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公開番号2025015372
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-30
出願番号2023139558
出願日2023-08-30
発明の名称フォトニック結晶窒化ガリウム発光素子の製造方法、及び照明装置
出願人ナイトライド・セミコンダクター株式会社
代理人弁理士法人YKI国際特許事務所
主分類H10H 20/817 20250101AFI20250123BHJP()
要約【課題】発光素子を構成するGaN層に対してフォトニック結晶を効率的に形成することで、フォトニック結晶GaN発光素子を得る。
【解決手段】本方法は、サファイア基板10上に順次、n型GaN層12、MQW層14、p型GaN層16をエピタキシャル成長させてエピタキシャル構造を形成するステップと、p型GaN層16の表面に、電子ビーム描画及び誘導結合プラズマ反応性イオンエッチングを用いてフォトニック結晶を形成するステップを備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
サファイア基板上に順次、ｎ型窒化ガリウム層、多重量子井戸層、ｐ型窒化ガリウム層をエピタキシャル成長させてエピタキシャル構造を形成するステップと、
前記ｐ型窒化ガリウム層の表面に、電子ビーム描画及び誘導結合プラズマ反応性イオンエッチングを用いてフォトニック結晶を形成するステップと、
を備える、フォトニック結晶窒化ガリウム発光素子の製造方法。
続きを表示（約 570 文字）【請求項２】
前記フォトニック結晶を形成するステップは、
前記ｐ型窒化ガリウム層の表面に疎水化処理を行うステップと、
前記ｐ型窒化ガリウム層の表面にレジストを塗布するステップと、
電子ビームを前記レジストに照射して描画するステップと、
誘導結合プラズマ反応性イオンエッチングにより塩素ガスで前記レジストを除去するステップと、
を備える、請求項１に記載のフォトニック結晶窒化ガリウム発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記サファイア基板上に前記ｎ型窒化ガリウム層を成長させる前に、前記サファイア基板上に、順次バッファ層、アンドープ窒化ガリウム層を成長させるステップ
を備える、請求項１に記載のフォトニック結晶窒化ガリウム発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記フォトニック結晶窒化ガリウム発光素子の発光波長は、３７５ｎｍ～３９０ｎｍである、請求項１～３のいずれかに記載のフォトニック結晶窒化ガリウム発光素子の製造方法。
【請求項５】
請求項１～３のいずれか一項に記載の製造方法で製造されたフォトニック結晶窒化ガリウム発光素子と、
前記フォトニック結晶窒化ガリウム発光素子からの光を対象物に照射する照射光学系と、
を備える照明装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトニック結晶窒化ガリウム発光素子の製造方法に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）を用いた発光素子（ＬＥＤ）チップから出た光の指向角を狭める場合、ＬＥＤデバイスにレンズを搭載して集光し、指向角を絞ることが検討されている。
【０００３】
しかし、レンズの場合、指向性を少しでも変更する場合には金型を変える必要があり、コストが増大してしまう。また紫外線や深紫外線の場合、レンズの吸収を考慮して石英レンズが用いられることから、レンズも高額となってしまう。
【０００４】
そこで、ＬＥＤデバイスにレンズを搭載せずに集光して指向性を狭める方法として、ＬＥＤチップ表面へ数１００ｎｍオーダのホールを数１００ｎｍピッチでフォトニック結晶を形成することが検討されている。
【０００５】
特許文献１には、窒化ガリウム系フォトニック結晶及びその製造方法に関する発明が記載されている。すなわち、エピタキシャル成長において広い領域で転位密度が低減され結晶性が良好な窒化物半導体を得て、高性能の窒化ガリウム系半導体素子、窒化ガリウム系半導体基板、窒化ガリウム系フォトニック結晶を高い歩留まりで提供することを課題として、基板上に窒化ガリウム系半導体層を形成する工程と、当該窒化ガリウム系半導体層に複数のトレンチを配列して形成する工程と、窒素を含む雰囲気中で熱処理を行い、前記複数のトレンチのうち少なくとも２つ以上の互いに隣接するトレンチを変形させ、変形させた当該トレンチの位置に対応して前記窒化ガリウム系半導体層の内部に連続した空洞を形成し、当該空洞を有する前記窒化ガリウム系半導体層の上に窒化ガリウム系半導体の素子を形成する工程を具備することが記載されている。
【０００６】
また、特許文献２には、長期に亘って劣化しにくく、エネルギー効率及び発光効率の高いフォトニック結晶発光ダイオードを提供することを課題として、第１半導体層、活性層、第２半導体層の３層がこの順に積層され、第１電極が第１半導体層に、第２電極が第２半導体層に、それぞれ電気的に接続された構造を有する発光ダイオードにおいて、３層のうち少なくとも第１半導体層と活性層を貫通する空孔が、フォトニック結晶構造を形成するように２次元周期的に配置されると共に、第１電極が、第１半導体層の、空孔と空孔を囲う第１非電流注入領域とを除いた領域を覆っているフォトニック結晶発光ダイオードが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２００４－１１１７６６号公報
特開２０１１－５４８２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ＬＥＤ等の発光素子を窒化ガリウム（ＧａＮ）で構成する場合において、ＧａＮ層へのフォトニック結晶を形成する技術は未だ確立されていない。
【０００９】
本発明の目的は、発光素子を構成するＧａＮ層に対してフォトニック結晶を効率的に形成することで、フォトニック結晶ＧａＮ発光素子を得る方法、及び照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、サファイア基板上に順次、ｎ型窒化ガリウム層、多重量子井戸層、ｐ型窒化ガリウム層をエピタキシャル成長させてエピタキシャル構造を形成するステップと、前記ｐ型窒化ガリウム層の表面に、電子ビーム描画及び誘導結合プラズマ反応性イオンエッチングを用いてフォトニック結晶を形成するステップと、を備える、フォトニック結晶窒化ガリウム発光素子の製造方法である。
（【００１１】以降は省略されています）

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