WO2007145300A1 - 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 - Google Patents

窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 Download PDF

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WO2007145300A1
WO2007145300A1 PCT/JP2007/062063 JP2007062063W WO2007145300A1 WO 2007145300 A1 WO2007145300 A1 WO 2007145300A1 JP 2007062063 W JP2007062063 W JP 2007062063W WO 2007145300 A1 WO2007145300 A1 WO 2007145300A1
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WO
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gallium nitride
compound semiconductor
nitride compound
light
emitting device
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PCT/JP2007/062063
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Noritaka Muraki
Munetaka Watanabe
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Showa Denko K.K.
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    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system
    • H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system containing nitrogen

Definitions

  • the present invention relates to a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device, and more particularly to a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device whose planar shape is a rectangle having different lengths in length and width.
  • gallium nitride compound semiconductor materials have attracted attention as semiconductor materials for short wavelength light emitting devices.
  • Gallium nitride compound semiconductors have attracted attention as semiconductor materials for short wavelength light emitting devices.
  • MOCVD metalorganic vapor phase epitaxy
  • MBE molecular beam epitaxy
  • gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting devices light from the light-emitting layer is efficiently extracted outside using a transparent electrode such as an AuNi transparent electrode as a positive electrode and an ITO electrode.
  • a transparent electrode such as an AuNi transparent electrode as a positive electrode and an ITO electrode.
  • various LED chips have been devised by designing the arrangement of the pad electrode on the transparent electrode and the electrode such as the negative electrode provided on the ⁇ -type layer (for example, special Open 2 0 0 5 — 1 9 6 4 6).
  • An object of the present invention is to provide a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device that solves the above-described problems, has a high light extraction efficiency, and has a planar shape with a high light emission output and a rectangular shape with different lengths in the vertical and horizontal sides. is there.
  • the present invention provides the following inventions.
  • a light-emitting device comprising a substrate and a gallium nitride compound semiconductor layer laminated on the substrate, wherein the planar shape of the light-emitting device is a rectangle having different lengths in length and width, and the gallium nitride compound A gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device characterized in that a side surface of a semiconductor layer is not perpendicular to a main surface of a substrate.
  • the gallium nitride compound semiconductor light-emitting element according to the above item 3 wherein the side surface on the long rectangular side of the gallium nitride compound semiconductor layer has a plane orientation other than the M plane in the gallium nitride single crystal lattice.
  • a method for manufacturing a light emitting device comprising a substrate and a gallium nitride compound semiconductor layer laminated on the substrate, wherein the planar shape is a rectangle with different lengths in the length and width directions, the gallium nitride compound A step of covering the surface side of the semiconductor layer with a mask having a predetermined pattern, a step of removing the gallium nitride compound semiconductor layer in a portion to be divided into elements until reaching the substrate, and a step of performing a wet etching process after the removal And a method of manufacturing the gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting element.
  • the wet etching process is performed using phosphoric acid.
  • the gallium nitride compound semiconductor according to any one of the above 8-1 1 to 11 above. Manufacturing method of body light emitting element.
  • a lamp comprising the gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting element according to any one of 1 to 7 above.
  • the side surface of the semiconductor layer of the light-emitting device is inclined to reflect the amount of light transmitted on the side surface or reflected on the side surface.
  • the amount of extracted light is extracted from the other surface to the outside, and the light extraction efficiency is improved.
  • the light extraction efficiency is further improved. To do.
  • a light-emitting element with less damage can be obtained by performing wet etching on a side surface of a gallium nitride compound semiconductor layer formed on a difficult-to-process substrate such as sapphire.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of light travel in the gallium nitride compound semiconductor light emitting device of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an example of light travel in a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing an example of light travel in a conventional gallium nitride compound semiconductor light emitting device.
  • Figure 4 shows a typical layer structure of a gallium nitride compound semiconductor light-emitting device.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing the planar arrangement of the electrodes of the gallium nitride compound semiconductor light emitting device fabricated in Example 1.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing the planar arrangement of the electrodes of the gallium nitride compound semiconductor light emitting device fabricated in Example 1.
  • FIG. 6 is a schematic view illustrating the side shape of the gallium nitride compound semiconductor light emitting device fabricated in Example 1.
  • FIG. 6 is a schematic view illustrating the side shape of the gallium nitride compound semiconductor light emitting device fabricated in Example 1.
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between the distance between the positive electrode bonding pad and the negative electrode obtained in Example 2 and the light emitting element characteristics.
  • the present invention relates to a gallium nitride compound semiconductor light emitting device having a rectangular planar shape with different vertical and horizontal side lengths, and a device structure in which the side surface of the semiconductor layer is not perpendicular to the main surface of the substrate (hereinafter referred to as tilt). By doing so, the light extraction efficiency is dramatically improved.
  • Another feature is that light-extracting side surfaces are formed into a shape that takes advantage of light by taking advantage of the difficulty of chemical etching of each crystal face of a gallium nitride compound semiconductor crystal.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of light travel in the gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device of the present invention, where the angle 0 between the side surface of the semiconductor layer and the main surface of the substrate is smaller than 90 °.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an example of light travel in a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device according to another embodiment of the present invention. The angle 0 between the side surface of the semiconductor layer and the main surface of the substrate is 90 °. If it is larger.
  • 20 4 is the main surface of the substrate (2 0 1)
  • 2 0 5 is the side surface of the gallium nitride compound semiconductor layer (2 0 2)
  • the angle formed by these is S.
  • 20 3 is the path of light emitted at point A in the semiconductor layer.
  • Figure 3 shows the light in a conventional gallium nitride compound semiconductor light-emitting device. It is sectional drawing which shows an example of a progression typically, and is a case where the side surface of a semiconductor layer is perpendicular
  • Fig. 3 shows a conventional gallium nitride compound semiconductor light emitting device. For example, if the light emitted from point A travels as shown by the arrow, the light incident on the side surface of the semiconductor layer is above the critical angle. The light is reflected there, and is reflected on the upper surface of the semiconductor layer beyond the critical angle. As a result, the light extraction rate decreases.
  • the light is reflected on the side surface of the semiconductor layer, but is within the critical angle on the upper surface of the semiconductor layer, so that the light can be transmitted and extracted from the light emitting element.
  • the inclination angle ⁇ is smaller than 90 °.
  • 0 is from 10 ° to 80 °, more preferably from 30 ° to 70 °.
  • the incident light is within the critical angle on the side surface of the semiconductor layer, so that the light passes through the semiconductor layer.
  • the light extraction efficiency increases in both cases of Figs. 1 and 2, but if the angle 0 between the side surface of the semiconductor layer and the main surface of the substrate is less than 90 ° as shown in Fig. 1, the semiconductor It is preferable because the probability that light directed to the side of the layer will be reflected from the side and headed upward will be higher than in the case of Fig. 2.
  • the light extraction efficiency is improved by utilizing the side surface of the light emitting element. Therefore, when the area of the light emitting element (planar projection area) is the same, it is advantageous that the side surface area is large. In short, it is advantageous that the ratio of the peripheral length to the planar projection area of the light emitting element is larger. It is.
  • the ratio of the peripheral length to the area is larger for a rectangle with opposite side lengths than for a square with all equal side lengths.
  • the effect of improving the light extraction efficiency by inclining with respect to is large when the planar shape of the light emitting element is a rectangle with different lengths in the vertical and horizontal sides, that is, a rectangle.
  • the planar shape of the light emitting device of the present invention is not particularly limited as long as it is a rectangle having different lengths in the vertical and horizontal sides, that is, a rectangle.
  • an arbitrary shape can be obtained in accordance with an electronic device or the like in which a light emitting element is incorporated.
  • the ratio of the short side to the long side of the rectangle is preferably as large as possible. This is because the ratio of the peripheral length to the area increases as the ratio of the short side to the long side increases. However, if this ratio becomes too large, the light-emitting element becomes too long. As a result, it becomes difficult to dispose the positive electrode and the negative electrode, and the drive voltage increases. Therefore, the ratio of the short side to the long side of the light emitting device of the present invention is preferably 1:10 to 4: 5. More preferably, it is 1: 2 to 2: 3.
  • the absolute length of the long side is preferably 50 to 200, more preferably 200 to 6 0 0 m.
  • the absolute length of the short side is preferably 40 to 100 m, and more preferably 100 to 300 m.
  • the layer structure of the gallium nitride compound semiconductor light emitting device for example, the layer structure as shown in FIG. 4 is well known, and the layer structure of the gallium nitride compound semiconductor light emitting device of the present invention is also such a well known layer. Any layer structure including the structure can be used.
  • 1 is a substrate
  • 2 is a buffer layer
  • 3 is an n-type semiconductor layer.
  • n-type semiconductor layer is an underlayer ( 3 c), an n-type contact layer (3a) and an n-type cladding layer (3b).
  • 4 is a light emitting layer
  • 5 is a p-type semiconductor layer.
  • the p-type semiconductor layer is composed of a p-type cladding layer (5b) and a p-type contact layer (5a).
  • Reference numeral 10 denotes a positive electrode, which is composed of a translucent positive electrode (1 1) and a positive electrode bonding pad (1 2). 20 is the negative electrode.
  • the substrate 1 includes a sapphire single crystal (A 1 2 0 3 ; A face, C face, M face, R face), spinel single crystal (Mg A 1 2 O 4 ), Zn 0 single crystal.
  • L i a 1 O 2 single crystal, L i G a O 2 single crystal, M G_ ⁇ single crystal or G a 2 ⁇ 3 oxide single crystal substrate such as a single crystal
  • sapphire single crystals or SiC single crystals are preferred. Also, it may be a just substrate or a substrate with an off-angle.
  • the gallium nitride compound semiconductor single crystal grown on the substrate is a sapphire single crystal.
  • crystal (a l 2 ⁇ 3; a plane, C plane, M-plane, R-plane) to be crystal growth orientation in line with are known.
  • a plane other than the M plane for example, the A plane has a crystal vertex. Exposed, concave and convex are easily formed, and the M surface tends to be flat.
  • the side surface of the light emitting element is used for improving the light extraction efficiency, if the side surface is uneven, the surface area of the side surface is increased, and the light extraction efficiency is further improved. Therefore, in the light emitting device of the present invention, the long side of the rectangle is M It is preferable to use a surface other than the surface, for example, the A surface.
  • the gallium nitride compound semiconductors that make up the buffer layer, n-type semiconductor layer, light-emitting layer, and p-type semiconductor layer can be represented by the general formula A lx I ny G a ⁇ x — y N (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ Semiconductors of various compositions represented by y ⁇ 1, 0 ⁇ x + y ⁇ 1) are known.
  • the general formula A lx I ny G a, x _ y N (0 ⁇ x ⁇ 1, Semiconductors with various compositions represented by 0 ⁇ y ⁇ 1 and 0 ⁇ ⁇ + y ⁇ 1) can be used without any limitation.
  • Methods for growing these Group III nitride semiconductors include organic metal vapor phase epitaxy (MOC VD), molecular beam epitaxy (MBE), and hydride vapor phase epitaxy (HVPE). is there. Desirably, the composition control is easy and the MO C VD method with mass productivity is suitable. The method is not necessarily limited to this method.
  • trimethylaluminum (TMA 1) or triethylaluminum (TEA 1) is mainly used as the raw material for Group III A 1.
  • lithium methylindium (TMI) or lithium ethylindium (TEI) is used as a raw material.
  • Ammonia (NH 3 ) or hydrazine (N 2 H 4 ) is used as the Group V N source.
  • Si or Ge is used as a dopant material.
  • G e H 4 germane
  • G e H 6 germane
  • Mg Is used as the raw material.
  • the raw material for example, biscyclopentadecenyl magnesium (C p 2 Mg) or bisethylcyclopentagenyl magnesium ((E t C p) 2 Mg) is used.
  • a low temperature buffer method disclosed in Japanese Patent No. 3 026 087 is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. Hei 4 29 073. It is possible to use a lattice-mismatched crystal epitaxial growth technique called Seeding Process (SP) method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2 0 0 3 — 2 4 3 3 0 2.
  • SP Seeding Process
  • the gallium nitride compound semiconductor as the underlying layer on top of it is either an unfolded or 5 X 1 0 17 It is desirable to use a lightly doped GaN of about 3 cm.
  • the thickness of the underlayer is preferably 1 to 20 m, and more preferably 5 to 15 m.
  • n-type contact layer made of n-type G a N is grown on the underlayer in contact with the negative electrode to supply current.
  • the n-type G a N is grown while supplying an n-type dopant such that 1 X 10 18 cm— 3 to: LX 10 19 cm— 3 .
  • Si or Ge is selected as the n-type dopant.
  • doping there may be a case of uniformly doping or a structure in which a low-dope layer and a high-dop layer are repeated periodically. In particular, the latter intermittent doping is effective in suppressing the pitch generated during crystal growth.
  • the n-type cladding layer can be formed of AlGaN, GaN, InGaN, etc., but when InGaN, the active layer InGa Needless to say, a composition larger than the N band gap is desirable.
  • the carrier concentration of the n-type cladding layer may be the same as the n-type contact layer, or may be large or small. Yes.
  • the light emitting layer on the n-type cladding layer is preferably a quantum well structure.
  • a single quantum well structure having only one well layer or a multiple quantum well structure having a plurality of well layers may be used.
  • the multi-quantum well structure is suitable because it can have both high output and low driving voltage as a device structure using a gallium nitride compound semiconductor.
  • the entire combination of a well layer (active layer) and a barrier layer is referred to as a light emitting layer in this specification.
  • the P-type semiconductor layer is usually 0.01 to 1 ⁇ m thick, and is composed of a p-type cladding layer in contact with the light emitting layer and a p-type contact layer for forming the positive electrode.
  • the p-type cladding layer and the p-type contact layer can be combined.
  • the P-type cladding layer is formed using G a N, A 1 G a N, etc., and doped with Mg as a p-type layer.
  • negative electrodes having various compositions and structures are known, and these known negative electrodes can be used without any limitation.
  • a 1 Ti, Ni, Au, etc., Cr, W, V, etc. can be used as the contact material for the negative electrode in contact with the n-type contact layer.
  • bondability and the like can be imparted by forming the entire negative electrode into a multilayer structure. In particular, it is preferable to cover the outermost surface with Au in order to facilitate bonding.
  • positive electrodes having various compositions and structures are well known, and these known positive electrodes can be used without any limitation.
  • the translucent positive electrode material may include Pt, Pd, Au, Cr, Ni, Cu, Co, and the like.
  • the translucency is improved by using a structure in which a part thereof is oxidized.
  • a conductive oxide such as ITO, IZO, or IWO, which is common as a transparent electrode.
  • As a reflection type positive electrode material In addition to these materials, R h, A g, A 1 and the like can be used.
  • a positive electrode bonding pad that forms a bonding pad part on a part of the surface is prepared.
  • the positive electrode is combined with the positive electrode bonding pad.
  • Various materials are known as materials for the positive electrode bonding pad, and these well-known materials can be used in the present invention without any particular limitation.
  • a 1 T i, N i and A u used for the negative electrode material, Cr, W and V can be used without any limitation.
  • the thickness should be sufficiently thick so as not to damage the light-transmitting or reflective positive electrode against the stress during bonding.
  • the outermost layer is preferably made of a material having good adhesion to the bonding ball, such as A u.
  • the positive electrode bonding pad be formed near the center of the long rectangular side in order to extract the light emitted from the lower part of the positive electrode bonding pad to the maximum from the lateral direction.
  • the positive electrode bonding pad at the center of the long side of the rectangle, for example, ⁇ 30% from the center, the current diffusion path can be shortened and the drive voltage of the element can be lowered.
  • a wafer in which a gallium nitride compound semiconductor, a negative electrode, and a positive electrode are stacked on a substrate is divided into each light emitting element, and the side surface of the semiconductor layer is inclined, so that the positive electrode, the negative electrode, and the exposed p-type semiconductor layer First, a resist pattern is formed so as to cover.
  • the side surface orientation is the M plane of the gallium nitride compound semiconductor crystal
  • the side surface shape becomes flat.
  • the surface orientation of the side surface is a surface other than the M surface of the gallium nitride compound semiconductor crystal
  • the side surface shape is uneven.
  • the resist may be positive or negative. Lithography is performed according to a general procedure using a photomask with an appropriate pattern so that the boundaries of individual elements including the positive and negative electrodes are exposed. Alternatively, if the resist covers the electrodes and P-type semiconductor layer described above and individual elements can be identified, a lithograph is not necessarily required.
  • the film thickness is preferably 0.1 m to 20 zm. If the film thickness is thin, the film is easily peeled off during wet etching, and if it is thick, there will be a problem of lithographic resolution and it will be difficult to recognize the underlying pattern. It is preferably 0.5 m to 10 m, and more preferably 1 m to 5 m.
  • the removal of the gallium nitride compound semiconductor until it reaches the substrate is preferably performed by a laser.
  • a laser By choosing a laser with a wavelength shorter than the absorption edge of the gallium nitride compound semiconductor, the processing position is laser-irradiated due to the high absorption coefficient of 10 5 cm- 1 of the gallium nitride compound semiconductor. Limited to location.
  • the laser processing depth of the substrate can be arbitrarily selected in the range of 1 m or more, but if the processing depth is small, the shape of the subsequent division process is likely to occur. If it is 10 m or more, the occurrence of defects is suppressed, but if it is 2 or more, it is more desirable.
  • a dicer method which is a mechanical method, is also possible.
  • the selection of the blade used for cutting is made suitable, and chipping and cracking of the element can be suppressed by keeping the amount of biting into the substrate as small as possible.
  • it is arbitrarily selected within the range of 1 H m to 50 m, it may be selected from 1 ⁇ m to 20 m, more preferably 1 m to l 0 m.
  • wet etching is applied to the divided parts to form recesses (split grooves).
  • Wet etching is performed using orthophosphoric acid.
  • Orthophosphoric acid is added to a beaker placed in a predetermined heating apparatus, and heated at 100 to ⁇ 400. If the heating temperature is low, the etching rate is slow, and if it is too high, the mask peels off. Desirably, it is 1300 to ⁇ 300, and more desirably 1800 to ⁇ 24.0, it is possible to obtain both sufficient etching speed and mask resistance.
  • the side surface of the semiconductor layer inclined with respect to the main surface of the substrate can be obtained.
  • FU face-up
  • FC chip
  • the gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device of the present invention can be formed into a lamp by providing a transparent cover by means well known in the art, for example.
  • a white lamp can be produced by combining the gallium nitride compound semiconductor light emitting device of the present invention and a cover having a phosphor.
  • a lamp manufactured from the gallium nitride compound semiconductor light emitting device of the present invention has a high light output and a low driving voltage
  • a mobile phone, a display, a panel, or the like incorporating the lamp manufactured by this technology is used.
  • Such electronic devices, and automobiles, combi- nations, game machines, and other mechanical devices incorporating such electronic devices can be driven with low power and can achieve high characteristics.
  • battery-powered devices such as mobile phones, game machines, toys, and automobile parts are effective in saving power.
  • an underlayer made of undoped G a N is periodically doped with 6 nm and Ge on the noffer layer so that the average carrier concentration becomes 1 XI 0 19 cm- 3.
  • N-type contact layer made of N is 4 zm, I no. I G ao.gN thickness is 12.5 nm n-type cladding layer, G a N is made of 16 nm thick barrier layer I n 0. 2 G a fl .
  • well layer of 5 nm composed of n, light-emitting layer having the multiple quantum well structure in which the end provided with the barrier layer, M g de (Concentration 8 X 1 0 19 Z cm 3 ) Al o. Q 3 G ao. 97 N thick 0.15; m p-type contact layers are sequentially stacked to form nitride nitride on the substrate. A lithium compound semiconductor layer was obtained.
  • a 0.25-thick indium tin oxide (ITO) film was formed on the surface of the gallium nitride-based compound semiconductor layer by using a sputtering apparatus to obtain a transparent electrode. Thereafter, using a known lithographic technique and an ITO etching technique, the indium tin oxide (ITO) film portion was formed into a predetermined rectangular shape. At that time, in the direction of each side of the rectangular shape, the vertical and horizontal directions of the light-emitting element correspond to the plane orientation of the sapphire C-plane substrate, and the long side of the rectangle is the A plane of the G a N crystal (1 1 1 2 0) The orientation was aligned to be parallel to the.
  • ITO indium tin oxide
  • a resist protective film was formed by a known lithographic technique for the purpose of protecting the rectangular transparent conductive film.
  • a negative electrode was formed on the n-type contact layer in the negative electrode formation region by a known lithographic technique.
  • a positive electrode bonding pad was formed on the transparent electrode by a known lithographic technique.
  • Both the negative and positive bonding pads have a structure in which Cr (4 0 0 A) / ⁇ i (1 0 0 0 A) no A u (1 0 0 0 0 A) is stacked from the semiconductor layer side. Yes, these laminations were performed by a known vapor deposition technique.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing the planar arrangement of the electrodes of the light-emitting element fabricated in this example.
  • the outer shape of the light-emitting element is a rectangle with a short side of 2500 nm and a long side of 500 nm.
  • the position of the positive bonding pad is at the center of the long side and the distance from the negative electrode is 2 3 did.
  • the size of the positive bonding pad is 95 / m in diameter.
  • the photoresist used in the lithograph is applied to the wafer 8. After that, the substrate was exposed only at the boundary between the individual light emitting elements by litho-draft again.
  • a laser was used as a means for removing the gallium nitride compound semiconductor layer until it reached the substrate.
  • the wavelength of the laser is 26 6 nm
  • the frequency is 50 kHz
  • the output is 1.6 W
  • the processing speed is 70 mm / sec
  • the dividing groove reaching the depth of 20 ⁇ m on the substrate is first X It was formed in the axial direction.
  • the stage was rotated 90 °, and split grooves were formed in the same manner in the Y-axis direction.
  • the width of the split groove was 2 m.
  • the substrate after the formation of the split groove was wet etched by immersing it in a quartz beaker containing orthophosphoric acid heated to 240 using a heating device for 20 minutes.
  • the etching amount of the gallium nitride compound semiconductor layer was 5.2 m.
  • the substrate and the gallium nitride compound semiconductor layer after the wet etching were washed with water in an ultrasonic wave, and the etching mask made of resist was removed by organic cleaning.
  • the etched substrate and the gallium nitride compound semiconductor layer were further thinned by polishing the substrate side until the thickness of the substrate reached 80 ⁇ , and then separated into individual light emitting elements by a braking device. .
  • the side surface of the light-emitting element was observed by SEM, the side surface of the gallium nitride compound semiconductor layer was found to be perpendicular to the side surface of the sapphire substrate, as shown in Fig. 1. ) was 70 °. Further, as shown in FIG. 6, the shape of the side surface of the light emitting element was substantially flat on the short side, but was uneven on the long side.
  • a gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the position of the positive electrode bonding pad was changed, and the obtained light emitting device was evaluated in the same manner as in Example 1 to obtain a positive electrode bonding pad.
  • Figure 7 shows the results. From this figure, it can be seen that the light emission output gradually increases as the distance between the positive electrode bonding pad and the negative electrode increases. On the other hand, the drive voltage also increases as the distance between the positive and negative electrode bonding pads increases, and especially when the distance exceeds 2500 m, the range of increase increases. Therefore, from the balance of light emission output and drive voltage, the position of the positive electrode bonding pad is preferably near the center of the long side of the light emitting element.
  • a gallium nitride compound semiconductor light-emitting device was fabricated in the same manner as in Example 1, except that the orientation was aligned so that the long side of the rectangle was parallel to the M-plane (1 0 – 1 0) of the GaN crystal. did.
  • the obtained light emitting device was evaluated in the same manner as in Example 1.
  • the output when 20 mA was applied was 6.4 mW, and the drive voltage was 3.30 V.
  • the angle ( ⁇ ) between the side surface and the main surface of the substrate was 70 ° as shown in Fig. 1 of the side surface of the gallium nitride compound semiconductor layer.
  • the shape of the side surface of the gallium nitride compound semiconductor layer was uneven on the short side, but was almost flat on the long side.
  • a gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device was fabricated in the same manner as in Example 1 except that wet etching was not performed.
  • the obtained light emitting device was evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, the output when 20 mA was applied was 5. l mW, and the drive voltage was 3.32 V.
  • the side surface of the light emitting element was observed by SEM, the side surface of the gallium nitride compound semiconductor layer was perpendicular to the main surface of the substrate, like the side surface of the substrate. Further, the shape of the side surface of the gallium nitride-based compound semiconductor layer was almost flat on both the short side and the long side.
  • the gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device of the present invention has a high light emission output, and since the planar shape is a rectangle with different lengths in the vertical and horizontal sides, it is efficiently incorporated into various electronic devices, The industrial utility value is extremely high.

Abstract

本発明の目的は、光取出し効率に優れ、発光出力の高い平面形状が縦横の辺の長さが異なる矩形である窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を提供することである。　本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、基板および基板上に積層された窒化ガリウム系化合物半導体層からなる発光素子であって、発光素子の平面形状が縦横の辺の長さが異なる矩形であり、該窒化ガリウム系化合物半導体層の側面が基板主面に対して垂直でないことを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子である。

Description

明 細 書 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 技術分野
本発明は窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に関し、 特に平面 形状が縦横の辺の長さが異なる矩形である窒化ガリウム系化合物半 導体発光素子に関する。 背景技術
近年、 短波長発光素子用の半導体材料として窒化'ガリゥム系化合 物半導体材料が注目を集めている。 窒化ガリゥム系化合物半導体は
、 サファイア単結晶を始めとして、 種々の酸化物基板や I I I - V 族化合物を基板として、 その上に有機金属気層成長法 （M O C V D 法） や分子線エピタキシー法 （M B E法） 等によって形成されてい る。
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に於いては、 正極に A u N i透明電極を始め、 I T O電極等の透明電極を用いて発光層よりの 光を効率よく、 外部に取り出す事が行われている。 光取り出し効率 を向上させるために、 透明電極上のパッ ド電極および η型層上に設 けられた負極等の電極の配置を工夫したデザインにより様々な L E Dチップが考案されている （例えば、 特開 2 0 0 5— 1 9 6 4 6号 公報参照） 。
また、 L E Dチップのモジュール化に於いては、 スペースを効率 化するため、 従来の正方形形状から、 長方形形状に、 特に異型形状 へのニーズが高まっている。 その理由として正方形形状では、 横方 向に光を照射するチップでは、 実装上非効率的でありモジュール高 さを低減できる長方形形状が望ましい。 しかしながら、 このような 長方形形状の L E Dチップは、 電極間距離および電極形状の関係で 、 従来成し得ていた L E Dチップの高光取出し効率が損なわれる事 態が生じている。
例えば特開 2 0 0 4 - 2 2 1 5 2 9号公報では、 電流の過度の集 中を避けるために、 本来光取り出しのために設けられている透明電 極に不透明な拡散用電極を形成するなどして、 発光素子全体として の発光出力が犠牲になっている。 発明の開示
本発明の目的は、 上述の問題点を解決し、 光取出し効率に優れ、 発光出力の高い平面形状が縦横の辺の長さが異なる矩形である窒化 ガリウム系化合物半導体発光素子を提供することである。
本発明は下記の発明を提供する。
( 1 ) 基板および基板上に積層された窒化ガリウム系化合物半導 体層からなる発光素子であって、 発光素子の平面形状が縦横の辺の 長さが異なる矩形であり、 該窒化ガリウム系化合物半導体層の側面 が基板主面に対して垂直でないことを特徴とする窒化ガリウム系化 合物半導体発光素子。
( 2 ) 窒化ガリ ウム系化合物半導体層の側面と基板主面との角度 0が 9 0 ° より小さい上記 1項に記載の窒化ガリゥム系化合物半導 体発光素子。
( 3 ) 基板がサファイア C面である上記 1 または 2項に記載の窒 化ガリウム系化合物半導体発光素子。
( 4 ) 窒化ガリ ゥム系化合物半導体層の矩形長辺側の側面が窒化 ガリ ウム単結晶格子において M面以外の面方位である上記 3項に記 載の窒化ガリ ウム系化合物半導体発光素子。 ( 5 ) 発光素子の長辺の長さが 5 0 ^ m〜 2 0 0 0 である上 記 1 〜 4項のいずれか一項に記載の窒化ガリ ウム系化合物半導体発 光素子。
( 6 ) 発光素子の短辺と長辺との比が 1 ： 1 0から 4 ： 5である 上記 1 〜 5項のいずれか一項に記載の窒化ガリ ゥム系化合物半導体 発光素子。
( 7 ) 正極ボンディ ングパッ ドが矩形長辺の中央部に位置してい る上記 1〜 6項のいずれか一項に記載の窒化ガリ ウム系化合物半導 体発光素子。
( 8 ) 基板および基板上に積層された窒化ガリ ウム系化合物半導 体層からなり、 平面形状が縦横の辺の長さが異なる矩形である発光 素子の製造方法であって、 窒化ガリウム系化合物半導体層の表面側 を所定のパターンをもったマスクで覆う工程と、 素子に分割する部 位の窒化ガリウム系化合物半導体層を基板に達するまで除去するェ 程と、 除去後にウエッ トエッチング処理する工程と、 各素子に分割 する工程とを、 含むことを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体 発光素子の製造方法。
( 9 ) マスクがフォ ト レジス 卜である上記 8項に記載の窒化ガリ ゥム系化合物半導体発光素子の製造方法。
( 1 0 ) 窒化ガリウム系化合物半導体層を除去する工程がレーザ 一によつてなされる上記 8 または 9項に記載の窒化ガリ ウム系化合 物半導体素子の製造方法。
( 1 1 ) 窒化ガリ ウム系化合物半導体層を除去する工程がダイサ 一によつてなされる上記 8 または 9項に記載の窒化ガリ ウム系化合 物半導体素子の製造方法。
( 1 2 ) ウエッ トエッチング処理をオル卜 リ ン酸を用いて行なう 上記 8〜 1 1項のいずれか一項に記載の窒化ガリ ウム系化合物半導 体発光素子の製造方法。
( 1 3 ) 上記 1〜 7項のいずれか一項に記載の窒化ガリウム系化 合物半導体発光素子からなるランプ。
( 1 4 ) 上記 1 3項に記載のランプが組み込まれている電子機器
( 1 5 ) 上記 1 4項に記載の電子機器が組み込まれている機械装 置。
平面形状が縦横の辺の長さが異なる矩形である窒化ガリウム系化 合物半導体発光素子において、 発光素子の半導体層の側面を傾斜さ せることにより、 側面での光の透過量あるいは側面で反射した光が 他の面から外部に取り出される量が多くなり、 光の取り出し効率が 向上する。
さらに、 主面がサファイア C面である基板を用い、 半導体層の矩 形長辺側の側面を窒化ガリウム単結晶格子において M面以外の面方 位にすることにより、 光の取り出し効率が一段と向上する。
また、 サファイアのような難加工基板上に形成された窒化ガリウ ム系化合物半導体層の側面加工をウエッ トエッチングで行なう こと により、 ダメージの少ない発光素子が得られる。 図面の簡単な説明
図 1 は、 本発明の窒化ガリゥム系化合物半導体発光素子における 光の進行の一例を模式的に示す断面図である。
図 2は、 本発明の別の態様の窒化ガリウム系化合物半導体発光素 子における光の進行の一例を模式的に示す断面図である。
図 3は、 従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子における光 の進行の一例を模式的に示す断面図である。
図 4は、 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の一般的な層構造 を模式的に示した図である。
図 5は、 実施例 1 で作製した窒化ガリ ウム系化合物半導体発光素 子の電極の平面配置を示した模式図である。
図 6 は、 実施例 1 で作製した窒化ガリ ゥム系化合物半導体発光素 子の側面形状を説明する模式図である。
図 7 は、 実施例 2で得られた、 正極ボンディ ングパッ ド一負極間 距離と発光素子特性との関係を示した図である。 発明を実施するための最良の形態
本発明は、 平面形状が縦横の辺の長さが異なる矩形である窒化ガ リウム系化合物半導体発光素子において、 半導体層の側面が基板の 主面に対して垂直でない （以下傾斜という） 素子構造とすることで 光取り出し効率を飛躍的に高めたことが特徴である。 また、 窒化ガ リウム系化合物半導体結晶の各結晶面の化学的エッチングの易難性 の違いを利用して、 長さの長い側面を光取出し 優位な形状に形づ く ることに特徴がある。
以下図面を参考にして具体的に説明する。
図 1 は本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子における光 の進行の一例を模式的に示す断面図で、 半導体層の側面と基板の主 面との角度 0が 9 0 ° より小さい場合である。 図 2 は本発明の別の 態様の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子における光の進行の一 例を模式的に示す断面図で、 半導体層の側面と基板の主面との角度 0が 9 0 ° より大きい場合である。 これらの図において、 2 0 4は 基板 （ 2 0 1 ) の主面、 2 0 5は窒化ガリ ウム系化合物半導体層 （ 2 0 2 ) の側面で、 これらのなす角度が Sである。 2 0 3 は半導体 層中の A点で発光した光の進路である。
図 3は従来の窒化ガリ ウム系化合物半導体発光素子における光の 進行の一例を模式的に示す断面図で、 半導体層の側面が基板の主面 に対して垂直となっている場合である。 図中番号は図 1および 2 と 同一である。
本発明のように半導体層の側面が基板の主面に対して傾斜してい ることにより、 光の取り出し効率が上がる理由については定かでな いが、 次のように考えられる。
図 3は従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子であるが、 例 えば A点で発光した光が矢線のように進行した場合、 半導体層の側 面に入射した光が臨界角以上であると光はそこで反射し、 さらに半 導体層の上面でも臨界角以上となり反射する。 その結果光の取り出 し率は下がる。
これに対し図 1の場合、 光は半導体層の側面では反射するが、 半 導体層の上面では臨界角以内となるので光が透過し発光素子から取 り出すことができる。 図 1 において傾斜角 Θは 9 0 ° より小さい。 好ましくは 0は 1 0 ° 以上 8 0 ° 以下、 さらに好ましくは 3 0 ° 以 上 7 0 ° 以下である。
また図 2の場合、 半導体層の側面で入射光が臨界角以内となるの で、 光は半導体層を透過する。
これらのことから図 1および 2のいずれの場合も光の取り出し効 率が上がるが、 図 1のように半導体層の側面と基板の主面との角度 0が 9 0 ° より小さい場合は、 半導体層の側面に向かった光が側面 で反射して上方に向かう確率が図 2の場合よりも多くなるので好ま しい。
上述したように； 本発明では発光素子の側面を利用して光取り出 し効率の向上を図っている。 従って、 発光素子の面積 （平面投影面 積） が同じ場合、 側面面積が大きいほうが有利である。 要するに、 発光素子の平面投影面積に対する周辺長さの比が大きいほうが有利 である。
矩形の場合、 面積に対する周辺長さの比は、 辺の長さが全て等し い正方形より も、 相対する辺の長さが異なる長方形のほうが大きい 従って、 発光素子の半導体層側面を基板主面に対して傾斜させる ことによる光取り出し効率の向上効果は、 発光素子の平面形状が縦 横の辺の長さが異なる矩形、 即ち長方形の場合に大きくなる。
本発明の発光素子の平面形状は、 縦横の辺の長さが異なる矩形、 即ち長方形であれば特に制限をうけない。 要するに、 発光素子が組 み込まれる電子機器等に合わせて任意の形状とすることができる。 長方形の短辺と長辺の比はなるべく大きいほうが好ましい。 なぜ ならば、 短辺と長辺の比が大きいほうが面積に対する周辺長さの比 が大きくなるからである。 しかし、 この比が大きくなりすぎると、 発光素子があまりにも細長くなり、 その結果、 正極および負極の配 置が困難になったり、 駆動電圧が上昇したりする。 従って、 本発明 の発光素子の短辺と長辺の比は、 1 ： 1 0から 4 ： 5が好ましい。 さらに好ましく は 1 ： 2から 2 ： 3である。
正極および負極の配置、 発光素子製作の際の加工性および電流分 布等を考慮すると、 長辺の絶対長さとしては 5 0〜 2 0 0 0 が 好ましく、 さ らに好ましくは 2 0 0〜 6 0 0 mである。 また、 短 辺の絶対長さとしては 4 0〜 1 0 0 0 mが好ましく、 さらに好ま しく は 1 0 0〜 3 0 0 mである。
窒化ガリ ウム系化合物半導体発光素子の層構造としては、 例えば 図 4に示したような層構造が周知であり、 本発明の窒化ガリ ウム系 化合物半導体発光素子の層構造もこのような周知の層構造を含め、 如何なる層構造とすることができる。 図 4において、 1 は基板、 2 はバッファ層、 3 は n型半導体層である。 n型半導体層は下地層 （ 3 c ) 、 n型コンタク ト層 （ 3 a ) および n型クラッ ド層 （ 3 b ) から構成されている。 4は発光層、 5は p型半導体層である。 p型 半導体層は p型クラッ ド層 （ 5 b) および p型コンタク ト層 （ 5 a ) から構成されている。 1 0は正極であり、 透光性正極 （ 1 1 ) お よび正極ボンディ ングパッ ド （ 1 2 ) から構成されている。 2 0は 負極である。
本願発明において、 基板 1 には、 サファイア単結晶 （ A 12〇3 ； A面、 C面、 M面、 R面） 、 スピネル単結晶 （ M g A 1 2 O 4 ) 、 Z n〇単結晶、 L i A 1 O 2単結晶、 L i G a O 2単結晶、 M g〇単結 晶または G a 2〇3単結晶などの酸化物単結晶基板、 および S i 単結 晶、 S i C単結晶、 G a A s単結晶、 A 1 N単結晶、 G a N単結晶 または Z r B2などのホウ化物単結晶などの非酸化物単結晶基板か ら選ばれた公知の基板材料を何ら制限なく用いることができる。 こ れらの中でもサファイア単結晶または S i C単結晶が好ましい。 ま た、 ジャス ト基板でも良いしオフ角を付与した基板であっても良い サファイア単結晶を基板に用いた場合、 基板の上に成長させた窒 化ガリ ウム系化合物半導体単結晶は、 サファイア単結晶 （A l 2〇3 ； A面、 C面、 M面、 R面） に即した方位で結晶成長することが知 られている。
サファイア単結晶の C面を基板として成長させた窒化ガリ ウム系 化合物半導体単結晶の C面に垂直な面を C軸方向からエッチングす る場合、 M面以外の面、 例えば A面は結晶頂点が露出しており、 凹 凸が形成され易く、 M面は平坦になり易い。 本発明においては、 発 光素子の側面を光取り出し効率の向上に利用することから、 側面が 凹凸であると側面の表面積が大きくなり、 光取り出し効率もさ らに 向上する。 従って、 本発明の発光素子においては、 矩形の長辺を M 面以外の面、 例えば A面にすることが好ましい。
バッファ層、 n型半導体層、 発光層および p型半導体層を構成す る窒化ガリ ウム系化合物半導体としては、 一般式 A l x I ny G a ^ x— yN ( 0≤ x≤ 1 , 0≤ y < 1 , 0≤ x + y≤ 1 ) で表わされる 各種組成の半導体が公知である。 本発明におけるバッファ層、 n型 半導体層、 発光層および P型半導体層を構成する I I I族窒化物半 導体においても、 一般式 A l x I ny G a , x_yN ( 0≤ x≤ 1 , 0 ≤ y < 1 , 0≤ χ + y≤ 1 ) で表わされる各種組成の半導体を何ら 制限なく用いることができる。
これらの I I I族窒化物半導体を成長する方法としては、 有機金 属気相成長法 （MO C VD法） 、 分子線エピタキシー成長法 （M B E) 、 ハイ ドライ ド気相成長法 （HV P E) などがある。 望ましく は組成制御が容易であり、 量産性を備えた MO C V D法が適してい る力 必ずしも同法に限定されるものではない。
MO C VD法を上記半導体層の成長方法として採用する場合は、 I I I族である G aの原料として、 有機金属材料である ト リ メチル ガリウム （ T M G a ) またはト リェチルガリ ウム （ T E G a ) を、 同じく I I I族の A 1 の原料として、 ト リ メチルアルミニウム （T M A 1 ) またはト リェチルアルミニウム （T E A 1 ) を主として用 いる。 また発光層の構成材料である I nについてはその原料として 卜 リ メチルイ ンジウム （ T M I ) または卜 リエチルイ ンジウム （ T E I ) を用い 。 V族の N源として、 アンモニア （NH3) または ヒ ドラジン （ N 2 H 4 ) などを用いる。
n型半導体層にはド一パン ト材料として、 S i あるいは G e を用 いる。 S i 原料としてモノシラン （ S i H4) またはジシラン （ S i 2 H 6 ) を、 G e原料としてゲルマン （ G e H 4 ) または有機ゲル マニウム化合物を用いる。 p型半導体層では、 ドーパン トして M g を使用する。 その原料としては、 例えばビスシクロペン夕ジェニル マグネシウム （ C p 2 M g ) またはビスェチルシクロペン夕ジェニ ルマグネシウム （ （ E t C p ) 2 M g ) を用いる。
上記の基板上に窒化ガリウム系化合物半導体を積層するために、 特許第 3 0 2 6 0 8 7号公報ゃ特開平 4一 2 9 7 0 2 3号公報に開 示されている低温バッファ法ゃ特開 2 0 0 3 — 2 4 3 3 0 2号公報 などに開示されている Seeding Process ( S P ) 法と呼ばれる格子 不整合結晶ェピタキシャル成長技術を用いることができる。
低温バッファ法や S P法などの格子不整合結晶ェピタキシャル成 長技術を用いた場合、 その上に積層する下地としての窒化ガリ ウム 系化合物半導体は、 アン ド一プかもしく は 5 X 1 017 c m— 3程度の 低ドープの G a Nであることが望ましい。 下地層の膜厚は、 1〜 2 0 mであることが望ましく、 5〜 1 5 mであることが更に好適 である。
下地層の上に負極と接触し、 電流を供給するため n型 G a Nから なる n型コンタク ト層を成長させる。 n型 G a Nには 1 X 1 018 c m— 3〜 ： L X 1 019 c m— 3になる様に n型ド一パン トを供給しながら 成長させる。 n型ド一パン トとしては一般的には S iや G eが選ば れる。 ドーピングに関して、 一様に ドープする場合や周期的に低ド —プ層と高 ド一プ層を繰り返す構造をとる場合がある。 特に後者の 間歇ドープでは結晶成長中に発生するピッ 卜の抑制に有効である。
n型コンタク ト層と発光層との間に、 n型クラッ ド層を設けるこ とが好ましい。 n型クラッ ド層は、 A l G a N、 G a N, I n G a Nなどで形成することが可能であるが、 I n G a Nとする場合には 活性層の I n G a Nのバン ドギャップより も大きい組成とすること が望ましいことは言うまでもない。 n型クラッ ド層のキヤ リァ濃度 は、 n型コンタク ト層と同じでも良いし、 大きくても小さくても良 い。
n型クラッ ド層上の発光層としては量子井戸構造とするのが好適 である。 井戸層が 1 つしかない単一量子井戸構造でも良いし、 複数 の井戸層を有する多重量子井戸構造でも良い。 中でも、 多重量子井 戸構造は、 窒化ガリ ウム系化合物半導体を用いた素子の構造として は高出力と低駆動電圧を兼ね備えることができるので、 好適である 。 なお、 多重量子井戸構造の場合、 井戸層 （活性層） と障壁層を併 わせた全体を本明細書では発光層と呼ぶ。
P型半導体層は通常 0 . 0 1〜 l mの厚さで、 発光層に接して いる p型クラッ ド層と正極を形成するための p型コンタク 卜層から なる。 p型クラッ ド層と p型コンタク ト層は兼ねることができる。 P型クラッ ド層は、 G a N、 A 1 G a Nなどを用いて形成し、 p ド 一パン 卜として M gを ドープする。
負極は、 各種組成および構造の負極が周知であり、 これら周知の 負極を何ら制限なく用いることができる。 n型コンタク ト層と接す る負極用のコンタク ト材料としては、 A 1 、 T i 、 N i 、 A uなど のほか、 C r、 W、 Vなどを用いることができる。 負極全体を多層 構造としてボンディ ング性などを付与することができることは言う までもない。 特に、 最表面を A uで覆う ことは、 ボンディ ングをし やすくするためには好ましい。
正極も、 各種組成および構造の正極が周知であり、 これら周知の 正極を何ら制限なく用いることができる。
透光性の正極材料としては、 P t 、 P d、 A u、 C r、 N i 、 C u、 C oなどを含んでも良い。 また、 その一部が酸化されている構 造とすることで、 透光性が向上することが知られている。 また、 透 明電極として一般的な、 I T O、 I Z〇、 I W O等の導電性酸化物 を使用する事もなんら問題ない。 反射型の正極材料としては、 上記 の材料の他に、 R h 、 A g 、 A 1 などを用いることができる。
通常、 光透過性または反射性正極を形成した後、 その一部表面に ボンディ ングパッ ド部を構成する正極ボンディ ングパッ ドを作製す る。 正極ボンディ ングパッ ドを併せて正極を構成することになる。 正極ボンディ ングパッ ドの材料として、 各種の構造のものが知られ ており、 本発明においても、 これら周知のものを特に制限されるこ となく用いることが可能である。 負極材料に用いた A 1 、 T i 、 N i 、 A uのほか、 C r 、 W、 Vも何ら制限なく使用できる。 しかし ながら、 用いた光透過性または反射性正極との密着性の良い材料を 用いることが望ましい。 厚さはボンディ ング時の応力に対して光透 過性または反射性正極へダメージを与えないよう十分厚くする必要 がある。 また最表層はボンディ ングボールとの密着性の良い材料、 例えば A u とすることが望ましい。
また、 正極ボンディ ングパッ ドの位置においては、 正極ボンディ ングパッ ド下部での発光を横方向から最大限に取り出すために、 矩 形長辺の中心付近に形成することが望ましい。 また、 矩形長辺の中 央部、 例えば中心から ± 3 0 %の位置に正極ボンディ ングパッ ドを 配置することにより、 電流拡散経路が短くなり、 素子の駆動電圧も 低下させる事ができる。
基板上に窒化ガリウム系化合物半導体、 負極および正極を積層し たゥェ一ハを各発光素子に分割し、 その半導体層の側面を傾斜させ るため、 前記正極、 負極および露出した p型半導体層を覆う様に先 ずレジス トパターンを形成する。
その際に、 側面の面方位を窒化ガリ ウム系化合物半導体結晶の M 面にした場合、 側面形状は平坦になる。 一方、 側面の面方位を窒化 ガリ ウム系化合物半導体結晶の M面以外の面にした場合、 側面形状 は凸凹形状となる。 矩形の長辺側を M面以外の面とすることにより 、 光の取り出し効率に優れた発光素子とすることができる。
レジス トはポジ型でもネガ型でもよい。 正極および負極を含む個 々の素子の境界が露出されるように適当なパターンを持ったフォ ト マスクを用いて一般的な手続きに従ってリ ソグラフを行う。 或いは レジス トが上述した電極および P型半導体層を覆って個々の素子が 判別できればリ ソグラフは必ずしも必要ではない。 膜厚は 0 . 1 m〜 2 0 z mが好ましい。 膜厚が薄いとゥエツ トエッチングの際に 膜が剥がれやすく、 厚いとリ ソグラフの解像の問題が生じたり、 下 のパターンの認識が困難になる。 好適には 0 . 5 m〜 1 0 mで あり、 更には 1 m〜 5 mであることが望ましい。
窒化ガリウム系化合物半導体の基板に達するまでの除去はレーザ 一によつて行う ことが望ましい。 窒化ガリ ウム系化合物半導体の吸 収端より短い波長のレーザ一を選ぶことにより、 窒化ガリ ウム系化 合物半導体の 1 0 5 c m— 1に及ぶ高い吸収係数の為、 被加工位置が レーザー照射位置に限定される。 レーザーの光学系を適当に選ぶこ とにより 1 0 mより狭い幅での加工も可能であり、 素子収率の向 上が図れる。 基板のレーザー加工深さは 1 ； m以上の範囲で任意に 選べるが、 加工深さが小さいと後の分割処理の形状不良が発生しや すい。 1 0 m以上であれば不良発生は抑制されるが、 2 以 上であれば更に望ましい
或は、 機械的方法であるダイサ一による方法も可能である。 この 場合、 切断に用いるブレ ―ドの選定を好適なものとし、 基板への食 い込み量をできるだけ小さく とどめることで素子の欠け、 割れの発 生を抑制することができる 。 1 H m 〜 5 0 mの範囲で任意にえら ベるが'、 1 ^ m ~ 2 0 m 、 更に好ましく は 1 m〜 l 0 mで選 ベばよい。
次に分割部位にゥエツ hエッチングを施し、 凹部 （割溝 ) を形成 する。 ゥエツ トエッチングはオルト リ ン酸を用いて行われる。 所定 の加熱装置に納められたビーカーにオルト リ ン酸を加え、 1 0 0で 〜 4 0 0でに加熱する。 加熱温度が低いとエッチング速度が遅く、 高すぎるとマスクに剥がれが生ずる。 望ましく は 1 5 0で〜 3 0 0 ：、 さ らに望ましく は 1 8 0で〜 2 4 0でで、 十分なエッチング速 度とマスクの耐性の両立が得られる。 このゥエツ トエッチングによ つて、 基板主面に対して傾斜した半導体層側面が得られる。
その後、 各発光素子に分割される。
発光素子の形態としては、 透明正極を用いて半導体側から発光を 取り出す、 いわゆるフェイスアップ （ F U ) 型としても良いし、 反 射型の正極を用いて基板側から発光を取り出す、 いわゆるフリ ップ チップ （ F C ) 型としても良い。
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、 例えば当業界 周知の手段により透明カバ一を設けてランプにすることができる。 また、 本発明の窒化ガリ ウム系化合物半導体発光素子と蛍光体を有 するカバ一を組み合わせて白色のランプを作製することもできる。
また、 本発明の窒化ガリ ウム系化合物半導体発光素子から作製し たランプは発光出力が高く、 駆動電圧が低いので、 この技術によつ て作製したランプを組み込んだ携帯電話、 ディスプレイ、 パネル類 などの電子機器や、 その電子機器を組み込んだ自動車、 コンビユ ー 夕、 ゲーム機、 などの機械装置類は、 低電力での駆動が可能となり 、 高い特性を実現することが可能である。 特に、 携帯電話、 ゲーム 機、 玩具、 自動車部品などの、 バッテリ駆動させる機器類において 、 省電力の効果を発揮する。 実施例
以下に実施例および比較例により本発明を詳細に説明するが、 本 発明はこれらの実施例のみに限定されるわけではない。
(実施例 1 )
基板としてサファイア （A l 2〇3) C面基板を用い、 その上に特 開 2 0 0 3 - 2 4 3 3 0 2号公報にある方法に従って A 1 Nからな るバッファ層を積層した。 次いで、 ノ ッファ層上に、 アンドープ G a Nからなる下地層を 6 n m, G e を周期的に ドープして平均のキ ャ リア濃度が 1 X I 019 c m— 3となるようにした G a Nからなる n 型コンタク ト層を 4 z m、 I no. i G ao. gNからなる厚さ 1 2. 5 n mの n型クラッ ド層、 G a Nからなる厚さ 1 6 n mの障壁層と I n0.2 G afl.8Nからなる厚さ 2. 5 n mの井戸層を交互に 5回積層 させた後、 最後に障壁層を設けた多重量子井戸構造の発光層、 M g ド一プ （濃度 8 X 1 019Z c m3) A l o. Q 3 G a o . 97 Nからなる厚 さ 0. 1 5 ； mの p型コンタク ト層を順次積層して基板上の窒化ガ リ ウム系化合物半導体層とした。
これらの積層は通常の MO C VD法によって行なった。
発光素子の作製においては、 窒化ガリウム系化合物半導体層の表 面にスパッ夕一装置を用いて厚さ 0. 2 5 の酸化イ ンジウム錫 ( I T O) 膜を形成し、 透明電極とした。 その後公知のリ ソグラフ 技術と I T Oエッチング技術を用いて酸化イ ンジウム錫 （ I T O) 膜部分を所定の長方形状とした。 その際、 長方形形状各辺の方向に 於いては、 発光素子の縦横方向をサファイア C面基板の面方位に即 し、 長方形の長辺が G a N結晶の A面 （ 1 1 一 2 0 )に平行になる ように方位を揃えた。
続いて公知のリソグラフ技術により、 長方形に形成した透明導電 膜を保護する目的でレジス ト保護膜を形成した。
その後、 R I E装置を用いて、 個々の発光素子の境界部分および 負極形成領域 （レジス トで保護されていない部分） の n型コンタク ト層を露出させた。
続いて公知のリ ソグラフ技術により、 負極形成領域の n型コン夕 ク ト層に負極を形成した。 同様に公知のリ ソグラフ技術により、 透 明電極上に正極ボンディ ングパッ ドを形成した。 負極および正極ボ ンデイ ングパッ ドは、 共に、 半導体層側から C r ( 4 0 0 A) /Ύ i ( 1 0 0 0 A) ノ A u ( 1 0 0 0 0 A) が積層された構造であり 、 これらの積層は公知の蒸着技術により行なった。
図 5 は本実施例で作製した発光素子の電極の平面配置を示した模 式図である。 発光素子の外形は短辺が 2 5 0 u rn, 長辺が 5 0 0 n mの矩形であり、 正極ボンディ ングパッ ドの位置は長辺の中央部で あり、 また負極との距離を 2 3 とした。 正極ボンディ ングパ ッ ドの大きさは直径 9 5 / mである。
個々の発光素子への電極作製工程が終了した後、 ゥエー八にリソ グラフに用いたフォ ト レジス トを塗布する。 その後、 再度リソダラ フにより個々の発光素子の境界部分のみ、 基板を露出させた。
窒化ガリ ウム系化合物半導体層を基板に達するまで除去する手段 としてはレーザーを用いた。 レーザーの波長は 2 6 6 n m、 周波数 は 5 0 k H z 、 出力は 1 . 6 W、 加工スピー ドは 7 0 mm/秒で基 板に深さ 2 0 ^ mに達する割溝を先ず X軸方向に形成した。 ステ一 ジを 9 0 ° 回転させ、 Y軸方向に同様にして割溝を形成した。 割溝 の幅は 2 mとした。
割溝形成後の基板を、 加熱装置を用いて 2 4 0でに熱したオルト リ ン酸の入った石英ビーカ一中に 2 0分間浸漬してゥエツ トエッチ ングを行った。 窒化ガリウム系化合物半導体層のエッチング量は 5 . 2 mであった。 ゥエツ トエッチングの終了した基板及び窒化ガ リウム系化合物半導体層は超音波中で水洗を行い、 更に有機洗浄に より レジス 卜からなるエッチングマスクの除去を行った。 エッチング処理後の基板と窒化ガリウム系化合物半導体層はさ ら に基板側の研磨により、 基板の厚さが 8 0 ^になるまで薄く し、 そ の後ブレーキング装置により個々の発光素子に分離した。
分離した発光素子の出力を積分球で評価したところ、 2 O m A印 加した場合 7 . l m Wであった。 また駆動電圧を測定したところ、 2 0 m A印加した場合の電圧は 3 . 3 5 Vであった。
発光素子側面を S E Mにより観察したところ、 窒化ガリ ウム系化 合物半導体層の側面は、 垂直に割れたサファイア基板側面に対して 、 図 1 に示すように側面と基板主面との角度 （ Θ ) は 7 0 ° であつ た。 また、 発光素子側面の形状は、 図 6 に示したように、 短辺側は ほぼ平坦であつたが、 長辺側は凹凸が形成されていた。
(実施例 2 )
正極ボンディ ングパッ ドの位置を変えたことを除いて実施例 1 と 同様に窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製し、 得られた発 光素子を実施例 1 と同様に評価して、 正極ボンディ ングパッ ド一負 極間距離と発光素子特性との関係を検討した。
結果を図 7 に示す。 この図から、 正極ボンディ ングパッ ド一負極 間距離を大きくするにつれて、 発光出力が徐々に上昇することが判 る。 一方、 駆動電圧も正極ボンディ ングパッ ド一負極間距離を大き くするにつれて上昇し、 特に 2 5 0 mを越えると上昇幅が大きく なることが判る。 従って、 発光出力と駆動電圧のバランスから、 正 極ボンディ ングパッ ドの位置は、 発光素子長辺の中央部付近が好ま しい。
(実施例 3 )
長方形の長辺が G a N結晶の M面 （ 1 0 — 1 0 )に平行になるよ うに方位を揃えたことを除いて、 実施例 1 と同様に窒化ガリ ウム系 化合物半導体発光素子を作製した。 得られた発光素子を実施例 1 と同様に評価したところ、 2 0 mA 印加時の出力は 6. 4 mWであり、 駆動電圧は 3. 3 0 Vであった 。 発光素子側面を S E Mにより観察したところ、 窒化ガリウム系化 合物半導体層の側面は、 図 1 に示すように側面と基板主面との角度 ( Θ ) が 7 0 ° であった。 また、 窒化ガリウム系化合物半導体層側 面の形状は、 短辺側は凹凸が形成されていたが、 長辺側はほぼ平坦 であった。
(比較例）
ゥエツ トエッチングを実施しないことを除いて、 実施例 1 と同様 に窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
得られた発光素子を実施例 1 と同様に評価したところ、 2 0 mA 印加時の出力は 5. l mWであり、 駆動電圧は 3. 3 2 Vであった 。 発光素子側面を S EMにより観察したところ、 窒化ガリウム系化 合物半導体層の側面は、 基板の側面と同様、 基板主面に対し垂直で あった。 また、 窒化ガリウム系化合物半導体層側面の形状は、 短辺 側も長辺側もほぼ平坦であった。 産業上の利用可能性
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、 発光出力が高 く、 かつ、 その平面形状が縦横の辺の長さが異なる矩形であるから 、 各種電子機器への組み込みが効率的に行なわれ、 産業上の利用価 値は極めて大きい。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 基板および基板上に積層された窒化ガリウム系化合物半導体 層からなる発光素子であって、 発光素子の平面形状が縦横の辺の長 さが異なる矩形であり、 該窒化ガリ ウム系化合物半導体層の側面が 基板主面に対して垂直でないことを特徴とする窒化ガリウム系化合 物半導体発光素子。
2 . 窒化ガリウム系化合物半導体層の側面と基板主面との角度 0 が 9 0 ° より小さい請求項 1 に記載の窒化ガリゥム系化合物半導体 発光素子。
3 . 基板がサファイア C面である請求項 1 に記載の窒化ガリ ウム 系化合物半導体発光素子。
4 . 窒化ガリゥム系化合物半導体層の矩形長辺側の側面が窒化ガ リウム単結晶格子において M面以外の面方位である請求項 3 に記載 の窒化ガリ ウム系化合物半導体発光素子。
5 . 発光素子の長辺の長さが 5 0 z m〜 2 0 0 0 i mである請求 項 1 に記載の窒化ガリ ウム系化合物半導体発光素子。
6 . 発光素子の短辺と長辺との比が 1 ： 1 0から 4 ： 5である請 求項 1 に記載の窒化ガリ ウム系化合物半導体発光素子。
7 . 正極ボンディ ングパッ ドが矩形長辺の中央部に位置している 請求項 1 に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
8 . 基板および基板上に積層された窒化ガリウム系化合物半導体 層からなり、 平面形状が縦横の辺の長さが異なる矩形である発光素 子の製造方法であって、 窒化ガリウム系化合物半導体層の表面側を 所定のパターンをもったマスクで覆う工程と、 素子に分割する部位 の窒化ガリ ウム系化合物半導体層を基板に達するまで除去する工程 と、 除去後にウエッ トエッチング処理する工程と、 各素子に分割す る工程とを、 含むことを特徴とする窒化ガリ ウム系化合物半導体発 光素子の製造方法。
9 . マスクがフォ ト レジス トである請求項 8 に記載の窒化ガリウ ム系化合物半導体発光素子の製造方法。
1 0 . 窒化ガリウム系化合物半導体層を除去する工程がレーザ一 によってなされる請求項 8 に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素 子の製造方法。
1 1 . 窒化ガリウム系化合物半導体層を除去する工程がダイサー によってなされる請求項 8 に記載の窒化ガリ ウム系化合物半導体素 子の製造方法。
1 2 . ウエッ トエッチング処理をオルト リ ン酸を用いて行なう請 求項 8 に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
1 3 . 請求項 1 に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子か らなるランプ。
1 4 . 請求項 1 3 に記載のランプが組み込まれている電子機器。
1 5 . 請求項 1 4 に記載の.電子機器が組み込まれている機械装置
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