JP4244542B2 - 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4244542B2 JP4244542B2 JP2001257306A JP2001257306A JP4244542B2 JP 4244542 B2 JP4244542 B2 JP 4244542B2 JP 2001257306 A JP2001257306 A JP 2001257306A JP 2001257306 A JP2001257306 A JP 2001257306A JP 4244542 B2 JP4244542 B2 JP 4244542B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gallium nitride
- compound semiconductor
- nitride compound
- main surface
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Weting (AREA)
- Led Devices (AREA)
Description
【産業上の利用分野】
本発明はサファイア基板上に一般式InXAlYGa1-X-YN(0≦X<1、0≦Y<1)で表される窒化ガリウム系化合物半導体が積層されてなる窒化ガリウム系化合物半導体素子からサファイア基板を除去した窒化ガリウム系化合物半導体素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
GaN、GaAlN、InGaN、InAlGaN等の窒化ガリウム系化合物半導体は直接遷移を有し、バンドギャップが1.95eV〜6eVまで変化し、その発光色は紫外から赤色にまで及ぶため、発光ダイオード、レーザダイオード等、発光素子の材料として有望視されている。その窒化ガリウム系化合物半導体よりなる発光素子は、一般にMOCVD、MBE、HVPE法等の気相成長法を用いてサファイア基板上にn型及びp型、あるいはi型に成長して積層し、電極を形成すべき層から電極を取り出した後、チップ状としてリードフレームに固定し、最後にエポキシ等の樹脂で封止することによって得られる。
【0003】
しかしながら、その窒化ガリウム系化合物半導体素子は、前記のようにサファイア基板の上に、窒化ガリウム系化合物半導体という全く異なる材料を積層するいわゆるヘテロエピタキシャル構造であるため、他のGaAs、GaP等、同一材料の上に積層される発光素子に比して、基板とエピタキシャル膜との屈折率の違いにより外部量子効率が悪くなるという欠点を有している。具体的にはサファイア基板と窒化ガリウム系化合物半導体との屈折率の違い、および窒化ガリウム系化合物半導体素子とそれを封止する樹脂との屈折率の違いにより、窒化ガリウム系化合物半導体の発光がそれらの界面で多重反射されて干渉し、反射光は窒化ガリウム系化合物半導体内部で吸収されてしまい、発光を効率よく外部に取り出せないという問題がある。特に、屈折率の違いはフリップチップボンディングの場合に致命的でフリップチップボンディングにすると発光面積が増加するにもかかわらず、サファイア付だと発光効率が上がらない。この問題はサファイア上に窒化ガリウム系化合物半導体を厚く積層し、その後素子構造を積層し、サファイアを研磨・除去することで向上した。サファイアの研磨・除去は素子構造を積層する前でも良い。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
窒化ガリウム系化合物半導体基板と窒化ガリウム系化合物半導体素子、および封止樹脂との多重反射を抑制し、干渉をより少なくすることができれば、外部量子効率を向上させて、発光効率を向上させることができる。従って、本発明はこのような事情を鑑み成されたものであり、その目的とするところは、窒化ガリウム系化合物半導体内部の光の多重反射により起こる干渉を抑えることにより、窒化ガリウム系化合物半導体素子の外部量子効率を向上させることにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
我々は窒化ガリウム系化合物半導体内部の多重反射を抑制し、外部量子効率を上げるため数々の実験を行ったところ、内部で反射する光を窒化ガリウム系化合物半導体の表面で乱反射させることにより、上記問題が解決できることを新たに見いだした。よって、第1の主面と、該第1の主面に対向する第2の主面と、を有する窒化ガリウム系化合物半導体基板と、前記第1の主面上に窒化ガリウム系化合物半導体が積層された素子構造を有する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、前記基板がc軸成長されたものであって、該成長表面にC面の前記第1の主面が設けられ、前記窒化ガリウム系化合物半導体が該第1の主面上にc軸成長されたものであり、前記第2の主面が、複数の凹部を有する凹凸を有し、該凹部が、斜面及び階段形状を有し、前記基板の結晶面と該結晶面に等価な結晶面からなる群から選択される複数の結晶面を側面に有することを特徴とする。これにより光取り出し面方向に放射された光の取り出し面における全反射が抑制され、光の取り出し効率がよくなる。また、本発明にかかる窒化ガリウム系化合物半導体素子は、前記凹凸がドライエッチング、及び/又は、ウェットエッチングにより形成されている。サファイア基板を研磨・除去してからエッチングするのであるが、サファイア基板と窒化ガリウム系化合物半導体との界面は応力・歪・転位等が存在し、他の面よりもエッチングレートが早い。特に転位密度が高く、結晶性が悪い部分はエッチングのレートが早いため、窒化ガリウム系化合物半導体基板の表面に凹凸が形成される(図7)。また、本発明にかかる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、前記凹凸が図6の第2の面及びそれと等価な面(以下、第2の面群)、又は図5の第2の面群と第1の面がステップ状に表れているピット5である。この形状は、ドライエッチングでも作製可能であるが、ウエットエッチングの方が作製しやすい。ドライエッチングの場合、RIE等条件にもよるであろうが、エッチング力が強すぎ、安定面・準安定面関係なく、エッチングしてしまう場合が多い。一方、ウエットエッチングはエッチング力が弱いため、安定面・準安定面に沿ってエッチングされる。もっと言うと、安定面はエッチングされにくく、準安定面は安定面に比べてエッチングされやすいため、準安定面が現れる。エッチング溶液で窒化ガリウム系化合物半導体素子を処理すると、サファイア基板を研磨・除去した面のみが著しくエッチングされる。これはサファイア基板上に窒化ガリウム系化合物半導体は積層する際、格子定数の不整合により安定面である(0001)面と準安定面である第2の面群とが同時に成長し、ある程度の膜厚まで成長すると、(0001)面のみ成長すると考察できる。これらから勘案するとサファイア基板上への窒化ガリウム系化合物半導体の成長条件とエッチングの条件の組み合わせによっては凹凸の形状はいろいろでき、最適値を選択することができる。図4に示す第2の面群のみが連続的に現れるようにエッチングすることもできるし、第2の面群がまばらに存在するようにもでき、もちろんサイズも好適値が選べる。図2に示す第2の面群と第1の面がステップ状に表れているピット5であってもよい。このように、単に表面を荒らし、粗面にし、凹凸をつけるのではなく、特定の面を出すことにより、指向性・視野角等様々な特性が向上する。また、本発明にかかる窒化ガリウム系化合物半導体素子の前記窒化ガリウム系化合物半導体基板はn型不純物、及び/又は、p型不純物がドープされている。このようにドーピングすることにより、基板に導電性を持たせることができ、裏面に電極を形成するなどデバイスの構造にバリエーションが増える(図1、図3)。
【0006】
また、本発明にかかる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子における前記n型不純物が、Si,Ge,Sn,Sの少なくとも1を含む。周期律表におけるIV族、VI族元素を添加することによって窒化ガリウム系化合物半導体がn型化するためである。
また、本発明にかかる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子における前記p型不純物が、Mg,Zn,Ca,Beの少なくとも1を含む。周期律表におけるIIA族、IIB族元素を添加することによって窒化ガリウム系化合物半導体がp型化するためである。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【0008】
本発明における窒化ガリウム系化合物半導体の成長方法としては、基板上に第1の窒化ガリウム系化合物半導体から成る核、又は層を成長させ、その上にハイドライド気相エピタキシャル成長法により第2の窒化ガリウム系化合物半導体と、第3の窒化ガリウム系化合物半導体とを成長させるものである。
【0009】
本発明では、基板にC面、R面、及びA面のいずれかを主面とするサファイアやSiC(6H、4H、3C)、スピネル、ZnS、ZnO、GaAs、Si、又は窒化ガリウム系化合物半導体等を基板とする。
【0010】
これらの基板は表面が平坦なものを使用するが、窒化ガリウム系化合物半導体から成る核、又は層を成長させることができれば、例えばエッチング等により細かい荒れを有するものや、基板に凹凸、斜面、階段形状を有するものであってもよい。
【0011】
次にバッファー層(図示されていない。)を基板上に成長させることにより、基板との格子定数不整合を緩和させることができる。例えば、窒化ガリウムとサファイアとの格子不整合は約16%と非常に大きいため、表面モフォロジーの良好な結晶性を有する基板を得るのは困難であった。バッファー層にはこの格子定数の違いを緩和させる効果があり、具体例としては、AlN、GaN、AlGaN、InGaN、及びInAlGaNが挙げられる。キャリアガスに水素、原料ガスにはトリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、トリメチルインジウム等を用い、300℃以上900℃以下の温度、10オングストローム以上0.5μm以下の膜厚で成長させる。尚、このバッファー層は基板の種類等により省略することもできる。
【0012】
次に、第1の窒化ガリウム系化合物半導体から成る核、又は層を成長させる。成長方法としては、特に限定されないが、結晶の核密度の均一性や配向特性、及び大きさ、層の厚みの制御にはMOCVD法を用いるのが好ましい。
【0013】
第1の窒化ガリウム系化合物半導体としては核、又は薄膜から成る層など特に限定されないが、第1の窒化ガリウム系化合物半導体は第2の窒化ガリウム系化合物半導体を成長させるためにC軸配向特性の優れたものが好ましい。
【0014】
第1の窒化ガリウム系化合物半導体の成長条件としては、キャリアガス、及び原料ガスはバッファー層と同様でもよく、キャリアガスには水素、原料ガスにはトリメチルガリウム等を用い、成長温度は900℃〜1100℃でありバッファー層より高温で成長させ、核として成長させるものは途中で成長を止め核とし、層とするものは更に成長を続けることでミラーを形成させる。
【0015】
第1の窒化ガリウム系化合物半導体は鏡面を有する層として成長させた場合の膜厚としては、500オングストローム〜50μmであり、結晶欠陥を減らす効果を有する。
【0016】
次に、第1の窒化ガリウム系化合物半導体上に、ハイドライド気相エピタキシャル成長(HVPE)法により第2の窒化ガリウム系化合物半導体と、第3の窒化ガリウム系化合物半導体とを成長させることにより窒化ガリウム系化合物半導体基板とする。
ハライド気相エピタキシャル成長法は、短時間で厚膜を成長させることができるため、窒化ガリウム系化合物半導体の厚膜成長や、異種基板を剥離した窒化ガリウム系化合物半導体の単体基板の形成に有効である。
【0017】
以下にHVPE装置を用いた成長工程、及び成長条件を示す。
【0018】
HVPE装置内に、Gaメタルを入れた石英ボートを設置し、さらに石英ボートから離れた位置に基板を設置する。次にGaメタルと反応させるハロゲンガスの供給管と、ハロゲンガス供給管とは別に、N源供給管を設ける。
【0019】
ハロゲンガスとしてはHCl等があり、キャリアガスと共にハロゲンガス管より導入される。このハロゲンガスとGa等の金属が反応することにより3族元素のハロゲン化物を生成させ、さらに、N源供給管より流したアンモニアガスと反応することにより窒化ガリウム系化合物半導体を基板上に成長させる。
【0020】
第2の窒化ガリウム系化合物半導体の成長条件としては、成長速度が0.5mm/hour以上であり、より好ましくは1〜10mm/hourである。
【0021】
また、第2の窒化ガリウム系化合物半導体の膜厚としては特に限定されないが、好ましくは300μm以上であり、常圧又は微減圧で成長させる。300μm以上無ければ、サファイア基板等を研磨・除去することが難しいからである。
【0022】
第2の窒化ガリウム系化合物半導体としては、アンドープのGaN、n型不純物としてSi、Ge、Sn及びS等の少なくとも1種類をドープしたGaN、又はp型不純物をドープしたGaN等を用いることができる。
次に第2の窒化ガリウム系化合物半導体を成長後、この上に第3の窒化ガリウム系化合物半導体を以下の条件で成長させる。
【0023】
第3の窒化ガリウム系化合物半導体は第2の窒化ガリウム系化合物半導体と同温、又はそれ以上の温度で成長させるのが好ましく、1000℃以上とする。ただし、第2の窒化ガリウム系化合物半導体と第3の窒化ガリウム系化合物半導体との温度差が大きければ基板に反りが発生するため温度差が少ない方が好ましい。また、第3の窒化ガリウム系化合物半導体の膜厚としては、最上面が鏡面になれば特に限定されず30μm以上であればよい。そのため、第3の窒化ガリウム系化合物半導体は膜厚を30μm程度の成長が可能な気相成長法であればMOCVD法やMBE法等でも行うことができる。
【0024】
第3の窒化ガリウム系化合物半導体としては、例えば、アンドープGaNや、Si等のn型不純物、又は、Mg等のp型不純物をドープしたGaNを用いることができる。
【0025】
第2の窒化ガリウム系化合物半導体、及び第3の窒化ガリウム系化合物半導体の組成式としては、特に限定されず、一般式InxAlyGa1−x−yN(0≦x、0≦y、x+y<1)によって表すことができる。
【0026】
但し、これらは互いに異なる組成であってもよく、アンドープ、n型不純物ドープ、及び/又はp型不純物をドープさせた窒化ガリウム系化合物半導体でもよい。また、n型不純物をしては、Si、Ge、及びS等であり、p型不純物としてはMg、Be、Cr、Mn、Ca、Zn等が挙げられる。
【0027】
上記の成長方法により得られた窒化ガリウム系化合物基板は、最上面が平坦であり、且つ鏡面となる低欠陥部分を広範囲で有する窒化ガリウム系化合物半導体基板と成る。
【0028】
なお、本発明による素子は窒化ガリウム系化合物半導体を用いたものであれば発光素子でも電子デバイスでもよい。
【0029】
本発明は上記の成長方法により得られた窒化ガリウム系化合物基板をサファイア基板から研磨・除去した後にエッチングするのであるが、順序は▲1▼発光素子をエピタキシャル成長させた後、サファイア基板を除去し、エッチングしても良いし、▲2▼サファイア基板を除去して、発光素子をエピタキシャル成長させた後、エッチングしても良いし、▲3▼サファイア基板を除去して、エッチングした後に、発光素子をエピタキシャル成長してもいい。
【0030】
これらの図に示すように窒化ガリウム系化合物半導体の裏面を非鏡面、即ち微細な凹凸が形成された状態とするには、成長後窒化ガリウム系化合物半導体基板を化学的または物理的方法によって非鏡面とする方法とがある。方法は、鏡面を有する裏面の窒化ガリウム系化合物半導体表面をエッチングするか、または研磨することにより、微細な凹凸を設けて非鏡面とする方法である。エッチングには例えばリン酸+硫酸の混酸を用いるウエットエッチングと、RIE(反応性イオンエッチング)等の装置を用いるドライエッチングとの二種類の方法があるがいずれの方法でもよい。研磨は適当な研磨剤を選択することにより、モース硬度がほぼ9と非常に硬い窒化ガリウム系化合物半導体でも研磨してその表面を非鏡面とすることができる。
【0031】
本発明の効果を得るにはウエットエッチングが最も適しており、次がドライエッチング、最後に研磨の順である。どの方法を用いるにしても、前述したようにサファイア基板を研磨・除去してからエッチングするのであるが、サファイア基板と窒化ガリウム系化合物半導体との界面は応力・歪・転位等が存在し、他の面よりもエッチングレートが早い。特に転位密度が高く、結晶性が悪い部分はエッチングのレートが早いため、窒化ガリウム系化合物半導体基板の表面に凹凸が形成される。また、本発明にかかる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、前記凹凸が第2の面群又は第2の面群と第1の面がステップ状に表れているピット5である。この形状は、ドライエッチングや研磨でも作製可能であるが、ウエットエッチングの方が作製しやすい。ドライエッチングの場合、RIE等条件にもよるであろうが、エッチング力が強すぎ、安定面・準安定面関係なく、エッチングしてしまう場合が多い。また、研磨は研磨剤の粒子や硬度等の選択を誤れば、単に窒化ガリウム系化合物半導体基板の裏面を粗面にするに終わってしまい、第2の面群、又は第2の面群と第1の面がステップ状に表れない。単なる粗面でも効果はあるが上記の特定面からなるピットを形成するとさらに効果が大きい。一方、ウエットエッチングはエッチング力が弱いため、安定面・準安定面に沿ってエッチングされる。もっと言うと、安定面はエッチングされにくく、準安定面は安定面に比べてエッチングされやすいため、準安定面が現れる。エッチング溶液で窒化ガリウム系化合物半導体素子を処理すると、サファイア基板を研磨・除去した面のみが著しくエッチングされる。これはサファイア基板上に窒化ガリウム系化合物半導体は積層する際、格子定数の不整合により安定面である(0001)面と準安定面である第2の面群とが同時に成長し、ある程度の膜厚まで成長すると、(0001)面のみ成長すると考察できる。これらから勘案するとサファイア基板上への窒化ガリウム系化合物半導体の成長条件とエッチングの条件の組み合わせによっては凹凸の形状はいろいろでき、最適値を選択することができる。第2の面群のみが連続的に現れるようにエッチングすることもできるし、第2の面群がまばらに存在するようにもでき、もちろんサイズも好適値が選べる。第2の面群と第1の面がステップ状に表れているピット5であってもよい。このように、単に表面を荒らし、粗面にし、凹凸をつけるのではなく、特定の面を出すことにより、指向性・視野角等様々な特性が向上する。
【0032】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
[実施例1]
基板としてC面を主面、オリフラ面をA面とするサファイア基板を用い、MOCVD装置にセットし、温度1050℃で10分間のサーマルクリーニングを行い水分や表面の付着物を除去した。
【0033】
次に、温度を510℃にして、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニアとトリメチルガリウムを用い、GaNより成るバッファー層を200オングストロームの膜厚で成長させた。
【0034】
その後、第1の窒化ガリウム系化合物半導体としてGaNから成り平坦性を有する層を成長温度1050℃で膜厚20μmで形成した。本実施例では、成長時のキャリアガスとして水素を20.5L/分、原料ガスとしてアンモニアを5L/分、トリメチルガリウムを25cc/分間、流した。
【0035】
第1の窒化ガリウム系化合物半導体を成長後、ハイドライド気相エピタキシャル成長装置にセットし、Gaメタルを石英ボートに用意し、ハロゲンガスにHClガスを用いることによりGaCl3を生成し、次に、Nガスであるアンモニアガスと反応させ、アンドープGaNよりなる第2の窒化ガリウム系化合物半導体を成長させた。
【0036】
第2の窒化ガリウム系化合物半導体の成長温度としては1000℃であり、成長速度を1mm/hourとして、膜厚300μmで成長させた。次に、第2の窒化ガリウム系化合物半導体上に、第3の窒化ガリウム系化合物半導体をハイドライド気相エピタキシャル成長法装置において成長させた。
【0037】
この時の成長条件としては、成長温度を第2の窒化ガリウム系化合物半導体と同温とし、第3の窒化ガリウム系化合物半導体の成長速度を50μm/hourで膜厚は50μmで成長させた。平坦性を有し鏡面である。
【0038】
以上により得られた第3の窒化ガリウム系化合物半導体の表面は平坦かつ鏡面となり、CL観察によると貫通転位密度は約1×106cm−2であり、低欠陥である窒化ガリウム系化合物半導体基板を提供することができる。上記方法によって得られた窒化ガリウム系化合物半導体基板をMOVPEの反応容器内にセットし、水素を流しながら、基板の温度を1050℃まで上昇させ、基板のクリーニングを行う。
(バッファ層)
続いて、温度を510℃まで下げ、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニアとTMG(トリメチルガリウム)とを用い、基板1上にGaNよりなるバッファ層を約100オングストロームの膜厚で成長させる。
(アンドープGaN層)
バッファ層成長後、TMGのみ止めて、温度を1050℃まで上昇させる。1050℃になったら、同じく原料ガスにTMG、アンモニアガスを用い、アンドープGaN層を1.5μmの膜厚で成長させる。
(n型コンタクト層)
続いて1050℃で、同じく原料ガスにTMG、アンモニアガス、不純物ガスにシランガスを用い、Siを4.5×1018/cm3ドープしたGaNよりなるn型コンタクト層を2.265μmの膜厚で成長させる。
(n型第1多層膜層)
次にシランガスのみを止め、1050℃で、TMG、アンモニアガスを用い、アンドープGaNからなる下層を2000オングストロームの膜厚で成長させ、続いて同温度にてシランガスを追加しSiを4.5×1018/cm3ドープしたGaNからなる中間層を300オングストロームの膜厚で成長させ、更に続いてシランガスのみを止め、同温度にてアンドープGaNからなる上層を50オングストロームの膜厚で成長させ、3層からなる総膜厚2350オングストロームの第1多層膜層を成長させる。
(n型第2多層膜層)
次に、同様の温度で、アンドープGaNよりなる第4の窒化物半導体層を40オングストローム成長させ、次に温度を800℃にして、TMG、TMI、アンモニアを用い、アンドープIn0.13Ga0.87Nよりなる第3の窒化物半導体層を20オングストローム成長させる。そしてこれらの操作を繰り返し、第4+第3の順で交互に10層づつ積層させ、最後にGaNよりなる第4の窒化物半導体層を40オングストローム成長させた超格子構造の多層膜よりなるn型第2多層膜層を640オングストロームの膜厚で成長させる。
(活性層)
次に、アンドープGaNよりなる障壁層を200オングストロームの膜厚で成長させ、続いて温度を800℃にして、TMG、TMI、アンモニアを用いアンドープIn0.4Ga0.6Nよりなる井戸層を30オングストロームの膜厚で成長させる。そして障壁+井戸+障壁+井戸・・・・+障壁の順で障壁層を5層、井戸層を4層、交互に積層して、総膜厚1120オングストロームの多重量子井戸構造よりなる活性層を成長させる。
(中濃度ドープの多層膜p型クラッド層)
次に、温度1050℃でTMG、TMA、アンモニア、Cp2Mg(シクロペンタジエニルマグネシウム)を用い、Mgを5×1019/cm3ドープしたp型Al0.2Ga0.8Nよりなる第1の窒化物半導体層を40オングストロームの膜厚で成長させ、続いて温度を800℃にして、TMG、TMI、アンモニア、Cp2Mgを用いMgを5×1019/cm3ドープしたIn0.03Ga0.97Nよりなる第2の窒化物半導体層を25オングストロームの膜厚で成長させる。そしてこれらの操作を繰り返し、第1+第2の順で交互に5層ずつ積層し、最後に第1の窒化物半導体層を40オングストロームの膜厚で成長させた超格子構造の多層膜よりなるp側多層膜クラッド層を365オングストロームの膜厚で成長させる。
(低濃度ドープのp型低濃度ドープ層)
続いて、1050℃で、TMG、アンモニアを用い、アンドープのGaNよりなるp型低濃度ドープ層を2000オングストロームの膜厚で成長させる。この低濃度ドープ層は、成長時はアンドープとして成長させるが、中濃度ドープの多層膜p型クラッド層にドープされているMgが、低濃度ドープ層を成長する間に拡散し、さらに下記の高濃度ドープのp型コンタクト層を成長させる際にMgが拡散し、低濃度ドープ層はp型を示す。
【0039】
この低濃度ドープ層のMg濃度は、最も濃度が低い部分では、2×1018/cm3となる。また低濃度ドープ層のMg濃度の変化は、p型クラッド層に接している部分ではp型クラッド層のMg濃度とほぼ同様の値を示すが、p型クラッド層から離れるに従い徐々に減少し、p型コンタクト層と接近している付近(p型コンタクト層を成長させる直前)でのMg濃度がほぼ最低値を示す。
【0040】
(高濃度ドープのp型コンタクト層)
続いて、1050℃で、TMG、アンモニア、Cp2Mgを用い、Mgを1×1020/cm3ドープしたGaNよりなるp型コンタクト層を1200オングストロームの膜厚で成長させる。
【0041】
反応終了後、温度を室温まで下げ、さらに窒素雰囲気中、ウェーハを反応容器内において、700℃でアニーリングを行い、p型層をさらに低抵抗化する。
【0042】
アニーリング後、ウェーハを反応容器から取り出し、サファイア基板を研磨・除去し、窒化ガリウム系化合物半導体基板1の裏面側をエッチングする。
(窒化ガリウム系化合物半導体基板1のエッチング処理)
リン酸+硫酸の混酸を使用する。リン酸:硫酸=(1.7:5.9)のモル比で混合する。リン酸は8.5mol/l、硫酸は9.8mol/lの濃度のものを使用し、15分間エッチング処理すると第2の面群と第1の面がステップ状に現れる10μm幅のピット5ができる。
【0043】
エッチング後、最上層にあるp型コンタクト層のほぼ全面に膜厚200オングストロームのNiとAuを含む透光性のp電極と、そのp電極の上にボンディング用のAuよりなるpパッド電極を0.5μmの膜厚で形成する。一方、エッチングにより露出させたn型コンタクト層の表面にはWとAlを含むn電極を形成してLED素子とした。
【0044】
このLED素子は順方向電流20mAにおいて、520nmの純緑色発光を示した。
【0045】
[実施例2]
実施例1において、窒化ガリウム系化合物半導体基板のエッチング処理をドライエッチングで行った以外は同様に作製した。特性もほぼ同程度であった。
[実施例3]
実施例1において、窒化ガリウム系化合物半導体基板のエッチング処理を研磨で行った以外は同様に作製した。研磨に使用する定盤に錫、錫鉛、樹脂錫、樹脂銅等を使用し、研磨剤にダイヤを使用した。特性としては実施例1とほぼ同程度であった。
【0046】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体素子はその裏面を特定形状としていることにより、窒化ガリウム系化合物半導体層内の多重反射による光の干渉を抑えることができる。従って、窒化ガリウム系化合物半導体の発光を有効に外部に取り出すことができ、発光素子の外部量子効率が向上する。また、発光スペクトルに、目的とする発光ピーク以外の干渉によるピークが出現してこないため、窒化ガリウム系化合物半導体を用いて青色発光ダイオードを作製した場合にその色純度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態を示す窒化ガリウム系化合物半導体の模式断面図である。
【図2】本発明の一実施の形態を示す窒化ガリウム系化合物半導体の部分斜視図である。
【図3】本発明の一実施の形態を示す窒化ガリウム系化合物半導体の模式断面図である。
【図4】本発明の一実施の形態を示す窒化ガリウム系化合物半導体の部分斜視図である。
【図5】本発明の一実施の形態を示す窒化ガリウム系化合物半導体のピット部分の拡大写真である。
【図6】本発明の一実施の形態を示す窒化ガリウム系化合物半導体のピット部分の拡大写真である。
【図7】本発明の一実施の形態を示す窒化ガリウム系化合物半導体のピット部分の拡大写真である。
【符号の説明】
1・・・窒化ガリウム系化合物半導体基板
2・・・発光素子構造部
3・・・第1の電極
4・・・第2の電極
5・・・ピット
Claims (12)
- 第1の主面と、該第1の主面に対向する第2の主面と、を有する窒化ガリウム系化合物半導体基板と、前記第1の主面上に窒化ガリウム系化合物半導体が積層された素子構造を有する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、
前記基板がc軸成長されたものであって、該成長表面にC面の前記第1の主面が設けられ、前記窒化ガリウム系化合物半導体が該第1の主面上にc軸成長されたものであり、
前記第2の主面が、複数の凹部を有する光反射の凹凸を有し、
該凹部が、斜面及び階段形状を有し、前記基板の結晶面と該結晶面に等価な結晶面からなる群から選択される複数の結晶面を側面に有する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。 - 前記結晶面の群が、前記第2の主面をウエットエッチングして得られる窒化ガリウム系化合物半導体の結晶面である請求項1に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
- 前記凹部が、連続する前記複数の結晶面からなる請求項1又は2に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
- 前記凹部が、前記複数の結晶面が連続した側面と、前記第2の主面と同じ結晶面と、をステップ状に有する請求項1又は2に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
- 前記積層された窒化ガリウム系化合物半導体の表面上に、透光性の電極を有し、前記発光素子の光取り出し面方向の光を前記凹凸で反射させる請求項1乃至4のいずれか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
- 前記窒化ガリウム系化合物半導体基板は、サファイア基板のC面(0001)上に成長された後、前記サファイア基板が除去されて設けられ、
前記第2の主面は、前記サファイア基板が除去された側の主面である請求項1乃至5のいずれか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。 - 前記窒化ガリウム系化合物半導体基板はn型不純物、及び/又は、p型不純物がドープされている請求項1乃至6のいずれか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
- 前記凹凸を有する第2の主面に電極を有する請求項7に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
- 第1の主面と、該第1の主面に対向する第2の主面と、を有する窒化ガリウム系化合物半導体基板と、前記第1の主面上に窒化ガリウム系化合物半導体が積層された素子構造を有する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法において、
窒化ガリウム系化合物半導体をc軸成長させて、該成長表面のC面を第1の主面とする窒化ガリウム系化合物半導体を基板とする第1の工程と、
前記基板の第1の表面のC面上に、窒化ガリウム系化合物半導体を積層して素子構造を形成する第2の工程と、
前記素子構造を備えた発光素子をウエットエッチングして、前記基板の第2の主面が他の面よりも高いレートでエッチングされて、該第2の主面に該エッチングによる結晶面の側面を備えた凹凸を形成する第3の工程と、
を具備する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。 - 前記第3の工程において、前記素子構造を備えた発光素子をウエットエッチングして、前記第2の主面のみに凹凸を設ける請求項9に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
- 前記第1の工程において、前記窒化ガリウム系化合物半導体の成長が、該窒化ガリウム系化合物半導体と異なる異種基板の上に成長させるものであり、
前記異種基板を除去して前記第2の主面を露出させる露出工程を具備する請求項9又は10に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。 - 前記凹凸は、前記凹部の側面が前記複数の結晶面が連続して構成されている、又は凹部が前記複数の結晶面が連続した側面と前記第2の主面とをステップ状に有する請求項9乃至11のいずれか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001257306A JP4244542B2 (ja) | 2001-08-28 | 2001-08-28 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001257306A JP4244542B2 (ja) | 2001-08-28 | 2001-08-28 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003069075A JP2003069075A (ja) | 2003-03-07 |
JP4244542B2 true JP4244542B2 (ja) | 2009-03-25 |
Family
ID=19084993
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001257306A Expired - Fee Related JP4244542B2 (ja) | 2001-08-28 | 2001-08-28 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4244542B2 (ja) |
Families Citing this family (29)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4155847B2 (ja) * | 2003-03-12 | 2008-09-24 | 三洋電機株式会社 | 積層型発光ダイオード素子 |
JP3841092B2 (ja) | 2003-08-26 | 2006-11-01 | 住友電気工業株式会社 | 発光装置 |
EP1681727A4 (en) | 2003-11-04 | 2009-12-16 | Pioneer Corp | SEMICONDUCTOR LIGHT EMISSION ELEMENT AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF |
JP2007511105A (ja) * | 2003-11-12 | 2007-04-26 | クリー インコーポレイテッド | 発光デバイス(led)をその上に有する半導体ウエハ裏面を加工する方法およびその方法により形成されたled |
JP2005191530A (ja) | 2003-12-03 | 2005-07-14 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 発光装置 |
JP2005244201A (ja) * | 2004-01-28 | 2005-09-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体発光素子及びその製造方法 |
KR100568297B1 (ko) | 2004-03-30 | 2006-04-05 | 삼성전기주식회사 | 질화물 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법 |
US7897423B2 (en) | 2004-04-29 | 2011-03-01 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Method for production of a radiation-emitting semiconductor chip |
JP2006100787A (ja) | 2004-08-31 | 2006-04-13 | Toyoda Gosei Co Ltd | 発光装置および発光素子 |
JP4765415B2 (ja) * | 2005-06-02 | 2011-09-07 | 日立電線株式会社 | 発光ダイオード及びその製造方法 |
JP4635727B2 (ja) * | 2005-06-02 | 2011-02-23 | 日立電線株式会社 | 窒化物半導体発光ダイオード用エピタキシャルウエハの製造方法、窒化物半導体発光ダイオード用エピタキシャルウエハ、及び窒化物半導体発光ダイオード |
JP4297084B2 (ja) | 2005-06-13 | 2009-07-15 | 住友電気工業株式会社 | 発光装置の製造方法および発光装置 |
KR100610639B1 (ko) * | 2005-07-22 | 2006-08-09 | 삼성전기주식회사 | 수직 구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자 및 그 제조방법 |
JP2007067209A (ja) * | 2005-08-31 | 2007-03-15 | Sanyo Electric Co Ltd | 窒化物系半導体発光素子及びその製造方法 |
JP2007300069A (ja) | 2006-04-04 | 2007-11-15 | Toyoda Gosei Co Ltd | 発光素子、この発光素子を用いた発光装置及びこの発光素子の製造方法 |
KR101025990B1 (ko) * | 2007-09-28 | 2011-03-30 | 삼성엘이디 주식회사 | 미세패턴 형성방법 및 이를 이용한 반도체 발광소자 제조방법 |
JP5352171B2 (ja) | 2007-10-15 | 2013-11-27 | 富士フイルム株式会社 | 発光素子の製造方法および光学素子の製造方法 |
WO2009084670A1 (ja) | 2007-12-28 | 2009-07-09 | Nichia Corporation | 半導体発光素子およびその製造方法 |
JP5282503B2 (ja) | 2008-09-19 | 2013-09-04 | 日亜化学工業株式会社 | 半導体発光素子 |
JP2010118647A (ja) | 2008-10-17 | 2010-05-27 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 窒化物系半導体発光素子、窒化物系半導体発光素子を作製する方法、及び発光装置 |
JP5343225B2 (ja) * | 2008-12-16 | 2013-11-13 | スタンレー電気株式会社 | Ii−vi族またはiii−v族化合物系半導体発光素子用エピタキシャルウエハ、および、その製造方法 |
JP2010205988A (ja) | 2009-03-04 | 2010-09-16 | Panasonic Corp | 窒化物半導体素子及びその製造方法 |
CN102259831A (zh) * | 2010-05-27 | 2011-11-30 | 清华大学 | 三维纳米结构阵列 |
CN102259832A (zh) | 2010-05-27 | 2011-11-30 | 清华大学 | 三维纳米结构阵列的制备方法 |
CN101859856B (zh) * | 2010-06-04 | 2016-06-15 | 清华大学 | 发光二极管 |
CN103337576A (zh) * | 2013-06-09 | 2013-10-02 | 武汉迪源光电科技有限公司 | 图形化衬底及其制造方法、led芯片及其制造方法 |
DE102014115599A1 (de) * | 2013-10-28 | 2015-04-30 | Seoul Viosys Co., Ltd. | Halbleitervorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung |
JP6248359B2 (ja) * | 2013-12-20 | 2017-12-20 | 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 | 半導体層の表面処理方法 |
WO2017150280A1 (ja) | 2016-03-01 | 2017-09-08 | スタンレー電気株式会社 | 縦型紫外発光ダイオード |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5923579A (ja) * | 1982-07-29 | 1984-02-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 緑色系発光ダイオ−ドおよびその製造方法 |
JP3712789B2 (ja) * | 1996-05-21 | 2005-11-02 | 豊田合成株式会社 | 3族窒化物半導体基板及び素子の製造方法 |
JPH10321949A (ja) * | 1997-05-16 | 1998-12-04 | Ricoh Co Ltd | 半導体レーザ |
JPH11251629A (ja) * | 1998-02-27 | 1999-09-17 | Daido Steel Co Ltd | 半導体発光素子の製造方法 |
JP3733008B2 (ja) * | 1999-09-08 | 2006-01-11 | シャープ株式会社 | Iii−n系化合物半導体装置 |
JP4145437B2 (ja) * | 1999-09-28 | 2008-09-03 | 住友電気工業株式会社 | 単結晶GaNの結晶成長方法及び単結晶GaN基板の製造方法と単結晶GaN基板 |
JP2002016312A (ja) * | 2000-06-27 | 2002-01-18 | Sanyo Electric Co Ltd | 窒化物系半導体素子およびその製造方法 |
JP4046485B2 (ja) * | 2001-06-05 | 2008-02-13 | シャープ株式会社 | 窒化物系化合物半導体発光素子 |
-
2001
- 2001-08-28 JP JP2001257306A patent/JP4244542B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2003069075A (ja) | 2003-03-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4244542B2 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びその製造方法 | |
US8928004B2 (en) | Structure for growth of nitride semiconductor layer, stacked structure, nitride-based semiconductor element, light source, and manufacturing method for same | |
JP4908381B2 (ja) | Iii族窒化物半導体層の製造方法、及びiii族窒化物半導体発光素子、並びにランプ | |
KR101060830B1 (ko) | 질화갈륨계 화합물 반도체 발광 소자의 제조 방법, 질화갈륨계 화합물 반도체 발광 소자 및 이를 이용한 램프 | |
JP3924303B2 (ja) | 窒化物半導体素子およびその製法 | |
US7947995B2 (en) | Gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device | |
WO2009154215A1 (ja) | Iii族窒化物半導体発光素子及びその製造方法、並びにランプ | |
US20050277218A1 (en) | Group III nitride compound semiconductor light-emitting device and method for producing the same | |
JP2001160627A (ja) | Iii族窒化物系化合物半導体発光素子 | |
JP2004281863A (ja) | 窒化物半導体素子及びその製造方法 | |
JP4734786B2 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体基板、及びその製造方法 | |
WO2007108531A1 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びそれを用いたランプ | |
WO2009142265A1 (ja) | Iii族窒化物半導体発光素子及びその製造方法、並びにランプ | |
JP2004006662A (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体素子 | |
JP3613197B2 (ja) | 窒化物半導体基板の成長方法 | |
JP2006339427A (ja) | 窒化物半導体発光ダイオード用エピタキシャルウエハの製造方法、窒化物半導体発光ダイオード用エピタキシャルウエハ、及び窒化物半導体発光ダイオード | |
JP3561105B2 (ja) | p型半導体膜および半導体素子 | |
CN117393667B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、led | |
JP2007329312A (ja) | Iii族窒化物半導体積層構造体の製造方法 | |
JP2000252219A (ja) | GaN基板の製造方法 | |
JP2005085932A (ja) | 発光ダイオード及びその製造方法 | |
JP4055303B2 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体及び半導体素子 | |
JP2004014587A (ja) | 窒化物系化合物半導体エピタキシャルウエハ及び発光素子 | |
JPH11330622A (ja) | 窒化物半導体素子 | |
JP6785455B2 (ja) | 発光ダイオード素子、及び発光ダイオード素子の製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050228 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080313 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080401 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080602 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080701 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080901 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20081216 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20081229 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4244542 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120116 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120116 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120116 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130116 Year of fee payment: 4 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130116 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140116 Year of fee payment: 5 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |