JP2019125649A - Substrate for semiconductor light-emitting element and semiconductor light-emitting element - Google Patents
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Abstract
【課題】優れた発光効率を有する半導体発光素子を歩留まりよく製造すること。【解決手段】半導体発光素子用基材(100)は、基板と、基板の主面に半導体非成長部位(102)と半導体成長部位(103)と、を具備する。基板に少なくとも第1半導体層、発光半導体層及び第2半導体層がこの順に積層された半導体発光素子を形成する。半導体非成長部位(102)が凸構造を有しており、半導体成長部位(103)が凹構造を有しており、凹構造の少なくとも一部の底面が非平坦面である。半導体成長部位(103)を確保して結晶転位欠陥を減らすことで、内部量子効率が改善される。また、半導体非成長部位(102)の凸構造により、光を散乱させ、光取り出し効率が高められる。半導体層にかかる圧縮応力が緩和されることで、Droopが抑制される。【選択図】図1A semiconductor light emitting device having excellent light emission efficiency is manufactured with high yield. A substrate for a semiconductor light emitting device (100) includes a substrate and a semiconductor non-growth site (102) and a semiconductor growth site (103) on a main surface of the substrate. A semiconductor light emitting device in which at least a first semiconductor layer, a light emitting semiconductor layer, and a second semiconductor layer are stacked in this order on a substrate is formed. The semiconductor non-growth part (102) has a convex structure, the semiconductor growth part (103) has a concave structure, and at least a part of the bottom surface of the concave structure is a non-flat surface. By securing the semiconductor growth site (103) and reducing crystal dislocation defects, the internal quantum efficiency is improved. Moreover, the convex structure of the semiconductor non-growth site (102) scatters light and increases the light extraction efficiency. Drop is suppressed by reducing the compressive stress applied to the semiconductor layer. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、半導体発光素子用基材及び半導体発光素子に関する。 The present invention relates to a substrate for a semiconductor light emitting device and a semiconductor light emitting device.
半導体層を利用した半導体発光素子である発光ダイオード(LED)は、従来の蛍光灯や白熱電球などの旧来の発光装置と比較し、小型で電力効率が高く、オンオフ応答性が速いなどの特性を有し、且つ、すべて固体で構成されているため、振動に強く機器寿命が長いなどの多くの利点を有している。 A light emitting diode (LED), which is a semiconductor light emitting element using a semiconductor layer, has characteristics such as small size, high power efficiency, and quick on / off response as compared with conventional light emitting devices such as conventional fluorescent lamps and incandescent bulbs. Because it is made entirely of solids, it has many advantages such as vibration resistance and long instrument life.
中でも、青色LEDに代表されるGaN系半導体発光素子は、単結晶基板上にエピタキシャル成長でn層、発光層、p層を積層して製造され、基板として一般にサファイア単結晶基板やSiC単結晶基板が用いられる。しかしながら、例えば、サファイア結晶とGaN系半導体結晶との間には、格子不整合が存在するため、この格子不整合によって結晶転位欠陥が発生する。この転位欠陥の密度は、1×109個/cm2に達する。この結晶転位欠陥によって、LED内部での内部量子効率が下がり、結果として、LEDの発光効率が下がってしまう。 Among them, GaN-based semiconductor light emitting devices represented by blue LEDs are manufactured by laminating n layers, light emitting layers and p layers by epitaxial growth on a single crystal substrate, and generally a sapphire single crystal substrate or SiC single crystal substrate is used as a substrate. Used. However, for example, since there is a lattice mismatch between the sapphire crystal and the GaN-based semiconductor crystal, crystal dislocation defects occur due to the lattice mismatch. The density of the dislocation defects reaches 1 × 10 9 / cm 2 . The crystal dislocation defects reduce the internal quantum efficiency inside the LED, and as a result, the light emission efficiency of the LED decreases.
また、GaN系半導体層の屈折率は、サファイア基材よりも大きいため、半導体発光層内で発生した光は、サファイア基材との界面から、臨界角以上の角度では出射せず、導光モードとなって減衰し、結果として外部量子効率が低下する問題があった。 In addition, since the refractive index of the GaN-based semiconductor layer is larger than that of the sapphire substrate, light generated in the semiconductor light-emitting layer is not emitted from the interface with the sapphire substrate at an angle greater than the critical angle. And there is a problem that the external quantum efficiency is lowered as a result.
一方、青色LED固有の現象として、注入される電流の増加に伴い、発光効率が低下するという問題点がある。これはGaInNとGaNとサファイア基材との間の格子不整合や、GaN成膜時に晒される高温から室温に戻したときのGaNとサファイア基材との間の熱膨張係数の違いにより発生するGaInNへの圧縮応力が原因と考えられている。 On the other hand, as a phenomenon unique to the blue LED, there is a problem that the light emission efficiency is lowered with the increase of the injected current. This is caused by the lattice mismatch between GaInN, GaN, and the sapphire base, and the difference in the thermal expansion coefficient between GaN and the sapphire base when the temperature is raised from room temperature to the room temperature during GaN deposition. It is believed that the cause is compressive stress.
上記問題を解決するために、GaN系半導体層をエピタキシャル成長させるサファイア基板表面に、周期的な凹凸構造を設け、GaN系半導体層を、横方向成長モードを利用しエピタキシャル成長させる技術が報告されている(例えば、特許文献1参照)。この技術によれば、半導体層のエピタキシャル成長の過程で、C面平面から成長した半導体層が凹凸構造を埋めるために、結晶転位欠陥(貫通転移欠陥)が減少し、得られる半導体層の結晶品質を向上させることができる。 In order to solve the above-mentioned problems, a technique has been reported in which a periodic uneven structure is provided on the surface of a sapphire substrate on which a GaN-based semiconductor layer is epitaxially grown, and the GaN-based semiconductor layer is epitaxially grown using a lateral growth mode ( For example, refer to Patent Document 1). According to this technique, in the process of epitaxial growth of the semiconductor layer, the semiconductor layer grown from the C-plane flats the uneven structure, so that crystal dislocation defects (penetration transition defects) are reduced, and the crystal quality of the obtained semiconductor layer is reduced. It can be improved.
また、このように得られた半導体層とサファイア基板との界面には凹凸が存在するため、横方向に伝播する光が散乱され、それによって光取り出し効率が向上する(例えば、特許文献2参照)。 In addition, since unevenness is present at the interface between the semiconductor layer thus obtained and the sapphire substrate, light propagating in the lateral direction is scattered, whereby the light extraction efficiency is improved (for example, see Patent Document 2). .
さらに、基板の上面に、基板の結晶面に沿って広がる平坦部と、平坦部から突き出た複数の大径突部を形成し、大径突部よりも小さい複数の小径突部を大径突部の外表面に形成することで、発光構造体と基板との界面での全反射を抑制し、光取り出し効率を向上できる技術が報告されている(例えば、特許文献3参照)。 Furthermore, a flat portion extending along the crystal plane of the substrate and a plurality of large diameter protrusions protruding from the flat portion are formed on the upper surface of the substrate, and a plurality of small diameter protrusions smaller than the large diameter protrusion are large diameter protrusions By forming on the outer surface of the part, there is reported a technology capable of suppressing the total reflection at the interface between the light emitting structure and the substrate and improving the light extraction efficiency (see, for example, Patent Document 3).
またさらに、基板表面に形成される凹凸構造が規則的な歯抜けを有する様に配列されることで、内部量子効率を改善し、且つ、光散乱により導波モードを解消して光取り出し効率を高めることが可能となる技術が報告されている(例えば、特許文献4参照)。 Furthermore, by arranging the concavo-convex structure formed on the substrate surface to have regular tooth loss, the internal quantum efficiency is improved, and the waveguide mode is eliminated by light scattering to achieve light extraction efficiency. A technology that can be enhanced has been reported (see, for example, Patent Document 4).
LEDの発光効率を示す外部量子効率EQE(External Quantum Efficieney)を決定する要因として、電子注入効率EIE(Electron Injection Efficiency)、内部量子効率IQE(Internal Quantum Efficiency)及び光取り出し効率LEE(Light Extraction Efficiency)が挙げられる。このうち、内部量子効率IQEは、GaN系半導体結晶の結晶格子不整合に起因する結晶転位欠陥密度に依存する。光取り出し効率LEEは、基板に設けられた凹凸構造による光散乱により、GaN系半導体結晶層内部の導波モードを崩すことで改善される。また、発光層にかかる圧縮応力の影響により、内部量子効率IQEが電流の増加とともに低下する現象(Droop)が顕著となり、発光効率改善のための重要な課題となっている。 Electron injection efficiency EIE (Internal Injection Efficiency), internal quantum efficiency IQE (Internal Quantum Efficiency), and light extraction efficiency LEE (Light Extraction Efficiency) as factors for determining the external quantum efficiency EQE (External Quantum Efficiency) indicating the luminous efficiency of the LED Can be mentioned. Among these, the internal quantum efficiency IQE depends on the crystal dislocation defect density caused by the crystal lattice mismatch of the GaN-based semiconductor crystal. The light extraction efficiency LEE is improved by breaking the waveguide mode inside the GaN-based semiconductor crystal layer by light scattering by the concavo-convex structure provided on the substrate. Further, due to the influence of compressive stress applied to the light emitting layer, a phenomenon (Droop) in which the internal quantum efficiency IQE decreases with an increase in current becomes remarkable, which is an important issue for improving the light emission efficiency.
このため、LEDの発光効率を向上するためには、GaN系半導体結晶の結晶格子不整合に起因する結晶転位欠陥密度を減らし、且つ、基板に設けられた凹凸構造による光散乱の度合いを高めながら、Droopを低減することが必要となる。 Therefore, in order to improve the light emission efficiency of the LED, the crystal dislocation defect density due to the crystal lattice mismatch of the GaN-based semiconductor crystal is reduced, and the degree of light scattering by the concavo-convex structure provided in the substrate is increased. , It is necessary to reduce Droop.
しかしながら、特許文献1に記載の技術においては、半導体結晶の格子不整合に起因する結晶転位欠陥を減少させるためには、基板表面の凹凸構造における、結晶成長の起点となる谷部の平面密度を減少させる必要がある。しかしながら、平面密度を減少しすぎると、エピタキシャル成長に必要な格子面が適合した基板面(例えばサファイア基板のC面)の面積が減少するため、結晶成長初期のエピタキシャル膜の結晶面が安定せず、逆に、格子不整合に起因する結晶転位欠陥が増加する問題があった。 However, in the technique described in Patent Document 1, in order to reduce crystal dislocation defects caused by lattice mismatch of the semiconductor crystal, the plane density of the valley portion serving as the starting point of crystal growth in the concavo-convex structure of the substrate surface is You need to reduce it. However, if the plane density is reduced too much, the area of the substrate plane (e.g., the C plane of the sapphire substrate) fitted with the lattice plane necessary for epitaxial growth decreases, and the crystal plane of the epitaxial film in the initial stage of crystal growth is unstable. On the contrary, there is a problem that crystal dislocation defects resulting from lattice mismatch increase.
特許文献2に記載の技術においても、基板表面に形成する凸部を密に配置することで、光取り出し効率LEEを向上できるが、凸部間の隙間をなくすと、エピタキシャル成長の起点となる格子面が適合した基板面(例えばサファイア基板のC面)がなくなり、格子不整合に起因する結晶転位欠陥が増加し、結晶品質が低下し、結果として得られるLEDの発光効率が向上しない問題があった。 Even in the technique described in Patent Document 2, the light extraction efficiency LEE can be improved by closely arranging the convex portions formed on the substrate surface, but when the gaps between the convex portions are eliminated, the lattice plane which becomes the starting point of the epitaxial growth. There is a problem that there is no substrate surface (for example, the C-plane of sapphire substrate) to which C. conforms, crystal dislocation defects due to lattice mismatch increase, crystal quality is deteriorated, and the light emission efficiency of the resulting LED is not improved .
また、特許文献1−4のいずれにおいても、発光層には強い圧縮応力がかかり、高電流を流したときにDroopが発生するという問題点があった。 Moreover, in any of Patent Documents 1-4, a strong compressive stress is applied to the light emitting layer, and there is a problem that Droop occurs when a high current flows.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、優れた発光効率を有する半導体発光素子を歩留まりよく製造することができる半導体発光素子用基材及び半導体発光素子を提供することを目的の一つとする。 This invention is made in view of this point, and it is an object of the present invention to provide a substrate for a semiconductor light emitting device and a semiconductor light emitting device capable of manufacturing a semiconductor light emitting device having excellent luminous efficiency with high yield. To be
本発明の一態様の半導体発光素子用基材は、基板と、前記基板の主面に半導体非成長部位と半導体成長部位と、を具備し、前記基板に少なくとも第1半導体層、発光半導体層及び第2半導体層がこの順に積層された半導体発光素子を形成するための半導体発光素子用基材であって、前記半導体非成長部位が凸構造を有しており、前記半導体成長部位が凹構造を有しており、前記凹構造の少なくとも一部の底面が非平坦面であることを特徴する。 A substrate for a semiconductor light emitting device according to one aspect of the present invention comprises a substrate, and a semiconductor non-growth site and a semiconductor growth site on the main surface of the substrate, and at least a first semiconductor layer, a light emitting semiconductor layer and It is a base material for semiconductor light emitting elements for forming the semiconductor light emitting element by which the 2nd semiconductor layer was laminated in this order, and the above-mentioned semiconductor non-growth part has convex structure, and the above-mentioned semiconductor growth part has concave structure. It is characterized in that the bottom surface of at least a part of the concave structure is a non-flat surface.
この構成によれば、半導体発光素子用基材の主面に半導体層をエピタキシャル成長させる際に、エピタキシャル成長促進部となる半導体成長部位と、エピタキシャル成長抑制部となる半導体非成長部位が、主面内に混在している。半導体成長部位により、エピタキシャル成長促進部を確保することで、半導体層中の結晶欠陥が抑制され、得られる半導体発光素子の内部量子効率IQEを高めることができる。また、半導体非成長部位により、凸構造の面積を確保することで、半導体発光素子において凸構造で光を散乱させることができる。これらにより、半導体発光素子の内部量子効率IQEを維持しながら、光取り出し効率LEEを向上できる。 According to this configuration, when epitaxially growing the semiconductor layer on the main surface of the semiconductor light emitting element substrate, the semiconductor growth site serving as the epitaxial growth promoting portion and the semiconductor non-growth site serving as the epitaxial growth suppressing portion coexist in the main surface. doing. By securing the epitaxial growth promoting portion by the semiconductor growth site, crystal defects in the semiconductor layer can be suppressed, and the internal quantum efficiency IQE of the obtained semiconductor light emitting device can be increased. Further, by securing the area of the convex structure by the semiconductor non-growth portion, light can be scattered by the convex structure in the semiconductor light emitting element. Thus, the light extraction efficiency LEE can be improved while maintaining the internal quantum efficiency IQE of the semiconductor light emitting device.
また、少なくとも一部の底面が非平坦面である凹構造を有する半導体成長部位から半導体層をエピタキシャル成長させることで、基板と半導体層の界面に多数の刃状転位を形成できる。半導体層を横方向成長させると刃状転位も横方向に曲げられ、積層される半導体層の会合に合わせて複数の刃状転位がまとめられて刃状転位の本数が激減する。刃状転位の減少に伴い刃状転位の体積の空隙が減少されることにより、半導体層にかかる圧縮応力が大きく緩和される。これにより、半導体発光素子の内部量子効率IQEの低下(Droop)を抑制できる。 In addition, a large number of edge dislocations can be formed at the interface between the substrate and the semiconductor layer by epitaxially growing the semiconductor layer from a semiconductor growth site having a concave structure in which at least a part of the bottom surface is a non-flat surface. When the semiconductor layer is grown in the lateral direction, the edge dislocations are also bent in the lateral direction, and a plurality of edge dislocations are put together according to the association of the stacked semiconductor layers, and the number of edge dislocations is drastically reduced. By reducing the volume gap of the edge dislocations as the edge dislocations decrease, the compressive stress applied to the semiconductor layer is greatly relaxed. Thereby, it is possible to suppress a drop (Droop) of the internal quantum efficiency IQE of the semiconductor light emitting device.
また、所定の面積の半導体成長部位により、エピタキシャル成長促進部が基板面内で均等に形成されるため、凹構造及び凸構造上に形成される半導体層の平坦性が向上する。このため、半導体発光素子化の効率が高められると共に、基板の反りが抑制され基板面内の発光波長分布を改善できる。これらにより、優れた発光効率を有する半導体発光素子を歩留まりよく製造することができる。 In addition, since the epitaxial growth promoting portion is uniformly formed in the substrate surface by the semiconductor growth portion of a predetermined area, the flatness of the semiconductor layer formed on the concave structure and the convex structure is improved. Therefore, the efficiency of the semiconductor light emitting device can be enhanced, and the warping of the substrate can be suppressed, and the light emission wavelength distribution in the substrate surface can be improved. As a result, semiconductor light emitting devices having excellent luminous efficiency can be manufactured with high yield.
本発明の一態様の半導体発光素子用基材においては、前記半導体非成長部位と隣接する前記半導体非成長部位の間の、前記凹構造の前記底面は連続した波状形状で形成されていることが好ましい。 In the base material for a semiconductor light emitting device according to one aspect of the present invention, the bottom surface of the concave structure between the semiconductor non-growth portion and the semiconductor non-growth portion adjacent to each other is formed in a continuous wave shape. preferable.
本発明の一態様の半導体発光素子用基材においては、最近接する4つの前記半導体非成長部位の対向する中心同士を結んだ線のうちの長い方の線に沿って断面観察したときに、前記半導体非成長部位を形成する向い合う前記凸構造の輪郭の曲線の変曲点を結んで形成される基準面と、前記凹構造の最下部との距離が、10nm以上200nm以下であることが好ましい。 In the base material for a semiconductor light emitting device according to one aspect of the present invention, when the cross section is observed along the longer one of the lines connecting opposite centers of the four non-growth parts of the semiconductors closest to each other. It is preferable that a distance between a lowermost part of the concave structure and a reference surface formed by connecting inflection points of the curves of the contours of the facing convex structures forming the semiconductor non-growth part be 10 nm or more and 200 nm or less .
本発明の一態様の半導体発光素子用基材においては、前記凸構造は、少なくとも、複数の凸部が互いに等しい最近接距離P1で互いに隣接して構成された凸部群を含み、前記凸部群の最外郭を構成する前記凸部は互いに離間せずに隣接していることが好ましい。 In the substrate for a semiconductor light emitting device according to one aspect of the present invention, the convex structure includes a convex portion group in which at least a plurality of convex portions are adjacent to each other at an equal closest distance P1 to one another; It is preferable that the said convex parts which comprise the outermost part of a group are adjacent, without mutually separating.
本発明の一態様の半導体発光素子用基材においては、前記凸部群の周囲に、前記凹構造が形成されていることが好ましい。 In the base material for a semiconductor light emitting device according to one aspect of the present invention, the concave structure is preferably formed around the convex portion group.
本発明の一態様の半導体発光素子は、上記の半導体発光素子用基材の主面側に積層された、少なくとも2層以上の半導体層と発光層とを積層して構成される積層半導体層を含むことを特徴とする。 The semiconductor light emitting device according to one aspect of the present invention is a laminated semiconductor layer formed by laminating at least two semiconductor layers and a light emitting layer laminated on the main surface side of the above-mentioned base material for semiconductor light emitting device. It is characterized by including.
この構成によれば、半導体成長部位を確保して結晶転位欠陥を減らすことで、内部量子効率IQEが改善される。また、半導体非成長部位の凸構造により、光を散乱させ、光取り出し効率LEEが高められる。半導体層にかかる圧縮応力が緩和されることで、Droopが抑制される。 According to this configuration, the internal quantum efficiency IQE is improved by securing the semiconductor growth site and reducing crystal dislocation defects. In addition, light is scattered by the convex structure of the semiconductor non-growth portion, and the light extraction efficiency LEE is enhanced. By reducing the compressive stress applied to the semiconductor layer, Droop is suppressed.
本発明によれば、優れた発光効率を有する半導体発光素子を歩留まりよく製造することができる。 According to the present invention, a semiconductor light emitting device having excellent light emission efficiency can be manufactured with high yield.
以下、本発明の一実施の形態(以下、「実施の形態」と略記する。)について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。 Hereinafter, an embodiment of the present invention (hereinafter, abbreviated as “embodiment”) will be described in detail. The present invention is not limited to the following embodiments, and can be variously modified and implemented within the scope of the invention.
以下、本実施の形態に係る半導体発光素子用基材について詳細に説明する。 Hereafter, the base material for semiconductor light-emitting devices concerning this Embodiment is demonstrated in detail.
(半導体発光素子用基材)
本実施の形態に係る半導体発光素子用基材は、基板と、基板の主面の一部又は全面に形成された凹凸構造と、を具備し、凹凸構造上に少なくとも第1半導体層、発光半導体層、第2半導体層がこの順に積層された半導体発光素子を形成するための基材である。
(Base material for semiconductor light emitting device)
A substrate for a semiconductor light emitting device according to the present embodiment includes a substrate and a concavo-convex structure formed on a part or the whole of the main surface of the substrate, and at least a first semiconductor layer and a light emitting semiconductor on the concavo-convex structure. It is a base material for forming the semiconductor light emitting element in which the layer and the second semiconductor layer are laminated in this order.
さらに、本実施の形態に係る半導体発光素子用基材においては、基板の主面に半導体非成長部位と半導体成長部位とが形成されていることを特徴とする。半導体非成長部位が凸構造を有しており、半導体成長部位が凹構造を有しており、凹構造の少なくとも一部の底面が非平坦面となっている。 Furthermore, in the substrate for a semiconductor light emitting device according to the present embodiment, a semiconductor non-growth site and a semiconductor growth site are formed on the main surface of the substrate. The semiconductor non-growth portion has a convex structure, the semiconductor growth portion has a concave structure, and the bottom surface of at least a part of the concave structure is a non-flat surface.
この構成によれば、半導体発光素子用基材の主面に半導体層をエピタキシャル成長させる際に、エピタキシャル成長促進部となる半導体成長部位と、エピタキシャル成長抑制部となる半導体非成長部位が、主面内に混在している。半導体成長部位により、エピタキシャル成長促進部を確保することで、半導体層中の結晶欠陥が抑制され、得られる半導体発光素子の内部量子効率IQEを高めることができる。また、半導体非成長部位により、凸構造の面積を確保することで、半導体発光素子において凸構造で光を散乱させることができる。これらにより、半導体発光素子の内部量子効率IQEを維持しながら、光取り出し効率LEEを向上できる。 According to this configuration, when epitaxially growing the semiconductor layer on the main surface of the semiconductor light emitting element substrate, the semiconductor growth site serving as the epitaxial growth promoting portion and the semiconductor non-growth site serving as the epitaxial growth suppressing portion coexist in the main surface. doing. By securing the epitaxial growth promoting portion by the semiconductor growth site, crystal defects in the semiconductor layer can be suppressed, and the internal quantum efficiency IQE of the obtained semiconductor light emitting device can be increased. Further, by securing the area of the convex structure by the semiconductor non-growth portion, light can be scattered by the convex structure in the semiconductor light emitting element. Thus, the light extraction efficiency LEE can be improved while maintaining the internal quantum efficiency IQE of the semiconductor light emitting device.
また、少なくとも一部の底面が非平坦面である凹構造を有する半導体成長部位から半導体層をエピタキシャル成長させることで、基板と半導体層の界面に多数の刃状転位を形成することが可能となる。半導体層を横方向成長させると、刃状転位も横方向に曲げられ、積層される半導体層の会合に合わせて複数の刃状転位がまとめられ本数が激減する。刃状転位の減少に伴い刃状転位の体積の空隙が減少されることにより、半導体層にかかる圧縮応力が大きく緩和される。この効果により、発光半導体層に発生するピエゾ電界が減少し、Droopが抑制された半導体発光素子を製造できる。 Further, by epitaxially growing the semiconductor layer from a semiconductor growth site having a concave structure in which at least a part of the bottom surface is a non-flat surface, it is possible to form a large number of edge dislocations at the interface between the substrate and the semiconductor layer. When the semiconductor layer is grown in the lateral direction, the edge dislocations are also bent in the lateral direction, and a plurality of edge dislocations are combined and the number is drastically reduced according to the meeting of the stacked semiconductor layers. By reducing the volume gap of the edge dislocations as the edge dislocations decrease, the compressive stress applied to the semiconductor layer is greatly relaxed. By this effect, the piezoelectric field generated in the light emitting semiconductor layer is reduced, and a semiconductor light emitting device in which Droop is suppressed can be manufactured.
また、所定の面積の半導体成長部位により、エピタキシャル成長促進部が基板面内で均等に形成されるため、凹構造及び凸構造上に形成される半導体層の平坦性が向上する。このため、半導体発光素子化の効率が高められると共に、基板の反りが抑制され基板面内の発光波長分布を改善できる。これらにより、優れた発光効率を有する半導体発光素子を歩留まりよく製造することができる。 In addition, since the epitaxial growth promoting portion is uniformly formed in the substrate surface by the semiconductor growth portion of a predetermined area, the flatness of the semiconductor layer formed on the concave structure and the convex structure is improved. Therefore, the efficiency of the semiconductor light emitting device can be enhanced, and the warping of the substrate can be suppressed, and the light emission wavelength distribution in the substrate surface can be improved. As a result, semiconductor light emitting devices having excellent luminous efficiency can be manufactured with high yield.
本実施の形態に係る半導体発光素子は、以下の特徴的構成を備えている。
(1)基板の主面に半導体非成長部位と半導体成長部位と、を具備している。
(2)半導体非成長部位が凸構造を有しており、半導体成長部位が凹構造を有している。
(3)凹構造の少なくとも一部の底面が非平坦面である。
The semiconductor light emitting device according to the present embodiment has the following characteristic configuration.
(1) A semiconductor non-growth site and a semiconductor growth site are provided on the main surface of the substrate.
(2) The semiconductor non-growth part has a convex structure, and the semiconductor growth part has a concave structure.
(3) The bottom surface of at least a part of the concave structure is a non-flat surface.
更に、好ましくは、以下の特徴的構成を含んでいる。即ち、上記(1)、(2)、(3)は、本実施の形態において必須の構成要件であるが、以下の(4)、(5)、(6)、(7)は選択的な構成要件である。
(4)半導体非成長部位と隣接する半導体非成長部位の間の、凹構造の底面は連続した波状形状で形成されている。
(5)最近接する4つの半導体非成長部位の対向する中心同士を結んだ線のうちの長い方の線に沿って断面観察したときに、半導体非成長部位を形成する向い合う凸構造の輪郭の曲線の変曲点を結んで形成される基準面と、凹構造の最下部との距離が、10nm以上200nm以下である。
(6)凸構造は、少なくとも、複数の凸部が互いに等しい最近接距離P1で互いに隣接して構成された凸部群を含み、凸部群の最外郭を構成する凸部は互いに離間せずに隣接している。
(7)凸部群の周囲に、凹構造が形成されている。
Furthermore, preferably, the following characteristic features are included. That is, although the above (1), (2) and (3) are essential constituent requirements in the present embodiment, the following (4), (5), (6) and (7) are optional It is a configuration requirement.
(4) The bottom of the concave structure between the semiconductor non-growth site and the adjacent semiconductor non-growth site is formed in a continuous wave shape.
(5) When the cross-section is observed along the longer one of the lines connecting the opposing centers of the four semiconductor non-growth regions closest to each other, the contours of the opposing convex structures forming the semiconductor non-growth region The distance between the reference surface formed by connecting the inflection points of the curve and the lowermost portion of the concave structure is 10 nm or more and 200 nm or less.
(6) The convex structure includes at least a plurality of convex portions arranged adjacent to each other at the closest distance P1 equal to each other, and the convex portions constituting the outermost portion of the convex portions do not separate from each other Adjacent to
(7) A concave structure is formed around the convex portion group.
以下、添付図面を参照して、本実施の形態に係る半導体発光素子用基材について説明する。図1は、本実施の形態の半導体発光素子用基材の平面模式図である。図2は、図1中のX−X’断面を示す断面模式図である。 Hereinafter, a substrate for a semiconductor light emitting device according to the present embodiment will be described with reference to the attached drawings. FIG. 1 is a schematic plan view of a substrate for a semiconductor light emitting device of the present embodiment. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the X-X 'cross section in FIG.
図1に示すように、本実施の形態に係る半導体発光素子用基材100は、基板の主面に凸構造を有する領域(半導体非成長部位102)と、凹構造を有する領域(半導体成長部位103)が形成されて構成されている。凸構造を有する半導体非成長部位102の周囲には、凹構造を有する半導体成長部位103が形成されている。半導体非成長部位102は、複数の凸部101、104が隣接して形成されており、複数の凸部101、104により凸部群が構成されている。
As shown in FIG. 1, the
凸部群の凸部101、104は、互いに等しい最近接距離P1で互いに隣接して構成されている。また、凸部群の最外郭を構成する凸部101、104は、互いに離間せず隣接して半導体非成長部位102を構成している。半導体非成長部位102は、凹構造を有する半導体成長部位103で囲まれており、半導体成長部位103の少なくとも一部の底面は、非平坦面となっている。なお、半導体成長部位103においては、少なくとも一部の底面が非平坦面となっていればよく、半導体成長部位103は一部に平坦面を有していてもよい。
The
本実施の形態において、凸部101、104が互いに離間していないとは、平面視において、少なくとも凸部底部の縁同士が、実際的に間に平坦面を有せずに接している状態である。凸部101、104が互いに隣接しているとは、二つの凸部101、104間には、他の凸部が存在せず、隣り合っている状態を指す。
In the present embodiment, when the
また、本実施の形態における最近接距離P1は次のように定義される。すなわち、半導体非成長部位102において、互いに離間せず隣接している二つの凸部101、104の頂点間の距離の内、最も短い距離として定義される。本実施の形態においては、半導体非成長部位102内の各凸部101、104間の最近接距離P1の平均値P0に対して、各P1の変動が±10%以内である場合、半導体非成長部位102内は、複数の凸部101、104が互いに等しい最近接距離P1で構成されているものとする。
Further, the closest distance P1 in the present embodiment is defined as follows. That is, in the semiconductor
前記した最近接距離P1の平均値P0は、凸部101、104の最近接する頂点間の距離の相加平均として定義される。測定に使用する局所的範囲は、凸部101、104の平均ピッチPの5倍〜50倍程度の範囲として定義する。
The average value P0 of the closest distance P1 described above is defined as the arithmetic mean of the distances between the closest vertices of the
ここで、複数の凸部101、104の平均ピッチとは、次のように定義される。ある凸部の中心とこの凸部に最近接する凸部の中心との間の中心間距離がピッチである。各凸部101、104間でピッチを測定し、それらの相加平均値を、複数の凸部101、104の平均ピッチPと定義する。なお、上記相加平均値を求める際に選択する凸部の数Nが10点以上であることが好ましい。
Here, the average pitch of the plurality of
例えば、平均ピッチPが700nmであれば、最近接距離P1は、3500nm〜35000nmの測定範囲の中で測定される。そのため、例えば7500nmの視野像を、凸部101、104を有する領域内の、例えば中央の位置で撮像し、この撮像を使用して相加平均を求める。視野像の撮像には、例えば走査型電子顕微鏡(SEM)や原子間力顕微鏡(AFM)を用いることができる。
For example, if the average pitch P is 700 nm, the closest distance P1 is measured in the measurement range of 3500 nm to 35000 nm. Therefore, for example, a field image of 7500 nm is imaged at, for example, a central position in the region having the
(凸部の最近接距離P1の相加平均)
ある要素(変量)の分布のN個の測定値をx1、x2・・・、xnとした場合に、相加平均値は、以下の式(1)にて定義される。
When N measured values of the distribution of a certain element (variation) are x1, x2, ..., xn, the arithmetic mean value is defined by the following equation (1).
本実施の形態において、最近接距離P1は、100nm以上4000nm以下であると、内部量子効率IQEと、光取り出し効率LEEが向上するため好ましい。凸部101、104間の最近接距離P1が100nm以上であると、発光光の半導体発光素子内部の光学波長(波長/屈折率)と同程度以上になり、発光光に対する散乱性が強くなり好ましく、500nm以上であるとより好ましく、700nm以上であると更に好ましい。また、半導体発光素子用基材100の主面に半導体層をエピタキシャル成長させるときに、平坦化しにくくなることを防止する観点から、最近接距離P1は、4000nm以下であると好ましく、3000nm以下であるとより好ましい。
In the present embodiment, the closest distance P1 is preferably 100 nm or more and 4000 nm or less because the internal quantum efficiency IQE and the light extraction efficiency LEE are improved. When the closest contact distance P1 between the
上記の通り、本実施の形態においては、半導体非成長部位102の周囲は、少なくとも一部の底面が非平坦面となっている凹構造を有する半導体成長部位103で囲まれている。例えば、図2に示すように、半導体成長部位103では、半導体発光素子用基材100に供される基板の主面が湾曲している状態となっており、例えば、基板としてC面サファイア基板を使用した場合、半導体成長部位103では、サファイア基板のC面が湾曲した構造になっている。なお、上述した通り、半導体成長部位103の少なくとも一部が湾曲している状態であればよく、半導体成長部位103は一部に平坦面を有していてもよい。また、図2のように、半導体成長部位103は、一箇所だけ湾曲していてもよいし、複数箇所で湾曲していてもよい(図4参照)。
As described above, in the present embodiment, the periphery of the semiconductor
半導体成長部位103の一部が基板の主面が湾曲した構造から形成されているため、半導体発光素子用基材100の主面に半導体層をエピタキシャル成長させる際に、半導体成長部位103をエピタキシャル成長促進部とすることができる。一方、凸部101、104で構成された半導体非成長部位102はエピタキシャル成長抑制部となる。結晶成長面である基板の主面内に、凹構造と凸構造を混在させることで、エピタキシャル成長促進部とエピタキシャル成長抑制部を両方存在させることができる。このため、半導体層中の結晶欠陥が抑制されて得られる半導体発光素子の内部量子効率IQEを高めながら、凸構造で光を散乱させ光取出し効率LEEを向上できる。
Since a part of the
また、半導体発光素子用基材100においては、凸部101、104の凸部群で構成された半導体非成長部位102は、一定の周期で繰り返し配置されていることが好ましい。半導体非成長部位102の周期は、凸部群間の距離105により規定される。凸部群間の距離105は、半導体成長部位103を挟んで互いに隣接する2つの半導体非成長部位102において、各々の凸部群の中心同士の距離で定義される。凸部群の中心は、半導体非成長部位102の平面視における重心である。凸部群間の距離105が一定の値を有することで、半導体非成長部位102が一定の周期で配置される。
Moreover, in the
このように、半導体非成長部位102が一定の周期で配置されることで、半導体非成長部位102間の半導体成長部位103の面積が一定となり、エピタキシャル成長促進部が基板面内で均等化されるため、基板の主面上に得られる半導体層の平坦性が向上し好ましい。
Thus, by arranging the semiconductor
半導体非成長部位102の周期、すなわち、隣接する凸部群間の距離105は、500nm以上10000nm以下であると好ましい。500nm以上であると、半導体非成長部位102の凸部群による発光光に対する光散乱性が増加し好ましく、800nm以上であるとより好ましく、1000nm以上であると更に好ましい。また、平坦化に要する時間を短縮して、スループットの低下を防止し、加えて成膜時の基板の反りを防止する観点から、凸部群間の距離105は、10000nm以下が好ましく、9000nm以下がより好ましく、8000nm以下が更に好ましい。また、基板面内における凸部群間の距離105の平均に対して、各々の凸部群間の距離105の変動が±10%以内である場合、複数の半導体非成長部位102は、互いに等しい周期で構成されているものとする。
The period of the semiconductor
本実施の形態に係る半導体発光素子用基材100においては、少なくとも一部の底面が平坦でない凹構造を有する半導体成長部位103から半導体層をエピタキシャル成長させることで、基板と半導体層の界面に刃状転位を形成できる。半導体非成長部位102の距離105が一定であることにより、半導体成長部位103を確保して、刃状転位が互いに会合する距離を大きくとれるため、会合する確率が増えることになる。刃状転位が会合し結晶転位が減少すると、減少した転位分だけ結晶層の体積が減り、平坦化した半導体層には引っ張り歪が発生する。この状態で、半導体発光素子用基材100を室温に降温すると、見かけ上、半導体層がより縮むため、サファイア基板と半導体層の寸法差が減り、結果として半導体層形成後の基板の反りを抑制することができる。
In the semiconductor light emitting
また、本実施の形態に係る半導体発光素子用基材100においては、凸部101、104の配置により光取り出し効率LEEが向上する。光取り出し効率LEEを向上させるためには、光を散乱する凸部の斜面部面積を増やす必要がある。しかしながら、従来技術である、例えば凸部が周期的に配置された配列では、凸部間の隙間がエピタキシャル成長促進部となるため、隙間を一定以上形成する必要がある。このため、凸部斜面部の単位面積あたりの密度が制限される。
Moreover, in the
これに対し、本実施の形態に係る半導体発光素子用基材100においては、半導体非成長部位102の周囲に半導体成長部位103を形成し、半導体成長部位103によりエピタキシャル成長促進部を確保している。また、同時に、半導体非成長部位102の凸部群により凸部101、104の斜面部面積を増加させることができる。このため、光取り出し効率LEEを向上させることができる。また、後述する半導体非成長部位102の凸部101、104の高さが、発光光の波長に対して十分に大きいため、従来技術の凸部の単純配列に比べ、新たに光に対する散乱要素が増えることになり、さらに、光取り出し効率LEEが向上する。
On the other hand, in the
次に、半導体非成長部位102間の、少なくとも一部の底面が非平坦面である凹構造を有する半導体成長部位103のパラメータについて詳細に説明する。
Next, parameters of the
(凸部の高さH)
凸部101、104の高さH、すなわち凸構造の高さは、凸部101、104の頂部と、平坦面における凸部底部と、の高さの差として定義される(図2参照)。凸部101、104高さHが高いと、半導体層が平坦化する際に要する膜厚が厚くなり、成膜時に反り易くなる。
(Height of convex part)
The height H of the
(基準面と、凹構造の最下部との距離D)
図3、図4を参照して、基準面と、凹構造の最下部との距離Dについて説明する。図3は、本実施の形態の基準面と、凹構造の最下部との距離を説明するための平面模式図である。図4は、本実施の形態の基準面と、凹構造の最下部との距離を説明するための断面模式図である。図4は、図3中のY−Y’断面を示す断面模式図となっている。
(The distance D between the reference surface and the bottom of the concave structure)
The distance D between the reference surface and the lowermost portion of the concave structure will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. 3 is a schematic plan view for explaining the distance between the reference surface of the present embodiment and the lowermost part of the concave structure. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining the distance between the reference surface of the present embodiment and the lowermost portion of the concave structure. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the YY ′ cross section in FIG.
基準面とは、最近接する4つの半導体非成長部位102(凸部群)の対向する中心同士を結んだ線のうちの長い方の線(Y−Y’で形成される線)に沿って断面観察したときに、半導体非成長部位102を形成する最外郭の凸部101のうち向い合う凸部101の輪郭の曲線の変曲点Cを結んで形成される面、すなわち図4における破線Z−Z’で形成される面をいう。基準面と凹構造の最下部との距離Dとは、半導体成長部位103の湾曲した底面のうち最も深い位置から、基準面までの長さである。
The reference plane is a cross-section along the longer line (the line formed by Y-Y ') of the lines connecting the opposing centers of the four semiconductor non-growth parts 102 (convex part group) closest to each other. The surface formed by connecting the inflection points C of the curves of the contours of the facing
基準面と、凹構造の最下部との距離Dは10nm以上200nm以下であることが好ましく、20nm以上180nm以下であることがより好ましく、30nm以上160nm以下であることが更に好ましい。距離Dが10nm以上であることにより、半導体層をエピタキシャル成長させたときに基板と半導体層の界面に刃状転位が発生しにくくなることを防止できる。また、半導体層の横方向成長に伴って半導体層が会合する際に、まとめられる刃状転位数が少なくなることを防止して、半導体層にかかる圧縮応力の緩和が少なくなることを防止できる。よって、Droopが原因で外部量子効率EQEの低下が大きくなることを防止できる。基準面と、凹構造の最下部との距離Dが200nm以下であることにより、半導体成長部位103の非平坦面からエピタキシャル成長がしにくくなることを防止して、均一な半導体層を形成し易くなる。
The distance D between the reference surface and the lowermost portion of the concave structure is preferably 10 nm or more and 200 nm or less, more preferably 20 nm or more and 180 nm or less, and still more preferably 30 nm or more and 160 nm or less. When the distance D is 10 nm or more, it is possible to prevent the occurrence of edge dislocation at the interface between the substrate and the semiconductor layer when the semiconductor layer is epitaxially grown. In addition, when the semiconductor layers meet with the lateral growth of the semiconductor layers, it is possible to prevent the number of edge dislocations to be reduced from being reduced, and to prevent the relaxation of the compressive stress applied to the semiconductor layers to be reduced. Therefore, it is possible to prevent the decrease in the external quantum efficiency EQE from becoming large due to the Droop. When the distance D between the reference surface and the lowermost portion of the concave structure is 200 nm or less, it becomes easy to form a uniform semiconductor layer while preventing epitaxial growth from becoming difficult from the non-flat surface of the
基準面と、凹構造の最下部との距離Dは、基板を割断しその断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察して測長したり、原子間力顕微鏡(AFM)で3次元的に測長することができる。 The distance D between the reference surface and the lowermost part of the concave structure is obtained by cutting the substrate and observing its cross section with a scanning electron microscope (SEM) or measuring it three-dimensionally with an atomic force microscope (AFM) It can be measured.
また、半導体非成長部位102と、隣接する半導体非成長部位102の間において、凹構造の底面は連続した波状形状で形成されていることが好ましい。このとき、基準面と、凹構造の最下部との距離Dが、凸部101、104の高さHよりも小さいことが好ましい。「波状形状」の凹構造とは、連続した滑らかな曲面状の凹構造であり、例えば、略正弦波や丸みを帯びた略三角波などで形成される。例えば、基板としてサファイア基板のC面を用いた場合、半導体非成長部位102間に、滑らかに連続した凹構造が形成されていると、C面からわずかに傾いた面の露出が多くなり、このようなサファイア基板と半導体層の界面からは多数の刃状転位が発生する。これら刃状転位が半導体層の成長に伴い会合により結合し、急激に減少することにより、半導体層にかかる圧縮応力は減少し、Droopは減少する。
In addition, it is preferable that the bottom surface of the concave structure be formed in a continuous wave shape between the semiconductor
本実施の形態に係る半導体発光素子用基材においては、半導体非成長部位102は、最外郭の凸部101、104が互いに離間せず隣接して構成された凸部群で構成されてもよく、または、孤立した凸部101で構成されていてもよい。また、半導体非成長部位102を構成する凸部101の数は1以上であればよい。図5及び図6は、本実施の形態の半導体発光素子用基材の他の態様における凸部群の一例を示す平面模式図である。
In the substrate for a semiconductor light emitting device according to the present embodiment, the semiconductor
例えば、図5Aに示すように、半導体発光素子用基材500において、半導体非成長部位502は、7個の凸部501、504で構成され、7個の凸部群が半導体成長部位503に囲まれていてもよい。また、図5Bに示すように、半導体非成長部位502は、3個の凸部501で構成され、3個の凸部群が半導体成長部位503に囲まれていてもよい。また、図5Cに示すように、半導体非成長部位502は、1個の凸部501で構成され、孤立した凸部501が半導体成長部位503に囲まれていてもよい。
For example, as shown in FIG. 5A, in the
また、図6に示すように、半導体発光素子用基材600においては、図1の凸部101、104で構成される凸部群の配列から、中心に配置される凸部を取り除いて、凸部601、604が配置されていてもよい。中心の凸部がない凸部群からなる半導体非成長部位602が、半導体成長部位603で囲まれている。
Further, as shown in FIG. 6, in the base material for semiconductor
本実施の形態において、基板の材質は、サファイア、SiC、SiN、シリコン、GaP、GaAsなどを用いることができる。例えば、基板に、C面(0001)を主面とするサファイア基板を用いることができる。更に、半導体発光素子用基材100においては、基板主面に凸構造を形成する凸部101、104が基板と同じ材質であってもよく、凸部101、104が基板と異なる材料で構成されているヘテロ構造であってもよい。
In the present embodiment, sapphire, SiC, SiN, silicon, GaP, GaAs or the like can be used as the material of the substrate. For example, a sapphire substrate having a C plane (0001) as a main surface can be used as the substrate. Furthermore, in the semiconductor light emitting
(半導体発光素子用基材の製造方法)
続いて、本実施の形態に係る半導体発光素子用基材の製造方法について説明する。ただし、以下に示す製造方法は一例であって、これに限定されるものではない。
(Method of manufacturing base material for semiconductor light emitting device)
Then, the manufacturing method of the base material for semiconductor light emitting elements concerning this Embodiment is demonstrated. However, the manufacturing method shown below is an example, and is not limited to this.
上記のような半導体発光素子用基材の製造方法としては、特に制限されるものではなく、通常のフォトリソグラフィ法、インプリント法、ナノインプリント法、ナノインプリントリソグラフィ法などが挙げられる。例えば、ナノインプリントリソグラフィ法においては、所定の基板表面にレジスト層を形成したのち、必要とする転写パターンの反転型を使い、ナノインプリント法によりレジスト層にパターンを転写し、必要とする凹凸パターンが表面に形成されたレジスト層を得る。 It does not restrict | limit especially as a manufacturing method of the above base materials for semiconductor light emitting elements, A normal photolithography method, an imprint method, a nanoimprint method, a nanoimprint lithography method etc. are mentioned. For example, in the nanoimprint lithography method, after forming a resist layer on a predetermined substrate surface, the pattern is transferred to the resist layer by the nanoimprint method using the reverse type of the required transfer pattern, and the necessary uneven pattern is on the surface The formed resist layer is obtained.
また、あらかじめ必要とする所定の凹凸パターンの凹凸反転構造が形成されたシート表面に、ドライフィルムレジスト層を形成したドライフィルムパターンシートを形成し、ドライフィルムパターンシートを基板表面に貼合し、凹凸パターンが形成されたドライフィルムレジスト層を基板の表面に形成する、ドライフィルムインプリントリソグラフィ法も利用できる。 In addition, a dry film pattern sheet having a dry film resist layer formed is formed on the sheet surface on which a concavo-convex reverse structure of a predetermined concavo-convex pattern required is formed in advance, and the dry film pattern sheet is bonded to the substrate surface. A dry film imprint lithography method of forming a dry film resist layer on which a pattern is formed on the surface of a substrate can also be used.
上記のドライフィルムインプリントリソグラフィ法によれば、エッチング耐性の高いドライフィルムレジスト層で凹凸パターンを形成でき、これをマスク層として基板をエッチングして、基板表面に凹凸パターンを容易に形成できる利点があり好ましい。また、ドライフィルムパターンシートを基板に貼合する工程のみでよく、高精度のインプリント装置や露光装置が不要であり、生産効率も高めることができるので、工業生産上有益である。以上から、半導体発光素子用基材の製造方法としては、ドライフィルムインプリントリソグラフィ法を用いることが好適である。 According to the above dry film imprint lithography method, it is possible to form a concavo-convex pattern with a dry film resist layer having high etching resistance, and using this as a mask layer, there is an advantage that the concavo-convex pattern can be easily formed on the substrate surface by etching the substrate. Yes, it is preferable. Further, the dry film pattern sheet needs only to be bonded to the substrate, and an imprint apparatus and an exposure apparatus with high accuracy are not required, and the production efficiency can be enhanced, which is useful in industrial production. From the above, it is preferable to use a dry film imprint lithography method as a method of manufacturing a substrate for a semiconductor light emitting device.
ここで、サファイア基板を用いた場合を説明する。まず、サファイア基板の第1主面を研磨する。このとき、研磨砥粒の種類、研磨砥粒の個数、研磨速度、そしてpHの制御などにより、第1主面の表面粗さRaを制御できる。特に、算術平均粗さが1.5nm以下となるまで、研磨を実施するとよい。この表面研磨精度が、製造されるエピタキシャル成長促進部の表面粗さRaに相関するためである。中でも、算術平均粗さが0.5nm以下であると、4インチや6インチといったサファイア基板に対して、製造されるエピタキシャル成長促進部の分布が小さくなるため、より好ましい。内部量子効率IQE改善と安定なエピタキシャル成長の観点から、算術平均粗さは0.3nm以下であることが最も好ましい。また、選択する基板のオフ角や面方位などを適宜選択し、半導体発光素子の必要なスペックに合わせこむことができる。 Here, the case of using a sapphire substrate will be described. First, the first main surface of the sapphire substrate is polished. At this time, the surface roughness Ra of the first main surface can be controlled by controlling the type of abrasive grains, the number of abrasive grains, the polishing rate, and the pH. In particular, polishing may be performed until the arithmetic mean roughness is 1.5 nm or less. This surface polishing accuracy is correlated with the surface roughness Ra of the epitaxial growth promoting portion to be manufactured. Among them, it is more preferable that the arithmetic average roughness is 0.5 nm or less, because the distribution of the epitaxial growth promoting portion to be manufactured is smaller than that of a sapphire substrate such as 4 inches or 6 inches. In terms of internal quantum efficiency IQE improvement and stable epitaxial growth, the arithmetic average roughness is most preferably 0.3 nm or less. In addition, the off-angle, the plane orientation, and the like of the substrate to be selected can be selected as appropriate to meet the required specifications of the semiconductor light emitting element.
表面粗さRaが所定内のサファイア基板を、例えば、硫酸と過酸化水素水の混合液(SPM液)にて洗浄し、クリーニングする。一方で、凸部及び凸部群の位置情報を相関係数0.9以上の精度で具備するドライフィルムパターンシートを準備する。まず、例えば、ガラスのマザーロールに対して、熱リソグラフィ法を適用してパターンを形成する。このとき、レーザーの照射パルスを制御することで、凸部及び凸部群の位置情報を、ガラスのマザーロールに形成できる。このマザーロールから光ナノインプリント法により、モールドを製造する。さらに、モールドからモールドを転写し、複製してもよい。 The sapphire substrate having a predetermined surface roughness Ra is cleaned, for example, with a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide solution (SPM solution) and cleaned. On the other hand, a dry film pattern sheet is prepared in which position information of the convex portion and the convex portion group is provided with an accuracy of 0.9 or more. First, for example, a thermal lithography method is applied to a glass mother roll to form a pattern. At this time, by controlling the irradiation pulse of the laser, it is possible to form the position information of the convex portion and the convex portion group on the mother roll of glass. A mold is manufactured from this mother roll by an optical nanoimprinting method. Additionally, the mold may be transferred from the mold and replicated.
次に、上記のように得られたモールドに対して、無機又は有機無機ハイブリッド組成の第1レジストを充填する。例えば、有機金属や金属酸化物微粒子などを第1レジストに含有できる。この段階での充填状態は、モールドのパターン内に、第1レジストが完全には満たされておらず、第1レジストにより平坦化されていない状態であり、第1レジストを塗布した後であっても、モールドのパターンの一部が露出している。 Next, the mold obtained as described above is filled with a first resist of an inorganic or organic-inorganic hybrid composition. For example, organic metal or metal oxide fine particles can be contained in the first resist. The filling state at this stage is a state in which the first resist is not completely filled and is not planarized by the first resist in the pattern of the mold, and is after the application of the first resist. Even part of the mold pattern is exposed.
次に、第1レジストが充填されたモールドに対して、有機レジストである第2レジストを塗布する。ここでは、前段階と異なり、平坦化するように第2レジストを成膜する。第1レジスト及び第2レジストが成膜されたモールドを、ドライフィルムパターンシートと呼ぶ。ここで、2層のレジストとして説明しているが、半導体発光素子用基材の製造方法には、第2レジストのみを成膜した単層レジストでもよく、更に第3レジストを有する多層ドライフィルムパターンシートを使用することもできる。有機レジストは、ネガ型でもポジ型でもよく、少なくとも、紫外線にて効果作用が発現するラジカル重合系レジスト、又は、化学増幅系レジストを含むと好ましい。有機レジストは、フェノールノボラック、クレゾールノボラック、アクリル変性エポキシノボラック、メタクリル変性エポキシノボラック、アダマンタン、フルオレン、カルバゾール、ポリビニルカルバゾール、ポリパラヒドロキシスチレンなどを含むと、基板の加工性が向上するため好ましい。特に、有機レジストを、オリゴマー又はポリマー、モノマー及び重合開始剤を含む混合物とすると、塗布したレジストの薄膜状態を維持する機能が向上するため望ましい。 Next, a second resist which is an organic resist is applied to the mold filled with the first resist. Here, unlike the previous step, the second resist is deposited to be planarized. The mold on which the first resist and the second resist are formed is referred to as a dry film pattern sheet. Here, although it is described as a two-layer resist, in the method of manufacturing a base material for a semiconductor light emitting device, a single-layer resist in which only the second resist is formed may be used, and a multilayer dry film pattern further having a third resist Sheets can also be used. The organic resist may be negative type or positive type, and preferably contains at least a radical polymerization type resist which exhibits an effect by ultraviolet light, or a chemical amplification type resist. The organic resist is preferably one containing phenol novolac, cresol novolac, acrylic modified epoxy novolac, methacrylic modified epoxy novolac, adamantane, fluorene, carbazole, polyvinylcarbazole, polyparahydroxystyrene and the like to improve the processability of the substrate. In particular, when the organic resist is a mixture containing an oligomer or a polymer, a monomer and a polymerization initiator, it is desirable because the function of maintaining the thin film state of the applied resist is improved.
次に、ドライフィルムパターンシートを、第2レジストを介してサファイア基板に貼り合わせる。貼り合わせた後に、光や熱によりレジストを安定化させ、その後、モールドを取り除く。または、モールドを取り除いた後に、光や熱によりレジストを安定化させる。 Next, the dry film pattern sheet is bonded to the sapphire substrate through the second resist. After bonding, the resist is stabilized by light or heat, and then the mold is removed. Alternatively, after removing the mold, the resist is stabilized by light or heat.
以上の操作により、サファイア基板の主面上に第2レジスト層と第1レジスト層を転写する。レジストの表面にはモールドの反転構造が転写されており、この反転構造は、位置情報として、凸部及び凸部群の配列を有している。 By the above operation, the second resist layer and the first resist layer are transferred onto the main surface of the sapphire substrate. The inverted structure of the mold is transferred onto the surface of the resist, and this inverted structure has an arrangement of convex portions and convex portion groups as position information.
最後に、基板表面に形成されたレジスト層をマスクとして、基板をエッチングすることで、基板表面に凸部及び凸部群を形成できる。エッチング方法としては、ウェットエッチング、ドライエッチング、あるいは両者を組み合わせた方法などが適用できる。特に、凸部及び凸部群の制御の観点から、ドライエッチング法を用いることが好ましい。ドライエッチング法の中でも、異方性ドライエッチングが好ましく、ICP−RIE、ECM−RIEがより好ましい。ドライエッチングに使用する反応ガスとしては、基板の材質と反応すれば、特に限定されるものではないが、BCl3、Cl2、CHF3、あるいはこれらの混合ガスなどが好ましく、適宜、Ar、O2、N2などを混合できる。 Finally, the convex portion and the convex portion group can be formed on the substrate surface by etching the substrate using the resist layer formed on the substrate surface as a mask. As an etching method, wet etching, dry etching, a method combining both, or the like can be applied. In particular, it is preferable to use a dry etching method from the viewpoint of controlling the convex portion and the convex portion group. Among dry etching methods, anisotropic dry etching is preferable, and ICP-RIE and ECM-RIE are more preferable. The reaction gas used for dry etching is not particularly limited as long as it reacts with the material of the substrate, but BCl 3 , Cl 2 , CHF 3 , or a mixed gas of these is preferable, and Ar, O, etc. are suitably used. 2 , N 2 etc. can be mixed.
上記したドライフィルムインプリントリソグラフィ法とドライエッチング法により、本実施の形態に係る半導体発光素子用基材を形成することができる。 The base material for a semiconductor light emitting device according to the present embodiment can be formed by the dry film imprint lithography method and the dry etching method described above.
(半導体発光素子)
次に、図7を参照して、本実施の形態に係る半導体発光素子について説明する。図7は、本実施の形態の半導体発光素子を示す断面模式図である。
(Semiconductor light emitting device)
Next, with reference to FIG. 7, the semiconductor light emitting device according to the present embodiment will be described. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing the semiconductor light emitting device of the present embodiment.
本実施の形態に係る半導体発光素子700においては、上述の本実施の形態に係る半導体発光素子用基材を少なくとも一つ以上、構成に含む。これにより、内部量子効率IQEの向上、光取り出し効率LEEの向上、Droopの低減を図ることができる。
In the semiconductor
半導体発光素子700は、半導体発光素子用基材701の主面上に、少なくとも2層以上の半導体層と発光層とを積層して構成される積層半導体層760を有する。
The semiconductor
半導体発光素子700は、半導体発光素子用基材701に、半導体層と発光層が積層されて形成されている。半導体発光素子用基材701の主面には、複数の凸部711で構成される半導体非成長部位712が形成されている。半導体非成長部位712の周囲は半導体成長部位713となっており、半導体成長部位713は少なくとも一部の底面が非平坦面である凹構造を有している。半導体発光素子用基材701の主面上に設けられた半導体非成長部位712及び半導体成長部位713上に、アンドープ型半導体層751、n型半導体層752、発光半導体層753及びp型半導体層754が順次積層されている。また、p型半導体層754上には、透明導電膜755が形成されている。
The semiconductor
また、n型半導体層752表面にカソード電極757が、透明導電膜755表面にアノード電極756がそれぞれ形成されている。なお、半導体発光素子用基材701上に積層されたn型半導体層752、発光半導体層753、p型半導体層754を、積層半導体層760と称する。
Further, a
ここで、アンドープ型半導体層751の主面は平坦面であることが好ましい。アンドープ型半導体層751の主面が平坦面であることにより、n型半導体層752、発光半導体層753、p型半導体層754の性能を効率化でき、内部量子効率IQEが向上する。
Here, the main surface of the
さらにアンドープ型半導体層751と半導体発光素子用基材701との界面には、図示しないバッファ層が存在することが好ましい。バッファ層の存在により、アンドープ型半導体層751の結晶成長の初期条件である核生成及び核成長が良好となり、積層半導体層760の半導体としての性能が向上するため、内部量子効率IQEが改善する。
Furthermore, it is preferable that a buffer layer (not shown) be present at the interface between the
バッファ層は、半導体非成長部位712及び半導体成長部位713の表面全体を覆うように形成してもよいが、半導体非成長部位712及び半導体成長部位713の表面に部分的に設けることができ、特に、半導体発光素子用基材701表面における半導体成長部位713の非平坦面に優先的にバッファ層を設けることができる。
The buffer layer may be formed to cover the entire surface of the semiconductor
バッファ層の厚さは5nm以上100nm以下が好ましく、10nm以上50nm以下がより好ましい。バッファ層の厚みをこの範囲にすることにより、アンドープ型半導体層751の成長速度のバラツキを低減し、半導体層の会合点を制御しやすいためである。
The thickness of the buffer layer is preferably 5 nm or more and 100 nm or less, and more preferably 10 nm or more and 50 nm or less. By setting the thickness of the buffer layer in this range, the variation in the growth rate of the
バッファ層には、例えば、GaN構造、AlGaN構造、AlN構造、AlInN構造、InGaN/GaN超格子構造、InGaN/GaN積層構造、AlInGaN/InGaN/GaN積層構造などを採用することができる。中でも、GaN構造、AlGaN構造、AlN構造が最も好ましい。これにより、上述したアンドープ型半導体層751の成長速度のバラツキがより低減するため、半導体層の会合点の制御性が向上し、アンドープ型半導体層751の表面ラフネスを低減し易い。
For the buffer layer, for example, a GaN structure, an AlGaN structure, an AlN structure, an AlInN structure, an InGaN / GaN super lattice structure, an InGaN / GaN laminated structure, an AlInGaN / InGaN / GaN laminated structure or the like can be adopted. Among them, the GaN structure, the AlGaN structure, and the AlN structure are most preferable. Thereby, the variation in the growth rate of the
また、バッファ層の成膜については、成膜温度を350℃〜600℃の範囲にできる。また、バッファ層は、例えば、有機金属気相成長法(MOCVD)法又はスパッタリング法により成膜されることが好ましい。 Moreover, about film-forming of a buffer layer, film-forming temperature can be made into the range of 350 degreeC-600 degreeC. The buffer layer is preferably formed, for example, by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) or sputtering.
半導体発光素子700においては、アンドープ型半導体層751と、バッファ層を併せて下地層と定義し記述する。
In the semiconductor
アンドープ型半導体層751としては、例えば、シリコンやゲルマニウムなどの元素半導体、又は、III−V族、II−VI族、IVI−IV族などの化合物半導体を適用できる。特に、アンドープ型半導体層751は、アンドープ窒化物層であることが好ましい。アンドープ窒化物層は、例えば、900℃〜1500℃の成長温度で、NH3とTMGaを供給することで成膜できる。
As the
アンドープ型半導体層751の膜厚は、0.5μm以上10μm以下であることが好ましく、アンドープ型半導体層751に対する残留応力の観点から、1.3μm以上8μm以下であることがより好ましい。
The film thickness of the
n型半導体層752としては、例えば、GaNにn型ドーパントをドープしたものを適用できる。また、n型半導体層752、p型半導体層754には、適宜、図示しないn型クラッド層、p型クラッド層を設けることができる。
As the n-
n型半導体層752としてのn型GaN層は、例えば、NH3を3×10−2〜4.2×10−2mol/分、トリメチルガリウム(TMGa)を0.8×10−4〜1.8×10−4mol/分及びSiに代表されるn型ドーパントを含むシランガスを5.8×10−9〜6.9×10−9mol/分供給することで、形成することができる。n型半導体層752の膜厚は、活性層への電子注入性の観点から、800nm以上であることが好ましく、1500nm以上であることがより好ましい。
The n-type GaN layer as the n-
発光半導体層753としては、InGaN、AlGaN、AlInGaN、GaNなどを適用できる。 As the light emitting semiconductor layer 753, InGaN, AlGaN, AlInGaN, GaN or the like can be used.
また、発光半導体層753は、単一量子井戸構造(SQW)又は多重量子井戸構造(MQW)とすることが好ましい。 The light emitting semiconductor layer 753 preferably has a single quantum well structure (SQW) or a multiple quantum well structure (MQW).
例えば、単一量子井戸構造の場合、600℃〜850℃の成長温度で、窒素をキャリアガスとして使い、NH3、TMGa及びトリメチルインジウム(TMIn)を供給することで、INGaN/GaNからなる活性層を、100Å〜1250Åの厚さに成長させることができる。また、多重量子井戸構造の場合、1つの層を構成するInGaNに関し、In元素濃度を変化させることもできる。 For example, in the case of a single quantum well structure, using an nitrogen as a carrier gas and supplying NH 3 , TMGa and trimethylindium (TMIn) at a growth temperature of 600 ° C. to 850 ° C., an active layer consisting of INGaN / GaN Can be grown to a thickness of 100 Å to 1250 Å. Further, in the case of a multiple quantum well structure, the In element concentration can also be changed for InGaN constituting one layer.
また、発光半導体層753とp型半導体層754との間には、電子ブロック層(不図示)を設けることができる。電子ブロック層は、例えば、p−AlGaNにて構成される。
In addition, an electron blocking layer (not shown) can be provided between the light emitting semiconductor layer 753 and the p-
p型半導体層754としては、例えば、GaNにp型ドーパントをドープしたものを適用できる。p型GaN層の場合、成長温度を900℃以上に上昇させ、TMGa及びCP2Mgを供給することで、数百〜数千Åの厚さに成膜することができる。
As the p-
これらの積層半導体層760(n型半導体層752、発光半導体層753、及びp型半導体層754)は、基材表面に公知の技術により成膜できる。例えば、成膜方法としては、MOCVD、ハイドライド気相成長法(HVPE)、分子線エピタキシャル成長法(MBE)などが適用できる。
The stacked semiconductor layer 760 (the n-
透明導電膜755の材質は、半導体発光素子に適した透明導電膜として使用できるものであれば、特に制限はない。例えば、Ni/Au電極などの金属薄膜や、ITO、ZnO、In2O3、SnO2、IZO、IGZOなどの導電性酸化物膜を適用できる。透明性、導電性の観点から、特に、ITOが好ましい。
The material of the transparent
透明導電膜755の厚みは、30nm以上100nm以下が好ましい。透明導電膜755の役割は、アノード電極756からの電流を拡散させ、p型半導体層754に注入することである。透明導電膜755の抵抗は厚みが厚いほど小さくなることから、透明導電膜755の厚み(T_TE)は、30nm以上が好ましく、40nm以上がより好ましい。光吸収を抑えることに加えて、薄膜干渉を利用して、臨界角以下の入射角に対する透過率を著しく上げることができ、また、臨界角以下の透過率分布を抑える観点から、透明導電膜755の厚み(T_TE)の上限としては、100nm以下が好ましく、80nm以下がより好ましい。
The thickness of the transparent
透明導電膜755の厚み(T_TE)は、例えば、走査透過電子顕微鏡(STEM)によって測定することができる。透明導電膜755の厚みのSTEMによる測定は、像のコントラストから、透明導電膜755と積層半導体層760との境界を明確化することができるため、好ましい。
The thickness (T_TE) of the transparent
また、本実施の形態に係る半導体発光素子700は、従来に比べて、半導体発光素子用基材701の凸部711の高さを1μm以下にできる。このように、凸構造が特にナノオーダーであれば、アンドープ型半導体層751で凸構造を平坦化するために必要な厚みが薄くなる。このため、発光半導体層753からの光を吸収する半導体層が薄くなることで、光取り出し効率LEEの更なる向上が見込まれる。また、n型半導体層752、並びにこの上に順次積層される発光半導体層753及びp型半導体層754の反りを抑制することが可能となり、従来よりも大面積の半導体発光素子700を作製することができる。以上により、下地層の厚みは、5μm以下が好ましく、4μm以下がより好ましく、3.5μm以下が更に好ましく、2.5μm以下がより一層好ましく、1.5μm以下が最も好ましい。
Further, in the semiconductor
(反射層)
本実施の形態に係る半導体発光素子700において、半導体発光素子用基材701の積層半導体層760が形成されている主面の反対側の面に、図示しない反射層を設けてもよい。
(Reflective layer)
In the semiconductor
反射層の材質は、発光波長での反射率が高ければ特に限定されない。例えば、金属ではAg、Al又はこれらの合金が、例えば、反射率や半導体発光素子用基材701との密着性の観点から選択される。あるいは、より高い反射率とするために、反射層として誘電体多層膜を形成してもよい。反射率が所望の範囲で有れば、反射層の膜厚及び層数は、特に限定されず、例えば、高屈折率層としてチタン酸化物、ジルコニウム酸化物、ニオブ酸化物、タンタル酸化物、窒化アルミ、低屈折率層としてシリコン酸化物を用いることができる。また、誘電体多層膜を形成した後、金属を成膜してもよい。
The material of the reflective layer is not particularly limited as long as the reflectance at the emission wavelength is high. For example, as the metal, Ag, Al or an alloy thereof is selected, for example, from the viewpoints of the reflectance and the adhesion with the
また、反射層と半導体発光素子用基材701との密着性を改善するために、反射層と半導体発光素子用基材701との間に密着層を設けてもよい。密着層は、例えば、シリコン酸化物を用いることができる。
In order to improve the adhesion between the reflective layer and the semiconductor light emitting
本実施の形態に係る半導体発光素子用基材701においては、エピタキシャル成長促進部となる凹構造の半導体成長部位713と、凸部711で構成される半導体非成長部位712が主面内に混在して形成されている。半導体成長部位713が確保されることにより、積層される半導体層751〜754中の結晶転位欠陥を減らし、結晶品質を向上させることができる。このため、半導体発光素子用基材701を用いて作製された半導体発光素子700は、内部量子効率IQEが改善される。また、半導体非成長部位712の凸部711により、半導体発光素子700は、光を散乱させ導波モードを解消して光取り出し効率LEEが高められる。
In the substrate for a semiconductor
また、半導体成長部位713は少なくとも一部の底面が平坦でない凹構造を有しており、この非平坦面からアンドープ型半導体層751をエピタキシャル成長させることで、基板とアンドープ型半導体層751の界面に多数の刃状転位を形成できる。アンドープ型半導体層751を横方向成長させると、刃状転位も横方向に曲げられ、積層される積層半導体層760の会合に合わせて複数の刃状転位がまとめられ本数が激減する。刃状転位の減少に伴い刃状転位の体積の空隙が減少されることにより、半導体層751〜754にかかる圧縮応力が大きく緩和される。この効果により、製造される半導体発光素子700は、発光半導体層753に発生するピエゾ電界が減少し、Droopが抑制される。
The
また、所定の面積の半導体成長部位713により、エピタキシャル成長促進部が基板面内で均等に形成されるため、半導体発光素子用基材701上に形成される半導体層751〜754の平坦性が向上する。このため、半導体発光素子化の効率が高められると共に、基板の反りが抑制され基板面内の発光波長分布を改善できる。これらにより、半導体発光素子700は歩留まりよく製造され、優れた発光効率を有する。
In addition, since the epitaxial growth promoting portion is uniformly formed in the substrate surface by the
以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例及び比較例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Examples and Comparative Examples.
[実施例1]
まず、半導体発光素子用基材を作製した。半導体発光素子用基材のパターンは、ナノ加工シート(ドライフィルムパターンシート)を使用して作成した。ナノ加工シートについては後述する。
Example 1
First, a substrate for a semiconductor light emitting device was produced. The pattern of the base material for semiconductor light emitting devices was created using a nano processed sheet (dry film pattern sheet). The nanofabricated sheet will be described later.
2インチの片面鏡面のc面サファイア基板を準備し、洗浄した。続いて、サファイア基板を120℃のホットプレート上に配置した。次に、ナノ加工シートを、120℃に加温したラミネートロールを使用して、サファイア基板に貼り合わせた。貼り合わせは、0.5MPaの圧力で、線速50mm/秒にて行った。ナノ加工シートの貼り合わせされたサファイア基板に対して、サファイア越しに紫外線を照射した。紫外線は、波長365nmのUV−LED光源より照射されたもので、積算光量が1500mJ/cm2になるように設定した。 A 2-inch single-sided mirror c-plane sapphire substrate was prepared and cleaned. Subsequently, the sapphire substrate was placed on a 120 ° C. hot plate. Next, the nano machined sheet was bonded to a sapphire substrate using a laminating roll heated to 120 ° C. Bonding was performed at a linear velocity of 50 mm / sec under a pressure of 0.5 MPa. The ultraviolet light was irradiated over the sapphire with respect to the bonded sapphire substrate of the nano processed sheet. The ultraviolet light was irradiated from a UV-LED light source with a wavelength of 365 nm, and was set so that the integrated light amount would be 1500 mJ / cm 2 .
次に、120℃に加熱した2枚の並行平板で、ナノ加工シートとサファイア基板を挟み込んだ。挟み込みの圧力は0.3MPaとし、時間は10秒とした。続いて、空冷にて室温まで冷却し、ナノ加工シートの樹脂モールドを、サファイアから、50mm/秒の速度で剥離した。以上の操作により、サファイア基板の主面上に、2層レジスト層を転写付与した。レジスト層の主面には凹凸構造が設けられていた。この凹凸構造の形状及び配列、2層レジストの層構成、そして後述のドライエッチング条件により半導体発光素子用基材のパターンを制御した。 Next, the nano-processed sheet and the sapphire substrate were sandwiched between two parallel flat plates heated to 120 ° C. The clamping pressure was 0.3 MPa and the time was 10 seconds. Subsequently, it was cooled to room temperature by air cooling, and the resin mold of the nanofabricated sheet was peeled from sapphire at a speed of 50 mm / sec. The two-layered resist layer was transferred and applied onto the main surface of the sapphire substrate by the above-described operation. An uneven structure was provided on the main surface of the resist layer. The pattern of the substrate for a semiconductor light emitting device was controlled by the shape and arrangement of the concavo-convex structure, the layer configuration of the two-layer resist, and the dry etching conditions described later.
<ナノ加工シート>
ナノ加工シートは、貼合操作及び剥離操作で、被処理体上に加工マスクを転写付与できる成形体である。ナノ加工シートは、樹脂製のモールド(樹脂モールド)、第1レジスト層、及び第2レジスト層で構成されている。樹脂モールドは、主面に凹凸構造を有し、当該凹凸構造の凹部の内部に、第1レジスト層が充填される。そして、樹脂モールドの凹凸構造と第1レジスト層と、を平坦化するように、第2レジスト層が配置される。
<Nano processing sheet>
A nanofabricated sheet is a molded body to which a processing mask can be transferred and applied on a processing object by a bonding operation and a peeling operation. The nanomachined sheet is composed of a resin mold (resin mold), a first resist layer, and a second resist layer. The resin mold has a concavo-convex structure on the main surface, and the first resist layer is filled inside the concave portion of the concavo-convex structure. Then, the second resist layer is disposed to planarize the uneven structure of the resin mold and the first resist layer.
(樹脂モールド)
まず、樹脂モールドを、ロール・ツー・ロールの光ナノインプリント法を使用して、製造した。幅は500mm、長さは180mである。樹脂モールドの層構成としては、厚み50μmのPET(polyethylene terephthalate)フィルムの易接着面上に、厚み1.5μmの転写層が接着されている構成であり、転写層の主面に光ナノインプリント法にて転写された凹部及び凸部が形成されていた。
(Resin mold)
First, a resin mold was manufactured using roll-to-roll photo nanoimprinting. The width is 500 mm and the length is 180 m. The layer structure of the resin mold is a structure in which a transfer layer of 1.5 μm in thickness is adhered on the easy adhesion surface of a PET (polyethylene terephthalate) film of 50 μm in thickness. The concave and convex portions transferred were formed.
図8に、用いた樹脂モールドを示す。図8は、実施例に用いた樹脂モールドの平面模式図である。樹脂モールド800の主面には、複数の凹部801、804が形成され、凹部群802を形成していた。凹部群802の周囲及び凹部群802の中心は凸部803となっていた。隣接する凹部801、804の間隔P8は、1300nm、凹部801の開口径Φ8は、1200nm、凹部群802と凹部群802との間隔L8は、1948nmであった。また、樹脂モールド800の凹部801、804及び凸部803の面に対する水滴の接触角は140°〜153°の間であった。樹脂モールド800の転写層の材料は、下記に示す混合物とした。
The resin mold used is shown in FIG. FIG. 8 is a schematic plan view of a resin mold used in the examples. In the main surface of the
(転写層)
フッ素含有ウレタン(メタ)アクリレート(OPTOOL(登録商標) DAC HP(ダイキン工業社製)):トリメチロールプロパン(EO変性)トリアクリレート(M350(東亞合成社製)):1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(Irgacure(登録商標)184(BASF社製)):2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタノン−1(Irgacure(登録商標)369(BASF社製))=17.5g:100g:5.5g:2.0gにて混合した。
(Transfer layer)
Fluorine-containing urethane (meth) acrylate (OPTOOL (registered trademark) DAC HP (manufactured by Daikin Industries, Ltd.)): trimethylolpropane (EO modified) triacrylate (M350 (manufactured by Toagosei Co., Ltd.)): 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone (Irgacure) (Registered trademark) 184 (manufactured by BASF Corporation): 2-benzyl-2-dimethylamino-1- (4-morpholinophenyl) -butanone-1 (Irgacure® 369 (manufactured by BASF Corporation)) = 17. It mixed in 5 g: 100 g: 5.5 g: 2.0 g.
次に、樹脂モールドの凹部に対して、第1レジスト層を、ダイコート法にて成膜した。第1レジスト層の材料としては、下記に示す化合物を混合し、チタン含有有機無機複合レジストを調整した。 Next, a first resist layer was formed by die coating on the concave portion of the resin mold. As a material of the first resist layer, the following compounds were mixed to prepare a titanium-containing organic-inorganic composite resist.
(第1レジスト層)
チタニウムテトラブトキシドモノマ(和光純薬工業社製):3―アクリロキシプロピルトリメトキシシラン(信越シリコーン社製):フェニル変性シリコーン(東レ・ダウコーニング社製):1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン(Irgacure(登録商標)184、BASF社製):2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタノン−1(Irgacure(登録商標)369、BASF社製)=65.2g:34.8g:5.0g:1.9g:0.7gにて調合し、プロピレングリコールモノメチルエーテルにて希釈してチタン含有有機無機複合レジストを調整した。更に、固形分に対して0.000625質量%となるように高分子界面活性剤KF−945(信越化学工業(株)製)を添加した。KF−945の分子量は約2500、分子構造は下記化学式(1)であると推定される。
(First resist layer)
Titanium tetrabutoxide monomer (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.): 3-acryloxypropyltrimethoxysilane (manufactured by Shin-Etsu Silicone Co., Ltd.): phenyl-modified silicone (manufactured by Toray Dow Corning): 1-hydroxy-cyclohexyl-phenyl-ketone Irgacure (registered trademark) 184, manufactured by BASF: 2-benzyl-2-dimethylamino-1- (4-morpholinophenyl) -butanone-1 (Irgacure 369, manufactured by BASF) = 65.2 g The titanium-containing organic-inorganic hybrid resist was prepared by mixing 34.8 g: 5.0 g: 1.9 g: 0.7 g and diluting with propylene glycol monomethyl ether. Furthermore, high molecular weight surfactant KF-945 (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) was added so as to be 0.006255 mass% with respect to the solid content. The molecular weight of KF-945 is about 2500, and the molecular structure is estimated to be the following chemical formula (1).
チタン含有有機無機複合レジストは、表面張力が24.0mN/m以下の溶剤Aと、表面張力が27.0mN/m以上の溶剤Bと、を混合した混合溶剤にて希釈し、これを塗布液とした。ダイコート法にて、塗布液を凹部内に塗布する際に、ダイリップの上流側を減圧した。塗布の速度は10m/分とし、吐出量を制御することで、第1レジスト層の凹部内への充填量を制御した。塗布後、120℃のエアを吹き付け乾燥させ、その後、樹脂モールドを巻き取り回収した。 The titanium-containing organic-inorganic composite resist is diluted with a mixed solvent in which a solvent A having a surface tension of 24.0 mN / m or less and a solvent B having a surface tension of 27.0 mN / m or more are mixed, and this is used as a coating solution And When the coating solution was applied to the inside of the recess by the die coating method, the pressure on the upstream side of the die lip was reduced. The coating speed was 10 m / min, and the discharge amount was controlled to control the filling amount of the first resist layer in the recess. After the application, air was blown and dried at 120 ° C., and then the resin mold was wound up and collected.
ここで、第1レジスト層を成膜した樹脂モールドを解析し、第1レジスト層の状態を把握した。解析は、走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡、及びエネルギー分散型X線分光法を併用した。第1レジスト層は、樹脂モールド800の凹凸構造の凹部801、804の内部に充填されていた。一方で、樹脂モールド800の凹凸構造の凸部803の上面には、数ナノメートルオーダーの第1レジスト層の残渣(凝集物)が観察されることはあったが、当該上面に、第1レジスト層が厚く成膜されることはなかった。また、ダイコート成膜に関し、塗布液の吐出量を変化させることで、第1レジスト層の充填量が変化し、これに伴い、第1レジスト層の充填径が変化することを確認した。
Here, the resin mold on which the first resist layer was formed was analyzed to grasp the state of the first resist layer. The analysis used a scanning electron microscope, a transmission electron microscope, and energy dispersive X-ray spectroscopy in combination. The first resist layer was filled in the
次に、第1レジスト層の充填された樹脂モールドに対して、第2レジスト層を成膜した。成膜方法は、第1レジスト層の場合と同様に行った。第2レジスト層の材料は、下記組成の混合物であり、これを表面張力が25.0mN/m以下の溶剤にて希釈して塗布液とした。 Next, a second resist layer was formed on the resin mold filled with the first resist layer. The film formation method was performed in the same manner as in the case of the first resist layer. The material of the second resist layer was a mixture of the following composition, which was diluted with a solvent having a surface tension of 25.0 mN / m or less to form a coating solution.
(第2レジスト層)
アクリロイル基変性率が100%のエポキシノボラック樹脂(CNEA−100(ケーエスエム社製)):ジペンタエリスリトールポリアクリレート(NKエステル A−DPH(新中村化学工業社製)):2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン(Irgacure(登録商標)651(BASF社製))=80g:20g:4.5gにて混合した。
(2nd resist layer)
Epoxy novolac resin having a 100% acryloyl group modification ratio (CNEA-100 (manufactured by Kaes M Co.)): dipentaerythritol polyacrylate (NK ester A-DPH (manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.)): 2, 2-dimethoxy-1 It mixed in 2, 2- diphenyl ethane 1-one (Irgacure (trademark) 651 (made by BASF)) = 80 g: 20 g: 4.5 g.
乾燥は、105℃にて行った。乾燥後、ヘーズ(濁度)が10%以下のPE/EVA保護フィルムを第2レジスト層に貼り合わせ、この状態で樹脂モールドを巻き取り、回収した。ここで、製造したナノ加工シートを解析し、第1レジスト層及び第2レジスト層の状態を把握した。解析は、走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡、及びエネルギー分散型X線分光法を併用した。第1レジスト層については、第2レジスト層の成膜前後で変化はなかった。第2レジスト層は、樹脂モールド800の凹凸構造及び第1レジスト層を平坦化するように成膜できていた。また、第2レジスト層の成膜厚は、ダイコート成膜の塗布液の吐出量を変化させることで、制御可能であることを確認した。即ち、ダイコート成膜の塗布液の吐出量を制御して、第1レジスト層の充填径及び第2レジスト層の膜厚を変化させた。
Drying was performed at 105 ° C. After drying, a PE / EVA protective film having a haze (turbidity) of 10% or less was attached to the second resist layer, and in this state, the resin mold was wound up and collected. Here, the manufactured nano-processed sheet was analyzed to grasp the states of the first resist layer and the second resist layer. The analysis used a scanning electron microscope, a transmission electron microscope, and energy dispersive X-ray spectroscopy in combination. The first resist layer did not change before and after the film formation of the second resist layer. The second resist layer could be formed to planarize the uneven structure of the
実施例1においては第1レジスト層の充填径は1020nm、第2レジスト層の膜厚は2550nmとした。 In Example 1, the filling diameter of the first resist layer was 1020 nm, and the film thickness of the second resist layer was 2550 nm.
<半導体発光素子用基材の作製>
製造したナノ加工シートを使用して、既に説明したように、サファイア基板の主面上に、第1レジスト層及び第2レジスト層からなる2層レジスト層を転写付与した。次に、レジスト層を加工するエッチングと、サファイア基板を加工するエッチングを同一チャンバー内で連続して行った。エッチングにはGigalane社製Maxis300LCHplus ICPプラズマエッチャーを使用した。レジスト層のエッチングには、酸素ガスを使用した。ここでは、第1レジスト層が第2レジスト層のエッチングマスクとして機能し、第2レジスト層をサファイア基板の主面が部分的に露出するまでエッチングした。エッチング条件は、処理ガス圧15mTorr、O2流量130SCCM、ICP強度1200W、BAIS強度200W、基板冷却用Heは圧力4Torr、流量4SCCM、処理時間は240sとした。
<Fabrication of base material for semiconductor light emitting device>
Using the manufactured nanofabricated sheet, as described above, a two-layered resist layer consisting of the first resist layer and the second resist layer was transferred and applied onto the main surface of the sapphire substrate. Next, etching for processing the resist layer and etching for processing the sapphire substrate were continuously performed in the same chamber. The etching was performed using Gigax's Maxis 300 LCH plus ICP plasma etcher. Oxygen gas was used to etch the resist layer. Here, the first resist layer functions as an etching mask for the second resist layer, and the second resist layer is etched until the main surface of the sapphire substrate is partially exposed. The etching conditions were a processing gas pressure of 15 mTorr, an O 2 flow rate of 130 SCCM, an ICP strength of 1200 W, a BAIS strength of 200 W, a substrate cooling He pressure of 4 Torr, a flow rate of 4 SCCM, and a processing time of 240 s.
続いて、BCl3ガスを使用した反応性イオンエッチングを行い、サファイア基板をエッチングした。ここでは、第2レジスト層をエッチングマスクとして、サファイア基板をエッチングした。処理条件は、処理ガス圧3.2mTorr、BCl3流量120SCCM、ICP強度1700W、BIAS強度300W、基板冷却用Heは圧力4Torr、流量4SCCM、処理時間は4500sとした。 Subsequently, reactive ion etching using BCl 3 gas was performed to etch the sapphire substrate. Here, the sapphire substrate was etched using the second resist layer as an etching mask. The processing conditions were: processing gas pressure 3.2 mTorr, BCl 3 flow rate 120 SCCM, ICP intensity 1700 W, BIAS intensity 300 W, substrate cooling He pressure 4 Torr, flow rate 4 SCCM, processing time 4500 s.
エッチング加工したサファイア基板(サファイア基材)を取り出し、硫酸及び過酸化水素水を2:1の重量比にて混合した溶液にて洗浄した。このとき、処理液の温度は、100℃以上に制御した。 The etched sapphire substrate (sapphire substrate) was taken out and washed with a solution in which sulfuric acid and hydrogen peroxide water were mixed at a weight ratio of 2: 1. At this time, the temperature of the treatment liquid was controlled to 100 ° C. or more.
図9は、実施例に用いたサファイア基材の断面図である。図9Aに、作製したサファイア基材の断面視のSEM像を、図9Bに、その模式図を示す。 FIG. 9 is a cross-sectional view of a sapphire substrate used in the examples. FIG. 9A shows a SEM image of a cross-sectional view of the produced sapphire substrate, and FIG. 9B shows a schematic view thereof.
図9に示すように、製造したサファイア基材の主面には、凸部群である半導体非成長部位が形成されており、凸部群の周囲には凹構造である半導体成長部位が形成されていた。また、凸部群の中心には凸部が形成されておらず(不図示)、凸部群の最外郭を構成する凸部は互いに離間せずに隣接していた。また、半導体成長部位の底面の一部は湾曲していた。半導体非成長部位を構成する凸部の高さは820nmであった。断面視のSEM像より、基準面と凹構造の最下部との距離D(図4参照)を測長すると30nmであった。これより、距離Dは、10nm以上200nm以下であることが好ましく、20nm以上180nm以下であることがより好ましく、30nm以上160nm以下であることが更に好ましいことがわかった。 As shown in FIG. 9, on the main surface of the manufactured sapphire substrate, a semiconductor non-growth portion which is a convex portion group is formed, and a semiconductor growth portion which is a concave structure is formed around the convex portion group. It was Further, no convex portion was formed at the center of the convex portion group (not shown), and the convex portions constituting the outermost portion of the convex portion group were adjacent to each other without being separated from each other. In addition, part of the bottom of the semiconductor growth site was curved. The height of the convex part which comprises a semiconductor non-growth part was 820 nm. When the distance D (see FIG. 4) between the reference surface and the lowermost part of the concave structure was measured from the SEM image of the cross sectional view, it was 30 nm. From this, it was found that the distance D is preferably 10 nm or more and 200 nm or less, more preferably 20 nm or more and 180 nm or less, and still more preferably 30 nm or more and 160 nm or less.
<半導体発光素子の作製>
得られたサファイア基材上に、バッファ層としてAlxGa1−xN(0≦x≦1)の低温成長バッファ層を100Å成膜した。次に、非ドープ第1半導体層として、アンドープのGaNを成膜した。その後、ドープ第1半導体層として、SiドープのGaNを成膜した。続いて歪吸収層を設け、発光半導体層として、多重量子井戸の活性層(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した。発光半導体層上に、第2半導体層として、エレクトロブロッキング層を含むようにMgドープのAlGaN、アンドープのGaN、MgドープのGaNを積層し、積層半導体層を得た。
<Fabrication of semiconductor light emitting device>
On the sapphire substrate thus obtained, a low-temperature growth buffer layer of Al x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1) was deposited to a thickness of 100 Å as a buffer layer. Next, undoped GaN was deposited as an undoped first semiconductor layer. Thereafter, Si-doped GaN was formed as a doped first semiconductor layer. Subsequently, a strain absorption layer is provided, and as the light emitting semiconductor layer, the well layers are formed with respective film thicknesses (60 Å, 250 Å) of the active layer (well layer, barrier layer = undoped InGaN, Si doped GaN) of multiple quantum wells. Six layers and seven barrier layers were laminated alternately. On the light emitting semiconductor layer, Mg-doped AlGaN, undoped GaN, and Mg-doped GaN were stacked as a second semiconductor layer so as to include an electroblocking layer, to obtain a stacked semiconductor layer.
その後、透明導電膜としてITOを成膜し、電極形成工程の後、リーク電流の測定を行った。2インチのサファイア基材上に得られたLED素子3000個以上に対して、オートプローバを用いて、p電極パッドとn電極パッドの間に−5V(逆バイアス)印加した際のリーク電流(Ir)を測定した。その結果、全てのLED素子においてIrは0.01μAより小さいことを確認した。 Then, ITO was formed into a film as a transparent conductive film, and the leak current was measured after the electrode formation process. Leakage current (Ir) when -5 V (reverse bias) is applied between the p electrode pad and the n electrode pad using an auto prober for 3,000 or more LED elements obtained on a 2-inch sapphire substrate Was measured. As a result, it was confirmed that Ir was smaller than 0.01 μA in all LED elements.
その後、実装工程を行った。サファイア基材を厚さ160μmまで研磨して裏面に反射層を設けた。反射層は、Ag−Pd−Cu系の合金を成膜した。その後、裁断工程を経て得られた半導体発光素子について、前記した3000個の半導体発光素子のうち、20個について実装を行い、平均を求めた。銀メッキTO缶にAgペーストで接合し、ワイヤボンディングすることで、p電極パッドとn電極パッドの間に電流を流し発光出力を測定した。なお、チップの大きさは350μm四方、電流は20mAとし、発光波長は450nmであった。 After that, the mounting process was performed. The sapphire substrate was polished to a thickness of 160 μm and a reflective layer was provided on the back surface. The reflective layer was formed of an Ag-Pd-Cu alloy. Thereafter, with respect to the semiconductor light emitting devices obtained through the cutting step, 20 of the 3000 semiconductor light emitting devices described above were mounted, and the average was determined. The light emission output was measured by passing a current between the p electrode pad and the n electrode pad by bonding the silver plated TO can with Ag paste and wire bonding. The size of the chip was 350 μm square, the current was 20 mA, and the emission wavelength was 450 nm.
ここで、一般にDroop率は、低電流における最大IQEpeakで、所定の電流(定格電流)を流したときのIQE(定格電流)を除した値で定義される。外部量子効率EQEと内部量子効率IQEと光取り出し効率LEEの関係はEQE=IQE×LEEとなっており、LEEは電流によらないことからDroop率は以下の式で表すことができる。
Droop率=IQE(定格電流)/IQEpeak
=EQE(定格電流)/LEE÷(EQEpeak/LEE)
=EQE(定格電流)/EQEpeak
Droop率は1に近いほど高電流でのIQEの低下が抑えられることを示し、高性能なLEDとされる。
Here, in general, the Droop ratio is defined as a value obtained by dividing IQE (rated current) when a predetermined current (rated current) flows at maximum IQE peak at low current. The relationship between the external quantum efficiency EQE, the internal quantum efficiency IQE, and the light extraction efficiency LEE is EQE = IQE × LEE, and since LEE does not depend on current, the Droop rate can be expressed by the following equation.
Droop ratio = IQE (rated current) / IQE peak
= EQE (rated current) / LEE ÷ (EQE peak / LEE)
= EQE (Rated current) / EQE peak
The Droop ratio is closer to 1 and indicates that the reduction in IQE at high current can be suppressed, which is considered to be a high performance LED.
実施例1において、350mA/mm2(定格電流密度)でのEQEを、低電流における最大EQEpeakで除した値は0.88であった。 In Example 1, the value of EQE at 350 mA / mm 2 (rated current density) divided by the maximum EQE peak at low current was 0.88.
[比較例1]
比較例1で用いた樹脂モールドは、実施例1と同様であった。第1レジスト層の充填径は1020nm、第2レジスト層の膜厚は1700nmとして、ナノ加工シートを作製した。
Comparative Example 1
The resin mold used in Comparative Example 1 was the same as in Example 1. A nanomachined sheet was manufactured by setting the filling diameter of the first resist layer to 1020 nm and the film thickness of the second resist layer to 1700 nm.
製造したナノ加工シートを使用して、サファイア基板の主面上に、第1レジスト層及び第2レジスト層からなる2層レジスト層を転写付与した。次に、レジスト層を加工するエッチングと、サファイア基板を加工するエッチングを同一チャンバー内で連続して行った。エッチングにはGigalane社製Maxis300LCHplus ICPプラズマエッチャーを使用した。レジスト層のエッチングには、酸素ガスを使用した。ここでは、第1レジスト層が第2レジスト層のエッチングマスクとして機能し、第2レジスト層をサファイア基板の主面が部分的に露出するまでエッチングした。エッチング条件は、処理ガス圧15mTorr、O2流量130SCCM、ICP強度1200W、BAIS強度200W、基板冷却用Heは圧力4Torr、流量4SCCM、処理時間は240sとした。 Using the manufactured nanofabricated sheet, a two-layer resist layer consisting of a first resist layer and a second resist layer was transferred and applied onto the main surface of the sapphire substrate. Next, etching for processing the resist layer and etching for processing the sapphire substrate were continuously performed in the same chamber. The etching was performed using Gigax's Maxis 300 LCH plus ICP plasma etcher. Oxygen gas was used to etch the resist layer. Here, the first resist layer functions as an etching mask for the second resist layer, and the second resist layer is etched until the main surface of the sapphire substrate is partially exposed. The etching conditions were a processing gas pressure of 15 mTorr, an O 2 flow rate of 130 SCCM, an ICP strength of 1200 W, a BAIS strength of 200 W, a substrate cooling He pressure of 4 Torr, a flow rate of 4 SCCM, and a processing time of 240 s.
続いて、BCl3ガスを使用した反応性イオンエッチングを行い、サファイア基板をエッチングした。ここでは、第2レジスト層をエッチングマスクとして、サファイア基板をエッチングした。処理条件は、処理ガス圧3.2mTorr、BCl3流量120SCCM、ICP強度1700W、BIAS強度400W、基板冷却用Heは圧力5Torr、流量5SCCM、処理時間は2100sとした。 Subsequently, reactive ion etching using BCl 3 gas was performed to etch the sapphire substrate. Here, the sapphire substrate was etched using the second resist layer as an etching mask. The processing conditions were a processing gas pressure of 3.2 mTorr, a BCl 3 flow rate of 120 SCCM, an ICP strength of 1700 W, a BIAS strength of 400 W, a substrate cooling He pressure of 5 Torr, a flow rate of 5 SCCM, and a processing time of 2100 s.
エッチング加工したサファイア基板を取り出し、硫酸及び過酸化水素水を2:1の重量比にて混合した溶液にて洗浄した。このとき、処理液の温度は、100℃以上に制御した。 The etched sapphire substrate was taken out and washed with a solution in which sulfuric acid and hydrogen peroxide solution were mixed at a weight ratio of 2: 1. At this time, the temperature of the treatment liquid was controlled to 100 ° C. or more.
図10は、比較例に用いたサファイア基材の断面図である。図10Aに、作製したサファイア基材の断面視のSEM像を、図10Bに、その模式図を示す。 FIG. 10 is a cross-sectional view of a sapphire substrate used in a comparative example. FIG. 10A shows a SEM image of a cross-sectional view of the produced sapphire substrate, and FIG. 10B shows a schematic view thereof.
図10に示すように、製造したサファイア基材の主面には、半導体非成長部位が形成されていた。この半導体非成長部位の凸部の高さは820nmであった。断面視のSEM像より、半導体成長部位に非平坦面は存在しないことが確認された。 As shown in FIG. 10, a semiconductor non-growth site was formed on the main surface of the manufactured sapphire substrate. The height of the convex portion at this semiconductor non-growth portion was 820 nm. From the SEM image of the cross-sectional view, it was confirmed that there is no non-flat surface at the semiconductor growth site.
その後、実施例1と同様に、半導体層の成膜、電極形成、実装工程を経て、評価を行った。なお、チップの大きさは350μm四方、電流は20mAとし、発光波長は450nmであった。 After that, in the same manner as in Example 1, the evaluation was performed through the film formation of the semiconductor layer, the electrode formation, and the mounting process. The size of the chip was 350 μm square, the current was 20 mA, and the emission wavelength was 450 nm.
このときのDroop率は0.85であり、実施例1に比較して、明らかに高電流における外部量子効率EQEが低下、すなわち内部量子効率IQEが低下していた。 At this time, the Droop ratio was 0.85, and the external quantum efficiency EQE at high current was apparently reduced, that is, the internal quantum efficiency IQE was reduced, as compared with Example 1.
本発明の実施の形態は上記の各実施の形態、実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらには、技術の進歩又は派生する別技術によって、本発明の技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、本発明の技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施態様をカバーしている。 The embodiments of the present invention are not limited to the above-described embodiments and examples, and various changes, substitutions, and modifications may be made without departing from the scope of the technical idea of the present invention. Furthermore, if technical progress of the technology or another technology derived therefrom can realize the technical concept of the present invention in another way, it may be implemented using that method. Therefore, the claims cover all the embodiments that can be included within the scope of the technical idea of the present invention.
以上説明したように、本発明は、優れた発光効率を有する半導体発光素子を歩留まりよく製造することができるという効果を有し、特にLEDなどの半導体発光素子に好適に使用することができる。 As described above, the present invention has the effect of being able to manufacture a semiconductor light emitting device having excellent luminous efficiency with a high yield, and in particular, can be suitably used for a semiconductor light emitting device such as an LED.
100、500、600、701 半導体発光素子用基材
101、104、501、504、601、604、711 凸部
102、502、602、712 半導体非成長部位
103、503、603、713 半導体成長部位
700 半導体発光素子
100, 500, 600, 701 Substrates for semiconductor
Claims (6)
前記基板の主面に半導体非成長部位と半導体成長部位と、を具備し、
前記基板に少なくとも第1半導体層、発光半導体層及び第2半導体層がこの順に積層された半導体発光素子を形成するための半導体発光素子用基材であって、
前記半導体非成長部位が凸構造を有しており、前記半導体成長部位が凹構造を有しており、前記凹構造の少なくとも一部の底面が非平坦面であることを特徴する半導体発光素子用基材。 A substrate,
Comprising a semiconductor non-growth site and a semiconductor growth site on the main surface of the substrate,
It is a base material for semiconductor light emitting elements for forming a semiconductor light emitting element in which at least a first semiconductor layer, a light emitting semiconductor layer and a second semiconductor layer are laminated in this order on the substrate.
The semiconductor non-growth region has a convex structure, the semiconductor growth region has a concave structure, and at least a part of the bottom surface of the concave structure is a non-flat surface. Base material.
A laminated semiconductor layer formed by laminating at least two or more semiconductor layers and a light emitting layer laminated on the main surface side of the base material for a semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 5. What is claimed is: 1. A semiconductor light emitting device comprising:
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