JP6226681B2 - Led素子 - Google Patents
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Description
第2の凹凸領域における凹部または凸部の周期が入射光のコヒーレント長より小さい場合は、第2の凹凸領域においても回折作用を得ることができる。第2の凹凸領域における回折条件は、第1の凹凸領域における回折条件と異なるため、入射光は第1の凹凸領域と第2の凹凸領域とで異なる角度で素子外部へ出射する。
また、第2の凹凸領域における凹部または凸部の周期が入射光のコヒーレント長の半分以上の領域では、周期が大きくなるにつれて徐々に拡散作用が大きくなる。光が拡散する場合、入射光は回折作用のように特定の角度で出射するのでなく、全ての角度にわたって出射する。
すなわち、第2の凹凸領域にて、入射光は回折作用と拡散作用の少なくとも一方の作用を得ることとなるが、いずれの作用であっても第1の凹凸領域の出射角度と異なる角度で光が出射することとなる。
ブラッグの回折条件から、界面にて光が透過する場合において、入射角θinに対して透過角θoutが満たすべき条件は、
d・(n1・sinθin−n2・sinθout)=m・λ・・・(1)
である。ここで、n1は入射側の媒質の屈折率、n2は出射側の媒質の屈折率、mは整数である。例えばSiC基板10から素子外部の空気へ光が出射する場合、n2は空気の屈折率となる。図3に示すように、上記(1)式を満たす透過角θoutで、界面へ入射する光は透過される。
SiC基板10は主にSiC結晶で構成されているため、6H型SiC結晶のバンドギャップエネルギーEgが形成されている。
SiC基板10に光を入射させると、価電子帯E2から伝導帯E1に自由電子aが励起され、E2には自由正孔bが生成される。そして、数nsから数μsの短時間のうちに、自由電子aはドナー準位NSD,NDDへ緩和してドナー電子aS’,aD’となり、自由正孔bはアクセプタ準位NAへと緩和してアクセプタ正孔b’となる。尚、アクセプタ準位NAは、シリコンサイトとカーボンサイトで異なる。
ここで、キュービックサイトのドナーは深いドナー準位NDDを形成し、ヘキサゴナルサイトのドナーは浅いドナー準位NSDを形成することが判明している。
一方、浅いドナー準位NSDへ緩和したドナー電子aS’は、Γバンドとのバンド内吸収に用いられ、アクセプタ正孔b’と再結合しない。すなわち、発光には寄与しない。
さらに、窒素のイオン化エネルギーはホウ素及びアルミニウムよりも小さいため、室温において、ある程度の窒素がイオン化する。すると、励起されたドナー電子aD’が再度伝導帯E1に遷移することとなり、アクセプタ正孔b’と対になるドナー電子aD’が不足することとなる。対となるドナー電子aD’がないアクセプタ正孔b’は、蛍光発光に寄与することができず、そのアクセプタ正孔b’を励起するためのエネルギーが無駄に消費されたこととなる。すなわち、ドナー電子aD’とアクセプタ正孔b’が過不足なく再結合できるように予めイオン化する窒素量を見越してホウ素濃度よりも窒素濃度を多めに設定しておくことにより、高い蛍光量子効率を実現することができる。
図9に示すように、この結晶成長装置100は、種結晶基板110及び原料120が配置される内部容器130と、内部容器130を収容する収容管140と、内部容器130を覆う断熱容器150と、収容管140内へ気体を導入する導入管160と、導入管160から導入される気体の流量を計る流量計170と、収容管140内の圧力を調整するポンプ180と、収容管140の外側に配置され種結晶基板110を加熱するためのRFコイル190と、を有している。
図11は、エッチング方法を示すフローチャートである。図11に示すように、本実施形態のエッチング方法は、マスク層形成工程S1と、レジスト膜形成工程S2と、パターン形成工程S3と、残膜除去工程S4と、レジスト変質工程S5と、マスク層のエッチング工程S6と、SiC基板のエッチング工程S7と、マスク層除去工程S8と、を含んでいる。
図13はSiC基板及びマスク層のエッチング方法の過程を示し、(f)はレジスト膜の残膜を除去した状態を示し、(g)はレジスト膜を変質させた状態を示し、(h)はレジスト膜をマスクとしてマスク層をエッチングした状態を示し、(i)はマスク層をマスクとしてSiC基板をエッチングした状態を示す。尚、変質後のレジスト膜は、図中、塗りつぶすことで表現している。
図14はSiC基板及びマスク層のエッチング方法の過程を示し、(j)はマスク層をマスクとしてSiC基板をさらにエッチングした状態を示し、(k)はSiC基板から残ったマスク層を除去した状態を示す。
尚、図12から図14は、SiC基板の一部分を示しており、第1モスアイ領域10aを図示している。
10 SiC基板
10a 第1モスアイ領域
10b 第2モスアイ領域
11 第1SiC層
12 第2SiC層
13 第3SiC層
14 裏面
14a 凸部
14b 凸部
20 GaN系半導体層
21 バッファ層
22 第1コンタクト層
23 第1クラッド層
24 発光層
25 電子ブロック層
26 第2クラッド層
27 第2コンタクト層
31 p電極
31a ITO層
31b APC層
31c Ti層
31d Au層
32 n電極
32a ITO層
32b APC層
32c Ti層
32d Au層
91 プラズマエッチング装置
92 基板保持台
93 容器
94 コイル
95 電源
96 石英板
97 冷却制御部
98 プラズマ
100 結晶成長装置
110 種結晶基板
120 原料
130 内部容器
131 坩堝
132 蓋
140 収容管
150 断熱容器
160 導入管
170 流量計
180 ポンプ
190 RFコイル
230 マスク層
231 SiO2層
232 Ni層
233 パターン
240 レジスト膜
241 凹凸構造
242 残膜
243 凸部
244 側面
250 モールド
251 凹凸構造
301 LED素子
310a 第1モスアイ領域
310b 第2モスアイ領域
401 LED素子
410a 第1モスアイ領域
410b 第2モスアイ領域
410c 第3モスアイ領域
410d 第4モスアイ領域
Claims (7)
- 周期的に凹部または凸部が形成された凹凸領域を素子表面に配置し、当該凹凸領域への入射光を回折作用を利用して素子外部へ取り出すLED素子において、
前記凹凸領域は、
前記凹部または前記凸部の周期が、前記入射光の光学波長より大きく、前記入射光のコヒーレント長より小さい第1の凹凸領域と、
前記第1の凹凸領域よりも前記凹部または前記凸部の周期が大きい第2の凹凸領域と、を有し、
前記入射光は、波長が異なる複数の光を含み、
前記第1の凹凸領域の前記凹部または前記凸部の周期は、当該全ての光の光学波長より大きく、当該全ての光のコヒーレント長の半分よりも小さく、
前記第2の凹凸領域の前記凹部または前記凸部の周期は、当該全ての光のコヒーレント長の半分よりも大きいLED素子。 - 前記第1の凹凸領域の前記凹部または前記凸部の周期は、当該全ての光の光学波長の2倍より大きい請求項1に記載のLED素子。
- ドナー不純物及びアクセプタ不純物が添加されSiC結晶からなるSiC基板と、
前記SiC基板上に形成されたGaN系半導体層と、を備え、
前記SiC基板は、ドナー不純物及びアクセプタ不純物が添加され前記GaN系半導体層から発せられる励起光により励起されると第1の可視光を発する第1SiC層と、前記第1SiC層と同じまたは異なる組み合わせのドナー不純物及びアクセプタ不純物が添加され前記励起光により励起されると前記第1の可視光よりも波長が長い第2の可視光を発する第2SiC層と、を含む請求項2に記載のLED素子。 - 前記第2SiC層は、前記第1SiC層と同じ組み合わせのドナー不純物及びアクセプタ不純物が添加され、当該アクセプタ不純物の濃度が前記第1SiC蛍光部のアクセプタ不純物の濃度よりも高い請求項3に記載のLED素子。
- 前記ドナー不純物は窒素であり、
前記アクセプタ不純物はホウ素であり、
前記第1SiC層の前記アクセプタ不純物の濃度は、5×1018/cm3より低く、
前記第2SiC層の前記アクセプタ不純物の濃度は、5×1018/cm3より高い請求項4に記載のLED素子。 - 前記第2SiC層は、前記第1SiC層と異なる組み合わせのドナー不純物及びアクセプタ不純物が添加される請求項3に記載のLED素子。
- 前記第1SiC層の前記ドナー不純物は窒素であり、
前記第1SiC層の前記アクセプタ不純物はアルミニウムであり、
前記第2SiC層の前記ドナー不純物は窒素であり、
前記第2SiC層の前記アクセプタ不純物はホウ素である請求項6に記載のLED素子。
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