本發(fā)明涉及發(fā)光元件的制造方法及發(fā)光元件。

背景技術(shù)：

已知有如下的LED元件，該LED元件具備：III族氮化物半導(dǎo)體，其形成于藍寶石基板的表面上且包含發(fā)光層；衍射面，其形成于藍寶石基板的表面?zhèn)?，并入射從發(fā)光層發(fā)出的光，以比該光的光學(xué)波長大且比該光的相干長度小的周期形成有凹部或凸部；Al反射膜，其形成于基板的背面?zhèn)龋瓷溆裳苌涿嫜苌涞墓?，再使其入射到衍射?參照專利文獻1)。在該LED元件中，使通過衍射作用透射的光再入射到衍射面，通過利用衍射面再次利用衍射作用使其透射，能夠以多種模式向元件外部取出光。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1:(日本)國際公開第2011/027679號

發(fā)明所要解決的課題

然而，判明了在以在基板表面形成衍射面的周期形成凹部或凸部時，之后，在使III族氮化物半導(dǎo)體在該表面成長時，由于凹凸的間距，III族氮化物半導(dǎo)體的結(jié)晶品質(zhì)大幅度地變化。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是鑒于上述事情而創(chuàng)立的，其目的在于，提供一種即使使用表面以形成衍射面的周期形成有凹部或凸部的基板，也能夠抑制因凹凸的間距而造成的III族氮化物半導(dǎo)體的結(jié)晶品質(zhì)的變化的發(fā)光元件的制造方法及通過該制造方法制造的發(fā)光元件。

用于解決課題的方案

為了實現(xiàn)所述目的，本發(fā)明中，提供一種發(fā)光元件的制造方法，使包含發(fā)光層且由III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的半導(dǎo)體層疊部，在以比從所述發(fā)光層發(fā)出的光的光學(xué)波長大且比該光的相干長度小的周期形成凸部的基板表面成長，其中，沿著包含所述凸部的所述基板表面形成緩沖層，在所述緩沖層上，使內(nèi)包至少一個所述凸部、具有刻面且相互隔離的多個晶核成長，使平坦化層在形成有所述多個晶核的緩沖層上成長。

在所述發(fā)光元件的制造方法中，所述多個晶核也可以具有平坦的上表面。

在所述發(fā)光元件的制造方法中，所述緩沖層也可以通過以AlN為靶的濺射形成。

在所述的發(fā)光元件的制造方法中，所述多個晶核也可以成長為900nm以下的高度。

另外，本發(fā)明中，也可以是，發(fā)光元件通過所述發(fā)光元件的制造方法制造，所述半導(dǎo)體層疊部包含所述緩沖層、所述多個晶核、所述平坦化層，所述多個晶核的氧濃度比所述平坦化層的氧濃度高。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，即使使用表面以形成衍射面的周期形成凹部或凸部的基板，也能夠抑制因凹凸的間距而造成的III族氮化物半導(dǎo)體的結(jié)晶品質(zhì)的變化。

附圖說明

圖1是表示本發(fā)明的一實施方式的LED元件的示意剖面圖；

圖2是表示不同的折射率的界面的光的衍射作用的說明圖，(a)表示通過界面反射的狀態(tài)，(b)表示透射界面的狀態(tài)；

圖3表示藍寶石基板，(a)為示意立體圖，(b)是表示A－A剖面的示意說明圖，(c)是示意放大說明圖；

圖4是表示III族氮化物半導(dǎo)體的成長初期的成長溫度的變化的圖的一例；

圖5是表示晶核的形成狀態(tài)的示意平面圖；

圖6是樣品體A的SEM圖像；

圖7是樣品體B的SEM圖像；

圖8是樣品體C的SEM圖像；

圖9是樣品體D的SEM圖像；

圖10是樣品體E的SEM圖像；

圖11是樣品體F的SEM圖像；

圖12是對于形成有晶核的樣品體和未形成晶核的樣品體，表示凸部的間距和穿透位錯密度的關(guān)系的圖；

圖13是表示未形成晶核的情況的III族氮化物半導(dǎo)體的成長初期的成長溫度的變化的圖的一例；

圖14是表示晶核的高度和穿透位錯密度的關(guān)系的圖形；

圖15是表示變形例的LED元件的示意剖面圖。

具體實施方式

圖1是表示本發(fā)明的一實施方式的LED元件的示意剖面圖。

如圖1所示，LED元件1是在藍寶石基板2的表面上形成有由III族氮化物半導(dǎo)體層構(gòu)成的半導(dǎo)體層疊部19的元件。該LED元件1是倒裝片型，主要從藍寶石基板2的背面?zhèn)热〕龉?。半?dǎo)體層疊部19從藍寶石基板2側(cè)按順序具有緩沖層10、平坦化層12、n型GaN層13、發(fā)光層14、電子阻擋層16、p型GaN層18。另外，在緩沖層10上形成有多個晶核11。在p型GaN層18上形成有p側(cè)電極27，并且在n型GaN層12上形成有n側(cè)電極28。

如圖1所示，緩沖層10形成于藍寶石基板2的表面上，由AlN構(gòu)成。緩沖層10沿著含有凸部2c的基板表面形成，在緩沖層10的表面接續(xù)藍寶石基板2的凹凸。本實施方式中，緩沖層10通過MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法形成，但也可以使用濺射法。在使用濺射法的情況下，優(yōu)選不是以Al為靶的反應(yīng)性濺射，而是以AlN為靶的濺射。在以Al為靶的反應(yīng)性濺射中，由于為較高溫，所以有時因遷移而給基板表面的覆蓋狀態(tài)帶來壞影響。另外，因需要形成為高溫且高真空，所以裝置變得復(fù)雜，制造成本會增大。與之相對，在以AlN為靶的濺射中，不會產(chǎn)生這些問題。平坦化層12形成于緩沖層10上，由非摻雜的u－GaN構(gòu)成。作為第一導(dǎo)電型層的n型GaN層13形成于平坦化層12上，由n－GaN構(gòu)成。發(fā)光層14形成于n型GaN層13上，由GalnN/GaN構(gòu)成，通過電子及空穴的注入而發(fā)出藍色光。在此，藍色光是指例如峰值波長為430nm以上且480nm以下的光。本實施方式中，發(fā)光層14的發(fā)光的峰值波長為450nm。

電子阻擋層16形成于發(fā)光層14上，由p－AlGaN構(gòu)成。作為第二導(dǎo)電型層的p型GaN層18形成于電子阻擋層16上，由p－GaN構(gòu)成。從緩沖層10至p型GaN層18通過III族氮化物半導(dǎo)體的外延成長形成。此外，至少包含第一導(dǎo)電型層、活性層及第二導(dǎo)電型層，在對第一導(dǎo)電型層及第二導(dǎo)電型層施加電壓時，只要通過電子及空穴的再結(jié)合，利用活性層發(fā)光，則半導(dǎo)體層的層構(gòu)成就是任意的。

藍寶石基板2的表面形成垂直化蛾眼面2a，藍寶石基板2的表面形成有平坦部2b、周期性形成于平坦部2b的多個凸部2c。本實施方式中，在各凸部2c的周圍無空隙地形成有半導(dǎo)體層疊部19。各凸部2c的形狀除圓錐、棱錐等錐狀外，也可以形成為切掉錐的上部的圓錐臺、棱錐臺等錐臺狀。各凸部2c設(shè)計為將從發(fā)光層14發(fā)出的光衍射。本實施方式中，通過周期性配置的各凸部2c可以得到光的垂直化作用。在此，光的垂直化作用是指光反射及透射后與入射到垂直化蛾眼面之前相比，光的強度分布偏向與藍寶石基板2和半導(dǎo)體層疊部19的界面垂直的方向。

圖2是表示不同的折射率的界面的光的衍射作用的說明圖，(a)表示在界面反射的狀態(tài)，(b)表示透射界面的狀態(tài)。

在此，根據(jù)布萊格的衍射條件，光在界面反射的情況下，反射角θ_ref相對于入射角θ_in應(yīng)滿足的條件為下式(1)。

d·n1·(sinθ_in－sinθ_ref)＝m·λ (1)

在此，n1為入射側(cè)的介質(zhì)的折射率，λ為入射的光的波長，m為整數(shù)。光從半導(dǎo)體層疊部19入射到藍寶石基板2的情況下，n1為III族氮化物半導(dǎo)體的折射率。如圖2(a)所示，入射到界面的光以滿足上述式(1)的反射角θ_ref反射。

另一方面，根據(jù)布萊格的衍射條件，光在界面透射的情況下，透射角θ_out相對于入射角θ_in應(yīng)滿足的條件為下式(2)。

d·(n1·sinθ_in－n2·sinθ_out)＝m’·λ (2)

在此，n2為射出側(cè)的介質(zhì)的折射率，m’為整數(shù)。例如，光從半導(dǎo)體層疊部19向藍寶石基板2入射的情況下，n2為藍寶石的折射率。如圖2(b)所示，入射到界面的光以滿足上述式(2)的透射角θ_out透射。

為了使?jié)M足上述式(1)及式(2)的衍射條件的反射角θ_ref及透射角θ_out存在，藍寶石基板2的表面的周期必須大于元件內(nèi)部的光學(xué)波長即(λ/n1)或(λ/n2)。因此，藍寶石基板2的表面以衍射光存在的方式將周期設(shè)定為比(λ/n1)或(λ/n2)大。

如圖1所示，p側(cè)電極27具有形成于p型GaN層18上的擴散電極21、形成于擴散電極21上的規(guī)定區(qū)域的電介體多層膜22、形成于電介體多層膜22上的金屬電極23。擴散電極21全面地形成于p型GaN層18，例如，由ITO(Indium Tin Oxide)等透明材料構(gòu)成。另外，電介體多層膜22多次反復(fù)一對折射率不同的第一材料和第二材料構(gòu)成。電介體多層膜22例如可以將第一材料設(shè)為ZrO₂(折射率：2.18)，第二材料設(shè)為SiO₂(折射率：1.46)，對數(shù)可以為5。此外，也可以使用與ZrO₂和SiO₂不同的材料構(gòu)成電介體多層膜22，例如，也可以使用AlN(折射率：2.18)、Nb₂O₃(折射率：2.4)、Ta₂O₃(折射率：2.35)等。金屬電極23覆蓋電介體多層膜22，例如由Al等金屬材料構(gòu)成。金屬電極23通過形成于電介體多層膜22的通孔22a與擴散電極21電連接。

另外，n側(cè)電極28通過自p型GaN層18對n型GaN層12進行蝕刻，而形成在露出的n型GaN層12上。n側(cè)電極28具有形成于n型GaN層12上的擴散電極24、形成于擴散電極24上的規(guī)定區(qū)域的電介體多層膜25、形成于電介體多層膜25上的金屬電極26。擴散電極24全面地形成于n型GaN層12上，例如由ITO(Indium Tin Oxide)等透明材料構(gòu)成。另外，電介體多層膜25多次反復(fù)一對折射率不同的第一材料和第二材料而構(gòu)成。電介體多層膜25例如可以將第一材料設(shè)為ZrO₂(折射率：2.18)，第二材料設(shè)為SiO₂(折射率：1.46)，對數(shù)可以為5。此外，也可以使用與ZrO₂和SiO₂不同的材料構(gòu)成電介體多層膜25，例如也可以使用AlN(折射率：2.18)、Nb₂O₃(折射率：2.4)、Ta₂O₃(折射率：2.35)等。金屬電極26覆蓋電介體多層膜25，例如由Al等金屬材料構(gòu)成。金屬電極26通過形成于電介體多層膜25的通孔25a與擴散電極24電連接。

在該LED元件1中，p側(cè)電極27及n側(cè)電極28形成反射部。p側(cè)電極27及n側(cè)電極28分別越接近于垂直的角度，反射率越高。除從發(fā)光層14發(fā)出直接入射的光以外，由藍寶石基板2的垂直化蛾眼面2a反射且相對于界面偏垂直角度變化的光也向反射部入射。即，入射到反射部的光的強度分布與藍寶石基板2的表面為平坦面的情況相比較時，成為偏垂直的狀態(tài)。

接著，參照圖3詳述藍寶石基板2。圖3表示藍寶石基板，(a)為示意立體圖，(b)是表示A－A剖面的示意說明圖，(c)是示意放大說明圖。

如圖3(a)所示，垂直化蛾眼面2a平面看以各凸部2c的中心為正三角形的頂點的位置的方式以規(guī)定的周期排列形成于假想的三角格子的交點。此外，也可以以各凸部2c的中心為等腰三角形的頂點的位置的方式進行配置。各凸部2c的周期比從發(fā)光層14發(fā)出的光的光學(xué)波長大，比該光的相干長度小。此外，在此所說的周期是指鄰接的凸部2c的高度的峰值位置的距離。另外，光學(xué)波長是指實際的波長除以折射率所得的值。另外，相干長度相當(dāng)于根據(jù)規(guī)定的光譜寬度的光子組的各波長不同而波的周期性振動相互抵消，至可干涉性消失的距離。相干長度lc在將光的波長設(shè)為λ，該光的半幅值設(shè)為Δλ時，處于大致lc＝(λ²/Δλ)的關(guān)系。在此，各凸部2c的周期在光學(xué)波長的1倍以上且衍射作用相對于臨界角以上的角度的入射光逐漸地有效發(fā)揮作用，當(dāng)比從發(fā)光層14發(fā)出的光的光學(xué)波長的2倍大時，透射模式及反射模式的數(shù)量充分增加，所以優(yōu)選。另外，優(yōu)選各凸部2c的周期為從發(fā)光層14發(fā)出的光的相干長度的一半以下。

本實施方式中，形成假想的三角格子的正三角形的一邊的長度為460nm，各凸部2c的周期為460nm。從發(fā)光層14發(fā)出的光的波長為450nm，III族氮化物半導(dǎo)體層的折射率為2.4，因此，其光學(xué)波長為187.5nm。另外，從發(fā)光層14發(fā)出的光的半幅值為27nm，因此該光的相干長度為7500nm。即，垂直化蛾眼面2a的周期比發(fā)光層14的光學(xué)波長的2倍大且為相干長度的一半以下。

本實施方式中，如圖3(c)所示，垂直化蛾眼面2a的各凸部2c具有從平坦部2b向上方延伸的側(cè)面2d、從側(cè)面2d的上端向凸部2c的中心側(cè)彎曲延伸的彎曲部2e、與彎曲部2e連續(xù)形成的平坦的上表面2f。如后所述，通過由側(cè)面2d和上表面2f的會合部形成角的彎曲部2e形成前的凸部2c的濕蝕刻，去掉角而形成彎曲部2e。另外，也可以實施濕蝕刻直至平坦的上表面2f消失，凸部2c的上側(cè)整體為彎曲部2e。本實施方式中，具體而言，各凸部2c基端部的直徑為380nm，高度為400nm。藍寶石基板2的垂直化蛾眼面2a除各凸部2c外，為平坦部2b。

在此，對于LED元件1用的藍寶石基板2的制作方法進行說明。本實施方式的制作方法包含掩模層形成工序、抗蝕膜形成工序、圖案形成工序、殘膜去除工序、抗蝕劑變質(zhì)工序、掩模層的蝕刻工序、藍寶石基板的蝕刻工序、掩模層去除工序、彎曲部形成工序。

首先，準備加工前的藍寶石基板2，在蝕刻之前通過規(guī)定的清洗液預(yù)先清洗藍寶石基板2。接著，在藍寶石基板2上形成掩模層(掩模層形成工序)。本實施方式中，掩模層具有藍寶石基板2上的SiO₂層、SiO₂層上的Ni層。此外，掩模層也可以作為單層。掩模層通過濺射法、真空蒸鍍法、CVD法等形成。

接著，在掩模層上形成抗蝕膜(抗蝕膜形成工序)。本實施方式中，作為抗蝕膜例如使用環(huán)氧樹脂等熱塑性樹脂，通過旋涂法以均勻的厚度形成。作為抗蝕膜，除使用熱塑性樹脂外，例如還可以使用光固化性樹脂。

而且，將抗蝕膜連藍寶石基板2一起加熱軟化，通過模型沖壓抗蝕膜。在模型的接觸面上形有凹凸構(gòu)造，抗蝕膜按照凹凸構(gòu)造變形。之后，一直保持沖壓狀態(tài)，使抗蝕膜連同藍寶石基板2一起冷卻固化。而且，通過將模型從抗蝕膜隔離，在抗蝕膜上轉(zhuǎn)印凹凸構(gòu)造(圖案形成工序)。本實施方式中，凹凸構(gòu)造的周期為460nm。另外，在本實施方式中，凹凸構(gòu)造的凸部的直徑為100nm以上且300nm以下，例如為230nm。另外，凸部的高度為100nm以上且300nm以下，例如250nm。在該狀態(tài)下，在抗蝕膜的凹部形成有殘膜。

將如上形成了抗蝕膜的藍寶石基板2安裝在等離子蝕刻裝置的基板保持臺上。而且，通過例如等離子灰化去掉殘膜使掩模層露出(殘膜去除工序)。本實施方式中，作為等離子灰化的處理使用O₂氣體。

而且，將抗蝕膜在變質(zhì)用條件下曝露在等離子內(nèi)，使抗蝕膜變質(zhì)以提高蝕刻選擇比(抗蝕劑變質(zhì)工序)。本實施方式中，作為抗蝕膜的變質(zhì)用的處理氣體，使用Ar氣。另外，在本實施方式中，作為變質(zhì)用條件，將用于將等離子向藍寶石基板2側(cè)誘導(dǎo)的等離子蝕刻裝置的電源的偏壓輸出設(shè)定為比后述的蝕刻用條件低。

之后，在蝕刻用條件下曝露在等離子內(nèi)，以蝕刻選擇比變高的抗蝕膜作為掩模進行掩模層的蝕刻(掩模層的蝕刻工序)。本實施方式中，作為抗蝕膜的蝕刻用的處理氣體，使用Ar氣。由此，在掩模層形成圖案。

在此，對于變質(zhì)用條件和蝕刻用條件，可以適當(dāng)變更處理氣體、天線輸出、偏壓輸出等，但如本實施方式，優(yōu)選使用相同的處理氣體而改變偏壓輸出。此外，相對于蝕刻用條件除降低偏壓輸出外，即使降低天線輸出，或減少氣體流量，也能夠?qū)崿F(xiàn)抗蝕劑的固化。

接著，以掩模層作為掩模，進行藍寶石基板2的蝕刻(藍寶石基板的蝕刻工序)。本實施方式中，在抗蝕膜殘留于掩模層上的狀態(tài)下進行蝕刻。另外，進行作為處理氣體使用BCl₃氣等氯系氣體的等離子蝕刻。

而且，當(dāng)蝕刻進行時，在藍寶石基板2上形成垂直化蛾眼面2a。本實施方式中，垂直化蛾眼面2a的凹凸構(gòu)造的高度為400nm。此外，還可以使凹凸構(gòu)造的高度比400nm大。在此，凹凸構(gòu)造的高度例如只要如300nm那樣較淺，則也可以在殘留抗蝕膜的狀態(tài)下完成蝕刻。

之后，使用規(guī)定的剝離液去除殘留在藍寶石基板2上的掩模層(掩模層去除工序)。本實施方式中，通過使用高溫的硝酸去除Ni層后，使用氫氟酸去除SiO₂層。此外，抗蝕膜即使殘留在掩模層上，也能夠利用高溫的硝酸連同Ni層一起去除，在抗蝕膜的殘留量多的情況下，優(yōu)選通過O₂灰化，預(yù)先去除抗蝕膜。

而且，通過濕蝕刻去除凸部2c的角，形成彎曲部(彎曲部形成工序)。在此，蝕刻液是任意的，但例如可以使用加溫至170℃左右的磷酸水溶液即所謂的“熱磷酸”。此外，該彎曲部形成工序可以適當(dāng)省略。經(jīng)過以上的工序，制作在表面具有凹凸構(gòu)造的藍寶石基板2。

使由III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的半導(dǎo)體層疊部19在如上制作的藍寶石基板2的垂直化蛾眼面2a外延成長(半導(dǎo)體形成工序)，形成p側(cè)電極27及n側(cè)電極28(電極形成工序)。之后，通過切割將其分割成多個LED元件1，由此制造LED元件1。

本實施方式中，在藍寶石基板2的垂直化蛾眼面2a上按照緩沖層10、平坦化層12、n型GaN層13、發(fā)光層14、電子阻擋層16、p型GaN層18的順序?qū)盈BIII族氮化物半導(dǎo)體。在藍寶石基板2的表面以形成衍射面的周期形成凹部或凸部的情況下，判明當(dāng)在通常的成長條件下使平坦化層12以后成長時，因凹凸的間距而III族氮化物半導(dǎo)體的結(jié)晶品質(zhì)有大幅度地變化。本申請發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在平坦化層12成長之前，在與平坦化層12的成長條件相比，在促進刻面的形成的成長條件下，使多個晶核11成長，由此，可以抑制因凹凸的間距帶來的III族氮化物半導(dǎo)體的結(jié)晶品質(zhì)的變化。

具體而言，如圖1所示，各晶核11具有由刻面(facet面)構(gòu)成的多個側(cè)面11a、和平坦的上表面11b。本實施方式中，上表面11b是GaN的c面。各晶核11平面看呈現(xiàn)六邊形，剖面呈現(xiàn)梯形。如圖5所示，各晶核11分別以內(nèi)包至少一個凸部2c的方式形成。另外，各晶核11相互隔離形成，平坦化層12形成前是緩沖層10的平面部分及一部分凸部2c露出的狀態(tài)。

圖4是表示III族氮化物半導(dǎo)體的成長初期的成長溫度的變化的圖的一例。

如圖4所示，在本實施方式中，在比平坦化層12的成長溫度低的溫度下使緩沖層10成長。之后，在比緩沖層10的成長溫度高，比平坦化層12的成長溫度低的溫度下使各晶核11成長。各晶核11成長后，使平坦化層12成長。此外，作為對刻面形成有利的成長條件，考慮降低反應(yīng)堆內(nèi)的溫度，提高反應(yīng)堆內(nèi)的壓力，減少NH₃的供給量，(減小CH₃)₃Ga的供給量，降低V/III比等。通過在規(guī)定的條件下設(shè)置各晶核11，可以不受凸部2c的周期的影響而使半導(dǎo)體層疊部19成為良好的結(jié)晶品質(zhì)。

緩沖層10可以通過例如在規(guī)定時間，在使V/III比為1016，將反應(yīng)堆內(nèi)的溫度保持在540℃的同時供給2200sccm的NH₃、20sccm的(CH₃)₃Ga來形成。各晶核11可以通過例如在規(guī)定時間，在使V/III比為1016，將反應(yīng)堆內(nèi)的溫度保持在950℃的同時供給2200sccm的NH₃、20sccm的(CH₃)₃Ga來形成。另外，平坦化層12可以通過例如在規(guī)定時間，在使V/III比為1016，將反應(yīng)堆內(nèi)的溫度保持在1040℃的同時供給8000sccm的NH₃、45sccm的(CH₃)₃Ga來形成。即，各晶核11的成長條件相對于緩沖層10的成長條件，也可僅通過提高反應(yīng)堆內(nèi)的溫度來應(yīng)對。另外，平坦化層12的成長條件相對于各晶核11的成長條件，可通過不變更V/III比而增大NH₃及(CH₃)₃Ga的供給量，且提高反應(yīng)堆內(nèi)的溫度來應(yīng)對。

在此，通過多個樣品體A－F確認在藍寶石基板2的表面形成有凸部2c的狀態(tài)下形成相互隔離的晶核11的情況。對于全部的樣品體，藍寶石基板2的凸部2c的高度為400nm，周期為460nm。

樣品體A通過在使V/III比為1016，將反應(yīng)堆內(nèi)的溫度保持在900℃的同時供給2200sccm的NH₃、20sccm的(CH₃)₃Ga來制作。樣品體B通過在使V/III比為1016，將反應(yīng)堆內(nèi)的溫度保持在950℃的同時供給2200sccm的NH₃、20sccm的(CH₃)₃Ga來制作。樣品體C通過在使V/III比為1016，將反應(yīng)堆內(nèi)的溫度保持在965℃的同時供給2200sccm的NH₃、20sccm(CH₃)₃Ga來制作。樣品體D通過在使V/III比為1016，將反應(yīng)堆內(nèi)的溫度保持在980℃的同時供給2200sccm的NH₃、20sccm(CH₃)₃Ga來制作。樣品體E通過在使V/III比為1016，將反應(yīng)堆內(nèi)的溫度保持在900℃的同時供給1100sccm的NH₃、10sccm(CH₃)₃Ga來制作。樣品體F通過在使V/III比為508，將反應(yīng)堆內(nèi)的溫度保持在900℃的同時供給1100sccm的NH₃、20sccm的(CH₃)₃Ga來制作。

圖6表示樣品體A的SEM圖像，圖7表示樣品體B的SEM圖像，圖8表示樣品體C的SEM圖像，圖9表示樣品體D的SEM圖像，圖10表示樣品體E的SEM圖像，圖11表示樣品體F的SEM圖像。

如圖6～圖9所示，隨著晶核11的成長溫度升高，晶核11的高度及平面看的大小變大，晶核11的密度減小。具體而言，樣品體A的各晶核11的高度為200nm～400nm，平面看的大小平均為14μm²，未內(nèi)包于晶核11而露出的狀態(tài)的凸部2c的比率為整體的7％，在藍寶石基板2側(cè)的表面覆蓋于各晶核11的面積的比率為39％。另外，樣品體B的各晶核11的高度為780nm～820nm，平面看的大小平均為53μm²，未內(nèi)包于晶核11而露出的狀態(tài)的凸部2c的比率為整體的27％，在藍寶石基板2側(cè)的表面覆蓋于各晶核11的面積的比率為20％。另外，樣品體C的各晶核11的高度為980nm～1200nm，平面看的大小平均為76μm²，未內(nèi)包于晶核11而露出的狀態(tài)的凸部2c的比率為61％，在藍寶石基板2側(cè)的表面覆蓋于各晶核11的面積的比率為17％。另外，樣品體D的各晶核11的高度為1500nm～1700nm，平面看的大小平均為106μm²，未內(nèi)包于晶核11而露出的狀態(tài)的凸部2c的比率為76％，在藍寶石基板2側(cè)的表面覆蓋于各晶核11的面積的比率為16％。該結(jié)果可理解為，當(dāng)提高晶核11的成長溫度時，未內(nèi)包于晶核11而露出的狀態(tài)的凸部2c的比率增大，并且在藍寶石基板2側(cè)的表面覆蓋于各晶核11的面積的比率減小。

另外，如圖6及圖10所示，通過減慢晶核11的成長速度，晶核11的高度及平面看的大小變大，晶核11的密度降低。另外，當(dāng)減慢晶核11的成長速度時，未內(nèi)包于晶核11而露出的狀態(tài)的凸部2c的比率增大，并且在藍寶石基板2側(cè)的表面覆蓋于各晶核11的面積的比率減小。

另外，如圖6及圖11所示，通過減小晶核11成長時的V/III比，晶核11的高度及平面看的大小增大，晶核11的密度降低。另外，當(dāng)減慢晶核11的成長速度時，未內(nèi)包于晶核11而露出的狀態(tài)的凸部2c的比率增大，并且在藍寶石基板2側(cè)的表面覆蓋于各晶核11的面積的比率減小。

圖12是對于形成有晶核的樣品體和未形成晶核的樣品體表示凸部的間距和穿透位錯密度的關(guān)系的圖形。作為形成有晶核的樣品體，在如圖4所示的溫度條件下制作上述的樣品體B。具體而言，經(jīng)過清洗工序S1、緩沖層成長工序S2、晶核形成工序S3、平坦化層形成工序S4來制作。各工序的溫度條件或成長時間是任意的，但樣品體制作的具體的溫度及時間如下。在清洗工序S1中，在10分鐘內(nèi)，將反應(yīng)堆內(nèi)的溫度保持在1000℃。另外，在緩沖層成長工序S2中，在2分鐘內(nèi)，使反應(yīng)堆內(nèi)的溫度為540℃，使緩沖層10成長。另外，在晶核形成工序S3中，在30分鐘內(nèi)，使反應(yīng)堆內(nèi)的溫度為950℃，使各晶核11成長。另外，在平坦化層形成工序S4中，在60分鐘內(nèi)，使反應(yīng)堆內(nèi)的溫度為1040℃，使平坦化層12成長。另外，對于未形成晶核的樣品體G，如圖13所示，在緩沖層形成工序S2后，不經(jīng)過晶核形成工序S3而轉(zhuǎn)移至平坦化層形成工序S4。此外，緩沖層10及平坦化層12的成長條件與形成晶核的樣品體B相同。

如圖12所示，在形成了晶核11的情況下，不論凸部2c的間距如何，穿透位錯密度均大體一定。與之相對，在未形成晶核11的情況下，凸部2c的間距越短，穿透位錯密度越大。在未形成晶核11的情況下，穿透位錯密度增大的理由被認為是，由于存在凸部2c，從而平坦化層12的Ga原子的遷移被阻礙，其結(jié)果是小的核以高密度形成，低位錯化變得困難。

另外，對于晶核11和平坦化層12測定氧濃度，對于任何樣品體，晶核11一方的氧濃度都比平坦化層12的氧濃度一方高。具體而言，對于晶核11，檢測出1×10¹⁷/cm³以上的氧，但對于平坦化層12未檢測出氧。在測定時，由于使用氧的檢測界限為5×10¹⁶/cm³的裝置，所以平坦化層12的氧濃度可以說不足5×10¹⁶/cm³。即，對于在半導(dǎo)體層疊部19的成長時是否使用晶核11，通過調(diào)查半導(dǎo)體層疊部19中的氧濃度可以知道。

圖14是表示各晶核的高度的最大值和穿透位錯密度的關(guān)系的圖形。對于各晶核11的高度和穿透位錯密度的關(guān)系，使用未形成晶核11而將各晶核11的高度看作0nm的樣品體G、各晶核11的高度為200nm～400nm的樣品體A、各晶核11的高度為780nm～820nm的樣品體B、各晶核11的高度為980nm～1200nm的樣品體C、各晶核11的高度為1500nm～1700nm的樣品體D進行調(diào)查。

如圖14所示，各晶核11的至少一個形成地比凸部2c高時，可理解為穿透位錯密度非常低。

另外，對于各樣品體A－D、G，半導(dǎo)體層疊部19的厚度為3.0μm，觀察是否平坦，對于各晶核11的高度為0nm、200nm～400nm及780～820nm的樣品體A、B、G為平坦，但對于高度為980nm～1200nm的樣品體C僅確認到表面麻點，對于高度為1500nm～1700nm的樣品體D可確認到較多的表面麻點。由此，從半導(dǎo)體層疊部19的平坦性的觀點來看，優(yōu)選各晶核的高度為900nm以下。

如以上說明，由于在形成平坦化層12之前形成晶核11，所以能夠不取決于凸部2c的周期而將半導(dǎo)體層疊部19的穿透位錯密度大體形成為一定。特別是如本實施方式，凸部2c的周期為1000nm以下時，能夠得到較大的穿透位錯密度的降低效果。

特別是在本實施方式中，由于各晶核11的上表面平坦地形成，所以可以減小至平坦化層12成為平坦的厚度。另外，由于各晶核11隔離形成，所以基板上的晶核的密度小，沒有位錯的產(chǎn)生源，因此，能夠降低連續(xù)形成的平坦化層12的缺陷密度。

此外，在上述實施方式中，表示LED元件1為倒裝片型，但例如如圖15所示，當(dāng)然也可以是正裝型的LED元件101。該LED元件101的半導(dǎo)體層疊部119從藍寶石基板102側(cè)按順序具有緩沖層110、晶核111、平坦化層112、n型GaN層113、發(fā)光層114、電子阻擋層116、p型GaN層118。在p型GaN層118上形成有p側(cè)電極127，并且在n型GaN層113上形在有n側(cè)電極128。

在圖15的LED元件101中，藍寶石基板102的表面形成垂直化蛾眼面102a。藍寶石基板102的表面形成有平坦部102b、在平坦部102b上周期性形成的多個凸部102c。p側(cè)電極127具有形成于p型GaN層118上的擴散電極121、形成于擴散電極121上的一部分的焊盤電極122。n側(cè)電極128從p型GaN層118對n型GaN層113進行蝕刻，形成于露出的n型GaN層113上。

如圖15所示，在藍寶石基板102的背面?zhèn)刃纬捎须娊轶w多層膜124。電介體多層膜124反復(fù)一對折射率不同的第一材料和第二材料而構(gòu)成。電介體多層膜124由金屬層即Al層126覆蓋。在該發(fā)光元件101中，電介體多層膜124及Al層126形成反射部，在該反射部反射從發(fā)光層114發(fā)出并通過衍射作用透射過垂直化蛾眼面102a的光。而且，使通過衍射作用透射的光再入射到衍射面102a，在衍射面102a再利用衍射作用使其透射，從而可以在多個模式下向元件外部取出光。

在如上構(gòu)成的LED元件101中，由于在形成平坦化層112之前，形成晶核111，因此，可以不取決于凸部102c的周期，而將半導(dǎo)體層疊部119的穿透位錯密度形成為大體一定。

另外，在上述實施方式中，表示了作為LED元件1的基板使用藍寶石基板2的例子，但不用說也可以是其它的基板。另外，表示了形成晶核11后按照u－GaN的平坦化層12、n型GaN層13的順序形成的例子，但例如也可以在形成晶核11后形成n型GaN層13，該情況下，n型GaN層13也起到作為平坦化層的作用。

以上，說明了本發(fā)明的實施方式，但上述記載的實施方式不限定本發(fā)明請求的范圍。另外，應(yīng)該留意到實施方式中說明的特征的所有組合并不限于必須為用于解決發(fā)明的課題的方法這一點。

產(chǎn)業(yè)上的可利用性

本發(fā)明即使使用表面以形成衍射面的周期形成有凹部或凸部的基板，也能夠抑制因凹凸的間距造成的III族氮化物半導(dǎo)體的結(jié)晶品質(zhì)的變化，因此，在產(chǎn)業(yè)上是有用的。

符號說明

1 LED元件

2 藍寶石基板

2a 垂直化蛾眼面

2b 平坦部

2c 凸部

2d 側(cè)面

2e 彎曲部

2f 上表面

2g 透射蛾眼面

2h 平坦部

2i 凸部

10 緩沖層

11 晶核

12 平坦化層

13 n型GaN層

14 發(fā)光層

16 電子阻擋層

18 p型GaN層

19 半導(dǎo)體層疊部

21 擴散電極

22 電介體多層膜

22a 通孔

23 金屬電極

24 擴散電極

25 電介體多層膜

25a 通孔

26 金屬電極

27 p側(cè)電極

28 n側(cè)電極

101 LED元件

102 藍寶石基板

102a 垂直化蛾眼面

110 緩沖層

111 晶核11

112 平坦化層

113 n型GaN層

114 發(fā)光層

116 電子阻擋層

118 p型GaN層

119 半導(dǎo)體層疊部

122 焊盤電極

124 電介體多層膜

126 Al層

127 p側(cè)電極

128 n側(cè)電極