專利名稱：Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體層的制造方法以及Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件和燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及很適合地用于發(fā)光二極管(led)等發(fā)光元件的m族氮化 物半導(dǎo)體層的制造方法以及m族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件和燈。
本申請基于在2006年12月22日在日本申請的專利申請2006-346000 號、在2007年8月30日在日本申請的專利申請2007-224496號、在2007 年10月22日在日本申請的專利申請2007-274376號和在2007年11月2 曰在日本申請的專利申請2007-2866卯號要求優(yōu)先僅，在此援引其內(nèi)容。
背景技術(shù)：
近年，作為發(fā)出短波長光的發(fā)光元件用的半導(dǎo)體材料，in族氮化物半
導(dǎo)體引人注目。in族氮化物半導(dǎo)體由通式AlxGayInzN (0^x￡l、 OSyH、 0Sz51、 x+y+z=l)表示，采用金屬有機化學(xué)氣相淀積法(MOCVD)、分 子束外延法(MBE法)等在由以藍寶石單晶為首的種種的氧化物、m~V 族化合物制成的基板上形成。
使用m族氮化物半導(dǎo)體的一般的發(fā)光元件，在藍寶石單晶基板上依次 層疊由m族氮化物半導(dǎo)體形成的n型半導(dǎo)體層、發(fā)光層、p型半導(dǎo)體層。
由于藍寶石基板是絕緣體，因此其元件結(jié)構(gòu)一般為下述結(jié)構(gòu)，即在同一面
上存在在p型半導(dǎo)體層上形成的正極和在n型半導(dǎo)體層上形成的負極。這
樣的m族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件有下述兩種正極使用透明電極，從p型
半導(dǎo)體側(cè)取出光的面朝上方式；和正極使用Ag等的高反射膜，從藍寶石 基板側(cè)取出光的倒裝片方式。
作為這樣的發(fā)光元件的輸出功率指標(biāo)，可使用外部量子效率。如果外
5部量子效率高，則可以說是輸出功率高的發(fā)光元件。外部量子效率是內(nèi)部 量子效率與光取出效率相乘的結(jié)果。所謂內(nèi)部量子效率，是注入到元件內(nèi) 的電流的能量在發(fā)光層中轉(zhuǎn)換成光的比例。所謂光取出效率，是在發(fā)光層 中產(chǎn)生的光中能夠向發(fā)光元件的外部取出的光的比例。因此，為了使外部 量子效率提高，必須改善光取出效率。
為了改善光取出效率，主要有兩種方法。 一種方法是降低由在光取出 面形成的電極等引起的光的吸收的方法。另一種方法是降低由于發(fā)光元件
為了使發(fā)光元件的光取出效率提高，在p型半導(dǎo)體上設(shè)置透明電極的
場合，以往使用由Ni/Au等制成的金屬透明電極，但最近使用了由ITO等 的透光性導(dǎo)電氧化膜制成的電極。作為Ni/Au等的金屬透明電極替換成由 ITO等的透光性導(dǎo)電氧化膜制成的電極的理由之一，可舉出通過使用透光 性導(dǎo)電氧化膜，能夠降低發(fā)光的吸收。
另外，作為降低光封入發(fā)光元件內(nèi)部的方法，可舉出在發(fā)光元件的光 取出面形成凹凸的技術(shù)(例如參照專利文獻l)。
然而，通過機械加工或化學(xué)加工在光取出面形成凹凸的發(fā)光元件，通 過對光取出面實施加工，會對半導(dǎo)體層施加負荷，^J^光層殘留損傷。另 外，在象在光取出面形成凹凸那樣的條件下使半導(dǎo)體層生長的發(fā)光元件， 由于半導(dǎo)體層的結(jié)晶性劣化，因此發(fā)光層含有缺陷。因此，在光取出面形
成凹凸的情況下，雖然光取出效率提高，但存在內(nèi)部量子效率降低，不能 夠使發(fā)光強度增加的問題。
因此，曾提出了不是在光取出面形成凹凸，而是在藍寶石基板的表面
形成凹凸，再在其上生長m族氮化物半導(dǎo)體層的方法(例如，參照專利文 獻2)。采用該方法時，藍寶石基板與m族氮化物半導(dǎo)體層的界面成為凹 凸，通過由藍寶石基板與in族氮化物半導(dǎo)體層的折射率的不同所導(dǎo)致的界 面處的光的漫反射，能夠降低光封入發(fā)光元件的內(nèi)部，能夠提高光取出效率。
專利文獻1:日本專利第2836687號公報專利文獻2:日本特開2002-280611號公報

發(fā)明內(nèi)容
然而，在藍寶石基板的表面形成凹凸，再在其上使單晶的m族氮化物 半導(dǎo)體層外延生長的場合，存在難以生長出表面平坦、結(jié)晶性優(yōu)異的m族 氮化物半導(dǎo)體層的問題。
例如，在藍寶石基板的c面上形成凸部，在該凸部上使單晶的含有
GaN的III族氮化物半導(dǎo)體層外延生長的場合，在從位于凸部的頂部的C面
生長的半導(dǎo)體層、與從位于凸部的基部周邊的c面生長的半導(dǎo)體層合體的
部分，容易發(fā)生位錯等結(jié)晶缺陷，難以生長出結(jié)晶性優(yōu)異的半導(dǎo)體層。 并且，在基板上生長的單晶的ni族氮化物半導(dǎo)體層的結(jié)晶性，對構(gòu)成
LED結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層的結(jié)晶性造成影響，所述LED結(jié)構(gòu)由在該IE族氮化 物半導(dǎo)體層上層疊的n型層、發(fā)光層、p型層構(gòu)成。因此，若在基板上生
長的單晶的m族氮化物半導(dǎo)體層的結(jié)晶性不良好，則LED結(jié)構(gòu)的結(jié)晶性也
差。其結(jié)果，在藍寶石基板的表面形成了凹凸的場合，雖然發(fā)光元件的光 取出效率提高，但是有時內(nèi)部量子效率降低，或LED的漏電流增大。
本發(fā)明是鑒于上述課題而完成的研究，其目的是提供m族氮化物半導(dǎo)
體層的制造方法，該制造方法可得到能夠適合地用于內(nèi)部量子效率和光取
出效率優(yōu)異的發(fā)光元件的形成的結(jié)晶性優(yōu)異的m族氮化物半導(dǎo)體層。 另外，本發(fā)明的目的是提供在釆用上述的制造方法制造的m族氮化物
半導(dǎo)體層上形成有LED結(jié)構(gòu)的內(nèi)部量子效率和光取出效率優(yōu)異、并且漏電
流也少的m族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。
此外，本發(fā)明目的是提供一種使用上述m族氛化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的燈。
本發(fā)明者們?yōu)榱私鉀Q上述問題而潛心進行研究的結(jié)果，完成了本發(fā)明。 即，本發(fā)明涉及以下的發(fā)明。
(i)一種m族氮化物半導(dǎo)體層的制造方法，在基板上形成單晶的ni族
氮化物半導(dǎo)體層，該制造方法的特征在于，具有通過在基板的(0001 )
7c面上形成由與上述c面不平行的表面構(gòu)成的多個凸部，在上述基板上形 成包含由上述C面構(gòu)成的平面和上述凸部的上面的基板加工工序；和在上
述上面上外延生長上述m族氮化物半導(dǎo)體層，由上述m族氮化物半導(dǎo)體層 掩埋上述凸部的外延工序。
(2) 根據(jù)(i)所述的m族氮化物半導(dǎo)體層的制造方法，其特征在于，
上述凸部是基部寬度為0.05~5nm、高度為0,05~5nm，并且高度為基部 寬度的1/4以上的凸部，相鄰的上述凸部間的間隔為上述基部寬度的0.5~ 5倍。
(3) 根據(jù)(i)或(2)所述的m族氮化物半導(dǎo)體層的制造方法，其特 征在于，上述凸部為朝向上部外形逐漸變小的形狀。
(4) 根據(jù)(i) ~ (3)的任一項所述的m族氮化物半導(dǎo)體層的制造方 法，其特征在于，上述凸部是大致圓錐狀或大致多角錐狀。
(5) 根據(jù)(i) ~ (4)的任一項所述的m族氮化物半導(dǎo)體層的制造方 法，其特征在于，上述基板是藍寶石基板。
(6) 根據(jù)(i) ~ (5)的任一項所述的ni族氮化物半導(dǎo)體層的制造方 法，其特征在于，在上述基板加工工序之后、上述外延工序之前具有緩沖 層形成工序，所述緩沖層形成工序是采用濺射法在上述上面上層疊多晶的
由AlxGai_xN ( 0Sx$l)形成的厚度為0.01 ~ 0.5nm的緩沖層。
(7) 根據(jù)(i) ~ (5)的任一項所述的m族氮化物半導(dǎo)體層的制造方
法，其特征在于，在上述基板加工工序之后、上述外延工序之前具有緩沖 層形成工序，所述緩沖層形成工序是采用'減射法在上述上面上層疊具有單 晶結(jié)構(gòu)的由AlxGa,_xN (OSxSl)形成的厚度為0.01 ~0.5nm的緩沖層。
(8) —種m族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，是在形成于基板上的單晶的m 族氮化物半導(dǎo)體層上形成有l(wèi)ed結(jié)構(gòu)的m族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特 征在于，上述基板是具有上面的基板，所述上面包含由上述c面構(gòu)成的平 面和由與上述c面不平行的表面構(gòu)成的多個凸部，m族氮化物半導(dǎo)體層是
的,(9) 才艮據(jù)(8)所的m族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，上迷
凸部是基部寬度為0.05~5nm、高度為0.05~5nm，并且高度為基部寬度 的1/4以上的凸部，相鄰的上述凸部間的間隔為上述基部寬度的0.5~5倍。
(10) 根據(jù)(8)或(9)所述的m族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征
在于，上述凸部為朝向上部外形逐漸變小的形狀。
(11) 才艮據(jù)(8) ~ (io)的任一項所述的in族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，
其特征在于，上述凸部是大致圓錐狀或大致多角錐狀。
(12) 根據(jù)(8) ~ (ii)的任一項所述的ni族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，
其特征在于，上述基板是藍寶石基板。
(13) 根據(jù)(8) ~ (12)的任一項所述的m族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，
其特征在于，在上述上面上具有多晶的由AlxGai_xN (0￡x￡l)形成的厚度 為0.01 ~0.5fim的緩沖層。
(14) 根據(jù)(8) ~ (12)的任一項所述的m族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，
其特征在于，在上述上面上具有緩沖層，所述緩沖層是具有單晶結(jié)構(gòu)的由 AlxGa,-xN ( O^^l )形成的厚度為0.01 ~ 0.5nm的緩沖層。
(is)根據(jù)(13)或(14)所述的m族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特
征在于，上述緩沖層是采用濺射法層疊的緩沖層。
(16) 才艮據(jù)(8) ~ (is)的任一項所述的m族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，
其特征在于，上述LED結(jié)構(gòu)具有分別由m族氮化物半導(dǎo)體形成的n型層 和發(fā)光層以及p型層。
(17) 根據(jù)(16)所述的m族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，
上述n型層具有n覆蓋層，并且上述p型層具有p覆蓋層，上述ii覆蓋層 和/或上述p覆蓋層至少含有超晶格結(jié)構(gòu)。
U8)—種燈，其特征在于，使用了 (8) ~ (n)的任一項所述的m
族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。
(19) 一種(8) ~ (17)的任一項所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元 件的用于燈制造的用途。
本發(fā)明的m族氮化物半導(dǎo)體層的制造方法，具有通過在基板的(oooi)
9c面上形成由與上述c面不平行的表面構(gòu)成的多個凸部，而在上述基板上
形成包含由上述c面構(gòu)成的平面、和上述凸部的上面的基板加工工序，因
此通過進行在上面上外延生長上述ni族氮化物半導(dǎo)體層，由上述m族氮化 物半導(dǎo)體層掩埋上述凸部的外延工序，可得到能夠很好地用于內(nèi)部量子效 率和光取出效率優(yōu)異的發(fā)光元件的形成的結(jié)晶性優(yōu)異的m族氮化物半導(dǎo)體 層。
另外，本發(fā)明的ni族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，基板是具有包含由上述 c面構(gòu)成的平面、和由與上述c面不平行的表面構(gòu)成的多個凸部的上面的 基板，in族氮化物半導(dǎo)體層，是在上述上面上外延生長掩埋上述凸部的上 述ni族氮化物半導(dǎo)體層而形成的層，因此基板與m族氮化物半導(dǎo)體層的界 面為凹凸，通過在界面處的光的漫反射，可降低光封入發(fā)光元件的內(nèi)部， 成為光取出效率優(yōu)異的發(fā)光元件。
而且，本發(fā)明的m族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，為LED結(jié)構(gòu)的結(jié)晶性優(yōu)
異的發(fā)光元件，因此能夠防止內(nèi)部量子效率的降低，降低漏電流，成為輸 出功率高、電特性優(yōu)異的發(fā)光元件。
此外，在本發(fā)明中，通過使n覆蓋層和/或p覆蓋層為含有超晶格結(jié)構(gòu)
的層構(gòu)成，能夠成為輸出功率格外地提高、電特性優(yōu)異的發(fā)光元件。
此外，本發(fā)明的燈，是使用了本發(fā)明的m族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的 燈，因此成為發(fā)光特性優(yōu)異的燈。


圖i是用于ii明本發(fā)明的m族氮化物半導(dǎo)體層的制造方法的一例的 圖，是表示采用本發(fā)明的制造方法在基板的表面上形成了緩沖層和單晶的 m族氮化物半導(dǎo)體層的疊層結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖2是用于說明制造圖i所示的疊層結(jié)構(gòu)的工序的一例的圖，是表示
本實施方式的基板加工工序結(jié)束后的基板的立體圖。
圖3是表示本發(fā)明的m族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的一例的剖面圖。 圖4是表示本發(fā)明的m族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的一例的剖面圖，是
10圖3所示的ni族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的局部放大剖面圖。
圖5是模式地表示使用本發(fā)明涉及的ni族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件構(gòu)成
的燈的一例的概略圖。 附圖標(biāo)號說明
l-in族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件、10-上面、ll-平面、12-凸部、12c-表 面、20-LED結(jié)構(gòu)、101-基板、102-緩沖層、103-EI族氮化物半導(dǎo)體層、104-n 型層、1(Mb-n覆蓋層、105-發(fā)光層、106-p型層、106a-p覆蓋層、107-正 極焊盤、108-負極焊盤、3-燈
具體實施例方式
以下，適當(dāng)參照附圖，對本發(fā)明涉及的m族氮化物半導(dǎo)體層的制造方 法、m族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件和燈的一個實施方式進行說明。
圖i是用于說明本發(fā)明的m族氮化物半導(dǎo)體層的制造方法的一例的 圖，是表示采用本發(fā)明的制造方法在基板的表面上形成了緩沖層和單晶的 m族氮化物半導(dǎo)體層的疊層結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖i中，標(biāo)號ioi表示基板， 標(biāo)號102表示緩沖層，標(biāo)號103表示in族氮化物半導(dǎo)體層。m族氮化物半導(dǎo)體層的制造方法i
(基板加工工序)
圖2是用于說明制造圖i所示的疊層結(jié)構(gòu)的工序的一例的圖，是表示
本實施方式的基板加工工序結(jié)束后的基板的立體圖。
在a加工工序中，通過在基板的(0001 ) c面上形成由與上述c面
不平行的表面構(gòu)成的多個凸部，如圖1和圖2所示，在基板101上形成包 含由C面構(gòu)成的平面11和凸部12的上面10。在J4l加工工序中，進行 形成規(guī)定基板101上的凸部12的平面配置的掩膜的圖案化工序；和使用由 圖案化工序形成的掩膜對基板101進行蝕刻從而形成凸部12的蝕刻工序。 在本實施方式中，作為形成多個凸部12的基^反101，可使用以(0001 ) C面為表面的藍寶石單晶的晶片。在此，以(0001 ) C面為表面的基板， 也包括從(OOOl)方向在士3。的范圍對基板的面取向賦予偏移角的基板。另外，所謂與c面不平行的表面，意指沒有與(0001 ) C面士3。范圍平行的 表面的表面。
圖案化工序可采用一般的光刻法進行，在基板加工工序中形成的凸部 12的基部12a的基部寬度山優(yōu)選為5nm以下，因此為了將基板101的表 面全面均勻地圖案化，優(yōu)選采用光刻法中的步進曝光法。然而，為了形成 lfim以下的基部寬度d，的凸部12的圖案，需要昂貴的步進曝光裝置，成 本高。因此，在形成lnm以下的凸部寬度d,的圖案的場合，優(yōu)選采用在 光盤領(lǐng)域中使用的激光曝光法或納米刻印法。
作為在蝕刻工序中對基板101進行蝕刻的方法，可舉出千蝕刻法、濕 蝕刻法。作為蝕刻方法使用濕蝕刻法的場合，基板101的結(jié)晶面露出，因 此難以形成由與C面不平行的表面12c構(gòu)成的凸部12。因此，優(yōu)選采用干 蝕刻法。
由與C面不平行的表面12c構(gòu)成的凸部12,可以釆用將基板101干蝕 刻直到在上述的圖案化工序中形成的掩膜消失的方法來形成。更具體地講， 例如在基板101上形成抗蝕劑，圖案化成設(shè)定的形狀后，例如使用烘箱進 行在110。C熱處理30分鐘的后烘烤，使抗蝕劑的側(cè)面成為錐狀。接著，采 用在促進橫向的蝕刻的設(shè)定的條件下進行干蝕刻直到抗蝕劑消失的方法從 而可形成。
另夕卜，由與C面不平行的表面12c構(gòu)成的凸部12，采用下述方法也能 夠形成，所述方法是使用掩膜將基板進行干蝕刻后，再次剝離掩膜、將基 板101干蝕刻。更具體地講，例如在基板IOI上形成抗蝕劑，圖案化成設(shè) 定的形狀后，例如使用烘箱進行在110。C熱處理30分鐘的后烘烤，使抗蝕 劑的側(cè)面成為錐狀。接著，在促進橫向的蝕刻的設(shè)定的條件下進行干蝕刻， 在抗蝕劑消失前中斷干蝕刻。然后，采用下述方法即可形成剝離抗蝕劑， 再開始干蝕刻，進行設(shè)定量的蝕刻。采用該方法形成的凸部12為高度的面 內(nèi)均勻性優(yōu)異的凸部。
另外，作為蝕刻方法采用濕蝕刻法的場合，通過與干蝕刻法組合，能 夠形成由與C面不平行的表面12c構(gòu)成的凸部12。例如，基板101是由藍寶石單晶制成的基板的場合，例如，可通過使 用為250。C以上的高溫的磷酸與硫酸的混合酸等的酸進行濕蝕刻。
作為將濕蝕刻法與干蝕刻法組合的方法，例如可下述的方法形成對 基板101進行干蝕刻直到掩膜消失后，使用高溫的酸以設(shè)定量進行濕蝕刻。 通過采用這樣的方法形成凸部12,在構(gòu)成凸部12的側(cè)面的斜面露出結(jié)晶 面，可再現(xiàn)性好地形成凸部12的斜面的角度。另外，可在表面ll再現(xiàn)性 好地露出潔凈的結(jié)晶面。
另外，作為將濕蝕刻法與干蝕刻法組合的方法，除了上述的方法以外， 也可采用下述的方法形成形成由Si02等的對酸具有抗性的材料構(gòu)成的掩 膜來作為掩膜，進行濕蝕刻后，剝離掩膜，在促進橫向的蝕刻的設(shè)定條件 下進行干蝕刻。采用該方法形成的凸部12,成為高度的面內(nèi)均勻性優(yōu)異的 凸部。另外，采用該方法形成凸部12的場合，也可再現(xiàn)性好地形成構(gòu)成凸 部12的側(cè)面的斜面的角度。
再者，在本實施方式中，舉出進行為了形成凸部而蝕刻的方法作為例 子進行了說明，但本發(fā)明不限于上述方法。例如，也可以通過在基板上沉 積成為凸部的材料來形成凸部。作為在^上沉積成為凸部的材料的方法， 可以使用濺射法、蒸鍍法、CVD法等。另外，作為成為凸部的材料，優(yōu)選 使用具有與基板大致同等的折射率的材料，對于藍寶石基板，可以使用 A1203、 SiN、 Si02等。 (基板形狀)
在基板加工工序結(jié)束后的基板101的上面10，如圖2所示形成有多個 凸部12。并且，如圖2所示，在基板101的上面IO上的沒有形成凸部12 的部分，成為由(0001 ) C面構(gòu)成的平面11。因此，如圖1和圖2所示， 基板101的上面10由由(0001 )C面構(gòu)成的平面11、和多個凸部12構(gòu)成。
凸部12，如圖1和圖2所示，是由與C面不平行的表面12c構(gòu)成的， 是表面12c上不顯現(xiàn)(0001 ) C面的凸部。圖1和圖2所表示的凸部12， 其基部12a的平面形狀為大致圓形，為朝向上部外形逐漸變小的形狀，側(cè) 面12b為朝向外側(cè)彎曲的碗狀(半球狀)的形狀。另外，凸部12的平面配
13置，如圖1和圖2所示，等間隔地配置成棋盤格狀。
另外，圖l和圖2所示的凸部12，是基部寬度d!為0.05~5nm、高度 h為0.05 5nm，并且高度h為基部寬度d，的1/4以上的凸部，相鄰的凸 部12間的間隔d2為基部寬度c^的0.5~5倍。在此，所謂凸部12的基部 寬度d,是指凸部12的底邊(基部12a)的最大寬度的長度。另外，所謂相 鄰的凸部12的間隔(12，是指最接近的凸部12的基部12a的邊緣間的距離。
相鄰的凸部12間的間隔d2優(yōu)選為基部寬度d，的0.5 ~ 5倍。凸部12 間的間隔d2小于基部寬度d,的0.5倍時，在使m族氮化物半導(dǎo)體層103外 延生長時，難以促進從由C面構(gòu)成的平面11上的結(jié)晶生長，難以由EI族
氮化物半導(dǎo)體層103完全掩埋凸部12，有時不能充分地得到m族氮化物半
導(dǎo)體層103的表面103a的平坦性。因此，在掩埋凸部12的m族氮化物半 導(dǎo)體層103上形成成為LED結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層的結(jié)晶的場合，構(gòu)成LED結(jié)
構(gòu)的半導(dǎo)體層的結(jié)晶當(dāng)然地形成較多的凹坑，造成所形成的m族氮化物半
導(dǎo)體發(fā)光元件的輸出功率、電特性等惡化。另外，當(dāng)凸部12間的間隔d2
大于基部寬度a,的5倍時，在使用基板ioi形成m族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元 件的場合，基板ioi與在基板ioi上形成的m族氮化物半導(dǎo)體層的界面處 的光的漫反射的機會減少，有可能不能夠使光的取出效率充分地提高。
優(yōu)選基部寬度山為0.05~5nm。基部寬度d,小于0.05^n時，在使用
基板ioi形成m族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的場合，有可能不能夠充分地得
到使光漫反射的效果。另外，當(dāng)基部寬度di大于5pm時，難以掩埋凸部 12并使IE族氮化物半導(dǎo)體層103外延生長。
優(yōu)選凸部12的高度h為0.05~5pm。凸部12的高度h小于0.05nm
時，在使用基板ioi形成m族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的場合，有可能不能
夠充分地得到使光漫反射的效果。另外，當(dāng)凸部12的高度h大于5nm時， 難以掩埋凸部12并使m族氮化物半導(dǎo)體層103外延生長，有時不能夠充分 得到m族氮化物半導(dǎo)體層103的表面103a的平坦性。
另外，優(yōu)選凸部12的高度h為基部寬度d!的1/4以上。凸部12的高
度h小于基部寬度山的1/4時，在使用基板ioi形成m族氮化物半導(dǎo)體發(fā)
14光元件的場合，有可能不能夠充分地得到使光漫反射的效果、和使光取出 效率提高的效果。
再者，凸部12的形狀不限于圖2表示的例子，只要是由與C面不平 行的表面構(gòu)成的形狀，則可以是任何的形狀。例如，基部的平面形狀是大 致多角形，為朝向上部外形逐漸變小的形狀，側(cè)面12b也可以是朝向外側(cè) 彎曲的形狀。另外，也可以是側(cè)面由朝向上部外形逐漸變小的斜面構(gòu)成的 大致圓錐狀、大致多角錐狀。另外，也可以是側(cè)面的傾斜角度二階段地變 化的形狀。
另外，凸部12的平面配置也不限于圖2表示的例子，可以是等間隔， 也可以不是等間隔。另外，凸部12的平面配置，可以是四角形狀，也可以 是三角形狀，還可以是無規(guī)則的形狀。 (基板材料)
在本實施方式的發(fā)光元件中，作為能夠用于如上所述的基板101的材
料，只要是在表面可外延生長m族氮化物半導(dǎo)體層結(jié)晶的基板材料，則可
以不特別限定，可選擇使用各種材料。例如，可舉出藍寶石、SiC、硅、氧 化鋅、氧化鎂、氧化錳、氧化鋯、氧化錳鋅鐵、氧化鎂鋁、硼化鋯、氧化 鎵、氧化銦、氧化鋰鎵、氧化鋰鋁、氧化釹鎵、氧化鑭鍶鋁鉭、氧化鍶鈦、 氧化鈦、鉿、鵠、鉬等。
另外，在上述基板材料中，特別優(yōu)選使用藍寶石，優(yōu)選在藍寶石基板 的c面上形成中間層(緩沖層)102。
再者，在上述基板材料之中，使用已知通過在高溫下與氨接觸而引起 化學(xué)性的改性的氧化物基板、金屬基板等，不使用氨而成膜出中間層102 的同時，采用使用氨的方法成膜出構(gòu)成后述的n型半導(dǎo)體層104的基底層 103的場合，中間層102也作為涂層發(fā)揮作用，因此在防止基板101的化 學(xué)改質(zhì)方面有效。
另外，采用濺射法形成中間層102的場合，能夠抑制基板101的溫度 使其低，因此即使使用由具有在高溫下分解的性質(zhì)的材料形成的基板101 的場合，也能夠不對基板101造成損傷而在基板上成膜出各層。(緩沖層形成工序)
在本實施方式中，在基板加工工序之后、外延工序之前，在基板101 的上面10上層疊圖1所示的緩沖層102。
緩沖層102優(yōu)選是多晶的由AlxGai.xN ((^《1)形成的緩沖層，更優(yōu) 選是單晶的AlxGai-xN (0￡x^l)的緩沖層。
緩沖層102，如上所述例如可為多晶的由AlxGa^N ( 0$xSl)形成的 厚度0.01 0.5fim的緩沖層。緩沖層102的厚度小于0.01nm時，有時不能 夠充分地得到利用緩沖層緩和基板101與m族氮化物半導(dǎo)體層103的晶格 常數(shù)的差異的效杲。另外，當(dāng)緩沖層102的厚度大于0.5nm時，盡管作為
緩沖層102的功能沒有變化，但緩沖層102的成膜處理時間變長，有可能 生產(chǎn)率降低。
緩沖層102具有緩和基板101與EI族氮化物半導(dǎo)體層103的晶格常數(shù) 的差異，容易在基板IOI的(0001 )C面上形成C軸取向的單晶層的作用。 因此，若在緩沖層102上層疊單晶的ni族氮化物半導(dǎo)體層103，則能夠?qū)?br> 疊結(jié)晶性更良好的ni族氮化物半導(dǎo)體層103。再者，在本發(fā)明中，優(yōu)選進 行緩沖層形成工序，但也可以不進行。
緩沖層102是由m族氮化物半導(dǎo)體形成的具有六方晶系的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的 緩沖層。形成緩沖層102的m族氮化物半導(dǎo)體的結(jié)晶，優(yōu)選是具有單晶結(jié) 構(gòu)的結(jié)晶。m族氮化物半導(dǎo)體的結(jié)晶，通過控制生長條件，不僅沿上向，
在面內(nèi)方向也生長，從而形成單晶結(jié)構(gòu)。因此，通過控制緩沖層102的成
膜條件，能夠成為由單晶結(jié)構(gòu)的in族氮化物半導(dǎo)體的結(jié)晶構(gòu)成的緩沖層
102。在基板101上成膜出具有這樣的單晶結(jié)構(gòu)的緩沖層102的場合，由于
緩沖層102的緩沖功能有效地發(fā)揮作用，因此在其上成膜的m族氮化物半 導(dǎo)體成為具有良好的取向性和結(jié)晶性的結(jié)晶膜。
另外，形成緩沖層102的m族氮化物半導(dǎo)體的結(jié)晶，通過控制成膜條 件，也能夠成為由以六棱柱為基本的織構(gòu)構(gòu)成的柱狀結(jié)晶(多晶)。再者， 在此所謂的由織構(gòu)構(gòu)成的柱狀結(jié)晶，是指在與相鄰的晶粒之間形成晶界而 隔開，其本身作為縱截面形狀為柱狀的結(jié)晶。
16在基板101的上面10上形成緩沖層102的場合，優(yōu)選對基板101實施 預(yù)處理后形成緩沖層102。
作為預(yù)處理，例如，可在濺射裝置的室內(nèi)配置基板101，在形成緩沖 層102前，采用濺射等的方法進行。具體地講，通過在室內(nèi)將基板101暴 露在Ar、 N2的等離子體中，能夠進行將上面10洗滌的預(yù)處理。通過使 Ar氣、N2氣等的等離子體作用于基板101的上面10，能夠除去附著于基 板IOI的上面IO的有機物、氧化物。該場合下，如果不對粑施加電力，而 對基板IOI與室之間施加電壓，則等離子粒子高效地作用于基板IOI。
另外，對基板IOI的預(yù)處理，優(yōu)選通過下述等離子體處理來進行，所 述等離子體處理是在N+、 (N2)+等的離子成分、和N自由基、&自由基 等的不帶電荷的自由基成分混合了的氣氛中進行。
在此，從基板的表面除去有機物、氧化物等的污物時，例如，在單獨 地向基板表面供給離子成分等的場合，能量過強，對基板表面造成損傷， 存在使在基板上生長的結(jié)晶的品質(zhì)降低的問題。
在本實施方式中，通過使對基板101的預(yù)處理為采用在如上所述的離 子成分與自由基成分混合了的氣氛下進行的等離子處理的方法，使具有適 度的能量的反應(yīng)物質(zhì)作用于基板101，可不對基板101表面造成損傷而進 行污物等的除去。作為可得到這樣的效果的機理，可考慮到通過使用離 子成分的比例少的等離子體，可抑制對基板101表面造成的損傷；通過使 等離子體作用于J41101表面，能夠有效地除去污物；等等。
對基板101進行預(yù)處理后，采用濺射法在基板101上成膜出緩沖層 102。采用濺射法形成具有單晶結(jié)構(gòu)的緩沖層102的場合，優(yōu)選氮氣流量相 對于室內(nèi)的氮原料和惰性氣體的流量的比為氮原料為50% ~ 100%、優(yōu) 選為75%。
另外，采用濺射法形成具有柱狀結(jié)晶(多結(jié)晶)的緩沖層102的場合, 優(yōu)選氮氣流量相對于室內(nèi)的氮原料與惰性氣體的流量的比為氮原料為 1% ~ 50%、優(yōu)選為25%。
緩沖層102，不僅上述濺射法，也可以采用MOCVD法形成，但由于
17在基板101的上面IO形成凸部12，因此當(dāng)采用MOCVD法形成緩沖層時， 原料氣的流動在上面10上發(fā)生紊亂。因此，難以采用MOCVD法在基板 101的上面10均勻地層疊緩沖層102。與此相對，濺射法由于原料粒子的 直行性高，因此不受上面10的形狀影響而能夠?qū)盈B均勻的緩沖層102。因 此，緩沖層102優(yōu)選采用濺射法形成。 (外延工序)
在本實施方式中，在緩沖層形成工序之后，進行下述外延工序在形
成有緩沖層102的基板ioi的上面io上，外延生長單晶的m族氮化物半導(dǎo)
體層103,由m族氮化物半導(dǎo)體層103掩埋凸部12。
作為m族氮化物半導(dǎo)體層103，可舉出AlxGa!.xInzN (05x^1、 0^y￡l、 0SzSl、 x+y+z=l)，但若使用AlxGa,-xN ( 0^x<l)，則能夠形成結(jié)晶性好 的m族氮化物半導(dǎo)體層103,因而優(yōu)選。
m族氮化物半導(dǎo)體層103的最大厚度H為凸部12的高度h的2倍以
上時，能夠得到表面103a平坦的m族氮化物半導(dǎo)體層103,因而優(yōu)選。m
族氮化物半導(dǎo)體層103的最大厚度H小于凸部12的高度h的2倍時，掩 埋凸部12而生長的m族氮化物半導(dǎo)體層103的表面103a的平坦性不充分， 在HI族氮化物半導(dǎo)體層103上層疊LED結(jié)構(gòu)的場合，有時構(gòu)成LED結(jié)構(gòu) 的結(jié)晶的結(jié)晶性差。
為了使m族氮化物半導(dǎo)體層103的結(jié)晶性良好，優(yōu)選m族氮化物半導(dǎo)
體層103不摻雜雜質(zhì)。但是，需要p型或n型的導(dǎo)電性的場合，可添加受
體雜質(zhì)或給體雜質(zhì)。例如，在藍寶石基板的表面外延生長單晶的m族氮化
物半導(dǎo)體層的場合，存在下述傾向容易從C面外延生長沿C軸方向取向 的單晶，難以從C面以外的表面發(fā)生單晶的外延生長。另外，當(dāng)采用
mocvd法在藍寶石M的表面生長單晶的m族氮化物半導(dǎo)體層時，單晶 層從c面外延生長，但在c面以外的表面上不外延生長單晶層。因此，m
族氮化物半導(dǎo)體層103的生長，優(yōu)選采用MOCVD法進行。在本實施方式 中，當(dāng)在形成有緩沖層12的基板101的上面10上，釆用MOCVD法外延
生長單晶的m族氮化物半導(dǎo)體層時，結(jié)晶不從由與c面不平行的表面i2c構(gòu)成的凸部12的表面12c生長，而只從由(0001 ) C面構(gòu)成的平面11外 延生長沿C軸方向取向的結(jié)晶。
采用MOCVD法層疊m族氮化物半導(dǎo)體層103的場合，作為載氣，可 使用氫氣(H2 )或氮氣(N2 )，作為m族原料的Ga源可使用三甲基鎵(TMG ) 或三乙基鎵(TEG )，作為Al源可使用三曱基鋁(TMA )或三乙基鋁(TEA )， 作為In源能夠使用三甲基銦(TMI)或三乙基銦(TEI)，作為V族原料 的N源能夠使用氨(NH3)、肼(N2HJ等。另外，作為摻雜物，在ii型 中作為Si原料能夠使用甲硅烷(SiH4)或乙硅烷(Si2H6)，作為Ge原料 能夠使用鍺氣(GeH4)、四甲基鍺((CH3) 4Ge)、四乙基鍺((C2H5) 4Ge)等有機鍺化合物，在p型中作為Mg原料，能夠利用環(huán)戊二烯基鎂 (Cp2Mg)。
另外，形成有凸部12的基板101，與沒有形成凸部12的基板比較， 采用MOCVD法在上面10上使m族氮化物半導(dǎo)體層103外延生長的場合， 難以層疊平坦性良好的m族氮化物半導(dǎo)體層103。另外，被層疊在形成有 凸部12的基板101的上面10上的EI族氮化物半導(dǎo)體層103，容易發(fā)生使 結(jié)晶性惡化的C軸方向的傾斜(tilt) 、 C軸的扭轉(zhuǎn)(twist)等。
因此，采用MOCVD法使in族氮化物半導(dǎo)體層103在形成有凸部12 的基板101的上面IO上外延生長的場合，為了得到充分的表面平坦性和良 好的結(jié)晶性，優(yōu)選為以下所示的生長條件。 (生長條件)
采用MO VCD法使EI族氮化物半導(dǎo)體層103在形成有凸部12的141 101的上面IO上外延生長的場合，生長壓力和生長溫度優(yōu)選為以下所示的 條件。若降低生長壓力并提高生長溫度，則促進橫向的結(jié)晶生長，若提高 生長壓力并降低生長溫度，則變成小平面生長模式(A形狀)。
另外，當(dāng)提高生長初期的生長壓力時，有x射線搖擺曲線的半值寬 (XRC-FWHM)變小，結(jié)晶性提高的傾向。
因此，采用MOCVD法使EI族氮化物半導(dǎo)體層103在形成有凸部12
的基板ioi的上面io上外延生長的場合，優(yōu)選按照直到m族氮化物半導(dǎo)體層103的膜厚變?yōu)?pm左右以上(前半)、和將m族氮化物半導(dǎo)體層103 層疊2nm左右以上后(后半)來使生長壓力以兩階段變化。
前半的生長壓力優(yōu)選為40kPa以上，更優(yōu)選為60kPa左右。生長壓力 為40kPa以上時，變成小平面生長模式(A形狀)，位錯在橫向彎曲，不 貫通到外延表面。因此，當(dāng)提高生長壓力時，可推定進行低位錯化，結(jié)晶 性良好。另外，當(dāng)使生長壓力小于40kPa時，結(jié)晶性惡化、X射線搖擺曲 線的半值寬(XRC-FWHM)變大因而不優(yōu)選。
然而，使生長壓力為40kPa以上時，外延生長的m族氮化物半導(dǎo)體層 103的表面容易發(fā)生凹坑，有時不能得到充分的表面平坦性。因此，在使 生長壓力為40kPa以上時，生長溫度優(yōu)選為1140。C以下，更優(yōu)選為U20。C 左右。通過使生長溫度為1140。C以下，即使是生長壓力為40kPa以上、優(yōu) 選為60kPa左右的場合，也能夠充分地抑制凹坑的發(fā)生。
另外，后半的生長壓力優(yōu)選為40kPa以下，更優(yōu)選為20kPa左右。通 過在后半使生長壓力為40kPa以下，能夠促進橫向的結(jié)晶生長，能夠得到 表面平坦性優(yōu)異的ni族氮化物半導(dǎo)體層103。
通過以上的工序，能夠得到圖l表示的疊層結(jié)構(gòu)。
本實施方式的m族氮化物半導(dǎo)體層的制造方法，具有形成由由C面
構(gòu)成的平面ll和由與C面不平行的表面12c構(gòu)成的多個凸部12構(gòu)成的上 面10的141加工工序；和卩吏掩埋凸部12的m族氮化物半導(dǎo)體層103在上 面IO上生長的外延工序，因此在m族氮化物半導(dǎo)體層103的結(jié)晶中難以產(chǎn)
生位錯等的結(jié)晶缺陷，能夠形成具有良好的結(jié)晶性的m族氮化物半導(dǎo)體層
紙
在此，例如，在凸部的表面存在c面的場合，當(dāng)在形成有凸部的基板
上外延生長單晶的m族氮化物半導(dǎo)體層時，結(jié)晶從存在于凸部表面的c面 和沒有形成凸部的區(qū)域的c面進行生長。該場合下，在從凸部表面生長的 結(jié)晶和從沒有形成凸部的區(qū)域生長的結(jié)晶合體了的部分，容易發(fā)生位錯等 的結(jié)晶缺陷，難以得到結(jié)晶性良好的m族氮化物半導(dǎo)體層。在此發(fā)生的結(jié) 晶缺陷，在m族氮化物半導(dǎo)體層上形成包含n型層、發(fā)光層、p型層的LED
20結(jié)構(gòu)的場合，被構(gòu)成LED結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層的結(jié)晶繼承，成為在形成了發(fā)光 元件的情況下的內(nèi)部量子效率降低、漏電流增大的原因。
然而，本實施方式中，通過在基板101上形成由與C面不平行的表面 12c構(gòu)成的凸部，從而形成由由C面構(gòu)成的平面11、和凸部12構(gòu)成的上 面10，因此，在基板101的上面10上進行m族氮化物半導(dǎo)體層103的外 延生長的場合，結(jié)晶會只從平面ll生長。所以，在基板101的上面10上 形成的IH族氮化物半導(dǎo)體層103，在上面10上掩埋凸部12而外延生長， 結(jié)晶中不產(chǎn)生位錯等的結(jié)晶缺陷。
因此，在釆用本實施方式的制造方法得到的m族氮化物半導(dǎo)體層103
上，形成了包含由m族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的n型層、發(fā)光層、p型層的LED 結(jié)構(gòu)的場合，構(gòu)成LED結(jié)構(gòu)的結(jié)晶的結(jié)晶性良好，在形成了發(fā)光元件的場 合，內(nèi)部量子效率優(yōu)異，漏電流少。而且，在本實施方式中，由于在基板
ioi上形成凸部12，因此基板ioi與m族氮化物半導(dǎo)體層的界面為凹凸，
圖l表示的疊層結(jié)構(gòu)，為能夠?qū)崿F(xiàn)通過界面處的光的漫反射而可獲得優(yōu)異 的光取出效率的發(fā)光元件。J 7公司制，型號X'pert Pro MRD )
測定如上所述地形成的摻雜Si的GaN層的X射線搖擺曲線(XRC )。該
測定使用Cup射線X射線發(fā)生源作為光源，在作為對稱面的(0002)面和
作為非對稱面的(10-10 )面進行。 一般地，在為EI族氮化物半導(dǎo)體的場合， (0002 )面的XRC光譜半值寬成為結(jié)晶的平坦性(mosaicity)的指標(biāo)， (10-10)面的XRC光譜半值寬成為位錯密度(twist)的指標(biāo)。該測定的
結(jié)果，采用本發(fā)明的制造方法制作的摻雜Si的GaN層(n接觸層)，在 (0002)面的測定中顯示半值寬46弧度秒、在(10-10)面的測定中顯示
220弧度秒。
r n覆蓋層和發(fā)光層的形成J
在按上述步驟制作的n接觸層104a上，采用MOCVD法層疊n覆蓋 層104b和發(fā)光層105。
(n覆蓋層104b的形成)
將按上述步驟生長出n接觸層104a的^i^反導(dǎo)入到MOCVD裝置內(nèi)后， 一邊使氨流通， 一邊將載氣設(shè)為氮氣使基板溫度向76(TC降低。
此時，在等待爐內(nèi)的溫度變更的期間，設(shè)定SiH4的供給量。預(yù)先對流 通的SiH4的量進行計算，進行調(diào)整使摻雜Si的層的電子濃度為4x 1018Cm—3 。 氨按原來的流量繼續(xù)向爐內(nèi)供給。
接著， 一邊使氨在室內(nèi)流通， 一邊使SiBU氣和通過沸騰而發(fā)生的TMI 和TEG的蒸氣向爐內(nèi)流通，分別成膜出1.7nm的由Gao.wIno.dN形成的層、 和1.7nm的由GaN形成的層。將這樣的成膜處理重復(fù)19循環(huán)后，最后， 再次生長出1.7nm的由Gao.wIno.wN形成的層。另外，在進行該工序處理 的期間，繼續(xù)SiH4的流通。由此形成由摻雜Si的Ga。.99ln。.(nN和GaN的 超晶格結(jié)構(gòu)構(gòu)成的n覆蓋層104b。
(發(fā)光層的形成)
發(fā)光層105由由GaN形成的勢壘層105a和由Gao.wIno.osN形成的阱
39層105b構(gòu)成，具有多量子阱結(jié)構(gòu)。在形成該發(fā)光層105時，在由摻雜Si 的GalnN和GaN的超晶格結(jié)構(gòu)構(gòu)成的n覆蓋層104c上，首先形成勢壘層 105a，在該勢壘層105a上形成由Ino.2Ga。.8N構(gòu)成的阱層105b。重復(fù)6次 這樣的層疊步驟后，在第6個層疊的阱層105b上形成第7層的勢壘層105a， 成為在具有多量子阱結(jié)構(gòu)的發(fā)光層105的兩側(cè)配置有勢壘層105a的結(jié)構(gòu)。
首先，仍在基板溫度760。C下，開始TEGa和SiEU向爐內(nèi)的供給，以 設(shè)定的時間形成0，8nm的由摻雜Si的GaN構(gòu)成的初始勢壘層，停止TEGa 和SiKU的供給。然后，將感受器的溫度升到920°C。然后，再開始TEGa 和SiH4向爐內(nèi)的供給，在基板溫度920。C下再進行1.7nm的中間勢壘層的 生長后，停止TEGa和SiH4向爐內(nèi)的供給。接著，將感受器溫度降到760 °C 。 開始TEGa和SiHU的供給，再進行3.5nm的最終勢壘層的生長后，再次 停止TEGa和SiH4的供給。結(jié)束GaN勢壘層的生長。通過上述的3階段 的成膜處理，形成了包含初始勢壘層、中間勢壘層和最終勢壘層這3層、 且總膜厚為6nm的摻雜Si的GaN勢壘層(勢壘層105a ) 。 SiH4的量進行 調(diào)整以使Si濃度為lxl017cnT3。
上述GaN勢壘層(勢壘層105a)的生長結(jié)束后，向爐內(nèi)供給TEGa 和TMIn進行阱層的成膜處理，形成3nm膜厚的GaQ^In^sN層(阱層 105b)。
然后，由Ga。.92lno.Q8N構(gòu)成的阱層105b的生長結(jié)束后，變更TEGa的 供給量的設(shè)定。接著，再開始TEGa和S舊4的供給，進行第2層的勢壘層 105a的形成。
通過重復(fù)6次上述的步驟，形成6層的由摻雜Si的GaN構(gòu)成的勢壘 層105a和6層的由Ga。.92lno.Q8N構(gòu)成的阱層105b。
然后，形成第6層的由Ga。.92ln。.()8N構(gòu)成的阱層105b后，接著進行第 7層的勢壘層的形成。在第7層的勢壘層的形成處理中，首先，停止SiHU 的供給，形成由非摻雜GaN構(gòu)成的初始勢壘層后，仍繼續(xù)TEGa向爐內(nèi) 的供給，將基板溫度升到920°C,在該基板溫度920。C下以規(guī)定的時間進行 中間勢壘層的生長后，停止TEGa向爐內(nèi)的供給。接著，將基板溫度降到760°C，開始TEGa的供給，進行最終勢壘層的生長后，再停止TEGa的 供給，結(jié)束GaN勢壘層的生長。由此形成包含初始勢壘層、中間勢壘層和 最終勢壘層這3層、且總膜厚為4nm的由非摻雜GaN構(gòu)成的勢壘層(參 照圖4中的發(fā)光層105之中的最上層的勢壘層105a)。
按照以上的步驟形成了包含厚度不均勻的阱層(從圖4中的n型層104 側(cè)起第1 - 5層的阱層105b )和厚度均勻的阱層(參照從圖4中的n型層 104側(cè)起的第6層的阱層105b)的多量子阱結(jié)構(gòu)的發(fā)光層105。 rp型半導(dǎo)體層的形成J
與上述的各工序接續(xù)，使用同一MOCVD裝置，成膜出具有由4層的 未摻雜的Al(U)6Ga。.94N和3層的摻雜Mg的GaN構(gòu)成的超晶格結(jié)構(gòu)的p覆 蓋層106a，再在其上成膜出膜厚200nm的由摻雜Mg的GaN形成的p接 觸層106b,形成為p型半導(dǎo)體層106。
首先， 一邊供給NEb氣一邊將基板溫度向975。C升溫后，在該溫度下 將載氣從氮氣切換成氫氣。接著，將基板溫度變成1050'C。然后，通過向 爐內(nèi)供給TMGa和TMAl，成膜出2.5nm的由未摻雜的Al0.06Ga0.94N形成 的層。接著，不留間隔而關(guān)閉TMA1的閥、打開Cp2Mg的閥，成膜出2.5nm 的摻雜Mg的GaN層。
重復(fù)3次以上的操作，在最后形成非摻雜AlQ.Q6Gao.94N層，由此形成 由超晶格結(jié)構(gòu)構(gòu)成的覆蓋層106a。
然后，向爐內(nèi)只供給Cp2 Mg和TMGa,形成200nm的由p型GaN 構(gòu)成的p接觸層106b。
如上述那樣制作的LED用的外延晶片，具有下述的結(jié)構(gòu)在具有c 面的藍寶石制的基板IOI上，形成具有單晶結(jié)構(gòu)的A1N層(緩沖層102) 后，從_|41101側(cè)依次層疊了 8pm的非摻雜GaN層(基底層103);包 含具有5xl018cm-3的電子濃度的2nm的摻雜Si的GaN初始層與200nm的 摻雜Si的GaN再生長層的n接觸層104a;具有有4xl018cnT3的Si濃度、 20層的1.7nm的Gao.99 Ino.tn N和19層的1.7nm的GaN形成的超晶格結(jié) 構(gòu)的覆蓋層(n覆蓋層104b);始于GaN勢壘層終于GaN勢壘層，包括
41層厚為6nm的6層的摻雜Si的GaN勢壘層(勢壘層105a )、層厚為3nm 的6層的未摻雜的Ga。,92In。.()8N阱層(阱層105b )和具有由未摻雜的GaN 形成的最終勢壘層的最上位勢壘層(參照圖4中的發(fā)光層105之中的最上 層的勢壘層105a)的多量子阱結(jié)構(gòu)(發(fā)光層105);和由p覆蓋層106a 和p接觸層106b構(gòu)成的p型半導(dǎo)體層106，所述p覆蓋層106a由膜厚2.5nm 的未摻雜Al。.o6Ga。.94N所形成的4個層和膜厚2.5nm的摻雜Mg的 AktnGao.99N所形成的具有超晶格結(jié)構(gòu)的3個層構(gòu)成，所述p接觸層106b 由膜厚200nm的摻雜Mg的GaN所形成。 實施例10
在上述實施例9中說明的形成發(fā)光層105的工序中，除了對于7層的 勢壘層105a之中的最后形成的勢壘層設(shè)為未摻雜以外，采用與實施例9 同樣的操作步驟，制造出依次層疊n型半導(dǎo)體層104、發(fā)光層105、 p型半 導(dǎo)體層106而成的LED用的外延晶片。
實施例11
除了使在上述實施例9和實施例10中說明的、在發(fā)光層105上形成p 型半導(dǎo)體層106的工序為以下所說明的步驟以外，采用與實施例9同樣的 操作步驟制造了 LED用的外延晶片。
在本例中，在發(fā)光層105上，使用與在該發(fā)光層105的形成中使用的 裝置相同的MOCVD裝置，適當(dāng)調(diào)整TMGa、 TMA1和Cp2Mg的供給量， 成膜出包含4層的未摻雜的Al。.。6Ga。.94N和3層的摻雜Mg的Al,Ga。.99N 的超晶格結(jié)構(gòu)的p型覆蓋層106a，進而，在該p型覆蓋層106a上，成膜 出膜厚200nm的摻雜Mg的GaN所形成的p型接觸層106b，形成為p型 半導(dǎo)體層106。
實施例12
接著，使用采用上述各實施例的方法得到的LED用的外延晶片制造了 LED。
即，例如，采用公知的光刻技術(shù)，在上述外延晶片的摻雜Mg的GaN 層(p接觸層106b)的表面形成由IZO構(gòu)成的透光性正極109,在該透光性正極109上形成具有依次層疊鉻、鈦和金的結(jié)構(gòu)的正極焊盤107 ( p電極 焊盤)，作為p側(cè)電極。此外，對晶片實施干蝕刻，使n接觸層104b的 形成n側(cè)電極(負極)的區(qū)域露出，在該露出區(qū)域形成依次層疊Cr、 Ti 和Au這3層而成的負極108 (n側(cè)電極)。通過這樣的步驟，在晶片上形 成具有如圖3所示形狀的各電極。
然后，對于采用上述的步驟形成了 p側(cè)和n側(cè)的各電極的晶片，將藍 寶石制的基板IOI的背面進行磨削和研磨，形成為鏡面狀的面。然后，將 該晶片裁切成350jim見方的正方形的芯片，形成為如圖3所示的發(fā)光元件 1。然后，使各電極朝上而配置在引線框上，用金線與引線框連接，形成為 發(fā)光二極管(LED )(參照圖5的燈3 )。在這樣地制作的發(fā)光二極管的p 側(cè)和n側(cè)的電才及間流通正向電流的結(jié)果，在電流20mA下的正向電壓為 3.1V。另外，通過p側(cè)的透光性正極109觀察發(fā)光狀態(tài)的結(jié)果，發(fā)光波長 為460nm，發(fā)光輸出功率顯示20mW。對于由所制作的晶片的大體全面制 作的發(fā)光二極管而言，可以沒有偏差地得到這樣的發(fā)光特性。
產(chǎn)業(yè)上的利用可能性
本發(fā)明的m族氮化物半導(dǎo)體的制造方法，由于能夠在發(fā)光二極管
(LED )等的發(fā)光元件的制造領(lǐng)域中利用，因此具有產(chǎn)業(yè)上的利用可能性。
另外，本發(fā)明的m族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件和本發(fā)明的燈，能夠在電子設(shè)
備等的各種各樣的通用制品中應(yīng)用，從該點來看具有較高的產(chǎn)業(yè)上的利用 可能性。
本發(fā)明中表示數(shù)值范圍的"以上，，和"以下"均包括本數(shù)。
權(quán)利要求
1、一種III族氮化物半導(dǎo)體層的制造方法，在基板上形成單晶的III族氮化物半導(dǎo)體層，該制造方法的特征在于，具有基板加工工序，通過在基板的(0001)C面上形成由與所述C面不平行的表面構(gòu)成的多個凸部，從而在所述基板上形成由平面和所述凸部構(gòu)成的上面，所述平面由所述C面構(gòu)成；和外延工序，在所述上面上外延生長所述III族氮化物半導(dǎo)體層，由所述III族氮化物半導(dǎo)體層掩埋所述凸部。
2、 根據(jù)權(quán)利要求i所述的m族氮化物半導(dǎo)體層的制造方法，其特征在于，所述凸部是基部寬度為0.05~5nm、高度為0.05~5nm，并且高度為基部寬度的1/4以上的凸部，相鄰的所述凸部間的間隔為所述基部寬度的0.5 ~ 5倍。
3、 根據(jù)權(quán)利要求i所述的m族氮化物半導(dǎo)體層的制造方法，其特征在于，所述凸部為朝向上部外形逐漸變小的形狀。
4、 根據(jù)權(quán)利要求i所述的m族氮化物半導(dǎo)體層的制造方法，其特征在于，所述凸部為大致圓錐狀或大致多角錐狀。
5、 根據(jù)權(quán)利要求i所述的m族氮化物半導(dǎo)體層的制造方法，其特征在于，所述基板是藍寶石基板。
6、 根據(jù)權(quán)利要求i所述的m族氮化物半導(dǎo)體層的制造方法，其特征在于，在所述基板加工工序之后、所述外延工序之前具有緩沖層形成工序，所述緩沖層形成工序是采用濺射法在所述上面上層疊多晶的AlxGa,.xN(O^xSl)形成的厚度為0.01 ~ 0.5拜的緩沖層。
7、 根據(jù)權(quán)利要求i所述的ni族氮化物半導(dǎo)體層的制造方法，其特征在于，在所述基板加工工序之后、所述外延工序之前具有緩沖層形成工序，所述緩沖層形成工序是采用濺射法在所述上面上層疊具有單晶結(jié)構(gòu)的AlxGa,-xN ( 0^x51 )形成的厚度為0.01 ~ 0.5nm的緩沖層。
8、 一種m族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，是在形成于基板上的單晶的EI族氮化物半導(dǎo)體層上形成有l(wèi)ed結(jié)構(gòu)的m族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，所述基板是具有上面的基板，所述上面由平面和多個凸部構(gòu)成，所述平面由所述c面構(gòu)成，所述多個凸部由與所述c面不平行的表面構(gòu)成，ni族氮化物半導(dǎo)體層是在所述上面上外延生長掩埋所述凸部的所述m族氮化物半導(dǎo)體層而形成的。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的m族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，所述凸部是基部寬度為0.05~5fim、高度為0.05~5nm，并且高度為基部寬度的1/4以上的凸部，相鄰的所述凸部間的間隔為所述基部寬度的0.5~5倍。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的m族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，所述凸部為朝向上部外形逐漸變小的形狀。
11、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的m族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，所述凸部為大致圓錐狀或大致多角錐狀。
12、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的in族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，所述基板是藍寶石基板。
13、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的m族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，在所述上面上具有多晶的AlxGai-xN (O^^l)形成的厚度為0.01~0.5nm的緩沖層。
14、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的m族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，在所述上面上具有緩沖層，所述緩沖層是具有單晶結(jié)構(gòu)的AlxGai_xN()形成的厚度為0.01 ~ 0.5,的緩沖層。
15、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的m族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，所述LED結(jié)構(gòu)具有分別由EI族氮化物半導(dǎo)體形成的n型層和發(fā)光層以及p型層。
16、 根據(jù)權(quán)利要求is所述的m族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，所述n型層具有n覆蓋層，并且所述p型層具有p覆蓋層，所述n覆蓋層和/或所述p覆蓋層至少含有超晶格結(jié)構(gòu)。
17、 一種燈，其特征在于，使用了權(quán)利要求8所述的ni族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。
18、 一種權(quán)利要求8所述的m族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的用于燈制造的用途。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種可獲得能夠很好地用于內(nèi)部量子效率和光取出效率優(yōu)異的發(fā)光元件的形成的結(jié)晶性優(yōu)異的III族氮化物半導(dǎo)體層的制造方法。根據(jù)本發(fā)明，可提供一種III族氮化物半導(dǎo)體層(103)的制造方法，該制造方法在基板(101)上形成單晶的III族氮化物半導(dǎo)體層(103)，其中，該制造方法具有通過在基板(101)的(0001)C面上形成由與所述C面不平行的表面(12c)構(gòu)成的多個凸部(12)，從而在所述基板(101)形成由平面(11)和所述凸部(12)構(gòu)成的上面(10)的基板加工工序，所述平面由所述C面構(gòu)成；和在所述上面(10)上外延生長所述III族氮化物半導(dǎo)體層(103)，由所述III族氮化物半導(dǎo)體層(103)掩埋所述凸部(12)的外延工序。
文檔編號H01L21/205GK101558502SQ20078004596
公開日2009年10月14日 申請日期2007年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月22日
發(fā)明者篠原裕直, 酒井浩光 申請人:昭和電工株式會社