DE112007000372T5

DE112007000372T5 - Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung eines Nitrids der Gruppe III und Verfahren zur Herstellung derselben

Info

Publication number: DE112007000372T5
Application number: DE112007000372T
Authority: DE
Inventors: Kenji Tsukuba Kasahara; Kazumasa Tsuchiura Ueda; Yoshinobu Tsukubamirai Ono
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 2006-02-16
Filing date: 2007-02-13
Publication date: 2009-01-02
Also published as: KR20130061188A; US20100155754A1; KR101286418B1; US8097891B2; TWI419354B; TW200737554A; KR20080104302A; CN101421858A; GB0816481D0; WO2007094490A1; GB2449595A; JP2007220865A; GB2449595B

Abstract

Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung eines Nitrids der Gruppe III, die die Komponenten (a1), (b1) und (c1) in dieser Reihenfolge umfasst:
(a1) eine N-Elektrode,
(b1) einen Halbleitermehrschichtenfilm,
(c1) eine P-Elektrode eines transparenten, elektrisch leitenden Oxids,
wobei der Halbleitermehrschichtenfilm eine N-Halbleiterschicht, eine lichtemittierende Schicht, eine P-Halbleiterschicht und eine N-Halbleiterschicht hoher Konzentration mit einer n-Fremdatomkonzentration von 5 × 10¹⁸ cm^–3 bis 5 × 10²⁰ cm^–3 in dieser Reihenfolge umfasst, wobei die N-Halbleiterschicht mit der N-Elektrode in Kontakt steht und der Halbleitermehrschichtenfilm Konvexgebilde aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung eines Nitrids der Gruppe III sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung einer Nitridverbindung der Formel In_xGa_yAl_zN (worin x + y + z = 1, 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 1) sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben.
Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen auf der Basis eines Nitrids der Gruppe III-V werden als Lichtquelle für verschiedene Anzeigevorrichtungen und Beleuchtungsvorrichtungen verwendet. Die Verwendung als Lichtquelle zur optischen Kommunikation im Haus wird ebenfalls untersucht. Bei der Anwendung von Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen auf der Basis eines Nitrids der Gruppe III-V für diese Verwendungszwecke ist die Verstärkung der Lichtemissionseffizienz ein Problem.
Zur Verstärkung der Lichtemissionseffizienz einer Lichtemissionsvorrichtung ist (1) die Unterdrückung nicht-strahlender Zentren durch eine Vorrichtungsstruktur, die die Rekombinationsrate von Elektronen und Löchern erhöht, oder durch die Verringerung von Versetzungs- und Fehlstellendichten eines Halbleiterkristalls (Verbesserung der internen Quanteneffizienz) und (2) die Verbesserung der Lichtextraktionseffizienz, die in dem Halbleiterkristall aus der Vorrichtung von dem Halbleiter heraus erzeugt wird (Verbesserung der Lichtextraktionseffizienz) erforderlich. In Bezug auf den letzteren Fall kann nur Licht, das keinen größeren Winkel als einen kritischen Winkel in dem Grenzbereich zwischen einem Halbleiter und der äußeren Umgebung zeigt, nach außen abgegeben werden, und Licht, das keinen kleineren Winkel als den kritischen Winkel zeigt, wird in dem Grenzbereich reflektiert und in das Innere des Halbleiters zurückgeführt und intern abgeschwächt, was durch die Snell-Formel erklärt wird.
Halbleiter auf der Basis eines Nitrids der Gruppe III-V weisen einen Brechungsindex von nicht weniger als 2 auf und dieser Brechungsindex ist verschieden vom Brechungsindex von Licht, das in den Raum oder ein Bauelement gelangt (beispielsweise atmosphärische Luft mit einem Brechungsindex von 1, Epoxideinkapselungsmaterial mit einem Brechungsindex von 1,5). Daher zeigt in herkömmlichen Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen auf der Basis eines Nitrids der Gruppe III-V der größte Teil des in einer lichtemittierenden Schicht erzeugten Lichts den Zustand eines Winkels von innerer Totalreflexion und wird nicht nach außen abgegeben und während der wiederholten Mehrfachreflexion im Inneren der Vorrichtung wird dieses Licht in einer Elektrode und dergleichen absorbiert und in einigen Fällen abgeschwächt. Im Falle einer Vorrichtung mit einer GaN-Lichtemissionsschicht, die mit einem Epoxidharz verkapselt ist, wie einer LED-Lampe, beträgt der kritische Winkel beim Übergang von Licht von GaN in das Epoxidharz 38°, wenn er auf der Basis eines Brechungsindex von 2,5 für GaN und eines Brechungsindex von 1,5 für das Epoxidharz berechnet wird. Es wird angegeben, dass, da 80% des Lichts im Grenzbereich zwischen GaN und dem Epoxidharz-Verkapselungsmaterial totalreflektiert werden und in der GaN-Schicht eingeschlossen sind, nur 20% des in der lichtemittierenden Schicht erzeugten Lichts genutzt werden können.
Daher wurden herkömmlicherweise Verfahren zur Verbesserung der Lichtextraktionseffizienz vorgeschlagen ( JP-A-2003-258296 und 2003-218383 , WO 2005/004247 ). Die JP-A-2003-258296 und 2003-218383 offenbaren ein Verfahren, wobei ein Harz, das ein Blockpolymer oder Pfropfcopolymer enthält und eine Mikrophasentrennungsstruktur in selbstorganisierender Weise ausbildet, auf der Oberfläche einer Lichtemissionsvorrichtung auf der Basis von GaP verwendet wird, die Mikrophasentrennungsstruktur eines auf der Oberfläche der Lichtemissionsvorrichtung ausgebildeten Dünnfilms selektiv entfernt wird und die Oberfläche der Lichtemissionsvorrichtung unter Verwendung von verbliebenen Polymerpunkten als Ätzmaske geätzt wird, wodurch eine feine Rauheit ausgebildet wird. Die WO 2005/004247 offenbart ein Verfahren des Ätzens der Oberfläche einer n-Schicht einer Lichtemissionsvorrichtung auf der Basis von GaN unter Verwendung des Rückstands, der beim Trockenätzen natürlicherweise erzeugt wird, als Ätzmaske.
Jedoch werden eine weitere Verbesserung der Lichtextraktionseffizienz einer Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung eines Nitrids der Gruppe III und ein effizientes Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung eines Nitrids der Gruppe III, die hohe Lichtextraktionseffizienz zeigt, gewünscht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer hocheffizienten Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung eines Nitrids der Gruppe III, die verbesserte Lichtextraktionseffizienz zeigt, sowie eines Verfahrens zur Herstellung derselben.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung führten intensive Untersuchungen zur Lösung des oben beschriebenen Problems durch, wodurch sie schließlich zur vorliegenden Erfindung geführt wurden. Durch die vorliegende Erfindung erfolgt die Bereitstellung einer Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung eines Nitrids der Gruppe III, die die Komponenten (a1), (b1) und (c1) in dieser Reihenfolge umfasst:

(a1) eine N-Elektrode,
(b1) einen Halbleitermehrschichtenfilm,
(c1) eine P-Elektrode eines transparenten, elektrisch leitenden Oxids,

¹⁸

^–3

²⁰

^–3

Durch die vorliegende Erfindung erfolgt die Bereitstellung einer Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung eines Nitrids der Gruppe III, die die Komponenten (a2), (b2) und (c2) umfasst:

(a2) eine N-Elektrode eines transparenten, elektrisch leitenden Oxids,
(b2) einen Halbleitermehrschichtenfilm,
(c2) eine P-Elektrode,

¹⁸

^–3

²⁰

^–3

Ferner erfolgt durch die vorliegende Erfindung die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung des Oberflächenlichtemis sionstyps 1, das die Stufen (I-1) bis (I-4) umfasst:
Stufe (I-1): eine N-Halbleiterschicht, eine lichtemittierende Schicht, eine P-Halbleiterschicht und eine N-Halbleiterschicht hoher Konzentration mit einer n-Fremdatomkonzentration von 5 × 10¹⁸ cm^–3 bis 5 × 10²⁰ cm^–3 werden auf einem Substrat gezüchtet, wobei ein Halbleitermehrschichtenfilm erhalten wird,
Stufe (I-2): Teilchen mit einer mittleren Teilchengröße von 0,01 μm bis 10 μm werden mit einer Flächendichte von 2 × 10⁶ cm^–2 bis 2 × 10¹⁰ cm^–2 auf der N-Halbleiterschicht hoher Konzentration des Halbleitermehrschichtenfilms platziert,
Stufe (I-3): der Halbleitermehrschichtenfilm wird unter Verwendung der Teilchen als Ätzmaske trockengeätzt, wobei Konvexgebilde gebildet werden,
Stufe (I-4): eine P-Elektrode wird auf dem Halbleitermehrschichtenfilm ausgebildet.
Ferner erfolgt durch die vorliegende Erfindung die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung eines Nitrids der Gruppe III 2, das die Stufen (II-1) bis (II-7) umfasst:
Stufe (II-1): eine N-Halbleiterschicht hoher Konzentration mit einer n-Fremdatomkonzentration von 5 × 10¹⁸ cm^–3 bis 5 × 10²⁰ cm^–3, eine N-Halbleiterschicht, eine lichtemittierende Schicht und eine P-Halbleiterschicht werden in dieser Reihenfolge auf einem Substrat gezüchtet, wobei ein Halbleitermehrschichtenfilm erhalten wird,
Stufe (II-2): eine P-Elektrode wird auf dem Halbleitermehrschichtenfilm ausgebildet,
Stufe (II-3): ein Träger wird an die P-Elektrode angefügt,
Stufe (II-4): das Substrat wird von dem Halbleitermehrschichtenfilm abgetrennt,
Stufe (II-5): Teilchen mit einer mittleren Teilchengröße von 0,01 μm bis 10 μm werden mit einer Flächendichte von 2 × 10⁶ cm^–2 bis 2 × 10¹⁰ cm^–2 auf der N-Halbleiterschicht hoher Konzentration des Halbleitermehrschichtenfilms platziert,
Stufe (II-6): der Halbleitermehrschichtenfilm wird unter Verwendung der Teilchen als Ätzmaske trockengeätzt, wobei Konvexgebilde ausgebildet werden,
Stufe (II-7): eine N-Elektrode wird auf der N-Halbleiterschicht hoher Konzentration ausgebildet.
1 ist eine perspektivische Darstellung einer Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 1 eines Nitrids der Gruppe III.
2 zeigt eine nichtperiodische Konfiguration und eine periodische Konfiguration von Konvexgebilden.
3 zeigt Querschnitte eines Konvexgebildes in senkrechter und horizontaler Richtung in Bezug auf einen Halbleitermehrschichtenfilm.
4 zeigt verschiedene Beispiele für Bildungsbereiche von Konvexgebilden.
5 zeigt Beziehungen zwischen dem Konvexgebildescheitel und der Halbleitermehrschichtenfilm/Elektrode-Grenzfläche.
6 zeigt Beziehungen zwischen einer Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 1 eines Nitrids der Gruppe III und einer Baugruppe.
7 zeigt Schichtstrukturen von einem Substrat und einem Halbleitermehrschichtenfilm.
8 zeigt ein Beispiel der Herstellung einer Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 1 eines Nitrids der Gruppe III.
9 zeigt Beziehungen zwischen einer Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 2 eines Nitrids der Gruppe III und einer Baugruppe.
10 ist eine perspektivische Darstellung einer Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 2 eines Nitrids der Gruppe III.
11 zeigt verschiedene Beispiele für Bildungsbereiche von Konvexgebilden.
12 zeigt ein Beispiel der Herstellung einer Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 2 eines Nitrids der Gruppe III.
13 zeigt ein weiteres Beispiel der Herstellung einer Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 2 eines Nitrids der Gruppe III.
14 zeigt Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen eines Nitrids der Gruppe III der Beispiele 1 bis 4 und des Vergleichsbeispiels.
15 zeigt den Bildungsbereich von Konvexgebilden und eine Grenze des Bildungsbereichs und Nichtbildungsbereichs von Konvexgebilden einer Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung eines Nitrids der Gruppe III von Beispiel 1.
16 zeigt die Beziehung zwischen dem Flächenanteil des Bereichs konvexer Gebilde und der Lichtleistung von Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen eines Nitrids der Gruppe III der Beispiele 1 bis 4 und des Vergleichsbeispiels.

1: Substrat
2: Niedertemperaturpufferschicht
3: N-Halbleiterschicht
4: lichtemittierende Schicht
5: P-Halbleiterschicht
6: N-Halbleiterschicht hoher Konzentration
7: N-Elektrode
8: P-Elektrode

Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 1 eines Nitrids der Gruppe III
Die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 1 eines Nitrids der Gruppe III gemäß der vorliegenden Erfindung (im folgenden als Vorrichtung 1 bezeichnet) weist eine N-Elektrode, einen Halbleitermehrschichtenfilm und eine P-Elektrode auf.
Die N-Elektrode besteht aus beispielsweise Al, Ti, einer Al-Legierung, Ti-Legierung, Al-Verbindung, Ti-Verbindung, einer Al und Ti enthaltenden Legierung, einer Al und Ti enthaltenden Verbindung oder einem transparenten, elek trisch leitenden Oxid, wie ITO, ZnO und SnO₂, und vorzugsweise aus Al, Ti/Al, V/Al.
Der Halbleitermehrschichtenfilm besteht aus einer Nitridverbindung der Formel In_xGa_yAl_zN (worin x + y + z = 1, 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 1) und er enthält eine N-Halbleiterschicht, eine lichtemittierende Schicht, eine P-Halbleiterschicht und eine N-Halbleiterschicht hoher Konzentration in dieser Reihenfolge.
Die N-Halbleiterschicht besteht beispielsweise aus GaN und sie weist eine n-Fremdatomkonzentration von 1 × 10¹⁸ cm^–3 bis 5 × 10¹⁸ cm^–3 auf.
Die lichtemittierende Schicht kann beliebig eine Einzelquantentopfstruktur oder eine Mehrfachquantentopfstruktur aufweisen.
Die P-Halbleiterschicht weist üblicherweise eine p-Fremdatomkonzentration von 1 × 10¹⁸ cm^–3 bis 5 × 10²⁰ cm^–3 auf. Typischerweise kann die p-Fremdatomkonzentration der P-Halbleiterschicht nahe der Grenzfläche zwischen der p-Halbleiterschicht und der N-Halbleiterschicht hoher Konzentration vorteilhafterweise in dem oben beschriebenen Bereich liegen.
Die N-Halbleiterschicht hoher Konzentration weist eine n-Fremdatomkonzentration von 5 × 10¹⁸ cm^–3 bis 5 × 10²⁰ cm^–3 auf. Die N-Halbleiterschicht hoher Konzentration weist eine Dicke von üblicherweise 1 nm bis 5 μm, vorzugsweise 1 nm bis 10 nm auf. Die N-Halbleiterschicht hoher Konzentration kann beliebig eine einlagige oder mehrlagige sein und im Falle einer Einzelschicht ist die N-Halbleiterschicht hoher Konzentration beispielsweise eine n-InGaN-Schicht mit einer Dicke von 5 nm. Im Gegensatz dazu kann im Falle einer Mehrfachschicht die N-Halbleiterschicht hoher Konzentration beispielsweise eine, die durch ein- bis fünfmaliges periodisches Laminieren einer n-GaN-Schicht mit einer Dicke von 1 nm/n-InGaN-Schicht mit einer Dicke von 1 nm erhalten wurde, sein.
Die Vorrichtung 1 hat die Wirkung des Verteilens von Strom durch die P-Elektrode und des Injizierens von Strom in die Halbleiterschicht und die Wirkung einer Unterdrückung der Absorption von Licht und der Abgabe des Lichts nach außen. Daher besteht die P-Elektrode aus einem transparenten, elektrisch leitenden Oxid, vorzugsweise aus ITO, ZnO oder SfO₂. Die P-Elektrode kann beliebig einlagig oder mehrlagig sein. Bei der P-Elektrode ist es günstig, wenn der Wert des Produkts αxd der Dicke (d) und des Absorptionskoeffizienten (a) klein ist und beispielsweise beträgt der Wert vorzugsweise nicht mehr als 0,1 im Hinblick auf eine weitere Unterdrückung der Lichtabsorption. Ferner zeigt die P-Elektrode einen Flächenwiderstand von vorzugsweise nicht mehr als 50 Ω/
im Hinblick auf die Stromverteilung.
Eine typische Struktur der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 1 eines Nitrids der Gruppe III wird durch 1 erläutert.
Die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 1 eines Nitrids der Gruppe III weist eine Mehrschichtenstruktur auf, die aufeinanderfolgend eine N-Halbleiterschicht 3, eine lichtemittierende Schicht 4, eine P-Halbleiterschicht 5 und eine extrem dünne Schicht eines N-Halbleiters hoher Konzentration 6 enthält. Die N-Elektrode 7 steht in Kontakt mit der N-Halbleiterschicht 3. Die extrem dünne Schicht eines N-Halbleiters hoher Konzentration 6 ist zwischen eine transparente P-Elektrode 8 und die P-Halbleiter schicht 5 eingefügt, wie in 1(a) und (b) gezeigt ist.
Die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 1 eines Nitrids der Gruppe III weist Konvexgebilde auf, die aus der N-Halbleiterschicht 3, der lichtemittierenden Schicht 4, der P-Halbleiterschicht 5 und der extrem dünnen Schicht eines N-Halbleiters hoher Konzentration 6 bestehen, wie in 1(a) und (c) gezeigt ist.
Aufgrund des Vorhandenseins der Konvexgebilde zeigt die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 1 eines Nitrids der Gruppe III die Wirkung, dass Licht, das während wiederholter Mehrfachreflexion abgeschwächt wird, während es in der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 1 eines Nitrids der Gruppe III eingeschlossen ist, effizient aus dem Konvexgebilde nach außen austritt, oder die Wirkung, dass Licht durch eine Änderung des Reflexionswinkels durch die transparente P-Elektrode effizient nach außen austritt.
Üblicherweise sind mindestens zwei Konvexgebilde vorhanden und vorzugsweise sind die Formen und Größen derselben identisch. Vorzugsweise zeigen die Konvexgebilde die Anordnung einer "nichtperiodischen Konfiguration". "Nicht-periodische Konfiguration" bedeutet, dass keine zweidimensionale Periodizität einer langen periodischen Konvexgebildeplatzierung über mindestens 10 Konvexgebilde besteht, wie in 2(a) gezeigt ist. Die "nichtperiodische Konfiguration" berücksichtigt nicht eine Periodizität zwischen nächstbenachbarten Konvexgebilden und eine Periodizität zwischen zweitnächstbenachbarten Konvexgebilden. 2(b) zeigt ein Beispiel für eine periodische Konfiguration. Die Form des Konvexgebildes wird detailliert durch 3(a) erläutert. Wie in 3(c) gezeigt ist, ist ein zum Halbleitermehrschichtenfilm paralleler Quer schnitt A kreisförmig und, wie in 3(b) gezeigt ist, enthält ein zum Halbleitermehrschichtenfilm senkrechter Querschnitt B eine gekrümmte Linie und der Krümmungsradius derselben nimmt monoton vom Scheitel zu peripheren Teilen zu.
Die Konvexgebilde weisen eine Flächendichte von üblicherweise 2 × 10⁶ cm^–2 bis 2 × 10¹⁰ cm^–2 auf. Die Flächendichte ist die Zahl der Konvexgebilde in Bezug auf die durch die Konvexgebilde belegte Oberfläche.
Vorzugsweise beträgt der durch die Konvexgebilde belegte Anteil der Oberfläche in Bezug auf die Gesamtoberfläche der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 1 eines Nitrids der Gruppe III (im folgenden als Flächenanteil bezeichnet) nicht weniger als 2,3%.
Die Gesamtoberfläche ist die Fläche des Grenzbereichs zwischen der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 1 eines Nitrids der Gruppe III und der äußeren Umgebung und im Falle einer Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 1 eines Nitrids der Gruppe III in der Form eines rechtwinkligen Parallelepipeds mit beispielsweise einer longitudinalen Länge von 300 μm, einer seitlichen Länge von 300 μm und einer Dicke von 100 μm beträgt die Gesamtoberfläche 3 × 10⁵ μm² [= (300 μm × 300 μm) × 2 + (300 μm × 100 μm) × 4].
In diesem Beispiel beträgt die durch die Konvexgebilde belegte Oberfläche vorzugsweise nicht weniger als 6,9 × 10³ μm² [= 3 × 10⁵ × 2,3/100].
Die Platzierung der Konvexgebilde wird durch 4 erläutert. 4 ist die Figur einer Betrachtung ausgehend von der Oberfläche der Abgabe von Licht von der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 1 eines Nitrids der Gruppe III. In Bezug auf die Platzierung von Konvexgebilden kann ein Bildungsbereich von Konvexgebilden 41 rings um eine transparente P-Elektrode 42 vorhanden sein, wie in 4(a) gezeigt ist, auf einem mit dem Bildungsbereich einer N-Elektrode 43 überlappenden Bereich vorhanden sein, wie in 4(b) gezeigt ist, oder auf einer Öffnung 44 einer transparenten Elektrode vorhanden sein, wie in 4(c) gezeigt ist. Die Konvexgebilde können auch in einer Kombination hiervon platziert sein. Von diesen ist es im Hinblick auf eine Verbesserung einer dichten Haftung der N-Elektrode und der Halbleiterschicht günstig, wenn ein Teil oder die Gesamtheit des Bildungsbereichs von Konvexgebilden 41 auf dem Bildungsbereich der N-Elektrode vorhanden ist.
Wie in 5(a) gezeigt ist, ist es günstig, wenn die Ebene, die durch Verbinden der Scheitel der Konvexgebilde erhalten wird, und die Grenzfläche zwischen der transparenten P-Elektrode 51 und dem Halbleitermehrschichtenfilm 52 in der gleichen Ebene liegen. Eine Lichtemissionsvorrichtung, die durch Verwendung eines auf diese Weise erhaltenen Halbleitermehrschichtenfilms erhalten wird, ist für eine hohe Leistung geeignet.
Vorteilhafterweise wird die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 1 eines Nitrids der Gruppe III üblicherweise zu Chips weiterverarbeitet und auf einer aus einem Metall, Keramik oder Harz bestehenden Baugruppe montiert.
Bei der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 1 eines Nitrids der Gruppe III wird das Substrat 111 (beispielsweise ein Einkristallsubstrat) zur Kristallzüchtung einer Halbleiterschicht optional nicht entfernt und eine Baugruppe 112 an dieses angefügt, wie in 6(a) gezeigt ist. Alternativ wird das Substrat 111 entfernt und eine Baugruppe 112 an die Halbleiterschicht 110 angefügt, wie in 6(b) gezeigt ist. In 6(a), 6(b) wird die N-Elektrode durch 7 dargestellt und die P-Elektrode durch 8 dargestellt und eine Kontaktelektrode, die Verdrahtung einer Elektrode und ein Einkapselungsharz sind weggelassen.
Bei der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 1 eines Nitrids der Gruppe III ist es im Hinblick auf eine Verbesserung der Wärmeverteilung bei Verwendung im Betrieb mit hoher Stromdichte und dergleichen günstig, dass das Substrat 111 entfernt wird, wie in 6(b) gezeigt ist.
Die Montage an einer Baugruppe kann vorteilhafterweise unter Verwendung von beispielsweise einer Silberpaste durchgeführt werden.
Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 1 eines Nitrids der Gruppe III
Die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 1 eines Nitrids der Gruppe III gemäß der vorliegenden Erfindung kann vorteilhafterweise durch ein Verfahren hergestellt werden, das beispielsweise die oben beschriebenen Stufen (I-1), (I-2), (I-3) und (I-4) enthält.
Stufe (I-1) Züchtung eines Halbleitermehrschichtenfilms
In der Stufe (I-1) werden eine N-Halbleiterschicht, eine lichtemittierende Schicht, eine P-Halbleiterschicht und eine N-Halbleiterschicht hoher Konzentration mit einer n-Fremdatomkonzentration von 5 × 10¹⁸ cm^–3 bis 5 × 10²⁰ cm^–3 auf einem Substrat gezüchtet, wobei ein Halbleitermehrschichtenfilm erhalten wird. In der Stufe (I-1) kann, falls nötig, eine Niedertemperaturpufferschicht ausgebildet werden. Die Niedertemperaturpufferschicht wird auf dem Substrat ausgebildet und anschließend wird die N-Halbleiterschicht darauf ausgebildet.
Das Substrat ist beispielsweise ein Einkristall aus SiC, Si, MgAl₂O₄, LiTaO₃, ZrB₂, CrB₂ oder GaN oder Saphir und vorzugsweise Saphir.
Die Niedertemperaturpufferschicht besteht aus beispielsweise InGaN oder GaN und sie weist eine Dicke von üblicherweise 20 bis 80 nm auf.
Die N-Halbleiterschicht, die lichtemittierende Schicht, die P-Halbleiterschicht und die N-Halbleiterschicht hoher Konzentration sind wie im Falle der oben angegebenen Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 1 eines Nitrids der Gruppe III beschrieben.
Die Züchtung kann durch beispielsweise MOVPE, HVPE oder MBE durchgeführt werden.
Im Falle von MOVPE können die im folgenden angegebenen Verbindungen vorteilhafterweise als Material der Gruppe III, Material der Gruppe V, n-Dotierungsstoffmaterial, p-Dotierungsstoffmaterial, Atmosphärengas und Trägergas verwendet werden. Beispiele für das Material der Gruppe III umfassen ein Trialkylgallium der Formel R₁R₂R₃Ga (R₁, R₂, R₃ stehen für eine Niederalkylgruppe), wie Trimethylgallium [(CH₃)₃Ga, im folgenden als "TMG" bezeichnet] und Triethylgallium [(C₂H₅)₃Ga, im folgenden als "TEG" bezeichnet]; ein Trialkylaluminium der Formel R₁R₂R₃Al (R₁, R₂, R₃ stehen für eine Niederalkylgruppe), wie Trimethylaluminium [(CH₃)₃Al, "TMA"], Triethylaluminium [(C₂H₅)₃Al, "TEA"] und Triisobutylaluminium [(i-C₄H₉)₃Al]; Trimethylaminalan [(CH₃)₃N:AlH₃]; ein Trialkylindium der Formel R₁R₂R₃In (R₁, R₂, R₃ stehen für eine Niederalkylgruppe), wie Trimethylindium [(CH₃)₃In, "TMI"] und Triethylindium [(C₂H₅)₃In]; Verbindungen, die durch Substitution von einer oder zwei Alkylgruppen eines Trialkylindiums durch ein Halogenatom erhalten werden, wie Diethylindiumchlorid [(C₂H₅)₂InCl]; und Indiumhalogenide der Formel InX (X steht für ein Halogenatom), wie Indiumchlorid [InCl]. Diese können einzeln oder in einem Gemisch verwendet werden. Von diesen ist als Galliumquelle TMG bevorzugt, als Aluminiumquelle TMA bevorzugt und als Indiumquelle TMI bevorzugt. Beispiele für das Material der Gruppe V umfassen Ammoniak, Hydrazin, Methylhydrazin, 1,1-Dimethylhydrazin, 1,2-Dimethylhydrazin, tert-Butylamin und Ethylendiamin. Diese können einzeln oder in einer Kombination verwendet werden. Das Material der Gruppe V umfasst vorzugsweise Ammoniak und Hydrazin, ferner vorzugsweise Ammoniak, da in dem Molekül kein Kohlenstoffatom enthalten ist und eine Kontamination eines Halbleiters mit Kohlenstoff unterdrückt werden kann. Beispiele für das n-Dotierungsstoffmaterial umfassen Silan, Disilan, German und Tetramethylgermanium. Beispiele für das p-Dotierungsstoffmaterial umfassen Mg, Zn, Cd, Ca und Be, vorzugsweise Mg und Ca. Das als p-Dotierungsstoff zu verwendende Mg-Material umfasst Biscyclopentadienylmagnesium [(C₅H₅)₂Mg], Bismethylcyclopentadienylmagnesium [(C₅H₄CH₃)₂Mg] und Bisethylcyclopentadienylmagnesium [(C₅H₄C₂H₅)₂Mg] und ein Ca-Material hierfür umfasst Biscyclopentadienylcalcium [(C₅H₅)₂Ca] und Derivate desselben, beispielsweise Bismethylcyclopentadienylcalcium [(C₅H₄CH₃)₂Ca], Bisethylcyclopentadienylcalcium [(C₅H₄C₂H₅)₂Ca] und Bisperfluorcyclopentadienylcalcium [(C₅F₅)₂Ca]; Di-1-naphthalinylcalcium und Derivate desselben; Calciumacetylid und Derivate desselben, beispielsweise Bis(4,4-difluor-3-butenyl)-calcium und Bisphenylethinylcalcium. Diese können einzeln oder in einer Kombination verwendet werden.
Beispiele für das Atmosphärengas und Materialträgergas umfassen Stickstoff, Wasserstoff, Argon und Helium, vorzugsweise Wasserstoff und Helium. Diese können einzeln oder in einer Kombination verwendet werden. Zur Züchtung kann es zulässig sein, dass ein Substrat in einen Reaktor gesetzt wird und ein Materialgas eingeführt wird, um das Wachstum einer Halbleiterschicht auf dem Substrat zu bewirken. Der Reaktor weist beispielsweise eine Zuführleitung zum Zuführen eines Materialgases von einer Materialzuführvorrichtung in den Reaktor und einen Suszeptor zum Aufheizen eines Substrats in dem Reaktor auf. Eine Heizvorrichtung, wie eine Infrarotlampe und dergleichen, ist in dem Suszeptor zum Aufheizen des Suszeptors angebracht. Durch Aufheizen wird ein durch die Zuführleitung in den Reaktor eingeführtes Materialgas auf dem Substrat thermisch zersetzt, wodurch das Züchten einer gewünschten Verbindung bewirkt wird. Nichtumgesetztes Materialgas von in den Reaktor eingeführten Materialgasen wird aus dem Reaktor über eine Abgasleitung ausgetragen und einer Abgasbehandlungsvorrichtung zugeführt.
Im Falle von HVPE können die im folgenden angegebenen Verbindungen vorteilhafterweise als Material der Gruppe III, Material der Gruppe V und Trägergas verwendet werden und Beispiele für das Material der Gruppe III umfassen ein Galliumchloridgas, das durch Umsetzung von metallischem Gallium mit Chlorwasserstoffgas bei hoher Temperatur produziert wird, und ein Indiumchloridgas, das durch Umsetzung von metallischem Indium mit Chlorwasserstoffgas bei hoher Temperatur produziert wird. Das Material der Gruppe V ist beispielsweise Ammoniak. Beispiele für das Trägergas umfassen Stickstoff, Wasserstoff, Argon und Helium, vorzugsweise Wasserstoff und Helium, und diese können einzeln oder in einem Gemisch verwendet werden.
Im Falle von MBE können die im folgenden angegebenen Verbindungen vorteilhafterweise als Material der Gruppe III, Material der Gruppe V und Trägergas verwendet werden und Beispiele für das Material der Gruppe III umfassen Metalle wie Gallium, Aluminium und Indium. Beispiele für das Material der Gruppe V umfassen Stickstoff und Ammoniak. Beispiele für das Trägergas umfassen Stickstoff, Wasserstoff, Argon und Helium, vorzugsweise Wasserstoff und Helium. Diese können einzeln oder in einem Gemisch verwendet werden.
Gemäß der Stufe (I-1) wird ein Halbleitermehrschichtenfilm erhalten, der eine Niedertemperaturpufferschicht 2, N-Halbleiterschicht 3, lichtemittierende Schicht 4, P-Halbleiterschicht 5 und N-Halbleiterschicht hoher Konzentration 6 auf einem Substrat 1 ausgebildet aufweist, wie in 7(a) gezeigt ist. Vorzugsweise weist der Halbleitermehrschichtenfilm im Hinblick auf ein gleichförmigeres Platzieren von Teilchen in der später beschriebenen Stufe (I-2) eine ebene Oberfläche auf. Bei einem Schleuderbeschichtungsverfahren liegen beispielsweise, wenn eine Stufe einer nicht kleineren Größe als der Radius eines Teilchens auf der Oberfläche des Halbleitermehrschichtenfilms vorhanden ist, Teilchen an dem Stufenteil in einigen Fällen übereinander.
Stufe (I-2) Platzieren von Teilchen
In der Stufe (I-2) werden Teilchen mit einer mittleren Teilchengröße von 0,01 μm bis 10 μm mit einer Flächendichte von 2 × 10⁶ cm^–2 bis 2 × 10¹⁰ cm^–2 auf dem Halbleitermehrschichtenfilm platziert.
Obwohl die Teilchen aus einem organischen Material, wie Polystyrol, bestehen können, bestehen die Teilchen vorzugsweise aus einem anorganischen Material. Das anorganische Material besteht beispielsweise aus einem Oxid, Nitrid, Carbid, Bond, Sulfid, Selenid und einem Metall. Das Oxid ist Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Zirconiumdioxid, Titandioxid, Ceroxid, Magnesiumoxid, Zinkoxid, Zinnoxid oder Yttrimaluminiumgranat (YAG). Das Nitrid ist Siliciumnitrid, Aluminiumnitrid oder Bornitrid. Das Carbid ist SiC, Borcarbid, Diamant, Graphit oder Fulleren. Das Bond ist ZrB₂ oder CrB₂. Das Sulfid ist Zinksulfid, Calciumsulfid, Strontiumsulfid. Das Selenid ist Zinkselenid oder Cadmiumselenid. Diese können eine partielle Substitution konstituierender Elemente durch ein anderes Element umfassen und beispielsweise kann SiAlON, das Silicium, Aluminium, Sauerstoff und Stickstoff enthält, ebenfalls zulässig sein. Das Metall ist Si, Ni, W, Ta, Cr, Ti, Mg, Ca, Al, Au, Ag oder Zn. Diese können einzeln oder in einer Kombination verwendet werden. Das anorganische Material kann ein mit einem Oxid bedecktes Nitrid oder ein Leuchtstoff, der durch Einführen eines Aktivators, wie Cer und Europium, in ein organisches Material erhalten wurde, sein. Das anorganische Material ist vorzugsweise ein Oxid, noch besser Siliciumdioxid. Die Teilchen sind vorzugsweise von gleichförmiger Größe und Form, da dann die Gleichförmigkeit der Behandlungsform und Behandlungsgröße beim Ätzen verbessert ist und eine Lichtemissionsvorrichtung, die hohe Lichtextraktionseffizienz zeigt, mit guter Reproduzierbarkeit produziert werden kann, und von kolloidem Siliciumdioxid abgeleitete Siliciumdioxidteilchen sind wegen der kugelförmigen Gestalt, Monodispersität und gleichförmigen Teilchengröße bevorzugt. Die Teilchen weisen eine mittlere Teilchengröße von nicht weniger als 0,01 μm, vorzugsweise nicht weniger als 0,05 μm, noch besser nicht weniger als 0,1 μm und nicht mehr als 10 μm, vorzugsweise nicht mehr als 2 μm auf.
Die Platzierung kann vorteilhafterweise beispielsweise durch ein Verfahren, wobei Teilchen in einem Lösemittel (beispielsweise Wasser, Alkohol) dispergiert werden, ein Halbleitermehrschichtenfilm in die gebildete Aufschlämmung getaucht wird und der Film getrocknet wird (Tauchen), oder ein Verfahren, wobei eine Aufschlämmung auf einen Halbleitermehrschichtenfilm aufgetragen oder aufgesprüht wird und der Film getrocknet wird, durchgeführt werden. Im Hinblick auf eine gleichförmigere Platzierung von Teilchen wird die Beschichtung vorzugsweise durch ein Schleuderbeschichtungsverfahren durchgeführt. Die Platzierung in einer Einzelschicht ist bevorzugt, so dass sich die Teilchen nicht überlagern. Die Platzierung wird derart durchgeführt, dass die Dichte der Teilchen nicht weniger als 2 × 10⁶ cm^–2 und nicht mehr als 2 × 10¹⁰ cm^–2 beträgt. Die Flächendichte kann vorteilhafterweise unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops bestimmt werden. Die Flächendichte kann vorteilhafterweise durch beispielsweise Änderung der Aufschlämmungskonzentration, Änderung der Beschichtungsmenge oder Sprühmenge oder Änderung der Benetzbarkeit des Halbleitermehrschichtenfilms und der Aufschlämmung durch eine Oberflächenbehandlung des Halbleitermehrschichtenfilms vor der Platzierung gesteuert werden. Bei dem Schleuderbeschichtungsverfahren kann die Flächendichte durch Einstellen der Aufschlämmungskonzentration genau gesteuert werden. Die Oberflächenbehandlung kann vorteilhafterweise durch beispielsweise Bestrahlung mit UV-Licht, eine Plasmabehandlung oder Reinigung mit einer sauren oder alkalischen Chemikalienlösung durchgeführt werden.
Gemäß der Stufe (I-2) werden Teilchen 83 auf einem auf einem Substrat 1 gezüchteten Halbleitermehrschichtenfilm 82 platziert, wie in 8(a) gezeigt ist. In 8 sind Einzelheiten der Mehrschichtenstruktur des Halbleitermehrschichtenfilms 82 weggelassen.
Stufe (I-3) Bildung von Konvexgebilden
In der Stufe (I-3) wird ein Halbleitermehrschichtenfilm unter Verwendung von Teilchen als Ätzmaske trockengeätzt, wobei Konvexgebilde ausgebildet werden.
Das Trockenätzen kann vorteilhafterweise unter Verwendung von beispielsweise einer ECT-Trockenätzvorrichtung oder einer ICP-Trockenätzvorrichtung durchgeführt werden. Das Trockenätzen wird vorzugsweise unter einer Bedingung durchgeführt, wodurch der maximale Durchmesser eines Teilchens in einer zu einer zu einem Halbleitermehrschichtenfilm horizontalen Ebene parallelen Richtung (im folgenden als "seitliche Größe eines Teilchens (D_max)" bezeichnet) während des Ätzens des Halbleitermehrschichtenfilms verringert wird. Vorzugsweise wird das Trockenätzen unter einer Bedingung durchgeführt, wodurch die seitliche Größe eines Teilchens (D_MAX) nach dem Trockenätzen nicht mehr als 80%, ferner nicht mehr als 50% in Bezug auf die Teilchengröße (Durchmesser) eines Teilchens vor dem Trockenätzen beträgt. Durch derartiges Trockenätzen werden Konvexgebilde ausgebildet, deren Seitenwandoberfläche nicht senkrecht, sondern geneigt zur Oberfläche eines Halbleitermehrschichtenfilms ist. Trockenätzen wird vorzugsweise unter einer Bedingung durchgeführt, so dass Konvexgebilde gebildet werden, wobei, wenn der Scheitel des Konvexgebildes durch einen zur Oberfläche der Lichtabgabe senkrechten Querschnitt geteilt wird, die Außenlinie des Querschnitts mindestens zwei gekrümmte Linien enthält und der Krümmungsradius der gekrümmten Linie, die sich an der unteren Seite des Konvexgebildes befindet, im Vergleich zum Krümmungsradius der gekrümmten Linie, die sich an der Schei telseite befindet, größer ist (beispielsweise in der Form eines Stalagmiten).
Stufe (I-4) Bildung einer Elektrode
In der Stufe (I-4) wird eine P-Elektrode auf einem Halbleitermehrschichtenfilm ausgebildet.
Die Bildung einer P-Elektrode kann vorteilhafterweise beispielsweise durch ein Vakuumgasabscheidungsverfahren oder ein Sputterverfahren unter Verwendung des gleichen Materials wie dem der Elektrode der oben beschriebenen Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 1 eines Nitrids der Gruppe III oder eines Materials, das das gleiche Material erzeugt, durchgeführt werden.
Die Bildung einer P-Elektrode kann vor oder nach dem Trockenätzverfahren (Mesaformbehandlung) zum Freilegen der N-Elektrodenbildungsoberfläche durchgeführt werden. Bei diesem Verfahren wird die Mesaformbehandlung nach der Platzierung von Teilchen und der Bildung von Konvexgebilden durchgeführt. Dadurch befinden sich eine Ebene, die durch Verbinden der Scheitel von Konvexgebilden erhalten wird, und eine Grenzfläche zwischen der transparenten P-Elektrode 51 und dem Halbleitermehrschichtenfilm 52 üblicherweise in der gleichen Ebene, wie in 5(a) gezeigt ist. Eine Lichtemissionsvorrichtung, die unter Verwendung eines auf diese Weise erhaltenen Halbleitermehrschichtenfilms erhalten wird, ist für eine hohe Leistung geeignet. Im Gegensatz zu dem oben beschriebenen Verfahren befinden sich, wenn die Mesaformbehandlung vor der Platzierung von Teilchen und der Ausbildung von Konvexgebilden durchgeführt wird, eine Ebene, die durch Verbinden der Scheitel von Konvexgebilden erhalten wird, und eine Grenzfläche zwischen der transparenten P-Elektrode 51 und dem Halbleitermehrschichtenfilm 52 nicht in der gleichen Ebene, wie in 5(b) gezeigt ist. Eine Lichtemissionsvorrichtung wird auch erhalten, wenn ein auf diese Weise erhaltener Halbleitermehrschichtenfilm verwendet wird. Jedoch wird eine Mesaformbehandlung vorzugsweise nach der Platzierung von Teilchen und der Ausbildung von Konvexgebilden im Hinblick auf die Reproduzierbarkeit und Steuerbarkeit der Dichte von Teilchen rings um den Mesastufenbereich durchgeführt.
Bei der Bildung von Konvexgebilden in der Stufe (I-3) können Photoresistbemusterung und Ätzen kombiniert werden. Wenn beispielsweise eine p-GaN-Basis-Halbleiterschicht trockengeätzt wird, nimmt der spezifische Widerstand aufgrund einer Ätzschädigung zu und es werden in einigen Fällen schlechte ohmsche Eigenschaften erzeugt, wenn eine Elektrode auf der geätzten Oberfläche ausgebildet wird. In diesem Fall werden Teilchen platziert und dann wird ein zur P-Elektrodenbildung geplanter Bereich mit einem Photoresistfilm 84 durch ein Photolithographieverfahren geschützt, wie in 8(b) gezeigt ist. Trockenätzen zur Konvexgebilde-Prozessierung wird durchgeführt, wie in 8(c) gezeigt ist. Als nächstes wird, wenn ein Photoresistfilm abgelöst wird und unter dem Photoresistfilm verbleibende Teilchen entfernt werden, wie in 8(d) gezeigt ist, eine Halbleiterschicht in dem zur Elektrodenbildung geplanten Bereich nicht trockengeätzt. Das Entfernen verbleibender Teilchen kann vorteilhafterweise durch Nassätzen oder Bürstenreinigung durchgeführt werden und im Falle von Siliciumdioxidteilchen können die Teilchen vorteilhafterweise durch Ätzen mit beispielsweise einer Flusssäurelösung entfernt werden. Wie in 8(e) gezeigt ist, wird eine Mesaformbildung zum Freilegen einer N-Halbleiterschicht auf der zur N-Elektrodenbildung geplanten Oberfläche durchgeführt. Durch Photolithographie werden andere Bereiche als der zu ätzende Bereich mit einem Photoresistfilm geschützt und eine Halbleiterschicht wird zum Freilegen der N-Halbleiterschicht geätzt. Das Ätzen kann vorteilhafterweise durch ICP-Trockenätzen, ECR-Trockenätzen und dergleichen durchgeführt werden. Dann wird, wie in 8(f) gezeigt ist, eine aus einem transparenten, elektrisch leitenden Oxid bestehende P-Elektrode 8 auf einer N-Halbleiterschicht hoher Konzentration an der Oberfläche der Lichtabgabe ausgebildet. Die P-Elektrode 8 kann vorteilhafterweise durch Gasphasenabscheidung eines transparenten, elektrisch leitenden Oxids, Durchführen einer Photoresistbemusterung durch ein Photolithographieverfahren und Durchführen von Trockenätzen oder Nassätzen ausgebildet werden. Wie in 8(g) gezeigt ist, wird eine N-Elektrode 7 auf der N-Halbleiterschicht ausgebildet. Die N-Elektrode kann vorteilhafterweise durch beispielsweise Durchführen einer Photoresistbemusterung durch ein Photolithographieverfahren, Gasphasenabscheidung eines Elektrodenmetalls durch ein Vakuumgasphasenabscheidungsverfahren, Sputterverfahren oder dergleichen und dann Durchführen eines Abhebens ausgebildet werden.
Ferner kann die Bildung ebenfalls mit einer thermischen Behandlung zur Ausbildung eines ohmschen Kontakts zwischen der N-Elektrode und der N-Halbleiterschicht kombiniert werden. Die thermische Behandlung variiert in Abhängigkeit von der Art der Elektrode und der Elektronenkonzentration der N-Halbleiterschicht und beispielsweise kann im Falle einer Ti/Al-Elektrode das Glühen vorteilhafterweise in einer Stickstoffatmosphäre bei 500°C bis 800°C über 0,1 bis 30 min durchgeführt werden. Im Falle von Al-, V/Al-, ITO-Elektroden ist eine thermische Behandlung üblicherweise nicht nötig.
Dann wird, wie in 8(h) gezeigt ist, eine Verbin dungskontaktelektrode 85 ausgebildet. Die Verbindungskontaktelektrode 85 kann vorteilhafterweise durch beispielsweise Durchführen einer Photoresistbemusterung durch ein Photolithographieverfahren, Gasphasenabscheidung eines Kontaktelektrodenmetalls durch ein Vakuumgasphasenabscheidungsverfahren, Sputterverfahren oder dergleichen und dann Durchführen eines Abhebens ausgebildet werden. Das Kontaktelektrodenmetall ist beispielsweise Ti, Au, Al, V, Pt oder eine diese Elemente enthaltende Legierung oder Verbindung. Die Kontaktelektrode 8 und die N-Elektrode 7 können auch gleichzeitig durch ein Simultanverfahren unter Verwendung des gleichen Metalls ausgebildet werden.
Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 2 eines Nitrids der Gruppe III
Die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 2 eines Nitrids der Gruppe III der vorliegenden Erfindung enthält eine N-Elektrode, einen Halbleitermehrschichtenfilm und eine P-Elektrode.
Die N-Elektrode hat die Wirkung des Verteilens von Strom durch die Elektrode und des Injizierens von Strom in die Halbleiterschicht und die Wirkung der Unterdrückung der Absorption von Licht und der Freisetzung des Lichts nach außen. Die N-Elektrode besteht aus einem transparenten, elektrisch leitenden Oxid, vorzugsweise aus ITO, ZnO oder SnO₂. Die N-Elektrode kann beliebig eine einlagige oder laminierte sein. Bei der N-Elektrode ist es günstig im Hinblick auf eine weitere Unterdrückung der Lichtabsorption, wenn der Wert des Produkts αxd der Dicke (d) und des Absorptionskoeffizienten (α) klein ist und der Wert beispielsweise vorzugsweise nicht mehr als 0,1 beträgt. Ferner zeigt die P-Elektrode im Hinblick auf die Verteilung von Strom einen Flächenwiderstand von vorzugsweise nicht mehr als 50 Ω/
.
Der Halbleitermehrschichtenfilm besteht aus einer Nitridverbindung der Formel In_xGa_yAl_zN (worin x + y + z = 1, 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 1) und er enthält eine N-Halbleiterschicht hoher Konzentration, eine N-Halbleiterschicht, eine lichtemittierende Schicht und eine P-Halbleiterschicht in dieser Reihenfolge.
Die N-Halbleiterschicht hoher Konzentration weist eine n-Fremdatomkonzentration von 5 × 10¹⁸ cm^–3 bis 5 × 10²⁰ cm^–3 auf. Die N-Halbleiterschicht hoher Konzentration weist eine Dicke von üblicherweise 1 nm bis 5 μm, vorzugsweise 1 nm bis 10 nm auf.
Die N-Halbleiterschicht besteht aus beispielsweise GaN und sie weist eine n-Fremdatomkonzentration von 1 × 10¹⁸ cm^–3 bis 5 × 10¹⁸ cm^–3 auf.
Die lichtemittierende Schicht kann beliebig eine Einzelquantentopfstruktur oder eine Mehrfachquantentopfstruktur aufweisen.
Die P-Halbleiterschicht weist üblicherweise eine p-Fremdatomkonzentration von 1 × 10¹⁸ cm^–3 bis 5 × 10²⁰ cm^–3 auf.
Die P-Elektrode besteht aus beispielsweise Ni, Au, Ti, Pt, Ag, Ru oder Rh. Die P-Elektrode kann auch aus einer Legierung oder Verbindung bestehen, die mindestens eines dieser Metalle enthält. Ferner kann die P-Elektrode beliebig einlagig oder laminiert sein und sie kann beispielsweise eine Laminierung von Ni/Au oder Ni/Pt/Au sein.
Vorteilhafterweise wird die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 2 eines Nitrids der Gruppe III üblicherweise zu Chips verarbeitet und auf einer aus einem Metall, Keramik oder einem Harz bestehende Baugruppe montiert.
In der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 2 eines Nitrids der Gruppe III kann ein Substrat 1 (beispielsweise ein Einkristallsubstrat) zur Kristallzüchtung einer Halbleiterschicht verblieben sein und eine Baugruppe 122 mit dieser verbunden werden, wie in 9(a) gezeigt ist. Alternativ kann ein Substrat 1 entfernt werden und eine Baugruppe 122 mit einer Halbleiterschicht 120 verbunden werden, wie in 9(b) gezeigt ist. In 9(a), 9(b) sind eine Kontaktelektrode, die Verdrahtung für eine Elektrode und ein Einkapselungsharz weggelassen.
Bei der Halbleiter-Lichtemissionsvorric^ht^ung 2 eines Nitrids der Gruppe III ist es im Hinblick auf eine Verbesserung der Wärmeverteilung bei Verwendung im Betrieb mit hoher Stromdichte und dergleichen günstig, wenn das Substrat 1 entfernt ist, wie in 9(b) gezeigt ist.
Die Montage an einer Baugruppe kann vorteilhafterweise durch beispielsweise thermisches Kompressionsbonden unter Verwendung von Au oder Cu, ein Verfahren unter Verwendung einer Silberpaste oder ein Verfahren unter Verwendung eines Lötmetalls, wie AuSn, durchgeführt werden.
Eine typische Struktur der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 2 eines Nitrids der Gruppe III wird durch 10 erläutert.
Die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 2 eines Nitrids der Gruppe III weist eine mehrlagige Struktur auf, die eine P-Halbleiterschicht 5, eine lichtemittierende Schicht 4, eine N-Halbleiterschicht 3 und eine extrem dünne Schicht eines N-Halbleiters hoher Konzentration aufeinanderfolgend enthält, wie in 10(a) und (b) gezeigt ist. Die N-Elektrode 7 steht in Kontakt mit der extrem dünnen Schicht eines N-Halbleiters hoher Konzentration 6 und die P-Elektrode 8 steht in Kontakt mit der P-Halbleiterschicht 5.
Die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 2 eines Nitrids der Gruppe III weist Konvexgebilde auf, die aus der N-Halbleiterschicht 3 und der extrem dünnen Schicht eines N-Halbleiters hoher Konzentration 6 bestehen, wie in 10(a) gezeigt ist.
Aufgrund des Vorhandenseins der Konvexgebilde weist die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 2 eines Nitrids der Gruppe III die Wirkung auf, dass Licht, das während wiederholter Multireflexion abgeschwächt wird, während es in der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 2 eines Nitrids der Gruppe III eingeschlossen ist, effizient von den Konvexgebilden aus nach außen abgegeben wird, oder die Wirkung, dass Licht durch Änderung des Reflexionswinkels über die transparente N-Elektrode 7 effizient nach außen abgegeben wird.
Üblicherweise sind mindestens zwei Konvexgebilde vorhanden und vorzugsweise sind die Formen und Größen derselben identisch, ähnlich der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 1 eines Nitrids der Gruppe III. Vorzugsweise zeigen die Konvexgebilde die Anordnung einer nichtperiodischen Konfiguration.
Die Konvexgebilde weisen eine Flächendichte von üblicherweise 2 × 10⁶ cm^–2 bis 2 × 10¹⁰ cm^–2 auf.
Vorzugsweise beträgt der durch die Konvexgebilde belegte Anteil der Oberfläche, bezogen auf die Gesamtoberfläche, der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 2 eines Nitrids der Gruppe III (im folgenden als Flächenanteil bezeichnet) nicht weniger als 2,3%.
Die Platzierung der Konvexgebilde wird durch 11 erläutert. 11 ist eine Figur einer Betrachtung ausgehend von der Oberfläche der Lichtabgabe der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 2 eines Nitrids der Gruppe III. In Bezug auf die Platzierung der Konvexgebilde kann ein Bildungsbereich von Konvexgebilden 11 rings um die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung eines Nitrids der Gruppe III 2 vorhanden sein, wie in 11(a) gezeigt ist, auf der gesamten Oberfläche der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 2 eines Nitrids der Gruppe III vorhanden sein, wie in 11(b) gezeigt ist, oder auf einer Öffnung 114 der transparenten Elektrode 112 vorhanden sein, wie in 11(c) gezeigt ist. Ferner können die Konvexgebilde auch in einer Kombination derselben platziert sein.
Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 2 eines Nitrids der Gruppe III
Die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 2 eines Nitrids der Gruppe III gemäß der vorliegenden Erfindung kann vorteilhafterweise durch ein Verfahren hergestellt werden, das beispielsweise die oben beschriebenen Stufen (II-1) bis (II-5) enthält.
Stufe (II-1) Züchtung eines Halbleitermehrschichtenfilms
In der Stufe (II-1) werden eine N-Halbleiterschicht hoher Konzentration mit einer n-Fremdatomkonzentration von 5 × 10¹⁸ cm^–3 bis 5 × 10²⁰ cm^–3, eine N-Halbleiterschicht, eine lichtemittierende Schicht und eine P-Halbleiterschicht auf einem Substrat gezüchtet und beispielsweise wird ein Halbleitermehrschichtenfilm 132, der aus einer N-Halbleiterschicht hoher Konzentration mit einer n-Fremdatomkonzentration von 5 × 10¹⁸ cm^–3 bis 5 × 10²⁰ cm^–3, einer N-Halbleiterschicht, einer lichtemittierenden Schicht und einer P-Halbleiterschicht besteht, erhalten, wie in 12(a) gezeigt ist. In der Stufe (II-1) kann im Hinblick darauf, die Trennung des Halbleitermehrschichtenfilms und des Substrats in der Stufe (II-4) einfach zu machen, auch eine Niedertemperaturpufferschicht ausgebildet werden. Die Niedertemperaturpufferschicht wird auf dem Substrat ausgebildet und anschließend wird die N-Halbleiterschicht darauf ausgebildet.
Das Substrat ist beispielsweise ein Einkristall aus SiC, Si, MgAl₂O₄ , LiTaO₃, ZrB₂, CrB₂ oder GaN oder Saphir und vorzugsweise Saphir.
Die Niedertemperaturpufferschicht besteht aus beispielsweise InGaN oder GaN und sie weist eine Dicke von üblicherweise 20 bis 80 nm auf.
Die N-Halbleiterschicht, lichtemittierende Schicht, P-Halbleiterschicht und N-Halbleiterschicht hoher Konzentration sind wie im Falle der oben genannten Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 2 eines Nitrids der Gruppe III beschrieben.
Die Züchtung kann vorteilhafterweise gemäß dem Verfahren und den Bedingungen für das Herstellungsverfahren der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 1 eines Nitrids der Gruppe III durchgeführt werden und sie kann vorteilhafterweise durch MOVPE, HVPE oder MBE durchgeführt werden.
Bei der Züchtung ist es im Hinblick auf eine Verringerung der Übertragungsdichte eines Halbleitermehrschichtenfilms, Verhinderung der Erzeugung von Rissen und Verringerung des Verziehens günstig, einen Halbleitermehrschichtenfilm mit einer Gesamtdicke von nicht weniger als 20 μm und nicht mehr als 80 μm auf einem Substrat auszubilden. Es ist ferner günstig, eine nichtdotierte Nitridhalbleiterschicht oder eine Nitridhalbleiterschicht einer niedrigen Dotierungskonzentration mit einer Dicke von nicht weniger als 20 μm auf einem Substrat auszubilden.
Nach der Züchtung kann ein Trennungsgraben 133, der bis zum Substrat reicht, ebenfalls durch Photolithographie oder Trockenätzen auf einem Halbleitermehrschichtenfilm 132 ausgebildet werden, wie in 12(a) gezeigt ist. Die Bildung des Trennungsgrabens kann auch durch Lasereinwirkung durchgeführt werden. Ferner kann die Oberfläche des Halbleitermehrschichtenfilms 132 auch gewaschen werden.
Stufe (II-2) Bildung einer Elektrode
In der Stufe (II-2) wird eine P-Elektrode 134 üblicherweise auf dem Halbleitermehrschichtenfilm 132 ausgebildet, wie in 12(b) gezeigt ist.
Die Bildung kann vorteilhafterweise beispielsweise durch ein Vakuumgasphasenabscheidungsverfahren oder Sputterverfahren unter Verwendung des gleichen Materials wie dem der P-Elektrode der oben beschriebenen Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 2 eines Nitrids der Gruppe III, die oben genannt ist, oder eines Materials, das das gleiche Material erzeugt, durchgeführt werden.
Stufe (II-3) Verbindung mit einem Träger
In der Stufe (II-3) wird ein Träger 125 üblicherweise mit einer P-Elektrode 134 verbunden bzw. an diese angefügt, wie in 12(c) gezeigt ist.
Der Träger ist elektrisch leitend und er ist beispielsweise ein Halbleiter, wie Si, GaAs und SiC, oder ein Metall, wie Cu, Al, W, Mo, Hf, La, Ta, Ir, Ru, Os und Nb. Von diesen sind Metallmaterialien mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von nicht mehr als 1,5 × 10^–6/°C bevorzugt und Mo noch besser. Der Träger weist üblicherweise eine mittlere Oberflächenrauheit gemäß einer Oberflächenrauheitsmessvorrichtung mit einem Fühlerkontaktstift von nicht mehr als 5 nm und eine Dicke von 20 bis 200 μm im Hinblick auf eine Verringerung des Verziehens auf.
Das Verbinden kann vorteilhafterweise durch beispielsweise thermisches Kompressionsbonden unter Verwendung von Au oder Cu oder Verbinden unter Verwendung eines Lötmetalls, wie AuSn, durchgeführt werden.
Stufe (II-4) Abtrennung von Substrat
In der Stufe (II-4) wird ein Substrat von einem Halbleitermehrschichtenfilm abgetrennt.
Die Abtrennung kann vorteilhafterweise unter Verwendung von beispielsweise einem Laser durchgeführt werden und wenn das Substrat 1 ein Saphir ist und der Halbleitermehrschichtenfilm 132 GaN ist, wird Laserlicht von der Seite des Substrats 1 aus emittiert, wie in 12(d) gezeigt ist. Wenn das Laserlicht die dritte Harmonische eines YVO₄-Lasers (Wellenlänge: 355 nm) aufweist, kommt es zu keiner effektiven Absorption von Laserlicht durch das Substrat 1 und zur Absorption von Licht durch den Halbleitermehrschichtenfilm 132. Ein Bereich des Halbleiter mehrschichtenfilms 132, der Laserlicht absorbiert, bewirkt eine Zersetzung, wobei ein Material der Gruppe III (Ga) und Stickstoff abgeschieden werden. Wie in 12(e) gezeigt ist, kann durch Platzieren des Halbleitermehrschichtenfilms 132 in einer Atmosphäre von nicht niedriger als dem Schmelzpunkt (30°C) von Ga das Substrat 1 abgetrennt werden. Laserlicht ist im Hinblick auf eine effiziente Energieabsorption bevorzugt, so dass eine Zersetzung des Halbleitermehrschichtenfilms 132 bewirkt wird. Eine kürzere Lichtwellenlänge ist bevorzugt. Beispielsweise ist, da Licht mit einer größeren Energie als der Bandlücke signifikante Absorption zeigt, Licht mit einer kürzeren Wellenlänge als 365 nm zu empfehlen, wenn der Halbleitermehrschichtenfilm 132 GaN ist, und im Falle eines Lasers werden Excimere, wie die dritte Harmonische (Wellenlänge: 355 nm) oder die vierte Harmonische (Wellenlänge: 266 nm) von YAG und YVO₄, ArF (Wellenlänge: 193 nm), KrF (Wellenlänge: 193 nm) und XeCl (Wellenlänge: 308 nm), genannt. Der Laserlichtoszillationsmodus ist beispielsweise kontinuierliche Oszillation, normale Pulsoszillation oder Q-Switch-Pulsoszillation. Im Hinblick auf eine Verringerung des thermischen Einflusses ist Q-Switch-Pulsoszillation bevorzugt und von Q-Switch-Pulsoszillation ist Q-Switch-Pulsoszillation mit CW-Anregung mit einem kurzen Puls der Größenordnung von ns und hoher Spitzenleistung bevorzugt. Licht kann vorteilhafterweise in der Form eines Punkts, einer Linie und einer Fläche Bereichen rings um die Grenzfläche des Substrats 1 und des Halbleitermehrschichtenfilms 132 zugeführt werden. Im Hinblick auf eine effiziente Trennung kann es auch zulässig sein, dass Laserlicht in der Form eines Punkts oder einer Linie verwendet wird, das Laserlicht ausgehend von dem Substrat 1 eingeführt wird und der Brennpunkt des Laserlichts von der Grenzfläche des Substrats 1 und des Halbleitermehrschichtenfilms 132 zur Seite des Halbleitermehrschichten films 132 verschoben wird (defokussiert wird). Da die Energie von Laserlicht eine räumliche Verteilung aufweist, kann es auch zulässig sein, dass ein Wafer (beispielsweise mit einem Durchmesser von 2 Zoll) derart gesteuert wird, dass die Überlappung von Bestrahlungsbereichen bewirkt wird und Energie gleichförmig zur Grenzfläche zur gleichförmigen Abtrennung des Substrats 1 in der Ebene übertragen wird.
Die Abtrennung kann auch durch ein Verfahren des Platzierens anorganischer Teilchen auf einem Substrat durchgeführt werden. Anorganische Teilchen, die zur Abtrennung eines Substrats verwendet werden, werden vor der Ausbildung eines Halbleitermehrschichtenfilms platziert.
Das anorganische Material besteht aus beispielsweise einem Oxid, Nitrid, Carbid, Bond, Sulfid, Selenid oder einem Metall. Das Oxid ist Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Zirconiumdioxid, Titandioxid, Ceroxid, Magnesiumoxid, Zinkoxid, Zinnoxid oder Yttrimaluminiumgranat (YAG). Das Nitrid ist Siliciumnitrid, Aluminiumnitrid oder Bornitrid. Das Carbid ist SiC, Borcarbid, Diamant, Graphit oder Fulleren. Das Bond ist ZrB₂ oder CrB₂. Das Sulfid ist Zinksulfid, Calciumsulfid oder Strontiumsulfid. Das Selenid ist Zinkselenid oder Cadmiumselenid. Diese können eine partielle Substitution konstituierender Elemente durch ein anderes Element umfassen und beispielsweise kann SiAlON, das Silicium, Aluminium, Sauerstoff und Stickstoff enthält, ebenfalls zulässig sein. Das Metall ist Si, Ni, W, Ta, Cr, Ti, Mg, Ca, Al, Au, Ag oder Zn. Diese können einzeln oder in einer Kombination verwendet werden. Das anorganische Material kann ein mit einem Oxid bedecktes Nitrid oder ein Leuchtstoff, der durch Einführen eines Aktivators, wie Cer und Europium, in ein organisches Material erhalten wird, sein. Das anorganische Material ist vor zugsweise ein Oxid, noch besser Siliciumdioxid.
Als die anorganischen Teilchen können solche beliebiger Form, wie eine Kugel, Platte, Nadel, eine unbestimmte Form und dergleichen, verwendet werden und von diesen ist eine Kugel bevorzugt, da sie keine Orientierung aufweist. Daher ist kugelförmiges Siliciumdioxid als anorganische Teilchen bevorzugt. Als kugelförmiges Siliciumdioxid werden Siliciumdioxidteilchen, die in einer kolloiden Siliciumdioxidaufschlämmung enthalten sind, im Hinblick auf die einfache Verfügbarkeit von Teilchen, die eine einzelne Dispersion zeigen und relativ gleichförmige Teilchengrößen aufweisen, noch günstiger verwendet.
Die kolloide Siliciumdioxidaufschlämmung wird durch Dispergieren von feinen Siliciumdioxidteilchen in der Form eines Kolloids in einem Lösemittel, wie Wasser und dergleichen, hergestellt und durch Ionenaustausch von Natriumsilicat oder Hydrolyse einer organischen Siliciumverbindung, wie Tetraethylorthosilicat (TEOS) erhalten und es besteht die Tendenz, dass kugelförmige Siliciumdioxidteilchen erhalten werden.
Die anorganischen Teilchen weisen eine mittlere Teilchengröße von üblicherweise 5 nm bis 50 μm, vorzugsweise 10 nm bis 10 μm, noch besser 20 nm bis 1 μm auf. Wenn die mittlere Teilchengröße nicht weniger als 5 nm beträgt, überlagern sich anorganische Teilchen kaum in zwei oder mehreren Schichten in einem Verfahren des Platzierens anorganischer Teilchen auf einem Substrat und bei der anschließenden Züchtung eines Halbleitermehrschichtenfilms, in den anorganische Teilchen eingebettet sind, wird es einfach, anorganische Teilchen unter Erreichen eines ebenen Wachstums einzubetten. Wenn die mittlere Teilchengröße nicht mehr als 50 μm beträgt, wird es einfacher, anorganische Teil chen unter Erreichen eines flachen Wachstums in einem Verfahren des Züchtens eines Halbleitermehrschichtenfilms, in den anorganische Teilchen eingebettet sind, einzubetten, und in einem Trennungsverfahren der Trennung eines Halbleitermehrschichtenfilms und eines Substrats wird die Trennung einfach. Zwei oder mehrere anorganische Teilchen unterschiedlicher Teilchengrößen können ebenfalls gemischt werden unter der Voraussetzung, dass die mittlere Teilchengröße, wenn zwei oder mehrere anorganische Teilchen unterschiedlicher Teilchengrößen gemischt werden, in dem oben beschriebenen Bereich liegt.
Die Platzierung kann vorteilhafterweise durch ein Verfahren durchgeführt werden, wobei eine Aufschlämmung verwendet wird, die durch Dispergieren anorganischer Teilchen in einem Lösemittel hergestellt wird, und ein Substrat in die Aufschlämmung getaucht wird oder die Aufschlämmung auf ein Substrat aufgetragen oder aufgesprüht wird und dann getrocknet wird. Beispiele für das Lösemittel umfassen Wasser, Methanol, Ethanol, Isopropanol, n-Butanol, Ethylenglykol, Dimethylacetamid, Methylethylketon und Methylisobutylketon, und Wasser ist im Hinblick auf die Handhabung und leichte Verfügbarkeit bevorzugt. Das Trocknen kann ebenfalls unter Verwendung einer Schleudervorrichtung durchgeführt werden.
Der Bedeckungsgrad anorganischer Teilchen in Bezug auf ein Substrat ist durch die im folgenden angegebene Formel unter Verwendung der Teilchenzahl P, die in dem Messsichtfeld (Fläche S) bei der Betrachtung der Oberfläche eines Substrats, das platzierte anorganische Teilchen trägt, von der Oberseite durch ein Rasterelektronenmikroskop (REM) gezählt wird, und der mittleren Teilchengröße d der Teilchen definiert. Bedeckungsgrad (%) = ((d/2)2 × π·P·100)/S
Obwohl dieser Bedeckungsgrad nicht speziell beschränkt ist, beträgt er vorzugsweise 1% bis 95%, noch günstiger 30% bis 95%, noch besser 50% bis 95%. Wenn er nicht weniger als 1% beträgt, besteht die Tendenz eines leichteren Ablösens einer Halbleiterschicht eines Nitrids der Gruppe III-V von einem Substrat, und wenn er nicht mehr als 95% beträgt, besteht vorzugsweise die Tendenz, dass die wirksame Oberfläche des Substrats stärker zunimmt und das epitaxiale Aufwachsen eines Halbleitermehrschichtenfilms einfacher wird. Es ist wünschenswert, dass auf einem Substrat platzierte anorganische Teilchen eine Einzelschichtstruktur, d. h. eine Einzelteilchenstruktur, zeigen. Anorganische Teilchen können partiell in zwei oder mehreren Schichten übereinanderliegen, jedoch wird in diesem Fall das epitaxiale Aufwachsen eines Halbleitermehrschichtenfilms schwierig, was in einigen Fällen zu einem schwierigen Einbetten in ebener Form führt. Die Schnittdarstellung einer Struktur, die durch derartiges Platzieren anorganischer Teilchen 12 auf der Oberfläche eines Substrats 13 gebildet wurde, ist in 13(a) gezeigt.
Im Falle der Abtrennung eines Substrats unter Verwendung anorganischer Teilchen werden anorganische Teilchen 12 auf einem Substrat 11 platziert und ein Halbleitermehrschichtenfilm 15 auf dem Substrat derart ausgebildet, dass er die anorganischen Teilchen 12 einbettet, und dann werden der Halbleitermehrschichtenfilm 15 und das Substrat 11 getrennt, wie in 13(a) gezeigt ist.
Die Trennung des Halbleitermehrschichtenfilms 15 und des Substrats 11 kann vorteilhafterweise beispielsweise durch ein Verfahren des Ausübens von Druck zur mechanischen Ablösung des Substrats 11 durchgeführt werden und vorteil hafterweise durch ein Verfahren des Ausübens von internem Druck und/oder externem Druck auf eine Grenzfläche des Halbleitermehrschichtenfilms und des Substrats durchgeführt werden. Die Trennung unter Verwendung von internem Druck kann vorteilhafterweise durch ein Verfahren durchgeführt werden, wobei nach der Züchtung eines Halbleitermehrschichtenfilms ein Substrat unter Verwendung von Druck auf der Basis einer Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Halbleitermehrschichtenfilms und des Substrats natürlicherweise abgelöst wird, und kann beispielsweise vorteilhafterweise durch ein Verfahren des Abkühlens von der Züchtungstemperatur eines Halbleitermehrschichtenfilms auf Raumtemperatur, des Kühlens von Raumtemperatur auf eine niedrigere Temperatur unter Verwendung eines Mediums (flüssiger Stickstoff und dergleichen), des einmaligen Erhitzens ausgehend von Raumtemperatur und dann Abkühlens auf eine niedrigere Temperatur unter Verwendung eines Mediums (flüssiger Stickstoff und dergleichen) durchgeführt werden. Die Trennung unter Verwendung von externem Druck kann vorteilhafterweise durch ein Verfahren durchgeführt werden, wobei entweder ein Halbleitermehrschichtenfilm oder ein Substrat fixiert ist und auf den anderen Körper eine Kraft ausgeübt wird. Zur Förderung des Ablösens eines Halbleitermehrschichtenfilms und eines Substrats kann die oben beschriebene Trennung unter Verwendung von Laserlicht ebenfalls kombiniert werden. Die Trennung unter Verwendung anorganischer Teilchen kann die Schädigung an einem Halbleitermehrschichtenfilm bei der Trennung verringern und das Ablösen eines Substrats ohne Senkung der Lichtemissionseigenschaft des Halbleitermehrschichtenfilms ergeben.
Durch Abtrennen eines Substrats durch das Verfahren unter Verwendung von Laserlicht und das Verfahren unter Verwendung anorganischer Teilchen kommen ein Halbleitermehr schichtenfilm 110 und eine Baugruppe in Kontakt, wobei beispielsweise die Wärmefreisetzungseigenschaft der Vorrichtung, wie in 5(b) gezeigt ist, verbessert wird. Da die Vorrichtung hinsichtlich der Wärmeabgabe hervorragend ist, verringert sich die Lichtemissionseffizienz auch im Falle eines Betriebs bei hoher Stromdichte nicht.
Stufe (II-5) Platzierung von Teilchen
In der Stufe (II-5) werden Teilchen mit einer mittleren Teilchengröße von 0,01 μm bis 10 μm mit einer Flächendichte von 2 × 10⁶ cm^–2 bis 2 × 10¹⁰ cm^–2 auf einer N-Halbleiterschicht hoher Konzentration eines Halbleitermehrschichtenfilms platziert und beispielsweise, wie in 12(f) gezeigt ist, Teilchen 73, die als Trockenätzmaske fungieren, auf einer Halbleiterschicht 132 platziert. Bei der Platzierung wird vorzugsweise eine chemische Behandlung, wie Nassätzen, oder eine physikalische Behandlung, wie Schleifen und Polieren, auf der mit dem Substrat 1 des Halbleitermehrschichtenfilms in Kontakt stehenden Oberfläche durchgeführt und durch eine derartige Behandlung erhält die mit dem Substrat 1 des Halbleitermehrschichtenfilms in Kontakt stehende Oberfläche verbesserte Flachheit.
Stufe (II-6) Bildung von Konvexgebilden
In der Stufe (II-6) wird ein Halbleitermehrschichtenfilm unter Verwendung von Teilchen als Ätzmaske trockengeätzt, wobei Konvexgebilde gebildet werden. Die Stufe (II-5) kann vorteilhafterweise gemäß dem Verfahren und den Bedingungen für die Stufe (I-3) durchgeführt werden und 12(g) zeigt eine Schnittdarstellung einer Vorrichtung nach der Bildung von Konvexgebilden.
Stufe (II-7) Bildung einer Elektrode
In der Stufe (II-7) wird eine N-Elektrode auf einer N-Halbleiterschicht hoher Konzentration ausgebildet und beispielsweise wird, wie in 12(h) gezeigt ist, eine aus einem transparenten, elektrisch leitenden Oxid bestehende N-Elektrode 137 auf einer N-Halbleiterschicht hoher Konzentration 132 ausgebildet.
Die Bildung kann vorteilhafterweise beispielsweise durch ein Verfahren der Gasphasenabscheidung des gleichen Materials wie dem der N-Elektrode der oben beschriebenen Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung 2 eines Nitrids der Gruppe III oder eines Materials, das das gleiche Material erzeugt, Durchführen einer Photoresistbemusterung durch ein Photolithographieverfahren und Durchführen von Trockenätzen oder Nassätzen durchgeführt werden.
Beispiele der vorliegenden Erfindung werden im folgenden erläutert, doch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese beschränkt.
Beispiel 1
Ein Halbleitermehrschichtenfilm mit der in 6(a) gezeigten Struktur wurde hergestellt. Auf einem Saphirsubstrat 1 wurde eine GaN-Pufferschicht 2 mit einer Dicke von 50 nm bei einer Züchtungstemperatur von 530°C gezüchtet. Auf der GaN-Pufferschicht 2 wurde eine n-GaN-Schicht (N-Halbleiterschicht 3) mit einer Dicke von 4 μm und einer n-Trägerkonzentration von 2 × 10¹⁸ cm^–3 bei einer Züchtungstemperatur von 1110°C unter Verwendung von Disilan als Dotierungsgas gezüchtet. Auf der n-GaN-Schicht 3 wurde eine (nicht gezeigte) n-GaN-Schicht mit einer Dicke von 100 nm und einer n-Trägerkonzentration von 5 × 10¹⁷ cm^–3 bei einer Züchtungstemperatur von 1120°C gezüchtet. Auf dieser n-GaN-Schicht wurde eine lichtemittierende Schicht 4 gezüchtet. Die lichtemittierende Schicht 4 wies eine Mehrfachquantentopfstruktur auf, die aus fünf Topfschichten bestand, die GaN mit einer Dicke von 15 nm als Barriereschicht und eine In_0,12Ga_0,88N-Schicht mit einer Dicke von 3 nm als Topfschicht enthielt. Auf der lichtemittierenden Schicht 4 wurde eine (nicht gezeigte) magnesiumdotierte AlGaN-Schicht mit einer Dicke von 30 nm bei einer Züchtungstemperatur von 940°C unter Verwendung von Biscyclopentadienylmagnesium [(C₅H₅)₂Mg] als Magnesiumquelle gezüchtet. Auf der AlGaN-Schicht wurde eine p-GaN-Schicht 5 (P-Halbleiterschicht) mit einer Dicke von 200 nm bei einer Züchtungstemperatur von 1010°C unter Verwendung von Biscyclopentadienylmagnesium als p-Dotierungsquelle gezüchtet. Auf der p-GaN-Schicht 5 wurde eine mit einer hohen Konzentration von Silicium dotierte InGaN-Schicht 6 (N-Halbleiterschicht hoher Konzentration) mit einer Dicke von 5 nm bei einer Züchtungstemperatur von 700°C gezüchtet. Das p-GaN wurde bei 700°C 20 min in einer Stickstoffatmosphäre zur Trägeraktivierung geglüht.
Dann wurde die Oberfläche der InGaN-Schicht 6 mit einem Lösungsgemisch von Schwefelsäure und Wasserstoffperoxidwasser behandelt, dann wurde auf der InGaN-Schicht 6 eine kolloide Siliciumdioxidaufschlämmung (Fuso Chemical Co., Ltd., "PL-20", mittlere Teilchengröße: 370 nm) durch ein Schleuderbeschichtungsverfahren aufgetragen und getrocknet, wobei die Platzierung von Siliciumdioxidteilchen erreicht wurde. Die mittlere Teilchengröße wurde durch eine Photographie durch ein Rasterelektronenmikroskop (im folgenden als REM bezeichnet) ermittelt. Die InGaN-Schicht 6 nach der Platzierung wurde durch REM betrachtet. Die Siliciumdioxidteilchen wiesen eine Teilchendichte von 8 bis 10 × 10⁸ cm^–2 auf und sie zeigten eine sehr gleichförmige Dichteverteilung in der Ebene eines Prüflings einer Größe von 20 mm².
Photoresistbedeckungsteile und -nichtbedeckungsteile wurden durch Photolithographie ausgebildet, um andere Bereiche als die in 14(e) gezeigten schraffierten Teile mit dem Photoresist zu schützen. Dadurch wurden der zur N-Elektrodenbildung geplante Bereich 151 und der zur P-Elektrodenbildung geplante Bereich 152 vor einer Schädigung durch Trockenätzen geschützt und der Konvexgebildebildungsbereich 153 entsprach dem schraffierten Bereich in der Figur.
In einer ICP-Trockenätzvorrichtung wurde der Halbleitermehrschichtenfilm unter den Bedingungen einer Substrat-Biasleistung von 100 W, einer ICP-Leistung von 200 W, eines Drucks von 0,8 Pa, einer Chlorgasmenge von 20 sccm, einer Dichlormethanmenge von 10 sccm, einer Argonmenge von 40 sccm und einer Behandlungszeit von 6,5 min unter Verwendung von Siliciumdioxidteilchen als Maske geätzt, wobei Konvexgebilde ausgebildet wurden. GaN wurde mit einer Tiefe von 0,6 μm in der zur Substratoberfläche senkrechten Richtung geätzt und die seitliche Größe der Siliciumdioxidteilchen nahm im Mittel auf 0,18 μm ab. Die seitliche Größe der Siliciumdioxidteilchen nach dem Trockenätzen erreichte etwa 50% des Durchmessers vor dem Trockenätzen der Teilchen. GaN direkt unterhalb der Siliciumdioxidteilchen wurde in die Form feiner Stalagmiten gebracht. Die feine Stalagmitenform wies einen Durchmesser des Bodens an 0,4 μm auf, was etwa gleich dem Durchmesser des kolloiden Siliciumdioxids vor dem Trockenätzen ist. Nach der Trockenätzbehandlung wurde der Photoresist abgelöst und die verbliebenen Siliciumdioxidteilchen wurden durch Nassätzen unter Verwendung von gepufferter Flusssäure entfernt. 15(a) zeigt ein REM-Bild der Ober fläche des Halbleiters an der Grenze des Konvexgebildebildungsbereichs und -nichtbildungsbereichs. 15(b) zeigt ein REM-Bild des Konvexgebildebildungsbereichs.
Die N-Halbleiterschicht hoher Konzentration wurde durch Eintauchen in ein Lösungsgemisch aus Schwefelsäure und Wasserstoffperoxidwasser über 2 min gewaschen und dann wurde ein ITO-Film mit einer Dicke von 140 nm durch ein Vakuumgasphasenabscheidungsverfahren ausgebildet. Photoresistbemusterung wurde durch ein Photolithographieverfahren durchgeführt und der ITO-Film wurde mit einem 1:1-Lösungsgemisch einer wässrigen Eisen(III)-chloridlösung und einer Salzsäurelösung geätzt, um eine Musterbildung zu erreichen, und dann wurde der Photoresist abgelöst, wobei eine ITO-Elektrode auf dem Bereich 152 gebildet wurde, wie in 14(e) gezeigt ist.
Freigelegte Bereiche der N-Halbleiterschicht wurden durch ein Photolithographieverfahren bemustert. Der Halbleitermehrschichtenfilm wurde mit einer Tiefe von 1 μm durch ICP-Trockenätzen geätzt, um eine n-Halbleiterschicht 3 freizulegen, und der Photoresist wurde abgelöst, wobei eine Mesaform ausgebildet wurde.
Die n-Halbleiterschicht 3 wurde einer Photoresistbemusterung in dem N-Elektrodenbereich durch ein Photolithographieverfahren unterzogen und V/Al (Dicke 10 nm/100 nm)-Metall wurde durch ein Vakuumgasphasenabscheidungsverfahren aus dem Dampf abgeschieden und dann wurde eine N-Elektrode 7 durch Abheben des Photoresists ausgebildet.
Auf der ITO-Elektrode wurde eine Photoresistbemusterung in dem Kontaktelektrodenbereich durch ein Photolithographieverfahren durchgeführt und Ti/Au (Dicke 50 nm/200 nm)-Metall wurde durch ein Vakuumgasphasenabscheidungsverfah ren aus dem Dampf abgeschieden und dann wurde eine Kontaktelektrode durch Abheben des Photoresists ausgebildet, wobei eine Lichtemissionsvorrichtung erhalten wurde. In der Lichtemissionsvorrichtung betrug der durch die Konvexgebilde belegte Anteil der Oberfläche, bezogen auf die gesamte Oberfläche, 17,7%. In 14(a) bis (e) ist die Kontaktelektrode weggelassen.
Die Lichtemissionsvorrichtung wurde zu einer Chipform von 420 μm × 420 μm × 90 μm weiterverarbeitet und beurteilt. Für zehn Lichtemissionsvorrichtungen wurde ein Strom von 20 mA zwischen beiden Elektroden bei Vorhandensein des Saphirsubstrats fließen gelassen und die Lichtleistung wurde gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 und 16 gezeigt. Die Lichtleistung wurde mit einer direkt oberhalb des Chips befestigten Photodiode gemessen.
Beispiel 2
Eine Lichtemissionsvorrichtung wurde gemäß dem Verfahren von Beispiel 1 erhalten, wobei jedoch der Konvexgebildebildungsbereich ein schraffierter Bereich in 14(d) war. In der Lichtemissionsvorrichtung betrug der durch den Konvexgebildebereich belegte Anteil der Oberfläche, bezogen auf die gesamte Oberfläche, 10,1%. Die Lichtleistung wurde unter den Bedingungen gemäß Beispiel 1 gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 und 16 gezeigt.
Beispiel 3
Eine Lichtemissionsvorrichtung wurde gemäß dem Verfahren von Beispiel 1 erhalten, wobei jedoch der Konvexgebildebildungsbereich ein schraffierter Bereich in 14(c) war. In der Lichtemissionsvorrichtung betrug der durch den Konvexgebildebereich belegte Anteil der Oberfläche, bezo gen auf die gesamte Oberfläche, 4,8%. Die Lichtleistung wurde unter den Bedingungen gemäß Beispiel 1 gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 und 16 gezeigt.
Beispiel 4
Eine Lichtemissionsvorrichtung wurde gemäß dem Verfahren von Beispiel 1 erhalten, wobei jedoch der Konvexgebildebildungsbereich ein schraffierter Bereich in 14(b) war. In der Lichtemissionsvorrichtung betrug der durch den Konvexgebildebereich belegte Anteil der Oberfläche, bezogen auf die gesamte Oberfläche, 2,3%. Die Lichtleistung wurde unter den Bedingungen gemäß Beispiel 1 gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 und 16 gezeigt.
Vergleichsbeispiel 1
Die in 14(a) gezeigte Lichtemissionsvorrichtung wurde gemäß Beispiel 1 erhalten, wobei jedoch die Platzierung von Siliciumdioxidteilchen und die Verarbeitung zu einer feinen Stalagmitenform nicht durchgeführt wurden.
Die Lichtleistung wurde unter den Bedingungen gemäß Beispiel 1 gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 und 16 gezeigt. Tabelle 1 Konvexgebildeflächenanteil und Lichtleistung der Lichtemissionsvorrichtung

Konvexgebildeflächenanteil (%) Lichtleistung (willkürliche Einheiten)

Beispiel 1 17,7 1,63

Beispiel 2 10,1 1,57

Beispiel 3 4,8 1,33

Beispiel 4 2,3 1,10

Vergleichsbeispiel 1 - 100
*1 Der Lichtleistungswert ist unter der Annahme, dass die Lichtleistung der Lichtemissionsvorrichtung des Vergleichsbeispiels 1 1,00 ist, angegeben.
Die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung eines Nitrids der Gruppe III gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt hohe Lichtextraktionseffizienz. Gemäß der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung eines Nitrids der Gruppe III gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein effizientes Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung eines Nitrids der Gruppe III, die hohe Lichtextraktionseffizienz zeigt, bereitgestellt.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung eines Nitrids der Gruppe III sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben. Die Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung eines Nitrids der Gruppe III umfasst (a1), (b1) und (c1) in dieser Reihenfolge: (a1) eine N-Elektrode, (b1) einen Halbleitermehrschichtenfilm, (c1) eine P-Elektrode eines transparenten, elektrisch leitenden Oxids, wobei der Halbleitermehrschichtenfilm eine N-Halbleiterschicht, eine lichtemittierende Schicht, eine P-Halbleiterschicht und eine N-Halbleiterschicht hoher Konzentration mit einer n-Fremdatomkonzentration von 5 × 10¹⁸ cm^–3 bis 5 × 10²⁰ cm^–3 in dieser Reihenfolge umfasst, wobei die N-Halbleiterschicht mit der N-Elektrode in Kontakt steht und der Halbleitermehrschichtenfilm Konvexgebilde aufweist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- JP 2003-258296 A [0005, 0005]
- JP 2003-218383 [0005, 0005]
- WO 2005/004247 [0005, 0005]

Claims

Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung eines Nitrids der Gruppe III, die die Komponenten (a1), (b1) und (c1) in dieser Reihenfolge umfasst: (a1) eine N-Elektrode, (b1) einen Halbleitermehrschichtenfilm, (c1) eine P-Elektrode eines transparenten, elektrisch leitenden Oxids, wobei der Halbleitermehrschichtenfilm eine N-Halbleiterschicht, eine lichtemittierende Schicht, eine P-Halbleiterschicht und eine N-Halbleiterschicht hoher Konzentration mit einer n-Fremdatomkonzentration von 5 × 10¹⁸ cm^–3 bis 5 × 10²⁰ cm^–3 in dieser Reihenfolge umfasst, wobei die N-Halbleiterschicht mit der N-Elektrode in Kontakt steht und der Halbleitermehrschichtenfilm Konvexgebilde aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei mindestens zwei Konvexgebilde vorhanden sind und die Formen und Größen derselben identisch sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Konvexgebilde die Anordnung einer nichtperiodischen Konfiguration zeigen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei bei den Konvexgebilden der zum Halbleitermehrschichtenfilm parallele Querschnitt kreisförmig ist, der zum Halbleitermehrschichtenfilm senkrechte Querschnitt eine gekrümmte Linie enthält und der Krümmungsradius derselben vom Scheitel zu peripheren Teilen monoton zunimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Konvexgebilde eine Flächendichte von 2 × 10⁶ cm^–2 bis 2 × 10¹⁰ cm^–2 auf weisen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der von den Konvexgebilden belegte Anteil der Oberfläche, bezogen auf die Gesamtoberfläche der Vorrichtung, nicht weniger als 2,3% beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Ebene, die durch Verbinden der Scheitel der Konvexgebilde erhalten wird, und die Grenzfläche zwischen der P-Elektrode eines transparenten, elektrisch leitenden Oxids und dem Halbleitermehrschichtenfilm in der gleichen Ebene liegen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, mit Positionierung über den Konvexgebilden und der N-Halbleiterschicht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Halbleitermehrschichtenfilm eine Gesamtdicke von 20 μm bis 80 μm aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung des Oberflächenlichtemissionstyps, das die Stufen (I-1) bis (I-4) umfasst: Stufe (I-1): eine N-Halbleiterschicht, eine lichtemittierende Schicht, eine P-Halbleiterschicht und eine N-Halbleiterschicht hoher Konzentration mit einer n-Fremdatomkonzentration von 5 × 10¹⁸ cm^–3 bis 5 × 10²⁰ cm^–3 werden auf einem Substrat gezüchtet, wobei ein Halbleitermehrschichtenfilm erhalten wird, Stufe (I-2): Teilchen mit einer mittleren Teilchengröße von 0,01 μm bis 10 μm werden mit einer Flächendichte von 2 × 10⁶ cm^–2 bis 2 × 10¹⁰ cm^–2 auf der N-Halb leiterschicht hoher Konzentration des Halbleitermehrschichtenfilms platziert, Stufe (I-3): der Halbleitermehrschichtenfilm wird unter Verwendung der Teilchen als Ätzmaske trockengeätzt, wobei Konvexgebilde gebildet werden, Stufe (I-4): eine P-Elektrode wird auf dem Halbleitermehrschichtenfilm ausgebildet.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die in der Stufe (I-2) verwendeten Teilchen aus einem anorganischen Material bestehen.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das anorganische Material aus der Gruppe von Oxiden, Nitriden, Carbiden, Boriden, Sulfiden, Seleniden und Metallen ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das anorganische Material ein Oxid ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Oxid Siliciumdioxid ist.
Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung eines Nitrids der Gruppe III, die die Komponenten (a2), (b2) und (c2) umfasst: (a2) eine N-Elektrode eines transparenten, elektrisch leitenden Oxids, (b2) einen Halbleitermehrschichtenfilm, (c2) eine P-Elektrode, wobei der Halbleitermehrschichtenfilm eine N-Halbleiterschicht hoher Konzentration mit einer n-Fremdatomkonzentration von 5 × 10¹⁶ cm^–3 bis 5 × 10²⁰ cm^–3, eine N- Halbleiterschicht, eine lichtemittierende Schicht und eine P-Halbleiterschicht in dieser Reihenfolge umfasst, die P-Halbleiterschicht mit der P-Elektrode in Kontakt steht und der Halbleitermehrschichtenfilm Konvexgebilde aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei mindestens zwei Konvexgebilde vorhanden sind und die Formen und Größen derselben identisch sind.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Konvexgebilde die Anordnung einer nichtperiodischen Konfiguration zeigen.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei bei den Konvexgebilden der zum Halbleitermehrschichtenfilm parallele Querschnitt kreisförmig ist, der zum Halbleitermehrschichtenfilm senkrechte Querschnitt eine gekrümmte Linie enthält und der Krümmungsradius derselben vom Scheitel zu peripheren Teilen monoton zunimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Konvexgebilde eine Flächendichte von 2 × 10⁶ cm^–2 bis 2 × 10¹⁰ cm^–2 aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei der von den Konvexgebilden belegte Anteil der Oberfläche, bezogen auf die Gesamtoberfläche der Vorrichtung, nicht weniger als 2,3% beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Ebene, die durch Verbinden der Scheitel der Konvexgebilde erhalten wird, und die Grenzfläche zwischen der N-Elektrode eines transparenten, elektrisch leitenden Oxids und dem Halbleitermehrschichtenfilm in der gleichen Ebene liegen.
Vorrichtung nach Anspruch 15, mit Positionierung über den Konvexgebilden und der P-Halbleiterschicht.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei der Halbleitermehrschichtenfilm eine Gesamtdicke von 20 μm bis 80 μm aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung eines Nitrids der Gruppe III, das die Stufen (II-1) bis (II-7) umfasst: Stufe (II-1): eine N-Halbleiterschicht hoher Konzentration mit einer n-Fremdatomkonzentration von 5 × 10¹⁸ cm^–3 bis 5 × 10²⁰ cm^–3, eine N-Halbleiterschicht, eine lichtemittierende Schicht und eine P-Halbleiterschicht werden in dieser Reihenfolge auf einem Substrat gezüchtet, wobei ein Halbleitermehrschichtenfilm erhalten wird, Stufe (II-2): eine P-Elektrode wird auf dem Halbleitermehrschichtenfilm ausgebildet, Stufe (II-3): ein Träger wird an die P-Elektrode angefügt, Stufe (II-4): das Substrat wird von dem Halbleitermehrschichtenfilm abgetrennt, Stufe (II-5): Teilchen mit einer mittleren Teilchengröße von 0,01 μm bis 10 μm werden mit einer Flächendichte von 2 × 10⁶ cm^–2 bis 2 × 10¹⁰ cm^–2 auf der N-Halbleiterschicht hoher Konzentration des Halbleitermehrschichtenfilms platziert, Stufe (II-6): der Halbleitermehrschichtenfilm wird unter Verwendung der Teilchen als Ätzmaske trockengeätzt, wobei Konvexgebilde ausgebildet werden, Stufe (II-7): eine N-Elektrode wird auf der N-Halbleiterschicht hoher Konzentration ausgebildet.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei die in der Stufe (II-5) verwendeten Teilchen aus einem anorganischen Material bestehen.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei das anorganische Material aus der Gruppe von Oxiden, Nitriden, Carbiden, Boriden, Sulfiden, Seleniden und Metallen ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei das anorganische Material ein Oxid ist.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei das Oxid Siliciumdioxid ist.