JP2014107333A - Nitride semiconductor template, nitride semiconductor template manufacturing method and light-emitting element manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、窒化物半導体テンプレート、窒化物半導体テンプレートの製造方法及び発光素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a nitride semiconductor template, a method for manufacturing a nitride semiconductor template, and a method for manufacturing a light emitting device.
例えば発光ダイオード(LED)等の半導体発光素子(以下、単に「発光素子」とも言う。)は、例えばサファイア等を含有する基板を備える窒化物半導体テンプレートを備えている。発光素子は、窒化物半導体テンプレートの表面上に、例えば窒化ガリウム(GaN)層等のn型半導体層、発光層、p型半導体層を順次成長させることで発光部を形成し、n型半導体層、p型半導体層のそれぞれに外部取り出し電極を形成することで構成されている。このような発光素子では、発光層で生じた光をどれだけ効率よく取り出せるかが重要な課題となっている。すなわち、発光素子の光取り出し効率(発光出力)を向上させることが重要となっている。 For example, a semiconductor light emitting device such as a light emitting diode (LED) (hereinafter also simply referred to as “light emitting device”) includes a nitride semiconductor template including a substrate containing, for example, sapphire. The light emitting element forms a light emitting portion by sequentially growing an n type semiconductor layer such as a gallium nitride (GaN) layer, a light emitting layer, and a p type semiconductor layer on the surface of the nitride semiconductor template, and forms an n type semiconductor layer. The p-type semiconductor layer is formed by forming an external extraction electrode. In such a light emitting element, it is an important issue how efficiently light generated in the light emitting layer can be extracted. That is, it is important to improve the light extraction efficiency (light emission output) of the light emitting element.
そこで、窒化物半導体テンプレートが備える基板上に凹凸加工を施す技術が開示されている。例えば、第1層としての結晶基板や、いわゆるPSS(Patterned Sapphire Substrate)等の基板の表面に凹凸加工を施す技術が開示されている(例えば特許文献1、特許文献2参照。)。これにより、発光素子の内部への光閉じ込めを低減することができる。従って、発光素子の光取り出し効率を向上させることができ、発光素子の高輝度化が図れる。 In view of this, a technique for performing uneven processing on a substrate included in a nitride semiconductor template is disclosed. For example, there is disclosed a technique for performing uneven processing on the surface of a substrate such as a crystal substrate as a first layer or a so-called PSS (Patterned Sapphire Substrate) (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). Thereby, light confinement inside the light emitting element can be reduced. Therefore, the light extraction efficiency of the light emitting element can be improved, and the luminance of the light emitting element can be increased.
しかしながら、上述の結晶基板やPSS等の基板の表面に形成された隣接する凸部間の間隔によって、窒化物半導体テンプレートの特性、すなわち窒化物半導体テンプレートの結晶性が変化する。窒化物半導体テンプレートの結晶性は、発光素子の特性に大きな影響を与える。窒化物半導体テンプレートの特性が変化すると、発光素子の特性が変化する。結晶性の指標となるのが、X線回折(XRD)により測定される(0004)面の最大回折ピークの半値幅(FWHM)である。すなわち、基板上の凸部の間隔を変えると、窒化物半導体テンプレートの(0004)面の半値幅が変わる。 However, the characteristics of the nitride semiconductor template, that is, the crystallinity of the nitride semiconductor template changes depending on the spacing between adjacent convex portions formed on the surface of the above-described crystal substrate or PSS substrate. The crystallinity of the nitride semiconductor template greatly affects the characteristics of the light emitting element. When the characteristics of the nitride semiconductor template change, the characteristics of the light emitting element change. The index of crystallinity is the half width (FWHM) of the maximum diffraction peak of the (0004) plane measured by X-ray diffraction (XRD). That is, when the interval between the convex portions on the substrate is changed, the half width of the (0004) plane of the nitride semiconductor template is changed.
具体的には、基板の凸部間の間隔が狭くなると、窒化物半導体テンプレートの(0004)面の半値幅が広くなる傾向がある。すなわち、基板の凸部間の間隔が狭くなると、窒化物半導体テンプレートに多くの結晶欠陥が発生し、窒化物半導体テンプレートの結晶性が低下する傾向がある。このような窒化物半導体テンプレートが用いられた発光素子は、内部量子効率が低下するため、光取り出し効率を向上させることができない場合がある。 Specifically, when the interval between the convex portions of the substrate is narrowed, the half width of the (0004) plane of the nitride semiconductor template tends to be widened. That is, when the interval between the convex portions of the substrate becomes narrow, many crystal defects are generated in the nitride semiconductor template, and the crystallinity of the nitride semiconductor template tends to be lowered. A light emitting device using such a nitride semiconductor template may not be able to improve light extraction efficiency because the internal quantum efficiency decreases.
一方、基板の凸部間の間隔が広くなると、窒化物半導体テンプレートの(0004)面の半値幅は狭くなる傾向がある。すなわち、窒化物半導体テンプレートの結晶性が良好となる傾向がある。しかしながら、窒化物半導体テンプレートの表面にピット等の表面欠陥が発生する場合がある。表面欠陥が発生した基板を用いた発光素子は、光取り出し効率が低下したり、逆方向電圧やESD(Electro-Static Discharge;静電気放電)が低くなる場合があり、発光素子の不良原因の一つになる場合があった。また、発光素子の初期不良が出なくても、信頼性に問題が出る可能性が非常に大きくなる場合があった。 On the other hand, when the distance between the convex portions of the substrate is increased, the half width of the (0004) plane of the nitride semiconductor template tends to be reduced. That is, the crystallinity of the nitride semiconductor template tends to be good. However, surface defects such as pits may occur on the surface of the nitride semiconductor template. A light-emitting element using a substrate with a surface defect may have a low light extraction efficiency or a low reverse voltage or ESD (Electro-Static Discharge), which is one of the causes of light-emitting element failures. There was a case. In addition, even if the initial failure of the light emitting element does not occur, there is a possibility that the possibility of a problem in reliability becomes very large.
そこで、本発明は、上記課題を解決し、結晶性を向上させつつ、表面欠陥の発生を抑制できる窒化物半導体テンプレート、窒化物半導体テンプレートの製造方法及び発光素子の製造方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a nitride semiconductor template, a method for manufacturing a nitride semiconductor template, and a method for manufacturing a light emitting element that can suppress the occurrence of surface defects while solving the above-described problems and improving crystallinity. And
上記課題を解決するために、本発明は次のように構成されている。
本発明の第1の態様によれば、複数の凸部が所定の間隔で一列に設けられて構成される複数の凸部列を有する基板と、前記凸部列が設けられた前記基板の面上に設けられるIII族窒化物半導体層と、を備え、複数の前記凸部列は、隣接する前記凸部が第1の間隔で配される第1凸部列と、隣接する前記凸部が前記第1の間隔とは異なる第2の間隔で配される第2凸部列と、を備える窒化物半導体テンプレートが提供される。
In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows.
According to the first aspect of the present invention, a substrate having a plurality of convex portions arranged by arranging a plurality of convex portions in a row at a predetermined interval, and a surface of the substrate on which the convex portions are provided. A group III nitride semiconductor layer provided thereon, and a plurality of the convex part rows, the first convex part row in which the adjacent convex parts are arranged at a first interval, and the adjacent convex part There is provided a nitride semiconductor template comprising a second row of convex portions arranged at a second interval different from the first interval.
本発明の第2の態様によれば、前記第1凸部列を構成する複数の前記凸部と前記第2凸部列を構成する複数の前記凸部とによって、前記第1の間隔又は前記第2の間隔のうち、短い方の間隔を一辺とする正六角形が形成されるように、前記第1凸部列及び前記第2凸部列がそれぞれ配列されている第1の態様の窒化物半導体テンプレートが提供される。 According to the second aspect of the present invention, the first interval or the plurality of convex portions constituting the first convex portion row and the plurality of convex portions constituting the second convex portion row The nitride according to the first aspect, in which the first convex row and the second convex row are arranged so that a regular hexagon having one side of the shorter one of the second intervals is formed. A semiconductor template is provided.
本発明の第3の態様によれば、前記第1の間隔及び前記第2の間隔はそれぞれ、5μm以下であり、前記III族窒化物半導体層の厚さは、4μm以上10μm以下である第1又は第2の態様の窒化物半導体テンプレートが提供される。 According to the third aspect of the present invention, the first interval and the second interval are each 5 μm or less, and the thickness of the group III nitride semiconductor layer is 4 μm or more and 10 μm or less. Alternatively, a nitride semiconductor template of the second aspect is provided.
本発明の第4の態様によれば、前記III族窒化物半導体層は、第1窒化物半導体層と第2窒化物半導体層とを備えており、前記第1窒化物半導体層及び第2窒化物半導体層には、それぞれ異なる添加物が含まれている、又は、前記第1窒化物半導体層又は第2窒化物半導体層のいずれか一方には添加物が含まれており、他方には添加物が含まれていない第1ないし第3の態様のいずれかの窒化物半導体テンプレート。 According to a fourth aspect of the present invention, the group III nitride semiconductor layer includes a first nitride semiconductor layer and a second nitride semiconductor layer, and the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer are provided. Each of the semiconductor semiconductor layers contains different additives, or one of the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer contains an additive, and the other is added. The nitride semiconductor template according to any one of the first to third aspects, which does not contain an object.
本発明の第5の態様によれば、前記III族窒化物半導体層の表面比抵抗が10Ω/□以上25Ω/□以下である第1ないし第4の態様のいずれかの窒化物半導体テンプレートが提供される。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the nitride semiconductor template according to any one of the first to fourth aspects, wherein the surface resistivity of the group III nitride semiconductor layer is 10Ω / □ or more and 25Ω / □ or less. Is done.
本発明の第6の態様によれば、前記III族窒化物半導体層は、X線回折により測定される(0004)面の最大回折ピークの半値幅が50秒以上100秒以下である第1ないし第5の態様のいずれかの窒化物半導体テンプレートが提供される。 According to the sixth aspect of the present invention, in the group III nitride semiconductor layer, the half width of the maximum diffraction peak of the (0004) plane measured by X-ray diffraction is from 50 seconds to 100 seconds. A nitride semiconductor template according to any of the fifth aspects is provided.
本発明の第7の態様によれば、前記III族窒化物半導体層は、GaNを主成分とする第1ないし第6の態様のいずれかの窒化物半導体テンプレートが提供される。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the nitride semiconductor template according to any one of the first to sixth aspects, wherein the group III nitride semiconductor layer is mainly composed of GaN.
本発明の第8の態様によれば、前記基板と前記III族窒化物半導体層との間には、バッファ層としてのAlN層が設けられている第1ないし第7の態様のいずれかの窒化物半導体テンプレートが提供される。 According to an eighth aspect of the present invention, the nitriding according to any one of the first to seventh aspects, wherein an AlN layer as a buffer layer is provided between the substrate and the group III nitride semiconductor layer. A semiconductor template is provided.
本発明の第9の態様によれば、前記バッファ層の厚さは、10nm以上100nm以下である第8の態様の窒化物半導体テンプレートが提供される。 According to a ninth aspect of the present invention, there is provided the nitride semiconductor template according to the eighth aspect, wherein the buffer layer has a thickness of 10 nm to 100 nm.
本発明の第10の態様によれば、前記凸部は、ピラミッド形状、円錐形状、半球形状のいずれかである第1ないし第9の態様のいずれかの窒化物半導体テンプレートが提供される。 According to a tenth aspect of the present invention, there is provided the nitride semiconductor template according to any one of the first to ninth aspects, wherein the convex portion has any one of a pyramid shape, a conical shape, and a hemispherical shape.
本発明の第11の態様によれば、前記凸部の高さは、0.5μm以上3.0μm以下である第1ないし第10の態様のいずれかの窒化物半導体テンプレートが提供される。 According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided the nitride semiconductor template according to any one of the first to tenth aspects, wherein the height of the convex portion is not less than 0.5 μm and not more than 3.0 μm.
本発明の第12の態様によれば、隣接する凸部が第1の間隔で配される第1凸部列と、隣接する前記凸部が前記第1の間隔とは異なる第2の間隔で配される第2凸部列とが形成されるように、基板上に複数の前記凸部を形成する工程と、複数の前記凸部が設けられた前記基板上に、III族窒化物半導体層をハイドライド気相成長法によって成長させて形成する工程を有する窒化物半導体テンプレートの製造方法が提供される。 According to the twelfth aspect of the present invention, the first convex portion row in which the adjacent convex portions are arranged at the first interval, and the adjacent convex portion at the second interval different from the first interval. A step of forming the plurality of protrusions on the substrate so as to form a second protrusion row arranged; and a group III nitride semiconductor layer on the substrate provided with the plurality of protrusions There is provided a method of manufacturing a nitride semiconductor template having a step of growing and forming a layer by hydride vapor phase epitaxy.
本発明の第13の態様によれば、第1ないし第12の態様のいずれかの窒化物半導体テンプレート上に、n型半導体層、発光層及びp型半導体層を備える発光部を形成する工程と、前記発光部に、前記窒化物半導体テンプレートを露出させる露出領域を形成する工程と、前記発光部の表面上に第1電極を形成し、前記露出領域に第2電極を形成する工程と、を有する発光素子の製造方法が提供される。 According to a thirteenth aspect of the present invention, a step of forming a light emitting unit comprising an n-type semiconductor layer, a light emitting layer, and a p-type semiconductor layer on the nitride semiconductor template of any one of the first to twelfth aspects; Forming an exposed region for exposing the nitride semiconductor template in the light emitting portion, and forming a first electrode on the surface of the light emitting portion and forming a second electrode in the exposed region. A method for manufacturing a light-emitting element is provided.
本発明にかかる窒化物半導体テンプレート、窒化物半導体テンプレートの製造方法及び発光素子の製造方法によれば、結晶性を向上させつつ、表面欠陥の発生を抑制できる。 According to the nitride semiconductor template, the method for manufacturing a nitride semiconductor template, and the method for manufacturing a light emitting device according to the present invention, it is possible to suppress the occurrence of surface defects while improving the crystallinity.
以下に、本発明の一実施形態にかかる窒化物半導体テンプレート及びこの窒化物半導体テンプレートを用いた半導体発光素子(半導体発光装置)について説明する。 Hereinafter, a nitride semiconductor template and a semiconductor light emitting element (semiconductor light emitting device) using the nitride semiconductor template according to an embodiment of the present invention will be described.
(1)窒化物半導体テンプレート
まず、本実施形態にかかる窒化物半導体テンプレートについて、主に図1及び図2を参照しながら説明する。図1は、本実施形態に係る窒化物半導体テンプレートの断面概略図である。図2は、本実施形態に係る窒化物半導体テンプレートが備える基板の概略構成図である。
(1) Nitride Semiconductor Template First, the nitride semiconductor template according to the present embodiment will be described with reference mainly to FIGS. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a nitride semiconductor template according to this embodiment. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a substrate included in the nitride semiconductor template according to the present embodiment.
図1に示すように、本実施形態にかかる窒化物半導体テンプレート10は、基板11上に、バッファ層12と、III族窒化物半導体層13とを成長させて構成されている。
As shown in FIG. 1, the
基板11としては、基板11上にIII族窒化物半導体層13を成長させて形成できる材料で構成されていれば、特に限定されるものではない。例えば、PSS(Patterned Sapphire Substrate)等のサファイア基板を用いるとよい。なお、PSSとは、サファイア基板の表面に、エッチング処理(プラズマ処理)によって微小な凹凸構造を形成した基板である。また、例えば図2(a)に示すように、基板11は、上面視にて略円形の形状に成形されている。この他、基板11は、例えば上面視にて略矩形等の形状に成形されていてもよい。
The
図2(b)に示すように、基板11の片面、すなわちバッファ層12が接する表面には、複数の凸部14が設けられている。凸部14は、例えば図2(b)に示すように、半球状に形成されている。また、図2(c)に示すように、凸部14は、基板11上に所定の間隔で一列に設けられ、凸部列15を形成している。基板11には、複数の凸部列15が設けられている。複数の凸部列15は、隣接する凸部14が第1の間隔d1で配される第1凸部列17と、隣接する凸部14が第1の間隔d1とは異なる第2の間隔d2で配される第2凸部列18と、を備えている。
As shown in FIG. 2B, a plurality of
これにより、窒化物半導体テンプレート10の結晶性を向上させつつ、窒化物半導体テンプレート10の表面欠陥の発生を抑制できる。従って、後述するように、窒化物半導体テンプレート10を用いて青色発光ダイオード(青色LED)等の発光素子50が形成された場合、発光素子50の光取り出し効率を向上せることができる。
Thereby, generation | occurrence | production of the surface defect of the
例えば図2(c)に示すように、第1凸部列17を構成する複数の凸部14と、第2凸部列18を構成する複数の凸部14とによって、第1の間隔d1又は第2の間隔d2のうち、短い方の間隔(本実施形態では第1の間隔d1)の長さを一辺とする正六角形が形成されるように、第1凸部列17及び第2凸部列18がそれぞれ基板11上に配列されているとよい。すなわち、凸部14は、図2(c)に一点鎖線で示すように、1つの正六角形と正六角形の対向する2辺に形成される2つの正三角形とによって形成される平行四辺形が、同期的に繰り返されるように、基板11上に形成されているとよい。これにより、窒化物半導体テンプレート10の結晶性をより向上させつつ、窒化物半導体テンプレート10の表面欠陥の発生をより抑制できる。
For example, as shown in FIG. 2C, a plurality of
第1の間隔d1及び第2の間隔d2はそれぞれ5μm以下、好ましくは0.5μm以上5.0μm以下であるとよい。第1の凸部列17及び第2の凸部列18をそれぞれ構成する隣接する凸部14,14間の間隔が狭すぎると、窒化物半導体テンプレート10の結晶性を向上させにくい場合がある。これは、基板11上にIII族窒化物半導体層13を成長させる際、成長の初期段階における島状成長が少なくなり、III族窒化物半導体層13が平坦となるのが早いためである。また、凸部14,14間の間隔が5μmを超えると、窒化物半導体テンプレート10の結晶性を向上させることはできるが、窒化物半導体テンプレート10に表面欠陥が発生しやすくなる。
The first interval d1 and the second interval d2 are each 5 μm or less, preferably 0.5 μm or more and 5.0 μm or less. If the distance between adjacent
凸部14の高さhは、0.5μm以上3.0μm以下、好ましくは0.5μm以上2.0μm以下であるとよい。凸部14の高さhが0.5μm未満であると、基板11の凸部14に起因して、III族窒化物半導体層13に形成される凹部の高さが低くなる。このため、基板11上にIII族窒化物半導体層13を成長させる際、成長の初期段階における島状成長が少なくなり、III族窒化物半導体層13が平坦となるのが早くなる。このため、窒化物半導体テンプレート10の結晶性を向上させにくい場合がある。凸部14の高さhが3.0μmを超えると、基板11上にIII族窒化物半導体層13を成長させる際、III族窒化物半導体層13が平坦となるのが遅くなる。従って、III族窒化物半導体層13の表面にピット等の表面欠陥が発生しやすくなる。表面欠陥の発生を抑制しようとすると、III族窒化物半導体層13の膜厚を厚くする必要がある。
The height h of the
図1に示すように、凸部14が設けられた基板11の表面上には、バッファ層12として、例えば窒化アルミニウム(AlN)層が設けられている。バッファ層12の構成材料は、目的や用途等に応じて適宜選択される。バッファ層12の厚さは、10nm以上100nm以下であるとよい。バッファ層12の厚さによって、バッファ層12の結晶欠陥数が異なるため、バッファ層12の厚さには適正値がある。すなわち、図3に示すように、バッファ層12の厚さが厚すぎたり、薄すぎたりすると、X線回折による回折ピーク値の半値幅(FWHM)が広くなる。その結果、窒化物半導体テンプレート10の結晶性が低下する場合がある。
As shown in FIG. 1, for example, an aluminum nitride (AlN) layer is provided as the
バッファ層12上には、窒化ガリウム(GaN)を主成分とするIII族窒化物半導体層13が設けられている。すなわち、バッファ層12上には、例えば窒化ガリウム(GaN)、窒化インジウムガリウム(InGaN)、窒化ガリウムアルミニウム(AlGaN)等のIII族窒化物半導体層13が設けられている。
A group III
III族窒化物半導体層13の基板11側の面には、基板11に形成された凹凸に対応する凹凸が形成される。これにより、III族窒化物半導体層13の結晶性が制御される。従って、窒化物半導体テンプレート10の結晶性を向上させることができる。
Irregularities corresponding to the irregularities formed on the
このように、基板11に形成された凹凸に対応する凹凸が形成されたIII族窒化物半導体層13では、X線回折(XRD)により測定される(0004)面の最大回折ピークの半値幅(FWHM)が50秒以上100秒以下である。すなわち、窒化物半導体テンプレート10の結晶性を向上させることができる。従って、窒化物半導体テンプレート10を用いて形成した発光素子50の光取り出し効率が向上する。FWHMが50秒未満であると、窒化物半導体テンプレート10の結晶性は向上させることができるが、窒化物半導体テンプレート10に表面欠陥が発生する場合がある。また、FWHMが100秒を超えると、窒化物半導体テンプレート10の結晶性が低下する場合がある。
Thus, in the group III
III族窒化物半導体層13は、基板11側から順に第1窒化物半導体層20と第2窒化物半導体層21とを備えている。第1窒化物半導体層20及び第2窒化物半導体層は、所定の添加物(不純物)を所定濃度含む添加物層である。第1窒化物半導体層20及び第2窒化物半導体層21にはそれぞれ、異なる添加物が含まれている。あるいは、第1窒化物半導体層20及び第2窒化物半導体層21は、いずれか一方が、所定の添加物を含む添加物層であり、他方が添加物を含まないアンドープ層で構成されていてもよい。なお、第1窒化物半導体層20、第2窒化物半導体層21に含ませる添加物としては、例えばシリコン(Si)やマグネシウム(Mg)等を用いることができる。
The group III
III族窒化物半導体層13の厚さ(すなわち、第1窒化物半導体層20及び第2窒化物半導体層21の合計厚さ)は、4μm以上10μm以下であるとよい。さらに再現性等を考慮すると、III族窒化物半導体層13の厚さは、5μm以上9μm以下であるとより良い。これにより、窒化物半導体テンプレート10の結晶性をより向上させつつ、表面欠陥の発生をより抑制できる。
The thickness of group III nitride semiconductor layer 13 (that is, the total thickness of first
III族窒化物半導体層13の厚さが4μm未満であると、III族窒化物半導体層13の結晶性が低下する場合がある。すなわち、窒化物半導体テンプレート10は、横方向に電流が流れる部分であるため、低抵抗である必要がある。このため、III族窒化物半導体層13の厚さが4μm未満であると、低抵抗化するために、高濃度の添加物を添加(ドープ)したり、添加する添加物の量を増やす必要が生じる。すなわち、III族窒化物半導体層13のキャリア濃度を高くする必要がある場合がある。その結果、FWHMが100秒を超え、III族窒化物半導体層13の結晶性が低下する場合がある。なお、III族窒化物半導体層13の低抵抗化を行わない場合は、III族窒化物半導体層13の厚さが4μm未満であっても、結晶性を向上させることができる。しかしながら、例えば発光ダイオード(LED)等の発光素子50が、低抵抗でないIII族窒化物半導体層13を備える窒化物半導体テンプレート10を用いて形成された場合、発光素子50の特性の一つである駆動電圧(順方向電圧(Vf))が高くなってしまう場合がある。すなわち、低抵抗でないIII族窒化物半導体層13を備える窒化物半導体テンプレート10は、発光素子50に用いることができない場合がある。
When the thickness of the group III
また、III族窒化物半導体層13の厚さが10μmを超えると、FWHMを100秒以下にすることができ、III族窒化物半導体層13の結晶性を向上させることはできる。また、III族窒化物半導体層13のキャリア濃度を高くすることなく、低抵抗化を実現できる。従って、発光素子50が、膜厚が10μmを超えるIII族窒化物半導体層13を備える窒化物半導体テンプレート10を用いて形成されている場合、順方向電圧が高くなることを抑制できる。しかしながら、基板11とIII族窒化物半導体層13とはそれぞれ異なる材料で形成されている。このため、III族窒化物半導体層13の厚さが10μmを超えると、窒化物半導体テンプレート10に大きな反りが発生する場合がある。このような反りが発生した窒化物半導体テンプレート10を用いて発光素子50を形成する場合、窒化物半導体テンプレート10上に成長させる発光部としての発光層52の成長に問題が生じる場合がある。その結果、発光素子50の発光出力が低下する、すなわち光取り出し効率が低下する場合がある。また、例えば、発光層52が、InGaN/GaNの多重量子井戸構造で形成されている場合、反りが発生した窒化物半導体テンプレート10を用いた発光素子50は、反りの影響で、発光層52に含まれるインジウム(In)濃度が面内で不均一になる場合がある。従って、発光素子50の発光波長の面内分布が悪化し、歩留まりが低下する場合がある。また、III族窒化物半導体層13の膜厚を厚くするので、製造コストが高くなる場合もある。
When the thickness of the group III
III族窒化物半導体層13(窒化物半導体テンプレート10)は、表面比抵抗が10Ω/□以上25Ω/□以下であるとよい。これにより、窒化物半導体テンプレート10の結晶性を向上させつつ、表面欠陥の発生を抑制できる。III族窒化物半導体層13の表面比抵抗は低い方が良いが、低くするためには、III族窒化物半導体層13の膜厚を厚くする、又は、III族窒化物半導体層13のキャリア濃度を高くする必要があるため、窒化物半導体テンプレート10の結晶性が低下したり、表面欠陥が発生する場合がある。
The group III nitride semiconductor layer 13 (nitride semiconductor template 10) preferably has a surface specific resistance of 10Ω / □ or more and 25Ω / □ or less. Thereby, generation | occurrence | production of a surface defect can be suppressed, improving the crystallinity of the
III族窒化物半導体層13は、気相成長法によって基板11の上に成長させることで形成される。気相成長法としては、例えば、ハイドライド気相成長法(HVPE:Hydride Vapor Epitaxy)、有機金属気相成長法(MOVPE:Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy)、分子線エピタキシ法(MBE:Molecular Beam Epitaxy)等の種々の方法を用いることができる。特に、HVPE法は基板11上に結晶を成長させる成長速度が速いため、HVPE法が用いられると、窒化物半導体テンプレート10の製造時間を短くすることができる。従って、製造コストを低減できる。
The group III
ここで、基板11上にIII族窒化物半導体層13を成長させて形成するハイドライド気相成長装置(HVPE装置)30について図4を用いて説明する。図4は、HVPE装置30の概略構成図を示す。
Here, a hydride vapor phase epitaxy apparatus (HVPE apparatus) 30 for growing a group III
図4に示すように、HVPE装置30は、例えば石英等により構成される反応炉31を備えている。反応炉31の外周には、反応炉31内を加熱する第1ヒータ32及び第2ヒータ33が設けられている。主に第1ヒータ32によって加熱される反応炉31内の領域は原料部34として機能し、主に第2ヒータ33によって加熱される反応炉31内の領域は成長部35として機能する。原料部34は、第1ヒータ32によって例えば600℃〜900℃に加熱され、後述する反応ガスとGa又はAlとを反応させてIII族原料ガスを生成する空間である。また、成長部35は、第2ヒータ33によって例えば1100℃程度に加熱され、後述する第1のIII族原料ガス供給管40又は第2のIII族原料ガス供給管41から反応炉31内に供給されるIII族原料ガスと、後述するV族原料ガス供給管39から反応炉31内に供給されるV族原料ガスとを反応させ、基板11上にIII族窒化物半導体層13であるGaN層を成長させる空間である。
As shown in FIG. 4, the
反応炉31内の成長部35には、反応炉31内で基板11を支持する基板支持部としてのサセプタ36が設けられている。基板11は、成長面がガス供給口に対向するようにサセプタ36上に支持されている。サセプタ36は、例えばカーボンによって構成されており、表面が炭化シリコン(SiC)で覆われている。サセプタ36には、例えば高純度の石英で形成される回転軸37が設けられている。回転軸37が回転されることによって、サセプタ36が所定の速度(例えば3r/min〜100r/min)で回転する、すなわち基板11が回転するように構成されている。
The
反応炉31には、ドーピングガス供給管38、V族原料ガス供給管39、第1のIII族原料ガス供給管40、第2のIII族原料ガス供給管41がそれぞれ接続されている。ドーピングガス供給管38、V族原料ガス供給管39、第1のIII族原料ガス供給管40、第2のIII族原料ガス供給管41はそれぞれ、例えば高純度の石英で形成されているとよい。
A doping
ドーピングガス供給管38には、ドーピングガス供給源が接続されている。ドーピングガス供給管38からは、ドーピングガスとして、例えば窒素(N2)ガスやアルゴン(Ar)ガス、水素(H2)ガス等で所定濃度(例えば100ppm)に希釈されたジクロロシラン(SiH2Cl2)ガスが反応炉31内の成長部35に供給される。ドーピングガスとしては、この他、例えば、SiHCl3ガス、SiH3Clガス、SiCl4ガス、又はこれらの混合ガスをN2ガスやArガスで希釈したものを用いてもよい。
A doping gas supply source is connected to the doping
なお、ドーピングガス供給管38からは、ドーピングガスと併行して、キャリアガスとしての例えばH2ガス、N2ガス、あるいはこれらの混合ガスを供給してもよい。また、添加物の添加(ドーピング)を行わない場合、ドーピングガス供給管38からは、例えばH2ガスや、N2ガス、又はH2ガスとN2ガスとの混合ガスを反応炉31内に供給してもよい。また、ドーピングガス供給管38からは、基板11にIII族窒化物半導体層13を成長させた後、反応炉31内に付着した付着物等の除去を行うクリーニングガスとして、例えばHClガスや、H2ガス、N2ガス等を反応炉31内に供給してもよい。
In addition, from the doping
V族原料ガス供給管39には、V族原料ガス供給源が接続されている。V族原料ガス供給管39からは、V族原料ガスとして例えばアンモニア(NH3)ガス等が反応炉31内の成長部35に供給される。
A V group source gas supply source is connected to the V group source
V族原料ガス供給管39からは、例えばV族原料ガスと併行して、キャリアガスとしての例えば水素(H2)ガス、N2ガス、あるいはこれらの混合ガスを供給してもよい。なお、V族原料ガス供給管39からは、キャリアガスのみを反応炉31内に供給してもよい。
From the group V source
第1のIII族原料ガス供給管40には、Ga溶液(Ga融液)が貯留されるGa溶液タンク42及び反応ガス供給源が接続されている。Ga溶液タンク42は、後述する反応炉31内の原料部34に設けられている。Ga溶液タンク42は、例えば高純度の石英で形成されているとよい。第1のIII族原料ガス供給管40からは、まず、反応ガスとして例えば塩化水素(HCl)ガスがGa溶液タンク42内に供給される。反応ガスがGa溶液タンク42内に供給されることで、III族原料ガスであるGaClガスが生成される。そして、第1のIII族原料ガス供給管40から、反応炉31内の成長部35へGaClガスが供給される。
The first group III source
なお、第1のIII族原料ガス供給管40からは、III族原料ガスと併行して、キャリアガスとしての例えばH2ガス、N2ガス、あるいはこれらの混合ガスを供給してもよい。
From the first group III source
第2のIII族原料ガス供給管41には、Al溶液(Al融液)が貯留されるAl溶液タンク43及び反応ガス供給源が接続されている。Al溶液タンク43は、後述する反応炉31内の原料部34に設けられている。Al溶液タンク43は、例えば高純度の石英で形成されているとよい。第2のIII族原料ガス供給管41からは、まず、反応ガスとして例えばHClガスがAl溶液タンク43内に供給される。反応ガスがAl溶液タンク43内に供給されることで、III族原料ガスであるAlClガスが生成される。そして、第1のIII族原料ガス供給管40から、反応炉31内の成長部35へAlClガスが供給される。
An
なお、第2のIII族原料ガス供給管41からは、III族原料ガスと併行して、キャリアガスとしての例えば水素(H2)ガス、N2ガス、あるいはこれらの混合ガスを供給してもよい。
For example, hydrogen (H 2 ) gas, N 2 gas, or a mixed gas thereof as a carrier gas may be supplied from the second group III source
反応炉31には、排気管44が接続されている。排気管44は、反応炉31内のガスを反応炉31外へ排出するように構成されている。
An
このようなHVPE装置30を用いることで、基板11上にIII族窒化物半導体層13をハイドライド気相成長させて形成することができる。また、III族窒化物半導体層13の成長速度を60μm/hr以上、好ましくは300μm/hr程度まで上げることができる。
By using such an
(2)窒化物半導体テンプレートの製造方法
次に、本発明の一実施形態に係る上述の窒化物半導体テンプレート10の製造方法について説明する。
(2) Method for Manufacturing Nitride Semiconductor Template Next, a method for manufacturing the above-described
(凹凸形成工程)
本実施形態に係る窒化物半導体テンプレート10の製造方法では、まず、例えばPSS等のサファイア基板を準備する。そして、基板11に凹凸加工を施して、基板11のバッファ層12が設けられる面に所定の凸部14を形成する。すなわち、基板11上に複数の凸部14を形成し、基板11上に隣接する凸部14が第1の間隔d1で配される第1凸部列17と、隣接する凸部14が第1の間隔d1とは異なる第2の間隔d2で配される第2凸部列18とを形成する。
(Unevenness forming process)
In the method for manufacturing the
(基板搬入工程)
凸部を形成した基板11を、反応炉31内に搬入し、サセプタ36上に載置(装填)する。
(Substrate loading process)
The
(バッファ層形成工程)
凹凸を形成した基板11の面上に、例えば図4に示すHVPE装置30を用いて、バッファ層12として、所定の厚さ(例えば10nm以上100nm以下)のAlN層を成長させて形成する。すなわち、第2ヒータ33によって基板11を所定の温度(例えば1100℃)に加熱するとともに、第1ヒータ32によって反応炉31の原料部34を加熱する。
(Buffer layer forming step)
An AlN layer having a predetermined thickness (for example, 10 nm or more and 100 nm or less) is grown and formed as the
基板11が所定の温度に達するとともに、反応炉31の原料部34が所定の温度に達したら、排気管44から排気しつつ、第2のIII族原料ガス供給管41内へ反応ガスであるHClガスの供給を開始し、Al溶液タンク43内へHClガスを供給し、AlClガスの生成を開始する。そして、第2のIII族原料ガス供給管41から、AlClガスを反応炉31内に供給する。このとき、第2のIII族原料ガス供給管41に、キャリアガスとして例えばH2ガス、N2ガスを流すとよい。反応炉31内へのAlClガスの供給と併行して、V族原料ガス供給管39からV族原料ガスとしてNH3ガスを反応炉31内に供給する。このとき、V族原料ガス供給管39に、キャリアガスとして例えばH2ガスを流すとよい。そして、反応炉31内の成長部35でIII族原料ガスであるAlClガスと、V族原料ガスであるNH3ガスとを反応させて、基板11上に所定の厚さ(例えば20nm)のバッファ層12としてのAlN層を成長させて形成する。AlN層の厚さが所定の厚さに達したら、反応炉31内へのAlClガス及びNH3ガスの供給を停止する。
When the
(III族窒化物半導体層形成工程)
次に、バッファ層12としてのAlN層上に、所定の厚さ(例えば4μm以上10μm以下)のIII族窒化物半導体層13を形成する。すなわち、まず、AlN層上に第1窒化物半導体層20を形成する。例えば図4に示すHVPE装置30を用い、排気管44から排気しつつ、第1のIII族原料ガス供給管40内へ反応ガスであるHClガスの供給を開始し、Ga溶液タンク42内へHClガスを供給し、III族原料ガスであるGaClガスの生成を開始する。そして、第1のIII族原料ガス供給管40から、GaClガスを反応炉31内に供給する。このとき、第1のIII族原料ガス供給管40に、キャリアガスとして例えばH2ガス、N2ガスを流すとよい。反応炉31内へのGaClガスの供給と併行して、V族原料ガス供給管39からV族原料ガスとしてのNH3ガスを反応炉31内に供給する。このとき、V族原料ガス供給管39に、キャリアガスとして例えばH2ガスを流すとよい。そして、反応炉31内の成長部35でIII族原料ガスであるGaClガスと、V族原料ガスであるNH3ガスとを反応させて、基板11上に、第1窒化物半導体層20として、添加物を添加(ドープ)しないアンドープ層である所定の厚さ(例えば20nm)のGaN層を成長させて形成する。GaN層の厚さが所定の厚さに達したら、反応炉31内へのGaClガス及びNH3ガスの供給を停止する。
(Group III nitride semiconductor layer formation process)
Next, a group III
次に、第1窒化物半導体層20上に第2窒化物半導体層21を成長させて形成する。すなわち、例えば図4に示すHVPE装置30を用い、排気管44から排気しつつ、第1のIII族原料ガス供給管40内へ反応ガスであるHClガスの供給を開始し、Ga溶液タンク42内へHClガスを供給し、III族原料ガスであるGaClガスの生成を開始する。そして、第1のIII族原料ガス供給管40から、GaClガスを反応炉31内に供給する。このとき、第1のIII族原料ガス供給管40に、キャリアガスとして例えばH2ガス、N2ガスを流すとよい。反応炉31内へのGaClガスの供給と併行して、V族原料ガス供給管39からV族原料ガスとしてのNH3ガスを反応炉31内に供給する。このとき、V族原料ガス供給管39に、キャリアガスとして例えばH2ガスを流すとよい。また、反応炉31内へのGaClガスの供給及びNH3ガスの供給と併行して、ドーピングガス供給管38から、ドーピングガスとして例えばSiH2Cl2ガスを窒素(N2)ガス又はアルゴン(Ar)ガスで希釈したガスの供給を開始する。そして、反応炉31内の成長部35でIII族原料ガスであるGaClガスと、V族原料ガスであるNH3ガスとを反応させつつ、不純物としてSiを添加(ドーピング)する。そして、基板11上に、第2窒化物半導体層21として、Siがドープされたドープ層である所定の厚さ(例えば20nm)のGaN層を成長させて形成する。GaN層の厚さが所定の厚さに達したら、反応炉31内へのGaClガス、NH3ガス、ドーピングガスの供給を停止する。
Next, the second
(パージ工程)
反応炉31内へのGaClガス、NH3ガス、ドーピングガスの供給を停止した後、V族原料ガス供給管39、第1のIII族原料ガス供給管40、第2のIII族原料ガス供給管41の少なくともいずれかから、例えばN2ガス等の不活性ガスの供給を開始する。これにより、反応炉31内をN2ガスによりパージし、反応炉31内に残留している残留ガスや反応生成物を除去する。また、第1ヒータ32及び第2ヒータ33による加熱を停止し、反応炉31内及び基板11を降温させる。
(Purge process)
After stopping the supply of GaCl gas, NH 3 gas, and doping gas into the
(基板搬出工程)
パージ工程が終了し、反応炉31内及び基板11が所定の温度まで降温したら、サセプタ36から基板11を脱装して、基板11を反応炉31外へ搬出し、本実施形態に係る窒化物半導体テンプレート10の製造工程を終了する。
(Substrate unloading process)
When the purge step is completed and the temperature in the
(3)発光素子
次に、上述の窒化物半導体テンプレート10を用いた発光素子50について、主に図5を用いて説明する。図5は、本実施形態にかかる発光素子50の断面概略図である。
(3) Light-Emitting Element Next, a light-emitting
図5に示すように、発光素子50は、窒化物半導体テンプレート10上に発光部を備えて構成されている。すなわち、発光素子50は、窒化物半導体テンプレート10上に、発光部として、n型半導体層51と、発光層52と、p型半導体層53とがこの順に成長されて形成されている。
As shown in FIG. 5, the
n型半導体層51として、例えばn型GaN層が成長されて形成されている。n型半導体層51は、所定のn型不純物を所定濃度含む。n型不純物としては、例えばシリコン(Si)、セレン(Se)、テルル(Te)等を用いることができる。n型半導体層51の厚さは、10μm以上15μm以下程度であるとよい。これにより、窒化物半導体テンプレート10の結晶性、すなわちIII族窒化物半導体層13の結晶性を改善し、より向上させることができる。
As the n-
発光層52は、バリア層と井戸層とからなる多重量子井戸(MQW:Multiple Quantum Well)層で構成されている。すなわち、発光層52は、例えばInGaN層を井戸層とし、この井戸層よりもバンドギャップの大きい例えばGaN層を量子障壁層とし、井戸層と量子障壁層とを1層ずつ交互に積層した多重量子井戸(MQW)構造を有する。なお、発光層52は、単一量子井戸(SQW)構造を有していてもよい。また、発光層52は、不純物の添加を行わないアンドープの化合物半導体で構成されている。発光層52の厚さは、数100nm程度であるとよい。
The
p型半導体層53として、例えばp型AlGaN層とp型GaN層とが、発光層52の側から順に成長されて形成されている。p型半導体層53は、それぞれ所定のp型不純物を所定濃度含む。p型不純物としては、例えばマグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)、炭素(C)等を用いることができる。p型半導体層53の厚さは、200nm以上500nm以下であるとよい。
As the p-
なお、n型半導体層51、発光層52、p型半導体層53の成長方法としては、種々の気相成長法を用いることができる。例えば、有機金属化合物気相成長法(MOCVD(MOVPE)法)や分子線エピタキシ法(MBE法)などの気相成長法や、ハイドライド気相成長法(HVPE法)を用いることができる。この中でも、MOVPE法によると、迅速に結晶性の良いものが得られる。
In addition, as a growth method of the n-
p型半導体層53の表面上には、第1電極54が設けられている。第1電極54は、p型半導体層53側から順に、例えばニッケル(Ni)層、金(Au)層が積層されて構成されている。
A
第1電極54上には、電極パッド55が形成されている。また、電極パッド55は、第1電極54より小さく形成されている。電極パッド55は、第1電極54と略同一形状に形成されていてもよい。電極パッド55は、第1電極54側から順に、例えばチタン(Ti)層、Au層が積層されて構成されている。電極パッド55は、例えばワイヤボンディング用電極パッドとして構成されている。
An
発光部には、窒化物半導体テンプレート10の表面、すなわちIII族窒化物半導体層13を露出させる露出領域56が形成されている。露出領域56には、第2電極57が設けられている。第2電極57は、n型半導体層52側から順に、例えばTi層、アルミニウム(Al)層が積層されて構成されている。第2電極57は、例えばダイボンディング用電極として構成されている。
In the light emitting portion, an exposed
(4)発光素子の製造方法
次に、本実施形態に係る発光素子の製造方法について説明する。
(4) Manufacturing method of light emitting element Next, the manufacturing method of the light emitting element which concerns on this embodiment is demonstrated.
(発光部形成工程)
窒化物半導体テンプレート10上に、発光部を成長して形成する。すなわち、まず、III族窒化物半導体層13(第2窒化物半導体層21)の表面上に、n型半導体層51として例えばn型GaN層を、例えばMOVPE法により成長させて形成する。n型半導体層51上に、発光層52として、井戸層としてのInGaN層と、量子障壁層としてのGaN層とから成るMQW層を、例えばMOVPE法により成長させて形成する。そして、発光層52上に、発光層52の側から、p型半導体層53として例えばp型AlGaN層とp型GaN層とを順に、例えばMOVPE法により成長させて形成する。
(Light emitting part forming step)
A light emitting portion is grown and formed on the
(露出領域形成工程)
次に、窒化物半導体テンプレート10上に形成した発光部に、窒化物半導体テンプレート10(III族窒化物半導体層13が備える第2窒化物半導体層21)を露出させる露出領域56を形成する。すなわち、例えば、発光部の上面、すなわちp型半導体層53の上面の所定位置に、レジストパターンを形成する。続いて、レジストパターンをマスクとして、p型半導体層53、発光層52及びn型半導体層51をエッチング(例えばRIE(Reactive Ion Etching))により部分的に除去する。なお、p型半導体層53、発光層52及びn型半導体層51のエッチングは、同時に行ってもよく、別々に行ってもよい。これにより、発光部の所定位置に、窒化物半導体テンプレート10を露出される露出領域56が形成される。また、例えば図5に示すように、露出領域56は、p型半導体層53、発光層52及びn型半導体層51に加えて、窒化物半導体テンプレート10が備える第2窒化物半導体層21の所定位置にエッチングを行い、所定深さの凹部を設けてもよい。
(Exposed region forming process)
Next, an exposed
(第1電極形成工程)
次に、p型半導体層53の上面の一部に、第1電極54を形成する。具体的には、例えばフォトリソグラフィ法を用いて所定形状のレジストパターンをp型半導体層53上に形成する。続いて、真空蒸着法やスパッタ法等により、例えばNi、Auをこの順に蒸着した後、リフトオフ法によりレジストパターンを除去する。これにより、所定形状の第1電極54が、p型半導体層53の上面の一部に形成される。
(First electrode forming step)
Next, the
続いて、例えばフォトリソグラフィ法及び真空蒸着法やスパッタ法等を用いたリフトオフ法により、第1電極54上に、例えばTiとAuとをこの順に蒸着して、電極パッド55を形成する。
Subsequently, for example, Ti and Au are vapor-deposited in this order on the
(第2電極形成工程)
次に、露出領域56から露出する窒化物半導体テンプレート10(すなわち第2窒化物半導体層21)上の一部に、第2電極57を形成する。具体的には、例えばフォトリソグラフィ法を用いて所定形状のレジストパターンを露出領域56から露出する第2窒化物半導体層21上に形成する。続いて、真空蒸着法やスパッタ法等により、例えばTi、Alをこの順に蒸着した後、リフトオフ法によりレジストパターンを除去する。これにより、所定形状の第2電極56が、露出領域56から露出する第2窒化物半導体層21上の一部に形成される。
(Second electrode forming step)
Next, the
そして、本実施形態に係る発光素子50が得られ、その製造工程を終了する。
And the
(5)本実施形態にかかる効果
本実施形態によれば、以下に示す1つまたは複数の効果を奏する。
(5) Effects according to the present embodiment According to the present embodiment, the following one or more effects are achieved.
(a)本実施形態によれば、基板11には、複数の凸部14が所定の間隔で一列に設けられて構成される複数の凸部列15が設けられている。複数の凸部列15は、隣接する凸部14が第1の間隔d1で配される第1凸部列17と、隣接する凸部14が第1の間隔d1とは異なる第2の間隔d2で配される第2凸部列18と、を備えている。そして、基板11の凸部列15が設けられた面側には、III族窒化物半導体層13が設けられている。これにより、窒化物半導体テンプレート10の結晶性を向上させつつ、窒化物半導体テンプレート10の表面欠陥の発生を抑制できる。従って、この窒化物半導体テンプレート10を用いて形成された発光素子50の光取り出し効率を向上させることができる。すなわち、窒化物半導体テンプレート10は、結晶欠陥を少なくして結晶性を向上させ、内部量子効率を高める役割と、順方向電圧(Vf)を低くする役割とを果たすことができる。
(A) According to the present embodiment, the
(b)本実施形態によれば、第1の間隔d1及び第2の間隔d2はそれぞれ、5μm以下である。また、III族窒化物半導体層13の厚さは、4μm以上10μm以下である。これにより、窒化物半導体テンプレート10の結晶性をより向上させつつ、窒化物半導体テンプレート10の表面欠陥の発生をより抑制できる。
(B) According to the present embodiment, the first interval d1 and the second interval d2 are each 5 μm or less. Further, the thickness of the group III
(c)本実施形態によれば、凸部14の高さは、0.5μm以上3.0μm以下である。これにより、窒化物半導体テンプレート10の結晶性をより向上させつつ、窒化物半導体テンプレート10の表面欠陥の発生をより抑制できる。
(C) According to this embodiment, the height of the
(d)本実施形態によれば、III族窒化物半導体層13(窒化物半導体テンプレート10)の、X線回折により測定される(0004)面の最大回折ピークの半値幅が50秒以上100秒以下であり、結晶欠陥が少なく、良好な結晶性を有する。 (D) According to the present embodiment, the half width of the maximum diffraction peak of the (0004) plane measured by X-ray diffraction of the group III nitride semiconductor layer 13 (nitride semiconductor template 10) is 50 seconds or more and 100 seconds. There are few crystal defects and it has favorable crystallinity.
(e)本実施形態によれば、III族窒化物半導体層13(窒化物半導体テンプレート10)の表面比抵抗が10Ω/□以上25Ω/□以下である。これにより、窒化物半導体テンプレート10の結晶性をより向上させつつ、窒化物半導体テンプレート10の表面欠陥の発生をより抑制できる。
(E) According to the present embodiment, the surface specific resistance of the group III nitride semiconductor layer 13 (nitride semiconductor template 10) is 10Ω / □ or more and 25Ω / □ or less. Thereby, generation | occurrence | production of the surface defect of the
(f)本実施形態によれば、III族窒化物半導体層13は、ハイドライド気相成長(HVPE)装置30を用い、HVPE法によって基板11上に成長されて形成されている。これにより、III族窒化物半導体層13の成長速度を速くすることができ、生産性を向上させることができる。従って、窒化物半導体テンプレート10の製造コストを抑えることができる。
(F) According to the present embodiment, the group III
(g)本実施形態によれば、上述した窒化物半導体テンプレート10を用い、III族窒化物半導体層13上に、発光部としてn型半導体層51、発光層52及びp型半導体層53を成長させて形成することで、発光素子50を形成している。これにより、発光素子50の光取り出し効率を向上させることができる。
(G) According to the present embodiment, the n-
(他の実施形態)
以上、本発明の一実施形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能でる。
(Other embodiments)
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described concretely, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, A various change is possible in the range which does not deviate from the summary.
上述の実施形態では、複数の凸部列15が、隣接する凸部14,14が第1の間隔d1で配される第1凸部列群17と、隣接する凸部14,14が第2の間隔d2で配される第2凸部列18とを備える場合について説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、例えば複数の凸部列15は、隣接する凸部14,14が第1の間隔d1で配される第1凸部列群17と、隣接する凸部14,14が第2の間隔d2で配される第2凸部列18と、隣接する凸部14,14が第1の間隔d1と第2の間隔d2とは異なる第3の間隔で配される第3凸部列群とを備えて構成されていてもよい。
In the above-described embodiment, the plurality of
上述の実施形態では、例えば図2(c)に示すように凸部14の形状を半球形状としたが、これに限定されるものではない。この他、凸部14の形状は、例えばピラミッド形状、円錐形状等であってもよい。
In the above-described embodiment, for example, as shown in FIG. 2C, the shape of the
上述の実施形態ではバッファ層12を設けたが、これに限定されるものではない。すなわち、バッファ層12は、必要に応じて省略してもよい。
Although the
上述の実施形態では、ホットウォール型のHVPE装置30を用いたが、コールドウォール型のHVPE装置30を用いてもよい。
In the above-described embodiment, the hot wall
次に、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Next, examples of the present invention will be described, but the present invention is not limited to these examples.
(実施例1)
[窒化物半導体テンプレートの製作]
実施例1では、基板11として、厚さが900μm、直径が100mm(4インチ)のPSSを用いた。また、基板11上には、隣接する凸部14が2μmの間隔(第1の間隔)で配された第1凸部列17と、隣接する凸部14が4μmの間隔(第2の間隔)で配された第2凸部列18とを設けた。また、、第1凸部列17を構成する複数の凸部14と、第2凸部列18を構成する複数の凸部14とによって、第1の間隔d1又は第2の間隔d2のうち、短い方の間隔(本実施形態では第1の間隔d1)の長さを一辺とする正六角形が形成されるように、第1凸部列17及び第2凸部列18をそれぞれ基板11上に配列した。
Example 1
[Production of nitride semiconductor templates]
In Example 1, PSS having a thickness of 900 μm and a diameter of 100 mm (4 inches) was used as the
次に、図4に示すHVPE装置30を用いて、基板11の凸部14が形成された面上にバッファ層12として、20nmの厚さのAlN層を成長させて形成した。すなわち、まず、サセプタ36上に基板11を載置する。続いて、ドーピングガス供給管38、V族原料ガス供給管39、第1のIII族原料ガス供給管40、又は第2のIII族原料ガス供給管41の少なくともいずれかから反応炉31内に窒素ガス(純窒素ガス)を供給し、反応炉31内をパージし、反応炉31内を窒素雰囲気にした。そして、ドーピングガス供給管38、V族原料ガス供給管39、第1のIII族原料ガス供給管40、又は第2のIII族原料ガス供給管41のいずれかから、3smlの水素(H2)ガスと7smlの窒素(N2)ガスとの混合ガスを反応炉31内に供給しつつ、第1ヒータ32によって、反応炉31内の原料部34を約850℃に加熱し、第2ヒータ33によって、基板11(反応炉31内の成長部35)を約1100℃に加熱し、10分間保持した。このとき、反応炉31内の圧力は常圧(1気圧)とした。なお、後述するIII族窒化物形成工程が終了するまでの間は、基板11の温度及び反応炉31内の圧力は、上記の温度及び圧力に維持した。基板11の温度が所定の温度に達したら、第1のIII族原料ガス供給管40から、50sccmの塩化水素(HCl)ガスを、Al溶液タンク43内に供給し、III族原料ガスであるAlClガスを生成した。そして、AlClガスを、反応炉31内に供給した。なお、第2のIII族原料ガス供給管41には、HClガスと共に、キャリアガスとして、2slmのH2ガスと、1slmのN2ガスとを流した。第2のIII族原料ガス供給管41から反応炉31内へのAlClガスの供給と併行して、V族原料ガス供給管39から、V族原料ガスとして、50sccmのアンモニア(NH3)ガスを反応炉31内へ供給した。なお、V族原料ガス供給管39には、NH3ガスと共に、キャリアガスとして、1slmのH2ガスを流した。そして、反応炉31内の成長部35でIII族原料ガスであるAlClガスと、V族原料ガスであるNH3ガスとを反応させて、基板11上にAlN層を成長させる。なお、AlN層の成長時間は、45秒間とした。これにより、基板11上に厚さが20nmのAlN層を成長させて形成した。
Next, using the
続いて、バッファ層12としてのAlN層上に、第1窒化物半導体層20と第2窒化物半導体層21とを備えるIII族窒化物半導体層13を形成した。まず、AlN層上に、第1窒化物半導体層20として、添加物を添加しないアンドープのGaN層を形成した。すなわち、第1のIII族原料ガス供給管40から、50sccmのHClガスをGa溶液タンク42内に供給し、III族原料ガスであるGaClガスを生成した。そして、GaClガスを反応炉31内に供給した。なお、第1のIII族原料ガス供給管40には、HClガスと共に、キャリアガスとして、2slmのH2ガスと、1slmのN2ガスを流した。第1のIII族原料ガス供給管40から反応炉31内へのGaClガスの供給と併行して、V族原料ガス供給管39から、V族原料ガスとして、2slmのアンモニア(NH3)ガスを反応炉31内へ供給した。なお、V族原料ガス供給管39には、NH3ガスと共に、キャリアガスとして、1slmのH2ガスを流した。そして、反応炉31内の成長部35でIII族原料ガスであるGaClガスと、V族原料ガスであるNH3ガスとを反応させて、AlN層上にGaN層を成長させる。なお、GaN層の成長速度は60μm/hrとし、GaN層の成長時間は6分間とした。これにより、AlN層上に厚さが5μmのGaN層を成長させて形成した。
Subsequently, the group III
続いて、第1窒化物半導体層20であるアンドープのGaN層上に、第2窒化物半導体層21として、添加物であるシリコン(Si)を添加したGaN層(以下、SiドープGaN層ともいう。)を形成した。すなわち、第1のIII族原料ガス供給管40から、50sccmのHClガスをGa溶液タンク42内に供給し、III族原料ガスであるGaClガスを生成した。そして、GaClガスを反応炉31内に供給した。なお、第1のIII族原料ガス供給管40には、HClガスと共に、キャリアガスとして、2slmのH2ガスと、1slmのN2ガスとを流した。第1のIII族原料ガス供給管40から反応炉31内へのGaClガスの供給と併行して、V族原料ガス供給管39から、V族原料ガスとして、2slmのNH3ガスを反応炉31内へ供給した。なお、V族原料ガス供給管39には、NH3ガスと共に、キャリアガスとして、1slmのH2ガスを流した。GaClガス及びNH3ガスの反応炉31内への供給と併行して、ドーピングガス供給管38から、N2ガスで希釈した所定量のSiH2Cl2ガスを反応炉31内へ供給した。そして、反応炉31内の成長部35でIII族原料ガスであるGaClガスと、V族原料ガスであるNH3ガスと、ドーピングガスであるSiH2Cl2ガスとを反応させて、第1窒化物半導体層20層上にSiドープGaN層を成長させる。なお、SiドープGaN層の成長速度は60μm/hrとし、GaN層の成長時間は2分間とした。これにより、GaN層上に厚さが2μmのSiドープGaN層を成長させて形成した。
Subsequently, a GaN layer in which silicon (Si) as an additive is added as the second
その後、第1ヒータ32及び第2ヒータ33による反応炉31内の加熱を停止する。そして、例えばV族原料ガス供給管39から、2slmのNH3ガスと8slmのN2ガスとを反応炉31内へ供給しつつ、基板11の温度を室温付近まで冷却して、窒化物半導体テンプレート10を得た。これを実施例1の試料とした。
Thereafter, heating in the
その後、ドーピングガス供給管38、V族原料ガス供給管39、第1のIII族原料ガス供給管40、又は第2のIII族原料ガス供給管41の少なくともいずれかから反応炉31内に窒素ガス(純窒素ガス)を供給し、反応炉31内をパージし、反応炉31内を窒素雰囲気にした。そして、反応炉31内から、実施例1の試料である窒化物半導体テンプレート10を搬出した。
Thereafter, nitrogen gas is introduced into the
[窒化物半導体テンプレートの評価]
実施例1の試料である窒化物半導体テンプレート10を、表面検査装置によりピット(表面欠陥)の発生の有無を検査した。検査範囲は、窒化物半導体テンプレート10の外周部2mmを除いた範囲とした。その結果、1μm以上のピットは発生していないことを確認した。また、光学顕微鏡で実施例1の試料の表面を観察したところ、ピットの発生は確認できなかった。
[Evaluation of nitride semiconductor template]
The
実施例1の試料は、X線回折により測定される(0004)面の最大回折ピークの半値幅(FWHM)が73.8秒であることを確認した。すなわち、窒化物半導体テンプレート10は、良好な結晶性を有することを確認した。
The sample of Example 1 was confirmed to have a full width at half maximum (FWHM) of the maximum diffraction peak of the (0004) plane measured by X-ray diffraction of 73.8 seconds. That is, it was confirmed that the
また、非接触の比抵抗測定器を用い、実施例1の試料の表面比抵抗を測定した。その結果、表面比抵抗は19Ω/□であることを確認した。 Moreover, the surface specific resistance of the sample of Example 1 was measured using a non-contact specific resistance measuring device. As a result, it was confirmed that the surface specific resistance was 19Ω / □.
なお、上述の実施例1の試料と同様の窒化物半導体テンプレート10を、10枚製作し、同様の評価を行った。その結果、10枚の窒化物半導体テンプレート10のうち、2枚に2〜5個のピットが発生していることを確認したが、残りの8枚にはピットが発生していないことを確認した。
In addition, ten
[発光素子の製作]
次に、実施例1の試料である窒化物半導体テンプレート10上に、MOVPE法にて発光部を成長させて設けた。すなわち、実施例1の試料である窒化物半導体テンプレート10の第2窒化物半導体層21上に、第2窒化物半導体層21の側から、n型半導体層51と、発光層52と、p型半導体層53とを順にエピタキシャル成長させた。具体的には、まず、実施例1の試料である窒化物半導体テンプレート10をMOVPE装置に搬入する。そして、第2窒化物半導体層21としてのSiドープGaN層上に、n型半導体層51として、n型GaN層を成長させて形成する。そして、n型GaN層上に、発光層52として、井戸層であるInGaN層と量子障壁層であるGaN層とを6ペア成長させて多重量子井戸層を形成した。そして、発光層52上に、p型半導体層53として、発光層52の側から、p型AlGaN層とp型GaN層とを順に成長させて形成した。そして、例えば図6に示すような、発光素子用エピタキシャルウエハを製作した。
[Production of light-emitting elements]
Next, a light emitting portion was grown by the MOVPE method on the
発光素子用エピタキシャルウエハに、第1電極54及び第2電極57を形成した。すなわち、まず、p型半導体層53、発光層52及びn型半導体層51の所定位置をエッチング(例えばRIE)により部分的に除去して、実施例1の試料である窒化物半導体テンプレート10を露出させる露出領域56を形成した。そして、p型半導体層53の上面の一部に、p型半導体層53の側から、Ni、Auを順に蒸着させて、第1電極54としてNi/Au半透明電極を形成した。次に、Ni/Au半透明電極上に電極パッド55を形成した。次に、露出領域56から露出した窒化物半導体テンプレート10上の一部に、窒化物半導体テンプレート10の側から、Ti、Alを順に蒸着させて、第2電極57としてTi/Al電極を形成した。そして、実施例1の試料を用いた青色LED(発光素子)を得た。
The
[発光素子の評価]
実施例1の試料を用いた発光素子の発光特性を、通電電流20mAにて評価した。その結果、発光ピーク波長は約450nmであり、順方向電圧は3.25V、発光出力は30mWを達成することを確認した。すなわち、良好な結晶性を有し、表面欠陥の発生が抑制された実施例1の試料を用いた発光素子は、内部量子効率が向上し、発光出力が高くなった(光取り出し効率が向上した)ことが確認できた。
[Evaluation of light emitting element]
The light emission characteristics of the light emitting element using the sample of Example 1 were evaluated at an electric current of 20 mA. As a result, it was confirmed that the emission peak wavelength was about 450 nm, the forward voltage was 3.25 V, and the emission output was 30 mW. That is, the light-emitting element using the sample of Example 1 having good crystallinity and suppressed generation of surface defects has improved internal quantum efficiency and increased light output (light extraction efficiency has improved). ) Was confirmed.
また、実施例1の試料を用いた発光素子の信頼性試験を行った。すなわち、室温で、通電電流50mAの条件下で、1000hrの通電試験を実施した。その結果、相対出力は98%であり、高い信頼特性を有していることを確認した。なお、相対出力とは、下記の式1により算出される値である。
(式1)相対出力=(168時間通電後発光出力/初期発光出力)×100
In addition, a reliability test of the light-emitting element using the sample of Example 1 was performed. That is, an energization test of 1000 hr was performed at room temperature under an energization current of 50 mA. As a result, the relative output was 98%, and it was confirmed that the device had high reliability characteristics. The relative output is a value calculated by the following formula 1.
(Expression 1) Relative output = (light emission output after energization for 168 hours / initial light emission output) × 100
(実施例2)
実施例2では、III族窒化物半導体層13の厚さを、4μm以上10μm以下の範囲内で、実施例1とは異なる厚さとしたことを除くその他の点は、上述の実施例1と同様にして、窒化物半導体テンプレート10を製作した。これを実施例2の試料とした。実施例2の試料である窒化物半導体テンプレートの評価は、実施例1とほぼ同様の結果であることを確認した。また、上述の実施例1と同様にして、実施例2の試料を用いて発光素子を製作した。この発光素子の評価は、実施例1とほぼ同様の結果であることを確認した。
(Example 2)
The second embodiment is the same as the first embodiment except that the thickness of the group III
(実施例3)
実施例3では、基板11に設けられる凸部14の高さhを、0.5μm以上3.0μm以下の範囲内で、実施例1とは異なる厚さとしたことを除くその他の点は、上述の実施例1と同様にして、窒化物半導体テンプレート10を製作した。これを実施例3の試料とした。実施例3の試料である窒化物半導体テンプレートの評価は、実施例1とほぼ同様の結果であることを確認した。また、上述の実施例1と同様にして、実施例3の試料を用いて発光素子を製作した。この発光素子の評価は、実施例1とほぼ同様の結果であることを確認した。
(Example 3)
In Example 3, the height h of the
(比較例1)
比較例1では、例えば図7に示すように、基板上に設けられた凸部列が、すべて隣接する凸部が2μmの間隔で配されていることを除くその他の点は、上述の実施例1と同様にして、窒化物半導体テンプレートを製作した。これを比較例1の試料とした。また、上述の実施例1と同様にして、比較例1の試料を用いて発光素子を製作した。
(Comparative Example 1)
In the first comparative example, for example, as shown in FIG. 7, the other points except that the adjacent convex portions are arranged at intervals of 2 μm are provided on the substrate. In the same manner as in No. 1, a nitride semiconductor template was manufactured. This was used as a sample of Comparative Example 1. Further, in the same manner as in Example 1 described above, a light emitting element was manufactured using the sample of Comparative Example 1.
[窒化物半導体テンプレートの評価]
比較例1の試料である窒化物半導体テンプレートを、表面検査装置によりピット(表面欠陥)の発生の有無を検査した。検査範囲は、窒化物半導体テンプレートの外周部2mmを除いた範囲とした。その結果、1μm以上3μm以下のピットが数百個発生していることを確認した。また、光学顕微鏡で比較例1の試料の表面を観察したところ、比較例1の試料の表面にピットが発生していることを確認した。また、ピットは、比較例1の試料の表面に局所的に発生しているわけではなく、比較例1の試料の表面全体に発生していることを確認した。
[Evaluation of nitride semiconductor template]
The nitride semiconductor template, which is the sample of Comparative Example 1, was inspected for the presence or absence of pits (surface defects) using a surface inspection apparatus. The inspection range was a range excluding the outer peripheral portion 2 mm of the nitride semiconductor template. As a result, it was confirmed that several hundred pits of 1 μm or more and 3 μm or less were generated. Further, when the surface of the sample of Comparative Example 1 was observed with an optical microscope, it was confirmed that pits were generated on the surface of the sample of Comparative Example 1. Further, it was confirmed that pits were not generated locally on the surface of the sample of Comparative Example 1, but were generated on the entire surface of the sample of Comparative Example 1.
比較例1の試料は、X線回折により測定される(0004)面の最大回折ピークの半値幅(FWHM)が117.6秒であることを確認した。すなわち、比較例1は、実施例1と比べて、FWHMが約44秒広くなっており、窒化物半導体テンプレートは、結晶欠陥が多く、結晶性が低下していることを確認した。 The sample of Comparative Example 1 was confirmed to have a full width at half maximum (FWHM) of the maximum diffraction peak of the (0004) plane measured by X-ray diffraction of 117.6 seconds. That is, in Comparative Example 1, the FWHM was about 44 seconds wider than that in Example 1, and it was confirmed that the nitride semiconductor template had many crystal defects and reduced crystallinity.
また、非接触の比抵抗測定器を用い、比較例1の試料の表面比抵抗を測定した。その結果、表面比抵抗は19Ω/□であることを確認した。 Moreover, the surface specific resistance of the sample of Comparative Example 1 was measured using a non-contact specific resistance measuring device. As a result, it was confirmed that the surface specific resistance was 19Ω / □.
[発光素子の評価]
比較例1の試料を用いた発光素子の発光特性を、通電電流20mAにて評価した。その結果、発光ピーク波長は約450nmであり、順方向電圧は3.22V、発光出力は18mWであった。すなわち、比較例1の試料である窒化物半導体テンプレートのFWHMが広く、結晶欠陥が多いため、比較例1の試料を用いた発光素子は内部量子効率が低下していることを確認した。
[Evaluation of light emitting element]
The light emission characteristics of the light emitting element using the sample of Comparative Example 1 were evaluated at an electric current of 20 mA. As a result, the emission peak wavelength was about 450 nm, the forward voltage was 3.22 V, and the emission output was 18 mW. That is, since the FWHM of the nitride semiconductor template which is the sample of Comparative Example 1 is wide and there are many crystal defects, it was confirmed that the light emitting device using the sample of Comparative Example 1 had a reduced internal quantum efficiency.
また、比較例1の試料を用いた発光素子の信頼性試験を行った。すなわち、室温で、通電電流50mAの条件下で、1000hrの通電試験を実施した。その結果、相対出力は87%であり、信頼特性が低いことを確認した。なお、相対出力は上記の式1により算出した。 In addition, a reliability test of the light-emitting element using the sample of Comparative Example 1 was performed. That is, an energization test of 1000 hr was performed at room temperature under an energization current of 50 mA. As a result, the relative output was 87%, and it was confirmed that the reliability characteristics were low. The relative output was calculated by the above equation 1.
(比較例2)
比較例2では、基板上に設けられた凸部列が、すべて隣接する凸部が4μmの間隔で配されていることを除くその他の点は、上述の実施例1と同様にして、窒化物半導体テンプレートを製作した。これを比較例2の試料とした。また、上述の実施例1と同様にして、比較例2の試料を用いて発光素子を製作した。
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, the nitride array is the same as in Example 1 described above except that the protrusions provided on the substrate are all arranged with an interval of 4 μm between adjacent protrusions. A semiconductor template was produced. This was used as a sample of Comparative Example 2. Further, in the same manner as in Example 1 described above, a light emitting device was manufactured using the sample of Comparative Example 2.
[窒化物半導体テンプレートの評価]
比較例1の試料は、X線回折により測定される(0004)面の最大回折ピークの半値幅(FWHM)が72.5秒であり、実施例1の試料のFWHMと同程度であることを確認した。しかしながら、光学顕微鏡で比較例2の試料の表面を観察したところ、比較例2の試料の表面に、比較例1よりも多くのピットが発生していることを確認した。
[Evaluation of nitride semiconductor template]
The sample of Comparative Example 1 has a half-width (FWHM) of the maximum diffraction peak of the (0004) plane measured by X-ray diffraction of 72.5 seconds, which is about the same as the FWHM of the sample of Example 1. confirmed. However, when the surface of the sample of Comparative Example 2 was observed with an optical microscope, it was confirmed that more pits were generated on the surface of the sample of Comparative Example 2 than in Comparative Example 1.
また、非接触の比抵抗測定器を用い、比較例2の試料の表面比抵抗を測定した。その結果、表面比抵抗は16Ω/□であり、実施例1の試料や比較例1の試料と同程度であることを確認した。 Moreover, the surface specific resistance of the sample of Comparative Example 2 was measured using a non-contact specific resistance measuring device. As a result, it was confirmed that the surface specific resistance was 16Ω / □, which was the same as the sample of Example 1 and the sample of Comparative Example 1.
[発光素子の評価]
比較例2の試料を用いた発光素子の発光特性を、通電電流20mAにて評価した。その結果、発光ピーク波長は約450nmであり、順方向電圧は3.23V、発光出力は20mWであった。すなわち、比較例2の試料に例えばピット等の表面欠陥が多く発生しているため、比較例1の試料を用いた発光素子は内部量子効率が低下していることを確認した。
[Evaluation of light emitting element]
The light emission characteristics of the light emitting element using the sample of Comparative Example 2 were evaluated at an electric current of 20 mA. As a result, the emission peak wavelength was about 450 nm, the forward voltage was 3.23 V, and the emission output was 20 mW. That is, since many surface defects such as pits were generated in the sample of Comparative Example 2, it was confirmed that the internal quantum efficiency of the light emitting device using the sample of Comparative Example 1 was lowered.
また、比較例2の試料を用いた発光素子の信頼性試験を行った。すなわち、室温で、通電電流50mAの条件下で、1000hrの通電試験を実施した。その結果、相対出力は62%であり、信頼特性が低いことを確認した。なお、相対出力は上記の式1により算出した。 In addition, a reliability test of the light-emitting element using the sample of Comparative Example 2 was performed. That is, an energization test of 1000 hr was performed at room temperature under an energization current of 50 mA. As a result, the relative output was 62%, and it was confirmed that the reliability characteristics were low. The relative output was calculated by the above equation 1.
上述の比較例2の試料と同様の試料を複数製作し、比較例2の試料と同様の試料を用いた発光素子を複数製作し、それぞれ実施例1(比較例2)と同様の評価を行った。比較例2と同様の試料は、多数のピットが発生した試料と、ピットの発生が殆どない試料とが存在することを確認した。また、比較例2の試料と同様の試料を用いた発光素子は、逆方向電圧(Vr)が極端に低くなる発光素子が多く存在することを確認した。また、比較例2の試料と同様の試料を用いた発光素子は、極端に信頼特性が低い発光素子が散見されることを確認した。すなわち、比較例2の試料と同様の試料を用いた発光素子発光出力が高く、信頼特性の高い発光素子と、極端に発光出力が低く、極端に信頼特性が低い発光素子とに分かれ、歩留まりが非常に低くなることを確認した。これは、ピットの発生が殆どない試料を用いた発光素子は、良好な信頼特性を有し、多数のピットが発生した試料を用いた発光素子は、信頼特性が極端に低いということであるものと考えられる。 A plurality of samples similar to the sample of Comparative Example 2 described above are manufactured, and a plurality of light emitting elements using the same sample as the sample of Comparative Example 2 are manufactured, and the same evaluation as in Example 1 (Comparative Example 2) is performed. It was. It was confirmed that the same sample as in Comparative Example 2 had a sample with a large number of pits and a sample with almost no pits. In addition, it was confirmed that a light emitting element using a sample similar to the sample of Comparative Example 2 has many light emitting elements with extremely low reverse voltage (Vr). In addition, it was confirmed that light-emitting elements using a sample similar to the sample of Comparative Example 2 sometimes have extremely low reliability characteristics. That is, a light emitting element using a sample similar to the sample of Comparative Example 2 is divided into a light emitting element with high and reliable characteristics and a light emitting element with extremely low light emitting output and extremely low reliability characteristics, and the yield is high. Confirmed to be very low. This means that a light-emitting element using a sample with almost no pits has good reliability characteristics, and a light-emitting element using a sample with many pits has extremely low reliability characteristics. it is conceivable that.
10 窒化物半導体テンプレート
11 基板
13 III族窒化物半導体層
14 凸部
15 凸部列
17 第1凸部列
18 第2凸部列
d1 第1の間隔
d2 第2の間隔
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記凸部列が設けられた前記基板の面上に設けられるIII族窒化物半導体層と、を備え、
複数の前記凸部列は、隣接する前記凸部が第1の間隔で配される第1凸部列と、隣接する前記凸部が前記第1の間隔とは異なる第2の間隔で配される第2凸部列と、を備える
ことを特徴とする窒化物半導体テンプレート。 A substrate having a plurality of protrusions arranged with a plurality of protrusions arranged in a line at a predetermined interval;
A group III nitride semiconductor layer provided on the surface of the substrate provided with the convex row,
The plurality of convex portion rows are arranged such that the adjacent convex portions are arranged at a first interval, and the adjacent convex portions are arranged at a second interval different from the first interval. A nitride semiconductor template comprising: a second convex row.
ことを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体テンプレート。 The shorter one of the first interval and the second interval due to the plurality of protrusions forming the first protrusion row and the plurality of protrusions forming the second protrusion row. 2. The nitride semiconductor template according to claim 1, wherein the first convex portion row and the second convex portion row are arranged so that a regular hexagon having one side as a side is formed.
前記III族窒化物半導体層の厚さは、4μm以上10μm以下である
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の窒化物半導体テンプレート。 The first interval and the second interval are each 5 μm or less,
3. The nitride semiconductor template according to claim 1, wherein a thickness of the group III nitride semiconductor layer is 4 μm or more and 10 μm or less.
前記第1窒化物半導体層及び第2窒化物半導体層には、それぞれ異なる添加物が含まれている、又は、前記第1窒化物半導体層又は第2窒化物半導体層のいずれか一方には添加物が含まれており、他方には添加物が含まれていない
ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の窒化物半導体テンプレート。 The group III nitride semiconductor layer includes a first nitride semiconductor layer and a second nitride semiconductor layer,
The first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer contain different additives, respectively, or added to either the first nitride semiconductor layer or the second nitride semiconductor layer. The nitride semiconductor template according to any one of claims 1 to 3, wherein a material is contained and the other is free of additives.
ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の窒化物半導体テンプレート。 5. The nitride semiconductor template according to claim 1, wherein a surface resistivity of the group III nitride semiconductor layer is 10Ω / □ or more and 25Ω / □ or less.
ことを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の窒化物半導体テンプレート。 6. The group III nitride semiconductor layer according to claim 1, wherein a half width of a maximum diffraction peak of a (0004) plane measured by X-ray diffraction is 50 seconds or more and 100 seconds or less. The nitride semiconductor template as described.
ことを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の窒化物半導体テンプレート。 7. The nitride semiconductor template according to claim 1, wherein the group III nitride semiconductor layer contains GaN as a main component.
ことを特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載の窒化物半導体テンプレート。 The nitride semiconductor template according to any one of claims 1 to 7, wherein a buffer layer is provided between the substrate and the group III nitride semiconductor layer.
ことを特徴とする請求項8に記載の窒化物半導体テンプレート。 The nitride semiconductor template according to claim 8, wherein the buffer layer has a thickness of 10 nm to 100 nm.
ことを特徴とする請求項1ないし9のいずれかに記載の窒化物半導体テンプレート。 The nitride semiconductor template according to any one of claims 1 to 9, wherein the convex portion has any one of a pyramid shape, a conical shape, and a hemispherical shape.
ことを特徴とする請求項1ないし10のいずれかに記載の窒化物半導体テンプレート。 11. The nitride semiconductor template according to claim 1, wherein a height of the convex portion is not less than 0.5 μm and not more than 3.0 μm.
複数の前記凸部が設けられた前記基板上に、III族窒化物半導体層をハイドライド気相成長法によって成長させて形成する工程を有する
ことを特徴とする窒化物半導体テンプレートの製造方法。 Formed is a first convex row in which adjacent convex portions are arranged at a first interval, and a second convex row in which the adjacent convex portions are arranged at a second interval different from the first interval. A step of forming a plurality of the convex portions on the substrate;
A method for producing a nitride semiconductor template, comprising: forming a group III nitride semiconductor layer by hydride vapor phase growth on the substrate provided with a plurality of protrusions.
前記発光部に、前記窒化物半導体テンプレートを露出させる露出領域を形成する工程と、
前記発光部の表面上に第1電極を形成し、前記露出領域に第2電極を形成する工程と、を有する
ことを特徴とする発光素子の製造方法。 Forming a light emitting unit comprising an n-type semiconductor layer, a light-emitting layer, and a p-type semiconductor layer on the nitride semiconductor template according to claim 1;
Forming an exposed region in the light emitting portion for exposing the nitride semiconductor template;
Forming a first electrode on the surface of the light emitting portion and forming a second electrode in the exposed region.
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