、四角形、五角形、六角形など、あるいはこれらの角部を切除したものや角が丸まっているものや、円形、楕円形などである。光の取り出し効率の向上を図る観点より、好適には、この凹部の断面形状は逆台形状とする。ここで、逆台形状とは、正確な逆台形だけでなく、近似的に逆台形とみなすことができるものも含むことを意味する(以下同様)。この場合、第2の窒化物系III−V族化合物半導体層の転位密度を最小化する観点より、好適には、凹部の深さ(凸部の高さと同じ)をd、凹部の底面の幅をWg 、三角形状の断面形状となる状態の第1の窒化物系III−V族化合物半導体層の斜面と基板の一主面とがなす角度をαとしたとき、2d≧Wg tanαが成立するように、d、Wg 、αを決める。αは通常一定であるため、この式が成立するようにd、Wg を決める。dは、大きすぎると原料ガスが凹部の内部に十分に供給されず、凹部の底面からの第1の窒化物系III−V族化合物半導体層の成長に支障を来し、逆に小さすぎると基板の凹部だけでなく、その両側の凸部にも第1の窒化物系III−V族化合物半導体層が成長してしまうため、これらを防止する観点より、一般的には0.5μm<d<5μmの範囲内に選ばれ、典型的には1.0±0.2μmの範囲内に選ばれる。Wg は、一般的には0.5〜5μmであり、典型的には2±0.5μmの範囲内に選ばれる。また、凸部の上面の幅Wt は、凸部の断面形状が三角形状の場合は0であるが、凸部の断面形状が台形状の場合は、この凸部は第2の窒化物系III−V族化合物半導体層の横方向成長に使用する領域であるため、長ければ長いほど転位密度の少ない部分の面積を大きくすることができる。凸部の断面形状が台形状の場合、Wt は一般的には1〜1000μmである。 Typically, convex portions and concave portions are alternately and periodically formed on one main surface of the substrate. In this case, the period of a convex part and a recessed part is 3-5 micrometers suitably. Further, the ratio of the length of the bottom of the convex portion to the length of the bottom of the concave portion is preferably 0.5 to 3, and most preferably around 0.5. The height of the convex portion viewed from one main surface of the substrate is preferably 0.3 μm or more, more preferably 1 μm or more. The convex portion preferably has a side surface inclined with respect to one main surface of the substrate (for example, a side surface in contact with one main surface of the substrate), and an angle between the side surface and one main surface of the substrate is θ. Then, from the viewpoint of improving the light extraction efficiency, for example, preferably 100 ° <θ <160 °, more preferably 132 ° <θ <139 ° or 147 ° <θ <154 °, which is most preferable. Is 135 ° or 152 °. The cross-sectional shape of the convex portion may be various shapes, and the side surface may be a curved surface as well as a flat surface. For example, an n-gon (where n is an integer of 3 or more), specifically Triangular, quadrangular, pentagonal, hexagonal, etc., or those with their corners cut off, rounded corners, circular, oval, etc. Of these, the highest position when viewed from one main surface of the board Those having one apex are desirable, and in particular, a triangle or a shape obtained by cutting off the apex or a rounded apex is most desirable. Although the cross-sectional shape of the recess may be various shapes, for example, an n-gon (where n is an integer of 3 or more), specifically, a triangle, a quadrangle, a pentagon, a hexagon, or the like, or these corners are cut off. Or rounded, oval, etc. From the viewpoint of improving the light extraction efficiency, preferably, the cross-sectional shape of the recess is an inverted trapezoid. Here, the inverted trapezoidal shape means not only an accurate inverted trapezoid but also includes an object that can be approximately regarded as an inverted trapezoid (the same applies hereinafter). In this case, from the viewpoint of minimizing the dislocation density of the second nitride-based III-V compound semiconductor layer, it is preferable that the depth of the concave portion (same as the height of the convex portion) be d and the width of the bottom surface of the concave portion. when a you a W g, the angle between the inclined surface and the main surface of the substrate of the first nitride III-V compound semiconductor layer in a state where a triangular cross-sectional shape is alpha, the 2d ≧ W g tan [alpha D, W g , and α are determined so as to hold. Since α is normally constant, d and W g are determined so that this equation is satisfied. If d is too large, the source gas is not sufficiently supplied to the inside of the recess, which hinders the growth of the first nitride-based III-V compound semiconductor layer from the bottom of the recess, and conversely if d is too small. The first nitride-based III-V compound semiconductor layer grows not only on the concave portion of the substrate but also on the convex portions on both sides thereof. From the viewpoint of preventing these, generally, 0.5 μm <d It is selected within the range of <5 μm, and typically selected within the range of 1.0 ± 0.2 μm. W g is generally 0.5 to 5 μm, and is typically selected within a range of 2 ± 0.5 μm. Further, the width W t of the top surface of the convex portion is 0 when the cross-sectional shape of the convex portion is triangular, but when the cross-sectional shape of the convex portion is trapezoidal, this convex portion is the second nitride system. Since it is a region used for the lateral growth of the III-V compound semiconductor layer, the longer the area, the larger the area of the portion having a lower dislocation density. When the cross-sectional shape of the convex portion is trapezoidal, W t is generally 1 to 1000 μm.
凸部または凹部は、例えば、基板上の一方向にストライプ状に延在するようにしてもよいし、少なくとも互いに交差する第1の方向および第2の方向にストライプ状に延在するようにすることにより凸部がn角形(ただし、nは3以上の整数)、具体的には三角形、四角形、五角形、六角形など、あるいはこれらの角部を切除したものや角が丸まっているもの、円形、楕円形、点状などの二次元パターンとなるようにしてもよい。好適な一つの例では、凸部が六角形の平面形状を有し、この凸部が蜂の巣状に二次元配列しており、この凸部を囲むように凹部が形成される。こうすることで、活性層から放出される光を360°の全方向に効率よく取り出すことができる。あるいは、凹部が六角形の平面形状を有し、この凹部が蜂の巣状に二次元配列しており、この凹部を囲むように凸部が形成されるようにしてもよい。基板の凹部がストライプ状である場合、この凹部は、例えば、第1の窒化物系III−V族化合物半導体層の〈1−100〉方向に延在し、あるいは、基板として例えばサファイア基板を用いる場合にはこのサファイア基板の〈11−20〉方向に延在してもよい。凸部は、例えば、n角錐(ただし、nは3以上の整数)、具体的には三角錐、四角錐、五角錐、六角錐など、あるいはこれらの角部を切除したものや角が丸まったもの、円錐、楕円錐などである。 For example, the convex portion or the concave portion may extend in a stripe shape in one direction on the substrate, or may extend in a stripe shape in at least a first direction and a second direction intersecting each other. As a result, the convex portion is an n-gon (where n is an integer of 3 or more), specifically, a triangle, a quadrangle, a pentagon, a hexagon, or the like, or those with the corners cut off, rounded, or circular Alternatively, it may be a two-dimensional pattern such as an ellipse or a dot. In a preferred example, the convex portions have a hexagonal planar shape, the convex portions are two-dimensionally arranged in a honeycomb shape, and concave portions are formed so as to surround the convex portions. By doing so, light emitted from the active layer can be efficiently extracted in all directions of 360 °. Alternatively, the recess may have a hexagonal planar shape, the recesses may be two-dimensionally arranged in a honeycomb shape, and a protrusion may be formed so as to surround the recess. When the concave portion of the substrate has a stripe shape, the concave portion extends, for example, in the <1-100> direction of the first nitride-based III-V compound semiconductor layer, or a sapphire substrate is used as the substrate, for example. In some cases, the sapphire substrate may extend in the <11-20> direction. The convex portion is, for example, an n-pyramid (where n is an integer of 3 or more), specifically, a triangular pyramid, a quadrangular pyramid, a pentagonal pyramid, a hexagonal pyramid, etc., or a cut or rounded corner. Things, cones, elliptical cones, etc.
凸部が基板と異なる材料からなる場合、この凸部の材料は、各種のものであってよく、導電性の有無も問わないが、例えば、酸化物や窒化物や炭化物などの誘電体、金属や合金などの導電体(透明導電体を含む)などである。酸化物としては、例えば、酸化シリコン(SiOx )、酸化チタン(TiOx )、酸化タンタル(TaOx )などの各種のものを用いることができ、これらの二種類以上を混合して、または積層膜の形で用いることもできる。窒化物としては、例えば、窒化シリコン(SiNx )、SiON、CrN、CrNOなどを用いることができ、これらの二種類以上を混合して、または積層膜の形で用いることもできる。炭化物としては、SiC、HfC、ZrC、WC、TiC、CrCなどを用いることができ、これらの二種類以上を混合して、または積層膜の形で用いることもできる。金属または合金としては、B、Al、Ga、In、W、Ni、Co、Pd、Pt、Ag、AgNi、AgPd、AuNi、AuPdなどを用いることができ、これらの二種類以上を混合して、または積層膜の形で用いることもできる。透明導電体としては、ITO(インジウム−スズ複合酸化物)、IZO(インジウム−亜鉛複合酸化物)、ZO(酸化亜鉛)、FTO(フッ素ドープ酸化スズ)、酸化スズなどを用いることができ、これらの二種類以上を混合して、または積層膜の形で用いることもできる。さらに、以上の各種の材料を二種類以上混合して、または積層膜の形で用いることもできる。金属などにより凸部を形成し、この凸部の少なくとも表面を窒化処理、酸化処理あるいは炭化処理することにより窒化物、酸化物あるいは炭化物を形成するようにしてもよい。 When the convex portion is made of a material different from that of the substrate, the material of the convex portion may be various, and may or may not be conductive. For example, a dielectric such as an oxide, nitride or carbide, metal Or a conductor such as an alloy (including a transparent conductor). As the oxide, for example, various oxides such as silicon oxide (SiO x ), titanium oxide (TiO x ), and tantalum oxide (TaO x ) can be used, and two or more of these can be mixed or laminated. It can also be used in the form of a membrane. As the nitride, for example, silicon nitride (SiN x ), SiON, CrN, CrNO or the like can be used, and two or more of these can be mixed or used in the form of a laminated film. As the carbide, SiC, HfC, ZrC, WC, TiC, CrC or the like can be used, and two or more of these can be mixed or used in the form of a laminated film. As the metal or alloy, B, Al, Ga, In, W, Ni, Co, Pd, Pt, Ag, AgNi, AgPd, AuNi, AuPd, and the like can be used. Alternatively, it can be used in the form of a laminated film. As the transparent conductor, ITO (indium-tin composite oxide), IZO (indium-zinc composite oxide), ZO (zinc oxide), FTO (fluorine-doped tin oxide), tin oxide, and the like can be used. Two or more of these may be mixed or used in the form of a laminated film. Further, two or more of the various materials described above can be mixed or used in the form of a laminated film. A convex portion may be formed of metal or the like, and nitride, oxide, or carbide may be formed by nitriding, oxidizing, or carbonizing at least the surface of the convex portion.
凸部の屈折率は、必要に応じて設計により決められるが、一般的には、基板の屈折率およびこの基板上に成長させる窒化物系III−V族化合物半導体層の屈折率とは異なる屈折率に選ばれ、典型的には、基板の屈折率以下に選ばれる。
凸部には、必要に応じて、活性層から放出される光を散乱し、光取り出し効率の向上を図り、発光ダイオードの高出力化を図る目的で、散乱中心を導入するようにしてもよい。このような散乱中心としては、例えばシリコンナノ結晶などのシリコン微粒子を用いることができる。このようなシリコン微粒子が導入された凸部を形成するためには、例えば、基板上に酸化シリコンにより凸部を形成した後、熱処理を行えばよい。
The refractive index of the convex portion is determined by design as necessary, but in general, the refractive index is different from the refractive index of the substrate and the refractive index of the nitride III-V compound semiconductor layer grown on the substrate. Typically, it is selected to be equal to or lower than the refractive index of the substrate.
If necessary, the projections may scatter light emitted from the active layer, improve light extraction efficiency, and introduce a scattering center for the purpose of increasing the output of the light emitting diode. . As such a scattering center, for example, silicon fine particles such as silicon nanocrystals can be used. In order to form the convex portion into which such silicon fine particles are introduced, for example, the convex portion may be formed on the substrate with silicon oxide and then heat treatment may be performed.
基板の凹部にのみ第1の窒化物系III−V族化合物半導体層を成長させる観点より、例えば、凸部の少なくとも表面を非晶質層により形成してもよい。この非晶質層は成長マスクとなるものである。これは、非晶質層上では成長時に核形成が起きにくいことを利用したものである。この非晶質層は、各種の成膜法により基板上に成膜したり、金属などにより凸部を形成し、この凸部の表面を酸化することなどにより形成してもよい。この非晶質層は、例えば、SiOx 膜、SiNx 膜、非晶質Si(a−Si)膜、非晶質CrN膜あるいはこれらの二種類以上の積層膜などであり、一般的には絶縁膜である。場合によっては、凸部を基板上に形成された第1の非晶質層、第2の非晶質層および第3の非晶質層により形成してもよい。この場合、例えば、第2の非晶質層は、第1の非晶質層および第3の非晶質層に対して選択的にエッチング可能なものとしてもよい。
第3の窒化物系III−V族化合物半導体層には、これと電気的に接続された状態で第1の導電型側の電極を形成する。同様に、第4の窒化物系III−V族化合物半導体層にも、これと電気的に接続された状態で第2の導電型側の電極を形成する。
From the viewpoint of growing the first nitride-based III-V compound semiconductor layer only in the concave portion of the substrate, for example, at least the surface of the convex portion may be formed of an amorphous layer. This amorphous layer serves as a growth mask. This utilizes the fact that nucleation hardly occurs during growth on an amorphous layer. This amorphous layer may be formed on the substrate by various film forming methods, or may be formed by forming a convex portion with metal or the like and oxidizing the surface of the convex portion. This amorphous layer is, for example, a SiO x film, a SiN x film, an amorphous Si (a-Si) film, an amorphous CrN film, or a laminated film of two or more of these, and is generally It is an insulating film. In some cases, the convex portion may be formed of a first amorphous layer, a second amorphous layer, and a third amorphous layer formed on the substrate. In this case, for example, the second amorphous layer may be selectively etched with respect to the first amorphous layer and the third amorphous layer.
In the third nitride-based III-V compound semiconductor layer, an electrode on the first conductivity type side is formed in a state of being electrically connected thereto. Similarly, an electrode on the second conductivity type side is formed on the fourth nitride-based III-V compound semiconductor layer in a state of being electrically connected thereto.
基板としては種々のものを用いることができる。窒化物系III−V族化合物半導体と異なる物質からなる基板としては、具体的には、例えば、サファイア(c面、a面、r面などを含み、これらの面からオフした面のものも含む)、SiC(6H、4H、3Cを含む)、Si、ZnS、ZnO、LiMgO、GaAs、スピネル(MgAl2 O4 、ScAlMgO4 )、ガーネット、CrN(例えば、CrN(111))などからなる基板を用いることができ、好適には、これらの材料からなる六方晶基板または立方晶基板、より好適には六方晶基板を用いる。基板としては、窒化物系III−V族化合物半導体(GaN、AlGaInN、AlN、GaInNなど)からなる基板を用いてもよい。あるいは、基板として、窒化物系III−V族化合物半導体と異なる物質からなる基板上に窒化物系III−V族化合物半導体層を成長させ、この窒化物系III−V族化合物半導体層に上記の凸部を形成したものであってもよい。
なお、例えば、基板上に窒化物系III−V族化合物半導体層などの層を成長させたものを基板として用いる場合、凸部の材料はこの凸部の直下の層と異なる材料のものが用いられる。
基板は、必要に応じて除去してもよい。
Various substrates can be used as the substrate. Specifically, the substrate made of a material different from the nitride III-V compound semiconductor includes, for example, sapphire (including a c-plane, a-plane, r-plane, etc., and a plane off from these planes). ), SiC (including 6H, 4H, 3C), Si, ZnS, ZnO, LiMgO, GaAs, spinel (MgAl 2 O 4 , ScAlMgO 4 ), garnet, CrN (for example, CrN (111)), etc. Preferably, a hexagonal or cubic substrate made of these materials, more preferably a hexagonal substrate is used. As the substrate, a substrate made of a nitride III-V group compound semiconductor (GaN, AlGaInN, AlN, GaInN, etc.) may be used. Alternatively, a nitride III-V compound semiconductor layer is grown as a substrate on a substrate made of a material different from the nitride III-V compound semiconductor, and the nitride III-V compound semiconductor layer is formed on the nitride III-V compound semiconductor layer. What formed the convex part may be sufficient.
For example, when a substrate such as a nitride III-V group compound semiconductor layer grown on a substrate is used as the substrate, the material of the convex portion is different from that of the layer immediately below the convex portion. It is done.
The substrate may be removed as necessary.
第1〜第4の窒化物系III−V族化合物半導体層および活性層を構成する窒化物系III−V族化合物半導体層は、最も一般的には、AlX By Ga1-x-y-z Inz Asu N1-u-v Pv (ただし、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、0≦u≦1、0≦v≦1、0≦x+y+z<1、0≦u+v<1)からなり、より具体的には、AlX By Ga1-x-y-z Inz N(ただし、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、0≦x+y+z<1)からなり、典型的には、AlX Ga1-x-z Inz N(ただし、0≦x≦1、0≦z≦1)からなり、具体例を挙げると、GaN、InN、AlN、AlGaN、InGaN、AlGaInNなどからなる。第1〜第4の窒化物系III−V族化合物半導体層および活性層を構成する窒化物系III−V族化合物半導体層は、例えばGaNにBやCrなどを含ませると転位の屈曲を促進する効果があるので、BGaN、GaNにBをドープしたGaN:B、GaNにCrをドープしたGaN:Crなどからなるものであってもよい。特に最初に基板の凹部に成長させる第1の窒化物系III−V族化合物半導体層としては、好適には、GaN、InX Ga1-x N(0<x<0.5)、AlX Ga1-x N(0<x<0.5)、AlX Iny Ga1-x-y N(0<x<0.5、0<y<0.2)からなるものが用いられる。第1の導電型はn型であってもp型であってもよく、それに応じて第2の導電型はp型またはn型である。また、基板上に最初に成長させるいわゆる低温バッファ層としてはGaNバッファ層、AlNバッファ層、AlGaNバッファ層などが一般的に用いられるが、これらにCrをドープしたものやCrNバッファ層などを用いてもよい。 The first to fourth nitride III-V compound semiconductor layer and the nitride constituting the active layer based III-V compound semiconductor layer, most commonly, Al X B y Ga 1- xyz In z As u N 1-uv P v (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1, 0 ≦ u ≦ 1, 0 ≦ v ≦ 1, 0 ≦ x + y + z <1, 0 ≦ u + v <consists 1), more specifically, Al X B y Ga 1- xyz in z N ( However, 0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1,0 ≦ z ≦ 1,0 ≦ x + y + z <1) Typically, it consists of Al x Ga 1 -xz In z N (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1). Specific examples are GaN, InN, AlN, AlGaN, InGaN. And AlGaInN. The nitride III-V compound semiconductor layer constituting the first to fourth nitride III-V compound semiconductor layers and the active layer promotes the bending of dislocations when, for example, B or Cr is contained in GaN. Therefore, it may be made of BGaN, GaN: B doped GaN: B, GaN: Cr doped GaN: Cr, or the like. Particularly first first nitride III-V compound semiconductor layer grown on the recessed portions of the substrate, preferably, GaN, In X Ga 1- x N (0 <x <0.5), Al X A material consisting of Ga 1-x N (0 <x <0.5) and Al x In y Ga 1-xy N (0 <x <0.5, 0 <y <0.2) is used. The first conductivity type may be n-type or p-type, and the second conductivity type is p-type or n-type accordingly. In addition, as a so-called low-temperature buffer layer that is first grown on the substrate, a GaN buffer layer, an AlN buffer layer, an AlGaN buffer layer, etc. are generally used, and those doped with Cr or CrN buffer layers are used. Also good.
第2の窒化物系III−V族化合物半導体層の厚さは、必要に応じて選ばれ、典型的には数μm程度以下であるが、用途などによってはより厚く、例えば数10〜300μm程度であってもよい。
第1〜第4の窒化物系III−V族化合物半導体層および活性層を構成する窒化物系III−V族化合物半導体層の成長方法としては、例えば、有機金属化学気相成長(MOCVD)、ハイドライド気相エピタキシャル成長あるいはハライド気相エピタキシャル成長(HVPE)、分子線エピタキシー(MBE)などの各種のエピタキシャル成長法を用いることができる。
The thickness of the second nitride-based III-V compound semiconductor layer is selected as necessary, and is typically about several μm or less, but is thicker depending on the application, for example, about several tens to 300 μm. It may be.
Examples of a method for growing the nitride III-V compound semiconductor layers constituting the first to fourth nitride III-V compound semiconductor layers and the active layer include, for example, metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), Various epitaxial growth methods such as hydride vapor phase epitaxial growth, halide vapor phase epitaxial growth (HVPE), and molecular beam epitaxy (MBE) can be used.
第2の発明は、
一主面に複数の凸部を有する基板と、
上記基板上に、上記基板の凹部に空隙を形成しないで成長された第5の窒化物系III−V族化合物半導体層と、
上記第5の窒化物系III−V族化合物半導体層上の第1の導電型の第3の窒化物系III−V族化合物半導体層、活性層および第2の導電型の第4の窒化物系III−V族化合物半導体層とを有し、
上記第5の窒化物系III−V族化合物半導体層において、上記凹部の底面との界面から上記一主面に対して垂直方向に発生した転位が、上記凹部の底面を底辺とする三角形状部の斜面またはその近傍に到達し、そこから上記一主面に平行な方向に屈曲しており、
上記第5の窒化物系III−V族化合物半導体層、上記第3の窒化物系III−V族化合物半導体層、上記活性層および上記第4の窒化物系III−V族化合物半導体層のうちの上記凹部および/または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分が、上記第4の窒化物系III−V族化合物半導体層の表面から深さ方向に、少なくとも上記第3の窒化物系III−V族化合物半導体層が露出するまで除去されて溝が形成され、上記活性層からの発光波長の光に対して透明な誘電体により上記溝が埋められ、当該誘電体の表面が凹部および/または凸部を有し、および/または、当該誘電体が光散乱粒子を含む
ことを特徴とする発光ダイオードである。
The second invention is
A substrate having a plurality of convex portions on one main surface;
A fifth nitride-based III-V compound semiconductor layer grown on the substrate without forming a void in the recess of the substrate;
The third nitride III-V compound semiconductor layer of the first conductivity type on the fifth nitride III-V compound semiconductor layer, the active layer, and the fourth nitride of the second conductivity type A system III-V compound semiconductor layer,
In the fifth nitride-based III-V compound semiconductor layer, a dislocation generated in a direction perpendicular to the one main surface from the interface with the bottom surface of the recess is a triangular portion having the bottom surface of the recess as a base. Is bent in a direction parallel to the one principal surface,
Of the fifth nitride III-V compound semiconductor layer, the third nitride III-V compound semiconductor layer, the active layer, and the fourth nitride III-V compound semiconductor layer At least the third nitridation in a depth direction from the surface of the fourth nitride-based III-V compound semiconductor layer. The physical group III-V compound semiconductor layer is removed until it is exposed to form a groove, and the groove is filled with a dielectric transparent to the light having the emission wavelength from the active layer, and the surface of the dielectric is It is a light emitting diode which has a recessed part and / or a convex part, and / or the said dielectric material contains light-scattering particle | grains.
第2の発明ならびに後述の第3〜第7の発明において、第5の窒化物系III−V族化合物半導体層は、第1の発明における第1の窒化物系III−V族化合物半導体層および第2の窒化物系III−V族化合物半導体層に対応するものである。溝を埋める誘電体は、好適には、第5の窒化物系III−V族化合物半導体層、第3の窒化物系III−V族化合物半導体層、活性層および第4の窒化物系III−V族化合物半導体層の屈折率よりも小さい屈折率を有するが、これに限定されるものではない。
基板は、必要に応じて除去してもよい。
第2の発明および後述の第3〜第13の発明においては、その性質に反しない限り、第1の発明に関連して説明したことが成立する。
In the second invention and the third to seventh inventions described later, the fifth nitride-based III-V compound semiconductor layer is the first nitride-based III-V compound semiconductor layer in the first invention and This corresponds to the second nitride-based III-V compound semiconductor layer. The dielectric filling the trench is preferably a fifth nitride III-V compound semiconductor layer, a third nitride III-V compound semiconductor layer, an active layer, and a fourth nitride III- Although it has a refractive index smaller than the refractive index of a V group compound semiconductor layer, it is not limited to this.
The substrate may be removed as necessary.
In the second invention and the third to thirteenth inventions to be described later, what has been described in relation to the first invention is valid as long as it is not contrary to the nature thereof.
第3の発明は、
赤色発光の発光ダイオード、緑色発光の発光ダイオードおよび青色発光の発光ダイオードをそれぞれ少なくとも一つ含むセルが複数個配列した光源セルユニットにおいて、
上記赤色発光の発光ダイオード、上記緑色発光の発光ダイオードおよび上記青色発光の発光ダイオードのうちの少なくとも一つの発光ダイオードが、
一主面に複数の凸部を有する基板と、
上記基板上に、上記基板の凹部に空隙を形成しないで成長された第5の窒化物系III−V族化合物半導体層と、
上記第5の窒化物系III−V族化合物半導体層上の第1の導電型の第3の窒化物系III−V族化合物半導体層、活性層および第2の導電型の第4の窒化物系III−V族化合物半導体層とを有し、
上記第5の窒化物系III−V族化合物半導体層において、上記凹部の底面との界面から上記一主面に対して垂直方向に発生した転位が、上記凹部の底面を底辺とする三角形状部の斜面またはその近傍に到達し、そこから上記一主面に平行な方向に屈曲しており、
上記第5の窒化物系III−V族化合物半導体層、上記第3の窒化物系III−V族化合物半導体層、上記活性層および上記第4の窒化物系III−V族化合物半導体層のうちの上記凹部および/または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分が、上記第4の窒化物系III−V族化合物半導体層の表面から深さ方向に、少なくとも上記第3の窒化物系III−V族化合物半導体層が露出するまで除去されて溝が形成され、上記活性層からの発光波長の光に対して透明な誘電体により上記溝が埋められ、当該誘電体の表面が凹部および/または凸部を有し、および/または、当該誘電体が光散乱粒子を含むものである
ことを特徴とするものである。
The third invention is
In a light source cell unit in which a plurality of cells each including at least one red light emitting diode, green light emitting diode and blue light emitting diode are arranged,
At least one of the red light emitting diode, the green light emitting diode, and the blue light emitting diode,
A substrate having a plurality of convex portions on one main surface;
A fifth nitride-based III-V compound semiconductor layer grown on the substrate without forming a void in the recess of the substrate;
The third nitride III-V compound semiconductor layer of the first conductivity type on the fifth nitride III-V compound semiconductor layer, the active layer, and the fourth nitride of the second conductivity type A system III-V compound semiconductor layer,
In the fifth nitride-based III-V compound semiconductor layer, a dislocation generated in a direction perpendicular to the one main surface from the interface with the bottom surface of the recess is a triangular portion having the bottom surface of the recess as a base. Is bent in a direction parallel to the one principal surface,
Of the fifth nitride III-V compound semiconductor layer, the third nitride III-V compound semiconductor layer, the active layer, and the fourth nitride III-V compound semiconductor layer At least the third nitridation in a depth direction from the surface of the fourth nitride-based III-V compound semiconductor layer. The physical group III-V compound semiconductor layer is removed until it is exposed to form a groove, and the groove is filled with a dielectric transparent to the light having the emission wavelength from the active layer, and the surface of the dielectric is It has a recessed part and / or a convex part, and / or the said dielectric material is what contains a light-scattering particle, It is characterized by the above-mentioned.
第4の発明は、
赤色発光の発光ダイオード、緑色発光の発光ダイオードおよび青色発光の発光ダイオードをそれぞれ複数個配列した発光ダイオードバックライトにおいて、
上記赤色発光の発光ダイオード、上記緑色発光の発光ダイオードおよび上記青色発光の発光ダイオードのうちの少なくとも一つの発光ダイオードが、
一主面に複数の凸部を有する基板と、
上記基板上に、上記基板の凹部に空隙を形成しないで成長された第5の窒化物系III−V族化合物半導体層と、
上記第5の窒化物系III−V族化合物半導体層上の第1の導電型の第3の窒化物系III−V族化合物半導体層、活性層および第2の導電型の第4の窒化物系III−V族化合物半導体層とを有し、
上記第5の窒化物系III−V族化合物半導体層において、上記凹部の底面との界面から上記一主面に対して垂直方向に発生した転位が、上記凹部の底面を底辺とする三角形状部の斜面またはその近傍に到達し、そこから上記一主面に平行な方向に屈曲しており、
上記第5の窒化物系III−V族化合物半導体層、上記第3の窒化物系III−V族化合物半導体層、上記活性層および上記第4の窒化物系III−V族化合物半導体層のうちの上記凹部および/または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分が、上記第4の窒化物系III−V族化合物半導体層の表面から深さ方向に、少なくとも上記第3の窒化物系III−V族化合物半導体層が露出するまで除去されて溝が形成され、上記活性層からの発光波長の光に対して透明な誘電体により上記溝が埋められ、当該誘電体の表面が凹部および/または凸部を有し、および/または、当該誘電体が光散乱粒子を含むものである
ことを特徴とするものである。
The fourth invention is:
In a light emitting diode backlight in which a plurality of red light emitting diodes, green light emitting diodes and blue light emitting diodes are arranged,
At least one of the red light emitting diode, the green light emitting diode, and the blue light emitting diode,
A substrate having a plurality of convex portions on one main surface;
A fifth nitride-based III-V compound semiconductor layer grown on the substrate without forming a void in the recess of the substrate;
The third nitride III-V compound semiconductor layer of the first conductivity type on the fifth nitride III-V compound semiconductor layer, the active layer, and the fourth nitride of the second conductivity type A system III-V compound semiconductor layer,
In the fifth nitride-based III-V compound semiconductor layer, a dislocation generated in a direction perpendicular to the one main surface from the interface with the bottom surface of the recess is a triangular portion having the bottom surface of the recess as a base. Is bent in a direction parallel to the one principal surface,
Of the fifth nitride III-V compound semiconductor layer, the third nitride III-V compound semiconductor layer, the active layer, and the fourth nitride III-V compound semiconductor layer At least the third nitridation in a depth direction from the surface of the fourth nitride-based III-V compound semiconductor layer. The physical group III-V compound semiconductor layer is removed until it is exposed to form a groove, and the groove is filled with a dielectric transparent to the light having the emission wavelength from the active layer, and the surface of the dielectric is It has a recessed part and / or a convex part, and / or the said dielectric material is what contains a light-scattering particle, It is characterized by the above-mentioned.
第5の発明は、
赤色発光の発光ダイオード、緑色発光の発光ダイオードおよび青色発光の発光ダイオードをそれぞれ複数個配列した発光ダイオード照明装置において、
上記赤色発光の発光ダイオード、上記緑色発光の発光ダイオードおよび上記青色発光の発光ダイオードのうちの少なくとも一つの発光ダイオードが、
一主面に複数の凸部を有する基板と、
上記基板上に、上記基板の凹部に空隙を形成しないで成長された第5の窒化物系III−V族化合物半導体層と、
上記第5の窒化物系III−V族化合物半導体層上の第1の導電型の第3の窒化物系III−V族化合物半導体層、活性層および第2の導電型の第4の窒化物系III−V族化合物半導体層とを有し、
上記第5の窒化物系III−V族化合物半導体層において、上記凹部の底面との界面から上記一主面に対して垂直方向に発生した転位が、上記凹部の底面を底辺とする三角形状部の斜面またはその近傍に到達し、そこから上記一主面に平行な方向に屈曲しており、
上記第5の窒化物系III−V族化合物半導体層、上記第3の窒化物系III−V族化合物半導体層、上記活性層および上記第4の窒化物系III−V族化合物半導体層のうちの上記凹部および/または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分が、上記第4の窒化物系III−V族化合物半導体層の表面から深さ方向に、少なくとも上記第3の窒化物系III−V族化合物半導体層が露出するまで除去されて溝が形成され、上記活性層からの発光波長の光に対して透明な誘電体により上記溝が埋められ、当該誘電体の表面が凹部および/または凸部を有し、および/または、当該誘電体が光散乱粒子を含むものである
ことを特徴とするものである。
The fifth invention is:
In a light emitting diode illuminating device in which a plurality of red light emitting diodes, green light emitting diodes and blue light emitting diodes are arranged,
At least one of the red light emitting diode, the green light emitting diode, and the blue light emitting diode,
A substrate having a plurality of convex portions on one main surface;
A fifth nitride-based III-V compound semiconductor layer grown on the substrate without forming a void in the recess of the substrate;
The third nitride III-V compound semiconductor layer of the first conductivity type on the fifth nitride III-V compound semiconductor layer, the active layer, and the fourth nitride of the second conductivity type A system III-V compound semiconductor layer,
In the fifth nitride-based III-V compound semiconductor layer, a dislocation generated in a direction perpendicular to the one main surface from the interface with the bottom surface of the recess is a triangular portion having the bottom surface of the recess as a base. Is bent in a direction parallel to the one principal surface,
Of the fifth nitride III-V compound semiconductor layer, the third nitride III-V compound semiconductor layer, the active layer, and the fourth nitride III-V compound semiconductor layer At least the third nitridation in a depth direction from the surface of the fourth nitride-based III-V compound semiconductor layer. The physical group III-V compound semiconductor layer is removed until it is exposed to form a groove, and the groove is filled with a dielectric transparent to the light having the emission wavelength from the active layer, and the surface of the dielectric is It has a recessed part and / or a convex part, and / or the said dielectric material is what contains a light-scattering particle, It is characterized by the above-mentioned.
第6の発明は、
赤色発光の発光ダイオード、緑色発光の発光ダイオードおよび青色発光の発光ダイオードをそれぞれ複数個配列した発光ダイオードディスプレイにおいて、
上記赤色発光の発光ダイオード、上記緑色発光の発光ダイオードおよび上記青色発光の発光ダイオードのうちの少なくとも一つの発光ダイオードが、
一主面に複数の凸部を有する基板と、
上記基板上に、上記基板の凹部に空隙を形成しないで成長された第5の窒化物系III−V族化合物半導体層と、
上記第5の窒化物系III−V族化合物半導体層上の第1の導電型の第3の窒化物系III−V族化合物半導体層、活性層および第2の導電型の第4の窒化物系III−V族化合物半導体層とを有し、
上記第5の窒化物系III−V族化合物半導体層において、上記凹部の底面との界面から上記一主面に対して垂直方向に発生した転位が、上記凹部の底面を底辺とする三角形状部の斜面またはその近傍に到達し、そこから上記一主面に平行な方向に屈曲しており、
上記第5の窒化物系III−V族化合物半導体層、上記第3の窒化物系III−V族化合物半導体層、上記活性層および上記第4の窒化物系III−V族化合物半導体層のうちの上記凹部および/または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分が、上記第4の窒化物系III−V族化合物半導体層の表面から深さ方向に、少なくとも上記第3の窒化物系III−V族化合物半導体層が露出するまで除去されて溝が形成され、上記活性層からの発光波長の光に対して透明な誘電体により上記溝が埋められ、当該誘電体の表面が凹部および/または凸部を有し、および/または、当該誘電体が光散乱粒子を含むものである
ことを特徴とするものである。
第3〜第6の発明において、赤色発光の発光ダイオードとしては、例えば、AlGaInP系半導体を用いたものを用いることもできる。
The sixth invention is:
In a light emitting diode display in which a plurality of red light emitting diodes, green light emitting diodes and blue light emitting diodes are arranged,
At least one of the red light emitting diode, the green light emitting diode, and the blue light emitting diode,
A substrate having a plurality of convex portions on one main surface;
A fifth nitride-based III-V compound semiconductor layer grown on the substrate without forming a void in the recess of the substrate;
The third nitride III-V compound semiconductor layer of the first conductivity type on the fifth nitride III-V compound semiconductor layer, the active layer, and the fourth nitride of the second conductivity type A system III-V compound semiconductor layer,
In the fifth nitride-based III-V compound semiconductor layer, a dislocation generated in a direction perpendicular to the one main surface from the interface with the bottom surface of the recess is a triangular portion having the bottom surface of the recess as a base. Is bent in a direction parallel to the one principal surface,
Of the fifth nitride III-V compound semiconductor layer, the third nitride III-V compound semiconductor layer, the active layer, and the fourth nitride III-V compound semiconductor layer At least the third nitridation in a depth direction from the surface of the fourth nitride-based III-V compound semiconductor layer. The physical group III-V compound semiconductor layer is removed until it is exposed to form a groove, and the groove is filled with a dielectric transparent to the light having the emission wavelength from the active layer, and the surface of the dielectric is It has a recessed part and / or a convex part, and / or the said dielectric material is what contains a light-scattering particle, It is characterized by the above-mentioned.
In the third to sixth inventions, for example, a red light emitting diode using an AlGaInP-based semiconductor can be used.
第7の発明は、
一つまたは複数の発光ダイオードを有する電子機器において、
少なくとも一つの上記発光ダイオードが、
一主面に複数の凸部を有する基板と、
上記基板上に、上記基板の凹部に空隙を形成しないで成長された第5の窒化物系III−V族化合物半導体層と、
上記第5の窒化物系III−V族化合物半導体層上の第1の導電型の第3の窒化物系III−V族化合物半導体層、活性層および第2の導電型の第4の窒化物系III−V族化合物半導体層とを有し、
上記第5の窒化物系III−V族化合物半導体層において、上記凹部の底面との界面から上記一主面に対して垂直方向に発生した転位が、上記凹部の底面を底辺とする三角形状部の斜面またはその近傍に到達し、そこから上記一主面に平行な方向に屈曲しており、
上記第5の窒化物系III−V族化合物半導体層、上記第3の窒化物系III−V族化合物半導体層、上記活性層および上記第4の窒化物系III−V族化合物半導体層のうちの上記凹部および/または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分が、上記第4の窒化物系III−V族化合物半導体層の表面から深さ方向に、少なくとも上記第3の窒化物系III−V族化合物半導体層が露出するまで除去されて溝が形成され、上記活性層からの発光波長の光に対して透明な誘電体により上記溝が埋められ、当該誘電体の表面が凹部および/または凸部を有し、および/または、当該誘電体が光散乱粒子を含むものである
ことを特徴とするものである。
The seventh invention
In an electronic device having one or more light emitting diodes,
At least one of the light emitting diodes,
A substrate having a plurality of convex portions on one main surface;
A fifth nitride-based III-V compound semiconductor layer grown on the substrate without forming a void in the recess of the substrate;
The third nitride III-V compound semiconductor layer of the first conductivity type on the fifth nitride III-V compound semiconductor layer, the active layer, and the fourth nitride of the second conductivity type A system III-V compound semiconductor layer,
In the fifth nitride-based III-V compound semiconductor layer, a dislocation generated in a direction perpendicular to the one main surface from the interface with the bottom surface of the recess is a triangular portion having the bottom surface of the recess as a base. Is bent in a direction parallel to the one principal surface,
Of the fifth nitride III-V compound semiconductor layer, the third nitride III-V compound semiconductor layer, the active layer, and the fourth nitride III-V compound semiconductor layer At least the third nitridation in a depth direction from the surface of the fourth nitride-based III-V compound semiconductor layer. The physical group III-V compound semiconductor layer is removed until it is exposed to form a groove, and the groove is filled with a dielectric transparent to the light having the emission wavelength from the active layer, and the surface of the dielectric is It has a recessed part and / or a convex part, and / or the said dielectric material is what contains a light-scattering particle, It is characterized by the above-mentioned.
第7の発明において、電子機器は、発光ダイオードバックライト(液晶ディスプレイのバックライトなど)、発光ダイオード照明装置、発光ダイオードディスプレイなど、さらには発光ダイオードを光源とするプロジェクタあるいはリアプロジェクションテレビ、グレーティングライトバルブ(GLV)などを含むが、一般的には、表示、照明、光通信、光伝送やその他の目的で少なくとも一つの発光ダイオードを有するものであれば、基本的にはどのようなものであってもよく、携帯型のものと据え置き型のものとの双方を含むが、上記以外の具体例を挙げると、携帯電話、モバイル機器、ロボット、パーソナルコンピュータ、車載機器、各種家庭電気製品、発光ダイオード光通信装置、発光ダイオード光伝送装置、電子鍵などのポータブルセキュリティー機器などである。電子機器にはまた、遠赤外波長帯域、赤外波長帯域、赤色波長帯域、黄色波長帯域、緑色波長帯域、青色波長帯域、紫色波長帯域、紫外波長帯域などのうちの互いに異なる波長帯域の光を放出する二種類以上の発光ダイオードを組み合わせたものも含まれる。特に、発光ダイオード照明装置では、赤色波長帯域、黄色波長帯域、緑色波長帯域、青色波長帯域、紫色波長帯域などのうちの互いに異なる波長帯域の可視光を放出する二種類以上の発光ダイオードを組み合わせ、これらの発光ダイオードから放出される二種類以上の光を混合して自然光あるいは白色光を得ることができる。また、青色波長帯域、紫色波長帯域、紫外波長帯域などのうちの少なくとも一つの波長帯域の光を放出する発光ダイオードを光源として用い、この発光ダイオードから放出される光を蛍光体に照射して励起することにより得られる光を混合して自然光あるいは白色光を得ることができる。また、これらの互いに異なる波長帯域の可視光を放出する発光ダイオードを例えば、セル単位、カルテット単位、クラスター単位なる集合単位(厳密には、これらの単位に1単位に含まれる発光ダイオードの数は定義されておらず、同一波長または異なる波長の光を放出する複数の発光ダイオードで同一集団を複数形成し、これらを配線基板、配線パッケージ、配線筐体壁などに搭載する場合の1集合単位名称。)にまとめ、具体的には、例えば、三つの発光ダイオード(例えば、赤色発光の発光ダイオードを一つ、緑色発光の発光ダイオードを一つ、青色発光の発光ダイオードを一つ)からなる単位、または四つの発光ダイオード(例えば、赤色発光の発光ダイオードを一つ、緑色発光の発光ダイオードを二つ、青色発光の発光ダイオードを一つ)からなる単位、または五つ以上の発光ダイオードからなる単位などにまとめ、各単位を基板上または板上、あるいは筐体板上に二次元アレイ状や一列または複数列に搭載するようにしてもよい。 In the seventh invention, the electronic device includes a light-emitting diode backlight (such as a backlight of a liquid crystal display), a light-emitting diode illuminating device, a light-emitting diode display, and the like. (GLV), etc., but in general, anything that has at least one light emitting diode for display, illumination, optical communication, optical transmission and other purposes is basically Well, including both portable and stationary types, but specific examples other than the above include mobile phones, mobile devices, robots, personal computers, in-vehicle devices, various household electrical appliances, light-emitting diode light Portable devices such as communication devices, light-emitting diode optical transmission devices, and electronic keys Security equipment, and the like. Electronic devices also include light in different wavelength bands, such as far-infrared wavelength band, infrared wavelength band, red wavelength band, yellow wavelength band, green wavelength band, blue wavelength band, purple wavelength band, and ultraviolet wavelength band. A combination of two or more types of light emitting diodes that emit light is also included. In particular, in a light emitting diode lighting device, a combination of two or more types of light emitting diodes that emit visible light in different wavelength bands among a red wavelength band, a yellow wavelength band, a green wavelength band, a blue wavelength band, a purple wavelength band, and the like, Two or more types of light emitted from these light emitting diodes can be mixed to obtain natural light or white light. Also, a light emitting diode that emits light in at least one of the blue wavelength band, purple wavelength band, and ultraviolet wavelength band is used as a light source, and the phosphor is irradiated with light emitted from the light emitting diode for excitation. By mixing the light obtained by doing so, natural light or white light can be obtained. Further, light emitting diodes that emit visible light having different wavelength bands are defined as, for example, cell units, quartet units, cluster units (a strict definition is the number of light emitting diodes included in one unit). A single unit name when a plurality of light emitting diodes that emit light of the same wavelength or different wavelengths are formed in the same group and are mounted on a wiring board, wiring package, wiring housing wall, or the like. Specifically, for example, a unit composed of three light emitting diodes (for example, one red light emitting diode, one green light emitting diode, and one blue light emitting diode), or Four light emitting diodes (eg, one red light emitting diode, two green light emitting diodes, blue light emitting diode) 1 unit), or units consisting of five or more light emitting diodes, etc., and each unit is mounted on a substrate or plate, or on a housing plate in a two-dimensional array or in one or more rows. May be.
第8の発明は、
一主面に複数の凸部を有する基板を用い、当該基板の凹部に、その底面を底辺とする三角形状の断面形状となる状態を経て第1の半導体層を成長させる工程と、
上記第1の半導体層から上記基板上に第2の半導体層を横方向成長させる工程と、
上記第2の半導体層上に第1の導電型の第3の半導体層、活性層および第2の導電型の第4の半導体層を成長させる工程と、
上記第1の半導体層、上記第2の半導体層、上記第3の半導体層、上記活性層および上記第4の半導体層のうちの上記凹部および/または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分を、上記第4の半導体層の表面から深さ方向に、少なくとも上記第3の半導体層が露出するまで除去することにより溝を形成する工程と、
上記活性層からの発光波長の光に対して透明な誘電体により上記溝を埋め、この際、当該誘電体の表面が凹部および/または凸部を有し、および/または、当該誘電体が光散乱粒子を含むようにする工程と
を有することを特徴とする発光ダイオードの製造方法である。
The eighth invention
Using a substrate having a plurality of convex portions on one principal surface, and growing a first semiconductor layer in a concave portion of the substrate through a triangular cross-sectional shape having a bottom surface as a base;
Laterally growing a second semiconductor layer on the substrate from the first semiconductor layer;
Growing a third semiconductor layer of the first conductivity type, an active layer and a fourth semiconductor layer of the second conductivity type on the second semiconductor layer;
Of the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, the third semiconductor layer, the active layer, and the fourth semiconductor layer, in the central portion between the concave portions and / or the concave portions adjacent to each other. Forming a groove by removing a corresponding portion in a depth direction from the surface of the fourth semiconductor layer until at least the third semiconductor layer is exposed; and
The groove is filled with a dielectric that is transparent to the light having the emission wavelength from the active layer. At this time, the surface of the dielectric has a recess and / or a protrusion, and / or the dielectric A method for producing a light emitting diode, comprising the step of containing scattering particles.
第9の発明は、
一主面に複数の凸部を有する基板と、
上記基板上に、上記基板の凹部に空隙を形成しないで成長された第5の半導体層と、
上記第5の半導体層上の第1の導電型の第3の半導体層、活性層および第2の導電型の第4の半導体層とを有し、
上記第5の半導体層において、上記凹部の底面との界面から上記一主面に対して垂直方向に発生した転位が、上記凹部の底面を底辺とする三角形状部の斜面またはその近傍に到達し、そこから上記一主面に平行な方向に屈曲しており、
上記第5の半導体層、上記第3の半導体層、上記活性層および上記第4の半導体層のうちの上記凹部および/または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分が、上記第4の半導体層の表面から深さ方向に、少なくとも上記第3の半導体層が露出するまで除去されて溝が形成され、上記活性層からの発光波長の光に対して透明な誘電体により上記溝が埋められ、当該誘電体の表面が凹部および/または凸部を有し、および/または、当該誘電体が光散乱粒子を含む
ことを特徴とする発光ダイオードである。
第9の発明において、第5の半導体層は、第8の発明における第1の半導体層および第2の半導体層に対応するものである。
The ninth invention
A substrate having a plurality of convex portions on one main surface;
A fifth semiconductor layer grown on the substrate without forming a void in the recess of the substrate;
A third semiconductor layer of a first conductivity type on the fifth semiconductor layer, an active layer and a fourth semiconductor layer of a second conductivity type;
In the fifth semiconductor layer, dislocations generated from the interface with the bottom surface of the recess in a direction perpendicular to the one principal surface reach the slope of the triangular portion having the bottom surface of the recess as a base or the vicinity thereof. From there, it is bent in a direction parallel to the one principal surface,
Of the fifth semiconductor layer, the third semiconductor layer, the active layer, and the fourth semiconductor layer, a portion corresponding to a central portion between the recesses and / or the recesses adjacent to each other is the first semiconductor layer. 4 is removed from the surface of the
In the ninth invention, the fifth semiconductor layer corresponds to the first semiconductor layer and the second semiconductor layer in the eighth invention.
第8および第9の発明において、第1〜第5の半導体層は、窒化物系III−V族化合物半導体のほか、ウルツ鉱型(wurtzit)構造、より一般的には六方晶系の結晶構造を有する他の半導体、例えばZnOなどの酸化物半導体、α−ZnS、α−CdS、α−CdSeなど、さらにはCrN(111)やオキシカルコゲナイド系半導体などの他の結晶構造を有する各種の半導体からなるものであってもよい。ここで、オキシカルコゲナイド系半導体とは、オキシカルコゲナイドLnMOCh(ただし、Lnは少なくとも一種のランタノイド、MはCuまたはCd、Chは少なくとも一種のカルコゲン)またはこのオキシカルコゲナイドの構成元素の一部を他の元素により置換した半導体をいい、Lnは具体的には、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、YbおよびLuからなる群より選ばれた少なくとも一種である。
第8および第9の発明についても第1および第2の発明と同様な応用が可能である。
In the eighth and ninth inventions, the first to fifth semiconductor layers include a nitride III-V compound semiconductor, a wurtzit structure, and more generally a hexagonal crystal structure. From other semiconductors having other crystal structures such as oxide semiconductors such as ZnO, α-ZnS, α-CdS, α-CdSe, and also CrN (111) and oxychalcogenide semiconductors It may be. Here, the oxychalcogenide-based semiconductor means oxychalcogenide LnMOCh (where Ln is at least one lanthanoid, M is Cu or Cd, and Ch is at least one chalcogen) or a part of the constituent elements of the oxychalcogenide is another element. In particular, Ln is selected from the group consisting of La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu. At least one kind.
The eighth and ninth inventions can be applied in the same way as the first and second inventions.
第10の発明は、
一主面に複数の凸部を有する基板を用い、当該基板の凹部に、その底面を底辺とする三角形状の断面形状となる状態を経て第1の半導体層を成長させる工程と、
上記第1の半導体層から上記基板上に第2の半導体層を横方向成長させる工程と、
上記第2の半導体層上に第1の導電型の第3の半導体層、活性層および第2の導電型の第4の半導体層を成長させる工程と、
上記第1の半導体層、上記第2の半導体層、上記第3の半導体層、上記活性層および上記第4の半導体層のうちの上記凹部および/または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分を、上記第4の半導体層の表面から深さ方向に、少なくとも上記第3の半導体層が露出するまで除去することにより溝を形成する工程と、
少なくとも一つの上記溝に発光ダイオードの保護素子を形成する工程と
を有することを特徴とする発光ダイオードの製造方法である。
The tenth invention is
Using a substrate having a plurality of convex portions on one principal surface, and growing a first semiconductor layer in a concave portion of the substrate through a triangular cross-sectional shape having a bottom surface as a base;
Laterally growing a second semiconductor layer on the substrate from the first semiconductor layer;
Growing a third semiconductor layer of the first conductivity type, an active layer and a fourth semiconductor layer of the second conductivity type on the second semiconductor layer;
Of the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, the third semiconductor layer, the active layer, and the fourth semiconductor layer, in the central portion between the concave portions and / or the concave portions adjacent to each other. Forming a groove by removing a corresponding portion in a depth direction from the surface of the fourth semiconductor layer until at least the third semiconductor layer is exposed; and
Forming a protective element for the light emitting diode in at least one of the grooves.
第11の発明は、
一主面に複数の凸部を有する基板と、
上記基板上に、上記基板の凹部に空隙を形成しないで成長された第5の半導体層と、
上記第5の半導体層上の第1の導電型の第3の半導体層、活性層および第2の導電型の第4の半導体層とを有し、
上記第5の半導体層において、上記凹部の底面との界面から上記一主面に対して垂直方向に発生した転位が、上記凹部の底面を底辺とする三角形状部の斜面またはその近傍に到達し、そこから上記一主面に平行な方向に屈曲しており、
上記第5の半導体層、上記第3の半導体層、上記活性層および上記第4の半導体層のうちの上記凹部および/または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分が、上記第4の半導体層の表面から深さ方向に、少なくとも上記第3の半導体層が露出するまで除去されて溝が形成され、
少なくとも一つの上記溝に発光ダイオードの保護素子が形成されている
ことを特徴とする発光ダイオードである。
The eleventh invention is
A substrate having a plurality of convex portions on one main surface;
A fifth semiconductor layer grown on the substrate without forming a void in the recess of the substrate;
A third semiconductor layer of a first conductivity type on the fifth semiconductor layer, an active layer and a fourth semiconductor layer of a second conductivity type;
In the fifth semiconductor layer, dislocations generated from the interface with the bottom surface of the recess in a direction perpendicular to the one principal surface reach the slope of the triangular portion having the bottom surface of the recess as a base or the vicinity thereof. From there, it is bent in a direction parallel to the one principal surface,
Of the fifth semiconductor layer, the third semiconductor layer, the active layer, and the fourth semiconductor layer, a portion corresponding to a central portion between the recesses and / or the recesses adjacent to each other is the first semiconductor layer. 4 is removed from the surface of the
A light emitting diode is characterized in that a protection element for the light emitting diode is formed in at least one of the grooves.
第10および第11の発明において、第1〜第5の半導体層および活性層を構成する半導体としては、第8および第9の発明と同様な半導体を用いることができる。発光ダイオードの保護素子としては、発光ダイオードの静電保護が可能なものであれば各種のものを用いることができるが、具体的には、例えば、この発光ダイオードと逆並列に設けられたショットキーバリアダイオード、pn接合ダイオードなどや、この発光ダイオードと並列に設けられたnpn接合ダイオード(バックツーバックダイオード)、コンデンサ、バリスタ素子などを用いることができる。典型的には、凸部、第1の半導体層、第2の半導体層、第3の半導体層、活性層および第4の半導体層のうちの凹部および/または互いに隣接する凹部の間の中央部に対応する部分を、第4の半導体層の表面から深さ方向に、基板が露出するまで除去することにより溝を形成し、少なくとも一つの溝にこの保護素子を形成する。この保護素子は一つの発光ダイオードの少なくとも一つの溝に形成するが、場合によっては二つ以上の溝にそれぞれ形成してもよい。この場合、この保護素子は、貫通転位を除去するために形成した溝に形成するため、この保護素子を形成することによる発光ダイオードの有効発光面積の低下はほとんどない。典型的には、この溝の上部および下部に保護素子の両端子を設ける。そして、第4の半導体層上に第2の導電型側の電極を設けてこの保護素子の一方の端子と接続する。その後、残された凸部をウエットエッチングなどによりエッチング除去することにより、第1の半導体層、第2の半導体層、第3の半導体層、活性層および第4の半導体層を基板から剥離する。こうして剥離された発光ダイオード構造体の剥離面には保護素子の他方の端子が露出するので、この剥離面上に第1導電型側の電極を設けてこの端子と接続する。こうすることで、発光ダイオードと保護素子との配線が不要となる。 In the tenth and eleventh inventions, the same semiconductors as those in the eighth and ninth inventions can be used as semiconductors constituting the first to fifth semiconductor layers and the active layer. As the light-emitting diode protection element, various elements can be used as long as the light-emitting diode can be electrostatically protected. Specifically, for example, a Schottky provided in reverse parallel to the light-emitting diode is used. A barrier diode, a pn junction diode, or the like, an npn junction diode (back-to-back diode) provided in parallel with the light emitting diode, a capacitor, a varistor element, or the like can be used. Typically, a convex portion, a first semiconductor layer, a second semiconductor layer, a third semiconductor layer, an active layer, and / or a central portion between concave portions adjacent to each other and / or a concave portion among the fourth semiconductor layers. A portion corresponding to is removed from the surface of the fourth semiconductor layer in the depth direction until the substrate is exposed to form a groove, and this protective element is formed in at least one groove. The protective element is formed in at least one groove of one light emitting diode, but may be formed in two or more grooves depending on circumstances. In this case, since the protective element is formed in a groove formed to remove threading dislocations, the effective light emitting area of the light emitting diode is hardly reduced by forming the protective element. Typically, both terminals of the protective element are provided above and below the groove. Then, an electrode on the second conductivity type side is provided on the fourth semiconductor layer and connected to one terminal of this protection element. Thereafter, the remaining protrusions are removed by wet etching or the like, so that the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, the third semiconductor layer, the active layer, and the fourth semiconductor layer are separated from the substrate. Since the other terminal of the protective element is exposed on the peeled surface of the light emitting diode structure thus peeled, an electrode on the first conductivity type side is provided on this peeled surface and connected to this terminal. This eliminates the need for wiring between the light emitting diode and the protective element.
第12の発明は、
一主面に複数の凸部を有する基板を用い、当該基板の凹部に、その底面を底辺とする三角形状の断面形状となる状態を経て第1の半導体層を成長させる工程と、
上記第1の半導体層から上記基板上に第2の半導体層を横方向成長させる工程と、
上記第2の半導体層上に第1の導電型の第3の半導体層、活性層および第2の導電型の第4の半導体層を成長させる工程と、
上記第1の半導体層、上記第2の半導体層、上記第3の半導体層、上記活性層および上記第4の半導体層のうちの上記凹部および/または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分を、上記第4の半導体層の表面から深さ方向に、少なくとも上記第3の半導体層が露出するまで除去することにより溝を形成する工程と、
上記第4の半導体層上に第2の導電型側の電極を形成する工程と、
発光ダイオード駆動回路が形成された配線基板をこの配線基板の電極と上記第2の導電型側の電極とが互いに電気的に接続されるように上記第4の半導体層側に貼り合わせる工程と
を有することを特徴とする発光ダイオードアレイの製造方法である。
The twelfth invention
Using a substrate having a plurality of convex portions on one principal surface, and growing a first semiconductor layer in a concave portion of the substrate through a triangular cross-sectional shape having a bottom surface as a base;
Laterally growing a second semiconductor layer on the substrate from the first semiconductor layer;
Growing a third semiconductor layer of the first conductivity type, an active layer and a fourth semiconductor layer of the second conductivity type on the second semiconductor layer;
Of the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, the third semiconductor layer, the active layer, and the fourth semiconductor layer, in the central portion between the concave portions and / or the concave portions adjacent to each other. Forming a groove by removing a corresponding portion in a depth direction from the surface of the fourth semiconductor layer until at least the third semiconductor layer is exposed; and
Forming a second conductivity type side electrode on the fourth semiconductor layer;
Bonding the wiring board on which the light emitting diode driving circuit is formed to the fourth semiconductor layer side so that the electrode of the wiring board and the electrode on the second conductivity type side are electrically connected to each other. It is a manufacturing method of the light emitting diode array characterized by having.
第13の発明は、
一主面に複数の凸部を有する基板と、
上記基板上に、上記基板の凹部に空隙を形成しないで成長された第5の半導体層と、
上記第5の半導体層上の第1の導電型の第3の半導体層、活性層および第2の導電型の第4の半導体層とを有し、
上記第5の半導体層において、上記凹部の底面との界面から上記一主面に対して垂直方向に発生した転位が、上記凹部の底面を底辺とする三角形状部の斜面またはその近傍に到達し、そこから上記一主面に平行な方向に屈曲しており、
上記第5の半導体層、上記第3の半導体層、上記活性層および上記第4の半導体層のうちの上記凹部および/または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分が、上記第4の半導体層の表面から深さ方向に、少なくとも上記第3の半導体層が露出するまで除去されて溝が形成され、
上記第4の半導体層上に第2の導電型側の電極が形成されており、
発光ダイオード駆動回路が形成された配線基板がこの配線基板の電極と上記第2の導電型側の電極とが互いに電気的に接続されるように上記第4の半導体層側に貼り合わされている
ことを特徴とする発光ダイオードアレイである。
The thirteenth invention
A substrate having a plurality of convex portions on one main surface;
A fifth semiconductor layer grown on the substrate without forming a void in the recess of the substrate;
A third semiconductor layer of a first conductivity type on the fifth semiconductor layer, an active layer and a fourth semiconductor layer of a second conductivity type;
In the fifth semiconductor layer, dislocations generated from the interface with the bottom surface of the recess in a direction perpendicular to the one principal surface reach the slope of the triangular portion having the bottom surface of the recess as a base or the vicinity thereof. From there, it is bent in a direction parallel to the one principal surface,
Of the fifth semiconductor layer, the third semiconductor layer, the active layer, and the fourth semiconductor layer, a portion corresponding to a central portion between the recesses and / or the recesses adjacent to each other is the first semiconductor layer. 4 is removed from the surface of the
An electrode on the second conductivity type side is formed on the fourth semiconductor layer,
The wiring board on which the light emitting diode driving circuit is formed is bonded to the fourth semiconductor layer side so that the electrode of the wiring board and the electrode on the second conductivity type side are electrically connected to each other. The light emitting diode array characterized by the above.
第12および第13の発明において、第1〜第5の半導体層および活性層を構成する半導体としては、第8および第9の発明と同様な半導体を用いることができる。一つの例では、少なくとも一つの溝の底面に露出した第3の半導体層上に第1の導電型側の電極を形成し、この第1の導電型側の電極を第4の半導体層上に引き出し、配線基板を第4の半導体層側に貼り合わせる際にこの第1の導電型側の電極と配線基板の、第2の導電型側の電極と接続される電極とは別の電極と互いに電気的に接続する。別の例では、凸部、第1の半導体層、第2の半導体層、第3の半導体層、活性層および第4の半導体層のうちの凹部および/または互いに隣接する凹部の間の中央部に対応する部分を、第4の半導体層の表面から深さ方向に、基板が露出するまで除去することにより溝を形成し、その後、残された凸部をウエットエッチングなどによりエッチング除去することにより、第1の半導体層、第2の半導体層、第3の半導体層、活性層および第4の半導体層を基板から剥離する。こうして剥離された発光ダイオード構造体の剥離面上に透明電極からなる第1の導電型側の電極を形成する。
第12および第13の発明による発光ダイオードアレイは、発光ダイオードディスプレイ、発光ダイオードバックライト、発光ダイオード照明装置、光源セルユニットなどとして用いることができる。
In the twelfth and thirteenth inventions, the same semiconductors as those in the eighth and ninth inventions can be used as semiconductors constituting the first to fifth semiconductor layers and the active layer. In one example, an electrode on the first conductivity type side is formed on the third semiconductor layer exposed on the bottom surface of at least one groove, and the electrode on the first conductivity type side is formed on the fourth semiconductor layer. When pulling out and bonding the wiring substrate to the fourth semiconductor layer side, the electrode on the first conductivity type side and the electrode connected to the electrode on the second conductivity type side of the wiring substrate and another electrode are mutually connected Connect electrically. In another example, the convex portion, the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, the third semiconductor layer, the active layer, and the central portion between the concave portions and / or the concave portions adjacent to each other among the fourth semiconductor layers. A portion corresponding to is removed from the surface of the fourth semiconductor layer in the depth direction until the substrate is exposed to form a groove, and then the remaining convex portions are removed by etching by wet etching or the like. The first semiconductor layer, the second semiconductor layer, the third semiconductor layer, the active layer, and the fourth semiconductor layer are peeled from the substrate. An electrode on the first conductivity type side made of a transparent electrode is formed on the peeled surface of the light emitting diode structure thus peeled.
The light emitting diode arrays according to the twelfth and thirteenth inventions can be used as light emitting diode displays, light emitting diode backlights, light emitting diode illumination devices, light source cell units, and the like.
上述のように構成されたこの発明においては、基板の凹部の底面から第1の窒化物系III−V族化合物半導体層の成長を開始し、途中でこの底面を底辺とする三角形状の断面形状となる状態を経て第1の窒化物系III−V族化合物半導体層を成長させることによりこの凹部を隙間なく埋めることができる。そして、こうして成長された第1の窒化物系III−V族化合物半導体層から第2の窒化物系III−V族化合物半導体層を横方向成長させる。このとき、第1の窒化物系III−V族化合物半導体層では、基板の凹部の底面との界面から基板の一主面に対して垂直方向に転位が発生し、この転位が第1の窒化物系III−V族化合物半導体層の斜面またはその近傍に到達し、第2の窒化物系III−V族化合物半導体層の成長に伴い、この転位はそこから基板の一主面に平行な方向に屈曲する。第2の窒化物系III−V族化合物半導体層を十分に厚く成長させた時点で、この基板の一主面に平行な転位の上の部分は転位密度が極めて少ない領域となる。この第2の窒化物系III−V族化合物半導体層のうちの凹部に対応する部分および/または互いに隣接する凹部の間の中央部に対応する部分には貫通転位が発生するが、第1の窒化物系III−V族化合物半導体層、第2の窒化物系III−V族化合物半導体層、第3の窒化物系III−V族化合物半導体層、活性層および第4の窒化物系III−V族化合物半導体層のうちの凹部および/または互いに隣接する凹部の間の中央部に対応する部分を、少なくとも第3の窒化物系III−V族化合物半導体層が露出するまで除去することにより溝を形成することで、少なくとも活性層およびその上層の貫通転位を除去することができる。そして、活性層からの発光波長の光に対して透明な誘電体によりこの溝を埋め、この誘電体の表面が凹部および/または凸部を有するようにし、さらに第4の窒化物系III−V族化合物半導体層上に第2の導電型側の電極を形成すると、活性層から発生した光などが、第2の導電型側の電極と誘電体との界面の凹部および/または凸部に入射したとき、最終的に外部に取り出されやすくなる角度の方向に反射されるようにすることができる。誘電体が光散乱粒子を含む場合には、活性層から発生した光などがこの光散乱粒子に入射すると散乱されることにより、同様に、最終的に外部に取り出されやすくなる角度の方向に光が進むようになる。また、この方法では、第1〜第4の窒化物系III−V族化合物半導体層を一回のエピタキシャル成長により成長させることができる。
より一般的には、第1の窒化物系III−V族化合物半導体層を第1の半導体層、第2の窒化物系III−V族化合物半導体層を第2の半導体層、第3の窒化物系III−V族化合物半導体層を第3の半導体層、第4の窒化物系III−V族化合物半導体層を第4の半導体層と読み替えて上記と同様なことが成立する。
In the present invention configured as described above, the growth of the first nitride-based III-V group compound semiconductor layer is started from the bottom surface of the concave portion of the substrate, and the triangular cross-sectional shape having the bottom surface in the middle of the growth is started. By growing the first nitride-based III-V compound semiconductor layer through this state, the recess can be filled without a gap. Then, a second nitride III-V compound semiconductor layer is laterally grown from the first nitride III-V compound semiconductor layer thus grown. At this time, in the first nitride-based III-V group compound semiconductor layer, dislocations are generated in a direction perpendicular to the main surface of the substrate from the interface with the bottom surface of the recess of the substrate. The dislocation reaches a slope of the compound III-V compound semiconductor layer or the vicinity thereof, and with the growth of the second nitride III-V compound semiconductor layer, this dislocation is parallel to one main surface of the substrate. Bend to. When the second nitride-based III-V compound semiconductor layer is grown sufficiently thick, the portion above the dislocation parallel to one main surface of the substrate becomes a region having a very low dislocation density. In the second nitride-based III-V compound semiconductor layer, threading dislocations are generated in a portion corresponding to the recess and / or a portion corresponding to the central portion between the recesses adjacent to each other. Nitride-based III-V compound semiconductor layer, second nitride-based III-V compound semiconductor layer, third nitride-based III-V compound semiconductor layer, active layer, and fourth nitride-based III- A portion of the group V compound semiconductor layer corresponding to the recess and / or the central portion between the recesses adjacent to each other is removed until at least the third nitride-based III-V group compound semiconductor layer is exposed. By forming the threading dislocation, at least the active layer and the upper layer thereof can be removed. Then, the groove is filled with a dielectric that is transparent to the light having the emission wavelength from the active layer, the surface of the dielectric has a concave portion and / or a convex portion, and the fourth nitride III-V When an electrode on the second conductivity type side is formed on the group compound semiconductor layer, light or the like generated from the active layer is incident on a recess and / or a protrusion on the interface between the electrode on the second conductivity type and the dielectric When it does, it can be made to reflect in the direction of the angle which becomes easy to be taken out finally. When the dielectric includes light scattering particles, the light generated from the active layer is scattered when incident on the light scattering particles. Will go on. In this method, the first to fourth nitride III-V compound semiconductor layers can be grown by one epitaxial growth.
More generally, the first nitride-based group III-V compound semiconductor layer is the first semiconductor layer, the second nitride-based group III-V compound semiconductor layer is the second semiconductor layer, and the third nitride is used. By replacing the physical III-V compound semiconductor layer with the third semiconductor layer and the fourth nitride III-V compound semiconductor layer with the fourth semiconductor layer, the same is true.
この発明によれば、第1の窒化物系III−V族化合物半導体層および第2の窒化物系III−V族化合物半導体層と基板との間に隙間が形成されないことにより、光の取り出し効率を大幅に向上させることができ、また、第2の窒化物系III−V族化合物半導体層の結晶性が良好となるため、その上に成長させる第3の窒化物系III−V族化合物半導体層、活性層および第4の窒化物系III−V族化合物半導体層の結晶性も大幅に向上し、これに加えて貫通転位の除去により非発光中心を大幅に減少させることができることから、発光効率が極めて高い発光ダイオードを得ることができる。そして、貫通転位の除去のために形成された溝を誘電体により埋め、この誘電体の表面が凹部および/または凸部を有し、および/または、誘電体が光散乱粒子を含むようにすることにより、活性層から発生した光が最終的に外部に取り出されやすくなり、これによって光の取り出し効率をより一層向上させることができ、発光ダイオードの発光効率がより一層高くなる。しかも、一回のエピタキシャル成長により発光ダイオードを製造することができるため、低コストである。そして、この発光効率が高い発光ダイオードを用いて高性能の光源セルユニット、発光ダイオードバックライト、発光ダイオード照明装置、発光ダイオードディスプレイ、発光ダイオード光通信装置、光空間伝送装置、各種の電子機器などを実現することができる。
より一般的には、第1の窒化物系III−V族化合物半導体層を第1の半導体層、第2の窒化物系III−V族化合物半導体層を第2の半導体層、第3の窒化物系III−V族化合物半導体層を第3の半導体層、第4の窒化物系III−V族化合物半導体層を第3の半導体層と読み替えて上記と同様な効果を得ることができる。
According to the present invention, since no gap is formed between the first nitride-based III-V group compound semiconductor layer and the second nitride-based III-V group compound semiconductor layer and the substrate, light extraction efficiency is achieved. In addition, since the crystallinity of the second nitride III-V compound semiconductor layer is improved, a third nitride III-V compound semiconductor grown on the second nitride III-V compound semiconductor layer can be obtained. The crystallinity of the layer, the active layer, and the fourth nitride-based III-V compound semiconductor layer is also greatly improved, and in addition to this, the removal of threading dislocations can greatly reduce the non-luminescent center. A light-emitting diode with extremely high efficiency can be obtained. Then, the groove formed for removing the threading dislocation is filled with a dielectric, the surface of the dielectric has a concave portion and / or a convex portion, and / or the dielectric includes light scattering particles. As a result, the light generated from the active layer is finally easily extracted to the outside, whereby the light extraction efficiency can be further improved, and the light emission efficiency of the light emitting diode is further increased. Moreover, since the light emitting diode can be manufactured by one epitaxial growth, the cost is low. And using this light emitting diode with high luminous efficiency, high performance light source cell unit, light emitting diode backlight, light emitting diode lighting device, light emitting diode display, light emitting diode optical communication device, space optical transmission device, various electronic devices etc. Can be realized.
More generally, the first nitride-based group III-V compound semiconductor layer is the first semiconductor layer, the second nitride-based group III-V compound semiconductor layer is the second semiconductor layer, and the third nitride is used. The same effect as above can be obtained by replacing the physical III-V compound semiconductor layer with the third semiconductor layer and the fourth nitride III-V compound semiconductor layer with the third semiconductor layer.
以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全図において、同一または対応する部分には同一の符号を付す。
図1〜図7はこの発明の第1の実施形態による発光ダイオードの製造方法を工程順に示す。この発光ダイオードは、GaNなどの窒化物系III−V族化合物半導体を用いたものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings of the embodiments, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals.
1 to 7 show a light emitting diode manufacturing method according to the first embodiment of the present invention in the order of steps. This light-emitting diode uses a nitride III-V compound semiconductor such as GaN.
この第1の実施形態においては、図1Aに示すように、まず、平坦な一主面を有し、窒化物系III−V族化合物半導体と異なる材料からなる基板11を用意し、この基板11上に断面形状が二等辺三角形状の凸部12を所定の平面形状で周期的に形成する。凸部12の間には逆台形状の断面形状を有する凹部13が形成される。この基板11としては、例えばすでに述べたものを用いることができるが、具体的には、例えばサファイア基板であり、その主面は例えばc面である。凸部12および凹部13の平面形状はすでに述べた各種の平面形状とすることができるが、例えば、図9に示すように、凸部12および凹部13とも一方向に延在するストライプ形状を有する場合や、図10に示すように、凸部12が六角形の平面形状を有し、これを蜂の巣状に二次元配列した場合などである。典型的には、図9における点線の方向(ストライプに直交する方向)が後述の窒化物系III−V族化合物半導体層15のa軸と平行となり、図10における点線の方向(最隣接の凸部12間を結ぶ方向)が、後述の窒化物系III−V族化合物半導体層15のm軸と平行となるようにする。例えば、基板11がサファイア基板である場合、図9におけるストライプ形状の凸部12および凹部13の延在方向はサファイア基板の〈1−100〉方向であり、図10における凹部13の延在方向は同じくサファイア基板の〈1−100〉方向である。これらの延在方向はサファイア基板の〈11−20〉方向であってもよい。凸部12の材料としてはすでに述べたものを用いることができるが、加工の容易さなどの観点から、好適には例えばSiO2 、SiN(Si3 N4 だけでなく、プラズマCVD法などにより成膜される組成の異なるものも含む)、CrN、SiON、CrONなどが用いられる。
In the first embodiment, as shown in FIG. 1A, first, a
基板11上に断面形状が二等辺三角形状の凸部12を形成するためには、従来公知の方法を用いることができる。例えば、CVD法、真空蒸着法、スパッタリング法などにより基板11の全面に凸部12の材料となる膜(例えば、SiN膜、SiO2 膜など)を形成する。次に、この膜上に所定形状のレジストパターンをリソグラフィーにより形成する。次に、RIE法などにより、テーパーエッチングが行われる条件で、このレジストパターンをマスクとしてこの膜をエッチングすることにより、断面形状が二等辺三角形状の凸部12が形成される。
In order to form the
次に、サーマルクリーニングなどを行うことによりこの基板11および凸部12の表面を清浄化した後、この基板11上に従来公知の方法により例えば550℃程度の成長温度で例えばGaNバッファ層、AlNバッファ層、CrNバッファ層、CrドープGaNバッファ層あるいはCrドープAlNバッファ層(図示せず)を成長させる。次に、例えばMOCVD法により窒化物系III−V族化合物半導体のエピタキシャル成長を行う。この窒化物系III−V族化合物半導体は例えばGaNである。このとき、図1Bに示すように、まず凹部13の底面から成長を開始させ、窒化物系III−V族化合物半導体からなる微小核14を複数生成させる。次に、図1Cに示すように、微小核14の成長および合体の過程を経て、凹部13の底面を底辺とし、基板11の主面に対して傾斜したファセットを斜面に有する二等辺三角形状の断面形状となるように窒化物系III−V族化合物半導体層15を成長させる。この例では、この二等辺三角形状の断面形状の窒化物系III−V族化合物半導体層15の高さは凸部12の高さより大きい。例えば、この窒化物系III−V族化合物半導体層15の延在方向はその〈1−100〉方向であり、その斜面のファセットは(1−101)面である。この窒化物系III−V族化合物半導体層15は、アンドープであっても、n型不純物またはp型不純物をドープしてもよい。この窒化物系III−V族化合物半導体層15の成長条件については後述する。窒化物系III−V族化合物半導体層15の延在方向はその〈11−20〉方向であってもよい。
Next, after the surfaces of the
引き続いて、窒化物系III−V族化合物半導体層15の成長をその斜面のファセット面方位を維持しながら行うことにより、図2Aに示すように、窒化物系III−V族化合物半導体層15の両端部が凸部12の側面の下部まで成長して断面形状が五角形状となる状態とする。
次に、成長条件を横方向成長が支配的となる条件に設定して成長を続けると、図2Bに示すように、窒化物系III−V族化合物半導体層15は、矢印で示すように横方向成長して断面形状が六角形状となる状態で凸部12の上に広がって行く。図2B中、点線は成長途中の成長界面を示す(以下同様)。
さらに横方向成長を続けると、図2Cに示すように、窒化物系III−V族化合物半導体層15はその厚さを増しながら成長し、遂には隣接する凹部13から成長した窒化物系III−V族化合物半導体層15同士が凸部12上で接触し、会合する。
引き続いて、窒化物系III−V族化合物半導体層15をその表面が基板11の主面と平行な平坦面となるまで横方向成長させる。こうして成長された窒化物系III−V族化合物半導体層15は、凹部13の上の部分の転位密度が極めて低くなる。
なお、場合によっては、図1Cに示す状態から、図2Aに示す状態を経ないで、図2Bに示す状態に直接移ることも可能である。
Subsequently, by performing growth of the nitride III-V
Next, when the growth condition is set to a condition in which the lateral growth is dominant, and the growth is continued, as shown in FIG. It grows in the direction and spreads on the
When the lateral growth is further continued, as shown in FIG. 2C, the nitride-based III-V
Subsequently, the nitride-based III-V
In some cases, the state shown in FIG. 1C can be shifted directly to the state shown in FIG. 2B without going through the state shown in FIG. 2A.
次に、図3に示すように、窒化物系III−V族化合物半導体層15上に、例えばMOCVD法により、n型窒化物系III−V族化合物半導体層16、窒化物系III−V族化合物半導体を用いた活性層17およびp型窒化物系III−V族化合物半導体層18を順次エピタキシャル成長させる。この場合、窒化物系III−V族化合物半導体層15はn型であるとする。これらの窒化物系III−V族化合物半導体層15、n型窒化物系III−V族化合物半導体層16、活性層17およびp型窒化物系III−V族化合物半導体層18においては、凸部12の中央部近傍、すなわち互いに隣接する凹部13から成長する窒化物系III−V族化合物半導体層15同士の会合部では貫通転位19が高密度(例えば、108 /cm2 程度以上)に発生し、凹部13の上の部分でも低密度ではあるが貫通転位19が発生し、その他の部分は低転位密度となっている。例えば、凹部13の深さd=1μm、底面の幅Wg =2μmの場合、この低転位密度の部分の転位密度は6×107 /cm2 であり、凹凸加工を施した基板11を用いない場合に比べて1〜2桁転位密度が低減される。凹部13の側壁に対して垂直方向への転位の発生は一切起きない。図11に、凸部12が図9に示す平面形状を有する場合の貫通転位19の分布を示す。また、図12に、凸部12が図10に示す平面形状を有する場合の貫通転位19の分布を示す。
Next, as shown in FIG. 3, the n-type nitride III-V
次に、こうして窒化物系III−V族化合物半導体層を成長させた基板11をMOCVD装置から取り出す。
次に、p型窒化物系III−V族化合物半導体層18上にリソグラフィーにより、貫通転位19を含む所定部分に対応する部分が開口した所定形状のレジストパターン(図示せず)を形成した後、このレジストパターンをマスクとして例えばRIE法によりn型窒化物系III−V族化合物半導体層16の厚さ方向の途中の深さまでエッチングする。このエッチングにより、図4に示すように、溝20が形成され、この溝20の部分にあった貫通転位19が除去される。
次に、図5に示すように、こうして形成された溝20の内部を誘電体21により埋め込む。この際、この誘電体21の表面が凹面となるようにする。この誘電体21としては、窒化物系III−V族化合物半導体層15、n型窒化物系III−V族化合物半導体層16、活性層17およびp型窒化物系III−V族化合物半導体層18の屈折率よりも小さい屈折率を有し、かつ、活性層17からの発光波長の光に対して透明なものが用いられ、具体的には例えばSiO2 が用いられる。
次に、図6に示すように、p型窒化物系III−V族化合物半導体層18上にp側電極22を形成する。p側電極22の材料としては、例えば、AgやAgを主成分として含むAg合金などの高反射率を有するオーミック金属を用いるのが好ましい。
Next, the
Next, a resist pattern (not shown) having a predetermined shape with an opening corresponding to the predetermined portion including the threading
Next, as shown in FIG. 5, the inside of the
Next, as shown in FIG. 6, the p-
この後、p型窒化物系III−V族化合物半導体層18のp型不純物を活性化するために、例えばN2 とO2 との混合ガス(組成は例えばN2 が99%、O2 が1%)の雰囲気中において550〜750℃(例えば、650℃)あるいは580〜620℃(例えば、600℃)の温度で熱処理を行う。ここで、例えば、N2 にO2 を混合することで活性化が起きやすくなる。また、例えば、O、Nと同様に電気陰性度の高いF、Clなどの原料としてハロゲン化窒素(NF3 、NCl3 など)をN2 またはN2 とO2 との混合ガス雰囲気に混合するようにしてもよい。この熱処理の時間は例えば5分〜2時間あるいは40分〜2時間、一般的には10〜60分程度である。熱処理の温度を比較的低くするのは、熱処理時の活性層17などの劣化を防止するためである。なお、この熱処理は、p型窒化物系III−V族化合物半導体層18をエピタキシャル成長させた後、p側電極22を形成する前に行ってもよい。
次に、図7に示すように、n型窒化物系III−V族化合物半導体層16、活性層17およびp型窒化物系III−V族化合物半導体層18を、例えばRIE法、粉末ブラスト法、サンドブラスト法などにより所定形状にパターニングし、メサ部23を形成する。
Thereafter, in order to activate the p-type impurity of the p-type nitride III-V
Next, as shown in FIG. 7, the n-type nitride III-V
次に、このメサ部23に隣接する部分のn型の窒化物系III−V族化合物半導体層15上にn側電極24を形成する。
次に、必要に応じて、上述のようにして発光ダイオード構造が形成された基板11をその裏面側から研削やラッピングすることにより厚さを減少させた後、この基板11のスクライビングを行い、バーを形成する。この後、このバーのスクライビングを行うことでチップ化する。
以上により、目的とする発光ダイオードが製造される。
この発光ダイオードにおける誘電体21が埋め込まれた溝20およびp側電極22の近傍の拡大図を図8に示す。
凸部12が一方向に延在するストライプ形状を有する場合におけるp側電極22およびn側電極24の平面形状の一例を図13に示す。
Next, the n-
Next, if necessary, the
Thus, the target light emitting diode is manufactured.
FIG. 8 shows an enlarged view of the vicinity of the
FIG. 13 shows an example of the planar shape of the p-
上記の窒化物系III−V族化合物半導体層の成長原料は、例えば、Gaの原料としてはトリエチルガリウム((C2 H5 )3 Ga、TEG)またはトリメチルガリウム((CH3 )3 Ga、TMG)、Alの原料としてはトリメチルアルミニウム((CH3 )3 Al、TMA)、Inの原料としてはトリエチルインジウム((C2 H5 )3 In、TEI)またはトリメチルインジウム((CH3 )3 In、TMI)を、Nの原料としてはアンモニア(NH3 )を用いる。ドーパントについては、n型ドーパントとしては例えばシラン(SiH4 )あるいはジシラン(Si2 H6 )を、p型ドーパントとしては例えばビス(メチルシクロペンタジエニル)マグネシウム((CH3 C5 H4 )2 Mg)、ビス(エチルシクロペンタジエニル)マグネシウム((C2 H5 C5 H4 )2 Mg)あるいはビス(シクロペンタジエニル)マグネシウム((C5 H5 )2 Mg)を用いる。また、上記の窒化物系III−V族化合物半導体層の成長時のキャリアガス雰囲気としては、例えば、H2 ガスが用いられる。 The growth source of the above-mentioned nitride III-V compound semiconductor layer is, for example, triethylgallium ((C 2 H 5 ) 3 Ga, TEG) or trimethyl gallium ((CH 3 ) 3 Ga, TMG as a Ga source. ), Trimethylaluminum ((CH 3 ) 3 Al, TMA) as a raw material of Al, triethylindium ((C 2 H 5 ) 3 In, TEI) or trimethylindium ((CH 3 ) 3 In, TMI), and ammonia (NH 3 ) is used as a raw material for N. As for the dopant, for example, silane (SiH 4 ) or disilane (Si 2 H 6 ) is used as the n-type dopant, and bis (methylcyclopentadienyl) magnesium ((CH 3 C 5 H 4 ) 2 is used as the p-type dopant. Mg), bis (ethylcyclopentadienyl) magnesium ((C 2 H 5 C 5 H 4 ) 2 Mg) or bis (cyclopentadienyl) magnesium ((C 5 H 5 ) 2 Mg) is used. For the carrier gas atmosphere during the growth of the nitride-based III-V compound semiconductor layer, eg, H 2 gas is used.
この発光ダイオードの具体的な構造例について説明する。すなわち、例えば、窒化物系III−V族化合物半導体層15がn型GaN層、n型窒化物系III−V族化合物半導体層16が、下から順に、n型GaN層およびn型GaInN層、p型窒化物系III−V族化合物半導体層18が下から順に、p型AlInN層、p型GaN層およびp型GaInN層である。活性層17は例えばGaInN系の多重量子井戸(MQW)構造(例えば、GaInN量子井戸層とGaN障壁層とを交互に積層したもの)を有し、この活性層17のIn組成は発光ダイオードの発光波長に応じて選ばれ、例えば発光波長405nmでは〜11%、450nmでは〜18%、520nmでは〜24%である。p側電極22の材料としては、例えばAgやPd/Agなどを用い、あるいは必要に応じてこれに加えてTi、W、Cr、WN、CrNなどからなるバリアメタルを用いる。n側電極24としては、例えばTi/Pt/Au構造のものを用いる。
A specific structural example of the light emitting diode will be described. That is, for example, the nitride III-V
こうして得られた図7に示す発光ダイオードにおいては、p側電極22とn側電極24との間に順方向電圧を印加して電流を流すことにより発光を行わせ、例えば、基板11を通して外部に光を取り出す。活性層17のIn組成の選定により、赤色〜紫外の発光、取り分け青色発光、緑色発光または赤色発光を得ることができる。この場合、活性層17から発生した光のうち、基板11に向かう光は、基板11とその凹部13の窒化物系III−V族化合物半導体層15との界面で屈折した後、基板11を通って外部に出て行く。一方、活性層17から発生した光のうち、p側電極22に向かう光は、このp側電極22で反射されて基板11に向かい、基板11を通って外部に出て行く。このとき、図8に示すように、溝20に埋め込まれた誘電体21とp側電極22との界面に、基板11の主面の法線に対して角度θ1 で入射した光は、誘電体21の表面が凹面となっており、したがって誘電体21とp側電極22との界面が凹面となっていることにより、基板11の主面の法線に対してθ1 よりも小さい角度θ2 (すなわち、θ1 >θ2 )の方向に反射される。この結果、基板11の主面とp側電極22の下面とが互いに平行である場合に比べて、基板11の主面に入射する光のうちの入射角がより小さいものの割合が増えるため、最終的に基板11を通って外部に出て行く光の量が多くなる。
In the light-emitting diode shown in FIG. 7 thus obtained, light is emitted by applying a forward voltage between the p-
この第1の実施形態においては、窒化物系III−V族化合物半導体層15の貫通転位密度を最小化するために、凹部13の底面の幅Wg 、凹部13の深さ、すなわち凸部12の高さd、および、図1Cに示す状態の窒化物系III−V族化合物半導体層15の斜面と基板11の主面とのなす角度αが下記の式を満たすように決められている(図14参照)。
2d≧Wg tanα
例えば、Wg =2.1μm、α=59°の場合にはd≧1.75μm、Wg =2μm、α=59°の場合にはd≧1.66μm、Wg =1.5μm、α=59°の場合にはd≧1.245μm、Wg =1.2μm、α=59°の場合にはd≧0.966μmとする。ただし、いずれの場合もd<5μmとするのが望ましい。
In the first embodiment, in order to minimize the threading dislocation density of the nitride-based III-V
2d ≧ W g tan α
For example, when W g = 2.1 μm and α = 59 °, d ≧ 1.75 μm, W g = 2 μm, and when α = 59 °, d ≧ 1.66 μm, W g = 1.5 μm, α When d = 59 °, d ≧ 1.245 μm, W g = 1.2 μm, and when α = 59 °, d ≧ 0.966 μm. However, in any case, it is desirable that d <5 μm.
図1BおよびCならびに図2Aに示す工程における窒化物系III−V族化合物半導体層15の成長時には、成長原料のV/III比を高めに、成長温度を低めに設定するのが好ましい。具体的には、窒化物系III−V族化合物半導体層15の成長を1気圧の圧力条件下で行う場合は、成長原料のV/III比を例えば13000±2000の範囲、成長温度を例えば1100±50℃の範囲に設定するのが好ましい。成長原料のV/III比については、窒化物系III−V族化合物半導体層15の成長をx気圧の圧力条件下で行う場合は、流速と圧力との関係を規定するベルヌーイの法則から、圧力の変化量を二乗した分のV/III比、具体的には概ね(13000±2000)×x2 に設定するのが好ましい。例えば、0.92気圧(700Torr)で成長を行う場合は、成長原料のV/III比を11000±1700の範囲(例えば、10530)に設定するのが好ましい。xは一般的には0.01〜2気圧である。成長温度については、1気圧以下の圧力条件下で成長を行う場合は、窒化物系III−V族化合物半導体層15の横方向成長を抑え、凹部13への窒化物系III−V族化合物半導体層15の選択成長を容易にするため、より低い成長温度に設定するのが好ましい。例えば、0.92気圧(700Torr)で成長を行う場合は、成長温度を1050±50℃の範囲(例えば、1050℃)に設定するのが好ましい。以上のようにすることで、図1BおよびCならびに図2Aに示すように窒化物系III−V族化合物半導体層15が成長する。この際、凸部12上からは窒化物系III−V族化合物半導体層15は成長を開始しない。成長速度は一般的には0.5〜5.0μm/h、好適には3.0μm/h程度とする。窒化物系III−V族化合物半導体層15が例えばGaN層の場合、原料ガスの流量は、例えば、TMGは20SCCM、NH3 は20SLMである。一方、図2BおよびCに示す工程における窒化物系III−V族化合物半導体層15の成長(横方向成長)は、成長原料のV/III比を低めに、成長温度を高めに設定する。具体的には、窒化物系III−V族化合物半導体層15の成長を1気圧の圧力条件下で行う場合は、成長原料のV/III比を例えば5000±2000の範囲、成長温度を例えば1200±50℃の範囲に設定する。成長原料のV/III比については、窒化物系III−V族化合物半導体層15の成長をx気圧の圧力条件下で行う場合は、流速と圧力との関係を規定するベルヌーイの法則から、圧力の変化量を二乗した分のV/III比、具体的には概ね(5000±2000)×x2 に設定するのが好ましい。例えば、0.92気圧(700Torr)で成長を行う場合は、成長原料のV/III比を4200±1700の範囲(例えば、4232)に設定するのが好ましい。成長温度については、1気圧以下の圧力条件下で成長を行う場合は、窒化物系III−V族化合物半導体層15の表面の荒れを防止し、横方向成長を良好に行うため、より低い成長温度に設定するのが好ましい。例えば、0.92気圧(700Torr)で成長を行う場合は、成長温度を1150±50℃の範囲(例えば、1110℃)に設定するのが好ましい。窒化物系III−V族化合物半導体層15が例えばGaN層の場合、原料ガスの流量は、例えば、TMGは40SCCM、NH3 は20SLMである。こうすることで、図2BおよびCに示すように窒化物系III−V族化合物半導体層15が横方向成長する。
During the growth of the nitride-based III-V group
図15に、窒化物系III−V族化合物半導体層15の一例としてGaN層の成長時の原料ガスの流れおよび基板11上での拡散の様子を模式的に示す。この成長において最も重要な点は、成長初期に、基板11の凸部12にはGaNは成長せず、凹部13においてGaNの成長が開始することである。なお、図15では凸部12の断面形状が三角形状であるが、凸部12の断面形状が台形状であっても、同様に凸部12にはGaNは成長しない。これは、一般に、GaNの成長は、Ga原料としてTMG、N原料としてNH3 を用いる場合を考えると
Ga(CH3 )3 (g)+3/2H2 (g)→Ga(g)+3CH4 (g)
NH3 (g)→(1−α)NH3 (g)+α/2N2 (g)+3α/2H2 (g)
Ga(g)+NH3 (g)=GaN(s)+3/2H2 (g)
なる反応式で表現されるように、NH3 とGaとが直接反応することで起きる。この際、H2 ガスが発生するが、このH2 ガスは結晶成長とは逆の作用、すなわちエッチング作用をする。図1BおよびCならびに図2Aに示す工程では、従来の平坦な基板上でのGaNの成長では行わない条件、すなわちエッチング作用を高め、成長しにくい条件(V/III比を高める)を用いることにより、凸部12での成長を抑制する。一方、凹部13の内部では、このエッチング作用が弱まるので、結晶成長が起きる。さらに、従来は、成長結晶表面の平坦性を向上させるため、横方向成長の度合いが高まる条件(より高温)で成長させるが、この第1の実施形態においては、貫通転位を基板11の主面に平行な方向に屈曲させることにより低減させたり、より早期に凹部13の内部を窒化物系III−V族化合物半導体層15で埋めたりする目的で、既に述べたように従来より低温(例えば、1050±50℃)で成長させる。
FIG. 15 schematically shows the flow of the source gas during the growth of the GaN layer and the state of diffusion on the
NH 3 (g) → (1-α) NH 3 (g) + α / 2N 2 (g) + 3α / 2H 2 (g)
Ga (g) + NH 3 (g) = GaN (s) + 3 / 2H 2 (g)
As represented by the following reaction formula, this occurs when NH 3 and Ga react directly. At this time, H 2 gas is generated, and this H 2 gas has an action opposite to crystal growth, that is, an etching action. In the steps shown in FIGS. 1B and 1C and FIG. 2A, by using conditions that are not performed in the conventional GaN growth on a flat substrate, that is, conditions that increase the etching action and are difficult to grow (increase the V / III ratio). The growth at the
次に、成長初期からの窒化物系III−V族化合物半導体層15の成長様式および転位の伝播の様子について図16A〜Fを参照しながら説明する。
成長を開始すると、図16Aに示すように、まず凹部13の底面に窒化物系III−V族化合物半導体からなる微小核14が複数生成する。これらの微小核14では、基板11との界面から垂直方向に転位(点線で示す)が伝播し、この転位は微小核14の側面から抜ける。成長を続けると、図16Bおよび図16Cに示すように、微小核14の成長および合体の過程を経て窒化物系III−V族化合物半導体層15が成長する。これらの微小核14の成長および合体の過程で、基板11の主面に平行な方向に転位の屈曲が起きる結果、上部に抜ける転位が少なくなる。さらに成長を続けると、図16Dに示すように、窒化物系III−V族化合物半導体層15は、凹部13の底面を底辺とする二等辺三角形状の断面形状になる。この時点では、窒化物系III−V族化合物半導体層15から上部に抜ける転位は、大幅に減少している。次に、図16Eに示すように、窒化物系III−V族化合物半導体層15を横方向成長させる。この過程では、凹部13の底面を底辺とする二等辺三角形状の断面形状を有する窒化物系III−V族化合物半導体層15の側面に抜けた転位は、凸部12より低い位置にあるものは基板11の主面に平行に凸部12の側面まで延伸し続けて消失し、凸部12より高い位置にあるものは基板11の主面に平行に延伸して横方向成長した窒化物系III−V族化合物半導体層15の側面に抜ける。窒化物系III−V族化合物半導体層15の横方向成長をさらに続けると、図16Fに示すように、凸部12の上でその両側から成長した窒化物系III−V族化合物半導体層15同士が会合し、やがては窒化物系III−V族化合物半導体層15の表面が基板11の主面と平行な平坦面となる。窒化物系III−V族化合物半導体層15中の転位は、凸部12上で会合したときに上方(基板11の主面に垂直な方向)に屈曲し、貫通転位となる。
Next, the growth mode of the nitride-based III-V
When the growth is started, as shown in FIG. 16A, first, a plurality of
図17AおよびBを参照して、微小核14の生成から窒化物系III−V族化合物半導体層15の横方向成長後までの転位の挙動について改めて説明する。図17AおよびBに示すように、微小核14の生成、成長および合体の過程で、基板11との界面から発生した転位は水平方向への屈曲を繰り返して束ねられる(転位(1))。また、こうして水平方向に屈曲した転位が凸部12の側面に延伸して消失する(転位(2))。さらに、基板11との界面から発生した転位が一回だけ屈曲して窒化物系III−V族化合物半導体層15の表面に抜けていく(転位(3))。上記の転位が束ねられること、および、水平方向に屈曲した転位が凸部12の側面に延伸して消失することにより、微小核14が生成されない場合に比べて、貫通転位が少ない窒化物系III−V族化合物半導体層15を得ることができる。
図16Aに示すように凹部13の底面に微小核14が生成された状態の断面TEM写真を図18A〜Cに示す。図18BおよびCは図18Aの楕円で囲んだ部分を拡大した断面TEM写真である。図18A〜Cより、成長初期に微小核14が生成されている様子がよく分かる。
With reference to FIGS. 17A and 17B, the behavior of the dislocation from the generation of the
FIGS. 18A to 18C show cross-sectional TEM photographs in a state where the
次に、成長初期に微小核14が生成する場合と生成しない場合とで窒化物系III−V族化合物半導体層15中に発生する転位の挙動がどのように異なるかについて説明する。
図19A〜Cは、窒化物系III−V族化合物半導体層15の成長初期に微小核14が生成しない場合における図16D〜Fに対応する状態を示す。図19Aに示すように、成長初期に微小核14が生成しない場合には、窒化物系III−V族化合物半導体層15が凹部13の底面を底辺とする二等辺三角形状の断面形状を有するように成長した時点では凹部13の底面との界面から上方に延伸した転位のみ存在するが、この転位密度は一般に図16Dの場合に比べて多い。成長を続けると、図19Bに示すように、凹部13の底面を底辺とする二等辺三角形状の断面形状を有する窒化物系III−V族化合物半導体層15の側面に抜けた転位は、凸部12より低い位置にあるものは基板11の主面に平行に凸部12の側面まで延伸し続けて消失し、凸部12より高い位置にあるものは基板11の主面に平行に延伸して横方向成長した窒化物系III−V族化合物半導体層15の側面に抜ける。窒化物系III−V族化合物半導体層15の横方向成長をさらに続けると、図19Cに示すように、凸部12の上でその両側から成長した窒化物系III−V族化合物半導体層15同士が会合し、やがて窒化物系III−V族化合物半導体層15の表面が基板11の主面と平行な平坦面となる。窒化物系III−V族化合物半導体層15中の転位は、凸部12上で会合したときに上方に屈曲し、貫通転位19となる。この貫通転位19の密度は、十分に低いものの、成長初期に凹部13の底面に微小核14が生成する場合に比べると高くなる。これは、図20AおよびBに示すように、微小核14を生成しない場合には、基板11との界面から発生する転位は、凹部13の底面を底辺とする二等辺三角状部の斜面に到達したときに一回だけ水平方向に屈曲するためである。すなわち、この場合には、微小核14の生成、成長および合体の過程で転位が束ねられる効果が得られない。
Next, how the behavior of dislocations generated in the nitride-based III-V
FIGS. 19A to 19C show states corresponding to FIGS. 16D to 16F in the case where the
図21に、基板11の凹凸の深さを変えた場合に、凹凸を形成しないフラットな場合と比べて発光ダイオードから外部への光取り出し効率がどの程度向上するかシミュレーション(レイトレーシング・シミュレーション)を行った結果の一例を示す。光取り出しは基板11の裏面側から行うものとする。図21において、横軸は凹部13の深さ(凸部12の高さ)、縦軸は凸部12を形成しなかった場合に対する光取り出し効率ηの向上度(光取り出し倍率)を示す。ただし、凸部12は一方向に延在するストライプ形状を有し、この凸部12の側面と基板11の一主面とのなす角度θは135°、凹部13の底辺の長さWg =2μm、凸部12の底辺の長さ=3μmである。基板11の屈折率は1.77、窒化物系III−V族化合物半導体層15の屈折率は2.35と仮定した。図21より、光取り出し倍率は、凹部13の深さが0.3μm以上では1.35倍以上、0.5μm以上2.5μm以下では1.5倍以上、0.7μm以上2.15μm以下では1.75倍以上、1μm以上1.75μm以下では1.85倍以上となり、約1.3μmで最大(約1.95)となる。
FIG. 21 shows a simulation (ray tracing simulation) of how much the light extraction efficiency from the light emitting diode to the outside improves when the depth of the unevenness of the
以上のように、この第1の実施形態によれば、基板11と窒化物系III−V族化合物半導体層15との間に空隙が形成されないことにより、この空隙に起因する光取り出し効率の低下を防止することができる。また、窒化物系III−V族化合物半導体層15の貫通転位は基板11の凸部12の中央部近傍に集中し、その他の部分の転位密度は例えば6×107 /cm2 程度と従来の凹凸加工基板を用いた場合に比べて大幅に低減されるため、窒化物系III−V族化合物半導体層15およびその上に成長される活性層17などの窒化物系III−V族化合物半導体層の結晶性は大幅に向上し、非発光中心なども大幅に減少する。さらに、窒化物系III−V族化合物半導体層15、n型窒化物系III−V族化合物半導体層16、活性層17およびp型窒化物系III−V族化合物半導体層18に発生した貫通転位19のうちのn型窒化物系III−V族化合物半導体層16の厚さ方向の途中の深さまでの部分にあるものを、この部分に溝20を形成することにより除去しているので、この除去された部分の貫通転位19およびその近傍の部分に集中して発生した非発光中心を除去することができる。このため、非発光再結合の大幅な低減を図ることができる。そして、この溝20に誘電体21を埋め込み、この際、この誘電体21の表面が凹面になるようにし、これらの誘電体21を覆うようにp型窒化物系III−V族化合物半導体層18上にp側電極22を形成していることにより、最終的に基板11を通って外部に出て行く光の量が多くなる。これらによって、発光効率が極めて高い窒化物系III−V族化合物半導体系発光ダイオードを得ることができる。
加えて、この窒化物系III−V族化合物半導体系発光ダイオードの製造に必要なエピタキシャル成長は1回で済み、しかも成長マスクが不要であるだけでなく、基板11上の凸部12は基板11上に凸部12の材料となる膜、例えばSiO2 膜、SiON膜、SiN膜、CrN膜、CrON膜などの膜を形成し、これをエッチング、粉末ブラスト法、サンドブラスト法などにより加工するだけで形成することができるので、凹凸加工が困難なサファイア基板などの基板11の加工が不要であるため、製造工程が簡単であり、低コストで窒化物系III−V族化合物半導体系発光ダイオードを製造することができる。
As described above, according to the first embodiment, since no gap is formed between the
In addition, the epitaxial growth necessary for manufacturing the nitride-based III-V compound semiconductor light-emitting diode is only required once, and not only a growth mask is not required, but also the
次に、この発明の第2の実施形態について説明する。
この第2の実施形態においては、図22に示すように、第1の実施形態と同様にして溝20に誘電体21を埋め込んだ後、この誘電体21の表面に反射膜25を形成し、これらの反射膜25を覆うようにp型窒化物系III−V族化合物半導体層18上にp側電極22を形成する。
この後、第1の実施形態と同様に工程を進めて、図23に示すように、目的とする窒化物系III−V族化合物半導体系発光ダイオードを製造する。
上記以外のことは第1の実施形態と同様である。
この発光ダイオードにおける誘電体21が埋め込まれた溝20およびp側電極22の近傍の拡大図を図24に示す。
この第2の実施形態によれば、第1の実施形態と同様な利点を得ることができるほか、次のような利点を得ることができる。すなわち、溝20に埋め込まれた誘電体21の表面に反射膜25が形成されているので、p側電極22の材料として反射率が第1の実施形態に比べて多少低いものを用いても、第1の実施形態と同等な発光効率の窒化物系III−V族化合物半導体発光ダイオードを得ることができる。
Next explained is the second embodiment of the invention.
In the second embodiment, as shown in FIG. 22, after the dielectric 21 is embedded in the
Thereafter, the process proceeds in the same manner as in the first embodiment, and the target nitride-based III-V compound semiconductor light-emitting diode is manufactured as shown in FIG.
Other than the above are the same as in the first embodiment.
FIG. 24 shows an enlarged view of the vicinity of the
According to the second embodiment, the same advantages as those of the first embodiment can be obtained, and the following advantages can be obtained. That is, since the
次に、この発明の第3の実施形態について説明する。
この第3の実施形態においては、図25に示すように、第1の実施形態と同様にして溝20まで形成した後、この溝20に誘電体21を埋め込む。この際、この誘電体21の表面が凸面となるようにする。
この後、第1の実施形態と同様に工程を進めて、図26に示すように、目的とする窒化物系III−V族化合物半導体系発光ダイオードを製造する。
上記以外のことは第1の実施形態と同様である。
この発光ダイオードにおける誘電体21が埋め込まれた溝20およびp側電極22の近傍の拡大図を図27に示す。
この第3の実施形態によれば、第1の実施形態と同様な利点を得ることができる。
Next explained is the third embodiment of the invention.
In the third embodiment, as shown in FIG. 25, after forming the
Thereafter, the process proceeds in the same manner as in the first embodiment, and the target nitride-based III-V compound semiconductor light-emitting diode is manufactured as shown in FIG.
Other than the above are the same as in the first embodiment.
FIG. 27 shows an enlarged view of the vicinity of the
According to the third embodiment, the same advantages as those of the first embodiment can be obtained.
次に、この発明の第4の実施形態について説明する。
この第4の実施形態においては、第3の実施形態と同様にして溝20に誘電体21を埋め込んだ後、第2の実施形態と同様にしてこの誘電体21の表面に反射膜25を形成し、これらの反射膜25を覆うようにp型窒化物系III−V族化合物半導体層18上にp側電極22を形成する。
この後、第1の実施形態と同様に工程を進めて、目的とする窒化物系III−V族化合物半導体系発光ダイオードを製造する。
上記以外のことは第1の実施形態と同様である。
この発光ダイオードにおける誘電体21が埋め込まれた溝20およびp側電極22の近傍の拡大図を図28に示す。
この第4の実施形態によれば、第1および第2の実施形態と同様な利点を得ることができる。
Next explained is the fourth embodiment of the invention.
In the fourth embodiment, after the dielectric 21 is embedded in the
Thereafter, the process proceeds in the same manner as in the first embodiment, and the target nitride III-V compound semiconductor light emitting diode is manufactured.
Other than the above are the same as in the first embodiment.
FIG. 28 shows an enlarged view of the vicinity of the
According to the fourth embodiment, the same advantages as those of the first and second embodiments can be obtained.
次に、この発明の第5の実施形態について説明する。
この第5の実施形態においては、図29に示すように、第1の実施形態と同様にして溝20まで形成した後、この溝20に誘電体21を埋め込む。この際、この誘電体21の表面が二つの斜面からなる左右対称の凸面となるようにする。
この後、第1の実施形態と同様に工程を進めて、図30に示すように、目的とする窒化物系III−V族化合物半導体系発光ダイオードを製造する。
上記以外のことは第1の実施形態と同様である。
この発光ダイオードにおける誘電体21が埋め込まれた溝20およびp側電極22の近傍の拡大図を図31に示す。
この第5の実施形態によれば、第1の実施形態と同様な利点を得ることができる。
Next explained is the fifth embodiment of the invention.
In the fifth embodiment, as shown in FIG. 29, after forming the
Thereafter, the process proceeds in the same manner as in the first embodiment, and the target nitride-based III-V compound semiconductor light-emitting diode is manufactured as shown in FIG.
Other than the above are the same as in the first embodiment.
FIG. 31 shows an enlarged view of the vicinity of the
According to the fifth embodiment, advantages similar to those of the first embodiment can be obtained.
次に、この発明の第6の実施形態について説明する。
この第6の実施形態においては、第5の実施形態と同様にして溝20に誘電体21を埋め込んだ後、第2の実施形態と同様にしてこの誘電体21の表面に反射膜25を形成し、これらの反射膜25を覆うようにp型窒化物系III−V族化合物半導体層18上にp側電極22を形成する。
この後、第1の実施形態と同様に工程を進めて、目的とする窒化物系III−V族化合物半導体系発光ダイオードを製造する。
上記以外のことは第1の実施形態と同様である。
この発光ダイオードにおける誘電体21が埋め込まれた溝20およびp側電極22の近傍の拡大図を図32に示す。
この第6の実施形態によれば、第1および第2の実施形態と同様な利点を得ることができる。
Next explained is the sixth embodiment of the invention.
In the sixth embodiment, after the dielectric 21 is embedded in the
Thereafter, the process proceeds in the same manner as in the first embodiment, and the target nitride III-V compound semiconductor light emitting diode is manufactured.
Other than the above are the same as in the first embodiment.
FIG. 32 shows an enlarged view of the vicinity of the
According to the sixth embodiment, the same advantages as those of the first and second embodiments can be obtained.
次に、この発明の第7の実施形態について説明する。
この第7の実施形態においては、図33に示すように、第1の実施形態と同様にして溝20まで形成した後、この溝20に誘電体21を埋め込む。この際、この誘電体21の表面は凹凸面となるようにする。
この後、第1の実施形態と同様に工程を進めて、図34に示すように、目的とする窒化物系III−V族化合物半導体系発光ダイオードを製造する。
上記以外のことは第1の実施形態と同様である。
この発光ダイオードにおける誘電体21が埋め込まれた溝20およびp側電極22の近傍の拡大図を図35に示す。
この第7の実施形態によれば、第1の実施形態と同様な利点を得ることができる。
Next explained is the seventh embodiment of the invention.
In the seventh embodiment, as shown in FIG. 33, after forming the
Thereafter, the process proceeds in the same manner as in the first embodiment, and the target nitride-based III-V compound semiconductor light-emitting diode is manufactured as shown in FIG.
Other than the above are the same as in the first embodiment.
FIG. 35 shows an enlarged view of the vicinity of the
According to the seventh embodiment, the same advantages as those of the first embodiment can be obtained.
次に、この発明の第8の実施形態について説明する。
この第8の実施形態においては、第7の実施形態と同様にして溝20に誘電体21を埋め込んだ後、第2の実施形態と同様にしてこの誘電体21の表面に反射膜25を形成し、これらの反射膜25を覆うようにp型窒化物系III−V族化合物半導体層18上にp側電極22を形成する。
この後、第1の実施形態と同様に工程を進めて、目的とする窒化物系III−V族化合物半導体系発光ダイオードを製造する。
上記以外のことは第1の実施形態と同様である。
この発光ダイオードにおける誘電体21が埋め込まれた溝20およびp側電極22の近傍の拡大図を図36に示す。
この第8の実施形態によれば、第1および第2の実施形態と同様な利点を得ることができる。
Next, an eighth embodiment of the invention will be described.
In the eighth embodiment, after the dielectric 21 is embedded in the
Thereafter, the process proceeds in the same manner as in the first embodiment, and the target nitride III-V compound semiconductor light emitting diode is manufactured.
Other than the above are the same as in the first embodiment.
FIG. 36 shows an enlarged view of the vicinity of the
According to the eighth embodiment, the same advantages as those of the first and second embodiments can be obtained.
次に、この発明の第9の実施形態について説明する。
この第9の実施形態においては、第1の実施形態と同様にして溝20を形成した後、図37に示すように、この溝20を、光散乱粒子26が分散された誘電体21により埋め込み、p型窒化物系III−V族化合物半導体層18の表面の全体を平坦化する。
次に、図38に示すように、p型窒化物系III−V族化合物半導体層18上にp側電極22を形成する。
この後、第1の実施形態と同様に工程を進めて、図39に示すように、目的とする窒化物系III−V族化合物半導体系発光ダイオードを製造する。
上記以外のことは第1の実施形態と同様である。
この発光ダイオードにおける、光散乱粒子26が分散された誘電体21が埋め込まれた溝20およびp側電極22の近傍の拡大図を図40に示す。この場合も、溝20に埋め込まれた誘電体21とp側電極22との界面に、基板11の主面の法線に対して角度θ1 で入射した光は、誘電体21に含まれる光散乱粒子26により、基板11の主面の法線に対してθ1 よりも小さい角度θ2 (すなわち、θ1 >θ2 )の方向に散乱される。この結果、基板11の主面とp側電極22の下面とが互いに平行である場合に比べて、基板11の主面に入射する光のうちの入射角がより小さいものの割合が増えるため、最終的に基板11を通って外部に出て行く光の量が多くなる。
この第9の実施形態によれば、第1の実施形態と同様な利点を得ることができる。
Next, a ninth embodiment of the invention will be described.
In the ninth embodiment, after forming the
Next, as shown in FIG. 38, the p-
Thereafter, the process proceeds in the same manner as in the first embodiment, and the target nitride-based III-V compound semiconductor light-emitting diode is manufactured as shown in FIG.
Other than the above are the same as in the first embodiment.
FIG. 40 shows an enlarged view of the vicinity of the
According to the ninth embodiment, the same advantages as those of the first embodiment can be obtained.
次に、この発明の第10の実施形態について説明する。
この第10の実施形態においては、第1の実施形態と異なり、n型窒化物系III−V族化合物半導体層16、活性層17およびp型窒化物系III−V族化合物半導体層18にメサ部23を形成しない。そして、第1の実施形態と同様に工程を進めてp型窒化物系III−V族化合物半導体層18上のp側電極22まで形成した後、基板11を除去し、n型の窒化物系III−V族化合物半導体層15の裏面を露出させる。そして、図41に示すように、この窒化物系III−V族化合物半導体層15の裏面にn側電極24を形成する。
ここで、p側電極22およびn側電極24をそれぞれ高反射電極および透明電極とすることにより、n側電極24を通して外部に光を取り出すことができる。
また、基板11を除去することにより発光ダイオードの全体の厚さが極めて小さくなるので、機械的強度の向上を図るため、図42に示すように、p側電極22に支持基板27をその上の金属電極28を介して貼り付けて接合してもよい。支持基板27は導電性、非導電性のいずれであってもよく、金属電極28を介して発光ダイオードに電流を流すことが可能な構造を支持基板27に持たせればよい。
上記以外のことは第1の実施形態と同様である。
この第10の実施形態によれば、第1の実施形態と同様な利点を得ることができる。ここで、活性層17で発生した光は、p側電極22側およびn側電極24側へ広がるが、基板11および凸部12の材料、凸部12の構成、p側電極22およびn側電極24として高反射電極あるいは透明電極を使い分けることにより光取り出し方向を制御することが可能である。また、p側電極22をp型窒化物系III−V族化合物半導体層18のほぼ全面に形成し、n側電極24もn型の窒化物系III−V族化合物半導体層15のほぼ全面に形成していることから、発光ダイオードの動作時に、発光効率の低下や信頼性の低下などの要因と懸念されているカレントクラウディング(current crowding)現象が生じるのを防止することができるため、発光ダイオードの発光効率および信頼性の向上を図ることができ、特に発光ダイオードの高出力化の際に有効である。
Next explained is the tenth embodiment of the invention.
In the tenth embodiment, unlike the first embodiment, the n-type nitride III-V
Here, by using the p-
Further, since the entire thickness of the light emitting diode becomes extremely small by removing the
Other than the above are the same as in the first embodiment.
According to the tenth embodiment, the same advantages as those of the first embodiment can be obtained. Here, the light generated in the
次に、この発明の第11の実施形態について説明する。
この第11の実施形態においては、図43Aに示すように、基板11上に断面形状が台形状の凸部12を所定の平面形状で周期的に形成する。凸部12の間には逆台形状の断面形状を有する凹部13が形成される。
次に、第1の実施形態と同様にして窒化物系III−V族化合物半導体層15を成長させる。具体的には、凹部13の底面上の微小核14の生成、成長および合体の過程を経て図43Bに示すように、凹部13の底面を底辺とする二等辺三角形状の断面形状を有する窒化物系III−V族化合物半導体層15を成長させ、さらに横方向成長を経て図43Cに示すように、平坦な表面を有し、貫通転位密度が低い窒化物系III−V族化合物半導体層15を成長させる。
次に、第1の実施形態と同様に工程を進めて、図44に示すように、目的とする窒化物系III−V族化合物半導体系発光ダイオードを製造する。
上記以外のことは第1の実施形態と同様である。
この第11の実施形態によれば、第1の実施形態と同様な利点を得ることができる。
Next, an eleventh embodiment of the present invention will be described.
In the eleventh embodiment, as shown in FIG. 43A,
Next, the nitride III-V
Next, the process proceeds in the same manner as in the first embodiment, and the target nitride-based III-V compound semiconductor light-emitting diode is manufactured as shown in FIG.
Other than the above are the same as in the first embodiment.
According to the eleventh embodiment, advantages similar to those of the first embodiment can be obtained.
図45〜図47に、基板11に凹凸を形成した場合と凹凸を形成しないフラットな場合とで発光ダイオードから外部への光取り出し効率の変化のシミュレーションを行った結果の一例を示す。いずれも光取り出しは基板11の裏面側から行うものとする。
図45において、横軸は凸部12の屈折率、縦軸は凸部12を形成しなかった場合に対する光取り出し効率ηの向上度(光取り出し倍率)を示す。また、図45中、▲のデータは凸部12が図9に示す一次元ストライプ形状の場合(1D)、●のデータは一次元ストライプ形状の凸部12を互いに直交して設けることにより得られる二次元配列の場合(2D)を示す。ただし、凸部12の側面と基板11の一主面とのなす角度θは135°、凹部13の底辺の長さWg =2μm、凸部12の底辺の長さ=3μmである。基板11の屈折率は1.77、窒化物系III−V族化合物半導体層15の屈折率は2.35と仮定した。図45より、光取り出し倍率は、1D、2Dとも凸部12の屈折率が1.4のときに最大となり、屈折率が1.2〜1.7の範囲では十分に大きくなること、2Dでは1Dに比べて光取り出し倍率が大きいことが分かる。
なお、この結果は凸部12の断面形状が第1の実施形態のように三角形状である場合も同様である。
FIGS. 45 to 47 show an example of a result of a simulation of a change in light extraction efficiency from the light emitting diode to the outside when the
In FIG. 45, the horizontal axis indicates the refractive index of the
This result is the same when the cross-sectional shape of the
図46において、横軸は凸部12の側面が基板11の一主面となす角度θ、縦軸は光取り出し倍率を示す。また、図46中、▲のデータは凸部12が図9に示す一次元ストライプ形状の場合(1D)、●のデータは一次元ストライプ形状の凸部12を互いに直交して設けることにより得られる二次元配列の場合(2D)を示す。ただし、凹部13の底辺の長さWg =3μm、凸部12の底辺の長さ=2μmである。基板11の屈折率は1.77、凸部12の屈折率は1.4、窒化物系III−V族化合物半導体層15の屈折率は2.35と仮定した。図46より、光取り出し倍率は、1D、2Dとも凸部12の側面が基板11の一主面となす角度θが100°<θ<160°の範囲で1.55倍以上と大きく、132°<θ<139°の範囲では1.75倍以上と極めて大きく、特にθ=135°で極大となり、あるいは147°<θ<154°の範囲でも1.75倍以上と極めて大きく、特にθ=152°で極大となること、2Dでは1Dに比べて光取り出し倍率が大きいことが分かる。
なお、この結果は凸部12の断面形状が第1の実施形態のように三角形状である場合も同様である。
In FIG. 46, the horizontal axis represents the angle θ formed by the side surface of the
This result is the same when the cross-sectional shape of the
図47において、横軸は凹部13の深さd、縦軸は凸部12を形成しなかった場合に対する光取り出し効率ηの向上度(光取り出し倍率)を示す。凸部12は図9に示す一次元ストライプ形状を有する。ただし、凹部13の底辺の長さWg と凸部12の底辺の長さとの比は3:2である。基板11の屈折率は1.77、凸部12の屈折率は1.4、窒化物系III−V族化合物半導体層15の屈折率は2.35と仮定した。図47より、光取り出し倍率は、凹部13の深さが大きくなるにつれて増加することが分かる。
In FIG. 47, the horizontal axis indicates the depth d of the
図48Aは、基板11としてサファイア基板を用い、その上に断面形状が台形状の凸部12を形成した凹凸基板を用い、その上に窒化物系III−V族化合物半導体層15としてn型GaN層、n型窒化物系III−V族化合物半導体層16としてn型GaN層およびn型GaInN層、活性層17として緑色の発光波長に対応するIn組成のGaInN/GaN MQW構造、p型窒化物系III−V族化合物半導体層18としてp型AlInN層、p型GaN層およびp型GaInN層を成長させて作製した緑色発光の発光ダイオードのp型GaInN層の表面の原子間力顕微鏡(AFM)像(20μm□)の一例を示す。また、図48Bは、通常の平坦なサファイア基板を用いることを除いて上記と同様にして作製した緑色発光の発光ダイオードのp型GaInN層の表面のAFM像(20μm□)の一例を示す。図48Bに示すように、通常の平坦なサファイア基板を用いた発光ダイオードのp型GaInN層の表面には面内にランダムに、1×108 /cm2 を超える高密度のピットが分散している。一方、図48Aに示すように、凹凸基板を用いた発光ダイオードのp型GaInN層の表面には、ピットが偏在し、凸部12の中央部の近傍、すなわち互いに隣接する凹部13から成長するGaN層同士の会合部に対応する部分と考えられる部分のピット密度が1×108 /cm2 程度と高く、凹部13に対応する部分と考えられる部分のピット密度が1×107 /cm2 程度と低く、図44に示す貫通転位19の分布と良く一致している。
48A, a sapphire substrate is used as the
次に、この発明の第12の実施形態について説明する。
この第12の実施形態においては、図49に示すように、基板11上に断面形状が台形状の凸部12を周期的に形成し、凸部12の間に逆台形状の断面形状を有する凹部13を形成することは第11の実施形態と同様であるが、この場合、凸部12の上面の幅Wt は凹部13の底面の幅Wg より十分に大きく選ばれている。そして、この基板11上に第11の実施形態と同様にして、窒化物系III−V族化合物半導体層15、n型窒化物系III−V族化合物半導体層16、活性層17およびp型窒化物系III−V族化合物半導体層18を順次成長させる。
この後、第1の実施形態と同様に工程を進めて、図50に示すように、目的とする窒化物系III−V族化合物半導体系発光ダイオードを製造する。
上記以外のことは第1の実施形態と同様である。
この第12の実施形態によれば、第1の実施形態と同様な利点を得ることができる。
Next, a twelfth embodiment of the invention is described.
In the twelfth embodiment, as shown in FIG. 49,
Thereafter, the process proceeds in the same manner as in the first embodiment, and the target nitride-based III-V compound semiconductor light-emitting diode is manufactured as shown in FIG.
Other than the above are the same as in the first embodiment.
According to the twelfth embodiment, the same advantages as those of the first embodiment can be obtained.
次に、この発明の第13の実施形態について説明する。
この第13の実施形態においては、第12の実施形態と同様にして貫通転位19の部分に溝20を形成するが、この場合、図51に示すように、この溝20は基板11が露出する深さに形成する。凸部12の材料としては、後のウエットエッチングの際に容易にエッチング除去することができるように、好適には、SiO2 などの非晶質材料が用いられるが、これに限定されるものではない。後述のように保護素子を形成する少なくとも一つの溝20は、必要に応じて、他の溝20に比べて大きな幅に形成し、ここではそのようにする。
次に、図52に示すように、幅の大きな溝20以外の溝20を誘電体21により埋め込むとともに、幅の大きな溝20の内壁にSiO2 膜などの絶縁膜29を形成し、その間に発光ダイオードの保護素子30を形成する。この保護素子30は、発光ダイオードに過電圧が加わったときなどにこの発光ダイオードの破壊を防止するためのもである。
次に、p型窒化物系III−V族化合物半導体層18上にp側電極22を形成する。
次に、凸部12などをエッチング除去し、さらに基板11を除去してn型の窒化物系III−V族化合物半導体層15の裏面を露出させるとともに平坦化する。そして、図53に示すように、この窒化物系III−V族化合物半導体層15の裏面にn側電極24を形成する。
ここで、p側電極22およびn側電極24をそれぞれ高反射電極および透明電極とすることにより、n側電極24を通して外部に光を取り出すことができる。
また、基板11を除去することにより発光ダイオードの全体の厚さが極めて小さくなるので、機械的強度の向上を図るため、図42に示すと同様に、p側電極22に支持基板27をその上の金属電極28を介して貼り付けて接合してもよい。
上記以外のことは第1の実施形態と同様である。
Next, a thirteenth embodiment of the invention is described.
In the thirteenth embodiment, a
Next, as shown in FIG. 52, the
Next, the p-
Next, the
Here, by using the p-
Further, since the entire thickness of the light emitting diode becomes extremely small by removing the
Other than the above are the same as in the first embodiment.
この発光ダイオードにおいては、保護素子30はp側電極22とn側電極24との間に並列に接続されている。等価回路を図54に示す。
この保護素子30としては種々のものを用いることができるが、具体例を挙げると次のとおりである。
図55は保護素子30として発光ダイオードに逆並列接続されたショットキーバリアダイオード31を用いる場合である。等価回路を図56に示す。図55に示すように、このショットキーバリアダイオード31は、n型半導体層31aとこのn型半導体層31aとショットキー接触するショットキー電極31bとからなる。p側電極22はn型半導体層31aとオーミック接触し、n側電極24はショットキー電極31bと接続されている。n型半導体層31aの材料としては、例えば、n型アモルファスシリコン、ITO、ZnO、SnO2 、In2 O3 、ZnS、ZnSe、ZnSb2 O6 、CdO、CdIn2 O4 、MgIn2 O4 、ZnGa2 O4 、CdGa2 O4 、Ga2 O3 、GaSnO3 、CdSnO4 、InGaMgO4 、InGaZnO4 、Zn2 In2 O5 、AgSbO3 、Cd3 Sb2 O7 、Cd2 GeO4 、AgInO2 、CdS、CdSeなどの公知の材料を用いることができる。ショットキー電極31bの材料としては、例えば、Ti、Pt、Cr、Al、Sm、PtSi、Pd2 Siなどの公知のショットキー材料を用いることができる。
In this light emitting diode, the
Various elements can be used as the
FIG. 55 shows a case where a
このショットキーバリアダイオード31は、発光ダイオードに所定値以上の逆方向の過電圧(サージ電圧)などが印加された際に導通する。このため、発光ダイオードの両端子間の電圧は、ショットキーバリアダイオード31の順方向電圧に制限されることから、発光ダイオードは静電気などによる逆方向の過電圧から保護される。ショットキーバリアダイオード31の導通開始電圧は、発光ダイオードの許容最大逆方向電圧以下に設定される。すなわち、ショットキーバリアダイオード31の順方向の導通開始電圧は、発光ダイオードが破壊されるおそれのある電圧よりも低い値に設定される。なお、ショットキーバリアダイオード31の順方向の導通開始電圧は、正常時に発光ダイオードに印加される逆方向の電圧よりも高く、かつ発光ダイオードが破壊されるおそれのある電圧よりも低いことが好ましい。
The
図57は保護素子30として、同じく発光ダイオードに逆並列接続されたショットキーバリアダイオード31を用いる場合であり、等価回路は図56に示すとおりである。図57に示すように、このショットキーバリアダイオード31は、p型半導体層31cとこのp型半導体層31cとショットキー接触するショットキー電極31bとからなる。n側電極24はp型半導体層31cとオーミック接触し、p側電極22はショットキー電極31bと接続されている。p型半導体層31cの材料としては、p型アモルファスシリコン、NiO、Cu2 O、FeO、CuAlO2 、SrCu2 O2 などを用いることができる。
ショットキーバリアダイオード31の順方向の導通開始電圧などについては、図55に示すショットキーバリアダイオード31と同様である。
FIG. 57 shows a case where a
The forward conduction start voltage of the
図58は保護素子30として発光ダイオードに逆並列接続されたpn接合ダイオード32を用いる場合である。等価回路を図59に示す。図58に示すように、このpn接合ダイオード32は、p型半導体層32aとn型半導体層32bとからなる。p側電極22はn型半導体層32bとオーミック接触し、n側電極24はp型半導体層32aとオーミック接触している。必要に応じて、p側電極22とn型半導体層32bとの間およびn側電極24とp型半導体層32aとの間にオーミック接触特性の向上を図るための金属層などを設けてもよい。
FIG. 58 shows a case where a
このpn接合ダイオード32は、整流ダイオードあるいは定電圧ダイオードに構成される。このpn接合ダイオード32が整流ダイオードに構成される場合、発光ダイオードに所定値以上の逆方向の過電圧が印加されたときに導通する。これにより、発光ダイオードに印加される電圧は、pn接合ダイオード32の順方向電圧に制限される。したがって、発光ダイオードを静電気などによるサージ電圧などの逆方向の過電圧から保護することができる。pn接合ダイオード32の順方向の導通開始電圧は発光ダイオードの許容最大逆方向電圧以下に設定される。なお、pn接合ダイオード32の順方向の導通開始電圧は正常時に発光ダイオードに対して逆方向に印加される電圧よりも高く、かつ発光ダイオードが破壊されるおそれのある電圧よりも低いことが好ましい。
The
pn接合ダイオード32がツェナーダイオードなどの定電圧ダイオードに構成される場合、このpn接合ダイオード32の逆方向降伏電圧は、発光ダイオードの正常動作範囲の順方向電圧と許容最大順方向電圧との間に設定される。これにより、このpn接合ダイオード32はサージ電圧などの順方向の過電圧から発光ダイオードを保護する。このpn接合ダイオード32の順方向の導通開始電圧は正常時に発光ダイオードに対して逆方向に印加される電圧よりも高く、かつ発光ダイオードが破壊されるおそれのある電圧よりも低いことが好ましい。
When the
図60は保護素子30として発光ダイオードに並列接続されたnpn接合ダイオード33を用いる場合である。等価回路を図61に示す。図60に示すように、このnpn接合ダイオード33は、n型半導体層33aとp型半導体層33bとn型半導体層33cとからなる。p側電極22はn型半導体層33aとオーミック接触し、n側電極24はn型半導体層33cとオーミック接触している。必要に応じて、p側電極22とn型半導体層33aとの間およびn側電極24とn型半導体層33cとの間にオーミック接触特性の向上を図るための金属層などを設けてもよい。
npn接合ダイオード33の順方向および逆方向の降伏電圧は発光ダイオードの正常動作範囲の電圧と許容最大電圧との間であることが好ましい。これにより、定電圧ダイオードとしてのバックツーバックダイオード33は、許容最大電圧よりも高いサージ電圧などの過電圧から、発光ダイオードを保護する。
FIG. 60 shows a case where an
The breakdown voltage in the forward direction and the reverse direction of the
図62は保護素子30として発光ダイオードに並列に接続されたコンデンサ34を用いる場合である。等価回路を図63に示す。図62に示すように、このコンデンサ34は、p側電極22とn側電極24との間に誘電体35を挟んだものからなる。この誘電体35は、溝20の内壁に形成された絶縁膜29の比誘電率よりも大きい比誘電率を有する誘電体材料からなる。この誘電体材料としては、例えば、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウムなどが挙げられるが、これらに限定されるものではなく、公知の他の誘電体材料を用いることができる。
コンデンサ34は、発光ダイオードの正常動作範囲の電圧よりも高い高いサージ電圧などの過電圧から、発光ダイオードを保護する。
FIG. 62 shows a case where the
The
この第13の実施形態によれば、発光ダイオードに対して並列に保護素子30が接続されているので、何らかの原因で発光ダイオードに対して過電圧が印加された場合に、この保護素子30の働きでこの発光ダイオードの破壊などを有効に防止することができる。また、この保護素子30は、貫通転位19の除去のために形成する溝20に形成しているので、有効発光面積の減少はほとんどない。また、発光ダイオードと保護素子30との配線が不要である。そのほか、第1の実施形態と同様な利点を得ることができる。すなわち、窒化物系III−V族化合物半導体層15の貫通転位は基板11の凸部12の中央部近傍に集中し、その他の部分の転位密度は例えば6×107 /cm2 程度と従来の凹凸加工基板を用いた場合に比べて大幅に低減されるため、窒化物系III−V族化合物半導体層15およびその上に成長される活性層17などの窒化物系III−V族化合物半導体層の結晶性は大幅に向上し、非発光中心なども大幅に減少する。さらに、窒化物系III−V族化合物半導体層15、n型窒化物系III−V族化合物半導体層16、活性層17およびp型窒化物系III−V族化合物半導体層18に発生した貫通転位19のうちのn型窒化物系III−V族化合物半導体層16の厚さ方向の途中の深さまでの部分にあるものを、この部分に溝20を形成することにより除去しているので、この除去された部分の貫通転位19およびその近傍の部分に集中して発生した非発光中心を除去することができる。このため、非発光再結合の大幅な低減を図ることができる。これらによって、発光効率が極めて高い窒化物系III−V族化合物半導体系発光ダイオードを得ることができる。加えて、この窒化物系III−V族化合物半導体系発光ダイオードの製造に必要なエピタキシャル成長は1回で済み、しかも成長マスクが不要であるだけでなく、基板11上の凸部12は基板11上に凸部12の材料となる膜、例えばSiO2 膜などの膜を形成し、これをエッチングなどにより加工するだけで形成することができるので、凹凸加工が困難なサファイア基板などの基板11の加工が不要であるため、製造工程が簡単であり、低コストで窒化物系III−V族化合物半導体系発光ダイオードを製造することができる。
According to the thirteenth embodiment, since the
次に、この発明の第14の実施形態について説明する。
この第14の実施形態においては、p側電極22の形成工程までは第1の実施形態と同様であるが、それ以降の工程が異なる。ここで、このp側電極22においては、好適には、電極材料(例えばAgなど)の拡散を防ぐためにPdを含有する層を介在させたり、その上に、応力、熱、上層に形成されるAuやSnを含む層(はんだ層やバンプなど)からのAuやSnのp側電極22への拡散などによる不良の発生を防止するために例えばTi、W、Crあるいはこれらの合金などの高融点金属、あるいはこれらの金属の窒化物(TiN、WN、TiWN、CrNなど)を形成することにより、粒界のないアモルファス状のバリアメタル層として用いる技術を適用する。なお、溝20およびこの溝20を埋める誘電体21の説明および図示は省略する。
Next, a fourteenth embodiment of the invention is described.
In the fourteenth embodiment, the steps up to the formation of the p-
すなわち、この第14の実施形態においては、図64Aに示すように、p側電極22を形成した後、リフト法などにより、このp側電極22を覆うようにNi膜41を形成する。次に、図示は省略するが、例えば、Ni膜41を覆うようにPd膜を形成し、このPd膜を覆うように金属窒化膜、例えばTiN、WN、TiWN、CrNなどの膜を形成し、さらに必要に応じてこの膜を覆うようにTi、W、Mo、Crあるいはそれらの合金などの膜を形成する。ただし、Ni膜41を形成せず、その代わりに、p側電極22を覆うようにPd膜を形成し、このPd膜を覆うようにTiN、WN、TiWN、CrNなどの膜を形成し、さらに必要に応じてこの膜を覆うようにTi、W、Mo、Crあるいはそれらの合金などの膜を形成するようにしてもよい。
次に、図64Bに示すように、リソグラフィーにより、Ni膜41およびその上のPd膜などの層を覆う所定形状のレジストパターン42を形成する。
次に、図64Cに示すように、レジストパターン42をマスクとして例えばRIE法によりエッチングすることによりメサ部23を断面形状が台形になるように形成する。このメサ部23の斜面と基板11の主面とのなす角度は例えば35度程度とする。このメサ部23の斜面には必要に応じてλ/4誘電体膜(λ:発光波長)を形成する。
That is, in the fourteenth embodiment, as shown in FIG. 64A, after the p-
Next, as shown in FIG. 64B, a resist
Next, as shown in FIG. 64C, the
次に、図64Dに示すように、n型の窒化物系III−V族化合物半導体層15上にn側電極24を形成する。
次に、図64Eに示すように、基板全面にパッシベーション膜としてSiO2 膜43を形成する。下地に対する密着性、耐久性、プロセス上の耐食性を考慮に入れた場合、SiO2 膜43の代わりにSiN膜あるいSiON膜を用いてもよい。
次に、図64Fに示すように、このSiO2 膜43をエッチバックして薄くした後、メサ部23の斜面のSiO2 膜43上に反射膜としてAl膜44を形成する。このAl膜44は、活性層17から発生する光を基板11側に反射させて光の取り出し効率の向上を図るためのものである。このAl膜44の一端はn側電極24と接触するように形成する。これは、Al膜44とn側電極24との間に隙間をつくらないようにすることで光の反射を増すためである。この後、SiO2 膜43を再度形成してパッシベーション膜として必要な厚さにする。
Next, as shown in FIG. 64D, the n-
Next, as shown in FIG. 64E, a SiO 2 film 43 is formed as a passivation film on the entire surface of the substrate. In consideration of adhesion to the base, durability, and corrosion resistance in the process, a SiN film or a SiON film may be used instead of the SiO 2 film 43.
Next, as shown in FIG. 64F, the SiO 2 film 43 is etched back and thinned, and then an
次に、図64Gに示すように、SiO2 膜43のうちのNi膜41およびn側電極24の上方の部分をエッチング除去して開口45、46を形成し、これらの部分にNi膜41およびn側電極24を露出させる。
次に、図64Hに示すように、開口45の部分のNi膜41上にパッド電極47を形成するとともに、開口46の部分のn側電極24上にパッド電極48を形成する。
次に、図64Iに示すように、基板全面にバンプマスク材49を形成した後、このバンプマスク材49のうちのパッド電極48の上方の部分をエッチング除去して開口50を形成し、この部分にパッド電極48を露出させる。
Next, as shown in FIG. 64G, portions of the SiO 2 film 43 above the
Next, as shown in FIG. 64H, a
Next, as shown in FIG. 64I, after a
次に、図64Jに示すように、バンプマスク材49を用いてパッド電極48上にAuバンプ51を形成する。次に、バンプマスク材49を除去する。次に、基板全面に再度バンプマスク材(図示せず)を形成した後、このバンプマスク材のうちのパッド電極47の上方の部分をエッチング除去して開口を形成し、この部分にパッド電極47を露出させる。次に、パッド電極47上にAuバンプ52を形成する。
次に、必要に応じて、上述のようにして発光ダイオード構造が形成された基板11をその裏面側から研削やラッピングすることにより厚さを減少させた後、この基板11のスクライビングを行い、バーを形成する。この後、このバーのスクライビングを行うことでチップ化する。
Next, as shown in FIG. 64J, Au bumps 51 are formed on the
Next, if necessary, the
次に、この発明の第15の実施形態について説明する。
この第15の実施形態においては、第1の実施形態による方法により得られる青色発光の発光ダイオードおよび緑色発光の発光ダイオードに加え、別途用意する赤色発光の発光ダイオード(例えば、AlGaInP系発光ダイオード)を用いて発光ダイオードバックライトを製造する場合について説明する。
第1の実施形態による方法により基板11上に青色発光の発光ダイオード構造を形成し、さらにp側電極22およびn側電極24上にそれぞれバンプ(図示せず)を形成した後、これをチップ化することによりフリップチップの形で青色発光の発光ダイオードを得る。同様にして、緑色発光の発光ダイオードをフリップチップの形で得る。一方、赤色発光の発光ダイオードとしては、n型GaAs基板上にAlGaInP系半導体層を積層してダイオード構造を形成し、その上部にp側電極を形成する工程を経る、AlGaInP系発光ダイオードをチップの形で用いるものとする。
Next, a fifteenth embodiment of the invention is described.
In the fifteenth embodiment, in addition to the blue light emitting diode and the green light emitting diode obtained by the method according to the first embodiment, a separately prepared red light emitting diode (for example, an AlGaInP light emitting diode) is used. A case where a light emitting diode backlight is manufactured using the same will be described.
A blue light emitting diode structure is formed on the
そして、これらの赤色発光の発光ダイオードチップ、緑色発光の発光ダイオードチップおよび青色発光の発光ダイオードチップをそれぞれAlNなどからなるサブマウント上にマウントした後、これをサブマウントを下にして例えばAl基板などの基板上に所定の配置でマウントする。この状態を図65Aに示す。図65A中、符号61は基板、62はサブマウント、63は赤色発光の発光ダイオードチップ、64は緑色発光の発光ダイオードチップ、65は青色発光のダイオードチップを示す。これらの赤色発光の発光ダイオードチップ63、緑色発光の発光ダイオードチップ64および青色発光の発光ダイオードチップ65のチップサイズは例えば350μm角である。ここで、赤色発光の発光ダイオードチップ63はそのn側電極がサブマウント62上に来るようにマウントし、緑色発光の発光ダイオードチップ64および青色発光の発光ダイオードチップ65はそのp側電極およびn側電極が、バンプを介してサブマウント62上に来るようにする。赤色発光の発光ダイオードチップ63がマウントされているサブマウント62上にはn側電極用の引き出し電極(図示せず)が所定のパターン形状に形成されており、この引き出し電極上の所定部分に赤色発光の発光ダイオードチップ63のn側電極側がマウントされている。そして、この赤色発光の発光ダイオードチップ63のp側電極と、基板61上に設けられた所定のパッド電極66とにこれらを接続するようにワイヤ67がボンディングされているとともに、上記の引き出し電極の一端と基板61上に設けられた別のパッド電極とにこれらを接続するようにワイヤ(図示せず)がボンディングされている。緑色発光の発光ダイオードチップ64がマウントされているサブマウント62上には、p側電極用の引き出し電極およびn側電極用の引き出し電極(いずれも図示せず)がそれぞれ所定のパターン形状に形成されており、これらのp側電極用の引き出し電極およびn側電極用の引き出し電極上の所定部分に、緑色発光の発光ダイオードチップ64のp側電極およびn側電極側がそれらの上に形成されたバンプを介してそれぞれマウントされている。そして、この緑色発光の発光ダイオードチップ64のp側電極用の引き出し電極の一端と、基板61上に設けられたパッド電極とにこれらを接続するようにワイヤ(図示せず)がボンディングされているとともに、そのn側電極用の引き出し電極の一端と、基板61上に設けられたパッド電極とにこれらを接続するようにワイヤ(図示せず)がボンディングされている。青色発光の発光ダイオードチップ65も同様である。
ただし、サブマウント62を省略して、赤色発光の発光ダイオードチップ63、緑色発光の発光ダイオードチップ64および青色発光の発光ダイオードチップ65を直接、放熱性を有する任意のプリント配線基板あるいは、プリント配線基板の機能を有する板、筐体の内外壁(例えば、シャーシの内壁など)にダイレクトマウントすることも可能であり、こうすることで発光ダイオードバックライトあるいはパネル全体の低コスト化を図ることができる。
Then, after mounting the red light emitting diode chip, the green light emitting diode chip, and the blue light emitting diode chip on a submount made of AlN or the like, each of them is mounted on the submount, for example, an Al substrate or the like. Mount in a predetermined arrangement on the substrate. This state is shown in FIG. 65A. In FIG. 65A,
However, the
上述のような赤色発光の発光ダイオードチップ63、緑色発光の発光ダイオードチップ64および青色発光の発光ダイオードチップ65を一単位(セル)とし、これを基板61上に所定のパターンで必要な数配置する。その一例を図66に示す。次に、図65Bに示すように、この一単位を覆うように透明樹脂68のポッティングを行う。この後、透明樹脂68のキュア処理を行う。このキュア処理により透明樹脂68は固化し、それに伴い少し縮小する(図65C)。こうして、図67に示すように、赤色発光の発光ダイオードチップ63、緑色発光の発光ダイオードチップ64および青色発光の発光ダイオードチップ65を一単位としたものが基板61上にアレイ状に配列された発光ダイオードバックライトが得られる。この場合、透明樹脂68は緑色発光の発光ダイオードチップ64および青色発光の発光ダイオードチップ65の基板11の裏面と接触しているため、この基板11の裏面が空気と直接接触している場合に比べて屈折率差が小さくなり、したがってこの基板11を透過して外部に出ようとする光がこの基板11の裏面で反射される割合が減少し、それによって光取り出し効率が向上することで発光効率が向上する。
この発光ダイオードバックライトは、例えば液晶パネルのバックライトに用いて好適なものである。
The red light emitting
This light emitting diode backlight is suitable for use in a backlight of a liquid crystal panel, for example.
次に、この発明の第16の実施形態について説明する。
この第16の実施形態においては、第15の実施形態と同様にして、赤色発光の発光ダイオードチップ63、緑色発光の発光ダイオードチップ64および青色発光の発光ダイオードチップ65を基板61上に所定のパターンで必要な数配置した後、図68に示すように、赤色発光の発光ダイオードチップ63を覆うようにこの発光ダイオードチップ63に適した透明樹脂69のポッティングを行い、緑色発光の発光ダイオードチップ64を覆うようにこの発光ダイオードチップ64に適した透明樹脂70のポッティングを行い、青色発光の発光ダイオードチップ65を覆うようにこの発光ダイオードチップ65に適した透明樹脂71のポッティングを行う。この後、透明樹脂69〜71のキュア処理を行う。このキュア処理により透明樹脂69〜71は固化し、それに伴い少し縮小する。こうして、赤色発光の発光ダイオードチップ63、緑色発光の発光ダイオードチップ64および青色発光の発光ダイオードチップ65を一単位としたものが基板61上にアレイ状に配列された発光ダイオードバックライトが得られる。この場合、透明樹脂70、71はそれぞれ緑色発光の発光ダイオードチップ64および青色発光の発光ダイオードチップ65の基板11の裏面と接触しているため、この基板11の裏面が空気と直接接触している場合に比べて屈折率差が小さくなり、したがってこの基板11を透過して外部に出ようとする光がこの基板11の裏面で反射される割合が減少し、それによって光取り出し効率が向上することで発光効率が向上する。
この発光ダイオードバックライトは、例えば液晶パネルのバックライトに用いて好適なものである。
Next, a sixteenth embodiment of the invention is described.
In the sixteenth embodiment, as in the fifteenth embodiment, a red light emitting
This light emitting diode backlight is suitable for use in a backlight of a liquid crystal panel, for example.
次に、この発明の第17の実施形態について説明する。
この第17の実施形態においては、第1の実施形態による方法により得られる青色発光の発光ダイオードおよび緑色発光の発光ダイオードに加え、別途用意する赤色発光の発光ダイオードを用いて光源セルユニットを製造する場合について説明する。
図69Aに示すように、この第17の実施形態においては、第16の実施形態と同様にして、赤色発光の発光ダイオードチップ63、緑色発光の発光ダイオードチップ64および青色発光の発光ダイオードチップ65をそれぞれ少なくとも一つ含み、これらが所定のパターンで配置されたセル75をプリント配線基板76上に所定のパターンで必要な数配置する。この例では、各セル75は、赤色発光の発光ダイオードチップ63、緑色発光の発光ダイオードチップ64および青色発光の発光ダイオードチップ65をそれぞれ一つ含み、これらが正三角形の頂点に配置されている。図69Bにセル75を拡大して示す。各セル75における赤色発光の発光ダイオードチップ63、緑色発光の発光ダイオードチップ64および青色発光の発光ダイオードチップ65の間隔aは例えば4mmであるが、これに限定されるものではない。セル75の間隔bは例えば30mmであるが、これに限定されるものではない。プリント配線基板76としては、例えば、FR4(Flame Retardant Type 4の略)基板やメタルコア基板やフレキシブル配線基板などを用いることができるが、放熱性を有するプリント配線基板であれば他のものを用いることもでき、これらに限定されるものではない。第16の実施形態と同様にして、各セル76を覆うように透明樹脂68のポッティングを行い、あるいは、第17の実施形態と同様にして、赤色発光の発光ダイオードチップ63を覆うように透明樹脂69のポッティングを行い、緑色発光の発光ダイオードチップ64を覆うように透明樹脂70のポッティングを行い、青色発光の発光ダイオードチップ65を覆うように透明樹脂71のポッティングを行う。こうして、赤色発光の発光ダイオードチップ63、緑色発光の発光ダイオードチップ64および青色発光の発光ダイオードチップ65からなるセル75がプリント配線基板76上に配置された光源セルユニットが得られる。
Next, a seventeenth embodiment of the invention is described.
In the seventeenth embodiment, a light source cell unit is manufactured using a separately prepared red light emitting diode in addition to a blue light emitting diode and a green light emitting diode obtained by the method according to the first embodiment. The case will be described.
As shown in FIG. 69A, in the seventeenth embodiment, as in the sixteenth embodiment, a red light emitting
プリント配線基板76上のセル75の配置の具体例を図70および図71に示すが、これらに限定されるものではない。図70に示す例はセル75を4×3の二次元アレイ状に配置したもの、図71に示す例はセル75を6×2の二次元アレイ状に配置したものである。
図72はセル75の他の構成例を示す。この例では、セル75は、赤色発光の発光ダイオードチップ63を一つ、緑色発光の発光ダイオードチップ64を二つ、青色発光の発光ダイオードチップ65を一つ含み、これらが例えば正方形の頂点に配置されている。二つの緑色発光の発光ダイオードチップ64はこの正方形の一つの対角線の両端の頂点に配置され、赤色発光の発光ダイオードチップ63および青色発光の発光ダイオードチップ65はこの正方形のもう一つの対角線の両端の頂点に配置されている。
この光源セルユニットを一つまたは複数配列することにより、例えば液晶パネルのバックライトに用いて好適な発光ダイオードバックライトを得ることができる。
Specific examples of the arrangement of the
FIG. 72 shows another configuration example of the
By arranging one or a plurality of the light source cell units, a light emitting diode backlight suitable for use in a backlight of a liquid crystal panel, for example, can be obtained.
次に、この発明の第18の実施形態について説明する。
この第18の実施形態においては、第12の実施形態と同様にして貫通転位19の部分に溝20を形成するが、この場合、図73に示すように、凹部13に対応する部分に形成する溝20は基板11が露出する深さに形成し、凸部12の中央部に対応する部分に形成する溝20はn型窒化物系III−V族化合物半導体層16の厚さの途中の深さに形成する。凸部12の材料としては、必要に応じて、ウエットエッチングにより容易にエッチング除去することができるように、好適には、SiO2 などの非晶質材料が用いられる。
Next, an eighteenth embodiment of the invention is described.
In the eighteenth embodiment, the
次に、図74に示すように、p型窒化物系III−V族化合物半導体層18上に高反射電極からなるp側電極22を形成する。次に、このp側電極22を覆うように全面にSiO2 膜などの絶縁膜81を形成した後、この絶縁膜81の表面を平坦化する。次に、この絶縁膜81のうちの凸部12の中央部に対応する部分に形成した溝20に対応する部分を選択的にエッチングすることによりコンタクトホール82を形成し、このコンタクトホール82内にn型窒化物系III−V族化合物半導体層16を露出させる。また、この絶縁膜81のうちのp側電極22上にある所定の部分を選択的にエッチングすることによりコンタクトホール83を形成し、このコンタクトホール83内にp側電極22を露出させる。次に、コンタクトホール82を通じてn型窒化物系III−V族化合物半導体層16上にn側電極24を形成するとともに、コンタクトホール83を通じてp側電極22上に電極84を形成する。
Next, as shown in FIG. 74, the p-
次に、発光ダイオード駆動回路などが形成されたプリント配線基板などの配線基板85の一主面上に、基板11上のn側電極24および電極84に対応する位置に電極85a、85bが形成されたものを別途用意し、この配線基板85の電極85a、85bを、基板11上のn側電極24および電極84とそれぞれ対向させ、図75に示すように、これらを圧着して接合する。こうして、配線基板85を一体化した発光ダイオードアレイが得られる。
ここで、基板11の凸部12および凹部13のパターンが図10に示すような蜂の巣状パターンであるとすると、この場合の貫通転位19のパターンは図12に示すようになり、この貫通転位19を除去するように溝20を形成し、この溝20に絶縁膜81を埋め込むと、平面形状が六角形でp側電極22およびn側電極24を有する発光ダイオードが、絶縁膜81により埋め込まれた溝20により互いに電気的に分離した状態で蜂の巣状に二次元的に配列した発光ダイオードアレイが得られる。各発光ダイオードの駆動は、配線基板85に形成された発光ダイオード駆動回路により行われる。
Next,
Here, if the pattern of the
この発光ダイオードアレイをフルカラーとするためには、次のようにすればよい。一つの方法は、各発光ダイオードを紫外光を発光可能に構成し、青色発光、緑色発光および赤色発光を得たい部分の発光ダイオードに対応する部分の基板11の裏面にそれぞれ、紫外光により励起されて青色の光を発光する蛍光体を含有する蛍光体含有膜、紫外光により励起されて緑色の光を発光する蛍光体を含有する蛍光体含有膜および紫外光により励起されて赤色の光を発光する蛍光体を含有する蛍光体含有膜を形成する。図76に、基板11の裏面に、紫外光により励起されて青色の光を発光する蛍光体を含有する蛍光体含有膜86が形成された部分を示す。こうすることで、青色発光を得たい部分からは蛍光体含有膜86から青色の光が取り出され、緑色発光を得たい部分からは同様に蛍光体含有膜から緑色の光が取り出され、赤色発光を得たい部分からは蛍光体含有膜から赤色の光が取り出される。一画素は例えば正三角形状に配置された互いに隣接する三つの発光ダイオードにより形成することができるが、これに限定されるものではない。
In order to make this light emitting diode array full color, the following may be performed. In one method, each light emitting diode is configured to be capable of emitting ultraviolet light, and excited on the back surface of the portion of the
もう一つの方法は、各発光ダイオードを青色発光可能に構成し、緑色発光および赤色発光を得たい部分の発光ダイオードに対応する部分の基板11の裏面にそれぞれ、青色の光により励起されて緑色の光を発光する蛍光体を含有する蛍光体含有膜および青色の光により励起されて赤色の光を発光する蛍光体を含有する蛍光体含有膜を形成する。こうすることで、青色発光を得たい部分からは青色発光の発光ダイオードから直接青色の光が基板11の外部に取り出され、緑色発光を得たい部分からは蛍光体含有膜から緑色の光が取り出され、赤色発光を得たい部分からは蛍光体含有膜から赤色の光が取り出される。
この第18の実施形態によれば、発光ダイオード駆動回路が形成された配線基板85を発光ダイオードアレイに容易に一体化することができる。この配線基板85を一体化した発光ダイオードアレイは、発光ダイオードディスプレイ、発光ダイオードバックライト、発光ダイオード照明装置、光源セルユニットなどに用いて好適なものである。
In another method, each light emitting diode is configured to emit blue light, and green light and red light are emitted from the back surface of the portion of the
According to the eighteenth embodiment, the
次に、この発明の第19の実施形態について説明する。
この第19の実施形態においては、第12の実施形態と同様にして貫通転位19の部分に溝20を形成するが、この場合、図77に示すように、凹部13に対応する部分に形成する溝20および凸部12の中央部に対応する部分に形成する溝20とも、基板11が露出する深さに形成する。凸部12の材料としては、後のウエットエッチングの際に容易にエッチング除去することができるように、好適には、SiO2 などの非晶質材料が用いられるが、これに限定されるものではない。
Next, a nineteenth embodiment of the present invention is described.
In the nineteenth embodiment, the
次に、図78に示すように、p型窒化物系III−V族化合物半導体層18上に高反射電極からなるp側電極22を形成する。次に、このp側電極22上に電極84を形成した後、この電極84の側壁にSiO2 膜などの絶縁膜87を形成する。
次に、発光ダイオード駆動回路などが形成されたプリント配線基板などの配線基板85の一主面上に、基板11上の電極84に対応する位置に電極88が形成されたものを別途用意し、この配線基板85の電極88を、基板11上の電極84とそれぞれ対向させ、図79に示すように、これらを圧着して接合する。
Next, as shown in FIG. 78, a p-
Next, separately prepared is one in which an
次に、図80に示すように、窒化物系III−V族化合物半導体に対して凸部12を選択的にエッチングすることができるエッチング液を用いて凸部12をウエットエッチングして除去することにより、窒化物系III−V族化合物半導体層15から基板11を剥離する。例えば、凸部12の材料としてSiO2 を用いる場合には、エッチング液としてフッ酸系のエッチング液を用いる。
次に、図81に示すように、溝20に絶縁膜89を埋め込んで、n型窒化物系III−V族化合物半導体層15の裏面を平坦化した後、その上にn側電極24として例えばITOなどからなる透明電極を形成する。さらに、この透明電極からなるn側電極24の一部の上に電極90を形成する。
Next, as shown in FIG. 80, the
Next, as shown in FIG. 81, an insulating
ここで、基板11の凸部12および凹部13のパターンが図10に示すような蜂の巣状パターンであるとすると、この場合の貫通転位19のパターンは図12に示すようになり、この貫通転位19を除去するように溝20を形成し、この溝20に絶縁膜35を埋め込むと、平面形状が六角形でp側電極22およびn側電極24を有する発光ダイオードが、絶縁膜87により埋め込まれた溝20により互いに電気的に分離した状態で蜂の巣状に二次元的に配列した発光ダイオードアレイが得られる。各発光ダイオードの駆動は、配線基板85に形成された発光ダイオード駆動回路により行われる。
Here, if the pattern of the
この発光ダイオードアレイをフルカラーとするためには、次のようにすればよい。一つの方法は、各発光ダイオードを紫外光を発光可能に構成し、青色発光、緑色発光および赤色発光を得たい部分の発光ダイオードに対応する部分のn側電極24上にそれぞれ、紫外光により励起されて青色の光を発光する蛍光体を含有する蛍光体含有膜、紫外光により励起されて緑色の光を発光する蛍光体を含有する蛍光体含有膜および紫外光により励起されて赤色の光を発光する蛍光体を含有する蛍光体含有膜を形成する。図81に、n側電極24上に、紫外光により励起されて青色の光を発光する蛍光体を含有する蛍光体含有膜86が形成された部分を示す。こうすることで、青色発光を得たい部分からは蛍光体含有膜86から青色の光が取り出され、緑色発光を得たい部分からは同様に蛍光体含有膜から緑色の光が取り出され、赤色発光を得たい部分からは蛍光体含有膜から赤色の光が取り出される。一画素は例えば正三角形状に配置された互いに隣接する三つの発光ダイオードにより形成することができるが、これに限定されるものではない。
In order to make this light emitting diode array full color, the following may be performed. In one method, each light emitting diode is configured to emit ultraviolet light, and excited on the n-
もう一つの方法は、各発光ダイオードを青色発光可能に構成し、緑色発光および赤色発光を得たい部分の発光ダイオードに対応する部分のn側電極24上にそれぞれ、青色の光により励起されて緑色の光を発光する蛍光体を含有する蛍光体含有膜および青色の光により励起されて赤色の光を発光する蛍光体を含有する蛍光体含有膜を形成する。こうすることで、青色発光を得たい部分からは青色発光の発光ダイオードから直接青色の光が基板11の外部に取り出され、緑色発光を得たい部分からは蛍光体含有膜から緑色の光が取り出され、赤色発光を得たい部分からは蛍光体含有膜から赤色の光が取り出される。
In another method, each light-emitting diode is configured to be capable of emitting blue light, and green light is excited on the n-
以上、この発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、上述の第1〜第19の実施形態において挙げた数値、材料、構造、形状、基板、原料、プロセス、凸部12および凹部13の方位などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、材料、構造、形状、基板、原料、プロセスなどを用いてもよい。
具体的には、例えば、上述の第1〜第19の実施形態において、p型層およびn型層の導電型を互いに逆にしてもよい。
また、必要に応じて、上述の第1〜第19の実施形態のうちの二以上を組み合わせてもよい。
また、第15〜第19の実施形態において、基板61、プリント配線基板76および配線基板85の代わりに、図82に示すように、プリント配線基板76と同等の配線パターンを有する互いに電気的に絶縁された薄い導電性基板91a、91b、91c(例えば、リードフレーム)の所定部位に赤色発光の発光ダイオードチップ63、緑色発光の発光ダイオードチップ64および青色発光の発光ダイオードチップ65の一方の電極側をそれぞれダイレクトマウントし、他方の電極にそれぞれワイヤー67によりワイヤボンディングを行った後、例えば金型を用いた一体成型技術によりそれぞれ透明樹脂69〜71でモールドしてもよい。ここで、発光ダイオードチップ63、64、65は、例えば図41に示す発光ダイオードのような垂直電流注入型である。また、発光ダイオードチップ63、64、65は、早期混色化(白色化、均一化)を目的として最適設計された所望の配置、配列でマウントするのが好ましい。発光ダイオードチップ63、64、65は透明樹脂68により一体でモールドしてもよい。導電性基板91a、91b、91cのうちの発光ダイオードチップ63、64、65をマウントする部分は、斜面を有するカップ状に形成してもよく、こうすることでこの斜面による反射により光取り出し量を増加させることができる。また、導電性基板91a、91b、91c上の発光ダイオードチップ63、64、65側から最終的に光を取り出す場合、放熱性能を向上させる目的で、最終的に発光ダイオードチップ63、64、65側だけに透明樹脂69〜71または透明樹脂68がモールドされた形態にして、発光ダイオードチップ63、64、65と反対側の、外部に露出した部分の導電性基板91から直接放熱を行うようにするのが望ましい。なお、発光ダイオードチップ63、64、65はフリップチップ(ワイヤボンディングなし)、フェースアップ(ワイヤボンディングあり)などの様々な形態があり、光取り出し側も、発光ダイオードチップ63、64、65側、発光ダイオードチップ63、64、6と反対側などがあるため、これらの形態などによっては、上記のモールド側と放熱側とが逆になる場合もあることは言うまでもない。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described concretely, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, The various deformation | transformation based on the technical idea of this invention is possible.
For example, the numerical values, materials, structures, shapes, substrates, raw materials, processes, orientations of the
Specifically, for example, in the first to nineteenth embodiments described above, the conductivity types of the p-type layer and the n-type layer may be reversed.
Moreover, you may combine 2 or more of the above-mentioned 1st-19th embodiment as needed.
In the fifteenth to nineteenth embodiments, instead of the
11…基板、12…凸部、13…凹部、14…微小核、15…窒化物系III−V族化合物半導体層、16…n型窒化物系III−V族化合物半導体層、17…活性層、18…p型窒化物系III−V族化合物半導体層、19…貫通転位、20…溝、21…誘電体、22…p側電極、23…メサ部、24…n側電極、25…反射膜、26…光散乱粒子、30…保護素子、63〜65…発光ダイオードチップ、68〜71…透明樹脂、75…セル、76…プリント配線基板、85…配線基板
DESCRIPTION OF
Claims (9)
上記第1の窒化物系III−V族化合物半導体層から上記基板上に第2の窒化物系III−V族化合物半導体層を上記凹部において断面形状が六角形状となる状態を経て横方向成長させ、この際、上記凹部の底面との界面から上記一主面に対して垂直方向に発生し、上記三角形状の断面形状となる状態の上記第1の窒化物系III−V族化合物半導体層の斜面またはその近傍に到達した転位が、上記一主面に平行な方向に屈曲する工程と、
上記第2の窒化物系III−V族化合物半導体層上に第1の導電型の第3の窒化物系III−V族化合物半導体層、活性層および第2の導電型の第4の窒化物系III−V族化合物半導体層を順次成長させる工程と、
上記第1の窒化物系III−V族化合物半導体層、上記第2の窒化物系III−V族化合物半導体層、上記第3の窒化物系III−V族化合物半導体層、上記活性層および上記第4の窒化物系III−V族化合物半導体層のうちの上記凹部および/または互いに隣接する上記凹部の間の中央部に対応する部分を、上記第4の窒化物系III−V族化合物半導体層の表面から深さ方向に、少なくとも上記第3の窒化物系III−V族化合物半導体層が露出するまで除去することにより溝を形成する工程と、
上記活性層からの発光波長の光に対して透明な誘電体により上記溝を埋め、この際、当該誘電体の表面が凹部および/または凸部を有し、および/または、当該誘電体が光散乱粒子を含むようにする工程とを有する発光ダイオードの製造方法。 Using a substrate having a plurality of convex portions on one principal surface, the first nitride system through a concave portion having an inverted trapezoidal cross-sectional shape of the substrate having a triangular cross-sectional shape with the bottom surface as a base Growing a group III-V compound semiconductor layer;
A second nitride-based III-V compound semiconductor layer is laterally grown from the first nitride-based III-V compound semiconductor layer on the substrate through a hexagonal cross-sectional shape in the recess. At this time, the first nitride-based III-V compound semiconductor layer is generated in a direction perpendicular to the one main surface from the interface with the bottom surface of the recess and has a triangular cross-sectional shape. A process in which dislocations reaching the slope or the vicinity thereof bend in a direction parallel to the one principal surface ;
On the second nitride III-V compound semiconductor layer, the third conductivity type third nitride III-V compound semiconductor layer, the active layer, and the second conductivity type fourth nitride. Sequentially growing a III-V compound semiconductor layer,
The first nitride III-V compound semiconductor layer, the second nitride III-V compound semiconductor layer, the third nitride III-V compound semiconductor layer, the active layer, and the above Of the fourth nitride-based III-V compound semiconductor layer, a portion corresponding to the central portion between the recess and / or the recesses adjacent to each other is used as the fourth nitride-based III-V compound semiconductor layer. Forming a groove by removing from the surface of the layer in a depth direction until at least the third nitride III-V compound semiconductor layer is exposed;
The groove is filled with a dielectric that is transparent to the light having the emission wavelength from the active layer. At this time, the surface of the dielectric has a concave portion and / or a convex portion, and / or the dielectric is light. manufacturing method of light-emitting diodes and a step to contain scattering particles.
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