JP5265404B2 - Nitride semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof - Google Patents
Nitride semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- JP5265404B2 JP5265404B2 JP2009024209A JP2009024209A JP5265404B2 JP 5265404 B2 JP5265404 B2 JP 5265404B2 JP 2009024209 A JP2009024209 A JP 2009024209A JP 2009024209 A JP2009024209 A JP 2009024209A JP 5265404 B2 JP5265404 B2 JP 5265404B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- plane
- light emitting
- layer
- inclined surface
- nitride semiconductor
- 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
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 55
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 title claims abstract description 54
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 22
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 36
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 27
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 17
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 2
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 abstract description 63
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 33
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 22
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 14
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 14
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 11
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 10
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 5
- 238000009877 rendering Methods 0.000 description 5
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- JNDMLEXHDPKVFC-UHFFFAOYSA-N aluminum;oxygen(2-);yttrium(3+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Y+3] JNDMLEXHDPKVFC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 229910019901 yttrium aluminum garnet Inorganic materials 0.000 description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 3
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 3
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 3
- 229910052984 zinc sulfide Inorganic materials 0.000 description 3
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 2
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 2
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 2
- 229910021478 group 5 element Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 2
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 2
- IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N trimethylindium Chemical compound C[In](C)C IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910005191 Ga 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910020068 MgAl Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004380 ashing Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052795 boron group element Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005136 cathodoluminescence Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000002248 hydride vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 1
- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N hydrogen chloride Substances Cl.Cl IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000041 hydrogen chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 1
- QBJCZLXULXFYCK-UHFFFAOYSA-N magnesium;cyclopenta-1,3-diene Chemical compound [Mg+2].C1C=CC=[C-]1.C1C=CC=[C-]1 QBJCZLXULXFYCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052696 pnictogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011029 spinel Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 1
- 238000001947 vapour-phase growth Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Led Devices (AREA)
Abstract
Description
本発明は、紫外領域から赤色領域までの発光が可能なInGaN発光層を用いた窒化物半導体発光素子、およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a nitride semiconductor light emitting device using an InGaN light emitting layer capable of emitting light from the ultraviolet region to the red region, and a method for manufacturing the same.
V族元素として窒素(N)を有する窒化物半導体は、そのバンドギャップの大きさから、短波長発光素子の材料として有望視されている。そのなかでも、窒化ガリウム系化合物半導体(GaN系半導体:AlxGayInzN(0≦x,y,z≦1、x+y+z=1)の研究は盛んに行われ、青色発光ダイオード(LED)、緑色LED、ならびに、GaN系半導体を材料とする半導体レーザも実用化されている。また、照明などの用途に白色LEDの開発も活発に進められている。 A nitride semiconductor having nitrogen (N) as a group V element is considered promising as a material for a short-wavelength light-emitting element because of its large band gap. Among them, gallium nitride-based compound semiconductors (GaN-based semiconductors: Al x Ga y In z N (0 ≦ x, y, z ≦ 1, x + y + z = 1)) are actively studied, and blue light emitting diodes (LEDs). In addition, green LEDs and semiconductor lasers made of GaN-based semiconductors have been put into practical use, and white LEDs have been actively developed for applications such as lighting.
既に実用化されている白色LED(Light−Emitting Diode)では、GaN系半導体から作製した青色LEDを励起光源としてYAG(Yttrium Alumninium Garnet)系の蛍光体を励起し、擬似白色を得る方式が一般に用いられている。 In a white LED (Light-Emitting Diode) that has already been put to practical use, a method of obtaining a pseudo white color by exciting a YAG (Yttrium Aluminum Garnet) phosphor using a blue LED fabricated from a GaN-based semiconductor as an excitation light source is generally used. It has been.
GaN系半導体は、ウルツ鉱型結晶構造を有している。図1は、GaNの単位格子を模式的に示している。AlxGayInzN(0≦x,y,z≦1、x+y+z=1)半導体の結晶では、図1に示すGaの一部がAlおよび/またはInに置換され得る。 The GaN-based semiconductor has a wurtzite crystal structure. FIG. 1 schematically shows a unit cell of GaN. In a crystal of Al x Ga y In z N (0 ≦ x, y, z ≦ 1, x + y + z = 1), a part of Ga shown in FIG. 1 can be substituted with Al and / or In.
図2は、ウルツ鉱型結晶構造の基本並進ベクトル(primitive translation vectors)a1、a2、a3を示している。基本並進ベクトルa3は、[0001]方向に延びており、この方向は「c軸」と呼ばれる。c軸に垂直な面(plane)は「c面」または「(0001)面」と呼ばれている。なお、c面は「極性面」であるが、図2に示す(1−100)面は、非極性面であり、「m面」と称されている。 FIG. 2 shows the primitive translation vectors a 1 , a 2 , a 3 of the wurtzite crystal structure. The basic translation vector a 3 extends in the [0001] direction, and this direction is called “c-axis”. A plane perpendicular to the c-axis is called “c-plane” or “(0001) plane”. The c-plane is a “polar plane”, but the (1-100) plane shown in FIG. 2 is a nonpolar plane and is referred to as an “m-plane”.
励起光源となる青色LEDには、以下の課題がある。 The blue LED serving as the excitation light source has the following problems.
(1)製造工程のばらつきや、発熱の影響などによって発光波長が変動する。 (1) The emission wavelength fluctuates due to variations in manufacturing processes and the influence of heat generation.
(2)発光スペクトルの半値全幅(FWHM)が狭いため、蛍光体を適切な波長の光で励起することが難しく、蛍光体の励起効率が著しく減衰する。 (2) Since the full width at half maximum (FWHM) of the emission spectrum is narrow, it is difficult to excite the phosphor with light of an appropriate wavelength, and the excitation efficiency of the phosphor is significantly attenuated.
(3)従来、結晶成長の下地層として窒化ガリウム系半導体のc面({0001}面)が用いられている。窒化ガリウム系半導体のc面は極性面であるため、自発分極や、大きなピエゾ電界の影響によって電子と正孔が空間的に大きく分離し、再結合確率が低下するため、内部量子効率が低くなる。 (3) Conventionally, the c-plane ({0001} plane) of a gallium nitride based semiconductor is used as an underlayer for crystal growth. Since the c-plane of a gallium nitride semiconductor is a polar plane, electrons and holes are spatially separated due to spontaneous polarization and the influence of a large piezoelectric field, and the recombination probability is lowered, so that the internal quantum efficiency is lowered. .
これらの課題を解決するために、特許文献1や非特許文献1は、1つの青色LEDから複数の異なる発光波長を得る白色LEDを開示している。図15は、非特許文献1に記載された従来の青色LEDにおける発光層を示す断面図である。図15に示される窒化物層1201の上面は、極性面であるc面と、c面から傾斜した複数の傾斜面とを有している。これらの傾斜面は、非極性面や半極性面である。InGaN発光層1202は、このような凹凸を有する窒化物層1201の上面に形成されている。具体的には、(11−22)面、(−1−122)面、(11−20)面、および(−1−120)面の5つの面にInGaN発光層が形成されている。このように非特許文献1では、等価でない複数の面上にInGaNを成長させることにより、各面上における発光層のIn組成を変化させている。
In order to solve these problems,
一方、LEDの高効率化を実現するために、近年、特許文献2や非特許文献2に開示されているように、非極性面や半極性面を主面としてInGaN発光層を形成したLEDが開発されている。図16は、非特許文献2に記載された従来の非極性面を表面とする窒化物層上に形成された発光層を示す断面図である。
On the other hand, in order to realize high efficiency of LEDs, in recent years, as disclosed in
図16において、InGaN発光層1302はオフ角度を持つ非極性面を主面に有している。窒化物層1301は、発光層1302と同じオフ角度を持つ非極性面を主面としている。
しかしながら、c面上の1つの素子から複数の波長の発光を実現する従来のLED構造(非特許文献1)では、様々な発光波長を得るために、等価でない複数の面を選択し、InGaN発光層中のIn組成を変化させる必要があった。しかしながら、(11−22)面と(−1−122)面とは相互に原子配列が等価な面であり、同様に(11−20)面と(−1−120)面も相互に原子配列が等価な面であるため、(11−22)面と(−1−122)面、(11−20)面と(−1−120)面ではInの取り込み量が等しくなり、結果として同じ発光波長となる。すなわち、非特許文献1の場合には5つの面を形成しているが、3種類の波長の発光しか得られていない。これは、c面上の発光層では、c軸を中心に結晶の対称性が強いため、傾斜面の原子配列が等価になりやすいことに起因している。
However, in the conventional LED structure that realizes light emission of a plurality of wavelengths from one element on the c-plane (Non-Patent Document 1), in order to obtain various emission wavelengths, a plurality of non-equivalent surfaces are selected and InGaN light emission is performed. It was necessary to change the In composition in the layer. However, the (11-22) plane and the (-1-122) plane are equivalent to each other in the atomic arrangement. Similarly, the (11-20) plane and the (-1-120) plane are also in the mutual atomic arrangement. Are equivalent planes, so that the amounts of In taken in are equal in the (11-22) plane and the (-1-122) plane, the (11-20) plane and the (-1-120) plane, and as a result, the same light emission Wavelength. That is, in the case of Non-Patent
この課題は、特許文献2の素子においても同様である。
This problem also applies to the element of
したがって、非特許文献1および特許文献2の手法を用いて発光スペクトルの半値全幅を広げる場合には、等価でない複数の面を選択し、形成する必要があり、製造方法が繁雑になるという課題があった。
Therefore, when the full width at half maximum of the emission spectrum is widened using the methods of Non-Patent
また、特許文献2に開示されている、半極性面をInGaN発光層の傾斜面とする従来のLEDの構成では、傾斜角度が少なくとも10°以上と大きいために、発光素子の製造が困難であるという課題があった。この課題は、非特許文献1においても同様に有している。
In addition, in the conventional LED configuration disclosed in
さらに、特許文献1に開示されている1つの発光素子から異なる発光波長を放出する従来のLEDの構造では、発光層の結晶性を悪化させることによるIn組成の不均一化を利用している。このような技術は、In組成の制御が困難であることに加えて、内部量子効率が向上しないという課題を有している。
Further, the structure of a conventional LED that emits different emission wavelengths from one light emitting element disclosed in
さらに、非特許文献2に開示されている、オフ角度を持つ非極性面を主面に有している従来のLEDの構造では、発光スペクトルのピーク波長はシフトするが、半値全幅には変化がないという課題を有している。
Furthermore, in the structure of the conventional LED disclosed in
本発明は、従来の課題を解決するもので、LEDの発光スペクトルの半値全幅を効果的に広げ、蛍光体吸収線への励起効率を向上させ、同時に白色LEDの演色性も効果的に向上させるとともに、ピエゾ電界による内部量子効率の低下が改善された窒化物半導体発光素子、及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention solves the conventional problems, effectively widens the full width at half maximum of the emission spectrum of the LED, improves the excitation efficiency to the phosphor absorption line, and at the same time effectively improves the color rendering of the white LED. In addition, an object of the present invention is to provide a nitride semiconductor light emitting device in which a decrease in internal quantum efficiency due to a piezoelectric field is improved, and a manufacturing method thereof.
本発明の窒化物半導体発光素子は、AlXInYGa1-X-YN(0≦X<1、0≦Y<1、0≦X+Y<1)結晶から形成され、前記結晶の{1−100}面であるm面に平行な方向に広がるAlInGaN層と、前記AlInGaN層上に位置し、InZGa1-ZN(0<Z<1)結晶から形成されたInGaN発光層とを備える窒化物半導体発光素子であって、前記AlInGaN層の上面は、前記m面から[0001]方向に傾斜した少なくとも1つの第1傾斜面と、前記m面から[000−1]方向に傾斜した少なくとも1つの第2傾斜面とを有している。 The nitride semiconductor light emitting device of the present invention is formed of Al x In Y Ga 1-XY N (0 ≦ X <1, 0 ≦ Y <1, 0 ≦ X + Y <1) crystal, and {1-100 of the crystal } surface and AlInGaN layer extending in a direction parallel to the m-plane is located on the AlInGaN layer, nitride and a in Z Ga 1-Z N ( 0 <Z <1) InGaN light-emitting layer formed from a crystalline In the semiconductor light emitting device, the upper surface of the AlInGaN layer has at least one first inclined surface inclined in the [0001] direction from the m plane and at least one inclined in the [000-1] direction from the m plane. Two second inclined surfaces.
好ましい実施形態において、前記InGaN発光層は、前記AlInGaN層の前記第1傾斜面上に位置する第1傾斜部分と、前記AlInGaN層の前記第2傾斜面上に位置する第2傾斜部分とを有しており、前記第1傾斜部分の発光波長は、前記第2傾斜部分の発光波長と異なっている。 In a preferred embodiment, the InGaN light emitting layer has a first inclined portion located on the first inclined surface of the AlInGaN layer and a second inclined portion located on the second inclined surface of the AlInGaN layer. The emission wavelength of the first inclined part is different from the emission wavelength of the second inclined part.
好ましい実施形態において、前記InGaN発光層の表面において、前記第1傾斜部分の全体の面積をS1とし、前記第2傾斜部分の全体の面積をS2とするとき、S1とS2がほぼ等しい。 In a preferred embodiment, when the entire area of the first inclined portion is S 1 and the entire area of the second inclined portion is S 2 on the surface of the InGaN light emitting layer, S 1 and S 2 are substantially equal to each other. equal.
好ましい実施形態において、0.5≦S2/S1≦2を満たす。 In a preferred embodiment, 0.5 ≦ S 2 / S 1 ≦ 2 is satisfied.
好ましい実施形態において、前記AlInGaN層の前記第1傾斜面と前記m面とがなす角度の絶対値、および、前記第1傾斜面と前記m面とがなす角度の絶対値は、いずれも、0度より大きく5度以下の範囲にある。 In a preferred embodiment, the absolute value of the angle formed by the first inclined surface and the m plane of the AlInGaN layer and the absolute value of the angle formed by the first inclined surface and the m surface are both 0. It is in a range greater than 5 degrees and less than 5 degrees.
好ましい実施形態において、前記AlInGaN層の前記第1傾斜面および前記第2傾斜面は、[0001]方向に沿って交互に配列されている。 In a preferred embodiment, the first inclined surface and the second inclined surface of the AlInGaN layer are alternately arranged along the [0001] direction.
好ましい実施形態において、前記AlInGaN層の前記第1傾斜面および前記第2傾斜面は、それぞれ、平面から構成されている。 In a preferred embodiment, the first inclined surface and the second inclined surface of the AlInGaN layer are each composed of a plane.
好ましい実施形態において、前記AlInGaN層において、前記第1傾斜面および前記第2傾斜面は、いずれも、複数存在しており、前記複数の第1傾斜面と前記m面とがなす角度の絶対値は相互に等しく、前記複数の第2傾斜面と前記m面とがなす角度の絶対値も相互に等しい。 In a preferred embodiment, the AlInGaN layer includes a plurality of the first inclined surfaces and the second inclined surfaces, and an absolute value of an angle formed by the plurality of first inclined surfaces and the m-plane. Are equal to each other, and the absolute values of the angles formed by the plurality of second inclined surfaces and the m-plane are also equal to each other.
好ましい実施形態において、前記AlInGaN層において、前記第1傾斜面および前記第2傾斜面は、いずれも、複数存在しており、前記複数の第1傾斜面と前記m面とがなす角度の絶対値、および、前記複数の第2傾斜面と前記m面とがなす角度の絶対値は、相互に異なっている。 In a preferred embodiment, the AlInGaN layer includes a plurality of the first inclined surfaces and the second inclined surfaces, and an absolute value of an angle formed by the plurality of first inclined surfaces and the m-plane. The absolute values of the angles formed by the plurality of second inclined surfaces and the m-plane are different from each other.
好ましい実施形態において、前記AlInGaN層の上面は、前記m面に平行な少なくとも1つの水平面を有しており、前記InGaN発光層は、前記AlInGaN層の前記水平面上に位置する水平部分を有している。 In a preferred embodiment, the upper surface of the AlInGaN layer has at least one horizontal plane parallel to the m-plane, and the InGaN light emitting layer has a horizontal portion located on the horizontal plane of the AlInGaN layer. Yes.
好ましい実施形態において、前記AlInGaN層の前記第1傾斜面、前記水平面、および前記第2傾斜面は、[0001]方向に沿って交互に配列されている。 In a preferred embodiment, the first inclined surface, the horizontal surface, and the second inclined surface of the AlInGaN layer are alternately arranged along the [0001] direction.
好ましい実施形態において、前記AlInGaN層の前記第1傾斜面、前記水平面、および前記第2傾斜面は、それぞれ、平面から構成されている。 In a preferred embodiment, each of the first inclined surface, the horizontal surface, and the second inclined surface of the AlInGaN layer is a flat surface.
本発明による窒化物半導体発光素子の製造方法は、AlXInYGa1-X-YN(0≦X<1、0≦Y<1、0≦X+Y<1)結晶から形成され、前記結晶の{1−100}面であるm面に平行な方向に広がるAlInGaN層であって、上面が前記m面から[0001]方向に傾斜した少なくとも1つの第1傾斜面と、前記m面から[000−1]方向に傾斜した少なくとも1つの第2傾斜面とを有しているAlInGaN層を形成する工程(A)と、前記AlInGaN層上に、InZGa1-ZN(0<Z<1)結晶から形成されたInGaN発光層を形成する工程(B)とを含む。 The method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device according to the present invention is formed of Al x In Y Ga 1-XY N (0 ≦ X <1, 0 ≦ Y <1, 0 ≦ X + Y <1) crystals, An AlInGaN layer extending in a direction parallel to the m-plane which is a 1-100} plane, wherein the upper surface has at least one first inclined plane inclined in the [0001] direction from the m-plane, and [000- 1] Step (A) of forming an AlInGaN layer having at least one second inclined surface inclined in the direction, and In Z Ga 1 -Z N (0 <Z <1) on the AlInGaN layer. And (B) forming an InGaN light emitting layer formed of crystals.
好ましい実施形態において、前記工程(A)は、AlXInYGa1-X-YN(0≦X<1、0≦Y<1、0≦X+Y<1)結晶から形成され、m面を表面に有する平坦層を用意する工程(a1)と、前記平坦層の表面を加工することにより、前記第1傾斜面および前記第2傾斜面を有する前記AlInGaN層を前記平坦層から形成する工程(a2)とを含む。 In a preferred embodiment, the step (A) is formed of Al x In Y Ga 1-XY N (0 ≦ X <1, 0 ≦ Y <1, 0 ≦ X + Y <1) crystal, with the m-plane as the surface. A step (a1) of preparing a flat layer having the step, and a step (a2) of forming the AlInGaN layer having the first inclined surface and the second inclined surface from the flat layer by processing the surface of the flat layer. Including.
好ましい実施形態において、前記工程(a2)は、エッチングによって前記平坦層の表面形状を変化させる工程、およびエピタキシャル成長によって前記平坦層の表面形状を変化させる工程の少なくとも一方を含む。 In a preferred embodiment, the step (a2) includes at least one of a step of changing the surface shape of the flat layer by etching and a step of changing the surface shape of the flat layer by epitaxial growth.
本発明によれば、従来技術に比べ、InGaN発光層の半値全幅を広げることができるため、製造工程のばらつき、使用環境のばらつき、発熱の影響などによって発光波長が変動したとしても、蛍光体吸収線への励起効率を高く維持することが可能となり、白色LEDの演色性も向上させることができる。さらに、非極性面を用いることで、内部量子効率を高めることができる。 According to the present invention, the full width at half maximum of the InGaN light-emitting layer can be expanded as compared with the prior art. Therefore, even if the emission wavelength fluctuates due to manufacturing process variations, usage environment variations, heat generation effects, etc., phosphor absorption The excitation efficiency to the line can be kept high, and the color rendering properties of the white LED can be improved. Furthermore, internal quantum efficiency can be improved by using a nonpolar surface.
このような発光波長が発光層の傾斜角度に依存して長波側と短波側にシフトする現象は、窒化ガリウム系半導体の非極性面上において特有の現象であり、特許文献1、2や非特許文献1に開示されているような従来使用されている窒化ガリウム系半導体の極性面上では得られない現象である。
Such a phenomenon that the emission wavelength shifts to the long wave side and the short wave side depending on the tilt angle of the light emitting layer is a phenomenon peculiar on the nonpolar plane of the gallium nitride based semiconductor. This is a phenomenon that cannot be obtained on the polar surface of a conventionally used gallium nitride based semiconductor as disclosed in
本発明にかかる発光スペクトルの半値全幅を広げる技術は、蛍光体吸収線への励起効率を向上させる機能を有すると同時に、白色LEDの演色性も向上させるため、高効率白色LEDの発光源に応用することが有用である。また、発光層内のインジウム組成を制御することにより発光波長を任意に制御可能であるので、RGB(赤色・緑色・青色)3波長型白色照明の発光源にも応用できる。 The technology for widening the full width at half maximum of the emission spectrum according to the present invention has a function of improving the excitation efficiency of the phosphor absorption line and at the same time improves the color rendering property of the white LED. It is useful to do. Further, since the emission wavelength can be arbitrarily controlled by controlling the indium composition in the light emitting layer, it can be applied to a light emission source of RGB (red, green, blue) three-wavelength type white illumination.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
(実施形態)
図3A〜図3Dを参照しながら、本発明による窒化物半導体発光素子の第1の実施形態を説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment)
A first embodiment of a nitride semiconductor light emitting device according to the present invention will be described with reference to FIGS. 3A to 3D.
まず、図3Aおよび図3Bを参照する。図3Aは、本実施形態の窒化物半導体発光素子の基本的な構成を模式的に示す断面図であり、図3Bは、その一部を示す斜視図である。 First, refer to FIG. 3A and FIG. 3B. FIG. 3A is a cross-sectional view schematically showing a basic configuration of the nitride semiconductor light emitting device of this embodiment, and FIG. 3B is a perspective view showing a part thereof.
図3Aに示すように、本実施形態の窒化物半導体発光素子は、AlX1InY1Ga1-X1-Y1N(0≦X1<1、0≦Y1<1、0≦X1+Y1<1)結晶から形成されたn型AlInGaN層101と、AlInGaN層101上に位置し、InZGa1-ZN(0<Z<1)結晶から形成されたInGaN発光層102と、InGaN発光層102上に位置し、AlX2InY2Ga1-X2-Y2N(0≦X2<1、0≦Y2<1、0≦X2+Y2<1)結晶から形成されたp型AlInGaN層103とを備えている。更に、この窒化物半導体発光素子は、n型AlInGaN層101に接するn型電極104と、p型AlInGaN層103に接するp型電極105とを備えている。
As shown in FIG. 3A, the nitride semiconductor light emitting device of this embodiment is made of Al X1 In Y1 Ga 1 -X1-Y1 N (0 ≦ X1 <1, 0 ≦ Y1 <1, 0 ≦ X1 + Y1 <1) crystal. The n-
図3Bに示すように、n型AlInGaN層101は、全体として、結晶の{1−100}面であるm面に平行な方向に広がっているが、AlInGaN層101の上面は、m面から[0001]方向に傾斜した第1傾斜面101aと、m面から[000−1]方向に傾斜した第2傾斜面101bとを有している。傾斜角度の大きさは、図3Aにおいて、「θ」で示されている。
As shown in FIG. 3B, the n-
m面は、図2を参照して説明したように、c軸に平行な(1−100)面から構成され、非極性の面である。AlInGaN層の非極性面上に形成した発光層には自発分極や、ピエゾ電界が形成されないため、c面上に形成した発光層に比べ、内部量子効率を高めることができる。このような効果は、発光層がm面から僅かに傾斜した面上に形成されても同様に得られる。 As described with reference to FIG. 2, the m-plane is composed of a (1-100) plane parallel to the c-axis and is a nonpolar plane. Spontaneous polarization and piezoelectric fields are not formed in the light emitting layer formed on the non-polar surface of the AlInGaN layer, so that the internal quantum efficiency can be increased compared to the light emitting layer formed on the c surface. Such an effect can be similarly obtained even when the light emitting layer is formed on a surface slightly inclined from the m-plane.
なお、本明細書において「m面から[0001]方向に傾斜した面」とは、その面の法線がc軸[0001]方向の成分を有することを意味する。このような面(傾斜面)の法線は、a軸[11−20]方向の成分を含まないことが好ましい。 In this specification, “a plane inclined in the [0001] direction from the m plane” means that the normal of the plane has a component in the c-axis [0001] direction. It is preferable that the normal of such a surface (inclined surface) does not include a component in the a-axis [11-20] direction.
次に、図3Cおよび図3Dを参照して、InGaN発光層102の構成を詳しく説明する。図3Cは、InGaN発光層102を中心とする主要部を示す断面図であり、図3Dは、InGaN発光層102の上面図である。
Next, the configuration of the InGaN
図3Cに示されるように、InGaN発光層102は、AlInGaN層101の第1傾斜面101a上に位置する第1傾斜部分102aと、AlInGaN層101の第2傾斜面101b上に位置する第2傾斜部分102bとを有している。第1傾斜部分102aの発光波長は、第2傾斜部分102bの発光波長と異なっている。1つのInGaN発光層102であるにもかかわらず、発光部位によって発光波長が異なる理由は、第1傾斜部分102aと第2傾斜部分102bとの間でIn組成が異なるためである。In組成は、結晶成長の下地であるn型AlInGaN層101の表面における面方位に依存し、また、InGaN発光層102の成長条件、例えば成長速度やInの取り込み速度、温度、圧力、原料流量、原料に含まれる15族元素と13族元素のモル比等々の条件によって制御することができる。これらの成長条件が同一であっても、下地結晶の面が傾斜していると、傾斜の方向や傾斜角度θによってIn組成が異なったものとなる。この結果、同一成長条件で形成されたInGaN発光層102においても、第1傾斜部分102aと第2傾斜部分102bとの間で、In組成が異なることになる。In組成の違いは、結晶のバンドギャップに差をもたらすため、発光波長を変化させることになる。
As shown in FIG. 3C, the InGaN
後述するように、m面からの傾斜角度θを調整することにより、InGaN発光102層からの発光波長を、例えば435nmから475nmの範囲で変化させることができる。本発明の好ましい実施例(後述)では、傾斜角度θを1°だけ変化させることにより、約5nmの波長シフトを実現することができた。本実施形態では、1つの発光素子内において、発光波長の異なる複数の傾斜部分102a、102bをInGaN発光層102に形成しているため、発光素子から得られる光のスペクトルは、全体として、これらの傾斜部分102a、102bの各々から得られる発光スペクトルを合成したものになる。したがって、1つの発光素子から従来よりもスペクトル幅(半値全幅)を拡大した発光を得ることができる。
As will be described later, by adjusting the inclination angle θ from the m-plane, the emission wavelength from the
m面から[0001]方向に傾斜した第1傾斜面と、m面から[000−1]方向に傾斜した第2傾斜面とは、それらの傾斜面上に成長させるInGaN層のIn取り込み率に関して、相互に等価ではない。このため、図3Cに示すようにc軸の正方向および負方向に傾斜した2種類の傾斜面を形成すると、発光波長を短波長側および長波長側の両方にシフトさせることが可能になる。このような効果は、c面を主面とする基板を用いては得ることができなかったものである。 The first inclined surface inclined in the [0001] direction from the m-plane and the second inclined surface inclined in the [000-1] direction from the m-plane are related to the In incorporation rate of the InGaN layer grown on these inclined surfaces. Are not equivalent to each other. For this reason, when two types of inclined surfaces inclined in the positive and negative directions of the c-axis are formed as shown in FIG. 3C, the emission wavelength can be shifted to both the short wavelength side and the long wavelength side. Such an effect cannot be obtained by using a substrate having a c-plane as a main surface.
次に、図3E〜図3Hを参照しながら、本実施形態における他の構成例を説明する。 Next, another configuration example in the present embodiment will be described with reference to FIGS. 3E to 3H.
図3Eに示すように、AlInGaN層101の上面は、m面に平行な少なくとも1つの水平面101cを有していてもよい。この場合、InGaN発光層102は、第1傾斜部分102aおよび第2傾斜部分102bとは別に、m面に平行な水平部分102cをAlInGaN層101の水平面101c上に有することになる。InGaN発光層102の水平部分102cにおけるIn組成は、第1傾斜部分102aおよび第2傾斜部分102bのIn組成とは異なるため、InGaN発光層102から得られる発光波長は、部位に応じて3つになる。このような構成によれば、3種類の発光スペクトルが合成されるため、全体の発光スペクトルの半値全幅を更に広げることができる。
As shown in FIG. 3E, the upper surface of the
第1傾斜面101aおよび第2傾斜面101bは、図3Fに示すように、1つの発光素子内において、それぞれ、1つだけ形成されていても良い。しかし、例えば図3Cに示すように、複数の傾斜面101a、101bが[0001]方向に沿って交互に配列されることが好ましい。傾斜面101a、101bを交互に配列することにより、波長が異なる個々の発光領域を小さくすることができ、発光スペクトルの合成を空間的に均一化できるからである。また、図3Gに示すように、第1傾斜面101a、水平面101c、および第2傾斜面101bが[0001]方向に沿って交互に配列されていてもよい。図3Eに示すように、傾斜面101aまたは101bと、水平面101cとが[0001]方向に沿って交互に配列されていてもよい。
As shown in FIG. 3F, only one first
1つの発光素子内で複数の第1傾斜面101aおよび第2傾斜面101bを形成する場合、それらの傾斜面101a、101bとm面と間の傾斜角度(図3Hでは、傾斜角度θ1〜θ3)が相互に異なる大きさを有していても良いし、全て同じ角度であってもよい。傾斜角度θが相互に同じであれば、製造が容易になるという利点がある。傾斜角度θが傾斜面によって異なる場合、製造が難しくなるが、傾斜面上に位置する発光層から波長が相互に異なる発光スペクトルが得られるため、全体としてピーク分離の少ないブロードなスペクトルが得られるという利点がある。
When a plurality of first
AlInGaN層101の上面は、いずれも曲面ではなく平面が好ましい。これは、AlInGaN層101の上面に曲面が含まれてしまうと、その上に成長するInGaN発光層102の層厚制御性が低下するだけではなく、発光層界面の急峻性が損なわれてしまうからである。
The upper surface of the
以下、図4Aから図4Gを参照しながら、図3Aに示す窒化物半導体発光素子の製造方法の一例を説明する。 Hereinafter, an example of a method for manufacturing the nitride semiconductor light emitting device shown in FIG. 3A will be described with reference to FIGS. 4A to 4G.
本実施形態では、MOVPE法(Metal−Organic Vapor Phase Epitaxy Method)を用いて窒化物半導体の結晶成長を行う。成長圧力は負圧から、大気圧(1atm)、大気圧以上の正圧のいずれでも良く、各結晶成長層において最適な圧力に切り替えても良い。また、原料を基板に供給するためのキャリアガスは、少なくとも窒素(N2)または水素(H2)等の不活性ガスを含むガスであることが好ましい。 In the present embodiment, crystal growth of a nitride semiconductor is performed using a MOVPE method (Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy Method). The growth pressure may be any of negative pressure, atmospheric pressure (1 atm), and positive pressure higher than atmospheric pressure, and may be switched to an optimum pressure in each crystal growth layer. The carrier gas for supplying the raw material to the substrate is preferably a gas containing at least an inert gas such as nitrogen (N 2 ) or hydrogen (H 2 ).
本発明における窒化物半導体の成長方法は、MOVPE法に限定されず、ハイドライド気相成長法(HVPE法)や分子線エピタキシー法(MBE法)など、化合物半導体結晶を成長させる全ての方法に適用することができる。 The nitride semiconductor growth method in the present invention is not limited to the MOVPE method, but can be applied to all methods for growing compound semiconductor crystals, such as a hydride vapor phase growth method (HVPE method) and a molecular beam epitaxy method (MBE method). be able to.
まず、図4Aに示すように、基板1400を用意する。基板1400としては、m面GaN基板、m面4H−SiC基板、m面6H−SiC基板、a面サファイア基板、MgAl2O4(スピネル)基板、Ga2O3基板などを用いることができる。このように、基板自体の表面(主面)がm面である必要は無く、m面を表面とする窒化物半導体が成長する基板であればよい。
First, as shown in FIG. 4A, a
基板1400の表面を有機溶剤や酸によって清浄した後、基板1400をMOVPE装置における反応室のサセプタ上に設置する。反応室を十分にN2で置換した後、キャリアガスをH2に切り替え、同時にアンモニア(NH3)を供給する。反応室内を850℃程度まで昇温し、10分程度、基板1400の表面に対するクリーニングを行う。
After the surface of the
その後、さらに950〜1050℃まで昇温した後、トリメチルガリウム(TMG)とSiH4を供給することにより、約2μm厚のn型m面GaN層1401を基板1400の主面上に成長させる。
Thereafter, the temperature is further increased to 950 to 1050 ° C., and then trimethylgallium (TMG) and SiH 4 are supplied to grow an n-type m-
次に、図4Bに示すように、厚さ500〜1000nm程度のレジスト1410をn型m面GaN層1401の表面に均一に塗布する。その後、光量を位置に応じて変化させながら露光を行うグレースケール露光法により、三角形状の断面を有するレジストパターンを形成する(図4C)。このような露光は、例えばマスクレス露光装置(株式会社ナノシステムソリューションズ)によって行うことができる。
Next, as shown in FIG. 4B, a resist 1410 having a thickness of about 500 to 1000 nm is uniformly applied to the surface of the n-type m-
次に、塩素系のドライエッチングを用いて、n型m面GaN層1401の表面をエッチングする。エッチングガスとしては、塩素または塩化水素を用いることができる。エッチャーとしては、平行平板型プラズマまたは誘導結合型プラズマを好適に用いることができる。
Next, the surface of the n-type m-
上記のドライエッチング工程では、図4Dに示すように、n型m面GaN層1401の表面をエッチングする過程で、レジスト1410の表面もエッチングされてゆく。エッチングの進行に伴ってレジスト1410のエッジは後退する(図面中、水平横方向に移動する)ため、n型m面GaN層1401の表面のうちでレジスト1410によって覆われている領域は縮小する。
In the above dry etching process, as shown in FIG. 4D, the surface of the resist 1410 is also etched in the process of etching the surface of the n-type m-
ここで、レジスト1410のエッジが水平横方向に後退する速度をEL、n型m面GaN層1401の表面が縦方向にエッチングされる速度をEVとする。この場合、n型m面GaN層1401の表面のうち、レジスト1410のエッジの後退によって初期に露出した部分は、後に露出した部分よりも長い時間エッチングされ、深くなる。こうして形成される傾斜面の傾斜角度θは、tanθ=EL/EVの関係を満たすことになる。
Here, the speed at which the edge of the resist 1410 recedes in the horizontal horizontal direction is E L , and the speed at which the surface of the n-type m-
レジスト1410のエッジが水平横方向に後退する速度ELは、レジスト1410のエッチグ速度およびレジスト1410の断面形状に依存する。レジスト1410のエッチング速度は、エッチングガス中に添加する酸素の供給量によって調整することができる。 The speed E L at which the edge of the resist 1410 recedes in the horizontal and lateral directions depends on the etching speed of the resist 1410 and the cross-sectional shape of the resist 1410. The etching rate of the resist 1410 can be adjusted by the supply amount of oxygen added to the etching gas.
異方性エッチングを行う場合において、レジスト1410のエッチング速度とn型m面GaN層1401のエッチング速度とをほぼ等しくすると、レジスト1410の断面形状に相当する断面形状をn型m面GaN層1401の表面に付与することができる。
In the anisotropic etching, if the etching rate of the resist 1410 and the etching rate of the n-type m-
図4C〜図4Eに示す例では、n型m面GaN層1401の表面に形成した傾斜面の傾斜角度θが、グレースケール露光後のレジスト1410の傾斜面の傾斜角度にほぼ同等しい。
In the example shown in FIGS. 4C to 4E, the inclination angle θ of the inclined surface formed on the surface of the n-type m-
図4Dに示す段階でエッチングを停止し、レジスト1410を除去すれば、n型m面GaN層1401の表面に、m面に平行な面と傾斜面の両方を形成することができる。なお、グレースケール露光後のレジスト1410の断面形状がm面に平行な表面を有していれば、最終的にn型m面GaN層1401の表面においてもm面に平行な表面を形成することができる。また、レジスト1401が所定幅の開口部を有し、エッチング開始時点において、その開口部でn型m面GaN層1401の表面が露出していれば、その部分は、m面に平行な状態で深くエッチングされる。
If etching is stopped at the stage shown in FIG. 4D and the resist 1410 is removed, both the plane parallel to the m-plane and the inclined plane can be formed on the surface of the n-type m-
このように、レジスト1410の形状やエッチング条件を調整することにより、種々の形状をm面GaN層1401の表面に付与することが可能である。
As described above, various shapes can be imparted to the surface of the m-
上記のエッチング工程の後、酸素アッシングおよび基板洗浄を行い、レジストを除去する。n型m面GaN層1401の表面を有機溶剤や酸によって清浄化した後、基板1400をMOVPE装置における反応室のサセプタ上に再び設置する。反応室を十分にN2で置換した後、キャリアガスをH2に切り替え、同時にアンモニア(NH3)を供給する。反応室を1℃/1秒の昇温レートで850℃まで昇温し、10分間、基板1400の表面に対するクリーニングを行う。その後、キャリアガスをN2に切り替え、温度を750〜800℃程度まで降温し、安定した後、TMGとトリメチルインジウム(TMI)を供給する。
After the etching step, oxygen ashing and substrate cleaning are performed to remove the resist. After the surface of the n-type m-
こうして、図4Fに示すようにIn0.1Ga0.9N/GaN−MQWsからなるInGaN発光層1402を成長させる。In0.1Ga0.9N井戸層厚は3nm、GaN障壁層厚は7nmであり、井戸層数は3である。InGaN発光層1402には意図的なドーピングはしていない。
In this way, an InGaN
発光層1402の成長条件は、上述した具体的な条件に限定されず、他の条件を採用することができる。本実施形態によれば、下地に設けた表面構造により、通常の結晶成長条件のもとでも、その表面構造上に成長させるInGaN発光層1402にIn組成の異なる部分を形成することができる。
The growth conditions of the
InGaN発光層1402の形成後、温度を1000℃まで昇温し、キャリアガスをH2に切り替え、成長温度が1000℃に到達後、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2Mg)をMg原料として添加する。こうして、図4Fに示すように、Mgがドーピングされた厚さ約500nmのp型m面GaN層1403を成長させる。
After the InGaN
次に、n型m面GaN層1401の一部を露出させた後、図4Gに示すように、n型電極1404およびp型電極1405を形成し、本実施形態の窒化物半導体発光素子が完成する。
Next, after exposing a part of the n-type m-
上記の製造方法では、エッチングによってn型m面GaN層1401の表面に傾斜面を形成しているが、本発明は、このような製造方法に限定されない。選択的なエピタキシャル成長によってn型m面GaN層1401の表面に傾斜面を形成することも可能である。また、エッチングとエピタキシャル成長の両方を行うことにより、傾斜面を有する構造を形成してもよい。
In the above manufacturing method, an inclined surface is formed on the surface of the n-type m-
図3Eから図3Hに示す構造も、上記の方法と同様の方法によって製造することができる。 The structures shown in FIGS. 3E to 3H can also be manufactured by the same method as described above.
図5は、本発明の実施形態における、m面から傾斜した傾斜部分を有するInGaN発光層から得られた発光スペクトルを示すグラフである。グラフの横軸は波長λ(Wavelength:単位nm)、縦軸は発光強度(Intensity;任意単位)である。 FIG. 5 is a graph showing an emission spectrum obtained from an InGaN light emitting layer having an inclined portion inclined from the m-plane in an embodiment of the present invention. The horizontal axis of the graph is wavelength λ (Wavelength: unit nm), and the vertical axis is emission intensity (Intensity: arbitrary unit).
図5のグラフにおいて、破線はm面上に形成され、傾斜部分を有しないInGaN発光層から得られる中心波長450nm、半値全幅20nmの発光スペクトルを示している。細実線は、上記破線で表された発光スペクトルを長波側と短波側へ、それぞれ7nmシフトさせることによって得られた2つの発光スペクトルを示している。太実線は、上記細実線で表された2つの発光スペクトルを合成することによって得られた中心波長450nmの発光スペクトルを示す。 In the graph of FIG. 5, a broken line indicates an emission spectrum having a center wavelength of 450 nm and a full width at half maximum of 20 nm, which is obtained from an InGaN light emitting layer that is formed on the m-plane and does not have an inclined portion. The thin solid line shows two emission spectra obtained by shifting the emission spectrum represented by the broken line to the long wave side and the short wave side by 7 nm, respectively. A thick solid line indicates an emission spectrum having a central wavelength of 450 nm obtained by synthesizing two emission spectra represented by the thin solid line.
図5から分かるように、InGaN発光層内にIn含有量が異なる傾斜部分を形成し、発光波長を長波長側と短波長側へ7nmシフトさせるだけで、InGaN発光層全体から得られる発光スペクトルの半値全幅は30nmに広くなる。この半値全幅は、傾斜
構造を持たない主面に平行な部分のみからなるInGaN発光層の発光スペクトルにおける半値全幅の約1.5倍の大きさである。
As can be seen from FIG. 5, the emission spectrum obtained from the entire InGaN emission layer can be obtained simply by forming inclined portions with different In contents in the InGaN emission layer and shifting the emission wavelength by 7 nm from the long wavelength side to the short wavelength side. The full width at half maximum increases to 30 nm. This full width at half maximum is about 1.5 times as large as the full width at half maximum in the emission spectrum of the InGaN light emitting layer consisting only of a portion parallel to the main surface having no inclined structure.
図6は、本発明の実施形態における、YAG系蛍光体を用いた白色LEDの発光スペクトルを示すグラフである。グラフの横軸は波長λ(Wavelength:単位nm)、縦軸は発光強度(Intensity;任意単位)である。 FIG. 6 is a graph showing an emission spectrum of a white LED using a YAG phosphor in the embodiment of the present invention. The horizontal axis of the graph is wavelength λ (Wavelength: unit nm), and the vertical axis is emission intensity (Intensity: arbitrary unit).
図6のグラフにおいて、破線は発光スペクトルの半値全幅が20nmである従来の青色LEDを用いた白色LEDの発光スペクトルを示している。一方、実線は本発明の実施形態における発光スペクトルの半値全幅が30nmに広がった青色LEDを用いた白色LEDの発光スペクトルである。図6から分かるように、青色LEDの半値全幅が広がったことにより、青色成分と黄色成分の間の発光強度が改善されており、演色性の向上が確認された。 In the graph of FIG. 6, the broken line indicates the emission spectrum of a white LED using a conventional blue LED having a full width at half maximum of the emission spectrum of 20 nm. On the other hand, the solid line is the emission spectrum of a white LED using a blue LED in which the full width at half maximum of the emission spectrum in the embodiment of the present invention extends to 30 nm. As can be seen from FIG. 6, the light emission intensity between the blue component and the yellow component was improved by increasing the full width at half maximum of the blue LED, and it was confirmed that color rendering was improved.
図7は、本発明の実施形態における、蛍光体吸収線からの波長ずれΔλ(単位nm)と、蛍光体吸収線への励起効率(単位%)との関係を示すグラフである。図7において、破線は発光スペクトルの半値全幅が20nmである従来の青色LEDについて、実線は発光スペクトルの半値全幅が30nmに広がった本発明の実施形態における青色LEDについてプロットしたものである。図7から分かるように、発光スペクトルの半値全幅が広がったことにより、ピーク波長が蛍光体吸収線からずれても励起効率が減衰しにくくなっている。 FIG. 7 is a graph showing the relationship between the wavelength shift Δλ (unit: nm) from the phosphor absorption line and the excitation efficiency (unit%) for the phosphor absorption line in the embodiment of the present invention. In FIG. 7, the broken line is plotted for a conventional blue LED having a full width at half maximum of the emission spectrum of 20 nm, and the solid line is plotted for the blue LED in the embodiment of the present invention in which the full width at half maximum of the emission spectrum is expanded to 30 nm. As can be seen from FIG. 7, since the full width at half maximum of the emission spectrum is widened, the excitation efficiency is not easily attenuated even when the peak wavelength deviates from the phosphor absorption line.
図8は、本発明の実施形態における、m面からの傾斜角度と傾斜によるInGaN発光層のピーク波長のシフト量との差を示すグラフである。グラフの横軸は、m面から[0001]方向および[000−1]方向に傾斜した面の傾斜角度θ(Slope Angle:単位degree)であり、縦軸は、傾斜角度θの傾斜面に形成されたInGaN発光層のピーク波長とm面上に形成されたInGaN発光層のピーク波長との差(Wavelenth shift:単位nm)である。 FIG. 8 is a graph showing the difference between the inclination angle from the m-plane and the shift amount of the peak wavelength of the InGaN light emitting layer due to the inclination in the embodiment of the present invention. The horizontal axis of the graph is the inclination angle θ (Slope Angle: unit degree) of the surface inclined in the [0001] direction and [000-1] direction from the m plane, and the vertical axis is formed on the inclined surface of the inclination angle θ. The difference between the peak wavelength of the formed InGaN light emitting layer and the peak wavelength of the InGaN light emitting layer formed on the m-plane (wavelength shift: unit nm).
図8のデータを得るため、傾斜面の傾斜角度θが異なる複数のGaN基板を準備し、傾斜角度θが0°のときの発光波長が450nmとなる結晶成長条件を用いて、上記基板上にInGaN発光層を結晶成長した。本実験では、傾斜角度θによって、InGaN発光層からの発光波長を435nmから475nmの範囲で変化させることができた。 In order to obtain the data of FIG. 8, a plurality of GaN substrates having inclined surfaces with different inclination angles θ are prepared, and crystal growth conditions with an emission wavelength of 450 nm when the inclination angle θ is 0 ° are formed on the substrate. The InGaN light emitting layer was crystal grown. In this experiment, the emission wavelength from the InGaN light emitting layer could be changed in the range from 435 nm to 475 nm depending on the tilt angle θ.
図8のデータによれば、傾斜角度θを1°だけ変化させることにより、約5nmの波長シフトが確認されていた。しかし、単位傾斜角度あたりの波長シフト量は、発光層の成長条件(例えば成長速度やInの取り込み速度、温度、圧力、原料流量、原料に含まれる5族元素と3族元素のモル比等々の条件)によって制御することができる。これらのパラメータを変化させることによって得られるあらゆる成長条件においても、本発明の効果は発揮される。
According to the data of FIG. 8, a wavelength shift of about 5 nm was confirmed by changing the tilt angle θ by 1 °. However, the amount of wavelength shift per unit inclination angle depends on the growth conditions of the light emitting layer (for example, growth rate, In incorporation rate, temperature, pressure, raw material flow rate, molar ratio of
図9は、本発明の実施形態において、傾斜面上に形成された発光層のカソードルミネッセンス(CL)のマッピング測定結果と、傾斜面の構成を模式的に示す図である。 FIG. 9 is a diagram schematically illustrating the cathode luminescence (CL) mapping measurement result of the light emitting layer formed on the inclined surface and the structure of the inclined surface in the embodiment of the present invention.
ここでは、m面GaN基板の表面に山型のGaN層を形成した後、InGaN発光層の結晶成長を行った。図9において、[0001]方向と[000−1]方向に傾斜した面は、いずれも、主面であるm面から0.23°傾斜している。 Here, after forming a mountain-shaped GaN layer on the surface of the m-plane GaN substrate, crystal growth of the InGaN light emitting layer was performed. In FIG. 9, the surfaces inclined in the [0001] direction and the [000-1] direction are both inclined by 0.23 ° from the m-plane which is the main surface.
[0001]方向に傾斜した発光層の傾斜部分からは400.0nmの発光波長が、[000−1]方向に傾斜した発光層の傾斜部分からは398.5nmの発光波長が得られている。 An emission wavelength of 400.0 nm is obtained from the inclined portion of the light emitting layer inclined in the [0001] direction, and an emission wavelength of 398.5 nm is obtained from the inclined portion of the light emitting layer inclined in the [000-1] direction.
図10Aは、本発明の実施形態について、図9に示されているLine−Aに沿ってCL測定を行った結果を示すグラフであり、図10Bは、Line−Bに沿った測定結果を示すグラフである。グラフの横軸は図9のLine−AまたはLine−B上のCL測定位置である。 FIG. 10A is a graph showing the results of performing CL measurement along Line-A shown in FIG. 9 according to the embodiment of the present invention, and FIG. 10B shows the measurement results along Line-B. It is a graph. The horizontal axis of the graph represents the CL measurement position on Line-A or Line-B in FIG.
図10Aのグラフから分かるように、[0001]方向に傾斜した傾斜部分からは約400.0nmで一定な発光波長が得られ、[000−1]方向に傾斜した面からは約398.5nmで一定な発光波長が得られた。一方、図10Bのグラフから分かるように、<11−20>方向に傾斜した傾斜部分からは、約399.5nmの一定な発光波長が得られた。このように、発光層の傾斜部分を特定の方向に傾斜することにより、発光波長のシフトさせることができる。 As can be seen from the graph of FIG. 10A, a constant emission wavelength is obtained at about 400.0 nm from the inclined portion inclined in the [0001] direction, and about 398.5 nm from the surface inclined in the [000-1] direction. A constant emission wavelength was obtained. On the other hand, as can be seen from the graph of FIG. 10B, a constant emission wavelength of about 399.5 nm was obtained from the inclined portion inclined in the <11-20> direction. Thus, the emission wavelength can be shifted by inclining the inclined portion of the light emitting layer in a specific direction.
図11は、図9に示されている傾斜面上に形成した発光層から得られた発光スペクトルを示すグラフである。図11のグラフにおいて、2つの破線は、それぞれ、主面から[0001]方向と[000−1]方向にそれぞれ0.23°だけ傾斜した傾斜部分から得られた発光スペクトルである。実線は、上記の傾斜面上に形成された発光層全体から得られた発光スペクトルである。破線で示された発光スペクトルからは約13.5nmの半値全幅が、実線で示された発光スペクトルからは約16.0nmの半値全幅が得られた。本発明の実施形態によれば、発光層内に0.23°の傾斜角度を持つ傾斜構造を付与することにより、発光層全体の発光スペクトルの半値全幅を約20%向上させることができることが確認された。 FIG. 11 is a graph showing an emission spectrum obtained from the light emitting layer formed on the inclined surface shown in FIG. In the graph of FIG. 11, two broken lines are emission spectra obtained from inclined portions inclined by 0.23 ° in the [0001] direction and the [000-1] direction, respectively, from the main surface. A solid line is an emission spectrum obtained from the entire light emitting layer formed on the inclined surface. The full width at half maximum of about 13.5 nm was obtained from the emission spectrum indicated by the broken line, and the full width at half maximum of about 16.0 nm was obtained from the emission spectrum indicated by the solid line. According to the embodiment of the present invention, it is confirmed that the full width at half maximum of the emission spectrum of the entire light emitting layer can be improved by about 20% by providing the light emitting layer with an inclined structure having an inclination angle of 0.23 °. It was done.
ここで、m面に平行な面上に形成された発光層から得られる発光波長を基準として、傾斜部分から得られる発光波長のシフト量を|Δλ|とし、その傾斜部分から得られる発光スペクトルの半値全幅をFslopeとする。このとき、(傾斜部分から得られる発光波長のシフト量)/(傾斜部分から得られる発光スペクトルの半値全幅)は、|Δλ|/Fslopeで表される。 Here, with reference to the emission wavelength obtained from the light emitting layer formed on the plane parallel to the m-plane, the shift amount of the emission wavelength obtained from the inclined portion is | Δλ |, and the emission spectrum obtained from the inclined portion is Let the full width at half maximum be F slope . At this time, (shift amount of the emission wavelength obtained from the inclined portion) / (full width at half maximum of the emission spectrum obtained from the inclined portion) is represented by | Δλ | / F slope .
図12は、本発明の実施形態において、発光層全体から得られる発光強度(PeakIntensity)と|Δλ|/Fslopeとの関係を示すグラフである。図12において、|Δλ|/Fslopeが0.35、0.425、0.5の値となるときに特徴的な現象が発生するので、それぞれについて以下に説明する。 FIG. 12 is a graph showing the relationship between the emission intensity (PeakIntensity) obtained from the entire light emitting layer and | Δλ | / F slope in the embodiment of the present invention. In FIG. 12, characteristic phenomena occur when | Δλ | / F slope has values of 0.35, 0.425, and 0.5, and each will be described below.
まず、m面{1−100}から[0001]方向と[000−1]方向に、それぞれ、傾斜角度θだけ傾斜した2つの傾斜部分(同じ面積)を持つ発光層を考える。1つの傾斜部分の発光スペクトルの半値全幅をFslope[nm]とし、m面{1−100}に平行な発光層の発光スペクトルのピーク波長と、傾斜部分の発光スペクトルのピーク波長との差はΔλ[nm]である。m面からの傾斜角度θに対するΔλの比は、Δλ/θであり、この比をαとおくことにする。 First, consider a light emitting layer having two inclined portions (same area) inclined by an inclination angle θ in the [0001] direction and the [000-1] direction from the m-plane {1-100}, respectively. The full width at half maximum of the emission spectrum of one inclined part is F slope [nm], and the difference between the peak wavelength of the emission spectrum of the emission layer parallel to the m-plane {1-100} and the peak wavelength of the emission spectrum of the inclined part is Δλ [nm]. The ratio of Δλ to the inclination angle θ from the m-plane is Δλ / θ, and this ratio is α.
Δλ/Fslope>0.35を満たす範囲において、傾斜部分を含む発光層の全体から得られる発光スペクトルの半値全幅が、傾斜部分を有しないm面{1−100}に平行な発光層から得られる発光スペクトルの半値全幅の1.5倍以上となる。例えばFslope=30nm、|α|=3nm/degreeの場合、|θ|>3.50°であり、例えばFslope=10nm、|α|=8nm/degreeの場合、|θ|>0.438°である。 In the range satisfying Δλ / F slope > 0.35, the full width at half maximum of the emission spectrum obtained from the entire light emitting layer including the inclined portion is obtained from the light emitting layer parallel to the m-plane {1-100} having no inclined portion. It becomes 1.5 times or more of the full width at half maximum of the emission spectrum. For example, when F slope = 30 nm and | α | = 3 nm / degree, | θ |> 3.50 °, for example, when F slope = 10 nm and | α | = 8 nm / degree, | θ |> 0.438 °.
|Δλ|/Fslope<0.425を満たす範囲においては、傾斜部分を含む発光層全体から得られる発光スペクトルのピーク波長が、傾斜部分を有しないm面{1−100}に平行な発光層から得られる発光スペクトルのピーク波長からずれていない。例えばFslope=30nm、|α|=3nm/degreeの場合、|θ|<4.25°であり、例えばFslope=10nm、|α|=8nm/degreeの場合、|θ|<0.531°である。 In a range satisfying | Δλ | / F slope <0.425, a light emitting layer in which the peak wavelength of an emission spectrum obtained from the entire light emitting layer including the inclined portion is parallel to the m-plane {1-100} having no inclined portion Is not deviated from the peak wavelength of the emission spectrum obtained. For example, when F slope = 30 nm and | α | = 3 nm / degree, | θ | <4.25 °. For example, when F slope = 10 nm and | α | = 8 nm / degree, | θ | <0.531 °.
|Δλ|/Fslope<0.5を満たす範囲においては、傾斜部分を含む発光層全体から得られる発光スペクトルのピーク強度が、1つの傾斜部分から得られる発光スペクトルのピーク強度を上回る。例えばFslope=30nm、|α|=3nm/degreeの場合、|θ|<5.00°であり、例えばFslope=10nm、|α|=8nm/degreeの場合、|θ|<0.625°である。 In a range satisfying | Δλ | / F slope <0.5, the peak intensity of the emission spectrum obtained from the entire light emitting layer including the inclined portion exceeds the peak intensity of the emission spectrum obtained from one inclined portion. For example, when F slope = 30 nm and | α | = 3 nm / degree, | θ | <5.00 °, for example, when F slope = 10 nm and | α | = 8 nm / degree, | θ | <0.625 °.
図13は、本発明の実施形態において、傾斜部分から得られる発光波長のシフト量が発光層全体から得られる発光スペクトルへ及ぼす効果を示すグラフである。グラフの横軸は、|Δλ|/Fslopeであり、縦軸は、傾斜部分から得られる発光波長のシフト量が発光層全体から得られる発光スペクトルへ及ぼす効果(Peak shift effect:任意単位)である。図13のグラフにおいて、|Δλ|/Fslopeが0.35、0.425、0.5の値となるときに発生する特徴的な現象は、先に説明した通りである。 FIG. 13 is a graph showing the effect of the shift amount of the emission wavelength obtained from the inclined portion on the emission spectrum obtained from the entire light emitting layer in the embodiment of the present invention. The horizontal axis of the graph is | Δλ | / F slope , and the vertical axis is the effect (Peak shift effect: arbitrary unit) that the shift amount of the emission wavelength obtained from the inclined portion has on the emission spectrum obtained from the entire light emitting layer. is there. In the graph of FIG. 13, the characteristic phenomenon that occurs when | Δλ | / F slope has values of 0.35, 0.425, and 0.5 is as described above.
図13の縦軸である「Peak shift effect」を以下の式で定義することとする。
(Fwhole/Fslope)^IC
“Peak shift effect”, which is the vertical axis of FIG. 13, is defined by the following equation.
(F whole / F slope ) ^ I C
ここで、Fslopeは傾斜部分から得られる発光スペクトルの半値全幅、Fwholeは発光層全体から得られる発光スペクトルの半値全幅、IC発光層全体から得られる発光スペクトルの規格化発光強度である。ここで定義された値は、蛍光体の励起効率を相対的に示すものであり、この値が大きくなるほど蛍光体の吸収効率が大きくなる。また、記号「^」は、累乗を示している。 Here, F slope is the full width at half maximum of the emission spectrum obtained from the inclined portion, F whole is the full width at half maximum of the emission spectrum obtained from the entire light emitting layer, and the normalized emission intensity of the emission spectrum obtained from the entire I C light emitting layer. The value defined here relatively indicates the excitation efficiency of the phosphor, and as this value increases, the absorption efficiency of the phosphor increases. The symbol “^” indicates a power.
図13からも分かるように、本発明の最大の効果が得られる条件は、|Δλ|/Fslope=0.45のときである。これは、例えばFslope=30nm、|α|=3nm/degreeの場合、|θ|<4.50°であり、例えばFslope=10nm、|α|=8nm/degreeの場合、|θ|<0.563°である。 As can be seen from FIG. 13, the condition for obtaining the maximum effect of the present invention is when | Δλ | / F slope = 0.45. For example, when F slope = 30 nm and | α | = 3 nm / degree, | θ | <4.50 °. For example, when F slope = 10 nm and | α | = 8 nm / degree, | θ | < 0.563 °.
以上の事実から、本発明の最大の効果を得るためには、主面であるm面{1−100}から[0001]方向と[000−1]方向に傾斜した面を、傾斜角度θの絶対値|θ|が0度より大きく5度以下となるように設計することが好ましい。 From the above facts, in order to obtain the maximum effect of the present invention, a surface inclined in the [0001] direction and the [000-1] direction from the m-plane {1-100} which is the main surface is set at an inclination angle θ. It is preferable to design so that the absolute value | θ |
また、傾斜角度が傾斜面によって異なる値となっても良いが、上記の指針から、傾斜した面を含む発光層全体の表面積が、前記基板の表面積の1.01倍以下に設計することが好ましい。これ以上の値となると、前記傾斜した面の傾斜角度が5度以上となり、本発明の効果が弱くなるばかりか、発光層の上に形成される多層膜の平滑性が維持できなくなる。 In addition, although the inclination angle may be a value that varies depending on the inclined surface, the surface area of the entire light emitting layer including the inclined surface is preferably designed to be 1.01 times or less of the surface area of the substrate based on the above guidelines. . If the value exceeds this value, the inclination angle of the inclined surface becomes 5 degrees or more, and the effect of the present invention is weakened, and the smoothness of the multilayer film formed on the light emitting layer cannot be maintained.
図14Aは、本発明の実施形態における、m面から[0001]方向に傾斜した面の総和面積S1に対するm面から[000−1]方向に傾斜した面の総和面積S2の比S2/S1と、発光層全体から得られる発光スペクトルの半値全幅Fwholeとの関係を示すグラフである。一方、図14Bは、本発明の実施形態における、S2/S1と(Fwhole/Fslope)・ICとの関係を示すグラフである。図14A、図14Bのグラフにおいて、いずれのデータも、傾斜部分から得られる発光スペクトルの半値全幅Fslopeは20nmであり、|Δλ|は5nm、7nm、9nmである。 FIG. 14A shows the ratio S 2 of the total area S 2 of the surface inclined in the [000-1] direction from the m surface to the total area S 1 of the surface inclined in the [0001] direction from the m surface in the embodiment of the present invention. / and S 1, it is a graph showing the relationship between the full width at half maximum F whole of the emission spectra obtained from the whole light emitting layer. On the other hand, FIG. 14B is a graph showing the relationship between S 2 / S 1 and (F whole / F slope ) · I C in the embodiment of the present invention. 14A and 14B, in all the data, the full width at half maximum F slope of the emission spectrum obtained from the inclined portion is 20 nm, and | Δλ | is 5 nm, 7 nm, and 9 nm.
図14A、図14Bから分かるように、S2/S1が1から離れる値を持つと、発光層全体から得られる発光スペクトルのピークがシフトするだけではなく、本発明の効果が弱くなってしまう。このため、m面から[0001]方向に傾斜した面の総和面積S1と、m面から[000−1]方向に傾斜した面の総和面積S2とは、ほぼ等しくなるように設計することが好ましい。また、S1とS2との間に差が存在する場合でも、0.5≦S2/S1≦2を満たすように設計することが望ましい。 As can be seen from FIG. 14A and FIG. 14B, when S 2 / S 1 has a value away from 1, the peak of the emission spectrum obtained from the entire light emitting layer is not only shifted, but the effect of the present invention is weakened. . Therefore, the total area S 1 of the surfaces inclined in the [0001] direction from the m plane and the total area S 2 of the surfaces inclined in the [000-1] direction from the m plane should be designed to be substantially equal. Is preferred. In addition, even when there is a difference between S 1 and S 2 , it is desirable to design so that 0.5 ≦ S 2 / S 1 ≦ 2.
本発明は、発光スペクトルの半値全幅を広げることを可能にするため、蛍光体吸収線への励起効率を向上させるとともに、白色LEDの演色性も向上させる。このため、本発明は、高効率白色LEDの発光源に応用することが有用である。 The present invention makes it possible to widen the full width at half maximum of the emission spectrum, so that the excitation efficiency of the phosphor absorption line is improved and the color rendering property of the white LED is also improved. For this reason, it is useful to apply this invention to the light emission source of high efficiency white LED.
また、本発明は、発光層内のインジウム組成を制御することにより、発光波長を任意に制御することが可能であるため、RGB(赤色・緑色・青色)3波長型白色照明の発光源にも応用できる。 In addition, since the present invention can arbitrarily control the emission wavelength by controlling the indium composition in the light emitting layer, the present invention is also applicable to a light source for RGB (red / green / blue) three-wavelength white illumination. Can be applied.
101 n型窒化物層
101a 第1傾斜面
101b 第2傾斜面
101c 水平面
102 InGaN発光層
102a 第1傾斜部分と、
102b 第2傾斜部分
102c 水平部分
103 p型窒化物層
104 n電極
105 p電極
1201 窒化物層
1202 InGaN発光層
1301 窒化物層
1302 InGaN発光層
1400 基板
1401 n型窒化物層
1402 InGaN発光層
1403 p型窒化物層
1404 n電極
1405 p電極
1410 レジスト
101 n-
102b Second
Claims (15)
前記AlInGaN層上に位置し、InZGa1-ZN(0<Z<1)結晶から形成されたInGaN発光層と、
を備える窒化物半導体発光素子であって、
前記AlInGaN層の上面は、
前記m面から[0001]方向に傾斜した少なくとも1つの第1傾斜面と、
前記m面から[000−1]方向に傾斜した少なくとも1つの第2傾斜面と
を有している、窒化物半導体発光素子。 A direction formed from an Al X In Y Ga 1-XY N (0 ≦ X <1, 0 ≦ Y <1, 0 ≦ X + Y <1) crystal and parallel to the m-plane which is the {1-100} plane of the crystal An AlInGaN layer extending to
An InGaN light-emitting layer located on the AlInGaN layer and formed of In Z Ga 1-Z N (0 <Z <1) crystal;
A nitride semiconductor light emitting device comprising:
The upper surface of the AlInGaN layer is
At least one first inclined surface inclined in the [0001] direction from the m-plane;
A nitride semiconductor light emitting device having at least one second inclined surface inclined in the [000-1] direction from the m-plane.
前記AlInGaN層の前記第1傾斜面上に位置する第1傾斜部分と、
前記AlInGaN層の前記第2傾斜面上に位置する第2傾斜部分と
を有しており、
前記第1傾斜部分の発光波長は、前記第2傾斜部分の発光波長と異なっている、請求項1に記載の窒化物半導体発光素子。 The InGaN light emitting layer is
A first inclined portion located on the first inclined surface of the AlInGaN layer;
A second inclined portion located on the second inclined surface of the AlInGaN layer,
2. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein an emission wavelength of the first inclined portion is different from an emission wavelength of the second inclined portion.
前記複数の第1傾斜面と前記m面とがなす角度の絶対値は相互に等しく、
前記複数の第2傾斜面と前記m面とがなす角度の絶対値も相互に等しい、請求項1に記載の窒化物半導体発光素子。 In the AlInGaN layer, a plurality of the first inclined surface and the second inclined surface exist,
The absolute values of the angles formed by the plurality of first inclined surfaces and the m-plane are equal to each other,
2. The nitride semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein absolute values of angles formed by the plurality of second inclined surfaces and the m-plane are also equal to each other.
前記第1傾斜面の1つと前記m面とがなす角度をθ1、前記第2傾斜面の1つと前記m面とがなす角度をθ2、前記第1傾斜面とは異なる他の第1傾斜面と前記m面とがなす角度をθ3としたとき、θ1、θ2、およびθ3が相互に異なる大きさを有している、請求項1に記載の窒化物半導体発光素子。 In the AlInGaN layer, a plurality of the first inclined surface and the second inclined surface exist,
The angle formed by one of the first inclined surfaces and the m-plane is θ1, the angle formed by one of the second inclined surfaces and the m-plane is θ2, and another first inclined surface different from the first inclined surface. The nitride semiconductor light-emitting element according to claim 1, wherein θ1, θ2, and θ3 have different sizes, where θ3 is an angle formed by the m-plane .
前記InGaN発光層は、前記AlInGaN層の前記水平面上に位置する水平部分を有している、請求項1に記載の窒化物半導体発光素子。 An upper surface of the AlInGaN layer has at least one horizontal plane parallel to the m-plane;
The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the InGaN light emitting layer has a horizontal portion located on the horizontal plane of the AlInGaN layer.
前記AlInGaN層上に、InZGa1-ZN(0<Z<1)結晶から形成されたInGaN発光層を形成する工程(B)と、を含む窒化物半導体発光素子の製造方法。 A direction formed from an Al X In Y Ga 1-XY N (0 ≦ X <1, 0 ≦ Y <1, 0 ≦ X + Y <1) crystal and parallel to the m-plane which is the {1-100} plane of the crystal An at least one first inclined surface whose upper surface is inclined in the [0001] direction from the m-plane and at least one second inclined surface inclined in the [000-1] direction from the m-plane A step (A) of forming an AlInGaN layer having:
And (B) forming an InGaN light emitting layer formed of In Z Ga 1 -ZN (0 <Z <1) crystal on the AlInGaN layer.
AlXInYGa1-X-YN(0≦X<1、0≦Y<1、0≦X+Y<1)結晶から形成され、m面を表面に有する平坦層を用意する工程(a1)と、
前記平坦層の表面を加工することにより、前記第1傾斜面および前記第2傾斜面を有する前記AlInGaN層を前記平坦層から形成する工程(a2)と、
を含む、請求項13に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。 The step (A)
A step (a1) of preparing a flat layer formed of Al X In Y Ga 1-XY N (0 ≦ X <1, 0 ≦ Y <1, 0 ≦ X + Y <1) crystal and having an m-plane on the surface;
Forming the AlInGaN layer having the first inclined surface and the second inclined surface from the flat layer by processing the surface of the flat layer;
The method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device according to claim 13, comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009024209A JP5265404B2 (en) | 2009-02-04 | 2009-02-04 | Nitride semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009024209A JP5265404B2 (en) | 2009-02-04 | 2009-02-04 | Nitride semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010182832A JP2010182832A (en) | 2010-08-19 |
JP5265404B2 true JP5265404B2 (en) | 2013-08-14 |
Family
ID=42764175
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009024209A Expired - Fee Related JP5265404B2 (en) | 2009-02-04 | 2009-02-04 | Nitride semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5265404B2 (en) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5069386B1 (en) * | 2011-04-06 | 2012-11-07 | パナソニック株式会社 | Semiconductor light emitting device |
JP5896565B2 (en) * | 2012-10-04 | 2016-03-30 | 株式会社ナノマテリアル研究所 | Semiconductor device |
WO2016158111A1 (en) * | 2015-03-31 | 2016-10-06 | ウシオ電機株式会社 | Semiconductor light emitting element and method for manufacturing same |
JP2017092183A (en) * | 2015-11-06 | 2017-05-25 | 国立大学法人京都大学 | Semiconductor light emitting element and method of manufacturing the same |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3955367B2 (en) * | 1997-09-30 | 2007-08-08 | フィリップス ルミレッズ ライティング カンパニー リミテッド ライアビリティ カンパニー | Optical semiconductor device and manufacturing method thereof |
US6849472B2 (en) * | 1997-09-30 | 2005-02-01 | Lumileds Lighting U.S., Llc | Nitride semiconductor device with reduced polarization fields |
JP4595198B2 (en) * | 2000-12-15 | 2010-12-08 | ソニー株式会社 | Semiconductor light emitting device and method for manufacturing semiconductor light emitting device |
JP2008130606A (en) * | 2006-11-16 | 2008-06-05 | Sony Corp | Semiconductor light emitting element and its manufacturing method, light source cell unit, backlight, lighting device, display, electronic device, and semiconductor element and its manufacturing method |
JP5032171B2 (en) * | 2007-03-26 | 2012-09-26 | 株式会社東芝 | Semiconductor light emitting device, method for manufacturing the same, and light emitting device |
-
2009
- 2009-02-04 JP JP2009024209A patent/JP5265404B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2010182832A (en) | 2010-08-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5400247B2 (en) | Nitride semiconductor layer growth structure, laminated structure, nitride semiconductor device and light source, and method for manufacturing the same | |
US7973322B2 (en) | Nitride semiconductor light emitting device and method for forming the same | |
JP4989978B2 (en) | Nitride-based light emitting device and manufacturing method thereof | |
JP4539752B2 (en) | Method for forming quantum well structure and method for manufacturing semiconductor light emitting device | |
JP2008285364A (en) | GaN substrate, epitaxial substrate and semiconductor light emitting device using the same | |
JP2000106455A (en) | Nitride semiconductor structure, fabrication thereof and light emitting element | |
US8728237B2 (en) | Crystal growth method for nitride semiconductor having a multiquantum well structure | |
US20140103292A1 (en) | Gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device and light source apparatus using the device | |
US8163573B2 (en) | Method for manufacturing nitride semiconductor element | |
JP5265404B2 (en) | Nitride semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof | |
JP7350477B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor growth substrate, semiconductor element, semiconductor light emitting device, and semiconductor growth substrate | |
Leung et al. | Optical emission characteristics of semipolar GaN light-emitting diodes grown on m-sapphire and stripe-etched r-sapphire | |
JP2010168274A (en) | Method for producing group iii nitride semiconductor, and template substrate | |
JP4924498B2 (en) | Nitride-based semiconductor light-emitting device, epitaxial wafer, and method for manufacturing nitride-based semiconductor light-emitting device | |
JP2006100518A (en) | Method for treating surface of substrate and method for manufacturing group iii nitride compound semiconductor light-emitting element | |
WO2020075849A1 (en) | Substrate for semiconductor growth, semiconductor element, semiconductor light-emitting element, and method for producing semiconductor element | |
JP2008118048A (en) | GaN-BASED SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE | |
TW200832758A (en) | GaN semiconductor light emitting element | |
JP2007134741A (en) | Nitride semiconductor structure, method of producing the same, and light emitting device | |
JP2008227103A (en) | GaN-BASED SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING ELEMENT | |
WO2019039240A1 (en) | Substrate for semiconductor growth, semiconductor element, semiconductor light emitting element, and method for producing semiconductor element | |
JP2007134742A (en) | Nitride semiconductor structure, method of producing the same, and light-emitting element | |
JP2007184624A (en) | Nitride semiconductor structure, producing method thereof, and light emitting element | |
Park et al. | MOCVD GROWTH AND EFFICIENCY IMPROVEMENT FOR ULTRAVIOLET LIGHT EMITTING DIODES | |
WO2013128893A1 (en) | Production method for semiconductor device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20111128 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20121228 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130108 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130207 |
|
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: 20130409 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130501 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 5265404 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |