JP4635727B2 - Method of manufacturing epitaxial wafer for nitride semiconductor light emitting diode, epitaxial wafer for nitride semiconductor light emitting diode, and nitride semiconductor light emitting diode - Google Patents
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Description
本発明は、窒化物半導体発光ダイオード(LED)用エピタキシャルウエハの製造方法、並びにその方法により得られた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に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting diode (LED) epitaxial wafer, and an epitaxial wafer for nitride semiconductor light emitting diode and a nitride semiconductor light emitting diode obtained by the method.
窒化物半導体材料は、バンドギャップが大きく、バンド間遷移も直接遷移型であるため、短波長発光素子への応用が盛んに行われている。窒化物半導体系素子は、有機金属気相成長法(MOVPE)、分子線気相成長法(MBE)、ハイドライド気相成長法(HVPE)などの気相成長法を用いて、下地基板上にエピタキシャル成長を行うことにより得られる。 Nitride semiconductor materials have a large band gap and are also directly transitional between band transitions, so that they are actively applied to short wavelength light emitting devices. Nitride semiconductor devices are epitaxially grown on an underlying substrate using vapor phase growth methods such as metal organic chemical vapor deposition (MOVPE), molecular beam vapor deposition (MBE), and hydride vapor phase epitaxy (HVPE). Is obtained.
図8に、従来の窒化物半導体発光ダイオードの構造例を示す。
この窒化物半導体発光ダイオードは、サファイア基板1上に、MOVPE法により、順に、22nm厚のGaNの低温成長バッファ層2、膜厚2μmのアンドープGaN層3、膜厚4μmのSiドープn型GaN層4(電子濃度=4×1018cm−3)、6周期のInGaN/GaN多重量子井戸層5、膜厚35nmのMgドープp型Al0.15Ga0.85N層6(正孔濃度=5×1017cm−3)、膜厚200nmのMgドープp型GaNコンタクト層7(正孔濃度=1×1018cm−3)を形成し、リアクティブ・イオン・エッチング(RIE)装置によりn型GaN層4を露出させるためのエッチングを行ってその上にn型電極10を形成する一方、p型GaNコンタクト層7の上にp型電極を兼ねた透明電極9を形成して、表面光取出し型のLEDとしている。
FIG. 8 shows a structural example of a conventional nitride semiconductor light emitting diode.
This nitride semiconductor light-emitting diode is formed on a
このように、InGaN/GaN多重量子井戸層5の発光層を含む複数の半導体層がサファイア基板1上に結晶成長により積層され、その発光層で発生した光を素子表面の一部から射出する形式のLEDにおける最も重要な性能指数としては、効率が挙げられる。即ちLEDにおいては、可能な限り少ない電流で高い光出力が得られること、高効率であることが望まれる。
As described above, a plurality of semiconductor layers including the light emitting layer of the InGaN / GaN multiple
一般に効率は、内部量子効率と光取出し効率で決定される。ここで内部量子効率とは、素子内部における電気−光変換効率であり、注入電流が発光層内で光子に変換される効率である。また光取出し効率とは、発光層で発生した光が素子の外部に取り出される効率である。このうちの内部量子効率については、一般的に市販されているLEDのほぼ全てにおいて50%以上の値が既に得られており、中にはほぼ100%の内部量子効率が達成されている例もある。 In general, efficiency is determined by internal quantum efficiency and light extraction efficiency. Here, the internal quantum efficiency is the electro-optical conversion efficiency inside the device, and is the efficiency at which the injected current is converted into photons in the light emitting layer. The light extraction efficiency is the efficiency with which light generated in the light emitting layer is extracted outside the device. As for the internal quantum efficiency, a value of 50% or more has already been obtained in almost all of the LEDs that are generally marketed, and some examples have achieved an internal quantum efficiency of almost 100%. is there.
一方、光取出し効率は、光取出し面における発光素子内部と外部の屈折率の比やその面性状に依存することが知られている。すなわち、LEDに一般的に用いられる化合物半導体の屈折率(n≒2.2〜3.8、例えばGaAsでは3.5)であって空気(真空)の値n=1に比較して極めて大きい。このためスネルの法則に従い、発光素子から外部へ射出され得る光が、発光素子内部から表面への光の入射角がある臨界角(θc)以下のものに制限され、発生した光の大部分を素子外部に取り出せない状況となる。例えばGaAsの場合を例に取ると、臨界角はθc=16.6度であり、全発光の約2%しか素子の外部に取り出せないことになる。 On the other hand, it is known that the light extraction efficiency depends on the ratio of the refractive index inside and outside the light emitting element on the light extraction surface and the surface properties. That is, the refractive index of a compound semiconductor generally used for LEDs (n≈2.2 to 3.8, for example, 3.5 for GaAs), which is very large compared to the value of air (vacuum) n = 1. . Therefore, according to Snell's law, the light that can be emitted from the light emitting element to the outside is limited to a light incident angle from the inside of the light emitting element to the surface that is less than a critical angle (θc), and most of the generated light is reduced. It becomes a situation that cannot be taken out of the element. For example, in the case of GaAs, the critical angle is θc = 16.6 degrees, and only about 2% of the total light emission can be extracted outside the device.
そこで、例えば光取り出し面にエッチング処理を施して、光取り出し面を適度に荒らすことにより、その光取り出し面に臨界角以上の角度で入射する割合を減らして効率を向上することが提案されている。実際に、GaAs系やGaP系のLEDにおいては、短時間の比較的低温(<100℃)のウエットエッチングにより適度に荒れた表面を形成でき、一部では既に実用化されている。しかしながら、青色LEDおよび紫外LEDの材料である窒化物半導体においては事情が異なっている。すなわち窒化ガリウム(GaN)等の窒化物半導体は化学的に極めて安定な物質であり、その表面を荒らすためには、例えば燐酸、硫酸、KOH等を200℃以上に加熱し、その中で1時間以上の長時間のエッチングを行う必要がある。従って、このようなエッチング処理を追加すると、LEDの製造工程及び製造コストが増加し、製造効率が低下してしまう。 Thus, for example, it has been proposed to improve the efficiency by performing an etching process on the light extraction surface to moderately roughen the light extraction surface, thereby reducing the rate of incidence on the light extraction surface at an angle greater than the critical angle. . In fact, in GaAs-based and GaP-based LEDs, a moderately rough surface can be formed by wet etching at a relatively low temperature (<100 ° C.) for a short time, and some of them have already been put into practical use. However, the situation is different in nitride semiconductors that are materials for blue LEDs and ultraviolet LEDs. That is, a nitride semiconductor such as gallium nitride (GaN) is a chemically very stable substance, and in order to roughen its surface, for example, phosphoric acid, sulfuric acid, KOH or the like is heated to 200 ° C. or more, and the time is 1 hour. It is necessary to perform the etching for a long time as described above. Therefore, if such an etching process is added, the manufacturing process and manufacturing cost of LED will increase, and manufacturing efficiency will fall.
一方、基板上に結晶成長されたp型GaN層の表面に凹凸状の加工を施す方法として、特許文献1に示す方法がある。
この方法は、まずp型GaN層の表面にレジストを塗布し、PEP(photo-engraving process)法によりパターニングして複数の平行なストライプ状のレジストパターンを形成した後、熱処理を施すことによりストライプ状のレジストを軟化させて横断面が半円状の「かまぼこ形状」に変形させ、更に、レジストパターンの上からRlE(reactive ion etching)やイオンミリング(ion milling)等の方法によりエッチングすることにより、レジストパターンを順次エッチングしてその下のp型GaN層も順次エッチングし、p型GaN層の表面にレジストパターンの断面形状に似た凹凸を形成する方法である。
In this method, first, a resist is applied to the surface of the p-type GaN layer, patterned by a PEP (photo-engraving process) method to form a plurality of parallel stripe-shaped resist patterns, and then subjected to heat treatment to form a stripe shape. By softening the resist to deform into a “kamaboko shape” having a semicircular cross section, and further etching from above the resist pattern by a method such as RlE (reactive ion etching) or ion milling (ion milling), In this method, the resist pattern is sequentially etched, and the underlying p-type GaN layer is sequentially etched to form irregularities similar to the cross-sectional shape of the resist pattern on the surface of the p-type GaN layer.
しかしながら、このようなレジストパターンを用いて凹凸を形成する方法においても、製造工程及び製造コストが増加してしまうという問題が依然として残った。 However, even in the method of forming irregularities using such a resist pattern, there still remains a problem that the manufacturing process and the manufacturing cost increase.
従って、本発明の目的は、長時間のウエットエッチングやレジストパターンを用いる方法のように製造工程及び製造コストの増加をもたらすことがなく、光取出し効率の高い適度に荒れた表面を有する窒化物半導体発光ダイオード用エピタキシャルウエハを製造する方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、製造工程及び製造コストの増加をもたらすことがない上記方法によって、光取出し効率の高い適度に荒れた表面を有する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を提供することにある。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a nitride semiconductor having a moderately rough surface with high light extraction efficiency without causing an increase in manufacturing process and manufacturing cost as in a method using long-time wet etching or a resist pattern. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an epitaxial wafer for a light emitting diode.
Another object of the present invention is to provide an epitaxial wafer and a nitride semiconductor for a nitride semiconductor light-emitting diode having a moderately rough surface with high light extraction efficiency by the above-described method that does not increase the manufacturing process and manufacturing cost. It is to provide a light emitting diode.
本発明者は上記課題を解決するために鋭意研究を行った結果、窒化物半導体発光ダイオード用エピタキシャルウエハを製造する際に、窒化物半導体結晶のエピタキシャル成長条件を適切に制御することにより、適度に荒れた表面を有する窒化物半導体発光ダイオード用エピタキシャルウエハを製造できるとの知見を得、この知見に基づき本発明を完成させた。 As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventor has moderately roughened by appropriately controlling the epitaxial growth conditions of the nitride semiconductor crystal when manufacturing an epitaxial wafer for nitride semiconductor light-emitting diodes. The inventors have obtained the knowledge that an epitaxial wafer for a nitride semiconductor light-emitting diode having a rough surface can be produced, and have completed the present invention based on this knowledge.
即ち、本発明の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は、C面サファイア基板上に低温バッファ層を成長させる工程と、前記バッファ層上にアンドープの窒化物半導体層と、n型不純物を含む窒化物半導体層とを1075℃の温度でエピタキシャル成長させる工程と、前記n型不純物を含む窒化物半導体層上に多重量子井戸層を750℃の温度でエピタキシャル成長させる工程と、前記多重量子井戸層上に、1075℃の温度、かつ、エピタキシャル成長中のV族原料とIII族原料の供給量のモル比を8000にしてp型の不純物を含む窒化物半導体層をエピタキシャル成長させ、前記p型の不純物を含む窒化物半導体層上に、1075℃の温度、かつ、V族原料とIII族原料の供給量のモル比を200以上1000以下にしてp型の不純物を含むコンタクト層をエピタキシャル成長させる工程とを備える。 That is, the method for manufacturing an epitaxial wafer for a nitride semiconductor light emitting diode according to the present invention includes a step of growing a low-temperature buffer layer on a C-plane sapphire substrate, an undoped nitride semiconductor layer on the buffer layer, and an n-type impurity. Epitaxially growing a nitride semiconductor layer including the nitride semiconductor layer at a temperature of 1075 ° C., epitaxially growing a multiple quantum well layer on the nitride semiconductor layer including the n-type impurity at a temperature of 750 ° C., and on the multiple quantum well layer In addition, a nitride semiconductor layer containing a p-type impurity is epitaxially grown at a temperature of 1075 ° C. and a molar ratio of the supply amount of the group V raw material and the group III raw material being epitaxially grown to 8000, and contains the p-type impurity. On the nitride semiconductor layer, a temperature of 1075 ° C. and a molar ratio of the supply amount of the Group V raw material and the Group III raw material is 200 or more And a step of epitaxially growing a contact layer containing p-type impurities.
前記アンドープの窒化物半導体層が、V族原料とIII族原料の供給量のモル比を2000にしてエピタキシャル成長され、前記n型不純物を含む窒化物半導体層が、V族原料とIII族原料の供給量のモル比を800にしてエピタキシャル成長されてもよい。The undoped nitride semiconductor layer is epitaxially grown with a molar ratio of the supply amount of the group V source and the group III source being 2000, and the nitride semiconductor layer containing the n-type impurity is supplied with the group V source and the group III source. It may be epitaxially grown with a molar ratio of the amount of 800.
前記p型の不純物を含む窒化物半導体層と前記p型の不純物を含むコンタクト層との間、若しくは前記p型の不純物を含むコンタクト層内にp型不純物のデルタドープ層が更に形成されてもよく、前記アンドープの窒化物半導体層と前記n型不純物を含む窒化物半導体層との間、若しくは前記n型不純物を含む窒化物半導体層内にn型不純物のデルタドープ層が更に形成されてもよい。 A p-type impurity delta-doped layer may be further formed between the p-type impurity-containing nitride semiconductor layer and the p-type impurity-containing contact layer or in the p-type impurity-containing contact layer. An n-type impurity delta-doped layer may be further formed between the undoped nitride semiconductor layer and the n-type impurity-containing nitride semiconductor layer or in the n-type impurity-containing nitride semiconductor layer .
前記p型不純物がマグネシウム、亜鉛、炭素のいずれか、前記n型不純物がシリコン、酸素、セレンのいずれかとすることができる。 The p-type impurity may be magnesium, zinc, or carbon, and the n-type impurity may be silicon, oxygen, or selenium.
前記p型の不純物を含むコンタクト層の表面にエッチングを施す工程を更に備えることができる。前記エッチングは酸溶液、又はアルカリ溶液を用いたウエットエッチング、酸溶液、又はアルカリ溶液を用いた電気化学的エッチングとすることができる。前記酸溶液、又はアルカリ溶液が、H2SO4、H3PO4、HCl、KOH、NaOHの少なくとも一つを含むことが好ましい。 The method may further comprise etching the surface of the contact layer containing the p-type impurity . The etching can be wet etching using an acid solution or an alkali solution, or electrochemical etching using an acid solution or an alkali solution. The acid solution or the alkali solution preferably contains at least one of H 2 SO 4 , H 3 PO 4 , HCl, KOH, and NaOH.
また、本発明の窒化物半導体発光ダイオード用エピタキシャルウエハは、C面サファイア基板と、前記C面サファイア基板上に設けられる低温バッファ層と、前記バッファ層上に設けられるアンドープの窒化物半導体層と、前記アンドープの窒化物半導体層上に設けられ、n型不純物を含む窒化物半導体層と、前記n型不純物を含む窒化物半導体層上に設けられる多重量子井戸層と、前記多重量子井戸層上に設けられ、p型の不純物を含む窒化物半導体層と、前記p型の不純物を含む窒化物半導体層上に設けられ、表面に段差が50nmの凹凸面を含み、かつ、前記凹凸面における平坦部の割合が面積比率で20%であり、p型の不純物を含むコンタクト層とを備える。 An epitaxial wafer for a nitride semiconductor light-emitting diode according to the present invention includes a C-plane sapphire substrate, a low-temperature buffer layer provided on the C-plane sapphire substrate, an undoped nitride semiconductor layer provided on the buffer layer, A nitride semiconductor layer including an n-type impurity provided on the undoped nitride semiconductor layer, a multiple quantum well layer provided on the nitride semiconductor layer including the n-type impurity, and on the multiple quantum well layer A nitride semiconductor layer including a p-type impurity and a nitride semiconductor layer including the p-type impurity, the surface including a concavo-convex surface having a step of 50 nm , and a flat portion on the concavo-convex surface The area ratio is 20% , and a contact layer containing a p-type impurity is provided.
前記p型の不純物を含む窒化物半導体層と前記p型の不純物を含むコンタクト層との間、若しくは前記p型の不純物を含むコンタクト層内にp型不純物のデルタドープ層が更に設けることもできる。 A p-type impurity delta doped layer may be further provided between the nitride semiconductor layer containing the p-type impurity and the contact layer containing the p-type impurity, or in the contact layer containing the p-type impurity .
前記アンドープの窒化物半導体層と前記n型不純物を含む窒化物半導体層との間、若しくは前記n型不純物を含む窒化物半導体層内にn型不純物のデルタドープ層が更に形成されることもできる。 An n-type impurity delta-doped layer may be further formed between the undoped nitride semiconductor layer and the n-type impurity-containing nitride semiconductor layer or in the n-type impurity-containing nitride semiconductor layer .
また、本発明の窒化物半導体発光ダイオードは、C面サファイア基板と、前記C面サファイア基板上に設けられる低温バッファ層と、前記バッファ層上に設けられるアンドープの窒化物半導体層と、前記アンドープの窒化物半導体層上に設けられ、n型不純物を含む窒化物半導体層と、前記n型不純物を含む窒化物半導体層上に設けられる多重量子井戸層と、前記多重量子井戸層上に設けられ、p型の不純物を含む窒化物半導体層と、前記p型の不純物を含む窒化物半導体層上に設けられ、表面に段差が50nmの凹凸面を含み、かつ、前記凹凸面における平坦部の割合が面積比率で20%であり、p型の不純物を含むコンタクト層と、前記p型の不純物を含むコンタクト層の上に設けられる金属あるいは酸化物からなる透明電極と
を備える。
The nitride semiconductor light-emitting diode according to the present invention includes a C-plane sapphire substrate, a low-temperature buffer layer provided on the C-plane sapphire substrate, an undoped nitride semiconductor layer provided on the buffer layer, and the undoped nitride semiconductor light-emitting diode . A nitride semiconductor layer including an n-type impurity provided on the nitride semiconductor layer, a multiple quantum well layer provided on the nitride semiconductor layer including the n-type impurity, and provided on the multiple quantum well layer; A nitride semiconductor layer including a p-type impurity and a nitride semiconductor layer including the p-type impurity, the surface includes a concavo-convex surface having a step difference of 50 nm , and a ratio of a flat portion in the concavo-convex surface is A contact layer having an area ratio of 20% and containing a p-type impurity; and a transparent electrode made of a metal or an oxide provided on the contact layer containing the p-type impurity ;
Is provided.
前記透明電極が、Ni、Pd、Au、ITO、ZnO、Agの少なくとも一つを含むことができる。 The transparent electrode may include at least one of Ni, Pd, Au, ITO, ZnO, and Ag.
また、本発明の窒化物半導体発光ダイオードは、C面サファイア基板と、前記C面サファイア基板上に設けられる低温バッファ層と、前記バッファ層上に設けられるアンドープの窒化物半導体層と、前記アンドープの窒化物半導体層上に設けられ、n型不純物を含む窒化物半導体層と、前記n型不純物を含む窒化物半導体層上に設けられる多重量子井戸層と、前記多重量子井戸層上に設けられ、p型の不純物を含む窒化物半導体層と、前記p型の不純物を含む窒化物半導体層上に設けられ、表面に段差が50nmの凹凸面を含み、かつ、前記凹凸面における平坦部の割合が面積比率で20%であり、p型の不純物を含むコンタクト層と、前記p型の不純物を含むコンタクト層の上に設けられる金属電極とを備える。 The nitride semiconductor light-emitting diode according to the present invention includes a C-plane sapphire substrate, a low-temperature buffer layer provided on the C-plane sapphire substrate, an undoped nitride semiconductor layer provided on the buffer layer, and the undoped nitride semiconductor light-emitting diode . A nitride semiconductor layer including an n-type impurity provided on the nitride semiconductor layer, a multiple quantum well layer provided on the nitride semiconductor layer including the n-type impurity, and provided on the multiple quantum well layer; A nitride semiconductor layer including a p-type impurity and a nitride semiconductor layer including the p-type impurity, the surface includes a concavo-convex surface having a step difference of 50 nm , and a ratio of a flat portion in the concavo-convex surface is It is 20% in the area ratio, comprises a contact layer including a p-type impurity, and a metal collector electrode provided on the contact layer including the p-type impurity.
前記窒化物半導体は、InxAlyGazN(x≧0、y≧0、z≧0、x+y+z=1)であるのが好ましい。 The nitride semiconductor is preferably InxAlyGazN (x ≧ 0, y ≧ 0, z ≧ 0, x + y + z = 1).
本発明の製造方法によれば、通常のエピタキシャル成長プロセスにより、適度に荒れた表面を有する窒化物半導体発光ダイオード用エピタキシャルウエハおよび窒化物半導体発光ダイオードを提供することが可能となる。このため、従来のような長時間のウエットエッチングを用いる方法やフォトレジストを用いる方法のように製造コストや製造工程の増加をもたらすことがない。 According to the manufacturing method of the present invention, it is possible to provide a nitride semiconductor light emitting diode epitaxial wafer and a nitride semiconductor light emitting diode having a moderately rough surface by a normal epitaxial growth process. For this reason, the manufacturing cost and the manufacturing process are not increased unlike the conventional method using wet etching and the method using photoresist.
また、本発明の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によれば、光取り出し面を適度に荒らすことにより、その光取り出し面に臨界角以上の角度で入射する割合を減らして効率を向上させることができる。 In addition, according to the epitaxial wafer for nitride semiconductor light emitting diode and the nitride semiconductor light emitting diode of the present invention, by appropriately roughening the light extraction surface, the ratio of incidence on the light extraction surface at an angle greater than the critical angle can be reduced. Efficiency can be improved.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る窒化物半導体発光ダイオードの構造例を示す断面図である。
この窒化物半導体発光ダイオードは、p型GaNコンタクト層7の表面に平坦部8aと孔部8bとを有する凹凸面8を形成している点が図8に示す従来の窒化物半導体発光ダイオードと異なっている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a structural example of a nitride semiconductor light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
This nitride semiconductor light-emitting diode is different from the conventional nitride semiconductor light-emitting diode shown in FIG. 8 in that an uneven surface 8 having a flat portion 8a and a hole portion 8b is formed on the surface of the p-type
凹凸面8における平坦部8aと孔部8bの段差は、50nm以上、好ましくは200nm以上形成する。また、表面光取出し型のLEDにおいては、凹凸面8における平坦部8aの割合が面積比率で20%以上とすることが好ましい。平坦部8aの割合が20%未満としたのでは、孔部8bの領域が広がりすぎて平坦部8aが少なくなり、その上に透明電極を形成しても断線してLEDの発光領域のうち一部にしか通電されなくなるためである。 The level difference between the flat portion 8a and the hole portion 8b on the uneven surface 8 is 50 nm or more, preferably 200 nm or more. Further, in the surface light extraction type LED, it is preferable that the ratio of the flat portion 8a in the uneven surface 8 is 20% or more in terms of area ratio. If the ratio of the flat portion 8a is less than 20%, the region of the hole 8b is excessively widened and the flat portion 8a is reduced. This is because only the part is energized.
凹凸面8は、以下のような方法で形成することができる。
(1)p型GaNコンタクト層7の成長時に、成長条件として、原料ガスのアンモニアとトリメチルガリウム(TMG)のモル比を1000以下、好ましくは200〜1000とする。
(2)p型GaNコンタクト層7の成長時に、成長条件として成長温度を700〜1000℃とする。
(3)p型GaNコンタクト層7の成長時に、成長条件としてp型不純物の結晶中の濃度を1×1019/cm3以上となるようにする。
(4)p型GaNコンタクト層7の内部あるいはGaNコンタクト層7に隣接してp型不純物のデルタドープ層を挿入する。
(5)n型GaN層4の成長時に、成長条件として、原料ガスのアンモニアとトリメチルガリウム(TMG)のモル比を1000以下、好ましくは200〜1000とする。
(6)n型GaN層4の成長時に、成長条件として成長温度を700〜1000℃とする。
(7)n型GaN層4の成長時に、成長条件としてn型不純物の結晶中の濃度を5×1018/cm3以上となるようにする。
(8)n型GaN層4の内部あるいはGaN層4に隣接してn型不純物のデルタドープ層を挿入する。
(9)アンドープGaN層3及びn型GaN層4の成長時に、成長条件として、原料ガスのアンモニアとトリメチルガリウム(TMG)のモル比を1000以下、好ましくは200〜1000とする。
(10)(1)〜(9)の方法を複数組み合わせる。
(11)(1)〜(10)の方法に、更に、エッチング処理を施す。
The uneven surface 8 can be formed by the following method.
(1) At the time of growth of the p-type
(2) During the growth of the p-type
(3) When the p-type
(4) A p-type impurity delta doped layer is inserted in the p-type
(5) During the growth of the n-
(6) During the growth of the n-
(7) When the n-
(8) An n-type impurity delta doped layer is inserted inside or adjacent to the n-
(9) During the growth of the
(10) A plurality of methods (1) to (9) are combined.
(11) Etching is further performed on the methods (1) to (10).
上述の結晶成長は気相成長装置内で行うのが好ましく、例えば有機金属気相成長(MOVPE)装置又はハイドライド気相成長(HVPE)装置内で行うのが好ましい。 The crystal growth described above is preferably performed in a vapor phase growth apparatus, for example, in a metal organic vapor phase growth (MOVPE) apparatus or a hydride vapor phase growth (HVPE) apparatus.
上述の方法によれば、通常のエピタキシャル成長プロセスを利用して、適度に荒れた表面を有する窒化物半導体発光ダイオードを提供することが可能となる。また、上述の方法により得られた凹凸面8を有する窒化物半導体発光ダイオードは、光取り出し面に臨界角以上の角度で入射する割合を減少させて効率を向上させることができる。 According to the above-described method, it is possible to provide a nitride semiconductor light emitting diode having a moderately rough surface using a normal epitaxial growth process. In addition, the nitride semiconductor light-emitting diode having the uneven surface 8 obtained by the above-described method can improve the efficiency by reducing the rate of incidence on the light extraction surface at an angle greater than the critical angle.
図1に示すような構造の窒化物半導体発光ダイオードを以下の方法により製造した。
まず、2インチ径のC面サファイア基板1上にMOVPE法により青色で発光するLED構造を成長させた。具体的には、サファイア基板1をMOVPE装置に導入した後に、760Torrの水素/窒素混合ガス雰囲気中(総流量=150slm、窒素/水素=2)で1135℃で10分間加熱することにより、サファイア基板1表面の酸化物等を除去した(熱清浄化)。その後、基板温度を515℃に下げると共に、キャリアガス流量を140slm、キャリアガス中の窒素/水素の体積比を1.5として、窒素原料であるアンモニア(NH3)ガスを10slmの流量で成長装置に導入した。更に、Gaの原料としてトリメチルガリウム(TMG)を成長装置に導入し、サファイア基板1上にGaN低温バッファ層2を1.6μm/時の成長速度で22nm成長させた。
A nitride semiconductor light emitting diode having a structure as shown in FIG. 1 was manufactured by the following method.
First, an LED structure that emits blue light was grown on a 2-inch diameter C-
その後、キャリアガス流量を80slm、キャリアガス中の窒素/水素の体積比を1として、アンモニアガス流量を20slm、基板温度を1075℃として、アンドープGaN層3を4μm/時の成長速度で2μm成長させた。この場合のV族原料(アンモニア)とTMGのモル流量比は2000であった。更に、その上に電子濃度が4×1018cm−3のSiドープn型GaN層4を、同じくアンモニア/TMGモル比=2000で4μm成長させた。その後、基板温度を750℃に下げ、6周期のInGaN/GaN多重量子井戸層5を形成した。
Thereafter, the carrier gas flow rate is 80 slm, the volume ratio of nitrogen / hydrogen in the carrier gas is 1, the ammonia gas flow rate is 20 slm, the substrate temperature is 1075 ° C., and the
次に、再び基板温度を1075℃、アンモニア/TMGモル比=8000として、Mgドープのp型Al0.15Ga0.85N層6(正孔濃度=5×1017cm−3)を35nm成長後、アンモニア/TMGモル比のみを200〜1000の間で変化させ、上記と同様な成長プロセスでMgドープのp型GaNコンタクト層7(正孔濃度=1×1018cm−3)を200nm成長させた。 Next, the substrate temperature is again 1075 ° C., the ammonia / TMG molar ratio = 8000, and the Mg-doped p-type Al 0.15 Ga 0.85 N layer 6 (hole concentration = 5 × 10 17 cm −3 ) is 35 nm. After the growth, only the ammonia / TMG molar ratio was changed between 200 and 1000, and the Mg-doped p-type GaN contact layer 7 (hole concentration = 1 × 10 18 cm −3 ) was 200 nm by a growth process similar to the above. Grown up.
p型GaNコンタクト層7の成長時のアンモニア/TMGモル比を1000以下とすることにより、p型GaNコンタクト層7の表面に平坦部8aと孔部8bとを有する凹凸面8を生じた。表面に生じた孔部8bの大きさはアンモニア/TMGモル比の低下とともに増加した。
図2に、アンモニア/TMGモル比を所定の値とした場合のp型GaNコンタクト層7表面の電子顕微鏡写真を示す。これより、表面の段差が50nm以上形成されていることが分かる。
By setting the ammonia / TMG molar ratio during growth of the p-type
FIG. 2 shows an electron micrograph of the surface of the p-type
p型GaNコンタクト層7を成長後、ウエハを酸素中で600℃に加熱し、20分間熱処理を加えp型GaNコンタクト層7を低抵抗化した。
このようにして得られた青色LED用エピタキシャルウエハに対して、リアクティブ・イオン・エッチング(RIE)装置により、n型GaN層4を露出させるためのエッチングを行い、n型電極10、SiO2膜(図示せず)、p型電極を兼ねた透明電極9(Ni2nm/Au6nm)を形成して、図1に示す表面光取出し型のLED構造を製造し、LEDの光出力を測定した。
After growing the p-type
The blue LED epitaxial wafer thus obtained is etched to expose the n-
なお、比較例として、p型GaNコンタクト層7成長時のアンモニア/TMGモル比のみを1000を超える条件で成長させた以外は上記と同様の条件で表面光取出し型のLED構造を製造し、LEDの光出力を測定した。この場合、p型GaNコンタクト層7の表面は従来と同様に平坦な表面状態となった。
As a comparative example, a surface light extraction type LED structure was manufactured under the same conditions as described above except that only the ammonia / TMG molar ratio during growth of the p-type
図3に、p型GaNコンタクト層7成長時のアンモニア/TMGモル比と20mA通電時の光出力の関係を示す。
光出力は、アンモニア/TMGモル比の増加と共に増加し、アンモニア/TMGモル比が800の場合に光出力は最大の8.2mWとなった。この場合、図2におけるp型GaNコンタクト層7の穴の深さ(図1において模式的に表した孔部8bに対応する)は200nmとなり、p型GaNコンタクト層7の厚みと同じであった。
アンモニア/TMGモル比が500以下の場合、モル比が小さくなると光出力が低下しているのは、孔部8bの領域が広がりすぎて平坦部8aが少なくなったため、その上に形成した透明電極9が断線し、LEDの発光領域のうち一部にしか通電されなくなったためと考えられる。
FIG. 3 shows the relationship between the ammonia / TMG molar ratio during the growth of the p-type
The light output increased with increasing ammonia / TMG molar ratio. When the ammonia / TMG molar ratio was 800, the light output reached a maximum of 8.2 mW. In this case, the depth of the hole of the p-type
When the ammonia / TMG molar ratio is 500 or less, the light output is reduced when the molar ratio is small because the region of the hole 8b is too wide and the flat portion 8a is reduced, so that the transparent electrode formed thereon It is considered that 9 was disconnected and only a part of the light emitting region of the LED was energized.
一方、比較例におけるLEDの20mA通電時の光出力は6.2mWであった。図3において、この6.2mWよりも光出力が高いLEDのうちで、最もp型GaN成長時のV/III比が低いのはアンモニア/TMGモル比が500の場合である。この場合のLEDのp型GaNコンタクト層7表面における平坦部8aと孔部8bの割合は2:8であった。このことは、LED表面の平坦部8aの面積割合が20%以上である場合には、表面光取出し型のLEDへ適用することで光出力の向上が望めることを示している。
On the other hand, the light output of the LED in the comparative example when energized with 20 mA was 6.2 mW. In FIG. 3, among the LEDs having a light output higher than 6.2 mW, the lowest V / III ratio during the growth of p-type GaN is when the ammonia / TMG molar ratio is 500. In this case, the ratio of the flat portion 8a and the hole 8b on the surface of the p-type
実施例1と同様の方法により、p型GaNコンタクト層7の成長時のアンモニア/TMGモル比を変えて成長したLED用エピタキシャルウエハを用いて、裏面光取出し型のLEDを製作した。
Using the same method as in Example 1, a backside light extraction type LED was manufactured using an LED epitaxial wafer grown by changing the ammonia / TMG molar ratio during growth of the p-type
図4に、裏面光取出し型のLEDの素子構造を示す。
裏面光取出し型のLEDにおいても基本的な素子構造は図1と同様であるが、p型GaNコンタクト層7表面に反射率の高いAg電極(300nm厚)からなるp型電極12を形成した点が図1に示す表面光取出し型のLEDと異なっている。実施例1と同様な方法によりチップ形成後、LEDの裏面を上にして実装を行い、LEDランプを形成して、光出力を測定した。
FIG. 4 shows an element structure of a backside light extraction type LED.
The basic element structure of the backside light extraction type LED is the same as that shown in FIG. 1 except that a p-type electrode 12 made of an Ag electrode (300 nm thick) having a high reflectance is formed on the surface of the p-type
図5に、p型GaNコンタクト層7成長時のアンモニア/TMGモル比と裏面光取出し型のLEDの光出力の関係を示す。
表面光取出し型LEDの結果とは異なり、この場合にはアンモニア/TMGモル比が低いほど光出力が高くなり、アンモニア/TMGモル比が100の場合に最高の光出力38mWが得られた。
これは、裏面光取出し型の場合にはp型電極12を厚く形成しているので実施例1のような電極の断線が起きずに、アンモニア/TMGモル比が低く表面の孔部8bが大きいほど、光取出し効率が向上したものと考えられる。
FIG. 5 shows the relationship between the ammonia / TMG molar ratio during growth of the p-type
Unlike the results of the surface light extraction type LED, in this case, the lower the ammonia / TMG molar ratio, the higher the light output. When the ammonia / TMG molar ratio was 100, the highest light output of 38 mW was obtained.
This is because, in the case of the back light extraction type, the p-type electrode 12 is formed thick, so that the electrode disconnection does not occur as in Example 1, and the ammonia / TMG molar ratio is low and the surface hole 8b is large. It is considered that the light extraction efficiency is improved.
実施例1のLEDの成長において、n型GaN層4のみをアンモニア/TMGモル比=800としてLED用エピタキシャルウエハを成長させた。
この場合にも、実施例1の場合と同様にエピタキシャルウエハの表面は荒れて、このエピタキシャルウエハを用いて作製した表面光取出し型のLEDの光出力は20mA通電時に7.5mWと、比較例のLEDの光出力よりも大きくなった。
In the growth of the LED of Example 1, an LED epitaxial wafer was grown with only the n-
Also in this case, the surface of the epitaxial wafer is rough as in the case of Example 1, and the light output of the surface light extraction type LED manufactured using this epitaxial wafer is 7.5 mW when energized with 20 mA. It became larger than the light output.
実施例1のLEDの成長において、n型GaN層4のキャリア濃度を5×1018〜3×1019/cm3としてLED用エピタキシャルウエハを成長させた。
この場合にも、実施例1と同様にエピタキシャルウエハの表面は荒れて、このエピタキシャルウエハを用いて作製した表面光取出し型のLEDの光出力は20mA通電時に7〜8.2mWと、比較例のLEDの光出力よりも大きくなった。
In the growth of the LED of Example 1, an epitaxial wafer for LED was grown with the carrier concentration of the n-
Also in this case, the surface of the epitaxial wafer is rough as in Example 1, and the light output of the surface light extraction type LED manufactured using this epitaxial wafer is 7 to 8.2 mW when energized with 20 mA, which is a comparative LED. It became larger than the light output.
図6に示すように、実施例1のLEDの成長において、アンドープGaN層3と4μm厚のn型GaN層4との界面にSiデルタドープ層14を形成してLED用エピタキシャルウエハを成長させた。この場合、実施例1と同様にエピタキシャルウエハの表面は荒れて、このエピタキシャルウエハを用いて作製した表面光取出し型のLEDの光出力は20mA通電時に7.3mWと、比較例のLEDの光出力よりも大きくなった。
As shown in FIG. 6, in the growth of the LED of Example 1, a Si delta doped layer 14 was formed at the interface between the
また、n型GaN層4においてアンドープGaN層3の界面から2μmの位置にSiデルタドープ層14を同様にして形成したLED用エピタキシャルウエハを成長させた場合にも、同様にエピタキシャルウエハの表面は荒れて、このエピタキシャルウエハを用いて作製した表面光取出し型のLEDの光出力は20mA通電時に6.8mWと、比較例のLEDの光出力よりも大きくなった。
Further, when an epitaxial wafer for LED in which the Si delta doped layer 14 is formed in the same manner at a
実施例1のLEDの成長において、p型GaN層のMg濃度を1×1019〜3×1020/cm3としてLED用エピタキシャルウエハを成長させた。
この場合にも、実施例1と同様にエピタキシャルウエハの表面は荒れて、このエピタキシャルウエハを用いて作製した表面光取出し型のLEDの光出力は20mA通電時に7.4〜8.2mWと、比較例のLEDの光出力よりも大きくなった。
In the growth of the LED of Example 1, an epitaxial wafer for LED was grown by setting the Mg concentration of the p-type GaN layer to 1 × 10 19 to 3 × 10 20 / cm 3 .
Also in this case, the surface of the epitaxial wafer is rough as in Example 1, and the light output of the surface light extraction type LED manufactured using this epitaxial wafer is 7.4 to 8.2 mW when energized with 20 mA, which is a comparative example. It became larger than the light output of the LED.
図7に示すように、実施例1のLEDの成長において、p型AlGaN層6とp型GaNコンタクト層7との界面にMgデルタドープ層16を形成してLED用エピタキシャルウエハを成長させた。この場合、実施例1と同様にエピタキシャルウエハの表面は荒れて、このエピタキシャルウエハを用いて作製した表面光取出し型のLEDの光出力は20mA通電時に7mWと、比較例のLEDの光出力よりも大きくなった。
As shown in FIG. 7, in the growth of the LED of Example 1, an Mg delta doped layer 16 was formed at the interface between the p-
また、p型GaNコンタクト層7においてp型AlGaN層6から100nmの位置にMgデルタドープ層16を同様にして形成したLED用エピタキシャルウエハを成長させた場合にも、同様にエピタキシャルウエハの表面は荒れて、このエピタキシャルウエハを用いて作製した表面光取出し型のLEDの光出力は20mA通電時に8mWと、比較例のLEDの光出力よりも大きくなった。
Further, when an epitaxial wafer for LED in which the Mg delta doped layer 16 is similarly formed at a position 100 nm from the p-
実施例1のLEDの成長において、p型GaNコンタクト層7成長時の成長温度を600〜1075℃としてLED用エピタキシャルウエハを成長させた。成長温度が1000℃以下の場合に、実施例1と同様にエピタキシャルウエハの表面は荒れて、成長温度が700〜1000℃の範囲で、これらのエピタキシャルウエハを用いて作製した表面光取出し型のLEDの光出力は通常のLEDの光出力よりも大きくなった。しかし、成長温度が700℃未満の場合には結晶性の低下が著しく、光出力は比較例のLEDの光出力よりも小さくなった。
In the growth of the LED of Example 1, an epitaxial wafer for LED was grown at a growth temperature of 600 to 1075 ° C. during the growth of the p-type
実施例1のLEDの成長において、p型GaNコンタクト層7成長時の成長温度を950℃、アンモニア/TMGモル比を800としてLED用エピタキシャルウエハを成長させた。
このエピタキシャルウエハを用いて作製した表面光取出し型のLEDの光出力は20mA通電時に9.2mWと、比較例のLEDの光出力よりも大きくなった。
In the growth of the LED of Example 1, an epitaxial wafer for LED was grown at a growth temperature during growth of the p-type
The light output of the surface light extraction type LED fabricated using this epitaxial wafer was 9.2 mW when energized with 20 mA, which was larger than the light output of the LED of the comparative example.
実施例1のLEDの成長において、p型GaNコンタクト層7成長時の成長温度を800℃、p型GaN層中のMg濃度を1×1020/cm3としてLED用エピタキシャルウエハを成長させた。
このエピタキシャルウエハを用いて作製した表面光取出し型のLEDの光出力は20mA通電時に10mWと、比較例のLEDの光出力よりも大きくなった。
In the growth of the LED of Example 1, an epitaxial wafer for LED was grown at a growth temperature of 800 ° C. during growth of the p-type
The light output of the surface light extraction type LED manufactured using this epitaxial wafer was 10 mW when energized with 20 mA, which was larger than the light output of the LED of the comparative example.
n型不純物を酸素あるいはセレンとして、実施例4と同様な実験を行った。
この場合にも、実施例4と同様にエピタキシャルウエハの表面は荒れて、このエピタキシャルウエハを用いて作製した表面光取出し型のLEDの光出力は20mA通電時に8〜8.5mWと、比較例のLEDの光出力よりも大きくなった。
The same experiment as in Example 4 was performed using n-type impurities as oxygen or selenium.
Also in this case, the surface of the epitaxial wafer is rough as in Example 4, and the light output of the surface light extraction type LED manufactured using this epitaxial wafer is 8 to 8.5 mW when energized with 20 mA, which is a comparative LED. It became larger than the light output.
p型不純物を亜鉛あるいは炭素として、実施例6と同様な実験を行った。
この場合にも、実施例6と同様にエピタキシャルウエハの表面は荒れて、このエピタキシャルウエハを用いて作製した表面光取出し型のLEDの光出力は20mA通電時に8.2〜9mWと、比較例のLEDの光出力よりも大きくなった。
The same experiment as in Example 6 was performed using zinc or carbon as the p-type impurity.
Also in this case, the surface of the epitaxial wafer is rough as in Example 6, and the light output of the surface light extraction type LED manufactured using this epitaxial wafer is 8.2 to 9 mW when energized with 20 mA, which is a comparative LED. It became larger than the light output.
実施例9に記載のLED用エピタキシャルウエハを成長後に、(1)150℃のH2SO4中、(2)180℃のH3PO4中、(3)180℃のHClとH3PO4の混合液中、(4)200℃のKOHのエチレングリコール溶液中、(5)250℃のNaOHのエチレングリコール溶液中などで20分間エッチングした。その後、このエピタキシャルウエハを用いて表面光取出し型のLEDを作製した。
このLEDの光出力は20mA通電時に10.1〜12.2mWと、実施例9の場合よりも大きくなった。これは、成長により形成されたウエハ表面の穴がエッチングにより拡大され、光取出し効率が増加したためである。
After growing the epitaxial wafer for LED described in Example 9, (1) in H 2 SO 4 at 150 ° C., (2) in H 3 PO 4 at 180 ° C., and (3) HCl and H 3 PO 4 at 180 ° C. (5) Etching for 20 minutes in an ethylene glycol solution of KOH at 200 ° C., (5) in an ethylene glycol solution of NaOH at 250 ° C. Thereafter, a surface light extraction type LED was manufactured using this epitaxial wafer.
The light output of the LED was 10.1 to 12.2 mW when energized with 20 mA, which was larger than that in Example 9. This is because the hole on the wafer surface formed by the growth is enlarged by etching, and the light extraction efficiency is increased.
実施例9に記載のLED用エピタキシャルウエハを成長後に、(1)H2SO4中、(2)H3PO4中、(3)HClとH3PO4の混合液中、(4)KOH水溶液中、(5)NaOH水溶液中などで10分間の電気化学エッチングを施した。その後、このエピタキシャルウエハを用いて表面光取出し型のLEDを作製した。
このLEDの光出力は20mA通電時に11〜13.2mWと、実施例9の場合よりも大きくなった。これも実施例13の場合と同様に、成長により形成されたウエハ表面の穴がエッチングにより拡大され、光取出し効率が増加したためである。
After growing the epitaxial wafer for LED described in Example 9, (1) in H 2 SO 4 , (2) in H 3 PO 4 , (3) in a mixed solution of HCl and H 3 PO 4 , (4) KOH Electrochemical etching was performed in an aqueous solution for 10 minutes in (5) NaOH aqueous solution or the like. Thereafter, a surface light extraction type LED was manufactured using this epitaxial wafer.
The light output of the LED was 11 to 13.2 mW when energized with 20 mA, which was larger than that in Example 9. This is also because the holes on the wafer surface formed by the growth were enlarged by etching and the light extraction efficiency increased as in the case of Example 13.
実施例9と同様な実験を、基板を(1)SiC基板、(2)Si基板、(3)GaN基板、(4)AlN基板、(5)ZnO基板、(6)ZrB2基板として行った。いずれの場合においても、比較例のLEDよりも表面を荒らしたLEDの方が光出力が大きくなった。 Experiments similar to those in Example 9 were performed using (1) SiC substrate, (2) Si substrate, (3) GaN substrate, (4) AlN substrate, (5) ZnO substrate, and (6) ZrB 2 substrate. . In any case, the light output of the LED having a rough surface was larger than that of the LED of the comparative example.
実施例1において、200nm厚のp型GaNコンタクト層7の部分をアンドープGaN層100nm/p型GaN100nmの積層構造とした試料においても、実施例1とほぼ同様の結果が得られた。
In Example 1, the same result as in Example 1 was obtained even in the sample in which the part of the p-type
実施例1において、透明電極9をPd2nm/Au8nm、ITO300nm、ZnO200nm、あるいは、Ag5nmとした場合にも実施例1と同様の結果が得られた。
このことから、本発明が透明電極の材質に関わらず適用可能であることが明らかとなった。
In Example 1, the same results as in Example 1 were obtained when the transparent electrode 9 was
From this, it became clear that the present invention is applicable regardless of the material of the transparent electrode.
1 サファイア基板
2 低温成長バッファ層
3 アンドープGaN層
4 n型GaN層
5 InGaN/GaN多重量子井戸層
6 p型AlGaN層
7 p型GaNコンタクト層
8 凹凸面
9 透明電極
10 n型電極
12 p型電極
14 Siデルタドープ層
16 Mgデルタドープ層
1
Claims (16)
前記バッファ層上にアンドープの窒化物半導体層と、n型不純物を含む窒化物半導体層とを1075℃の温度でエピタキシャル成長させる工程と、
前記n型不純物を含む窒化物半導体層上に多重量子井戸層を750℃の温度でエピタキシャル成長させる工程と、
前記多重量子井戸層上に、1075℃の温度、かつ、エピタキシャル成長中のV族原料とIII族原料の供給量のモル比を8000にしてp型の不純物を含む窒化物半導体層をエピタキシャル成長させ、前記p型の不純物を含む窒化物半導体層上に、1075℃の温度、かつ、V族原料とIII族原料の供給量のモル比を200以上1000以下にしてp型の不純物を含むコンタクト層をエピタキシャル成長させる工程とを備える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。 Growing a low temperature buffer layer on the C-plane sapphire substrate;
Epitaxially growing an undoped nitride semiconductor layer and a nitride semiconductor layer containing an n-type impurity on the buffer layer at a temperature of 1075 ° C .;
Epitaxially growing a multiple quantum well layer on the nitride semiconductor layer containing the n-type impurity at a temperature of 750 ° C .;
A nitride semiconductor layer containing a p-type impurity is epitaxially grown on the multiple quantum well layer at a temperature of 1075 ° C. and a molar ratio of the supply amount of the Group V material and the Group III material during epitaxial growth is 8000, A contact layer containing a p-type impurity is epitaxially grown on a nitride semiconductor layer containing a p-type impurity at a temperature of 1075 ° C. and a molar ratio of the supply amount of the group V material and the group III material being 200 to 1000. And an epitaxial wafer manufacturing method for a nitride semiconductor light emitting diode.
前記n型不純物を含む窒化物半導体層が、V族原料とIII族原料の供給量のモル比を800にしてエピタキシャル成長される請求項1に記載の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。 The undoped nitride semiconductor layer is epitaxially grown with a molar ratio of the supply amount of the Group V material and the Group III material being 2000,
2. The method for manufacturing an epitaxial wafer for a nitride semiconductor light-emitting diode according to claim 1, wherein the nitride semiconductor layer containing an n-type impurity is epitaxially grown with a molar ratio of a supply amount of a group V material and a group III material being 800. 3.
前記C面サファイア基板上に設けられる低温バッファ層と、
前記バッファ層上に設けられるアンドープの窒化物半導体層と、
前記アンドープの窒化物半導体層上に設けられ、n型不純物を含む窒化物半導体層と、
前記n型不純物を含む窒化物半導体層上に設けられる多重量子井戸層と、
前記多重量子井戸層上に設けられ、p型の不純物を含む窒化物半導体層と、
前記p型の不純物を含む窒化物半導体層上に設けられ、表面に段差が50nmの凹凸面を含み、かつ、前記凹凸面における平坦部の割合が面積比率で20%であり、p型の不純物を含むコンタクト層と
を備える窒化物半導体発光ダイオード用エピタキシャルウエハ。 A C-plane sapphire substrate;
A low-temperature buffer layer provided on the C-plane sapphire substrate;
An undoped nitride semiconductor layer provided on the buffer layer;
A nitride semiconductor layer provided on the undoped nitride semiconductor layer and including an n-type impurity;
A multiple quantum well layer provided on the nitride semiconductor layer containing the n-type impurity;
A nitride semiconductor layer provided on the multiple quantum well layer and containing a p-type impurity;
The p-type impurity is provided on the nitride semiconductor layer containing the p-type impurity, has a concavo-convex surface with a step of 50 nm on the surface , and the ratio of the flat portion on the concavo-convex surface is 20% in area ratio. Including contact layer and
The nitride semiconductor light emitting diode epitaxial wafer comprising a.
前記C面サファイア基板上に設けられる低温バッファ層と、
前記バッファ層上に設けられるアンドープの窒化物半導体層と、
前記アンドープの窒化物半導体層上に設けられ、n型不純物を含む窒化物半導体層と、
前記n型不純物を含む窒化物半導体層上に設けられる多重量子井戸層と、
前記多重量子井戸層上に設けられ、p型の不純物を含む窒化物半導体層と、
前記p型の不純物を含む窒化物半導体層上に設けられ、表面に段差が50nmの凹凸面を含み、かつ、前記凹凸面における平坦部の割合が面積比率で20%であり、p型の不純物を含むコンタクト層と、
前記p型の不純物を含むコンタクト層の上に設けられる金属あるいは酸化物からなる透明電極と
を備える表面光取出し型の窒化物半導体発光ダイオード。 A C-plane sapphire substrate;
A low-temperature buffer layer provided on the C-plane sapphire substrate;
An undoped nitride semiconductor layer provided on the buffer layer;
A nitride semiconductor layer provided on the undoped nitride semiconductor layer and including an n-type impurity;
A multiple quantum well layer provided on the nitride semiconductor layer containing the n-type impurity;
A nitride semiconductor layer provided on the multiple quantum well layer and containing a p-type impurity;
The p-type impurity is provided on the nitride semiconductor layer containing the p-type impurity, has a concavo-convex surface with a step of 50 nm on the surface , and the ratio of the flat portion on the concavo-convex surface is 20% in area ratio. A contact layer comprising:
A transparent electrode made of metal or oxide provided on the contact layer containing the p-type impurity ;
The front surface emission type nitride semiconductor light emitting diode comprising a.
前記C面サファイア基板上に設けられる低温バッファ層と、
前記バッファ層上に設けられるアンドープの窒化物半導体層と、
前記アンドープの窒化物半導体層上に設けられ、n型不純物を含む窒化物半導体層と、
前記n型不純物を含む窒化物半導体層上に設けられる多重量子井戸層と、
前記多重量子井戸層上に設けられ、p型の不純物を含む窒化物半導体層と、
前記p型の不純物を含む窒化物半導体層上に設けられ、表面に段差が50nmの凹凸面を含み、かつ、前記凹凸面における平坦部の割合が面積比率で20%であり、p型の不純物を含むコンタクト層と、
前記p型の不純物を含むコンタクト層の上に設けられる金属電極と
を備える裏面光取出し型の窒化物半導体発光ダイオード。 A C-plane sapphire substrate;
A low-temperature buffer layer provided on the C-plane sapphire substrate;
An undoped nitride semiconductor layer provided on the buffer layer;
A nitride semiconductor layer provided on the undoped nitride semiconductor layer and including an n-type impurity;
A multiple quantum well layer provided on the nitride semiconductor layer containing the n-type impurity;
A nitride semiconductor layer provided on the multiple quantum well layer and containing a p-type impurity;
The p-type impurity is provided on the nitride semiconductor layer containing the p-type impurity, has a concavo-convex surface with a step of 50 nm on the surface , and the ratio of the flat portion on the concavo-convex surface is 20% in area ratio. A contact layer comprising:
Backside emission type nitride semiconductor light emitting diode comprising a <br/> metal electrodes provided on the contact layer including the p-type impurity.
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JP5143214B2 (en) * | 2010-11-29 | 2013-02-13 | 株式会社東芝 | Semiconductor light emitting device |
JP5533791B2 (en) * | 2011-06-20 | 2014-06-25 | 豊田合成株式会社 | Group III nitride semiconductor light emitting device manufacturing method |
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JP5694476B2 (en) * | 2013-09-26 | 2015-04-01 | 株式会社東芝 | Semiconductor light emitting device |
CN112271190A (en) * | 2020-10-30 | 2021-01-26 | 杭州数通光电有限公司 | Continuous wavelength chip and manufacturing method thereof |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06291368A (en) * | 1993-04-03 | 1994-10-18 | Nichia Chem Ind Ltd | Light emitting element of gallium nitride compound semiconductor |
JP2000091639A (en) * | 1998-09-11 | 2000-03-31 | Hewlett Packard Co <Hp> | Light emitting device having reflective contact with fine pattern and method of manufacturing the same |
JP2001250809A (en) * | 2000-01-26 | 2001-09-14 | Trw Inc | Precision wide bandgap semiconductor etching |
JP2003069075A (en) * | 2001-08-28 | 2003-03-07 | Nichia Chem Ind Ltd | Gallium nitride compound semiconductor device |
JP2003318443A (en) * | 2002-04-23 | 2003-11-07 | Sharp Corp | Nitride-based semiconductor light-emitting device and method for manufacturing the same |
JP2005085932A (en) * | 2003-09-08 | 2005-03-31 | Toyoda Gosei Co Ltd | Light-emitting diode and its manufacturing method |
JP2005101567A (en) * | 2003-08-22 | 2005-04-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Manufacturing method of semiconductor device, semiconductor device and semiconductor wafer |
JP2005277423A (en) * | 2004-03-24 | 2005-10-06 | Shogen Koden Kofun Yugenkoshi | High efficiency light emitting device |
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Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06291368A (en) * | 1993-04-03 | 1994-10-18 | Nichia Chem Ind Ltd | Light emitting element of gallium nitride compound semiconductor |
JP2000091639A (en) * | 1998-09-11 | 2000-03-31 | Hewlett Packard Co <Hp> | Light emitting device having reflective contact with fine pattern and method of manufacturing the same |
JP2001250809A (en) * | 2000-01-26 | 2001-09-14 | Trw Inc | Precision wide bandgap semiconductor etching |
JP2003069075A (en) * | 2001-08-28 | 2003-03-07 | Nichia Chem Ind Ltd | Gallium nitride compound semiconductor device |
JP2003318443A (en) * | 2002-04-23 | 2003-11-07 | Sharp Corp | Nitride-based semiconductor light-emitting device and method for manufacturing the same |
JP2005101567A (en) * | 2003-08-22 | 2005-04-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Manufacturing method of semiconductor device, semiconductor device and semiconductor wafer |
JP2005085932A (en) * | 2003-09-08 | 2005-03-31 | Toyoda Gosei Co Ltd | Light-emitting diode and its manufacturing method |
JP2005277423A (en) * | 2004-03-24 | 2005-10-06 | Shogen Koden Kofun Yugenkoshi | High efficiency light emitting device |
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