JP2004111493A

JP2004111493A - Nitride semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same

Info

Publication number: JP2004111493A
Application number: JP2002269266A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kususe; 楠瀬　健; Kazuhiro Nagamine; 永峰　和浩; Hisanori Tanaka; 田中　寿典
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date: 2002-09-13
Filing date: 2002-09-13
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2022-09-13
Also published as: JP4258191B2

Abstract

【課題】本発明の目的とするところは、窒化物半導体発光素子の発光効率を向上させるものであり、さらには素子からの光取り出し効率を向上させるものであり、最も目的とするところは、素子の上方への光取り出し効率を向上させるものである。
【解決手段】基板と、基板上面に、ｎ型窒化物半導体層、活性層、ｐ型窒化物半導体層が順に積層されてなる窒化物半導体発光素子であって、ｎ型窒化物半導体層は、露出された上面を少なくとも２つ有し、かつ高さの異なる上面の間には、ほぼ垂直な側面を有することを特徴とする。
【選択図】　図２An object of the present invention is to improve the luminous efficiency of a nitride semiconductor light emitting device, and further to improve the light extraction efficiency from the device. To improve the light extraction efficiency upward.
Kind Code: A1 A nitride semiconductor light-emitting device in which an n-type nitride semiconductor layer, an active layer, and a p-type nitride semiconductor layer are sequentially stacked on a substrate and an upper surface of the substrate. It is characterized in that it has at least two exposed upper surfaces and has substantially vertical side surfaces between upper surfaces having different heights.
[Selection] Fig. 2

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体発光素子に関し、特に窒化物半導体と異なる基板上に形成された窒化物半導体発光素子において、発光効率の高い素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
窒化物半導体発光素子、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）では、基本的には基板上にｎ型窒化物半導体層、活性層、ｐ型窒化物半導体層を積層構造に成長させる一方、ｐ型窒化物半導体層およびｎ型窒化物半導体層の上に電極を形成し、半導体層から注入される正孔と電子の再結合によって活性層において光が発生すると、その光をｐ型窒化物半導体層の上面側から、又は基板から取り出すようにした構造が採用されている。そして、ｐ型窒化物半導体層上には、透光性電極や金属膜からなるメッシュ状の電極などが採用されている。尚、透光性電極とは、ｐ型窒化物半導体層のほぼ全面に形成された金属薄膜又は透明導電膜からなる光透過性の電極のことである。
【０００３】
近年、窒化物半導体発光素子において、光を外部に効率よく取り出す研究が様々な視点から成されている。いわゆる光取り出し効率の向上が求められている。窒化物半導体発光素子は、活性層から発光された光は、窒化物半導体中を伝搬し、外部に放出される。特に、窒化物半導体の界面において、活性層から発光された光は、臨界角よりも小さい場合には、外部に放出されるが、臨界角よりも大きい場合には、全反射し、窒化物半導体中をさらに伝搬する。臨界角とは入射する平面に対し、鉛直方向を基準としたときの、鉛直方向からの角度をさし、窒化物半導体の屈折率と、窒化物半導体に接する、電極や基板、空気や封止樹脂などの屈折率とによって決まる角度である。即ち、活性層からの光は、臨界角よりも大きい場合、窒化物半導体中で反射を繰り返し、窒化物半導体中を伝搬する。特に、ｐ型窒化物半導体層上に形成される透光性電極や金属膜からなるメッシュ状の電極（以下、これらを総称してｐ電極とすることがある。）と基板に入射する光は、臨界角以上で入射すると、反射を繰り返し、窒化物半導体中を横方向に伝搬していく（図１（ａ）のようになる）。そして、その光は窒化物半導体発光素子の側面に当たるときに、外部に放出されやすい。しかしながら、光が反射を繰り返し、外部に放出されるまでには、反射の際、また窒化物半導体中を伝搬する際に、光は吸収され、減衰してしまう。特に、ｐ電極との界面において反射する際の光の吸収は非常に大きい。
【０００４】
例えば、窒化物半導体層の膜厚を大きくし、外部に放出されるまでの光の反射回数を少なくすることで、光取り出し効率を高めるＬＥＤが開示されている（図１（ｂ）のようになる）。（特許文献１参照）
また、活性層から外部に光が取り出されるまでの、光の吸収を少なくする目的で、あらかじめ基板にディンプル加工して、そのディンプル加工面に窒化物半導体層を成長させる研究が成されている。このディンプル加工とは、基板にくぼみを形成することで、基板は凹凸を有し、活性層からの光、またｐ電極から反射した光が、基板に当たるときの、臨界角を意図的に変えて、外部に光が取り出されやすくするものである。特にサファイア基板にディンプル加工する研究が成されている。
【０００５】
さらにまた、サファイアを基板とする窒化物半導体発光素子をウエハからチップにする際、窒化物半導体層側からサファイア基板に達するまでエッチングまたはダイシングし、サファイア基板を露出した位置でチップ化する技術が多く開示されている。（特許文献２参照）
【特許文献１】特開２００１−７３９３号公報（第２−４頁、第１図、第２図）。
【０００６】
【特許文献２】特開平５−３４３７４２号公報（第３頁、第３図）。
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、基板として、ディンプル加工された基板を用いる場合、ｎ型窒化物半導体層、活性層、ｐ型窒化物半導体層との接合面が平滑になりにくく、窒化物半導体発光素子の発光特性を不安定にさせてしまう。そこで活性層を成長させる前のｎ型窒化物半導体層の膜厚を大きくして、できるだけ平滑な面を形成し、活性層とｐ型窒化物半導体層を積層する必要がある。
【０００７】
さらにｎ型窒化物半導体層の膜厚を大きくすると、図１（ｂ）のように、ｐ電極と基板での反射回数を少なくでき、窒化物半導体発光素子の側面側から光が外部に取り出される光が増える。さらに、上面側へ取り出される光はそれほど変わらない。このことから、ｐ電極側、つまり上方向に取り出される光よりも、窒化物半導体発光素子の側面側、つまり横方向に取り出される光の割合が大きくなってしまい、ｐ電極側、上方向へ効率よく光が取り出せなくなる。側面側に取り出される光は、窒化物半導体発光素子の外部に反射板を設けることで光を上方に取り出されやすくはできるが、外部にわざわざ反射板を設ける必要があり、また反射板でも光は一部吸収してしまうので、必ずしも好ましいとは言えない。
【０００８】
また、ｎ型窒化物半導体層の膜厚を大きくすると、窒化物半導体発光素子の製造工程上で問題が生じる。まず、窒化物半導体層の膜厚が厚くなることから、サファイアなどの基板との熱膨張差に起因する歪みが大きくなり、基板上に窒化物半導体層を積層したウエハをチップ化する際に、チップ化が困難になったり、チップの割れや欠けが生じてしまう。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、これらの問題を鑑み、成されたものであり、具体的には、以下の構成からなる。
【００１０】
（１）　基板と、基板上面に、ｎ型窒化物半導体層、活性層、ｐ型窒化物半導体層が順に積層されてなる窒化物半導体発光素子であって、前記ｎ型窒化物半導体層は、露出された上面を少なくとも２つ有し、かつ高さの異なる前記上面の間には、ほぼ垂直な側面を有することを特徴とする窒化物半導体発光素子。
【００１１】
（２）　前記窒化物半導体発光素子は、基板上面が一部露出されてなることを特徴とする前記（１）に記載の窒化物半導体発光素子。
【００１２】
（３）　前記ｎ型窒化物半導体層は、前記窒化物半導体発光素子の中央部に近い側に第１の上面を、中央部から遠い側に第２の上面を有し、該第２の上面は第１の上面よりも低い位置にあることを特徴とする前記（１）または（２）のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
【００１３】
（４）　前記ｎ型窒化物半導体層は、ｎ型窒化物半導体層と活性層との接合面から連続する第１の側面と、第１の上面と第２の上面との間に位置する第２の側面と、第２の上面と露出された基板上面との間に位置する第３の側面とを有することを特徴とする前記（３）に記載の窒化物半導体発光素子。
【００１４】
（５）　前記第１の上面と第２の側面とは連続してなり、前記第２の上面と第３の側面との間には、それぞれに連続してなる傾斜面を有することを特徴とする前記（３）または（４）のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
【００１５】
（６）　基板と、基板上面に、ｎ型窒化物半導体層、活性層、ｐ型窒化物半導体層が順に積層されてなる窒化物半導体発光素子であって、前記ｎ型窒化物半導体層は、露出された上面をｍ個（ただしｍは３以上の整数）有し、かつ高さの異なる前記上面の間には、ほぼ垂直な側面を有することを特徴とする前記（１）から（５）のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子。
【００１６】
（７）　前記窒化物半導体発光素子は、基板上面が一部露出されてなることを特徴とする前記（６）に記載の窒化物半導体発光素子。
【００１７】
（８）　前記ｎ型窒化物半導体層は、窒化物半導体発光素子の中央部に近い側に第（ｍ−１）の上面を、中央部から遠い側に第ｍの上面を有し、該第ｍの上面は第（ｍ−１）の上面よりも低い位置にあることを特徴とする前記（６）または（７）のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
【００１８】
（９）　前記ｎ型窒化物半導体層は、第（ｍ−１）の側面と、第（ｍ−１）の上面と第ｍの上面との間に位置する第ｍの側面と、第ｍの上面と露出された基板上面もしくは第（ｍ＋１）の上面との間に位置する第（ｍ＋１）の側面と、を有することを特徴とする前記（８）に記載の窒化物半導体発光素子。
【００１９】
（１０）　前記第（ｍ−１）の上面と第ｍの側面との間には、それぞれに連続してなる第（ｍ−２）の傾斜面を有し、前記第ｍの上面と第（ｍ＋１）の側面との間には、それぞれに連続してなる第ｍの傾斜面を有することを特徴とする前記（９）に記載の窒化物半導体発光素子。
【００２０】
（１１）　前記第ｍの傾斜面は複数の傾斜面が連続してなることを特徴とし、前記第（ｍ−１）の傾斜面の個数は、第ｍの傾斜面の個数より少ないことを特徴とする前記（１０）に記載の窒化物半導体発光素子。
【００２１】
（１２）　基板と活性層との間のｎ型窒化物半導体の膜厚が、５μｍ以上であることを特徴とする前記（１）から（１１）のうちいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子。
【００２２】
（１３）　前記基板は、窒化物半導体との接合面に、規則的に配列されたディンプルが形成されてなることを特徴とする前記（１）から（１２）のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
【００２３】
（１４）　第１の工程として、基板上にｎ型窒化物半導体層と活性層とｐ型窒化物半導体層とを順に積層する工程と、第１の工程後、第２の工程として、ｐ型窒化物半導体層にマスク層を形成し、非マスク形成部をｎ型窒化物半導体層が露出するまでエッチングする工程と、第２の工程後、第３の工程として、前記マスク層を一部除去し、非マスク形成部をｎ型窒化物半導体層が露出するまでエッチングする工程と、第３の工程後、第４の工程として、マスク層を一部除去し、非マスク形成部をｎ型窒化物半導体層が露出するまで、かつ一部は基板が露出するまでエッチングする工程を具備することを特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法。
【００２４】
（１５）　第１の工程後、第２の工程と第３の工程を複数回繰り返して行い、最後の第３の工程後、第４の工程を行うことを特徴とする前記（１４）に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の目的とするところは、窒化物半導体発光素子の発光効率を向上させるものであり、さらには素子からの光取り出し効率を向上させるものであり、最も目的とするところは、素子の上方への光取り出し効率を向上させるものである。
【００２６】
本発明は素子の形状に特徴を有し、光を素子の上方に取り出しやすくする。図２は基板２０１上面にｎ型窒化物半導体層１０１、活性層１０２、ｐ型窒化物半導体層１０３が順に積層されて、さらにｎ型窒化物半導体層は、窒化物半導体発光素子の上方を向いた上面が２つ露出されており、さらに基板上面が一部露出されている。また２つのｎ型窒化物半導体層を第１の上面と第２の上面とすると、第１の上面と第２の上面と基板上面との間には、ｎ型窒化物半導体層の側面がそれぞれ露出されている。
【００２７】
これまではｎ型窒化物半導体層の上面はｎ電極を形成するために、１つの面が露出されているだけであったが、さらにｎ電極形成面とは異なる面を設けることで、上方への光取り出し効率を高めることができる。詳説すると、活性層から放出される光の多くは、基板とｐ電極との間で反射を繰り返し、横方向に伝搬し、素子の側面側から光が取り出されやすくなる。その横方向に伝搬する光が素子の側面近くまで達する。従来は、側面近くに達した光は、ｎ型窒化物半導体層の側面もしくは、ｎ電極が形成されるｎ型窒化物半導体層の上面から外部に取り出されていたが、本発明では、第１の上面と、第２の上面を有し、それぞれの上面に伝搬してきた光が当たると、その面から外に光が取り出されるようになり、光は上方へと出ていく。第１の上面および第２の上面のうち、どちらか一方にはｎ電極が形成されるが、ｎ電極が形成されない上面では、接する面の屈折率が異なることから、臨界角もそれまでの反射の角度とは変わり、外部に取り出されやすくなる。図２は第１の上面にｎ電極３０２が形成されているが、第１の上面においても、ｎ電極の面積は外部と電気的に接続できたらよいので、ｎ電極は第１の上面の全面に形成する必要はないが、好ましくは第１の上面、つまりｎ型窒化物半導体層に形成される上面のうち、一番高い位置に形成することが好ましい。なぜなら、ｎ電極に入射する光は、一部が吸収されるのでｎ電極での反射回数を少なくする方が良いからである。
【００２８】
また、窒化物半導体発光素子の中央部に近い側を第１の上面、中央部から遠い側を第２の上面とするとき、第２の上面を第１の上面よりも低い位置に形成する。つまり、活性層から離れるにつれて、上面を低い位置に形成していく。例えば第１の上面に当たった光は一部が上面から上方に取り出され、一部は上面で反射し、さらに横方向に伝搬していく。その反射した光のうち一部は、次の上面で一部が上方に取り出されるようになる。つまり素子の中央部から離れるにつれて、それぞれの上面ごとに、上方へ出される光も弱くなっていくので、素子上方への指向特性がよくなる。これとは逆に第１の上面を第２の上面よりも低い位置に形成した場合、ｎ型窒化物半導体層と活性層との接合面と第１の上面との間に位置する第１の側面と、第１の上面と第２の上面との間に位置する第２の側面とが対向して存在するため、第１の上面から上方に取り出された光は、第１の側面と第２の側面との間で、反射を繰り返しながら素子の上方に出ていく。その繰り返して反射している間に光は徐々に減衰していき、取り出し効率が悪くなってしまう。さらに、素子上方への指向特性にムラが生じやすくなり、複数の素子を実装したユニットなどに用いるときに好ましくない。
【００２９】
つまり、ｎ型窒化物半導体層を、ｎ型窒化物半導体層と活性層との接合面から連続する第１の側面と、第１の上面と第２の上面との間に位置する第２の側面と第２の上面と露出された基板上面との間に位置する第３の側面とを有するように、ｎ型窒化物半導体層を階段状に形成することで、上方への光取り出し効率の高い素子を得ることができるのである。
【００３０】
本発明の窒化物半導体発光素子は、第１の上面と第２の側面とは連続して形成され、第２の上面と第３の側面との間に、それぞれに連続してなる第１の傾斜面を有することが好ましい。活性層から放出された光の多くは、素子内で、反射を繰り返し、横方向に伝搬していく。その伝搬する光の多くは、素子の側面側から放出されるが、本発明の窒化物半導体発光素子は、ｎ型窒化物半導体層に第１の上面と第２の上面を形成している。そのとき、上面と側面との間が９０°の角を有していると、その角に光が集中してしまい、角部が他より強く光って見える（図３（ａ）参照）。上面と側面との間で反射を繰り返す光が角部に集中するからである。そこで、第２の上面と第３の側面との間に、それらの面に連続した第１の傾斜面を設ける。そうすることで、面と面のなす角度が９０°よりも大きくなり、光が分散されるので、角部における光の集中を低減させることができる（図３（ｂ）参照）。本発明の窒化物半導体発光素子は、素子のほぼ中央部より鉛直上方に光軸を有し、光軸方向の光強度をできるだけ大きくすることを特徴とすることから、光強度は、光軸からずれるにつれて徐々に小さくなっていく。このとき、活性層から離れた位置において、傾斜面を形成することで、徐々に光強度が小さくなることで、上面側からの光強度を大きくすることができる。
【００３１】
これまでは、ｎ型窒化物半導体層が高さの異なる２つの上面を有する場合について述べてきたが、上面が２つより多い場合であっても、同様の効果を奏する。つまり、ｎ型窒化物半導体層にｍ個（ただしｍは３以上の整数とする）の上面がある場合、窒化物半導体発光素子の中央部に近い側の第（ｍ−１）の上面よりも低い位置に、中央部から遠い側の第ｍの上面を有することで、上方への光取り出し効率を高めることができる。また、第（ｍ−１）の側面と、第（ｍ−１）の上面と第ｍの上面との間に位置する第ｍの側面と、第ｍの上面と露出された基板上面または第（ｍ＋１）の上面との間に位置する第（ｍ＋１）の側面と、を形成し、ｎ型窒化物半導体層を階段状にすることで、上方への光取り出し効率を高め、指向特性にムラのない良好な窒化物半導体発光素子を得ることができる。さらに、第（ｍ−１）の上面と第ｍの側面との間には、それぞれに連続してなる第（ｍ−２）の傾斜面を形成し、第ｍの上面と第（ｍ＋１）の側面との間には、それぞれに連続してなる第（ｍ−１）の傾斜面を形成することで上面と側面との間の角部における光の集中を低減させることができる。さらに、第（ｍ−１）の傾斜面は複数の傾斜面が連続して形成され、第（ｍ−２）の傾斜面の個数は、第（ｍ−１）の傾斜面の個数より少なくすることで、光軸方向からずれていくときの光強度の減少をなだらかにすることができ、好ましい指向特性を得ることができる。たとえば、ｍが３から成るとき、第２の上面と第３の側面との間には、第１の傾斜面を有し、第３の上面と第４の側面との間には、第２の傾斜面を有する。このとき、第２の傾斜面は連続してなる複数の傾斜面を有する。例えば、図４に示すように、第２の傾斜面が３個の傾斜面からなるとき、第１の傾斜面の個数は第２の傾斜面の個数３よりも少なく、１個とする。上面と側面との間の傾斜面の数を増やせば増やすほど、光はそれぞれの面に分散されることを利用し、活性層から離れるにつれて、角部での傾斜面の数を増やすことで、光軸方向からずれていくときの光強度の減少をなだらかにすることができるからである。
【００３２】
本発明の窒化物半導体発光素子は、基板と活性層との間のｎ型窒化物半導体の膜厚が、５μｍ以上であるときに、顕著な効果を示す。ｎ型窒化物半導体層の膜厚を大きくすることで、ｐ電極と基板との間で反射を繰り返し、窒化物半導体層中を横方向に伝搬する光の減衰を防ぐことができるが、窒化物半導体発光素子を作製する上で、ｐ電極およびｎ電極を形成時に、通常フォトリソグラフィ技術を用いる。具体的には、レジストなどをマスク材として、電極非形成部にマスクを形成し、全面に電極材料を形成後、マスク形成部はマスクから除去することで、部分的に（非マスク形成部に）、電極が形成されるような、リフトオフ法を用いている。その際、ｎ型窒化物半導体層の膜厚が大きいために、図５（ａ）に示すように、レジスト５０１が均一に塗布できない。とくに側面と上面との間の角部において、レジスト５０１は非常に薄くなってしまい、角部に電極の材料が形成されてしまう傾向にある。また、レジストを厚く塗布することも可能であるが、レジストを厚く形成すると、パターニング精度が悪くなるので、厚くするのは好ましくない。そこで、本発明のようなｎ型窒化物半導体層１０１に異なる高さの上面を形成することで、高段差部をなくし、マスク材を均一に塗布しやすくできる。図５（ａ）と図５（ｂ）を比較すると、図５（ａ）のｎ型窒化物半導体層１０１の上面を１つだけ設けて、その面にｎ電極を形成する、従来の窒化物半導体素子の形状では、ｎ型窒化物半導体層の上面と側面との間の角部において、レジストが極端に薄くなっているが、図５（ｂ）のように上面を２つ設けると、レジスト５０１は角部においても形成されるようになる。これは、レジストが流動性を持つためであり、レジストの粘度などにも左右されるが、だいたい５μｍよりも厚い段差があると、角部において、レジストが塗布されにくくなる傾向にある。そこで、ｎ型窒化物半導体層１０１が５μｍよりも大きいときに、高さの異なる上面を複数設けることで、レジストが良好に形成され、信頼性の高い窒化物半導体発光素子を得ることが可能となる。このことから、例えばｎ型窒化物半導体層が１０μｍある場合には、ｎ型窒化物半導体層に高さの異なる上面を３つ形成するとよい。レジストの被覆性を考慮する場合、ｎ型窒化物半導体層に形成される段差のうち、高さ（側面における高さに相当する）は５μｍ以下が好ましい。また、段差の幅は（上面における幅に相当する）は５μｍ以上にすることで、その上面でレジストが一度平坦化されるので、複数の段差を設ける場合に好ましい。
【００３３】
本発明の窒化物半導体発光素子は、基板が窒化物半導体との接合面に、規則的に配列されたディンプルが形成されてなるときに、顕著な効果を示す。本発明の目的とするところは、特に素子の上方への光取り出し効率を向上させるものである。そこで、基板にあらかじめ凹凸を形成し、その上に窒化物半導体をエピタキシャル成長させることで、活性層から放出された光が、またｐ電極から反射した光が基板に当たるときの入射角を、凹凸を形成しない場合の基板に当たるときの入射角と変えることで、外部に光が取り出されやすくすることができる。特に好ましくは、凹凸形成部の凸部を、メサ状に形成することで、凹部と凸部をつなぐ面に入射した光の多くが、上下方向に進路を変えて進むようになる。つまり、凹凸を形成すること、とくに凸部をメサ状にすることで、基板に入射する光のうち、臨界角よりも大きい角度で入射する光を減らし、臨界角よりも小さい角度で入射する光を増やすことが可能となる。また、ディンプルを形成することで、基板上に成長される窒化物半導体層は、基板の凹凸の形状を反映し成長されるため、窒化物半導体層成長面が平滑になりにくい。特に、活性層が平滑でなく、凹凸を有してしまうと、発光特性における歩留が悪くなってしまうので、好ましくない。そこで、ディンプルが形成された基板を用いるときには、基板と活性層との間のｎ型窒化物半導体層の膜厚を５μｍ以上とすることが好ましい。これにより、活性層は平滑な面が得られ、素子の上方への光取り出し効率が高く、歩留もよい窒化物半導体発光素子を得ることができる。本発明において、凹凸を有するディンプル形状とは、凹部および凸部には、平面が存在するものをさす。また、凹凸の具体的に好ましい基板の形状としては、凹部側面のテーパ角（＝凹部の底面と側面のなす角）が１０５°以上、好ましくは１１５°以上でかつ、１６０°以下、好ましくは１５０°以下、さらに好ましくは１４０°以下とする。これにより素子上方への光取り出し効率が高い素子が得られる。また基板の形状として、凹部の深さ、凸部の段差が５ｎｍ以上で、ｎ型窒化物半導体層の膜厚以下とすることで、光が基板に当たるときの入射角を、凹凸を形成しない場合の基板に当たるときの入射角と変えるときの、臨界角よりも大きい角度で入射する光を減らし、臨界角よりも小さい角度で入射する光を増やす効果が顕著にあらわれる。
【００３４】
本発明において、ｎ型窒化物半導体層１０１、活性層１０２およびｐ型窒化物半導体層１０３は、いずれも窒化物半導体からなり、好ましくはＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）からなる。またいずれの層もＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ＜１）、すなわちＧａを含む窒化物半導体を少なくとも１層有する。ｎ型窒化物半導体層１０１およびｐ型窒化物半導体層１０３は、複数の層から成り、クラッド層として機能する層を少なくとも有する。またｎ型窒化物半導体層１０１においては、基板との接合面に、基板上に窒化物半導体層をエピタキシャル成長させるための、バッファ層を有する。また活性層１０２は、単一量子井戸構造、多重量子井戸構造のいずれでも良く、好ましくは、井戸層と障壁層とが繰り返し積層されてなる多重量子井戸構造とする。
【００３５】
さらに、本発明は、ｐ型窒化物半導体層１０３の最上面にはｐ電極が３０１、ｎ型窒化物半導体層の複数の上面のうち、いずれか１つの上面には、ｎ電極３０２が形成されてなり、いずれの電極も、少なくとも一部が、接する窒化物半導体層と好ましいオーミック性が得られるように形成されている。
【００３６】
次に本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法について説明する。
【００３７】
本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法は、第１の工程として、基板上にｎ型窒化物半導体層と活性層とｐ型窒化物半導体層とを順に積層する工程と、第１の工程後、第２の工程として、ｐ型窒化物半導体層にマスク層を形成し、非マスク形成部をｎ型窒化物半導体層が露出するまでエッチングする工程と、第２の工程後、第３の工程として、前記マスク層を一部除去し、非マスク形成部をｎ型窒化物半導体層が露出するまでエッチングする工程と、第３の工程後、第４の工程として、マスク層を一部除去し、非マスク形成部をｎ型窒化物半導体層が露出するまで、かつ一部は基板が露出するまでエッチングする工程を具備することを特徴とする。さらには、第１の工程後、第２の工程と第３の工程を複数回繰り返して行い、最後の第３の工程後、第４の工程を行うことを特徴とする。
【００３８】
基板上に窒化物半導体を形成して得られる窒化物半導体発光素子は、ｐ電極とｎ電極を同一面側に形成する必要があるため、ｐ型窒化物半導体層の一部にマスクを形成し、非マスク形成部をＲＩＥ等のエッチングにより、ｎ型窒化物半導体層を露出させ、その露出面にｎ電極を形成する。本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法は、さらにｎ電極を形成するｎ型窒化物半導体層の露出面とは異なる第２の露出面を設けるものである。
【００３９】
以下に図を用いて、本発明の製造方法を詳細に説明する。図６から図１４は、本発明の窒化物半導体発光素子の製造工程を順に示したものである。
【００４０】
まず図６のように、基板２０１上にｎ型窒化物半導体層１０１と活性層１０２とｐ型窒化物半導体層１０３を積層する。基板２０１は好ましくはサファイア基板とする。またｎ型窒化物半導体層１０１と活性層１０２とｐ型窒化物半導体層１０３は、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）からなる。またいずれの層もＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ＜１）、すなわちＧａを含む窒化物半導体を少なくとも１層有する、複数の層から成ることが好ましい。
【００４１】
次に図７のように、ｐ型窒化物半導体層１０３の一部にマスク層４０１を形成する。ＡｌＩｎＧａＮ系の窒化物半導体層をＲＩＥ等でエッチングする際に好ましく用いられるマスク層の材料としては、ＳｉＯ_２が挙げられる。マスク層４０１を図７のように、パターニングして形成する方法としては、レジストを用いた通常のパターニング方法が用いられる。
【００４２】
次に、図８のように、ｐ型窒化物半導体層１０３上の一部にマスク層４０１を形成後、ＲＩＥにより窒化物半導体をエッチングし、ｎ型窒化物半導体層１０１を露出する。ここで、この工程により露出するｎ型窒化物半導体層１０１の露出面を第１の領域とする。
【００４３】
次に、図９のように、最初に形成したマスク層４０１の一部を除去する。最初に形成したマスク層よりも小さいマスク層を、パターニングして形成する。マスク層４０１の一部を除去する方法は、同様にレジストを用い、非マスク除去部にのみレジストを塗布し、マスク層のみが選択的にエッチングされるガスを用いて、ＲＩＥで除去するか、ウェットエッチングで除去する。いずれを用いて除去してもよいが、精度良く除去するにはＲＩＥを用いるのがよい。
【００４４】
そして、図１０のように、マスク層４０１の一部を除去後、さらにＲＩＥにより、非マスク形成部をｎ型窒化物半導体層が露出するまでエッチングする。マスク層を除去した部分において、ｐ型窒化物半導体層１０３と活性層１０２とｎ型窒化物半導体層１０１の一部がエッチングされ、ｎ型窒化物半導体層１０１が露出する。ここで、この工程により、あらたに露出されたｎ型窒化物半導体層の領域を第２の領域とする。また第１の領域、すなわち最初のエッチングで露出したｎ型窒化物半導体層１０１は、さらにエッチングされるので、最初の露出面よりも低い位置にｎ型窒化物半導体層１０１の露出面が形成される。このとき第１の領域と第２の領域との間に高低差が生じ、第１の段差部が形成される。
【００４５】
次に、図１１のように、マスク層４０１の一部をさらに除去する。先に形成したマスク層よりも小さいマスク層を、パターニングして形成する。
【００４６】
そして、図１２のように、マスク層４０１の一部を除去後、さらにＲＩＥにより、非マスク形成部をｎ型窒化物半導体層１０１が露出するまでエッチングする。マスク層４０１を除去した部分において、ｐ型窒化物半導体層１０３と活性層１０２とｎ型窒化物半導体層１０１の一部がエッチングされ、ｎ型窒化物半導体層１０１が露出する。ここで、この工程により、あらたに露出されたｎ型窒化物半導体層１０１の領域を第３の領域とする。また第２の領域は、さらにエッチングされるので、第２の領域を形成した際の露出面よりもさらに低い位置にｎ型窒化物半導体層１０１の露出面が形成される。また第１の領域は、サファイア基板２０１が露出するまでエッチングする。つまり、この工程によるエッチングで、第３の領域はｎ型窒化物半導体層１０１が露出し、第２の領域は第３の領域よりも低い位置でｎ型窒化物半導体層１０１が露出し、第１の領域はサファイア基板２０１が露出する。第３の領域と第２の領域との間には、高低差が生じ、第２の段差部が形成される。また第２の領域と第１の領域との間には、さらにエッチングされた第１の段差部が形成される。
【００４７】
最後に図１３のように、マスク層４０１を除去し、図１４のように、ｐ型窒化物半導体層１０３にｐ電極３０１を、ｎ型窒化物半導体層の第２の段差部表面にｎ電極３０２を形成し、基板をチップ状に切断することで、窒化物半導体発光素子を得ることができる。
【００４８】
ここで、第１および第２の段差部は、ｎ型窒化物半導体層の上面と側面とからなり、第２の段差部表面が第１の上面、第２の段差部側面が第２の側面、第１の段差部表面が第２の上面、第１の段差部側面が第３の側面に相当する。
【００４９】
本発明の製造方法は、窒化物半導体層を数回に分けてエッチングし、そのうち最後のエッチングにより、基板を露出させるので、複数の段差部が形成されるだけでなく、基板と窒化物半導体層との熱膨張係数差に起因する圧縮歪みや引張り歪みを緩和することができ、歩留の高い窒化物半導体発光素子を得ることができる。
【００５０】
また本発明の製造方法によると、ＲＩＥにより窒化物半導体をエッチングする際、エッチングされる窒化物半導体層に段差部を有する。段差部を有する窒化物半導体層をエッチングすると、段差部のうち、角部が特にエッチングされる。これはエッチングガスが特に角部に集中して当たるためで、角部は面取りされて、傾斜面が形成される。第２の段差部は、最後のエッチングにより形成された段差部であるので、傾斜面は形成されないが、第１の段差部は、最後のエッチングの際に既に形成されているので、角部がエッチングされ、傾斜面が形成される。ここで、第１の段差部傾斜面が第１の傾斜面に相当する。
【００５１】
さらに本発明の製造方法は、第１の工程として、基板上にｎ型窒化物半導体層と活性層とｐ型窒化物半導体層とが順に積層する工程と、第１の工程後、第２の工程として、ｐ型窒化物半導体層にマスク層を形成し、非マスク形成部をｎ型窒化物半導体層が露出するまでエッチングする工程と、第２の工程後、第３の工程として、前記マスク層を一部除去し、非マスク形成部をｎ型窒化物半導体層が露出するまでエッチングする工程と、第３の工程後、第４の工程として、マスク層を一部除去し、非マスク形成部をｎ型窒化物半導体層が露出するまで、かつ一部は基板が露出するまでエッチングする工程を具備するものであり、第１の工程後、第２の工程と第３の工程を複数回繰り返し、最後に第４の工程を行うことで、ｎ型窒化物半導体層に複数の段差が階段状に形成され、上方への光取り出し効率を高め、指向特性にムラのない良好な窒化物半導体発光素子を得ることができる。さらに、段差部において、上面と側面との間の角部がエッチングされると、傾斜面を有するが、さらに傾斜面を有する段差部では、傾斜面と上面との角部、さらに傾斜面と側面との角部がエッチングされるので、３個の傾斜面が形成される。第２の工程と第３の工程を繰り返すことで、活性層から離れるほど、段差部は何回もエッチングされるので、活性層から離れるにつれて、角部での傾斜面の数が多い、窒化物半導体発光素子を得ることができる。活性層から離れるにつれて、角部での傾斜面の数を増やすことで、光軸方向からずれていくときの光強度の減少をなだらかにすることができる。
【００５２】
【実施例】
［実施例１］
基板としてＡ面（１１−２０）にオリフラのあるＣ面（０００１）を主面とするサファイア基板を用い、規則的に配列されたディンプルを形成する。ディンプルは、凹凸が繰り返して形成され、凸部の段差は１μｍ、凸部側面の傾斜角は１２０°とする。
【００５３】
次にディンプルが形成されたサファイア基板の上に、ｎ型半導体層としてＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）の低温成長バッファ層を１００Å、アンドープのＧａＮを３μｍ、ＳｉドープのＧａＮを４μｍ、アンドープのＧａＮを３０００Å積層し、続いて発光領域となる多重量子井戸の活性層として、（井戸層、障壁層）＝（アンドープのＩｎＧａＮ、ＳｉドープのＧａＮ）をそれぞれの膜厚を（６０Å、２５０Å）として井戸層が６層、障壁層が７層となるように交互に積層する。この場合、最後に積層する障壁層はアンドープのＧａＮとしてもよい。ｎ型窒化物半導体層の総膜厚が、約７μｍであるので、活性層は、基板の凹凸の形状が反映されることなく、平滑な面が得られる。
【００５４】
多重量子井戸の活性層を積層後、ｐ型半導体層として、ＭｇドープのＡｌＧａＮを２００Å、アンドープのＧａＮを１０００Å、ＭｇドープのＧａＮを２００Å積層する。ｐ型半導体層として形成するアンドープのＧａＮ層は、隣接する層からのＭｇの拡散によりｐ型を示す。
【００５５】
次にＭｇドープのＧａＮの一部にＳｉＯ_２から成るマスク層を形成し、非マスク形成部のｐ型窒化物半導体層と活性層とｎ型窒化物半導体層の一部までをエッチングし、ＳｉドープＧａＮ層を露出させる。
【００５６】
次に、ＭｇドープＧａＮ上のＳｉＯ_２の一部を除去し、非マスク形成部のｐ型窒化物半導体層と活性層とｎ型窒化物半導体層の一部までをエッチングし、ＳｉドープＧａＮ層を露出させると同時に、さきに露出されているＳｉドープＧａＮ層をさらにエッチングし、アンドープのＧａＮ層を露出させる。
【００５７】
次に、ＭｇドープＧａＮ上のＳｉＯ_２の一部をさらに除去し、非マスク形成部のｐ型窒化物半導体層と活性層とｎ型窒化物半導体層の一部までをエッチングし、ＳｉドープＧａＮ層を露出させると同時に、さきに露出されているＳｉドープＧａＮ層をさらにエッチングし、アンドープのＧａＮ層を露出させると共に、さきに露出されているアンドープＧａＮ層をさらにエッチングし、サファイア基板を露出させる。
【００５８】
次に、ＭｇドープＧａＮ上のＳｉＯ_２を除去し、ＭｇドープＧａＮの表面全面にＮｉ／Ａｕからなる透光性のｐ電極を、さらに透光性のｐ電極上において、ｎ電極形成部と対向する位置にＡｕからなるｐパッド電極を形成し、ｎ型窒化物半導体層の露出面のうち、ＳｉドープＧａＮ層の露出面にＷ／Ａｌ／Ｗからなるｎ電極およびＰｔ／Ａｕからなるｎパッド電極を形成する。
【００５９】
最後にウエハを四角形状にチップ化し、１ｍｍ□の半導体チップを得る。
［実施例２］
実施例１において、ｐ電極を金属膜からなるメッシュ状の電極にする。詳しくは、開口率５０％からなる開口であって、Ｒｈからなるｐ電極を、ｐ型半導体層表面のほぼ全面に形成する。さらにｐ電極上において、ｎ電極形成部と対向する位置にＡｕからなるｐパッド電極を形成し、ｎ型窒化物半導体層の露出面のうち、ＳｉドープＧａＮ層の露出面にＷ／Ａｌ／Ｗからなるｎ電極およびＰｔ／Ａｕからなるｎパッド電極を形成する。
【００６０】
最後にウエハを四角形状にチップ化し、１ｍｍ□の半導体チップを得る。
［実施例３］
実施例１において、ｐ電極を金属膜からなるメッシュ状の電極にする。詳しくは、開口率５０％からなる開口であって、Ｎｉ／Ａｕからなるｐ電極を、ｐ型半導体層表面のほぼ全面に形成する。さらにｐ電極上において、ｎ電極形成部と対向する位置にＡｕからなるｐパッド電極を形成し、ｎ型窒化物半導体層の露出面のうち、ＳｉドープＧａＮ層の露出面にＷ／Ａｌ／Ｗからなるｎ電極およびＰｔ／Ａｕからなるｎパッド電極を形成する。
【００６１】
最後にウエハを四角形状にチップ化し、１ｍｍ□の半導体チップを得る。
［実施例４］
実施例１において、ｐ型窒化物半導体層としてＭｇドープＧａＮを成長させるまでは、実施例１と同様にする。
【００６２】
次にＭｇドープのＧａＮの一部にＳｉＯ_２から成るマスク層を形成し、非マスク形成部のｐ型窒化物半導体層と活性層とｎ型窒化物半導体層の一部までをエッチングし、ＳｉドープＧａＮ層を露出させる。
【００６３】
次に、ＭｇドープＧａＮ上のＳｉＯ_２の一部を除去し、非マスク形成部のｐ型窒化物半導体層と活性層とｎ型窒化物半導体層の一部までをエッチングし、ＳｉドープＧａＮ層を露出させると同時に、さきに露出されているＳｉドープＧａＮ層をさらにエッチングする。さらにＭｇドープＧａＮ上のＳｉＯ_２の一部を除去し、非マスク形成部をエッチングするという同様の工程を繰り返し、階段状にｎ型窒化物半導体層を形成する。最後のエッチングにおいては、最初のエッチングでＳｉドープＧａＮ層を露出させた面がサファイア基板に到達し、サファイア基板を露出させるようにする。
【００６４】
次に、ＭｇドープＧａＮ上のＳｉＯ_２を除去し、ＭｇドープＧａＮの表面全面にＮｉ／Ａｕからなる透光性のｐ電極を、さらに透光性のｐ電極上において、ｎ電極形成部と対向する位置にＡｕからなるｐパッド電極を形成し、ｎ型窒化物半導体層の露出面のうち、最も上に位置する、ＳｉドープＧａＮ層の露出面にＷ／Ａｌ／Ｗからなるｎ電極およびＰｔ／Ａｕからなるｎパッド電極を形成する。
【００６５】
最後にウエハを四角形状にチップ化し、１ｍｍ□の半導体チップを得る。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の窒化物半導体発光素子は、素子の上方への光取り出し効率を向上させることができる。また本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法により、素子の上方への光取り出し効率を向上させた窒化物半導体発光素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】窒化物半導体層中の光の伝搬を示す模式図、
【図２】本発明の窒化物半導体発光素子を示す模式段面図、
【図３】本発明の窒化物半導体発光素子の特徴を説明するための模式段面図、
【図４】本発明の窒化物半導体発光素子の一実施の形態を示す模式断面図、
【図５】本発明の窒化物半導体発光素子の特徴を説明するための模式段面図、
【図６】本発明の製造方法の一工程を説明する模式断面図、
【図７】本発明の製造方法の一工程を説明する模式断面図、
【図８】本発明の製造方法の一工程を説明する模式断面図、
【図９】本発明の製造方法の一工程を説明する模式断面図、
【図１０】本発明の製造方法の一工程を説明する模式断面図、
【図１１】本発明の製造方法の一工程を説明する模式断面図、
【図１２】本発明の製造方法の一工程を説明する模式断面図、
【図１３】本発明の製造方法の一工程を説明する模式断面図、
【図１４】本発明の製造方法の一工程を説明する模式断面図。
【符号の説明】
１０１・・・ｎ型窒化物半導体層、
１０２・・・活性層、
１０３・・・ｐ型窒化物半導体層、
２０１・・・基板、
３０１・・・ｐ電極、
３０２・・・ｎ電極、
４０１・・・マスク層、
５０１・・・レジスト。[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a semiconductor light emitting device, and more particularly to a nitride semiconductor light emitting device formed on a substrate different from a nitride semiconductor and having high luminous efficiency.
[0002]
[Prior art]
In a nitride semiconductor light emitting device, for example, a light emitting diode (LED), an n-type nitride semiconductor layer, an active layer, and a p-type nitride semiconductor layer are basically grown on a substrate in a stacked structure, while a p-type nitride semiconductor is grown. An electrode is formed on the layer and the n-type nitride semiconductor layer, and when light is generated in the active layer by recombination of holes and electrons injected from the semiconductor layer, the light is transmitted to the upper surface of the p-type nitride semiconductor layer. Or from the substrate. On the p-type nitride semiconductor layer, a translucent electrode, a mesh-like electrode made of a metal film, or the like is employed. The translucent electrode is a light transmissive electrode formed of a metal thin film or a transparent conductive film formed on almost the entire surface of the p-type nitride semiconductor layer.
[0003]
2. Description of the Related Art In recent years, researches on efficiently extracting light to the outside in nitride semiconductor light emitting devices have been made from various viewpoints. There is a demand for improvement in so-called light extraction efficiency. In the nitride semiconductor light emitting device, light emitted from the active layer propagates through the nitride semiconductor and is emitted to the outside. In particular, at the interface of the nitride semiconductor, light emitted from the active layer is emitted to the outside when it is smaller than the critical angle, but is totally reflected when it is larger than the critical angle, and the nitride semiconductor Propagate further inside. The critical angle is the angle from the vertical direction with respect to the plane of incidence with respect to the vertical direction, and the refractive index of the nitride semiconductor and the electrodes, substrates, air and sealing that are in contact with the nitride semiconductor The angle is determined by the refractive index of the resin or the like. That is, when the light from the active layer is larger than the critical angle, the light is repeatedly reflected in the nitride semiconductor and propagates in the nitride semiconductor. In particular, a light-transmitting electrode formed on a p-type nitride semiconductor layer or a mesh-shaped electrode made of a metal film (hereinafter, these may be collectively referred to as a p-electrode) and light incident on the substrate are When the light is incident at a critical angle or more, the light is repeatedly reflected and propagates in the nitride semiconductor in the lateral direction (as shown in FIG. 1A). Then, when the light hits the side surface of the nitride semiconductor light emitting device, the light is easily emitted to the outside. However, the light is absorbed and attenuated at the time of reflection and when it propagates through the nitride semiconductor until the light is repeatedly reflected and emitted to the outside. In particular, the absorption of light when reflected at the interface with the p-electrode is very large.
[0004]
For example, an LED that increases the light extraction efficiency by increasing the thickness of the nitride semiconductor layer and reducing the number of times light is reflected until emitted to the outside is disclosed (as shown in FIG. 1B). Become). (See Patent Document 1)
In addition, in order to reduce light absorption until light is extracted from the active layer to the outside, studies have been made on dimple-forming the substrate in advance and growing a nitride semiconductor layer on the dimple-processed surface. This dimple processing is to form a depression in the substrate, the substrate has irregularities, and the light from the active layer and the light reflected from the p-electrode deliberately change the critical angle when hitting the substrate. This makes it easy for light to be extracted to the outside. In particular, research on dimple processing on a sapphire substrate has been made.
[0005]
Furthermore, when a nitride semiconductor light emitting device using sapphire as a substrate is turned into a chip from a wafer, etching or dicing from the nitride semiconductor layer side to the sapphire substrate is often performed, and a chip is formed at a position where the sapphire substrate is exposed. It has been disclosed. (See Patent Document 2)
[Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-7393 (pages 2-4, FIG. 1, FIG. 2).
[0006]
[Patent Document 2] JP-A-5-343742 (page 3, FIG. 3).
[Problems to be solved by the invention]
However, when a dimple-processed substrate is used as the substrate, it is difficult for the junction surfaces with the n-type nitride semiconductor layer, the active layer, and the p-type nitride semiconductor layer to be smooth, and the light emitting characteristics of the nitride semiconductor light-emitting device are not good. Let it be stable. Therefore, it is necessary to increase the thickness of the n-type nitride semiconductor layer before growing the active layer, form a surface as smooth as possible, and stack the active layer and the p-type nitride semiconductor layer.
[0007]
When the thickness of the n-type nitride semiconductor layer is further increased, the number of reflections at the p-electrode and the substrate can be reduced as shown in FIG. 1B, and light is extracted to the outside from the side surface of the nitride semiconductor light emitting device. Light increases. Furthermore, the light extracted to the upper surface side does not change much. Accordingly, the ratio of light extracted in the side surface of the nitride semiconductor light emitting device, that is, in the lateral direction, becomes larger than that in the p-electrode side, that is, in the light extracted in the upward direction. Light cannot be extracted well. Light extracted to the side surface can be easily extracted upward by providing a reflector outside the nitride semiconductor light emitting element, but it is necessary to provide a reflector outside the light source. It is not always preferable because a part is absorbed.
[0008]
In addition, when the thickness of the n-type nitride semiconductor layer is increased, a problem occurs in the manufacturing process of the nitride semiconductor light emitting device. First, since the thickness of the nitride semiconductor layer is increased, the strain due to the difference in thermal expansion with the substrate such as sapphire increases, and when a wafer in which the nitride semiconductor layer is laminated on the substrate is chipped, It becomes difficult to make chips, or chips are cracked or chipped.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made in view of these problems, and specifically has the following configuration.
[0010]
(1) A nitride semiconductor light emitting device in which an n-type nitride semiconductor layer, an active layer, and a p-type nitride semiconductor layer are sequentially stacked on a substrate and an upper surface of the substrate, wherein the n-type nitride semiconductor layer is A nitride semiconductor light emitting device having at least two exposed upper surfaces and having substantially vertical side surfaces between the upper surfaces having different heights.
[0011]
(2) The nitride semiconductor light emitting device according to the above (1), wherein the nitride semiconductor light emitting device has a substrate whose upper surface is partially exposed.
[0012]
(3) The n-type nitride semiconductor layer has a first upper surface near the center of the nitride semiconductor light emitting device, a second upper surface far from the center, and the second upper surface. Is located at a position lower than the first upper surface, the nitride semiconductor light emitting device according to any one of the above (1) or (2).
[0013]
(4) The n-type nitride semiconductor layer is located between a first side surface continuous from a bonding surface between the n-type nitride semiconductor layer and the active layer, and a first upper surface and a second upper surface. 2. The nitride semiconductor light emitting device according to (3), comprising: a second side surface; and a third side surface located between the second upper surface and the exposed upper surface of the substrate.
[0014]
(5) The first upper surface and the second side surface are continuous, and a continuous inclined surface is provided between the second upper surface and the third side surface. The nitride semiconductor light emitting device according to any one of the above (3) and (4).
[0015]
(6) A nitride semiconductor light emitting device in which an n-type nitride semiconductor layer, an active layer, and a p-type nitride semiconductor layer are sequentially stacked on a substrate and an upper surface of the substrate, wherein the n-type nitride semiconductor layer is The above (1) to (5), which have m exposed top faces (where m is an integer of 3 or more) and have substantially vertical side faces between the top faces having different heights. The nitride semiconductor light emitting device according to any one of the above.
[0016]
(7) The nitride semiconductor light-emitting device according to (6), wherein the upper surface of the substrate is partially exposed.
[0017]
(8) The n-type nitride semiconductor layer has an (m-1) -th upper surface near the center of the nitride semiconductor light-emitting device, and an m-th upper surface far from the center. The nitride semiconductor light emitting device according to any one of (6) and (7), wherein the upper surface of m is lower than the upper surface of (m-1).
[0018]
(9) The n-type nitride semiconductor layer includes an (m-1) -th side surface, an m-th side surface located between the (m-1) -th upper surface and the m-th upper surface, The (m + 1) -th side surface located between the upper surface and the exposed substrate upper surface or the (m + 1) -th upper surface, the nitride semiconductor light-emitting device according to the above (8),
[0019]
(10) Between the (m-1) -th upper surface and the m-th side surface, a (m-2) -th inclined surface that is continuous with each of the (m-1) -th upper surface and the m-th side surface is provided. The nitride semiconductor light-emitting device according to the above (9), wherein the nitride semiconductor light-emitting device according to the above (9), has an m-th inclined surface that is continuous with each of the (m + 1) side surfaces.
[0020]
(11) The m-th inclined surface includes a plurality of continuous inclined surfaces, and the number of the (m-1) -th inclined surfaces is smaller than the number of the m-th inclined surfaces. The nitride semiconductor light-emitting device according to the above (10).
[0021]
(12) The nitride semiconductor according to any one of (1) to (11), wherein the thickness of the n-type nitride semiconductor between the substrate and the active layer is 5 μm or more. Light emitting element.
[0022]
(13) The nitride according to any one of (1) to (12), wherein the substrate has regularly arranged dimples formed on a bonding surface with the nitride semiconductor. Object semiconductor light emitting device.
[0023]
(14) a first step of sequentially stacking an n-type nitride semiconductor layer, an active layer, and a p-type nitride semiconductor layer on a substrate; and, after the first step, a p-type nitride semiconductor layer. Forming a mask layer on the nitride semiconductor layer and etching the non-mask formation portion until the n-type nitride semiconductor layer is exposed; and, after the second step, partially removing the mask layer as a third step Then, the non-mask forming portion is etched until the n-type nitride semiconductor layer is exposed, and after the third process, as a fourth process, the mask layer is partially removed, and the non-mask forming portion is n-type nitrided. A method of etching the nitride semiconductor light-emitting device until the target semiconductor layer is exposed and partially until the substrate is exposed.
[0024]
(15) The method according to (14), wherein after the first step, the second step and the third step are repeatedly performed a plurality of times, and after the last third step, the fourth step is performed. A method for manufacturing a nitride semiconductor light-emitting device.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An object of the present invention is to improve the luminous efficiency of a nitride semiconductor light-emitting device, and further to improve light extraction efficiency from the device. To improve the light extraction efficiency.
[0026]
The present invention is characterized by the shape of the element, and makes it easy to extract light above the element. FIG. 2 shows that an n-type nitride semiconductor layer 101, an active layer 102, and a p-type nitride semiconductor layer 103 are sequentially stacked on the upper surface of a substrate 201, and that the n-type nitride semiconductor layer faces upward from the nitride semiconductor light emitting device. Two exposed upper surfaces are exposed, and a part of the upper surface of the substrate is also exposed. Further, assuming that the two n-type nitride semiconductor layers are a first upper surface and a second upper surface, side surfaces of the n-type nitride semiconductor layer are located between the first upper surface, the second upper surface, and the upper surface of the substrate, respectively. Is exposed.
[0027]
Until now, only one surface was exposed on the upper surface of the n-type nitride semiconductor layer to form an n-electrode. However, by providing a surface different from the n-electrode formation surface, Light extraction efficiency can be increased. More specifically, most of the light emitted from the active layer is repeatedly reflected between the substrate and the p-electrode, propagates in the lateral direction, and is easily extracted from the side surface of the element. The light propagating in the lateral direction reaches near the side surface of the element. Conventionally, light reaching near the side surface is extracted to the outside from the side surface of the n-type nitride semiconductor layer or the upper surface of the n-type nitride semiconductor layer on which the n-electrode is formed. , And a second upper surface. When light propagating on each of the upper surfaces hits the light, light is extracted from the surfaces and the light exits upward. An n-electrode is formed on one of the first upper surface and the second upper surface. However, on the upper surface on which the n-electrode is not formed, the critical angle is different from that of the first upper surface and the second upper surface because the refractive index of the contact surface is different. And the angle is easily changed to the outside. Although the n-electrode 302 is formed on the first upper surface in FIG. 2, the n-electrode may also be electrically connected to the outside on the first upper surface. However, it is preferable that the first upper surface, that is, the upper surface formed on the n-type nitride semiconductor layer be formed at the highest position. This is because light incident on the n-electrode is partially absorbed, so that it is better to reduce the number of reflections at the n-electrode.
[0028]
When the side closer to the center of the nitride semiconductor light emitting device is the first upper surface and the side farther from the center is the second upper surface, the second upper surface is formed at a position lower than the first upper surface. That is, as the distance from the active layer increases, the upper surface is formed at a lower position. For example, part of the light that hits the first upper surface is extracted upward from the upper surface, part of the light is reflected by the upper surface, and further propagates in the lateral direction. Some of the reflected light is extracted upward on the next upper surface. In other words, as the distance from the center of the element increases, the light emitted upward also decreases for each upper surface, so that the directional characteristics of the element upward can be improved. Conversely, when the first upper surface is formed at a position lower than the second upper surface, the first upper surface located between the bonding surface between the n-type nitride semiconductor layer and the active layer and the first upper surface is formed. Since the side surface and the second side surface located between the first upper surface and the second upper surface are opposed to each other, light extracted upward from the first upper surface is not reflected by the first side surface and the second side surface. The light exits above the element while repeating reflection with the side surface of the element 2. Light is gradually attenuated during the repeated reflection, and the extraction efficiency is reduced. Further, unevenness tends to occur in the directivity characteristics of the element upward, which is not preferable when used in a unit in which a plurality of elements are mounted.
[0029]
That is, the n-type nitride semiconductor layer is formed by connecting the first side surface continuous from the junction surface between the n-type nitride semiconductor layer and the active layer, and the second upper surface located between the first upper surface and the second upper surface. By forming the n-type nitride semiconductor layer in a stepped manner so as to have a side surface and a third side surface located between the second upper surface and the exposed upper surface of the substrate, the light extraction efficiency of upward light is improved. A high element can be obtained.
[0030]
In the nitride semiconductor light emitting device according to the present invention, the first upper surface and the second side surface are formed continuously, and the first continuous surface is formed between the second upper surface and the third side surface. It is preferable to have an inclined surface. Most of the light emitted from the active layer is repeatedly reflected in the device and propagates in the lateral direction. Most of the propagating light is emitted from the side surface of the device. In the nitride semiconductor light emitting device of the present invention, the first upper surface and the second upper surface are formed on the n-type nitride semiconductor layer. At this time, if there is a 90 ° angle between the upper surface and the side surface, light is concentrated at that angle, and the corner appears to shine more strongly than the others (see FIG. 3A). This is because light that is repeatedly reflected between the upper surface and the side surface is concentrated at the corner. Therefore, a first inclined surface continuous between the second upper surface and the third side surface is provided. By doing so, the angle between the surfaces becomes larger than 90 °, and the light is dispersed, so that the concentration of light at the corners can be reduced (see FIG. 3B). The nitride semiconductor light emitting device of the present invention has an optical axis vertically above the substantially central portion of the device, and the light intensity in the optical axis direction is as large as possible. It gradually becomes smaller as it shifts. At this time, by forming an inclined surface at a position away from the active layer, the light intensity gradually decreases, so that the light intensity from the upper surface side can be increased.
[0031]
So far, the case where the n-type nitride semiconductor layer has two upper surfaces having different heights has been described. However, the same effect can be obtained even when the number of the upper surfaces is more than two. That is, when the n-type nitride semiconductor layer has m (where m is an integer of 3 or more) upper surfaces, the upper surface is closer to the (m-1) -th upper surface closer to the center of the nitride semiconductor light emitting device. By having the m-th upper surface farther from the center at a lower position, the efficiency of light extraction upward can be increased. Further, the (m-1) -th side surface, the m-th side surface located between the (m-1) -th upper surface and the m-th upper surface, and the m-th upper surface and the exposed upper surface of the substrate or the ( (m + 1) side surface located between the (m + 1) upper surface and the (m + 1) side surface, and the n-type nitride semiconductor layer is formed in a step shape, so that the light extraction efficiency in the upward direction is increased and the directional characteristics are uneven. A good nitride semiconductor light emitting device can be obtained. Further, between the (m-1) th upper surface and the mth side surface, a (m-2) th inclined surface which is continuous with each other is formed, and the mth upper surface and the (m + 1) th inclined surface are formed. By forming a continuous (m-1) -th inclined surface between each of the side surfaces, the concentration of light at a corner between the upper surface and the side surface can be reduced. Further, the (m-1) -th inclined surface is formed of a plurality of continuous inclined surfaces, and the number of the (m-2) -th inclined surfaces is smaller than the number of the (m-1) -th inclined surfaces. Thus, the decrease in light intensity when the light beam deviates from the optical axis direction can be made gentle, and preferable directional characteristics can be obtained. For example, when m is 3, the first inclined surface is provided between the second upper surface and the third side surface, and the second inclined surface is provided between the third upper surface and the fourth side surface. Having an inclined surface. At this time, the second inclined surface has a plurality of continuous inclined surfaces. For example, as shown in FIG. 4, when the second inclined surface is composed of three inclined surfaces, the number of the first inclined surfaces is smaller than the number 3 of the second inclined surfaces and is one. By taking advantage of the fact that the more the number of inclined surfaces between the top surface and the side surface is increased, the light is dispersed on each surface, and as the distance from the active layer increases, the number of inclined surfaces at the corners is increased, This is because the decrease in the light intensity when the light beam deviates from the optical axis direction can be made gentle.
[0032]
The nitride semiconductor light emitting device of the present invention exhibits a remarkable effect when the thickness of the n-type nitride semiconductor between the substrate and the active layer is 5 μm or more. By increasing the thickness of the n-type nitride semiconductor layer, reflection between the p-electrode and the substrate is repeated, and attenuation of light propagating laterally in the nitride semiconductor layer can be prevented. In manufacturing a semiconductor light emitting device, a photolithography technique is usually used when forming a p-electrode and an n-electrode. Specifically, a mask is formed on the non-electrode-formed portion using a resist or the like as a mask material, and after the electrode material is formed on the entire surface, the mask-formed portion is removed from the mask to be partially (on the non-mask-formed portion). ), A lift-off method is used such that an electrode is formed. At this time, since the thickness of the n-type nitride semiconductor layer is large, the resist 501 cannot be uniformly applied as shown in FIG. In particular, at the corner between the side surface and the top surface, the resist 501 becomes very thin, and the electrode material tends to be formed at the corner. It is also possible to apply a thick resist, but if the resist is formed thickly, the patterning accuracy deteriorates. Therefore, by forming upper surfaces of different heights on the n-type nitride semiconductor layer 101 as in the present invention, high step portions can be eliminated, and the mask material can be easily applied uniformly. 5 (a) and FIG. 5 (b), a conventional nitride in which only one upper surface of the n-type nitride semiconductor layer 101 of FIG. 5 (a) is provided and an n-electrode is formed on that surface. In the shape of the semiconductor element, the resist is extremely thin at the corner between the upper surface and the side surface of the n-type nitride semiconductor layer. However, when two upper surfaces are provided as shown in FIG. 501 is also formed at the corner. This is because the resist has fluidity and depends on the viscosity of the resist. However, if there is a step that is thicker than about 5 μm, the resist tends to be hardly applied to the corners. Therefore, when the n-type nitride semiconductor layer 101 is larger than 5 μm, by providing a plurality of upper surfaces having different heights, it is possible to form a resist well and obtain a highly reliable nitride semiconductor light emitting device. Become. For this reason, for example, when the n-type nitride semiconductor layer has a thickness of 10 μm, it is preferable to form three upper surfaces having different heights on the n-type nitride semiconductor layer. When considering the resist coverage, the height (corresponding to the height on the side surface) of the steps formed in the n-type nitride semiconductor layer is preferably 5 μm or less. Further, the width of the step (corresponding to the width on the upper surface) is set to 5 μm or more, so that the resist is once flattened on the upper surface, which is preferable when a plurality of steps are provided.
[0033]
The nitride semiconductor light-emitting device of the present invention exhibits a remarkable effect when regularly arranged dimples are formed on the bonding surface of the substrate with the nitride semiconductor. An object of the present invention is to improve the light extraction efficiency particularly above the element. Therefore, by forming irregularities on the substrate in advance, and by epitaxially growing a nitride semiconductor thereon, the incident angle at which the light emitted from the active layer and the light reflected from the p-electrode hit the substrate is formed. By changing the incident angle when the light strikes the substrate when the light is not emitted, light can be easily extracted to the outside. Particularly preferably, by forming the convex portion of the concave and convex forming portion in a mesa shape, most of the light incident on the surface connecting the concave portion and the convex portion changes its course in the vertical direction. In other words, by forming the irregularities, particularly by forming the convex portions in a mesa shape, of the light incident on the substrate, light incident at an angle larger than the critical angle is reduced, and light incident at an angle smaller than the critical angle. Can be increased. In addition, by forming the dimple, the nitride semiconductor layer grown on the substrate is grown reflecting the shape of the unevenness of the substrate, so that the nitride semiconductor layer growth surface is not easily smooth. In particular, if the active layer is not smooth and has irregularities, it is not preferable because the yield in light emission characteristics is deteriorated. Therefore, when using a substrate on which dimples are formed, it is preferable that the thickness of the n-type nitride semiconductor layer between the substrate and the active layer be 5 μm or more. As a result, a smooth surface of the active layer can be obtained, and a nitride semiconductor light emitting device having high light extraction efficiency above the device and good yield can be obtained. In the present invention, the dimple shape having unevenness refers to a shape in which a concave portion and a convex portion have a flat surface. In addition, as a specific preferable shape of the substrate having the unevenness, the taper angle of the side surface of the concave portion (= the angle between the bottom surface and the side surface of the concave portion) is 105 ° or more, preferably 115 ° or more, and 160 ° or less, preferably 150 ° or less. ° or less, more preferably 140 ° or less. Thus, an element having high light extraction efficiency above the element can be obtained. When the depth of the concave portion and the step of the convex portion are not less than 5 nm and the thickness of the n-type nitride semiconductor layer is not more than the thickness of the n-type nitride semiconductor layer, the incident angle when light impinges on the substrate is not formed. When changing the incident angle at the time of hitting the substrate, the effect of reducing the light incident at an angle larger than the critical angle and increasing the light incident at an angle smaller than the critical angle appears remarkably.
[0034]
In the present invention, each of the n-type nitride semiconductor layer 101, the active layer 102, and the p-type nitride semiconductor layer 103 is made of a nitride semiconductor, and is preferably made of Al. _x In _y Ga _1-xy N (0 ≦ x, 0 ≦ y, x + y ≦ 1). In addition, each layer is made of Al _x In _y Ga _1-xy N (0 ≦ x, 0 ≦ y, x + y <1), that is, at least one layer of a nitride semiconductor containing Ga. Each of the n-type nitride semiconductor layer 101 and the p-type nitride semiconductor layer 103 includes a plurality of layers and has at least a layer functioning as a cladding layer. In addition, the n-type nitride semiconductor layer 101 has a buffer layer for epitaxially growing the nitride semiconductor layer on the substrate, on the bonding surface with the substrate. The active layer 102 may have either a single quantum well structure or a multiple quantum well structure, and preferably has a multiple quantum well structure in which a well layer and a barrier layer are repeatedly stacked.
[0035]
Furthermore, in the present invention, a p-electrode 301 is formed on the uppermost surface of the p-type nitride semiconductor layer 103, and an n-electrode 302 is formed on any one of a plurality of upper surfaces of the n-type nitride semiconductor layer. At least a part of each of the electrodes is formed so as to obtain favorable ohmic properties with the nitride semiconductor layer in contact therewith.
[0036]
Next, a method for manufacturing the nitride semiconductor light emitting device of the present invention will be described.
[0037]
In the method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device of the present invention, as a first step, a step of sequentially stacking an n-type nitride semiconductor layer, an active layer, and a p-type nitride semiconductor layer on a substrate; Thereafter, as a second step, a mask layer is formed on the p-type nitride semiconductor layer, and the unmasked portion is etched until the n-type nitride semiconductor layer is exposed, and after the second step, a third step is performed. A step of partially removing the mask layer and etching the non-mask forming portion until the n-type nitride semiconductor layer is exposed; and a third step and, after the third step, a partial removal of the mask layer And a step of etching the non-mask forming portion until the n-type nitride semiconductor layer is exposed and partially until the substrate is exposed. Furthermore, after the first step, the second step and the third step are repeatedly performed a plurality of times, and after the last third step, the fourth step is performed.
[0038]
In a nitride semiconductor light emitting device obtained by forming a nitride semiconductor on a substrate, it is necessary to form a p-type electrode and an n-electrode on the same surface side. Therefore, a mask is formed on a part of the p-type nitride semiconductor layer. Then, the n-type nitride semiconductor layer is exposed in the non-mask formation portion by etching such as RIE, and an n-electrode is formed on the exposed surface. In the method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device according to the present invention, a second exposed surface different from the exposed surface of the n-type nitride semiconductor layer forming the n-electrode is further provided.
[0039]
Hereinafter, the manufacturing method of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 6 to 14 show the steps of manufacturing the nitride semiconductor light emitting device of the present invention in order.
[0040]
First, as shown in FIG. 6, an n-type nitride semiconductor layer 101, an active layer 102, and a p-type nitride semiconductor layer 103 are stacked on a substrate 201. The substrate 201 is preferably a sapphire substrate. The n-type nitride semiconductor layer 101, the active layer 102, and the p-type nitride semiconductor layer 103 are made of Al _x In _y Ga _1-xy N (0 ≦ x, 0 ≦ y, x + y ≦ 1). In addition, each layer is made of Al _x In _y Ga _1-xy N (0 ≦ x, 0 ≦ y, x + y <1), that is, a plurality of layers having at least one nitride semiconductor containing Ga is preferable.
[0041]
Next, as shown in FIG. 7, a mask layer 401 is formed on a part of the p-type nitride semiconductor layer 103. When the AlInGaN-based nitride semiconductor layer is etched by RIE or the like, the material of the mask layer preferably used is SiO. ₂ Is mentioned. As a method of forming the mask layer 401 by patterning as shown in FIG. 7, an ordinary patterning method using a resist is used.
[0042]
Next, as shown in FIG. 8, after forming a mask layer 401 on a part of the p-type nitride semiconductor layer 103, the nitride semiconductor is etched by RIE to expose the n-type nitride semiconductor layer 101. Here, the exposed surface of the n-type nitride semiconductor layer 101 exposed in this step is defined as a first region.
[0043]
Next, as shown in FIG. 9, a part of the mask layer 401 formed first is removed. A mask layer smaller than the initially formed mask layer is formed by patterning. A method for removing a part of the mask layer 401 is to use a resist in the same manner, apply a resist only to a non-mask removed portion, and remove the resist by RIE using a gas that selectively etches only the mask layer, Remove by wet etching. Any of them may be used for removal, but it is preferable to use RIE for accurate removal.
[0044]
Then, as shown in FIG. 10, after removing a part of the mask layer 401, the non-mask forming portion is further etched by RIE until the n-type nitride semiconductor layer is exposed. In the portion where the mask layer is removed, a part of the p-type nitride semiconductor layer 103, the active layer 102, and a part of the n-type nitride semiconductor layer 101 are etched, so that the n-type nitride semiconductor layer 101 is exposed. Here, the region of the n-type nitride semiconductor layer newly exposed by this step is defined as a second region. Further, since the first region, that is, the n-type nitride semiconductor layer 101 exposed by the first etching is further etched, the exposed surface of the n-type nitride semiconductor layer 101 is formed at a position lower than the first exposed surface. You. At this time, a height difference occurs between the first region and the second region, and a first step portion is formed.
[0045]
Next, as shown in FIG. 11, a part of the mask layer 401 is further removed. A mask layer smaller than the previously formed mask layer is formed by patterning.
[0046]
Then, as shown in FIG. 12, after removing a part of the mask layer 401, the non-mask formation portion is further etched by RIE until the n-type nitride semiconductor layer 101 is exposed. In the portion where the mask layer 401 is removed, a part of the p-type nitride semiconductor layer 103, the active layer 102, and a part of the n-type nitride semiconductor layer 101 are etched, so that the n-type nitride semiconductor layer 101 is exposed. Here, the region of the n-type nitride semiconductor layer 101 newly exposed by this step is set as a third region. Since the second region is further etched, the exposed surface of the n-type nitride semiconductor layer 101 is formed at a position lower than the exposed surface when the second region was formed. Further, the first region is etched until the sapphire substrate 201 is exposed. That is, by the etching in this step, the third region exposes the n-type nitride semiconductor layer 101, the second region exposes the n-type nitride semiconductor layer 101 at a position lower than the third region, In the region 1, the sapphire substrate 201 is exposed. A height difference occurs between the third region and the second region, and a second step portion is formed. A further etched first step is formed between the second region and the first region.
[0047]
Finally, as shown in FIG. 13, the mask layer 401 is removed, and as shown in FIG. 14, a p-electrode 301 is provided on the p-type nitride semiconductor layer 103 and an n-electrode is provided on the surface of the second step portion of the n-type nitride semiconductor layer. By forming the substrate 302 and cutting the substrate into chips, a nitride semiconductor light-emitting element can be obtained.
[0048]
Here, the first and second step portions include an upper surface and a side surface of the n-type nitride semiconductor layer, the surface of the second step portion is the first upper surface, and the side surface of the second step portion is the second side surface. The surface of the first step corresponds to the second upper surface, and the side surface of the first step corresponds to the third side surface.
[0049]
In the manufacturing method of the present invention, the nitride semiconductor layer is etched in several steps, and the substrate is exposed by the final etching, so that not only a plurality of step portions are formed but also the substrate and the nitride semiconductor layer. Compressive strain and tensile strain caused by a difference in thermal expansion coefficient between the nitride semiconductor light emitting device and the nitride semiconductor light emitting device having a high yield can be obtained.
[0050]
Further, according to the manufacturing method of the present invention, when the nitride semiconductor is etched by RIE, the nitride semiconductor layer to be etched has a step. When a nitride semiconductor layer having a step is etched, corners of the step are particularly etched. This is because the etching gas is particularly concentrated on the corners, and the corners are chamfered to form inclined surfaces. Since the second step portion is a step portion formed by the last etching, no inclined surface is formed. However, since the first step portion is already formed at the time of the last etching, a corner portion is formed. Etching is performed to form an inclined surface. Here, the first stepped portion inclined surface corresponds to the first inclined surface.
[0051]
Furthermore, in the manufacturing method of the present invention, as a first step, an n-type nitride semiconductor layer, an active layer, and a p-type nitride semiconductor layer are sequentially stacked on a substrate; and after the first step, a second step is performed. Forming a mask layer on the p-type nitride semiconductor layer and etching the non-mask formation portion until the n-type nitride semiconductor layer is exposed; and, after the second step, the third step A step of partially removing the layer and etching the non-mask formation portion until the n-type nitride semiconductor layer is exposed; and, after the third step, a fourth step of partially removing the mask layer to form a non-mask formation And etching the portion until the n-type nitride semiconductor layer is exposed and partially until the substrate is exposed. After the first step, the second step and the third step are performed a plurality of times. By repeating and finally performing the fourth step, the n-type nitride semiconductor layer The number of step is formed in a stepped shape, enhancing the light extraction efficiency of the upward, it is possible to obtain a good nitride semiconductor light emitting device having no unevenness in the directional characteristics. Further, when the corner between the upper surface and the side surface is etched at the step portion, the surface has an inclined surface. Are etched, so that three inclined surfaces are formed. By repeating the second step and the third step, the step portion is etched many times as the distance from the active layer increases. Therefore, as the distance from the active layer increases, the number of inclined surfaces at the corners increases. A semiconductor light emitting device can be obtained. By increasing the number of the inclined surfaces at the corners as the distance from the active layer increases, the decrease in the light intensity when deviating from the optical axis direction can be made gentle.
[0052]
【Example】
[Example 1]
As the substrate, a sapphire substrate whose main surface is the C surface (0001) having the orientation flat on the A surface (11-20) is used, and regularly arranged dimples are formed. The dimples are formed by repeating irregularities, the steps of the projections are 1 μm, and the inclination angles of the side faces of the projections are 120 °.
[0053]
Next, on the sapphire substrate on which the dimples were formed, Al was formed as an n-type semiconductor layer. _x Ga _1-x A low-temperature growth buffer layer of N (0 ≦ x ≦ 1) is stacked at 100 °, undoped GaN at 3 μm, Si-doped GaN at 4 μm, and undoped GaN at 3000 °, and then as an active layer of a multiple quantum well serving as a light emitting region , (Well layer, barrier layer) = (undoped InGaN, Si-doped GaN) are alternately stacked so that the thickness of each well is (60 °, 250 °), 6 well layers and 7 barrier layers. . In this case, the last stacked barrier layer may be undoped GaN. Since the total film thickness of the n-type nitride semiconductor layer is about 7 μm, the active layer can have a smooth surface without reflecting the uneven shape of the substrate.
[0054]
After stacking the active layers of the multiple quantum wells, as a p-type semiconductor layer, 200 ° of Mg-doped AlGaN, 1000 ° of undoped GaN, and 200 ° of Mg-doped GaN are stacked. An undoped GaN layer formed as a p-type semiconductor layer exhibits p-type due to diffusion of Mg from an adjacent layer.
[0055]
Next, a part of Mg-doped GaN is replaced with SiO. ₂ Is formed, and the p-type nitride semiconductor layer, the active layer, and a part of the n-type nitride semiconductor layer in the non-mask formation portion are etched to expose the Si-doped GaN layer.
[0056]
Next, SiO on Mg-doped GaN ₂ Of the p-type nitride semiconductor layer, the active layer, and a part of the n-type nitride semiconductor layer in the non-mask formation portion, thereby exposing the Si-doped GaN layer, and The Si-doped GaN layer is further etched to expose the undoped GaN layer.
[0057]
Next, SiO on Mg-doped GaN ₂ Is further removed, and a part of the p-type nitride semiconductor layer, the active layer, and the n-type nitride semiconductor layer in the non-mask formation portion is etched to expose the Si-doped GaN layer, and simultaneously, The undoped GaN layer is further etched to expose the undoped GaN layer, and the previously exposed undoped GaN layer is further etched to expose the sapphire substrate.
[0058]
Next, SiO on Mg-doped GaN ₂ Is removed, and a translucent p-electrode made of Ni / Au is formed on the entire surface of the Mg-doped GaN, and a p-pad electrode made of Au is formed on the translucent p-electrode at a position facing the n-electrode forming portion. An n-electrode made of W / Al / W and an n-pad electrode made of Pt / Au are formed on the exposed surface of the Si-doped GaN layer among the exposed surfaces of the n-type nitride semiconductor layer.
[0059]
Finally, the wafer is chipped into a square shape to obtain 1 mm square semiconductor chips.
[Example 2]
In the first embodiment, the p-electrode is a mesh-shaped electrode made of a metal film. Specifically, a p-electrode made of Rh and having an opening ratio of 50% is formed on almost the entire surface of the p-type semiconductor layer. Further, a p-pad electrode made of Au is formed on the p-electrode at a position facing the n-electrode formation portion, and W / Al / W is formed on the exposed surface of the Si-doped GaN layer among the exposed surfaces of the n-type nitride semiconductor layer. And an n-pad electrode made of Pt / Au.
[0060]
Finally, the wafer is chipped into a square shape to obtain 1 mm square semiconductor chips.
[Example 3]
In the first embodiment, the p-electrode is a mesh-shaped electrode made of a metal film. More specifically, a p-electrode made of Ni / Au, which is an opening having an aperture ratio of 50%, is formed on almost the entire surface of the p-type semiconductor layer. Further, a p-pad electrode made of Au is formed on the p-electrode at a position facing the n-electrode formation portion, and W / Al / W is formed on the exposed surface of the Si-doped GaN layer among the exposed surfaces of the n-type nitride semiconductor layer. And an n-pad electrode made of Pt / Au.
[0061]
Finally, the wafer is chipped into a square shape to obtain 1 mm square semiconductor chips.
[Example 4]
Example 1 is the same as Example 1 until Mg-doped GaN is grown as a p-type nitride semiconductor layer.
[0062]
Next, a part of Mg-doped GaN is replaced with SiO. ₂ Is formed, and the p-type nitride semiconductor layer, the active layer, and a part of the n-type nitride semiconductor layer in the non-mask formation portion are etched to expose the Si-doped GaN layer.
[0063]
Next, SiO on Mg-doped GaN ₂ Of the p-type nitride semiconductor layer, the active layer, and a part of the n-type nitride semiconductor layer in the non-mask formation portion, thereby exposing the Si-doped GaN layer, and The Si-doped GaN layer is further etched. Furthermore, SiO on Mg-doped GaN ₂ Is removed, and a similar step of etching the non-mask formation portion is repeated, so that an n-type nitride semiconductor layer is formed stepwise. In the last etching, the surface where the Si-doped GaN layer is exposed in the first etching reaches the sapphire substrate, and the sapphire substrate is exposed.
[0064]
Next, SiO on Mg-doped GaN ₂ Is removed, and a translucent p-electrode made of Ni / Au is formed on the entire surface of the Mg-doped GaN, and a p-pad electrode made of Au is formed on the translucent p-electrode at a position facing the n-electrode forming portion. An n-electrode made of W / Al / W and an n-pad electrode made of Pt / Au are formed on the uppermost exposed surface of the Si-doped GaN layer among the exposed surfaces of the n-type nitride semiconductor layer. .
[0065]
Finally, the wafer is chipped into a square shape to obtain 1 mm square semiconductor chips.
[0066]
【The invention's effect】
As described above, the nitride semiconductor light emitting device of the present invention can improve the efficiency of extracting light upward from the device. Further, according to the method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device of the present invention, it is possible to obtain a nitride semiconductor light emitting device having improved light extraction efficiency above the device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing propagation of light in a nitride semiconductor layer.
FIG. 2 is a schematic sectional view showing a nitride semiconductor light emitting device of the present invention;
FIG. 3 is a schematic step view for explaining the features of the nitride semiconductor light emitting device of the present invention;
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing one embodiment of the nitride semiconductor light emitting device of the present invention.
FIG. 5 is a schematic sectional view for explaining the features of the nitride semiconductor light emitting device of the present invention;
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating one step of the manufacturing method of the present invention;
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view illustrating one step of the manufacturing method of the present invention;
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view illustrating one step of the manufacturing method of the present invention;
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view illustrating one step of the production method of the present invention.
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view illustrating one step of the manufacturing method of the present invention;
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view illustrating one step of the manufacturing method of the present invention.
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view illustrating one step of the manufacturing method of the present invention;
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view illustrating one step of the manufacturing method of the present invention.
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view illustrating one step of the manufacturing method of the present invention.
[Explanation of symbols]
101 ... n-type nitride semiconductor layer,
102 ... active layer,
103 ... p-type nitride semiconductor layer,
201 ... substrate,
301 ... p electrode,
302... N electrode,
401 ... mask layer,
501 ... resist.

Claims

A nitride semiconductor light-emitting device in which a substrate and an n-type nitride semiconductor layer, an active layer, and a p-type nitride semiconductor layer are sequentially stacked on the upper surface of the substrate,
The n-type nitride semiconductor layer has at least two exposed upper surfaces, and has a substantially vertical side surface between the upper surfaces having different heights.

2. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the nitride semiconductor light emitting device has a substrate whose upper surface is partially exposed.

The n-type nitride semiconductor layer has a first upper surface near a center portion of the nitride semiconductor light emitting device and a second upper surface far from the center portion, and the second upper surface is a first surface. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the nitride semiconductor light emitting device is located at a position lower than a top surface of the nitride semiconductor light emitting device.

The n-type nitride semiconductor layer includes a first side surface that is continuous from a bonding surface between the n-type nitride semiconductor layer and the active layer, and a second side surface located between the first upper surface and the second upper surface. 4. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 3, further comprising: a third side surface located between the second upper surface and the exposed upper surface of the substrate. 5.

The said 1st upper surface and the 2nd side surface are continuous, and between the said 2nd upper surface and a 3rd side surface, each has the inclined surface which becomes each continuous. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 3 or 4.

A nitride semiconductor light-emitting device in which a substrate and an n-type nitride semiconductor layer, an active layer, and a p-type nitride semiconductor layer are sequentially stacked on the upper surface of the substrate,
The n-type nitride semiconductor layer has m exposed top surfaces (where m is an integer of 3 or more), and has substantially vertical side surfaces between the top surfaces having different heights. The nitride semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 5, wherein

The nitride semiconductor light-emitting device according to claim 6, wherein the nitride semiconductor light-emitting device has a substrate whose upper surface is partially exposed.

The n-type nitride semiconductor layer has an (m-1) -th upper surface near a center portion of the nitride semiconductor light-emitting device, and an m-th upper surface far from the center portion. The nitride semiconductor light-emitting device according to claim 6, wherein the light-emitting device is located at a position lower than the (m−1) -th upper surface.

The n-type nitride semiconductor layer is exposed to the (m-1) th side surface, the mth side surface located between the (m-1) th upper surface and the mth upper surface, and the mth upper surface. The (m + 1) -th side surface located between the substrate upper surface and the (m + 1) -th upper surface.

Between the (m-1) -th upper surface and the m-th side surface, there is a (m-2) -th inclined surface which is continuous with the (m-1) -th surface and the (m + 1) -th surface. The nitride semiconductor light-emitting device according to claim 9, further comprising an m-th inclined surface continuous with each of the side surfaces.

The m-th inclined surface includes a plurality of continuous inclined surfaces, and the number of the (m-1) -th inclined surfaces is smaller than the number of the m-th inclined surfaces. Item 11. The nitride semiconductor light emitting device according to item 10.

The nitride semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 11, wherein a thickness of the n-type nitride semiconductor between the substrate and the active layer is 5 µm or more.

The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the substrate has regularly arranged dimples formed on a bonding surface with the nitride semiconductor. .

A first step of sequentially stacking an n-type nitride semiconductor layer, an active layer, and a p-type nitride semiconductor layer on a substrate;
After the first step, as a second step, a step of forming a mask layer on the p-type nitride semiconductor layer and etching the unmasked portion until the n-type nitride semiconductor layer is exposed;
After the second step, as a third step, a step of partially removing the mask layer and etching a non-mask forming portion until the n-type nitride semiconductor layer is exposed;
After the third step, as a fourth step, there is provided a step of partially removing the mask layer and etching a non-mask forming portion until the n-type nitride semiconductor layer is exposed, and partially until the substrate is exposed. A method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device.

The nitride semiconductor according to claim 14, wherein after the first step, the second step and the third step are repeatedly performed a plurality of times, and after the last third step, the fourth step is performed. A method for manufacturing a light-emitting element.