JP2008270689A - GaN-BASED LIGHT EMITTING DIODE ELEMENT AND MANUFACTURING METHOD THEREOF - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、化学式AlaInbGa1−a−bN(0≦a≦1、0≦b≦1、0≦a+b≦1)で表されるGaN系半導体を用いて発光ダイオード構造(以下、「LED構造」ともいう。)を形成してなるGaN系発光ダイオード素子と、その製造方法に関し、とりわけ、光を散乱可能な凹凸を表面に形成した基板の上にGaN系半導体からなるLED構造を形成してなるGaN系発光ダイオード素子と、その製造方法に関する。 The present invention uses a GaN-based semiconductor represented by the chemical formula Al a In b Ga 1-ab N (0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1, 0 ≦ a + b ≦ 1) to form a light emitting diode structure (hereinafter referred to as “light emitting diode structure”). In particular, an LED structure made of a GaN-based semiconductor on a substrate having irregularities capable of scattering light formed on a surface thereof. The present invention relates to a GaN-based light-emitting diode element formed by forming and a manufacturing method thereof.
GaN系発光ダイオード素子において、基板の表面に光を散乱させるための凹凸を形成して、光の取出し効率を向上させることが行われている(特許文献1〜3)。凹凸形成の一方法として、加工しようとする基板の表面上に微細な粒子状物をランダムに堆積し、この粒子状物をマスク(ランダムエッチングマスク)として用いて該表面をエッチング処理する方法がある。かかるエッチング処理の一形態として、ドライエッチング装置を用いて、エッチングとデポジションが同時に生じるようにして行う基板表面のエッチング処理が知られている(特許文献1)。
発光ダイオード素子の光取出し効率の向上という観点から、基板の表面に形成する凹凸には、(イ)LED構造を構成する層状のGaN系半導体の層方向に平行な平坦面部分を有さないこと、また、(ロ)形状の周期性が低いこと、が望まれる。ランダムエッチングマスクを用いたエッチング処理によれば、かかる性質を備えた凹凸を好ましく形成することができる。しかしながら、かかる凹凸を形成した基板の表面上には、エピタキシャル成長によってGaN系半導体の単結晶層を形成することが難しいという問題、つまり、LED構造を形成することが難しいという問題がある。 From the viewpoint of improving the light extraction efficiency of the light-emitting diode element, the unevenness formed on the surface of the substrate should not have a flat surface portion parallel to the layer direction of the layered GaN-based semiconductor constituting the LED structure. In addition, (b) it is desired that the periodicity of the shape is low. According to the etching process using a random etching mask, it is possible to preferably form irregularities having such properties. However, there is a problem that it is difficult to form a single crystal layer of a GaN-based semiconductor by epitaxial growth on the surface of the substrate having such irregularities, that is, it is difficult to form an LED structure.
本発明はかかる事情に鑑みなされたものであり、その主な目的は、光取出し効率の向上のうえで好ましい凹凸を基板表面に形成しつつ、該基板表面上にGaN系半導体からなるLED構造を形成してなる、GaN系発光ダイオード素子を提供することである。本発明は、また、かかるGaN系発光ダイオード素子の好ましい製造方法を提供することを、ひとつの目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and its main object is to form an LED structure made of a GaN-based semiconductor on the substrate surface while forming preferable irregularities on the substrate surface in order to improve light extraction efficiency. It is an object to provide a GaN-based light emitting diode element formed. Another object of the present invention is to provide a preferred method for producing such a GaN-based light emitting diode element.
上記目的を達成するための好適な手段として、次の発明を開示する。
(1)基板と、該基板上に形成されたGaN系半導体とを有し、前記基板の表面には光を散乱可能な凹凸が形成された領域が部分的に設けられており、前記GaN系半導体は、前記基板の表面の前記凹凸が形成されていない領域上から前記凹凸が形成された領域上にラテラル成長したGaN系半導体結晶膜を含んでいる、GaN系発光ダイオード素子。
(2)前記凹凸がランダムエッチングマスクを用いたエッチング処理によって形成された凹凸である、前記(1)に記載のGaN系発光ダイオード素子。
(3)前記凹凸に含まれる凸部が錐体状である、前記(1)または(2)に記載のGaN系発光ダイオード素子。
(4)前記凹凸の高低差が0.1μm〜3μmである前記(1)〜(3)のいずれかに記載のGaN系発光ダイオード素子。
(5)鏡面研磨された表面を有する基板の前記表面の一部をエッチング処理して光を散乱可能な凹凸を形成する工程と、GaN系半導体結晶膜を前記基板の表面の前記凹凸が形成されていない領域上から前記凹凸が形成された領域上にラテラル成長させる工程と、を有するGaN系発光ダイオード素子の製造方法。
(6)前記エッチング処理が、ランダムエッチングマスクを用いたエッチング処理である、前記(5)に記載の製造方法。
(7)前記エッチング処理が、ドライエッチング装置を用いてエッチングとデポジションが同時に生じるように行うエッチング処理である、前記(6)に記載の製造方法。
(8)前記凹凸に含まれる凸部が錐体状である、前記(5)〜(7)のいずれかに記載の製造方法。
(9)前記凹凸の高低差が0.1μm〜3μmである前記(5)〜(8)のいずれかに記載の製造方法。
The following invention is disclosed as a suitable means for achieving the above object.
(1) It has a substrate and a GaN-based semiconductor formed on the substrate, and the surface of the substrate is partially provided with a region on which irregularities capable of scattering light are formed, the GaN-based semiconductor The semiconductor includes a GaN-based light-emitting diode element, wherein the semiconductor includes a GaN-based semiconductor crystal film laterally grown on a region where the unevenness is formed from a region where the unevenness is not formed on the surface of the substrate.
(2) The GaN-based light-emitting diode element according to (1), wherein the unevenness is an unevenness formed by an etching process using a random etching mask.
(3) The GaN-based light-emitting diode element according to (1) or (2), wherein the convex portions included in the concave and convex portions have a cone shape.
(4) The GaN-based light-emitting diode element according to any one of (1) to (3), wherein the height difference of the unevenness is 0.1 μm to 3 μm.
(5) a step of etching a part of the surface of the substrate having a mirror-polished surface to form unevenness capable of scattering light; and a GaN-based semiconductor crystal film is formed with the unevenness on the surface of the substrate. And a step of laterally growing on the region where the projections and depressions are formed from a region that is not formed, a method for manufacturing a GaN-based light-emitting diode element.
(6) The manufacturing method according to (5), wherein the etching process is an etching process using a random etching mask.
(7) The manufacturing method according to (6), wherein the etching process is an etching process performed using a dry etching apparatus so that etching and deposition occur simultaneously.
(8) The manufacturing method in any one of said (5)-(7) whose convex part contained in the said unevenness is a cone shape.
(9) The manufacturing method according to any one of (5) to (8), wherein a height difference of the unevenness is 0.1 μm to 3 μm.
本発明の実施形態に係るGaN系発光ダイオード素子は、光取出し効率の向上のうえで好ましい凹凸を基板表面に有し、該基板表面上にGaN系半導体からなるLED構造を形成したものであるため、高い発光効率を示し、照明用途や表示用途をはじめとする、高出力が要求される各種の用途に、好適に用いることができる。 The GaN-based light-emitting diode device according to the embodiment of the present invention has preferable irregularities on the substrate surface for improving light extraction efficiency, and an LED structure made of a GaN-based semiconductor is formed on the substrate surface. It exhibits high luminous efficiency and can be suitably used for various applications that require high output, including lighting applications and display applications.
本発明の実施形態に係るGaN系発光ダイオード素子の製造方法によれば、光取出し効率の向上のうえで好ましい凹凸を基板表面に有し、該基板表面上にGaN系半導体からなるLED構造が形成されたGaN系発光ダイオード素子を、容易に製造することができる。 According to the method for manufacturing a GaN-based light-emitting diode element according to the embodiment of the present invention, the substrate surface has preferable irregularities for improving light extraction efficiency, and an LED structure made of a GaN-based semiconductor is formed on the substrate surface. The manufactured GaN-based light emitting diode element can be easily manufactured.
本発明の好適な一実施形態に係るGaN系発光ダイオード素子は、基板と、該基板上に形成されたGaN系半導体とを有し、前記基板の表面には光を散乱可能な凹凸が形成された領域が部分的に設けられており、前記GaN系半導体は、前記基板の表面の前記凹凸が形成されていない領域上から前記凹凸が形成された領域上にラテラル成長したGaN系半導体結晶膜を含んでいる。図1は、このように構成されたGaN系発光ダイオード素子の構造例を示す断面図である。図1に示すGaN発光ダイオード素子10は、基板11と、該基板上に形成されたGaN系半導体12とを有している。基板11の、GaN系半導体12が形成された側の表面は、光を散乱可能な凹凸が形成された領域である第1領域11Aと、鏡面状の平坦領域である第2領域11Bとを有している。GaN系半導体12は、基板11側に設けられた基層部121と、その上に設けられたLED構造形成部122とを有している。基層部121は、基板11の表面を完全に覆っており、その上面は平坦面となっている。基層部121は、その一部に、基板表面の第2領域11B上から第1領域11A上にラテラル成長したGaN系半導体結晶膜を含んでいる。LED構造形成部122は、基層部121側から順に、第1導電型層1221と第2導電型層1222とを有している。第1導電型層1221と第2導電型層1222により、キャリア注入により発光し得るpn接合が形成されている。第1導電型層1221には下部電極13が形成され、第2導電型層1222には上部電極14が形成されている。
A GaN-based light-emitting diode element according to a preferred embodiment of the present invention includes a substrate and a GaN-based semiconductor formed on the substrate, and unevenness capable of scattering light is formed on the surface of the substrate. The GaN-based semiconductor is formed by laterally growing a GaN-based semiconductor crystal film on a region where the irregularities are formed from a region where the irregularities are not formed on the surface of the substrate. Contains. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a structural example of a GaN-based light emitting diode element configured as described above. A GaN light-
GaN系発光ダイオード素子10の各部の好ましい構成を説明する。
A preferred configuration of each part of the GaN-based light
(基板)
基板11は、GaN系半導体結晶のエピタキシャル成長に用い得る基板であればよく、サファイア、SiC、GaN、AlGaN、AlN、Si、GaAs、GaP、スピネル、ZnO、NGO(NdGaO3)、LGO(LiGaO2)、LAO(LaAlO3)、ZrB2、TiB2などの材料からなる単結晶基板を好ましく用いることができる。これらの材料からなる単結晶層を、結晶成長面側に表層として有するテンプレート(多層構造の基板)であってもよい。単結晶基板であってもテンプレートであっても、基板11は、当該素子から放出される光に対して透過性を有するものであることが好ましい。
(substrate)
The
基板表面の第1領域11Aの凹凸は、好ましくは、ランダムエッチングマスクを用いたエッチング処理により形成される凹凸である。即ち、基板の表面に微細な粒子状物をランダムに堆積し、この粒子状物をマスクとして用いて、該表面をエッチング処理することによって形成される凹凸である。このようにして形成される凹凸は形状の周期性が低くなるために、強い光散乱作用を示す。更に、この凹凸に含まれる凸部を錐体状とすると、該凹凸による光散乱作用を特に強くすることができる。これは、凹凸に含まれる、層状のGaN系半導体12の層方向に平行な平坦面が少なくなるからである。第1領域11Aにおける凹凸の高低差(凹部の底から見た凸部の頂の高さ)は、例えば、0.05μm〜5μmとすることができるが、好ましくは0.1μm〜3μmであり、より好ましくは0.3μm〜1μmである。凹凸の高低差が光の波長と比べて小さ過ぎると、光波と凹凸の相互作用が小さくなるため光散乱効果が弱くなる。凹凸の高低差を大きくし過ぎたときには、凸部と凹部の分布密度が低くなるために、光散乱効果が弱くなる。
The unevenness of the
基板11の表面において第1領域11Aと第2領域11Bとがなすパターンは、少なくともあるひとつの方向に沿って、第1領域11Aと第2領域11Bとが交互に並ぶパターンとする。ひとつのパターンとして、第1領域と第2領域のそれぞれをストライプ状に形成し、平行かつ交互に並べたパターンが例示される。この場合、第2領域のストライプ幅は、例えば0.5μm〜20μmとすることができるが、好ましくは1μm〜10μmであり、より好ましくは2μm〜5μmである。他のパターンとして、複数の孤立した島状の第1領域が、第2領域で隔てられたパターンや、その逆に、複数の孤立した島状の第2領域が、第1領域で隔てられたパターンが挙げられる。その他、複数の第1領域および第2領域を、あるひとつの点の周りを囲む環状に形成しつつ、交互に並べたパターンなどが例示される。いかなるパターンを採用する場合においても、基板の表面に占める第1領域11Aの面積比率は、好ましくは40%〜90%であり、より好ましくは50%〜85%であり、更に好ましくは60%〜80%である。第1領域11Aの面積比率が小さ過ぎると、該領域に形成された凹凸による光取出し効率の向上効果が十分に発揮されない。第1領域11Aの面積比率を大きくし過ぎると、換言すれば、基板11とGaN系半導体12との接触面積(≒第2領域の面積)を小さくし過ぎると、熱応力によって基板11とGaN系半導体12との間で剥離が発生する恐れがある。また、いかなるパターンを採用する場合においても、基板表面における第1領域11Aと第2領域11Bとの境界の全てを、該基板上にエピタキシャル成長するGaN系半導体単結晶のA面に平行な方向に形成することが好ましい。そのように構成すると、第1領域11A上から第2領域11B上へのGaN系半導体結晶のラテラル成長が速くなるので、第1領域の面積を大きく設定した場合でも、広い第1領域上をGaN系半導体結晶で覆うことが容易となる。
The pattern formed by the
(基層部)
GaN系半導体12の基層部121は、LED構造にとって必須の構成要素ではないが、この層を設けることで、その上に形成するLED構造形成部122の結晶品質を改善し、ひいては、発光効率(内部量子効率)を改善することができる。そのためには、この基層部121は、厚さを1μm以上とすることが好ましく、2μm以上とすることがより好ましく、3μm以上とすることが更に好ましい。また、基層部121の結晶性を良好なものとするには、基板11と基層部121との間にはバッファ層を介在させることが好ましく、更に、基層部121に不純物の添加を行わないことが好ましい。ただし、Mg(マグネシウム)の添加はGaN系半導体結晶のラテラル成長を促進させる効果があるため、基板11の表面の第1領域11Aの面積を大きく設定する場合には、基層部121の成長初期にMgを添加すると、広い第1領域上を覆って基層部121を形成することが容易となる。基板11の第1領域11A上にラテラル成長したGaN系半導体結晶膜は転移欠陥密度の低いものとなるので、その上に成長するGaN系半導体結晶は特に高品質なものとなる。基層部121を構成するGaN系半導体結晶の組成に限定はないが、LED構造形成部122の結晶性を高める目的からは、基層部121は数μm以上の膜厚を有するGaN(窒化ガリウム)層を含むことが好ましい。その場合、基層部121はGaN層のみからなるものであってもよい。また、基板11と基層部121との界面で格子不整合に起因して発生する貫通転移が、基層部121内を上方に伝播するのを抑制するために、基層部121内に歪超格子構造を設けてもよい。
(Base layer)
The
(LED構造形成部)
LED構造形成部122を構成する第1導電型層1221と第2導電型層は、いずれか一方がn型半導体を含む層であり、他方がp型半導体を含む層であればよい。好ましくは、先に成長させる第1導電型層1221を、n型半導体を用いて形成する。第1導電型層1221と第2導電型層1222との接合部分に活性層を設けてダブルヘテロ構造を構成すると、発光効率が飛躍的に向上する。活性層は、好ましくは多重量子井戸構造とする。
(LED structure forming part)
Any one of the first
(電極その他)
第1導電型層1221に形成する下部電極13、第2導電型層1222に形成する上部電極14の、材料、構造などについては、公知技術を適宜参照することができる。具体例を挙げると、n型GaN系半導体の表面に形成する電極は、Ti(チタン)、Al(アルミニウム)、W(タングステン)、V(バナジウム)、Cr(クロム)などの単体、または、これらから選ばれる1種以上の金属を含む合金を用いて形成することができる。また、p型GaN系半導体の表面に形成する電極は、Ni(ニッケル)、Co(コバルト)、白金族(Pt、Pd、Rh、Ir、Os、Ru)、Au(金)などの単体、または、これらから選ばれる1種以上の金属を含む合金を用いて形成することができる。酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛、酸化ガリウム、ITO(インジウム錫酸化物)、IZO(インジウム亜鉛酸化物)、AZO(アルミニウム亜鉛酸化物)、FTO(フッ素ドープ酸化錫)などの導電性酸化物は、n型GaN系半導体とp型GaN系半導体のいずれの表面に形成する電極にも使用できる。また、下部電極13および上部電極14のそれぞれには、外部電極との接続が容易となるように、表層としてAg(銀)、Au(金)、Sn(錫)、In(インジウム)、Bi(ビスマス)、Cu(銅)、Zn(亜鉛)などからなる層を設けることが好ましい。上部電極14を、第2導電型層1222の上面を略全面的に覆う全面電極と、該全面電極の一部上に形成されるパッド電極とから構成してもよいが、その場合には、パッド電極に上記材料からなる表層を設ければよい。下部電極13および上部電極14と、外部電極との接続は、Auなどからなるボンディングワイヤを用いて行うこともできるし、ハンダ、共晶合金、導電ペーストなどの導電性接合材料を用いて行うこともできる。好ましい実施形態では、上部電極14を、導電性酸化物からなる透光性の全面電極と、その一部上に形成されるパッド電極とから構成したうえ、発光ダイオード素子10をフリップチップ実装する。フリップチップ実装では、一般的に、導電性接合材料を用いて下部電極13および上部電極14を外部電極に接続する。
(Electrodes and others)
For the material, structure, and the like of the
次に、図1に示すGaN系発光ダイオード素子の製造方法の一例について説明する。 Next, an example of a manufacturing method of the GaN-based light emitting diode element shown in FIG. 1 will be described.
(基板の加工)
鏡面研磨された結晶成長面を有する、直径2インチのC面サファイア基板(片面研磨基板)を準備し、その結晶成長面側の表面に、フォトレジスト膜を、ライン幅2.5μm、スペース幅5μmのライン・アンド・スペース・パターンに形成する。ライン方向(ストライプ状にパターニングするフォトレジスト膜の長手方向)は、サファイアの<11−20>方向とする。この方向は、C面サファイア基板上にエピタキシャル成長するGaN系半導体結晶(C軸配向結晶)のA面に平行である。次に、この基板を反応性イオンエッチング装置のエッチングチャンバ内に装填し、基板の結晶成長面の、フォトレジスト膜で保護されていない部分を、エッチングとデポジションが同時に生じる条件を用いてエッチング処理する。より具体的には、エッチングガスとしてトリフルオロメタンを用い、チャンバ内圧力を1.5〜6.0Paとし、ICP(誘導結合プラズマ)電力を150〜600Wとし、バイアス電圧を300W〜500Wとする。エッチング時間は15分〜40分とする。この処理によって、サファイア基板表面(フォトレジスト膜で保護していない部分)に、高さが0.3μm〜0.5μmの円錐状凸部を1個/μm2〜70個/μm2の密度で有する凹凸を形成することができる。凹凸の形状やサイズは、ICP電力、バイアス電圧、チャンバ内圧力、エッチング時間を変化させることにより、変更することができる。処理後、基板を反応性イオンエッチング装置から取り出し、フォトレジスト膜を除去するとともに、有機洗浄を行う。
(Board processing)
A C-plane sapphire substrate (single-side polished substrate) having a mirror-polished crystal growth surface and having a diameter of 2 inches is prepared. To form a line and space pattern. The line direction (longitudinal direction of the photoresist film patterned in a stripe shape) is the <11-20> direction of sapphire. This direction is parallel to the A plane of the GaN-based semiconductor crystal (C-axis oriented crystal) that is epitaxially grown on the C-plane sapphire substrate. Next, this substrate is loaded into the etching chamber of a reactive ion etching apparatus, and the portion of the crystal growth surface of the substrate that is not protected by the photoresist film is etched using conditions that cause etching and deposition simultaneously. To do. More specifically, trifluoromethane is used as the etching gas, the pressure in the chamber is 1.5 to 6.0 Pa, the ICP (inductively coupled plasma) power is 150 to 600 W, and the bias voltage is 300 W to 500 W. The etching time is 15 minutes to 40 minutes. By this treatment, conical convex portions having a height of 0.3 μm to 0.5 μm are formed on the surface of the sapphire substrate (the portion not protected by the photoresist film) at a density of 1 piece / μm 2 to 70 pieces / μm 2 . The unevenness can be formed. The shape and size of the unevenness can be changed by changing the ICP power, the bias voltage, the pressure in the chamber, and the etching time. After the treatment, the substrate is taken out from the reactive ion etching apparatus, the photoresist film is removed, and organic cleaning is performed.
(GaN系半導体の形成)
結晶成長面を部分的に加工して凹凸を形成した上記基板の上に、MOVPE(有機金属化合物気相成長)法を用いて、LED構造を備えたGaN系半導体を形成する。より具体的には、まず、MOVPE装置内に装着した基板を、水素気流中1100℃に加熱してクリーニング処理する。次に、基板温度を下げて500℃〜650℃とし、TMG(トリメチルガリウム)、TMA(トリメチルアルミニウム)、アンモニアを原料に用いて、Al(アルミニウム)の組成比がGa(ガリウム)の組成比よりも大きいAlGaNバッファ層を、約30nmの厚さに形成する。バッファ層形成後、アンモニアを基板上に供給しながら基板温度を1000℃に上げ、続いて、TMGとアンモニアを原料に用いて、GaNを約4μmの厚さに形成する。このとき、基板上に供給するTMGとアンモニアの供給量の比率は、GaN結晶のラテラル成長速度が十分に大きくなる比率に調節する。また、原料のキャリアガスには、水素ガスと窒素ガスを用いる。図2に、このようにして形成されるGaN結晶の成長の様子を模式的に示す。図2(a)は、GaN結晶を成長させる前のサファイア基板21の断面図であり、前工程で用いたストライプ状にパターニングしたフォトレジスト膜の長手方向に直交する断面を示している。この断面を見ると、基板21の結晶成長面には、凹凸が形成された第1領域21Aと、凹凸が形成されていない第2領域21Bとが、交互に並んでいる。図2(b)は成長初期の状態を示しており、GaN結晶22が結晶成長面の第2領域上のみに形成されている(バッファ層の図示は省略している。図2(c)(d)も同じ。)。図2(c)は成長を続けたところで、GaN結晶22は、図2(b)に示す状態から、更に縦方向およびラテラル方向に成長している。図2(d)は図2(c)の状態から更に成長を続けたところであり、ラテラル成長によって、隣接する2つの第2領域上から成長したGaN結晶どうしがつながり、平坦な上面を有する層状のGaN結晶22がサファイア基板21の結晶成長面全体を覆った状態が達成されている。
(Formation of GaN-based semiconductors)
A GaN-based semiconductor having an LED structure is formed on the substrate on which the crystal growth surface is partially processed to form irregularities by using the MOVPE (organometallic compound vapor phase epitaxy) method. More specifically, first, the substrate mounted in the MOVPE apparatus is cleaned by heating to 1100 ° C. in a hydrogen stream. Next, the substrate temperature is lowered to 500 ° C. to 650 ° C., TMG (trimethylgallium), TMA (trimethylaluminum), and ammonia are used as raw materials, and the composition ratio of Al (aluminum) is higher than the composition ratio of Ga (gallium). A larger AlGaN buffer layer is formed to a thickness of about 30 nm. After the buffer layer is formed, the substrate temperature is raised to 1000 ° C. while supplying ammonia onto the substrate, and then GaN is formed to a thickness of about 4 μm using TMG and ammonia as raw materials. At this time, the ratio of the supply amount of TMG and ammonia supplied onto the substrate is adjusted to a ratio at which the lateral growth rate of the GaN crystal is sufficiently increased. Further, hydrogen gas and nitrogen gas are used as the raw material carrier gas. FIG. 2 schematically shows how the GaN crystal thus formed grows. FIG. 2A is a cross-sectional view of the
上記のようにして成長させたアンドープGaN層の上に、SiドープGaNからなるn型コンタクト層、アンドープGaN障壁層とアンドープInGaN井戸層とからなる多重量子井戸構造の活性層、MgドープAlGaNからなるp型クラッド層、MgドープAlGaNからなるp型コンタクト層を、順次形成して積層し、基板とGaN系半導体からなるウェハを得る。 On the undoped GaN layer grown as described above, an n-type contact layer composed of Si-doped GaN, an active layer having a multiple quantum well structure composed of an undoped GaN barrier layer and an undoped InGaN well layer, and Mg-doped AlGaN A p-type cladding layer and a p-type contact layer made of Mg-doped AlGaN are sequentially formed and laminated to obtain a wafer made of a substrate and a GaN-based semiconductor.
(電極形成等)
上記ウェハに対して上部電極および下部電極を形成する。上部電極は、ITO膜からなる全面電極と、その上の一部に形成したパッド電極とから構成する。下部電極は、ドライエッチングにより一部露出させたn型コンタクト層上に形成する。電極形成後、サファイア基板の下面(非研磨面)を研削および研磨して、基板の厚さを100μmまで減じたうえ、公知のスクライビング法を用いてウェハを分断し、チップ状の発光ダイオード素子を得る。
(Electrode formation, etc.)
An upper electrode and a lower electrode are formed on the wafer. The upper electrode is composed of a full-surface electrode made of an ITO film and a pad electrode formed on a part thereon. The lower electrode is formed on the n-type contact layer partially exposed by dry etching. After forming the electrode, the lower surface (non-polished surface) of the sapphire substrate is ground and polished to reduce the thickness of the substrate to 100 μm, and the wafer is divided using a known scribing method to obtain a chip-like light emitting diode element. obtain.
上記説明した製造方法では、基板表面に凹凸を形成するために、反応性イオンエッチング装置を用いて、エッチングとデポジションが同時に生じるように基板をエッチング処理しているが、この反応性イオンエッチング装置をプラズマエッチング装置に置き換えることも可能である。このような、ドライエッチング装置を用いてエッチングとデポジションが同時に生じるように基板をエッチング処理する方法では、エッチングガスおよび/または被加工物(基板)が、微細な粒子状のランダムエッチングマスクの原料となるものであるが、基板表面の凹凸加工の方法はこの方法に限定されるものではなく、ランダムエッチングマスクを予め形成したうえで、ドライエッチング処理する方法も採用可能である。その場合のランダムエッチングマスクの一例として、基板表面に蒸着法にてAu薄膜(膜厚約5nm)を形成した後、基板温度を180℃程度に上昇させることにより薄膜をなしていたAuを凝集せしめて微粒子状としたものが挙げられる(特許文献3)。また、ランダムエッチングマスクは、粒子状物を堆積したものに限定されるものではなく、例えば、ブロックコポリマーを溶解した溶液を塗布してマスク材料層を形成した後、該マスク材料層をアニール処理して該ブロックコポリマーを相分離したものなどであってもよい(特許文献2)。これらのランダムエッチングマスクを用いる場合には、基板表面のうち、凹凸の形成を予定しない領域を保護膜で被覆したうえでランダムエッチングマスクの形成を行い、ドライエッチングによる加工を行う。この保護膜は、ランダムエッチングマスクを形成する工程およびその後のドライエッチング加工工程において、該保護膜で被覆した基板表面が変形して非鏡面となることを防止し得るものであればよい。 In the manufacturing method described above, in order to form irregularities on the substrate surface, a reactive ion etching apparatus is used to etch the substrate so that etching and deposition occur simultaneously. This reactive ion etching apparatus It is also possible to replace with a plasma etching apparatus. In such a method of etching a substrate so that etching and deposition occur at the same time using a dry etching apparatus, the etching gas and / or the workpiece (substrate) is a raw material for a random etching mask with fine particles. However, the method of processing the unevenness of the substrate surface is not limited to this method, and a method of dry etching treatment after forming a random etching mask in advance can also be adopted. As an example of a random etching mask in that case, after forming an Au thin film (film thickness of about 5 nm) on the substrate surface by vapor deposition, the substrate temperature is raised to about 180 ° C. to agglomerate the Au that had formed the thin film. And fine particles (Patent Document 3). In addition, the random etching mask is not limited to the one in which the particulate matter is deposited. For example, after the mask material layer is formed by applying a solution in which the block copolymer is dissolved, the mask material layer is annealed. The block copolymer may be phase-separated (Patent Document 2). In the case of using these random etching masks, a region of the substrate surface where the unevenness is not planned is covered with a protective film, the random etching mask is formed, and processing by dry etching is performed. The protective film may be any film that can prevent the surface of the substrate covered with the protective film from deforming into a non-mirror surface in the process of forming the random etching mask and the subsequent dry etching process.
本発明は上記に明示的に記載した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。 The present invention is not limited to the embodiments explicitly described above, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.
10 GaN系発光ダイオード素子
11 基板
12 GaN系半導体
13 下部電極
14 上部電極
10 GaN-based light-emitting
Claims (9)
前記基板の表面には光を散乱可能な凹凸が形成された領域が部分的に設けられており、
前記GaN系半導体は、前記基板の表面の前記凹凸が形成されていない領域上から前記凹凸が形成された領域上にラテラル成長したGaN系半導体結晶膜を含んでいる、
GaN系発光ダイオード素子。 A substrate and a GaN-based semiconductor formed on the substrate;
The surface of the substrate is partially provided with a region where unevenness capable of scattering light is formed,
The GaN-based semiconductor includes a GaN-based semiconductor crystal film laterally grown on a region where the irregularities are formed from a region where the irregularities are not formed on the surface of the substrate.
GaN-based light emitting diode element.
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