JP2016111354A - Semiconductor template substrate for led, and led element using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、平坦性の優れたLED用半導体テンプレート基板、及び、それを用いたLED素子に関する。 The present invention relates to a semiconductor template substrate for LED having excellent flatness, and an LED element using the same.
青色LEDに代表されるGaN(窒化ガリウム)系半導体素子は、サファイア等の単結晶基板上にエピタキシャル成長でn型第一半導体、発光層、p型第一半導体を積層して製造される。しかしながら、例えば、サファイアとGaNとの間には、格子定数の差が大きく、この格子不整合によって貫通転位が発生する(例えば、非特許文献1参照)。この転位密度は、1×109個/cm2にまで達する。この転位によって、LED内部での内部量子効率が下がり、結果として、LEDの発光効率が下がってしまうことが知られている。 A GaN (gallium nitride) based semiconductor element typified by a blue LED is manufactured by laminating an n-type first semiconductor, a light emitting layer, and a p-type first semiconductor on a single crystal substrate such as sapphire by epitaxial growth. However, for example, there is a large difference in lattice constant between sapphire and GaN, and threading dislocations are generated by this lattice mismatch (see, for example, Non-Patent Document 1). The dislocation density reaches 1 × 10 9 pieces / cm 2 . It is known that this dislocation reduces the internal quantum efficiency inside the LED, resulting in a decrease in the light emission efficiency of the LED.
また、GaN系半導体層の屈折率は、サファイア基板よりも大きいため、半導体発光層内で発生した光は、サファイア基板との界面から、臨界角以上の角度では出射せず、導光モードとなって減衰し、結果として外部量子効率が低下する問題があった。 In addition, since the refractive index of the GaN-based semiconductor layer is larger than that of the sapphire substrate, the light generated in the semiconductor light emitting layer does not emit from the interface with the sapphire substrate at an angle greater than the critical angle, and enters the light guide mode. As a result, the external quantum efficiency is lowered.
そこで、半導体に発生する転位を抑制し、半導体層での光の導波方向を変えて、外部量子効率を上げる為に、基板に凹凸を設ける技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In view of this, a technique has been proposed in which concavities and convexities are provided on the substrate in order to suppress dislocations generated in the semiconductor and change the light guiding direction in the semiconductor layer to increase the external quantum efficiency (see, for example, Patent Document 1). ).
また、基板に設ける凹凸構造の大きさをナノサイズとし、凹凸構造のパターンをランダム配置としたサファイア基板も提案されている(例えば、特許文献2参照)。また、基板に設けるパターンサイズをナノサイズにすることで、マイクロサイズのパターンの場合よりLEDの発光効率が向上することが報告されており(例えば、非特許文献2参照)、同時に基板上のパターン加工時間を短縮することができる。 In addition, a sapphire substrate in which the size of the concavo-convex structure provided on the substrate is nano-sized and the pattern of the concavo-convex structure is randomly arranged has been proposed (for example, see Patent Document 2). In addition, it has been reported that by making the pattern size provided on the substrate nano-sized, the light emission efficiency of the LED is improved as compared with the case of the micro-sized pattern (for example, see Non-Patent Document 2). Processing time can be shortened.
これらとは別に、サファイア基板上に、半導体層を気相成長させて青色発光ダイオードを作製する際には、一般的には、サファイア基板上にGaN系、又は、AlN(窒化アルミニウム)系のバッファー層を数nm〜数百nm程度の範囲で成膜した後、第一半導体として、アンドープGaN層、及び/又は、Si等がドープされたn型半導体GaN層を成膜し、その後、発光層及びp型半導体層を含む残りのLED層構造が成膜される。しかしながら、発光層はナノオーダーの極めて薄い層である為、発光層を成膜する為の下地となる第一半導体の表面平坦性が低いと、発光層の厚みや組成に乱れが生じ、リーク電流等のLED基本特性に悪影響を与えることが考えられる。 Apart from these, when a blue light emitting diode is produced by vapor-depositing a semiconductor layer on a sapphire substrate, a GaN-based or AlN (aluminum nitride) -based buffer is generally used on the sapphire substrate. After forming the layer in the range of several nm to several hundred nm, an undoped GaN layer and / or an n-type semiconductor GaN layer doped with Si or the like is formed as the first semiconductor, and then the light emitting layer And the remaining LED layer structure including the p-type semiconductor layer is deposited. However, since the light emitting layer is an extremely thin layer on the order of nanometers, if the surface flatness of the first semiconductor, which is the foundation for forming the light emitting layer, is low, the thickness and composition of the light emitting layer are disturbed, resulting in leakage current. It is conceivable that the basic LED characteristics such as
以上のことから、LEDの場合、微細な凹凸構造を有する基板上に、より平坦性の高い第一半導体層を成長させる技術が望まれる。特に前記凹凸構造がナノサイズである場合は、第一半導体の成長過程が複雑になることが予想されるが、そのような詳細な報告はされていない。 From the above, in the case of LEDs, a technique for growing a first semiconductor layer with higher flatness on a substrate having a fine concavo-convex structure is desired. In particular, when the concavo-convex structure is nano-sized, the growth process of the first semiconductor is expected to be complicated, but such a detailed report has not been made.
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、微細な凹凸構造を有する基板上に第一半導体を成長させる際に、表面平坦性の優れたLED用半導体テンプレート基板を提供することを目的とする。また、本発明のLED用半導体テンプレート基板を用いて、発光出力が高く、かつ、Ir、即ち逆バイアスをかけた際のリーク電流の小さいLED素子を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of this subject, and when growing a 1st semiconductor on the board | substrate which has a fine concavo-convex structure, it aims at providing the semiconductor template substrate for LED excellent in surface flatness. And It is another object of the present invention to provide an LED element having a high light emission output and a small leakage current when Ir, that is, reverse bias is applied, using the LED semiconductor template substrate of the present invention.
本発明のLED用半導体テンプレート基板は、主面の少なくとも一部に、実質的にn回対称の配列を有する複数の凸部と平坦部とからなる凹凸構造を具備するベース基板と、前記凹凸構造上に形成された第一半導体層とを有し、前記凸部間の平均パターンギャップ(PGave)が、5nm<PGave<400nmであり、かつ、前記複数の凸部の最隣接する凸部間の平均ピッチ(Pave)が、50nm<Pave≦1800nmであり、前記複数の凸部の配列軸(La)と、前記第一半導体層の結晶成長軸(Lb)との成す角(Θ)が、70°<Θ≦90°を満たすことを特徴とする。 The LED semiconductor template substrate according to the present invention includes a base substrate having a concavo-convex structure including a plurality of convex portions and flat portions having a substantially n-fold symmetric arrangement on at least a part of a main surface, and the concavo-convex structure. A first semiconductor layer formed thereon, an average pattern gap (PGave) between the protrusions is 5 nm <PGave <400 nm, and between the adjacent protrusions of the plurality of protrusions The average pitch (Pave) is 50 nm <Pave ≦ 1800 nm, and the angle (Θ) formed by the arrangement axis (La) of the plurality of convex portions and the crystal growth axis (Lb) of the first semiconductor layer is 70 It is characterized by satisfying ° <Θ ≦ 90 °.
このように、所定の範囲のPaveにおいて、ベース基板の凸部間の平均パターンギャップ(PGave)の範囲、及び、複数の凸部の配列軸(La)と、第一半導体層の結晶成長軸(Lb)との成す角(Θ)の範囲を適正化することで、LED用半導体テンプレート基板の表面の平坦性を高めることができる。 Thus, in a predetermined range of Pave, the range of the average pattern gap (PGave) between the protrusions of the base substrate, the array axis (La) of the plurality of protrusions, and the crystal growth axis ( By optimizing the range of the angle (Θ) formed with Lb), the flatness of the surface of the LED semiconductor template substrate can be enhanced.
本発明では、前記平均パターンギャップ(PGave)が、25nm≦PGave≦300nmであることが好ましい。 In the present invention, the average pattern gap (PGave) is preferably 25 nm ≦ PGave ≦ 300 nm.
また本発明では、前記複数の凸部の最隣接する凸部間の平均ピッチ(Pave)が、300nm≦Pave≦1800nmであることが好ましい。 Moreover, in this invention, it is preferable that the average pitch (Pave) between the convex parts nearest to the said several convex part is 300 nm <= Pave <= 1800 nm.
また本発明では、前記複数の凸部における、凸部底部平均径(Bave)と凸部間の平均ピッチ(Pave)との比率(Bave/Pave)が、0.60≦(Bave/Pave)≦0.96を満たすことが好ましい。 In the present invention, the ratio (Bave / Pave) between the average diameter (Bave) of the convex portions and the average pitch (Pave) between the convex portions in the plurality of convex portions is 0.60 ≦ (Bave / Pave) ≦ It is preferable to satisfy 0.96.
また本発明では、前記凸部の頂部が、曲率半径0超の角部であることが好ましい。 Moreover, in this invention, it is preferable that the top part of the said convex part is a corner | angular part with a curvature radius over 0.
また本発明では、前記n回対称のnが、n=3、n=4、又はn=6であることが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the n-fold n is n = 3, n = 4, or n = 6.
また本発明では、前記ベース基板の全体又は一部の材質が、サファイア、シリコン、シリコンカーバイド、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、又はグラファイトであることが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the base substrate is made of sapphire, silicon, silicon carbide, gallium nitride, aluminum nitride, or graphite.
また本発明では、前記ベース基板の材質がサファイアであり、前記ベース基板の主面がc面であることが好ましい。 Moreover, in this invention, it is preferable that the material of the said base substrate is sapphire and the main surface of the said base substrate is c surface.
また本発明では、前記第一半導体層が、III−V族半導体で形成されていることが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the first semiconductor layer is formed of a III-V group semiconductor.
また本発明では、前記第一半導体層が、Ga及びNを含む六方晶で形成されていることが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the first semiconductor layer is formed of a hexagonal crystal containing Ga and N.
また本発明のLED素子は、上記LED用半導体テンプレート基板を用いて作製されることを特徴とする。本発明のLED用半導体テンプレート基板を用いることで、LED素子の発光出力を向上させ、かつ、Irを小さくすることができる。 In addition, the LED element of the present invention is manufactured using the above-described semiconductor template substrate for LED. By using the LED semiconductor template substrate of the present invention, the light emission output of the LED element can be improved and Ir can be reduced.
本発明によれば、微細な凹凸構造を有する基板を用いてLED用半導体テンプレート基板を作製する際に、該半導体テンプレート基板表面の平坦性を高めることができる。また本発明のLED用半導体テンプレート基板を用いることで、LED素子の発光出力を向上させ、かつ、Irを小さくすることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when producing the semiconductor template substrate for LED using the board | substrate which has a fine uneven structure, the flatness of the semiconductor template substrate surface can be improved. Further, by using the LED semiconductor template substrate of the present invention, the light emission output of the LED element can be improved and Ir can be reduced.
以下、本発明の実施の形態(以下、「実施の形態」と略記する。)について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。なお、本明細書で使用されている記号(PGave、Pave、Have、Bave、Θ、La、Lb、ASave、Duty)に関する定義は後述する。 Hereinafter, embodiments of the present invention (hereinafter abbreviated as “embodiments”) will be described in detail. In addition, this invention is not limited to the following embodiment, It can implement by changing variously within the range of the summary. Definitions relating to symbols (PGave, Pave, Have, Bave, Θ, La, Lb, Asave, and Duty) used in this specification will be described later.
本実施の形態に係るLED用半導体テンプレート基板は、主面の少なくとも一部に、実質的にn回対称の配列を有する複数の凸部と平坦部とからなる凹凸構造を具備するベース基板と、凹凸構造上に形成された第一半導体層とを有する。 The LED semiconductor template substrate according to the present embodiment includes, on at least a part of the main surface, a base substrate having a concavo-convex structure including a plurality of convex portions and flat portions having a substantially n-fold symmetrical arrangement, A first semiconductor layer formed on the concavo-convex structure.
本実施の形態に係る第一半導体層とは、ベース基板上に、直接、又は凸部平均高さ(Have)未満の厚みのバッファー層を介して、凸部平均高さ(Have)よりも厚く成長する半導体層のことを意味し、第一半導体層が成膜されたベース基板を、半導体テンプレート基板と称する。なお、本実施の形態に係る第一半導体とは、前記第一半導体層を形成する半導体を指すものとする。 The first semiconductor layer according to the present embodiment is thicker than the average convex portion height (Have) directly on the base substrate or through a buffer layer having a thickness less than the average convex portion height (Have). This means a growing semiconductor layer, and the base substrate on which the first semiconductor layer is formed is referred to as a semiconductor template substrate. In addition, the 1st semiconductor which concerns on this Embodiment shall point out the semiconductor which forms said 1st semiconductor layer.
以下、本発明に関する内容を細分化し、詳細に説明する。
<凹凸構造>
本実施の形態に係る凹凸構造は、ベース基板の主面の少なくとも一部に、実質的にn回対称の配列を有する複数の凸部と、平坦部を有する。ここで凸部から見て凹部の位置が平坦部に該当する。平坦部は、ベース基板の主面に対して平行な単結晶面であることが好ましく、表面が平坦な半導体テンプレート基板を得る上で効果的である。また、隣接する凸部間の隙間に第一半導体を均一に結晶成長させる観点から、複数の凸部は夫々独立していることが好ましい。
Hereinafter, the contents relating to the present invention will be subdivided and described in detail.
<Uneven structure>
The concavo-convex structure according to the present embodiment has a plurality of convex portions having a substantially n-fold symmetric arrangement and a flat portion on at least a part of the main surface of the base substrate. Here, the position of the concave portion corresponds to the flat portion when viewed from the convex portion. The flat portion is preferably a single crystal plane parallel to the main surface of the base substrate, which is effective in obtaining a semiconductor template substrate having a flat surface. In addition, it is preferable that the plurality of protrusions are independent from the viewpoint of uniformly growing the first semiconductor in the gap between adjacent protrusions.
また本実施の形態では、凸部間の平均パターンギャップ(PGave)が、5nmよりも大きく400nmよりも小さい値とされるが、その理由については後述する。 Moreover, in this Embodiment, although the average pattern gap (PGave) between convex parts is made into the value larger than 5 nm and smaller than 400 nm, the reason is mentioned later.
<n回対称の配列>
本実施の形態に係る「n回対称」とは、「回転対称」であることを意味する。このため、nは2以上の正の整数である。複数の凸部が何回転対称かに関しては、その表面を、走査型電子顕微鏡(SEM)や原子間力顕微鏡等により観察することで確認することができる。例えば、n回対称の配列を有する複数の凸部とは、ベース基板に垂直なある軸を中心に、(360/n)°回転させた時に、回転前後で同一の凸部配列となる、又は、他の配列軸に重なる性質をもつことを指す。ここで、「実質的にn回対称の配列」とは、ベース基板に垂直な軸を中心に、(360/n)°回転させた時に、回転前後で完全に同一の凸部配列だけでなく、回転前後で±15°以内ずれる凸部配列も含む。
<N-fold symmetrical arrangement>
The “n-fold symmetry” according to the present embodiment means “rotation symmetry”. For this reason, n is a positive integer of 2 or more. The rotational symmetry of the plurality of convex portions can be confirmed by observing the surface with a scanning electron microscope (SEM), an atomic force microscope, or the like. For example, the plurality of convex portions having an n-fold symmetric arrangement are the same convexity arrangement before and after the rotation when rotated by (360 / n) ° about an axis perpendicular to the base substrate, or , Refers to having the property of overlapping other array axes. Here, the “substantially n-fold symmetric arrangement” means not only the arrangement of convex portions that are completely the same before and after rotation when rotated (360 / n) around an axis perpendicular to the base substrate. In addition, a convex arrangement that deviates within ± 15 ° before and after rotation is also included.
本発明は、前記複数の凸部の配列軸(La)と第一半導体層の結晶成長軸(Lb)のなす角(Θ)が、70°<Θ≦90°であることを特徴とする。 The present invention is characterized in that an angle (Θ) formed by an array axis (La) of the plurality of convex portions and a crystal growth axis (Lb) of the first semiconductor layer is 70 ° <Θ ≦ 90 °.
このようになす角(Θ)を調整することで、本発明の効果を得ることができるため、複数の凸部は実質的にn回対称性を有することが必要である。図1は、本実施の形態に係るn回対称の配列を有する凸部の説明図である。図1Aに3回対称の配列を有する凸部の例を、図1Bに4回対称の配列を有する凸部の例を、図1Cに6回対称の配列を有する凸部の例を示す。図1の各図に示す符号1が、ベース基板を示し、符号2が凸部を示し、符号3が平坦部を示す。 Since the effect of the present invention can be obtained by adjusting the angle (Θ) formed in this way, it is necessary that the plurality of convex portions substantially have n-fold symmetry. FIG. 1 is an explanatory diagram of convex portions having an n-fold symmetrical arrangement according to the present embodiment. FIG. 1A shows an example of a convex portion having a three-fold symmetric arrangement, FIG. 1B shows an example of a convex portion having a four-fold symmetric arrangement, and FIG. 1C shows an example of a convex portion having a six-fold symmetric arrangement. 1 indicates a base substrate, 2 indicates a convex portion, and 3 indicates a flat portion.
<凸部形状>
本実施の形態に係るベース基板の凸部形状は、ベース基板の平坦部に第一半導体の成長核を効率よく形成させる観点から、凸部底部の平坦部の面積が凸部頂部の面積よりも大きいことが好ましい。
<Convex shape>
The convex shape of the base substrate according to the present embodiment is such that the area of the flat portion at the bottom of the convex portion is larger than the area of the top of the convex portion from the viewpoint of efficiently forming the growth nuclei of the first semiconductor on the flat portion of the base substrate. Larger is preferred.
また、凸部頂部は曲率半径が0超の角部であることが好ましい。ここで、曲率半径が0超の角部とは、凸部頂部が、曲面より構成されることを意味する。例えば、凸部先端の丸まった円錐状体、レンズ状体、ドーム状体及び砲弾体が挙げられる。また、凸部側面を観察した際、凸部頂部から凸部底部にかけて側面が膨らむように湾曲した形状であり、側面の傾斜角度は多段階に変化していることが好ましい。側面が膨らみ湾曲することによって、凸部側面は連続した同一結晶面の露出が少なくなり、第一半導体の成長が凹凸構造の平坦部から優先して成長するようになることから、本発明の効果が得られやすい。仮に凹凸構造の凸部頂部が平坦面、即ちテーブルトップ形状の場合でも、本発明における平坦性向上の効果を奏するが、テーブルトップの場合には、第一半導体は凸部底部の平坦面と凸部頂部の平坦面の両方から成長することになり、ベース基板面垂直方向への第一半導体の成長高さのばらつきが大きくなる。従って、より平坦性の高い半導体テンプレート基板を得る観点から、凸部頂部の形状は、曲率半径が0超の角部であることが好ましい(後述の図8参照)。 Moreover, it is preferable that the convex part top part is a corner | angular part whose curvature radius is more than zero. Here, the corner having a radius of curvature exceeding 0 means that the top of the convex portion is formed of a curved surface. For example, a cone-shaped body, a lens-shaped body, a dome-shaped body, and a shell body with rounded tips are included. In addition, when the side surface of the convex portion is observed, it is preferable that the side surface is curved so as to swell from the top portion of the convex portion to the bottom portion of the convex portion, and the inclination angle of the side surface is changed in multiple stages. Since the side surface bulges and curves, the side surface of the convex portion is less exposed to the same crystal plane, and the growth of the first semiconductor is preferentially grown from the flat portion of the concavo-convex structure. Is easy to obtain. Even if the top of the convex portion of the concavo-convex structure is a flat surface, i.e., a table top shape, the effect of improving the flatness in the present invention is obtained. However, in the case of a table top, the first semiconductor has a convex surface and a convex surface at the bottom of the convex portion. It grows from both the flat surfaces of the top portions, and the variation in the growth height of the first semiconductor in the direction perpendicular to the base substrate surface becomes large. Therefore, from the viewpoint of obtaining a semiconductor template substrate with higher flatness, the shape of the top of the convex portion is preferably a corner having a radius of curvature exceeding 0 (see FIG. 8 described later).
また、テーブルトップの凸部頂部の平坦面の面積が小さければ、凸部頂部の平坦面から成長する第一半導体の成長量が必然的に少なくなるため、ベース基板面に対する垂直方向への第一半導体の成長高さのばらつきが抑制されて平坦化され易くなることから、テーブルトップの凸部を有するベース基板を用いる場合には、個々の凸部頂部の面積が、7850nm2以下であることが好ましく、更に好ましくは、1962nm2以下であることが好ましい。 In addition, if the area of the flat surface of the top of the convex portion of the table top is small, the amount of growth of the first semiconductor that grows from the flat surface of the top of the convex portion inevitably decreases, so the first in the direction perpendicular to the base substrate surface. Since variation in the growth height of the semiconductor is suppressed and flattening is facilitated, when a base substrate having a convex portion of the table top is used, the area of the individual convex portion top portions may be 7850 nm 2 or less. More preferably, it is preferably 1962 nm 2 or less.
本実施の形態に係る凹凸構造の凸部の底部形状の例として、凸部をベース基板主面の上部から観察した際に、n角形(n≧3)、角の丸まったn角形(n≧3)、円、楕円、線状、星状、格子状等の形状を挙げることができる。中でも、凸部底部の平坦部からベース基板面内方向へ、第一半導体を均一に結晶成長させる観点から、凸部底部の形状は円形であることが好ましい。同様に、テーブルトップの凸部頂部の平坦部の形状の例として、n角形(n≧3)、角の丸まったn角形(n≧3)、円、楕円、線状、星状、格子状等の形状を挙げることができる。 As an example of the bottom shape of the convex portion of the concavo-convex structure according to the present embodiment, when the convex portion is observed from the upper part of the main surface of the base substrate, an n-gon (n ≧ 3) and an n-gon with rounded corners (n ≧ 3) 3), shapes such as a circle, an ellipse, a line, a star, and a lattice. In particular, the shape of the bottom of the convex portion is preferably circular from the viewpoint of uniformly growing the first semiconductor from the flat portion of the bottom of the convex portion toward the in-plane direction of the base substrate. Similarly, examples of the shape of the flat part of the top of the convex part of the table top include an n-gon (n ≧ 3), an n-corner with a rounded corner (n ≧ 3), a circle, an ellipse, a line, a star, and a lattice And the like.
<凸部間の平均ピッチ(Pave)>
本実施の形態に係るベース基板においては、ベース基板上の凹凸構造の最隣接する凸部間の平均ピッチ(Pave)が、50nm<Pave≦1800nmを満たすことが好ましい。安定した凸部形状を製造する観点から、Paveは50nmより大きいことが好ましく、より好ましくは100nm以上であり、更に好ましくは200nm以上であり、最も好ましくは300nm以上である。また、本発明は後述するように、PGaveが、5nmより大きく400nmより小さい範囲において、LaとLbの成す角(Θ)を制御することによる平坦性向上の効果を得ることが可能となる。また、PGaveを一定とした場合、Paveが大きくなるにつれて、ベース基板主面上の平坦部の割合が減ることを意味する。従って、第一半導体がベース基板上に良好に核成長する為の平坦部を確保し平坦性を高める観点から、Paveは1800nm以下であることが好ましい。
<Average pitch between protrusions (Pave)>
In the base substrate according to the present embodiment, it is preferable that the average pitch (Pave) between the adjacent convex portions of the concavo-convex structure on the base substrate satisfies 50 nm <Pave ≦ 1800 nm. From the viewpoint of producing a stable convex shape, Pave is preferably larger than 50 nm, more preferably 100 nm or more, further preferably 200 nm or more, and most preferably 300 nm or more. Further, as will be described later, the present invention can obtain the effect of improving flatness by controlling the angle (Θ) formed by La and Lb in the range where PGave is larger than 5 nm and smaller than 400 nm. Further, when PGave is constant, it means that the ratio of the flat portion on the main surface of the base substrate decreases as Pave increases. Therefore, Pave is preferably 1800 nm or less from the viewpoint of securing a flat portion for good nucleus growth of the first semiconductor on the base substrate and improving flatness.
なお、前記平均ピッチ(Pave)は、以下の定義に従い算出される。ベース基板上の複数の凸部の内、(1)任意の30個の凸部A1,A2,…A30を選択する。(2)凸部AM(1≦M≦30)に最隣接する凸部(BM)の頂部同士の間隔PAMBMを測定する(例えば図1を参照)。(3)凸部A1〜凸部A30についても、(2)と同様に間隔Pを測定する。(4)間隔PA1B1〜PA30B30の相加平均値を平均ピッチ(Pave)とする。 The average pitch (Pave) is calculated according to the following definition. Among the plurality of convex portions on the base substrate, (1) arbitrary 30 convex portions A1, A2,... A30 are selected. (2) The distance P AMBM between the tops of the convex portions (BM) closest to the convex portions AM (1 ≦ M ≦ 30) is measured (see, for example, FIG. 1). (3) For the convex portions A1 to A30, the interval P is measured as in (2). (4) An arithmetic average value of the intervals P A1B1 to P A30B30 is defined as an average pitch (Pave).
<凸部間の平均パターンギャップ(PGave)>
本明細書に係る最隣接する凸部間の平均パターンギャップ(PGave)は、前記平均ピッチ(Pave)と、後述する凸部底部平均径(Bave)との差(Pave−Bave)と定義する。この時、PGave<Paveとする。パターンギャップ(PG)自体は、例えば図1に示す部分を指すが、上記の定義により求めた平均化されたパターンギャップを本実施の形態では、凸部間の平均パターンギャップ(PGave)としている。
<Average pattern gap between convex parts (PGave)>
The average pattern gap (PGave) between the most adjacent convex portions according to the present specification is defined as a difference (Pave−Bave) between the average pitch (Pave) and a convex portion bottom average diameter (Bave) described later. At this time, PGave <Pave. The pattern gap (PG) itself refers to, for example, the portion shown in FIG. 1, but the averaged pattern gap obtained by the above definition is used as the average pattern gap (PGave) between the convex portions in the present embodiment.
本実施の形態に係るベース基板は、少なくとも複数の凸部と平坦部とを具備し、前記複数の凸部の内、最隣接する凸部間の平均パターンギャップ(PGave)が、5nmより大きく400nmより小さい値であることを特徴とする。理由を、以下の具体例とともに説明する。 The base substrate according to the present embodiment includes at least a plurality of convex portions and a flat portion, and an average pattern gap (PGave) between the adjacent convex portions among the plurality of convex portions is larger than 5 nm and 400 nm. It is characterized by a smaller value. The reason will be described together with the following specific examples.
図2は、図1Cのベース基板上の第一半導体成長初期段階の説明図である。例として、図2に示すように、六回対称の配列を有する複数の凸部(正六方配列されたドット)2と平坦部3とからなる凹凸構造を具備するベース基板1上に、単純六方のブラベー格子を成長単位とする第一半導体4を気相成長させる際、平坦部3には連続して同一単結晶面が露出している場合、図2に示すように平坦部3の露出面積の大きい領域から優先的に第一半導体4が成長する。平坦部3から成長する複数の島状の第一半導体4同士が会合して第一半導体層を形成しようとする際に、最隣接する複数の凸部2間が狭すぎることによって凸部2が立体障害となり、ベース基板面内での第一半導体層の均一成長が阻害されることを防止し、平坦性の高い半導体テンプレート基板を得る観点から、PGaveは5nmより大きいことが好ましく、より好ましくは10nm以上であり、更に好ましくは25nm以上であり、いっそう好ましくは29nm以上である。
FIG. 2 is an explanatory diagram of an initial stage of first semiconductor growth on the base substrate of FIG. 1C. As an example, as shown in FIG. 2, a simple hexagonal pattern is formed on a
また、PGaveが大きい場合には、隣接する凸部2間に第一半導体4が成長しやすくなるため凸部2による立体障害の影響を緩和することができる。従って、後述するLaとLbの成す角(Θ)を制御することによる平坦性向上の効果を得る観点から、PGaveが400nmより小さい値であることが好ましく、300nm以下であることがより好ましい。また、PGaveが小さい程、ベース基板上の凹凸構造(凸部と平坦部)の内、凸部の面積比が大きいことを意味する為、LEDの光取り出し効率を高める観点からも、PGaveが300nm以下であることがより好ましい。
In addition, when PGave is large, the
<凸部の平均アスペクト比(ASave)>
前記ベース基板上の複数の凸部の平均アスペクト比(ASave)は、0.1以上5.0以下であることが好ましい。本明細書におけるASaveとは、凸部平均高さ(Have)を凸部底部平均径(Bave)で割った値と定義する。
<Average aspect ratio of protrusions (ASave)>
The average aspect ratio (ASave) of the plurality of convex portions on the base substrate is preferably 0.1 or more and 5.0 or less. Asave in the present specification is defined as a value obtained by dividing the average height of the convex portion (Have) by the average diameter of the convex portion bottom (Bave).
ASaveの計測の仕方は、ベース基板上の任意の凸部を断面SEM観察によって30点観察し、ベース基板主面平坦部から凸部頂部までの高さを30点測定し、その相加平均値を、凸部平均高さ(Have)とする。また、ベース基板上の任意の凸部を、ベース基板主面の上面から平面SEM観察によって30点観察し、それぞれの凸部底部に対する外接円の直径を30点測定し、その相加平均値を、凸部底部平均径(Bave)とする。なお、Have及びBaveの単位はいずれもnmとする。 The measurement method of Asave is to observe 30 points of arbitrary convex parts on the base substrate by cross-sectional SEM observation, measure 30 points from the base substrate main surface flat part to the convex part top part, and the arithmetic mean value thereof Is the average height of convex portions (Have). Also, arbitrary convex portions on the base substrate are observed from the top surface of the base substrate main surface by plane SEM observation at 30 points, the diameter of the circumscribed circle with respect to the bottom of each convex portion is measured at 30 points, and the arithmetic average value is calculated. , And convex portion bottom average diameter (Bave). The unit of Have and Bave is both nm.
まず、前記ASaveが0.1以上であることにより、発光層より発生したフォトンから見た凸部の体積が大きくなることから、本実施の形態における半導体テンプレート基板をLEDに適用する際、光取り出し効率LEEを向上させることができる。特に、ASaveが0.3以上であれば、発光光に対する光回折のモード数を増加させ散乱性を強くできるため好ましい。同様の観点から、ASaveは0.4以上であることがより好ましく、最も好ましくは0.5以上である。一方で、ASaveが5.0以下にすることにより、凸部側面の傾斜角度を小さく管理することができる。これにより、隣接する凸部間での第一半導体層の成長がしやすくなり、かつ、LED素子を得る際に凸部がベース基板から脱離することで発生するパーティクルを抑制できると考えらえる。同様の理由から、ASaveは3.0以下であることよりが好ましく、2.0以下であることがさらに好ましく、1.1以下であることが最も好ましい。 First, since the ASave is 0.1 or more, the volume of the convex portion seen from the photons generated from the light emitting layer is increased. Therefore, when the semiconductor template substrate in the present embodiment is applied to an LED, light extraction is performed. Efficiency LEE can be improved. In particular, it is preferable that ASave is 0.3 or more because the number of modes of light diffraction with respect to emitted light can be increased and the scattering property can be enhanced. From the same viewpoint, ASave is more preferably 0.4 or more, and most preferably 0.5 or more. On the other hand, the inclination angle of the side surface of the convex portion can be managed small by setting ASave to 5.0 or less. This makes it easy to grow the first semiconductor layer between adjacent convex portions, and it can be considered that particles generated when the convex portions are detached from the base substrate when obtaining the LED element can be suppressed. . For the same reason, ASave is preferably 3.0 or less, more preferably 2.0 or less, and most preferably 1.1 or less.
<凹凸構造のDuty>
前記ベース基板上の凸部と平坦部の比率として、前記凸部底部平均径(Bave)と最隣接する凸部間の平均ピッチ(Pave)との比率(Bave/Pave)をDutyと定義する。本実施の形態に係る半導体テンプレート基板を用いてLED素子を作製する場合、光取り出し効率LEEを向上させるためには、導波する発光光のモードを乱す必要がある。ここで、発光光の進行方向を効果的に乱し、導波モードを崩し、光取り出し効率LEEを向上させることを考えると、Dutyは所定の値より大きいことが好ましい。また、本発明は、ベース基板上の極めて狭い凸部間に、第一半導体の結晶成長をし易くすることで、平坦性の高い半導体テンプレート基板を得ることができることから、PGaveが、5nmより大きく400nmより小さい条件を満たす範囲で、Dutyが大きい方が、後述するLaとLbの成す角(Θ)を制御することによる平坦性向上の効果が得られることになる。
<Duty of uneven structure>
As a ratio of the convex portion and the flat portion on the base substrate, a ratio (Bave / Pave) between the convex portion bottom average diameter (Bave) and the average pitch (Pave) between the adjacent convex portions is defined as Duty. When an LED element is manufactured using the semiconductor template substrate according to the present embodiment, it is necessary to disturb the mode of the emitted light to be guided in order to improve the light extraction efficiency LEE. Here, considering that the traveling direction of the emitted light is effectively disturbed, the waveguide mode is destroyed, and the light extraction efficiency LEE is improved, the duty is preferably larger than a predetermined value. In addition, since the present invention makes it possible to obtain a semiconductor template substrate with high flatness by facilitating crystal growth of the first semiconductor between extremely narrow convex portions on the base substrate, PGave is larger than 5 nm. As long as the duty is larger within a range satisfying the condition of less than 400 nm, an effect of improving flatness by controlling an angle (Θ) formed by La and Lb described later can be obtained.
上記理由から、Dutyは0.55以上であることが好ましく、より好ましくは0.60以上であり、更に好ましくは、0.70以上であり、最も好ましくは0.80以上である。また、Paveが一定の際に、Dutyが大きくなるにつれて、ベース基板に占める平坦部の割合が低くなる。その結果、第一半導体層が結晶成長する際に、下地となる平坦部の結晶方位を引き継ぎにくくなり、結晶方位が乱れ易くなることで平坦化が困難となる。従って、ベース基板上の狭い凸部間に第一半導体を良好に結晶成長させて、平坦化をする観点から、Dutyは、0.96以下であることが好ましく、より好ましくは、0.95以下であり、更に好ましくは0.94以下である。 For the above reasons, the duty is preferably 0.55 or more, more preferably 0.60 or more, still more preferably 0.70 or more, and most preferably 0.80 or more. Further, when Pave is constant, the ratio of the flat portion in the base substrate decreases as Duty increases. As a result, when the first semiconductor layer is crystal-grown, it becomes difficult to take over the crystal orientation of the flat portion serving as a base, and the crystal orientation is likely to be disturbed, so that flattening becomes difficult. Accordingly, from the viewpoint of achieving good crystal growth between the narrow protrusions on the base substrate and flattening, the duty is preferably 0.96 or less, more preferably 0.95 or less. More preferably, it is 0.94 or less.
<LaとLbとの成す角(Θ)>
本実施の形態に係る複数の凸部の配列軸(La)と、ベース基板上に成長させる第一半導体層の結晶成長軸(Lb)との成す角(Θ)が、70°<Θ≦90°となるよう、前記複数の凸部を配列させることによって、表面平坦性の高いLED用の半導体テンプレート基板を得ることができる。そして本実施の形態に係る半導体テンプレート基板を用いてLED素子を作製することで、発光出力が高く、Irを抑制することが可能なLED素子を得ることができる。
<Angle (Θ) formed by La and Lb>
The angle (Θ) formed by the arrangement axis (La) of the plurality of convex portions according to the present embodiment and the crystal growth axis (Lb) of the first semiconductor layer grown on the base substrate is 70 ° <Θ ≦ 90. By arranging the plurality of convex portions so as to be at an angle, an LED semiconductor template substrate with high surface flatness can be obtained. Then, by manufacturing an LED element using the semiconductor template substrate according to the present embodiment, an LED element having a high light emission output and capable of suppressing Ir can be obtained.
<複数の凸部の配列軸(La)>
本実施の形態に係る複数の凸部の配列軸(La)とは、ベース基板上に形成された前記n回対称の配列を有する複数の凸部の内、最隣接する凸部の頂部間をベース基板の主面に対して平行方向に結んだ軸と定義する。図3は、本実施の形態に係る凸部配列軸(La)の説明図である。例として図3Aに、六回対称性の配列(正六方配列)を有する複数の凸部2を表面に有するベース基板1を示し、配列軸Laを記載した。この場合、特定の凸部2に対してLa−1、La−2、La−3の3つの凸部2の配列軸が存在することになる。更に、図3Bに、四回対称性を有する複数の凸部2を表面に有するベース基板1を例示し、配列軸Laを記載した。この場合、特定の凸部に対してLa−1、La−2の2つの凸部2の配列軸が存在することになる。
<Arrangement axis (La) of a plurality of convex portions>
The arrangement axis (La) of the plurality of protrusions according to the present embodiment is the distance between the tops of the most adjacent protrusions among the plurality of protrusions having the n-fold symmetry array formed on the base substrate. It is defined as an axis connected in a direction parallel to the main surface of the base substrate. FIG. 3 is an explanatory diagram of the convex portion arrangement axis (La) according to the present embodiment. As an example, FIG. 3A shows a
<第一半導体の結晶成長軸(Lb)>
本実施の形態に係る、ベース基板上に成長させる第一半導体の結晶成長軸(Lb)について説明する。一般的に、結晶は、格子の点対称性に着目した7つの晶系(三斜晶、単斜晶、斜方晶、六方晶、三方晶、正方晶、立方晶)と14のブラベー格子(単純三斜、単純単斜、底心単斜、単純斜方、体心斜方、面心斜方、底心斜方、単純六方、単純菱面体、単純正方、体心正方、単純立方、体心立方、面心立方)に分類される。従って、ベース基板上に、第一半導体が結晶成長する際、上記14種類のブラベー格子の内、何れかのブラベー格子を結晶成長単位として、ベース基板上に第一半導体が成長する。
<Crystal growth axis (Lb) of first semiconductor>
The crystal growth axis (Lb) of the first semiconductor grown on the base substrate according to the present embodiment will be described. In general, a crystal has seven crystal systems (triclinic, monoclinic, orthorhombic, hexagonal, trigonal, tetragonal, cubic) focusing on point symmetry of the lattice and 14 Bravais lattices ( Simple triclinic, simple monoclinic, bottom-centered monoclinic, simple oblique, body-centered oblique, face-centered oblique, bottom-centered oblique, simple hexagonal, simple rhombohedral, simple square, body-centered square, simple cube, body Center cube, face center cube). Therefore, when the first semiconductor crystal grows on the base substrate, the first semiconductor grows on the base substrate using one of the 14 types of Bravay lattices as a crystal growth unit.
以下に、本明細書における第一半導体層の結晶成長軸(Lb)の定義を記載する。まず、ベース基板上に成長する第一半導体のブラベー格子に着目し、ベース基板主面の結晶面に実質的に平行な面内に存在するn点(nは3〜6の整数)のブラベー格子の頂点同士を結んでn角形を作る。この時、n角形の面積が最大となるように頂点同士を結ぶ。その後、n角形のn個の角をそれぞれ二等分する直線をベース基板主面の結晶面に実質的に平行な面内に引き、直線を本明細書における結晶成長軸(Lb)とする。第一半導体の結晶成長軸(Lb)と、複数の凸部の配列軸(La)を所定の角度に制御する観点から、ブラベー格子は凸部配列の回転対称性に対応させるために、六方晶の単純六方、三方晶の単純菱面体、立方晶の単純立方、体心立方及び面心立方の少なくともいずれか1種であることが好ましい。中でも複数の凸部が六回対称の配列を有するベース基板を用いる場合は、ブラベー格子は単純六方の第一半導体のc軸がベース基板主面の結晶面に対して垂直となることが好ましい。また、複数の凸部が四回対称の配列を有するベース基板を用いる場合には、ブラベー格子が単純立方、体心立方及び面心立方の少なくともいずれか1種であることが好ましく、この場合、(00X)面(Xは1以上の正の整数)がベース基板主面の結晶面に対して平行となることが好ましい。 The definition of the crystal growth axis (Lb) of the first semiconductor layer in this specification is described below. First, focusing on the first semiconductor Bravai lattice grown on the base substrate, n points (n is an integer of 3 to 6) Brabé lattice present in a plane substantially parallel to the crystal plane of the main surface of the base substrate. Connect the vertices to create an n-gon. At this time, the vertices are connected so that the area of the n-gon is maximized. Thereafter, straight lines that bisect each of the n corners of the n-gon are drawn in a plane substantially parallel to the crystal plane of the main surface of the base substrate, and the straight line is defined as a crystal growth axis (Lb) in this specification. From the viewpoint of controlling the crystal growth axis (Lb) of the first semiconductor and the array axis (La) of the plurality of protrusions to a predetermined angle, the Bravay lattice is hexagonal in order to correspond to the rotational symmetry of the protrusion array. It is preferably at least one of simple hexagonal, trigonal simple rhombohedron, cubic simple cube, body centered cube and face centered cubic. In particular, when a base substrate having a plurality of convex portions having a six-fold symmetry is used, it is preferable for the Bravay lattice that the c-axis of the simple hexagonal first semiconductor is perpendicular to the crystal plane of the base substrate main surface. Further, when using a base substrate in which a plurality of convex portions have a four-fold symmetrical arrangement, the Bravay lattice is preferably at least one of a simple cube, a body-centered cube, and a face-centered cube. The (00X) plane (X is a positive integer of 1 or more) is preferably parallel to the crystal plane of the main surface of the base substrate.
具体例として、ベース基板上に単純六方のブラベー格子を結晶成長単位として成長する第一半導体の結晶成長軸の決め方を示す。図4は、本実施の形態に係る第一半導体層の結晶成長軸(Lb)の説明図である。図4Aにベース基板1の主面の結晶面1aに対して、単純六方のブラベー格子5を有する第一半導体のc軸が垂直になるように結晶成長する場合を想定する。なお、簡易的に説明をするため、ベース基板1上の凹凸構造は図4Aには表記していない。ベース基板1の主面の結晶面1aに実質的に平行な面内に存在するブラベー格子5の頂点は、K1、K2、K3、K4、K5、K6の6点が存在する。これら6点の頂点を結んだ多角形の面積が最大となるよう六角形を結び、形成した6つのそれぞれの角を二等分する直線を引くと、6本の結晶成長軸Lb−1、Lb−2、Lb−3、Lb−4、Lb−5、Lb−6が得られる。この場合、Lb−1とLb−4、Lb−2とLb−5、Lb−3とLb−6は同一成長軸とみなせる為、実質的には、3つの結晶成長軸が存在することになる。
As a specific example, a method of determining a crystal growth axis of a first semiconductor that grows on a base substrate using a simple hexagonal Bravay lattice as a crystal growth unit will be described. FIG. 4 is an explanatory diagram of the crystal growth axis (Lb) of the first semiconductor layer according to the present embodiment. FIG. 4A assumes a case where crystal growth is performed such that the c-axis of the first semiconductor having a simple
同様に、ベース基板の主面の結晶面に対して単純立方のブラベー格子5を有する第一半導体が図4Bのように成長する場合の例を示す。簡易的に説明をするため、図4Bにおいてもベース基板1上の凹凸構造は無い基板を想定して説明する。ベース基板1の主面の結晶面1aに実質的に平行な面内に存在するブラベー格子5の頂点は、K1、K2、K3、K4の4つが存在する。これら4点の頂点を結んだ多角形の面積が最大となるよう四角形を結び、形成した4つのそれぞれの角を二等分する直線を引くと、4本の結晶成長軸Lb−1、Lb−2、Lb−3、Lb−4が得られるが、Lb−1とLb−3、Lb−2とLb−4は同一軸とみなせるため、実質的には、2本の結晶成長軸が存在することになる。
Similarly, an example in which the first semiconductor having a simple
<Θの最適な値>
本発明では、複数の凸部の配列軸(La)と、ベース基板上に成長させる第一半導体の結晶成長軸(Lb)との成す角(Θ)が、70°<Θ≦90°となるよう、複数の凸部をベース基板主面上に配列させることで表面平坦性の高い半導体テンプレート基板が得られることを見出した。上述したように、ベース基板上の特定の凸部に着目した場合、凸部配列軸(La)と結晶成長軸(Lb)は、それぞれ複数存在し得る。本明細書において、LaとLbの成す角(Θ)が70°<Θ≦90°を満たすとは、複数存在するLbの内、何れのLbに対しても、70°<Θ≦90°を満たすLaが存在することと定義する。図5は、本実施の形態に係るLaとLbのなす角(Θ)の説明図である。また、図5に示すようにLaとLbのなす角が90°でない時、Θは、Θ1とΘ2の2通り(Θ1<Θ2)考えられる。その場合は、小さい方の角(Θ1<90°)を、本明細書におけるLaとLbの成す角(Θ)と定義する。また、上述したように、複数のLaと複数のLbが存在するため、特定のLbに対してΘが複数存在する場合は、考えられるΘ(≦90°)の中で最も大きい角度を本明細書におけるΘと定義する。
<Optimum value of Θ>
In the present invention, the angle (Θ) formed by the array axis (La) of the plurality of convex portions and the crystal growth axis (Lb) of the first semiconductor grown on the base substrate is 70 ° <Θ ≦ 90 °. Thus, it has been found that a semiconductor template substrate having high surface flatness can be obtained by arranging a plurality of convex portions on the main surface of the base substrate. As described above, when attention is paid to a specific convex portion on the base substrate, a plurality of convex portion arrangement axes (La) and crystal growth axes (Lb) may exist. In this specification, the angle (Θ) formed by La and Lb satisfies 70 ° <Θ ≦ 90 °, and 70 ° <Θ ≦ 90 ° is satisfied for any Lb among a plurality of Lb. It is defined that there is a satisfying La. FIG. 5 is an explanatory diagram of an angle (Θ) formed by La and Lb according to the present embodiment. Further, as shown in FIG. 5, when the angle between La and Lb is not 90 °, Θ can be considered in two ways, Θ1 and Θ2 (Θ1 <Θ2). In that case, the smaller angle (Θ1 <90 °) is defined as the angle (Θ) formed by La and Lb in this specification. In addition, as described above, since there are a plurality of La and a plurality of Lb, when there are a plurality of Θ with respect to a specific Lb, the largest angle among the possible Θ (≦ 90 °) is set in this specification. Θ in the calligraphy.
上述したLaとLbの定義を踏まえ、前記Θが、70°<Θ≦90°の時に半導体テンプレート基板表面の平坦性が向上する理由を、具体例と共に以下に考察する。図6は、本実施の形態に係る六回対称の配列を有する凹凸構造を具備するベース基板を用いた場合のΘの説明図である。図6AにΘ=90°の場合を、図6BにΘ=60°の場合を示した。図6A及び図6Bは、ベース基板1の主面の平坦部3の結晶面がc面サファイアである場合を想定しており、凸部2の底部の形状は円形で、凸部2の頂部は曲率半径が0超の角部である場合を想定して例示している。サファイア基板上にMOCVD法(有機金属気相成長法)によって第一半導体4のGaNを気相成長させる場合には、連続的に同一結晶面が露出しているサファイアc面の平坦部3から優先的にGaNが成長する。c面サファイア基板上に、GaNを気相成長させる場合、サファイア基板のc軸方向と六方晶(単純六方)のGaNのc軸方向が一致するように成長することから、ベース基板1の主面の結晶面に平行な面内に存在するGaNのブラベー格子5の頂点同士を結ぶと六角形を形成することができる。そこで、簡易的に、図6A及び図6Bに成長するGaNのブラベー格子(結晶成長単位)5を六角形で示した。なお、六角形のサイズはわかり易く図示するために、意図的に実際のブラベー格子5より大きく図示している。
Based on the definitions of La and Lb described above, the reason why the flatness of the surface of the semiconductor template substrate is improved when Θ is 70 ° <Θ ≦ 90 ° will be discussed below with specific examples. FIG. 6 is an explanatory diagram of Θ when using a base substrate having a concavo-convex structure having a six-fold symmetrical arrangement according to the present embodiment. FIG. 6A shows the case of Θ = 90 °, and FIG. 6B shows the case of Θ = 60 °. 6A and 6B assume the case where the crystal plane of the
まず、図6AのΘ=90°の場合、図中の領域Aに着目すると、2つの異なるGaNの島状成長核が、最隣接する凸部2間で会合する際に、2つの異なるGaNのブラベー格子(結晶成長単位)5の六角形の角と角が対向した状態で会合し、この時、凸部2間の狭いスペースにGaNが成長しやすくなることを見出した。単純六方のブラベー格子5を有するGaNは、図6Aに示すように凹凸構造を有するベース基板1のc面露出面積の大きい箇所に優先的に成長核を形成し、ブラベー格子5が集合体となり島状GaNを形成し、隣接する島状GaN同士が会合することによって平坦化が進む。その際、GaN{1−1X}面(Xは正の整数)に対するGaN{11Y}面(Yは正の整数)の成長速度が相対的に速く、Θ=90°の方がΘ=60°の場合と比較して、凸部2による立体障害が緩和され隣接する島状GaN同士が会合しやすくなることが考えられる。そして、個々の島状GaNがサファイアc軸方向へ高く成長して高さばらつきが大きくなる前に、隣り合うGaNの成長核同士が会合及び平坦化することによって、GaNの平坦化が効率的に行われ、平坦性の高い半導体テンプレート基板が得られると考えられる。
First, in the case of Θ = 90 ° in FIG. 6A, focusing on the region A in the figure, when two different GaN island-like growth nuclei meet between the adjacent
一方で、図6BのΘ=60°の場合、図中の領域Bに着目すると、2つの異なるGaNの島状成長核が、最隣接する凸部2間で会合する際に、2つの異なるGaNのブラベー格子(結晶成長単位)5の六角形の辺と辺が対向した状態で会合し、特に凸部2間のギャップが狭い場合において凸部2間の狭いスペースにGaNが成長しにくくなる。単純六方のブラベー格子5を有するGaNは、図6Bに示すように凹凸構造を有するベース基板1のc面露出面積の大きい箇所に優先的に成長核を形成し、ブラベー格子5が集合体となり島状GaNを形成する。隣接する島状GaN同士が会合することによって平坦化が進むが、その際、GaN{1−1X}面(Xは正の整数)に対するGaN{11Y}面(Yは正の整数)の成長速度が相対的に速く、Θ=60°の方がΘ=90°と比較して、凸部2による立体障害を受けやすくなることが考えられる。これにより隣接する島状GaN同士の会合に時間を要し、会合する前の段階で、個々の島状GaNがサファイアc軸方向へ高く成長し高さばらつきが大きくなる為、Θ=60°はΘ=90°と比較して平坦性の高い半導体テンプレート基板が得られにくいと考えられる。なお、本実施例及び比較例で作製した鏡面成長が確認された半導体テンプレート基板は、Θ=60°及びΘ=90°に関わらず、いずれの検討結果でも断面SEM観察より、凸部間の第一半導体の埋め込みは良好に行われていた。
On the other hand, in the case of Θ = 60 ° in FIG. 6B, focusing on the region B in the figure, when two different GaN island-like growth nuclei meet between the adjacent
上述した理由から、Θは70°より大きいことが好ましく、より好ましくは75°以上であり、更に好ましくは80°以上であり、最も好ましくは90°である。 For the reasons described above, Θ is preferably greater than 70 °, more preferably 75 ° or more, still more preferably 80 ° or more, and most preferably 90 °.
前記Θが、70°<Θ≦90°となることが好ましい別の例を説明する。図7は、本実施の形態に係る四回対称の配列を有する凹凸構造を具備するベース基板を用いた場合のΘの説明図である。図7A及び図7Bに、四回対称の配列を有する複数の凸部2と平坦部3を有するベース基板1上に立方晶の単純立方(体心立方及び面心立方でも良い)のブラベー格子5をもつ第一半導体4を成長させる場合の、Θの違いによる影響を説明する。ここでは、凸部2の底部の形状は円形で、凸部2の頂部は曲率半径が0超の角部である場合を想定している。ベース基板1上に単純立方の第一半導体4を気相成長させる場合には、連続的に同一結晶面が露出しているベース基板1の主面の平坦部3から優先的に第一半導体4が成長する。なお、本例示ではベース基板1の主面の結晶面と、第一半導体4の{00X}面(Xは正の整数)が実質的に平行面となるように第一半導体4が成長する場合を想定している。この場合、ベース基板1の主面の結晶面に平行な面内に存在する第一半導体4のブラベー格子5の頂点を結ぶと正方形を形成することができる。正方形は結晶成長単位の格子頂点に由来しており、図7A中に四角形で表している。図7AのΘ=90°の場合、図中の領域Aに着目すると、単純立方のブラベー格子5が集合体をつくり、第一半導体成長核をつくり、成長初期段階の2つの異なる第一半導体成長核が、最隣接する凸部間で会合する際に、ブラベー格子の四角形の角と角が対向した状態で会合する為、特に凸部2間のギャップが狭い場合において第一半導体4の結晶成長核同士が会合しやすくなる。
Another example in which the Θ is preferably 70 ° <Θ ≦ 90 ° will be described. FIG. 7 is an explanatory diagram of Θ when a base substrate having a concavo-convex structure having a four-fold symmetrical arrangement according to the present embodiment is used. FIG. 7A and FIG. 7B show a cubic simple cubic (which may be a body-centered cube and a face-centered cube) 5 on a
一方で、図7BのΘ=45°の場合、図中の領域Bに着目すると、成長初期段階の2つの異なる第一半導体成長核が、最隣接する凸部2間で会合して凸部2間を埋める際に、ブラベー格子5の正方形の辺と辺が対向した状態で会合する為、特に凸部2間のギャップが狭い場合において第一半導体4の結晶成長核同士の会合がされにくくなる。従って、Θ=45°の場合、第一半導体4の結晶成長核同士の会合がされて、平坦化が進む前の段階で、第一半導体4の{001}面の成長が進むことで、個々の成長核の高さばらつきが大きくなり平坦化されにくくなると考えられる。従って、図6での説明と同様、凸部2の配列軸(La)と第一半導体4の結晶成長軸(Lb)の成す角Θは、70°<Θ≦90°を満たし、具体的には、Θは70°より大きいことが好ましく、より好ましくは75°以上であり、更に好ましくは80°以上であり、最も好ましくは90°である。
On the other hand, in the case of Θ = 45 ° in FIG. 7B, focusing on the region B in the figure, two different first semiconductor growth nuclei in the initial stage of growth meet between the
<Θの確認方法>
以下に示すΘの確認方法は一例であり、上述した結晶成長軸(Lb)に関してはその他の確認方法を用いても良い。
<How to check Θ>
The following confirmation method of Θ is an example, and other confirmation methods may be used for the above-described crystal growth axis (Lb).
まず初めに、ベース基板上に晶系及びブラベー格子の種類が既知の第一半導体層を結晶成長させて、通常のアウトオブプレーンXRD(X線回折)にて2θ/θ測定を行い、ベース基板上に成長した第一半導体層表面の結晶成長面を特定し、その後、インプレーンXRD測定にて、面内の回折ベクトルの方向を特定する。 First, a first semiconductor layer having a known crystal system and Bravay lattice type is grown on the base substrate, and 2θ / θ measurement is performed by ordinary out-of-plane XRD (X-ray diffraction). The crystal growth surface on the surface of the first semiconductor layer grown on the surface is specified, and then the in-plane diffraction vector direction is specified by in-plane XRD measurement.
本実施例及び比較例の全てに関して、使用したΘの確認方法を、以下に具体的として説明する。a面のオリフラ(オリエンテーションフラット)を有しかつ、n回対称の配列を有する複数の凸部とc面平坦部を具備し、主面をc面とするサファイア基板上に、GaNをMOCVDにて気相成長させて半導体テンプレート基板を作製した。一般的にc面サファイア基板上にGaNを気相成長させる場合は、サファイアのc面と六方晶(単純六方)のGaNのc面が平行となるように成長することが知られている。作製した半導体テンプレート基板を、通常のアウトオブプレーンXRD(X線回折)にて2θ/θ測定を行い、ベース基板主面の結晶面に平行に成長しているGaNの成長面が(00X)面(Xは正の整数)であることが確認できた。次いで、インプレーンXRD測定にて、半導体テンプレート基板表面の面内の回折ベクトルの方向を特定し、単純六方のm軸及びa軸方向を特定し、これにより、前述した半導体結晶成長軸(Lb)の方向を特定することができた。この場合、前記a軸がLbとなる。また、前記オリフラの向きに対する前記複数の凸部の配列軸(La)のなす角を予めSEM観察で特定しておき、かつ、上記XRD測定によってオリフラの向きに対する半導体テンプレート基板表面(GaN)の面内の回折ベクトルの方向を測定することによって、LaとLbの成す角Θを特定した。尚、Θの角を確認した後に、Θを変更する際には、上記c面サファイアのa面に対してGaNのm面が平行成長することを確かめた上で、サファイアオリフラ(a面)と複数の凸部の配列軸(La)の成す角を調整することによって、Θの異なる半導体テンプレート基板を得た。 Regarding all of the present examples and comparative examples, the confirmation method of Θ used will be specifically described below. A sapphire substrate having an a-plane orientation flat (orientation flat) and having a plurality of convex portions and an c-plane flat portion having an n-fold symmetrical arrangement, and GaN is formed by MOCVD on a c-plane sapphire substrate A semiconductor template substrate was produced by vapor phase growth. In general, when vapor-phase growth of GaN on a c-plane sapphire substrate, it is known that the sapphire c-plane and hexagonal (simple hexagonal) GaN c-plane grow in parallel. The produced semiconductor template substrate is subjected to 2θ / θ measurement by ordinary out-of-plane XRD (X-ray diffraction), and the growth surface of GaN growing parallel to the crystal surface of the base substrate main surface is the (00X) plane. It was confirmed that (X is a positive integer). Next, in-plane XRD measurement specifies the direction of the in-plane diffraction vector on the surface of the semiconductor template substrate, specifies the simple hexagonal m-axis and a-axis directions, and thereby the semiconductor crystal growth axis (Lb) described above. Was able to identify the direction. In this case, the a-axis is Lb. In addition, an angle formed by the arrangement axis (La) of the plurality of convex portions with respect to the orientation flat direction is specified in advance by SEM observation, and the surface of the semiconductor template substrate surface (GaN) with respect to the orientation flat orientation by the XRD measurement. By measuring the direction of the diffraction vector, the angle Θ formed by La and Lb was specified. After confirming the angle of Θ, when changing Θ, after confirming that the m-plane of GaN grows parallel to the a-plane of the c-plane sapphire, the sapphire orientation flat (a-plane) and By adjusting the angle formed by the array axes (La) of the plurality of convex portions, semiconductor template substrates having different Θ were obtained.
図8は、本実施の形態に係るLED用半導体テンプレート基板の断面概略図である。本実施の形態に係るLED用半導体テンプレート基板80は、ベース基板10を有する。ベース基板10の主面の少なくとも一部は、実質的にn回対称の配列を有する複数の凸部21と平坦部22とからなる凹凸構造20を成している。各凸部21間の凹部の部分が平坦部22を構成している。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of the LED semiconductor template substrate according to the present embodiment. The LED
図8に示すように、凹凸構造20の表面上には第一半導体層30が形成され、複数の凸部21及び平坦部22が、第一半導体層30により覆われている。なお第一半導体層30は、第一半導体とベース基板の材質が異なるヘテロ成長の場合には、双方の格子定数の差異を緩和させるため、Have未満の厚みのバッファー層33を介してベース基板10上に成長させることが好ましい。
As shown in FIG. 8, the
本実施の形態では、図8に示すLED用半導体テンプレート基板80において、凸部21間の平均パターンギャップ(PGave)が、5nmより大きく400nmより小さい値とされている。
In the present embodiment, in the LED
また複数の凸部21の配列軸(La)と、第一半導体層30の結晶成長軸(Lb)との成す角(Θ)が、70°<Θ≦90°を満たしている。
Further, the angle (Θ) formed by the arrangement axis (La) of the plurality of
これにより、半導体テンプレート基板80の表面(図8では第一半導体層30の表面30aを指す)の平坦性を高めることができる。
Thereby, the flatness of the surface of the semiconductor template substrate 80 (referring to the
以下、本実施の形態に係るLED用の半導体テンプレート基板80の各構成について詳細に説明する。
Hereafter, each structure of the
<ベース基板>
ベース基板の材質は、特に制限はないが次に示す材質が例示できる。サファイア、シリコン(Si)、シリコンカーバイド(SiC)、窒化ガリウム(GaN)、窒化アルミニウム(AlN)、グラファイト、窒化シリコン(Si3N4)、シリコン(Si)、銅タングステン(W−Cu)、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化マンガン、酸化ジルコニウム、酸化マンガン亜鉛鉄、酸化マグネシウムアルミニウム、ホウ化ジルコニウム、酸化ガリウム、酸化インジウム、酸化リチウムガリウム、酸化リチウムアルミニウム、酸化ネオジウムガリウム、酸化ランタンストロンチウムアルミニウムタンタル、酸化ストロンチウムチタン、酸化チタン、ハフニウム、タングステン、モリブデン、GaP、又はGaAs等の基板を用いることができる。なかでも、LED用途でベース基板上に第一半導体としてIII−V族半導体を成長させる場合には、入手性及び格子定数の観点から一般的にLEDのベース基板として使用されている、サファイア、シリコン、シリコンカーバイド、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、グラファイトの何れかの材質のベース基板を使用することが好ましく、中でもサファイア基板が好ましく、六方晶の第一半導体を成長させる場合は、凸部配列の回転対称性の観点から、c面を主面とするサファイア基板であることが最も好ましい。また、本発明の効果を得られる範囲でベース基板は不純物や意図的な添加元素を加えても良い。
<Base substrate>
The material of the base substrate is not particularly limited, but the following materials can be exemplified. Sapphire, silicon (Si), silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN), aluminum nitride (AlN), graphite, silicon nitride (Si 3 N 4 ), silicon (Si), copper tungsten (W-Cu), oxidation Zinc, magnesium oxide, manganese oxide, zirconium oxide, manganese zinc iron oxide, magnesium aluminum oxide, zirconium boride, gallium oxide, indium oxide, lithium gallium oxide, lithium aluminum oxide, neodymium gallium oxide, lanthanum strontium aluminum tantalum, strontium oxide A substrate such as titanium, titanium oxide, hafnium, tungsten, molybdenum, GaP, or GaAs can be used. In particular, when a group III-V semiconductor is grown as a first semiconductor on a base substrate for LED applications, sapphire and silicon that are generally used as a base substrate for LEDs from the viewpoint of availability and lattice constant. , Silicon carbide, gallium nitride, aluminum nitride, graphite base substrate is preferably used, sapphire substrate is preferred, and when growing a hexagonal first semiconductor, the convex arrangement of rotational symmetry From the viewpoint of properties, a sapphire substrate having a c-plane as a main surface is most preferable. In addition, impurities or intentional additive elements may be added to the base substrate as long as the effects of the present invention can be obtained.
なお、本明細書に係るベース基板の材質については、第一半導体を成長させるベース基板の凹凸構造の凸部底部に観察される平坦部表面までが上述した材質で形成され、凸部の材質が上記材質以外であってもよい。即ちベース基板は、凸部が一体に形成されていても別体で形成されていてもよい。凸部が別体の場合は、表面が平坦な基板上に凸部を所定の配列にて形成することができる。また凸部が別体の場合、例えば以下の製造方法で説明するように、凸部を転写材の永久剤として残すことができる。 In addition, about the material of the base substrate which concerns on this specification, even the flat part surface observed on the convex part bottom part of the uneven structure of the base substrate which grows a 1st semiconductor is formed with the material mentioned above, and the material of a convex part is Other materials may be used. That is, the base substrate may be formed integrally with the convex portions or separately. When the convex portions are separate bodies, the convex portions can be formed in a predetermined arrangement on a substrate having a flat surface. Moreover, when a convex part is a different body, a convex part can be left as a permanent agent of a transfer material so that it may demonstrate with the following manufacturing methods, for example.
また、本発明において、半導体テンプレート基板の表面の平坦性を高める効果は、ベース基板上の複数の凸部の配列軸(La)と、その上に成長させる第一半導体の結晶成長軸(Lb)とのなす角(Θ)を所定の範囲に制御することによって得られる。従って本発明では、使用するベース基板の材質を特に限定するものではない。あくまで、第一半導体の結晶成長軸(Lb)と、凸部配列軸(La)との相対関係によって効果が決まる。従って、例えばサファイア基板の主面がa面、m面又はr面のサファイア基板を用いた場合においても、LaとLbとのなす角が70°<Θ≦90°を満たすよう制御することによって、本発明の効果が得られる。 Further, in the present invention, the effect of improving the flatness of the surface of the semiconductor template substrate is that the alignment axis (La) of the plurality of convex portions on the base substrate and the crystal growth axis (Lb) of the first semiconductor grown thereon. Is obtained by controlling the angle (Θ) between Therefore, in the present invention, the material of the base substrate to be used is not particularly limited. The effect is determined solely by the relative relationship between the crystal growth axis (Lb) of the first semiconductor and the projection array axis (La). Therefore, for example, even when the sapphire substrate has an a-plane, m-plane, or r-plane sapphire substrate, by controlling so that the angle between La and Lb satisfies 70 ° <Θ ≦ 90 °, The effect of the present invention can be obtained.
ベース基板の大きさは特に限定されるものではないが、例えば、2インチφ、4インチφ、6インチφ、及び8インチφが挙げられる。これらは、円盤状であっても、結晶方位の印としてオリフラ(オリエンテーションフラット)のついた形状であってもよい。複数の凸部配列軸(La)を制御するためには、予め結晶方位のわかるオリフラがついたベース基板を用いることが好ましい。例えば、一般的なサファイア基板は、サファイアa面に対応したオリフラが設けられている。 The size of the base substrate is not particularly limited, and examples thereof include 2 inch φ, 4 inch φ, 6 inch φ, and 8 inch φ. These may have a disk shape or a shape with an orientation flat (orientation flat) as a crystal orientation mark. In order to control a plurality of convex portion arrangement axes (La), it is preferable to use a base substrate with an orientation flat in which the crystal orientation is known in advance. For example, a general sapphire substrate is provided with an orientation flat corresponding to the sapphire a surface.
<凹凸構造の作製方法>
なお、本実施の形態に係るベース基板の製造方法においては、表面に微細パターンを具備するモールドを使用した転写法によって、ベース基板表面に凹凸構造を形成することが好ましい。
<Method for producing uneven structure>
In the method for manufacturing the base substrate according to the present embodiment, it is preferable to form the concavo-convex structure on the surface of the base substrate by a transfer method using a mold having a fine pattern on the surface.
ベース基板の凹凸構造は、転写法、フォトリソグラフィ法、熱リソグラフィ法、電子線描画法、干渉露光法、ナノ粒子をマスクとしたリソグラフィ法、自己組織化構造をマスクとしたリソグラフィ法等により製造することができる。特に、ベース基板の凹凸構造の加工精度や加工速度の観点から、転写法を採用すると好ましい。 The uneven structure of the base substrate is manufactured by a transfer method, a photolithography method, a thermal lithography method, an electron beam drawing method, an interference exposure method, a lithography method using a nanoparticle mask, a lithography method using a self-organized structure as a mask, or the like. be able to. In particular, it is preferable to employ a transfer method from the viewpoint of processing accuracy and processing speed of the concavo-convex structure of the base substrate.
凹凸構造を作製するのに転写法を採用することにより、過大な装置や制御機構を使用することなく、ベース基板を製造することができる。特に、転写法を採用することにより、製造困難な、6インチ以上の径を有すベース基板を精度高く効率よく製造できる。 By adopting the transfer method to produce the concavo-convex structure, the base substrate can be manufactured without using an excessive apparatus or control mechanism. In particular, by adopting the transfer method, a base substrate having a diameter of 6 inches or more, which is difficult to manufacture, can be manufactured with high accuracy and efficiency.
本実施の形態に係る転写法とは、表面に凹凸構造を具備したモールドの、凹凸構造を被処理体(凹凸構造を作製する前のベース基板)に転写する工程を含む方法として定義する。即ち、モールドの凹凸構造と被処理体とを転写材を介し貼合する工程と、モールドを剥離する工程とを少なくとも含む方法である。 The transfer method according to the present embodiment is defined as a method including a step of transferring a concavo-convex structure of a mold having a concavo-convex structure on a surface to an object to be processed (a base substrate before producing the concavo-convex structure). That is, it is a method including at least a step of bonding the concavo-convex structure of the mold and the object to be processed through a transfer material and a step of peeling the mold.
より具体的に、転写法は2つに分類することができる。第1に、被処理体に転写付与された転写材を永久剤として使用する場合である。この場合、被写体と凹凸構造とを構成する材料は異なることとなる。また、凹凸構造は永久剤として残り、LED素子として使用されることを特徴とする。LED素子は、数万時間と長期に渡り使用することから、転写材を永久剤として使用する場合、転写材を構成する材料は、金属元素を含むと好ましい。特に、加水分解・重縮合反応を生じる金属アルコキシドや、金属アルコキシドの縮合体を原料に含むことにより、永久剤としての性能が向上するため好ましい。第2に、ナノインプリントリソグラフィ法が挙げられる。ナノインプリントリソグラフィ法は、モールドのテクスチャーを被処理体上に転写する工程と、エッチングにより被処理体を加工するためのマスクを設ける工程と、被処理体をエッチングする工程と、を含む方法である。例えば、転写材を1種類用いる場合、まず被処理体とモールドとを、転写材を介し貼合する。続いて、熱や光(UV)により転写材を硬化させ、モールドを剥離する。転写材から構成される凹凸構造に対して酸素アッシングに代表されるエッチングを行い、被処理体を部分的に露出させる。その後、転写材をマスクとして、エッチングにより被処理体を加工する。この際の加工方法としては、ドライエッチングとウェットエッチングを採用できる。凹凸構造の高さを高くしたい場合はドライエッチングが有用である。また、例えば転写材を2種類用いる場合、まず被処理体上に第1転写材層を成膜する。続いて、第1転写材層とモールドとを、第2転写材を介して貼合する。その後、熱や光(UV)により転写材を硬化させ、モールドを剥離する。第2転写材から構成される凹凸構造に対して酸素アッシングに代表されるエッチングを行い、第1転写材を部分的に露出させる。続いて、第2転写材層をマスクとして、第1転写材層をドライエッチングによりエッチングする。その後、転写材をマスクとして、エッチングにより被処理体を加工する。この際の加工方法としては、ドライエッチングとウェットエッチングを採用できるが、凹凸構造の高さを高くしたい場合はドライエッチングが有用である。 More specifically, the transfer method can be classified into two. First, the transfer material transferred to the object to be processed is used as a permanent agent. In this case, the materials constituting the subject and the concavo-convex structure are different. The uneven structure remains as a permanent agent and is used as an LED element. Since the LED element is used over a long period of tens of thousands of hours, when the transfer material is used as a permanent agent, the material constituting the transfer material preferably contains a metal element. In particular, it is preferable to include a metal alkoxide that generates a hydrolysis / polycondensation reaction or a metal alkoxide condensate as a raw material because the performance as a permanent agent is improved. Secondly, there is a nanoimprint lithography method. The nanoimprint lithography method includes a step of transferring a texture of a mold onto a target object, a step of providing a mask for processing the target object by etching, and a step of etching the target object. For example, when one type of transfer material is used, first, the object to be processed and the mold are bonded via the transfer material. Subsequently, the transfer material is cured by heat or light (UV), and the mold is peeled off. Etching typified by oxygen ashing is performed on the concavo-convex structure made of a transfer material to partially expose the object to be processed. Thereafter, the object to be processed is processed by etching using the transfer material as a mask. As a processing method at this time, dry etching and wet etching can be employed. Dry etching is useful for increasing the height of the concavo-convex structure. For example, when two types of transfer materials are used, a first transfer material layer is first formed on the object to be processed. Subsequently, the first transfer material layer and the mold are bonded via the second transfer material. Thereafter, the transfer material is cured by heat or light (UV), and the mold is peeled off. Etching typified by oxygen ashing is performed on the concavo-convex structure formed of the second transfer material to partially expose the first transfer material. Subsequently, the first transfer material layer is etched by dry etching using the second transfer material layer as a mask. Thereafter, the object to be processed is processed by etching using the transfer material as a mask. As a processing method at this time, dry etching and wet etching can be employed, but dry etching is useful when it is desired to increase the height of the concavo-convex structure.
以上説明したように、転写法を採用することで、モールドの凹凸構造を被処理体に反映させることができるため、良好なベース基板を得ることができる。 As described above, by adopting the transfer method, the uneven structure of the mold can be reflected on the object to be processed, so that a good base substrate can be obtained.
インプリントモールドの材質は特に限定されず、非フレキシブルなガラス、石英、サファイア、ニッケルや、フレキシブルな樹脂を使用することができる。中でも、フレキシブルなモールドを使用することで、モールドのテクスチャーの転写精度が向上し、かつ、ベース基板が具備する凹凸構造の精度が向上するため、好ましい。 The material of the imprint mold is not particularly limited, and non-flexible glass, quartz, sapphire, nickel, or flexible resin can be used. Among them, it is preferable to use a flexible mold because the transfer accuracy of the texture of the mold is improved and the accuracy of the concavo-convex structure of the base substrate is improved.
<第一半導体の成長>
ベース基板への第一半導体の気相成長方法は、特に限定されないが、周知の有機金属気相成長法(MOCVD法)、分子線エピタキシー法(MBE法)、ハライド気相成長法(HVPE法)、スパッタ法、イオンプレーティング法、電子シャワー法等によって形成することができる。ベース基板上にLED構造を成膜する場合には、成膜速度を制御して膜厚を管理する必要があるため、MOCVD法が好ましい。
<First semiconductor growth>
The method of vapor phase growth of the first semiconductor on the base substrate is not particularly limited, but the well-known metal organic vapor phase growth method (MOCVD method), molecular beam epitaxy method (MBE method), halide vapor phase growth method (HVPE method). It can be formed by sputtering, ion plating, electron shower, or the like. When the LED structure is formed on the base substrate, the MOCVD method is preferable because it is necessary to control the film formation rate to control the film thickness.
本発明は、ベース基板上の複数の凸部の配列軸(La)と、その上に成長させる第一半導体層の結晶成長軸(Lb)とのなす角(Θ)を所定の範囲に調整することで、平坦性の高いLED用半導体テンプレート基板が得られることから、ベース基板上に気相成長させる半導体の種類に関しては制限を受けるものでは無い。第一半導体の例としては、III−V族系半導体(III族元素としては、Al、Ga、In等、V族元素としては、N、P、As、Sb等)が例示でき、ベース基板にc面を主面とし六回対称性を有する複数の凸部を有するサファイア基板を用いた場合には、凸部配列の回転対称性の観点から第一半導体は六方晶のアンドープGaNであることが好ましい。第一半導体は、種々のドーパントを加えたn型半導体又はp型半導体であっても良く、n型半導体のGaNに関してドーパントは、モノシラン、ジシラン、トリメチルシラン等が例示できる。また、その他の第一半導体として、ZnSeや、Si、Ge等の元素半導体も例示でき、更に、II−VI族、VI−VI族等の化合物半導体も原理上適用できる。 In the present invention, the angle (Θ) formed by the arrangement axis (La) of the plurality of convex portions on the base substrate and the crystal growth axis (Lb) of the first semiconductor layer grown thereon is adjusted within a predetermined range. Thus, since a semiconductor template substrate for LED with high flatness can be obtained, the type of semiconductor to be vapor-phase grown on the base substrate is not limited. Examples of the first semiconductor include III-V group semiconductors (Group III elements include Al, Ga, In, etc., and Group V elements include N, P, As, Sb, etc.). In the case of using a sapphire substrate having a plurality of convex portions having a c-plane as a main surface and six-fold symmetry, the first semiconductor may be hexagonal undoped GaN from the viewpoint of rotational symmetry of the convex portion arrangement. preferable. The first semiconductor may be an n-type semiconductor or a p-type semiconductor to which various dopants are added. Examples of the dopant for GaN of the n-type semiconductor include monosilane, disilane, and trimethylsilane. Other examples of the first semiconductor include elemental semiconductors such as ZnSe, Si, and Ge, and compound semiconductors such as II-VI group and VI-VI group are also applicable in principle.
本実施の形態において、第一半導体とベース基板の材質が異なるヘテロ成長の場合には、双方の格子定数の差異を緩和させる為、第一半導体は、Have未満の厚みのバッファー層を介してベース基板上に成長させることが好ましい。前記バッファー層の厚みが、Haveより薄い場合、ベース基板平坦部上に成長させる第一半導体がベース基板主面に平行方向に成長する際に、ベース基板上の複数の凸部によって立体障害を受けることから、Θを制御することによる平坦性向上の効果が得られる。ベース基板にサファイア基板を用いる場合には、前記バッファー層は、MOCVDにて成長させるGaN系、又はAlN系の低温バッファー層を用いることが好ましい。なお、前記バッファー層はMOCVDにて低温成長させる以外に、スパッタにて成長させることもできる。 In this embodiment, in the case of hetero-growth in which the materials of the first semiconductor and the base substrate are different, the first semiconductor is formed on the base via a buffer layer having a thickness less than Have in order to alleviate the difference in lattice constant between the two. It is preferable to grow on the substrate. When the thickness of the buffer layer is smaller than Have, when the first semiconductor grown on the base substrate flat portion grows in a direction parallel to the main surface of the base substrate, it is sterically hindered by a plurality of convex portions on the base substrate. Therefore, the effect of improving the flatness by controlling Θ can be obtained. When a sapphire substrate is used as the base substrate, the buffer layer is preferably a GaN-based or AlN-based low-temperature buffer layer grown by MOCVD. The buffer layer can be grown not only by MOCVD at a low temperature but also by sputtering.
<半導体テンプレート基板を用いたLED素子の作製>
図9は、本実施の形態に係るLED素子の断面概略図の一例である。図9に示すように、LED素子100は、ベース基板10及び第一半導体層30を有する半導体テンプレート基板80と、第二半導体層35と、発光層40と、第三半導体層50と、透明導電膜60と、第一電極70と、第二電極85と、を有して構成される。第一半導体層30は、例えばアンドープ半導体層であり、第二半導体層35は、例えば、n型半導体層であり、第三半導体層50は、例えば、p型半導体層である。係る場合、第一電極70がp電極であり、第二電極85がn電極である。なお、透明導電膜60は形成されていなくてもよい。
<Production of LED element using semiconductor template substrate>
FIG. 9 is an example of a schematic cross-sectional view of the LED element according to the present embodiment. As shown in FIG. 9, the
図9に示すLED素子100をフェースアップ実装した場合においては、発光層40にて発生した発光光は、第三半導体層50側又はLED素子100の端部から取り出される。さらに、第一半導体層30と第二半導体層35とは互いに異なる半導体層である。
When the
LED素子は、多数のLED素子が一体的に形成された積層基板からレーザーを用いて発光素子単位に分断し個々に素子化して製造される。 The LED elements are manufactured by dividing into individual light emitting element units using a laser from a laminated substrate on which a large number of LED elements are integrally formed.
本実施の形態では、ベース基板10の凸部間の平均パターンギャップ(PGave)の範囲及び、複数の凸部の配列軸(La)と、第一半導体層30の結晶成長軸(Lb)との成す角(Θ)の範囲を適正化したことで、半導体テンプレート基板80の表面の平坦性を高めることができる。この結果、半導体テンプレート基板80を用いて作製したLED素子100は、Irが抑制される効果を奏する。Irは、電極70、85間に逆バイアス電圧を印加した状態で測定されるリーク電流である。本実施の形態では、半導体テンプレート基板80の表面の平坦性を向上させることができ、その結果、半導体テンプレート基板80上に形成される各層を所定厚にて適切に積層形成することが可能である。従って各層の界面を高精度に密接形成することができ、リーク電流の発生を抑制することが可能になる。
In the present embodiment, the range of the average pattern gap (PGave) between the protrusions of the
以下、本発明について、実施例に基づきさらに詳述するが、これらは説明のために記述されるものであって、本発明の範囲が下記実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is further explained in full detail based on an Example, these are described for description and the range of this invention is not limited to the following Example.
以下、本発明の効果を確認するために行った実施例及び比較例の共通部分について説明する。以下の説明において使用する記号は、以下の意味を示す。
・DACHP…フッ素含有ウレタン(メタ)アクリレート(OPTOOL(登録商標) DAC HP(ダイキン工業社製))
・M350…トリメチロールプロパン(EO変性)トリアクリレート(東亞合成社製)
・I.184…1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(Irgacure(登録商標、以下同じ) 184(BASF社製))
・I.369…2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタノン−1(Irgacure 369(BASF社製))
・TTB…チタニウム(IV)テトラブトキシドモノマー(和光純薬工業社製)
・SH710…フェニル変性シリコーン(東レ・ダウコーニング社製)
・3APTMS…3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン(KBM5103(信越シリコーン社製))
・DIBK…ジイソブチルケトン
・PGME…プロピレングリコールモノメチルエーテル
・MEK…メチルエチルケトン
・MIBK…メチルイソブチルケトン
・DR833…トリシクロデカンジメタノールジアクリレート(SR833(SARTOMER社製))
・SR368…トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリアクリレート(SR833(SARTOMER社製))
Hereinafter, the common part of the Example and comparative example which were performed in order to confirm the effect of this invention is demonstrated. The symbols used in the following description have the following meanings.
・ DACHP: Fluorine-containing urethane (meth) acrylate (OPTOOL (registered trademark) DAC HP (manufactured by Daikin Industries))
M350: trimethylolpropane (EO-modified) triacrylate (manufactured by Toagosei Co., Ltd.)
・ I. 184 ... 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone (Irgacure (registered trademark, the same applies hereinafter) 184 (manufactured by BASF))
・ I. 369 ... 2-benzyl-2-dimethylamino-1- (4-morpholinophenyl) -butanone-1 (Irgacure 369 (manufactured by BASF))
-TTB: Titanium (IV) tetrabutoxide monomer (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
SH710: Phenyl-modified silicone (Toray Dow Corning)
・ 3APTMS ... 3-acryloxypropyltrimethoxysilane (KBM5103 (manufactured by Shin-Etsu Silicone))
-DIBK ... diisobutyl ketone-PGME-propylene glycol monomethyl ether-MEK-methyl ethyl ketone-MIBK-methyl isobutyl ketone-DR833 ... tricyclodecane dimethanol diacrylate (SR833 (manufactured by SARTOMER))
SR368 ... Tris (2-hydroxyethyl) isocyanurate triacrylate (SR833 (manufactured by SARTOMER))
<実施例及び比較例>
表面に種々の凹凸構造を具備するベース基板を作製し、ベース基板上に第一半導体を気相成長させ、半導体テンプレート基板を作製した。作製した半導体テンプレート基板の前記Θを求めた。Θの求め方は、前述した<Θの確認方法>と同様の手法で求めた。
<Examples and Comparative Examples>
A base substrate having various uneven structures on the surface was produced, and a first semiconductor was vapor-phase grown on the base substrate to produce a semiconductor template substrate. The Θ of the manufactured semiconductor template substrate was determined. The way of obtaining Θ was obtained by the same method as the above-described <Method for confirming Θ>.
その後、半導体テンプレート基板上にLED素子を構成する各層を成長させ、LED特性に関して比較評価を行った。 Then, each layer which comprises an LED element was grown on the semiconductor template board | substrate, and comparative evaluation was performed regarding LED characteristics.
以下の検討においては、表面に凹凸構造を具備するベース基板を作製するために、まず(1)円筒状マスターモールドを作製し、(2)円筒状マスターモールドに対して光転写法を適用して、リール状樹脂モールドを作製した。(3)その後、リール状樹脂モールドを光学基材のナノ加工用フィルムへと加工した。続いて、(4)ナノ加工用フィルムを使用し、被処理体(凹凸構造を作製する前のベース基板)にマスクを形成し、得られたマスクを介してドライエッチングを行うことで、表面に凹凸構造を具備するベース基板を作製した。(5)ベース基板上に第一半導体を気相成長させて半導体テンプレート基板を作製し、最後に(6)半導体テンプレート基板を用いてLED素子を作製し、以下の(7)、(9)の各性能を評価した。 In the following examination, in order to produce a base substrate having a concavo-convex structure on the surface, first, (1) a cylindrical master mold is produced, and (2) an optical transfer method is applied to the cylindrical master mold. A reel-shaped resin mold was produced. (3) Thereafter, the reel-shaped resin mold was processed into a film for nano-processing of an optical substrate. Subsequently, (4) using a film for nano-processing, forming a mask on the object to be processed (base substrate before producing the concavo-convex structure), and performing dry etching through the obtained mask, A base substrate having an uneven structure was produced. (5) The first semiconductor is vapor-phase grown on the base substrate to produce a semiconductor template substrate. Finally, (6) an LED element is produced using the semiconductor template substrate, and the following (7) and (9) Each performance was evaluated.
(1)円筒状マスターモールドの作製
半導体レーザーを用いた直接描画リソグラフィ法により円筒状石英ガラスの表面に、凹凸構造を形成した。まず円筒状石英ガラス表面上に、スパッタリング法によりレジスト層を成膜した。スパッタリング法は、ターゲット(レジスト層)として、φ3インチのCuO(8atm%Si含有)を用いて、RF100Wの電力で実施し、20nmのレジスト層を成膜した。その後、一度円筒状石英ガラスの全面を露光した。続いて、円筒状石英ガラスを回転させながら、波長405nm半導体レーザーを用い露光を行った。次に、露光後のレジスト層を現像した。レジスト層の現像は、0.03wt%のグリシン水溶液を用いて、240sec間、処理を行った。次に、現像したレジスト層をマスクとし、ドライエッチングによるエッチング層(石英ガラス)のエッチングを行った。ドライエッチングは、エッチングガスとしてSF6を用い、処理ガス圧1Pa、処理電力300W、処理時間5分の条件で実施した。最後に、表面に凹凸構造が付与された円筒状石英ガラスから、レジスト層残渣のみを、pH1の塩酸を用い剥離した。剥離時間は6分間とした。
(1) Production of cylindrical master mold An uneven structure was formed on the surface of cylindrical quartz glass by a direct drawing lithography method using a semiconductor laser. First, a resist layer was formed on the surface of the cylindrical quartz glass by a sputtering method. The sputtering method was carried out using φ3 inch CuO (containing 8 atm% Si) as a target (resist layer) with a power of RF 100 W to form a 20 nm resist layer. Thereafter, the entire surface of the cylindrical quartz glass was exposed once. Subsequently, exposure was performed using a semiconductor laser having a wavelength of 405 nm while rotating the cylindrical quartz glass. Next, the resist layer after exposure was developed. The resist layer was developed using a 0.03 wt% glycine aqueous solution for 240 seconds. Next, using the developed resist layer as a mask, the etching layer (quartz glass) was etched by dry etching. Dry etching was performed using SF 6 as an etching gas under the conditions of a processing gas pressure of 1 Pa, a processing power of 300 W, and a processing time of 5 minutes. Finally, only the resist layer residue was peeled off from the cylindrical quartz glass having a concavo-convex structure on its surface using hydrochloric acid having a pH of 1. The peeling time was 6 minutes.
得られた円筒状石英ガラスの凹凸構造に対し、フッ素系離型剤であるオプツール(登録商標)HD−2100TH(ダイキン化学工業社製)を塗布し、60℃で1時間加熱後、室温で24時間静置し固定化した。その後、オプツールHD−TH(ダイキン化学工業社製)で3回洗浄し、円筒状マスターモールドを得た。 Optool (registered trademark) HD-2100TH (manufactured by Daikin Chemical Industries), which is a fluorine-based mold release agent, was applied to the concavo-convex structure of the obtained cylindrical quartz glass, heated at 60 ° C. for 1 hour, and then at room temperature for 24 hours. It was left to stand for immobilization. Then, it wash | cleaned 3 times by Optool HD-TH (made by Daikin Chemical Industries), and the cylindrical master mold was obtained.
(2)リール状樹脂モールドの作製
作製した円筒状マスターモールドを鋳型とし、光ナノインプリント法を適用し、連続的にリール状樹脂モールドG1を作製した。続いて、リール状樹脂モールドG1をテンプレートとして、光ナノインプリント法により、連続的にリール状樹脂モールドG2を得た。
(2) Production of reel-shaped resin mold Using the produced cylindrical master mold as a mold, the optical nanoimprint method was applied to continuously produce a reel-shaped resin mold G1. Subsequently, a reel-shaped resin mold G2 was continuously obtained by an optical nanoimprint method using the reel-shaped resin mold G1 as a template.
PETフィルムA−4100(東洋紡社製:幅300mm、厚さ100μm)の易接着面にマイクログラビアコーティング(廉井精機社製)により、塗布膜厚5μmになるように以下に示す材料1を塗布した。次いで、円筒状マスターモールドに対し、材料1が塗布されたPETフィルムをニップロールで押し付け、大気下、温度25℃、湿度60%で、ランプ中心下での積算露光量が1500mJ/cm2となるように、フュージョンUVシステムズ・ジャパン株式会社製のUV露光装置(Hバルブ)を用いて紫外線を照射し、連続的に光硬化を実施した。そして表面にテクスチャーが転写されたリール状樹脂モールドG1(長さ200m、幅300mm)を得た。
材料1… DACHP:M350:I.184:I.369=17.5g:100g:5.5g:2.0g
The
次に、リール状樹脂モールドG1をテンプレートとして見立て、光ナノインプリント法を適用し連続的に、リール状樹脂モールドG2を作製した。 Next, the reel-shaped resin mold G1 was regarded as a template, and the optical nanoimprint method was applied to continuously produce the reel-shaped resin mold G2.
PETフィルムA−4100(東洋紡社製:幅300mm、厚さ100μm)の易接着面にマイクログラビアコーティング(廉井精機社製)により、材料1を塗布膜厚3μmになるように塗布した。次いで、リール状樹脂モールドG1の凹凸構造面に対し、材料1が塗布されたPETフィルムをニップロール(0.1MPa)で押し付け、大気下、温度25℃、湿度60%で、ランプ中心下での積算露光量が1200mJ/cm2となるように、フュージョンUVシステムズ・ジャパン株式会社製UV露光装置(Hバルブ)を用いて紫外線を照射し、連続的に光硬化を実施した。そして表面に凹凸構造が転写されたリール状樹脂モールドG2(長さ200m、幅300mm)を複数得た。
(3)ナノ加工用フィルムの作製
リール状樹脂モールドG2の凹凸構造面に対して、下記材料2の希釈液を塗工した。続いて、材料2を凹凸構造内部に内包するリール状樹脂モールドG2の凹凸構造面上に、下記材料3の希釈液を塗工し、ナノ加工用フィルムを得た。
材料2…TTB:3APTMS:SH710:I.184:I.369=65.2g:34.8g:5.0g:1.9g:0.7g
材料3…Bindingpolymer:SR833:SR368:I.184:I.369=77.1g:11.5g:11.5g:1.47g:0.53g
Bindingpolymer…ベンジルメタクリレート80質量%、メタクリル酸20質量%の2元共重合体のメチルエチルケトン溶液(固形分50%、重量平均分子量56000、酸当量430、分散度2.7)
(3) Production of Nano-Processing Film A diluent of the following
Binding polymer: Methyl ethyl ketone solution of binary copolymer of 80% by mass of benzyl methacrylate and 20% by mass of methacrylic acid (
(2)のリール状樹脂モールドの作製と同様の装置を使用し、PGMEにて希釈した材料2を、リール状樹脂モールドG2のテクスチャー面上に直接塗工した。ここで、希釈濃度は、単位面積当たりの塗工原料(PGMEにて希釈した材料2)中に含まれる固形分量が、単位面積当たりの凹凸構造の体積よりも20%以上小さくなるように設定した。塗工後、80℃の送風乾燥炉内を5分間かけて通過させ、材料2を凹凸構造内部に内包するリール状樹脂モールドG2を巻き取り回収した。
Using a device similar to the production of the reel-shaped resin mold in (2), the
続いて、材料2を凹凸構造内部に内包するリール状樹脂モールドG2を巻き出すと共に、(2)のリール状樹脂モールドの作製と同様の装置を使用し、PGME及びMEKにて希釈した材料3を、テクスチャー面上に直接塗工した。ここで、希釈濃度は、テクスチャー内部に配置された材料2と塗工された材料3の界面と、材料3の表面と、の距離が400nm〜800nmになるように設定した。塗工後、80℃の送風乾燥炉内を5分間かけて通過させ、材料3の表面にポリプロピレンから成るカバーフィルムを合わせ、巻き取り回収した。
Subsequently, the reel-shaped resin mold G2 including the
(4)ベース基板の作製
作製したナノ加工用フィルムを使用し、ベース基板の表面凹凸構造付与を試みた。被処理体(凹凸構造を作製する前のベース基板)としては、表面がc面であるサファイア基板を使用した。サファイア基板には2インチサイズの片面研磨サファイア基板を用いた。
(4) Production of base substrate Using the produced nano-processing film, an attempt was made to impart a surface uneven structure to the base substrate. A sapphire substrate having a c-plane surface was used as the object to be processed (base substrate before producing the concavo-convex structure). A 2-inch single-side polished sapphire substrate was used as the sapphire substrate.
サファイア基板に対しUV−O3処理を5分間行い、表面のパーティクルを除去すると共に、親水化した。続いて、ナノ加工用フィルムの材料3表面を、サファイア基板に対して貼合した。この時、サファイア基板を80℃に加温した状態で貼合した。続いて、高圧水銀灯光源を使用し、積算光量が1200mJ/cm2になるように、リール状樹脂モールドG2越しに光照射した。その後、リール状樹脂モールドG2を剥離した。
The sapphire substrate was subjected to UV-O 3 treatment for 5 minutes to remove surface particles and to make it hydrophilic. Then, the
得られた積層体(材料2/材料3/基板からなる積層体)の材料2面側より酸素ガスを使用したエッチングを行い、材料2をマスクとして見立て材料3をナノ加工し、サファイア基板表面を部分的に露出させた。酸素エッチンングとしては、圧力1Pa,電力300Wの条件にてサファイア基板表面を部分的に露出させるよう時間を調整し、エッチングを行った。続いて、材料2面側からBCl3ガスを使用した反応性イオンエッチング(RIE−101iPH、サムコ株式会社製)を行い、サファイア基板表面をナノ加工した。BCl3を使用したエッチングは、ICP:150W、BIAS:50W、圧力0.2Paの条件にて、実施例及び比較例で使用したサファイア基板上の凹凸構造となるようにエッチング時間を調整した。
Etching using oxygen gas is performed from the
最後に、硫酸及び過酸化水素水を2:1の重量比にて混合した溶液にて洗浄し、凹凸構造を表面に具備するベース基板を得た。なお、サファイア上に作製される凹凸構造の形状は、主に、円筒状マスターモールドに作製した凹凸構造の形状、樹脂モールドを製造する際のニップ圧条件、ナノ加工用フィルムの材料2の充填率と材料3の膜厚と反応性イオンエッチングのエッチング時間により適宜制御した。
Finally, it was washed with a solution in which sulfuric acid and hydrogen peroxide solution were mixed at a weight ratio of 2: 1 to obtain a base substrate having an uneven structure on the surface. In addition, the shape of the concavo-convex structure produced on sapphire is mainly the shape of the concavo-convex structure produced in the cylindrical master mold, the nip pressure condition when manufacturing the resin mold, and the filling rate of the
(5)半導体テンプレート基板の作製
(4)にて得られたベース基板上に、MOCVD装置を用いて、以下の順序で第一半導体を成膜した。まず初めに、ベース基板に対し、1000℃〜1150℃の温度にて水素ガスによるサーマルクリーングを行った。続いて450〜550℃にて、TMG(トリメチルガリウム)及びNH3(アンモニア)を原料ガスとしてGaNの低温バッファー層(厚み30nm)を成膜した。低温バッファー層の成膜厚みは、いずれの実施例及び比較例の凸部平均高さ(Have)より薄い厚みであり、低温バッファー層の成膜によってベース基板上の凹凸が平坦化されることが無い条件設定とした。
(5) Production of Semiconductor Template Substrate A first semiconductor film was formed on the base substrate obtained in (4) using the MOCVD apparatus in the following order. First, thermal cleaning with hydrogen gas was performed on the base substrate at a temperature of 1000 ° C. to 1150 ° C. Subsequently, a low temperature buffer layer (
その後、TMGとNH3を原料ガスとして1000℃〜1150℃にて第一半導体であるアンドープGaNを成膜して平坦面を形成し、半導体テンプレート基板を得た。なお、本明細書における実施例、比較例及び参考例においては、ベース基板上の凸部の配列軸(La)と第一半導体層の結晶成長軸(Lb)のなす角(Θ)に対する、半導体テンプレート基板表面の平坦性の影響を確認するため、意図的に第一半導体までの成膜条件を同一条件に統一してMOCVD成膜した。 Thereafter, undoped GaN, which is the first semiconductor, was formed at 1000 ° C. to 1150 ° C. using TMG and NH 3 as source gases to form a flat surface, thereby obtaining a semiconductor template substrate. In the examples, comparative examples, and reference examples in this specification, the semiconductor with respect to the angle (Θ) formed by the alignment axis (La) of the protrusions on the base substrate and the crystal growth axis (Lb) of the first semiconductor layer. In order to confirm the influence of the flatness of the template substrate surface, the MOCVD film formation was intentionally unified with the same film formation conditions up to the first semiconductor.
得られた半導体テンプレート基板の表面平坦性を、AFMによって200μm×200μmの視野で観察し、その際の自乗平均面粗さ(RMS)を測定して比較評価を行った。なお、第一半導体成膜後に第一半導体によって平坦化がされず、半導体テンプレート基板表面が目視段階で鏡面成長していなかった場合、即ち半導体テンプレート基板表面の凹凸により白濁した場合のみ、比較例の評価結果に、鏡面成長せずと記載した。記載がない検討結果に関しては、いずれも目視にて鏡面成長が確認された。 The surface flatness of the obtained semiconductor template substrate was observed with a field of view of 200 μm × 200 μm by AFM, and the mean square surface roughness (RMS) at that time was measured for comparative evaluation. In addition, only when the flattening is not performed by the first semiconductor after the first semiconductor film is formed and the surface of the semiconductor template substrate is not mirror-growth at the visual stage, that is, when the surface of the semiconductor template substrate becomes cloudy due to the unevenness of the surface of the semiconductor template substrate. In the evaluation results, it was described that mirror growth did not occur. Regarding the examination results not described, mirror growth was confirmed visually.
(6)半導体テンプレート基板を用いたLED素子の作製
(5)にて得られた半導体テンプレート基板上に、SiドープのGaN(n型半導体)を第一半導体の成膜温度と同一温度で5μm成膜した。続いて、800℃〜850℃でSiドープGaN層とSiドープInXGa1−XN層(x=0.05〜0.10)の積層周期構造である歪超格子構造を成膜した。さらに、750℃〜800℃でSiドープGaN層とInXGa1−XN層(x=0.12〜0.16)の積層周期構造である多重量子井戸(MQW)を成膜した。MQWのGaN層及びInXGa1−XN層の厚みは、それぞれ、13nmと3nmに設定した。さらに、1050℃〜1150℃で、MgドープAlGaN層(エレクトロブロッキング層)及びMgドープGaN層をp型半導体層として110nmの総厚みにて成膜した。続いて、p型半導体表面にITOを成膜し、各種エッチング加工を経た後に電極パットを設け、フェースアップタイプの0.35mmLED素子(ウエハ状態)を得た。なお、本実施の形態における実施例、比較例及び参考例においては、いずれも(5)、(6)に示した成膜条件は統一して比較評価した。
(6) Production of LED element using semiconductor template substrate On the semiconductor template substrate obtained in (5), 5 μm of Si-doped GaN (n-type semiconductor) is formed at the same temperature as the film formation temperature of the first semiconductor. Filmed. Subsequently, a strained superlattice structure, which is a laminated periodic structure of a Si-doped GaN layer and a Si-doped In X Ga 1-X N layer (x = 0.05 to 0.10), was formed at 800 ° C. to 850 ° C. Further, a multiple quantum well (MQW) having a laminated periodic structure of a Si-doped GaN layer and an In X Ga 1-X N layer (x = 0.12 to 0.16) was formed at 750 ° C. to 800 ° C. The thicknesses of the MQW GaN layer and the In X Ga 1-X N layer were set to 13 nm and 3 nm, respectively. Further, at 1050 ° C. to 1150 ° C., an Mg-doped AlGaN layer (electroblocking layer) and an Mg-doped GaN layer were formed as p-type semiconductor layers with a total thickness of 110 nm. Subsequently, an ITO film was formed on the surface of the p-type semiconductor, and after various etching processes, an electrode pad was provided to obtain a face-up type 0.35 mm LED element (wafer state). In the examples, comparative examples, and reference examples in the present embodiment, the film forming conditions shown in (5) and (6) were unified for comparative evaluation.
(7)Irの測定
2インチのサファイア基板上に得られたLED素子10000個以上に対して、オートプローバを用いてp電極パッドとn電極パッドの間に―5V(逆バイアス)印加した際のリーク電流(Ir)を測定した。その際のリーク電流が、0.23μA未満であった素子の割合(%)を、Ir収率(%)として測定した。
(7) Ir measurement When -5 V (reverse bias) is applied between the p-electrode pad and the n-electrode pad using an autoprober for 10000 or more LED elements obtained on a 2-inch sapphire substrate. Leakage current (Ir) was measured. The ratio (%) of the element whose leakage current was less than 0.23 μA was measured as the Ir yield (%).
(8)LED素子のパッケージング
また、上記Ir測定後、サファイア裏面研磨及びダイシングを行い、前記10000個以上のLED素子の内、20個をTO缶にダイボンド材を用いて実装をした後、Auワイヤーにてボンディングし、LEDパッケージを作製した。
(8) Packaging of LED elements After the above Ir measurement, sapphire back surface polishing and dicing are performed, and 20 of the 10000 or more LED elements are mounted on a TO can using a die bond material, and then Au The LED package was produced by bonding with a wire.
(9)発光出力の測定
(8)によって得られたLEDパッケージに関して、20mAの電流を順方向に流した際の発光出力の相加平均値(P0)を積分球によって求め、後述する参考例1に対する発光出力比を求めた。なお、本実施例、比較例及び参考例1のLED素子の発光ピーク波長の相加平均値は、いずれも450±10nmであることを確認した。表1〜表3に、後述するフラットサファイア基板を用いた場合の参考例の発光出力の相加平均値(P1)に対する、本実施の形態に係る実施例又は比較例の各々の発光出力の相加平均値の比率(P0/P1)が、1.1以上であれば○、1.1未満であれば×と示した。
(9) Measurement of light emission output For the LED package obtained in (8), the arithmetic average value (P0) of light emission output when a current of 20 mA was passed in the forward direction was obtained by an integrating sphere, and Reference Example 1 described later. The light emission output ratio was calculated. In addition, it confirmed that all of the arithmetic mean value of the light emission peak wavelength of the LED element of a present Example, a comparative example, and the reference example 1 were 450 +/- 10nm. In Tables 1 to 3, the phase of each light emission output of the example according to the present embodiment or the comparative example with respect to the arithmetic average value (P1) of the light emission output of the reference example when the flat sapphire substrate described later is used. When the ratio (P0 / P1) of the arithmetic mean value was 1.1 or more, it was indicated as ◯, and when it was less than 1.1, it was indicated as ×.
(参考例1)
参考例として、ベース基板として表面がc面で凹凸構造が無いフラットサファイア基板を用いて(5)、(6)と同様に作製したLEDパッケージ20個に、20mAの電流を順方向に流した際の発光出力の相加平均値(P1)を積分球によって求め、発光出力比を求めた。
(Reference Example 1)
As a reference example, when a flat sapphire substrate having a c-plane surface and no concavo-convex structure was used as a base substrate, a current of 20 mA was passed forward through 20 LED packages fabricated in the same manner as (5) and (6). The arithmetic average value (P1) of the luminescence output was obtained with an integrating sphere to obtain the luminescence output ratio.
後述する実施例1〜17及び比較例1〜12に関して、鏡面成長した半導体テンプレート基板の断面をSEM観察したところ、いずれの条件においても凹凸構造と第一半導体との界面に空隙は確認されず、第一半導体によって良好に埋め込みがなされていた。 Regarding Examples 1 to 17 and Comparative Examples 1 to 12 described later, when a cross section of a mirror-grown semiconductor template substrate was observed with an SEM, no gap was confirmed at the interface between the concavo-convex structure and the first semiconductor under any conditions, Well embedded by the first semiconductor.
なお、実施例及び比較例で使用したサファイア基板上の凹凸構造に関する情報として、n値(n回対称の配列を有する複数の凸部)、Pave、PGave、Have、Bave、Duty(比率(Bave/Pave))、凸部頂部形状を、表1〜表3に記載した。 In addition, as information regarding the concavo-convex structure on the sapphire substrate used in Examples and Comparative Examples, n value (a plurality of convex portions having an n-fold symmetric arrangement), Pave, PGave, Have, Bave, Duty (ratio (Bave / Pave)), the top shape of the convex part is shown in Tables 1 to 3.
(実施例1〜実施例8、及び、比較例1〜比較例4)
表1の、実施例1〜実施例8、及び、比較例1〜比較例4は、LaとLbの成す角(Θ)の最適な範囲を調べた結果である。図1Cで説明した平坦部と正六方配列(六回対称の配列)された複数の凸部からなるサファイア基板(主面はc面)を用いて、LaとLbの成す角(Θ)を60°〜90°まで変化させた。なお、第一半導体層は、単純六方のブラベー格子を成長単位とした。成す角(Θ)は、各表に示す「ベース基板表面凹凸構造」の各条件を変化させることで変化させることができた。
(Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 4)
Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 4 in Table 1 are the results of examining the optimum range of the angle (Θ) formed by La and Lb. Using the sapphire substrate (the principal surface is the c-plane) composed of a plurality of convex portions and a regular hexagonal array (six-fold symmetry array) described in FIG. 1C, the angle (Θ) formed by La and Lb is 60 It was changed from ° to 90 °. The first semiconductor layer has a simple hexagonal Bravey lattice as the growth unit. The formed angle (Θ) could be changed by changing each condition of the “base substrate surface uneven structure” shown in each table.
また、実施例1〜実施例8及び比較例1〜比較例4の凸部形状をSEMで断面観察したところ、個々の凸部の形状は、凸部頂部から凸部底部にかけての側面が膨らむように湾曲した形状であり、側面の傾斜角度は多段階に変化しており、凸部頂部は曲率半径0超の角部であった。 Moreover, when the convex part shape of Example 1- Example 8 and Comparative Example 1- Comparative Example 4 was cross-sectional-observed with SEM, the shape of each convex part seems to swell the side surface from a convex part top part to a convex part bottom part. The inclination angle of the side surface changed in multiple stages, and the top of the convex part was a corner part with a radius of curvature exceeding zero.
実施例1〜実施例8のΘが90°、85°、75°の時には、RMSは低く、半導体テンプレート基板表面の平坦性が高い結果となった。一方で、比較例1〜比較例4のΘが60°の時は、RMSが高くなる傾向が確認された。従って、平坦性の高いLED用半導体テンプレート基板を得る観点からΘが、70°<Θ≦90°を満たすことが好ましいことがわかった。 When Θ of Examples 1 to 8 was 90 °, 85 °, and 75 °, the RMS was low, and the flatness of the semiconductor template substrate surface was high. On the other hand, when Θ of Comparative Examples 1 to 4 was 60 °, a tendency for RMS to increase was confirmed. Therefore, it was found that Θ preferably satisfies 70 ° <Θ ≦ 90 ° from the viewpoint of obtaining a semiconductor template substrate for LED with high flatness.
また、半導体テンプレート基板表面の平坦性が高くなることで、LED用半導体テンプレート基板を用いて作製したLED素子のIr収率が高まる傾向が確認された。また、実施例1〜実施例8、及び、比較例1〜比較例4では、LED素子の発光出力が参考例1のフラットサファイアを用いて作製したLED素子の発光出力よりも10%以上高いことが確認された。従って、LaとLbの成す角(Θ)を所定の範囲にすることによって、平坦性の高い半導体テンプレート基板が得られ、半導体テンプレート基板を用いて作製したLED素子は、発光出力が高く、かつ、Ir収率の高い基板が得られることがわかった。また、実施例1〜実施例8、及び、比較例1〜比較例4では、いずれも半導体テンプレート基板の表面が鏡面成長(白濁が無い)していることが目視で確認された。 Moreover, the tendency for the Ir yield of the LED element produced using the semiconductor template substrate for LED to increase because the flatness of the semiconductor template substrate surface became high was confirmed. Moreover, in Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 4, the light emission output of the LED element is 10% or more higher than the light emission output of the LED element produced using the flat sapphire of Reference Example 1. Was confirmed. Therefore, by setting the angle (Θ) formed by La and Lb within a predetermined range, a semiconductor template substrate with high flatness can be obtained, and the LED element manufactured using the semiconductor template substrate has a high light emission output, and It was found that a substrate with a high Ir yield was obtained. Further, in each of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 4, it was visually confirmed that the surface of the semiconductor template substrate was specularly grown (no white turbidity).
(実施例9〜実施例16、及び、比較例5〜比較例11)
表2の実施例9〜実施例16、及び、比較例5〜比較例11は、PGaveの最適な範囲を調査した結果である。実施例9〜実施例16、及び、比較例5〜比較例11では、図1Cで説明した平坦部と正六方配列(六回対称の配列)された複数の凸部からなるサファイア基板(主面はc面)を用いて、凸部間の平均パターンギャップ(PGave)を変化させた。その時に、Θを制御することによる、半導体テンプレート基板表面の平坦性向上効果の有無、また、Ir収率及び発光出力比について確認した。なお、実施例9〜実施例16、及び、比較例5〜比較例11の凸部形状をSEMで断面観察した。その結果、個々の凸部の形状は、凸部頂部から凸部底部にかけての側面が膨らむように湾曲した形状であり、側面の傾斜角度は多段階に変化しており、凸部頂部は曲率半径0超の角部であった。
(Examples 9 to 16 and Comparative Examples 5 to 11)
Examples 9 to 16 and Comparative Examples 5 to 11 in Table 2 are the results of investigating the optimal range of PGave. In Example 9 to Example 16 and Comparative Example 5 to Comparative Example 11, a sapphire substrate (main surface) composed of a flat portion described in FIG. 1C and a plurality of convex portions arranged in a regular hexagonal arrangement (six-fold symmetry arrangement). Was used to change the average pattern gap (PGave) between the convex portions. At that time, the presence or absence of an effect of improving the flatness of the surface of the semiconductor template substrate by controlling Θ, the Ir yield, and the light emission output ratio were confirmed. In addition, the cross-section observation of the convex part shape of Example 9- Example 16 and Comparative Example 5- Comparative Example 11 was carried out by SEM. As a result, the shape of each convex portion is a curved shape so that the side surface from the top of the convex portion to the bottom of the convex portion swells, the inclination angle of the side surface changes in multiple steps, and the top of the convex portion has a radius of curvature. The corner was more than 0.
まずは、Θを制御することによる、半導体テンプレート基板表面の平坦性向上効果の有無を確認した。確認方法としては、ベース基板の表面に凹凸構造を有する種々の基板に関して、Θ=90°の半導体テンプレート基板を作製した。そして、半導体テンプレート基板の表面の自乗平均面粗さ(RMSΘ90°)、半導体テンプレート基板を用いたLED素子のIr収率、及び、発光出力比を求めた。その際、ベース基板の表面に凹凸構造を有する種々の基板に関して、Θ=60°の半導体テンプレート基板も作製し、自乗平均面粗さ(RMSΘ60°)を求めた。そして、RMSΘ90°/RMSΘ60°の値が0.90以下であった場合に、Θ制御による半導体テンプレート基板の表面の平坦性向上効果を有するとした。 First, it was confirmed whether or not there was an effect of improving the flatness of the surface of the semiconductor template substrate by controlling Θ. As a confirmation method, a semiconductor template substrate of Θ = 90 ° was produced for various substrates having a concavo-convex structure on the surface of the base substrate. Then, the root mean square roughness (RMS Θ90 ° ) of the surface of the semiconductor template substrate, the Ir yield of the LED element using the semiconductor template substrate, and the light emission output ratio were determined. At that time, regarding various substrates having a concavo-convex structure on the surface of the base substrate, a semiconductor template substrate of Θ = 60 ° was also produced, and the root mean square roughness (RMS Θ60 ° ) was obtained. Then, when the value of RMS Θ90 ° / RMS Θ60 ° is 0.90 or less, the surface flatness improvement effect of the semiconductor template substrate by the Θ control is assumed.
PGaveが、5nmより大きく400nmより小さい値を満たす実施例9〜実施例16においては、RMSΘ90°/RMSΘ60°の値が0.90以下の値を示し、Θを制御することによる、半導体テンプレート基板表面の平坦性向上効果を有することが確認された。一方で、PGave≧400nmを満たす比較例9〜比較例11においては、RMSΘ90°/RMSΘ60°の値より、Θを制御することによる半導体テンプレート基板表面の平坦性向上効果が低いことが確認された。これは、最隣接する凸部間のPGaveが大きくなることによって、第一半導体が凸部間で成長しやすくなるため、Θの制御による半導体テンプレート基板表面の平坦性向上効果が少なくなることが考えられる。 In Example 9 to Example 16 where PGave satisfies a value larger than 5 nm and smaller than 400 nm, the value of RMS Θ90 ° / RMS Θ60 ° shows a value of 0.90 or less, and the semiconductor template by controlling Θ It was confirmed to have an effect of improving the flatness of the substrate surface. On the other hand, in Comparative Examples 9 to 11 that satisfy PGave ≧ 400 nm, it is confirmed that the flatness improvement effect on the surface of the semiconductor template substrate by controlling Θ is lower than the value of RMS Θ90 ° / RMS Θ60 °. It was. This is because the increase in PGave between the nearest projections makes it easy for the first semiconductor to grow between the projections, and therefore the effect of improving the flatness of the semiconductor template substrate surface by controlling Θ is considered to be small. It is done.
また、同一のPave同士で比較する場合、PGaveが大きくなるにつれて、ベース基板主面に対する凸部が占める面積が小さくなる為、LED素子の発光出力比に関しても下がる傾向が確認された。従って、発光出力を高める観点からも、PGaveが400nmより小さい値であることが好ましい。 Moreover, when comparing with the same Pave, since the area which the convex part with respect to a base substrate main surface occupies becomes small as PGave becomes large, the tendency for the light emission output ratio of a LED element to fall was also confirmed. Therefore, from the viewpoint of increasing the light emission output, PGave is preferably a value smaller than 400 nm.
また、PGave≦5nmを満たす比較例5〜比較例8においては、最隣接する凸部間が極めて狭い為、第一半導体が結晶成長する為に十分な基板平坦面が確保できず、凸部間での第一半導体の結晶成長が凸部の立体障害によって阻害される。このため、半導体テンプレート基板表面が鏡面成長せず、目視にて白濁が観察される結果となった。なお、半導体テンプレート基板表面が鏡面成長されなかったものに関しては、表2に鏡面成長せずと記載し、その他はいずれも目視にて鏡面成長していることが確認された。 Further, in Comparative Examples 5 to 8 satisfying PGave ≦ 5 nm, since the distance between the adjacent adjacent convex portions is extremely narrow, a sufficient substrate flat surface cannot be secured for crystal growth of the first semiconductor, and the interval between the convex portions is not ensured. The crystal growth of the first semiconductor is inhibited by the steric hindrance of the convex portion. For this reason, the surface of the semiconductor template substrate was not mirror-grown, and white turbidity was observed visually. In addition, about the thing by which the semiconductor template board | substrate surface was not mirror-growth, it described that it did not carry out mirror-growth in Table 2, and it was confirmed that all others carried out mirror-growth visually.
なお、比較例8は、PGaveが、5nmより大きく400nmより小さい値であり、かつ、70°<Θ≦90°を満たしているが、Paveが3000nmと大きい為、相対的にベース基板面に占める平坦部の割合が少なくなっている。その為、第一半導体がベース基板の結晶方位を引き継いで結晶成長する為に必要な平坦面が十分確保できず、鏡面成長しない結果となった。このことから、PGaveが、5nmより大きく400nmより小さい値のとき、Pave≦1800nmであることが好ましく、安定したパターン形状を有するベース基板を製造する観点から、50nm<Paveであることが好ましい。 In Comparative Example 8, PGave is a value larger than 5 nm and smaller than 400 nm and satisfies 70 ° <Θ ≦ 90 °, but since Pave is as large as 3000 nm, it relatively occupies the base substrate surface. The ratio of the flat part is reduced. Therefore, the flat surface necessary for the first semiconductor to grow the crystal by taking over the crystal orientation of the base substrate cannot be secured sufficiently, resulting in no mirror growth. Therefore, when PGave is a value larger than 5 nm and smaller than 400 nm, it is preferable that Pave ≦ 1800 nm, and from the viewpoint of manufacturing a base substrate having a stable pattern shape, it is preferable that 50 nm <Pave.
また、実施例13と比較例10より、半導体テンプレートをLEDに使用した場合、光取り出し効率を高めて発光出力を高める観点から、0.60≦Dutyであることが好ましい。 Further, from Example 13 and Comparative Example 10, when a semiconductor template is used for an LED, it is preferable that 0.60 ≦ Duty from the viewpoint of increasing light extraction efficiency and increasing light output.
また、比較例5〜比較例8より、第一半導体がベース基板の結晶方位を引き継いで結晶成長する為に必要な平坦面が十分確保する観点から、Duty≦0.96であることが好ましい。 Further, from Comparative Examples 5 to 8, it is preferable that Duty ≦ 0.96 from the viewpoint of sufficiently securing a flat surface necessary for crystal growth of the first semiconductor taking over the crystal orientation of the base substrate.
上記結果より、PGaveが、5nmより大きく400nmより小さい値であること、70°<Θ≦90°、及び50nm<Pave≦1800nmを満たすことによって、平坦性の高い半導体テンプレート基板を得ることができ、半導体テンプレート基板を用いて作製したLED素子は発光出力が高く、かつIr収率が高い素子となることがわかった。 From the above results, it is possible to obtain a semiconductor template substrate with high flatness by satisfying 70 ° <Θ ≦ 90 ° and 50 nm <Pave ≦ 1800 nm when PGave is a value larger than 5 nm and smaller than 400 nm, It was found that an LED device manufactured using a semiconductor template substrate has a high light emission output and a high Ir yield.
またPGaveは、25nm≦PGave≦300nmであることがより好ましいとわかった。さらに、PGaveは、29nm≦PGave≦300nmであることが好ましい。またDutyは、0.60≦(Bave/Pave)≦0.96であることが好ましいとわかった。またPaveは、50nm<Pave≦1800nmであることが好ましく、300nm≦Pave≦1800nmであることがより好ましいとわかった。 It was also found that PGave is more preferably 25 nm ≦ PGave ≦ 300 nm. Furthermore, PGave is preferably 29 nm ≦ PGave ≦ 300 nm. Moreover, it turned out that it is preferable that Duty is 0.60 <= (Bave / Pave) <= 0.96. Further, it was found that Pave is preferably 50 nm <Pave ≦ 1800 nm, and more preferably 300 nm ≦ Pave ≦ 1800 nm.
(実施例17、及び、比較例12)
表3の実施例17、及び、比較例12は、ベース基板上の好ましい凸部形状を調査した結果である。実施例17、及び、比較例12は、図1Cで説明した平坦部と正六方配列(六回対称の配列)された複数の凸部からなるサファイア基板(主面はc面)をベース基板として用いており、表1と同じであるが、凸部形状が異なる。表3では、凸部頂部が円状(100nmφ)に平坦(テーブルトップ)の円錐台形状のものを使用しているのに対して、表1では、曲率半径0超の角部を用いている。
(Example 17 and Comparative Example 12)
Example 17 and Comparative Example 12 in Table 3 are the results of investigating a preferable convex shape on the base substrate. In Example 17 and Comparative Example 12, a sapphire substrate (a principal surface is a c-plane) composed of a plurality of convex portions arranged in a regular hexagonal arrangement (six-fold symmetry arrangement) described in FIG. 1C is used as a base substrate. Although it is used and is the same as Table 1, the convex shape is different. In Table 3, the top of the convex portion is circular (100 nmφ) and flat (table top) with a truncated cone shape, whereas in Table 1, corners with a radius of curvature greater than 0 are used. .
表1と表3で、n、Pave、PGave、Have、Bave、Duty及びΘが全て略同じ条件の半導体テンプレート基板同士である実施例3と実施例17を比較すると、凸部頂部形状が先端の丸まった角部を有する実施例3のほうが、実施例17に比べてRMSの値が低くなる傾向にあることがわかった。また、半導体テンプレート基板を用いて作製したLED素子同士を比較すると、凸部頂部形状が先端の丸まった角部を有する方がIr収率が高くなることから、凸部頂部形状は、曲率半径0超の角部であることが好ましいとわかった。また、実施例17と比較例12より、凸部頂部形状がテーブルトップであっても、Θの制御による平坦性向上の効果が得られることがわかった。 In Tables 1 and 3, when comparing Example 3 and Example 17 in which n, Pave, PGave, Have, Bave, Duty, and Θ are all semiconductor template substrates under substantially the same conditions, the top shape of the convex portion is the tip. It was found that the RMS value of Example 3 having rounded corners tends to be lower than that of Example 17. In addition, when comparing LED elements manufactured using a semiconductor template substrate, the Ir peak is higher when the convex top shape has a rounded corner, so that the convex top shape has a radius of curvature of 0. It turned out that it is preferable that it is a super-corner part. Further, from Example 17 and Comparative Example 12, it was found that even if the top of the convex portion is a table top, the effect of improving flatness by controlling Θ can be obtained.
本発明のLED用半導体テンプレート基板はLED素子の作製に適用することができる。これにより、発光出力が高く、かつ、Ir、即ち逆バイアスをかけた際のリーク電流の小さいLED素子を製造することができる。 The semiconductor template substrate for LED of the present invention can be applied to the production of LED elements. Thereby, it is possible to manufacture an LED element having a high light emission output and a small leakage current when Ir, that is, a reverse bias is applied.
1 ベース基板
2、21 凸部
3、22 平坦部
4 第一半導体
5 ブラベー格子
10 ベース基板
20 凹凸構造
30 第一半導体層
33 バッファー層
35 第二半導体層
40 発光層
50 第三半導体層
60 透明導電膜
70 第一電極
80 半導体テンプレート基板
85 第二電極
100 LED素子
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記凸部間の平均パターンギャップ(PGave)が、5nm<PGave<400nmであり、かつ、
前記複数の凸部の最隣接する凸部間の平均ピッチ(Pave)が、50nm<Pave≦1800nmであり、
前記複数の凸部の配列軸(La)と、前記第一半導体層の結晶成長軸(Lb)との成す角(Θ)が、70°<Θ≦90°を満たすことを特徴とするLED用半導体テンプレート基板。 A base substrate having a concavo-convex structure comprising a plurality of convex portions and a flat portion having a substantially n-fold symmetric arrangement on at least a part of the main surface; and a first semiconductor layer formed on the concavo-convex structure; Have
The average pattern gap (PGave) between the convex portions is 5 nm <PGave <400 nm, and
The average pitch (Pave) between the most adjacent convex portions of the plurality of convex portions is 50 nm <Pave ≦ 1800 nm,
An angle (Θ) formed by an array axis (La) of the plurality of convex portions and a crystal growth axis (Lb) of the first semiconductor layer satisfies 70 ° <Θ ≦ 90 °. Semiconductor template substrate.
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