專利名稱：用于制造led用藍(lán)寶石單晶基板的藍(lán)寶石單晶、led用藍(lán)寶石單晶基板、發(fā)光元件以及它們 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及藍(lán)寶石單晶、藍(lán)寶石單晶基板及其用途。本發(fā)明特別涉及用于制造LED 用藍(lán)寶石單晶基板的藍(lán)寶石單晶、LED用藍(lán)寶石單晶基板、發(fā)光元件以及它們的制造方法。
背景技術(shù)：
在GaN系薄膜單晶的異質(zhì)外延生長等中使用的藍(lán)寶石基板是從具有六方晶系晶體結(jié)構(gòu)的氧化鋁的單晶切取的。作為這樣的藍(lán)寶石單晶的制法，可以列舉出，丘克拉斯基法、焰熔法(verneuil method)、EFG法、凱羅泡洛斯法(kyropoulos method)等。其中，丘克拉斯基法由于可使藍(lán)寶石單晶大型化，同時比較容易調(diào)節(jié)溫度梯度，因而可以制作高品質(zhì)的錠。丘克拉斯基法中，將放入到坩堝內(nèi)的原料熔融，使由藍(lán)寶石單晶形成的晶種與該熔體接觸，一邊旋轉(zhuǎn)一邊提拉晶種，從而使單晶生長。藍(lán)寶石單晶為具有各向異性的材料，從藍(lán)寶石單晶的錠切取GaN成膜用的晶片時，通常以晶片的主面為藍(lán)寶石單晶的垂直于c軸的面(c面)的方式進(jìn)行切取。從藍(lán)寶石單晶的錠切取C面基板時，為了盡量不浪費材料，優(yōu)選的是，在C軸方向上培養(yǎng)晶體，得到大致圓柱狀的錠，并且將該錠相對于C軸方向(錠的軸方向)垂直切割。下述專利文獻(xiàn)I中公開了可以減少藍(lán)寶石單晶在c軸方向生長時的氣泡缺陷的產(chǎn)生的藍(lán)寶石單晶的制造方法?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I:日本特開2008-207993號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題通常藍(lán)寶石單晶中的Ti含量變多時，可以獲得如下效果可以減少藍(lán)寶石單晶基板的應(yīng)變，另外可以減少在錠的提拉工序等中產(chǎn)生的氣泡(氣泡缺陷)。但是，Ti含量增高時，例如在LED(發(fā)光二極管)中使用的藍(lán)寶石單晶基板上產(chǎn)生著色，同時由于晶格缺陷等而有GaN系薄膜單晶的異質(zhì)外延生長被阻礙的可能性，以往將Ti 含量為Ippm以下的昂貴的高純度氧化鋁作為藍(lán)寶石單晶的原料氧化鋁使用。此外，上述專利文獻(xiàn)I中公開了，為了減少氣泡缺陷而使用氧化鈦的摩爾數(shù)MT與氧化鋁的摩爾數(shù)MA的比率(MT/MA)為20X10—6以下(以Ti換算計相當(dāng)于12ppm以下)的氧化鋁，但對于Ti的含量的最優(yōu)化沒有明確的討論。因此，還不清楚作為雜質(zhì)的Ti的含量可以達(dá)到什么程度。
本發(fā)明的目的在于，提供雜質(zhì)Ti的含量最優(yōu)化的用于制造LED用藍(lán)寶石單晶基板的藍(lán)寶石單晶、LED用藍(lán)寶石單晶基板、發(fā)光元件以及它們的制造方法。用于解決問題的方案為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一實施方式為用于制造LED用藍(lán)寶石單晶基板的藍(lán)寶石單晶，其特征在于，Ti含量為超過12ppm且IOOppm以下。這里,藍(lán)寶石單晶中包括例如錠、塊狀、板狀等，單晶的形狀沒有限制。此外，本發(fā)明的其他實施方式為一種LED用藍(lán)寶石單晶基板，其特征在于，Ti含量為超過12ppm且IOOppm以下。此外，本發(fā)明的其他實施方式為一種發(fā)光元件，其特征在于，在上述藍(lán)寶石單晶基板上形成有GaN系半導(dǎo)體層。此外，本發(fā)明的其他實施方式為一種LED用藍(lán)寶石單晶基板的制造方法，其特征在于，將Ti含量為超過12ppm且2500ppm以下的濃度的氧化鋁熔融，一邊使所述熔融的氧化鋁旋轉(zhuǎn)一邊提拉，從而形成藍(lán)寶石單晶的錠的肩部、直體部及尾部，從所述錠切取藍(lán)寶石單晶基板，對所述切取的藍(lán)寶石單晶基板進(jìn)行熱處理后對其表面進(jìn)行鏡面加工，并在所述鏡面加工后的藍(lán)寶石單晶基板表面上形成凹凸。此外，本發(fā)明的其他實施方式為一種LED用藍(lán)寶石單晶基板的制造方法，其特征在于，其包括對藍(lán)寶石單晶基板進(jìn)行熱處理(退火處理)而使其透明化的工序，所述基板的 Ti含量為超過12ppm且IOOppm以下的范圍，作為其他雜質(zhì)元素，以Ippm O. Olppm的范圍含有選自由V、Mg、Ga、Ir、Si、Na、B及P組成的組中的至少I種元素。此外，本發(fā)明的其他實施方式為一種發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，在通過上述LED用藍(lán)寶石單晶基板的制造方法制造的LED用藍(lán)寶石單晶基板上形成由AlN構(gòu)成的緩沖層，通過MOCVD法(有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積法，Metal-organic Chemical Vapor Deposition)在所述緩沖層上形成由GaN系化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的基底層、η型半導(dǎo)體層、發(fā)光層及P型半導(dǎo)體層，在所述P型半導(dǎo)體層上形成正極，在所述η型半導(dǎo)體層上形成負(fù)極。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，將藍(lán)寶石單晶基板的雜質(zhì)Ti的含量進(jìn)行最優(yōu)化，可以減少藍(lán)寶石單晶基板的應(yīng)變及氣泡缺陷并且減少制造成本。


圖I為表示實施方式的LED用藍(lán)寶石單晶基板的制造工序的一個例子的圖。圖2為表示使用了由圖I的工序制造的LED用藍(lán)寶石單晶基板制造發(fā)光元件的工序的一個例子的圖。圖3為表示使用了實施方式的藍(lán)寶石單晶基板的發(fā)光元件的例子的圖。附圖標(biāo)記說明10藍(lán)寶石單晶基板、12緩沖層、14η型半導(dǎo)體層、16發(fā)光層、18ρ型半導(dǎo)體層、20透光性電極、22正極焊盤電極、24負(fù)極。
具體實施例方式以下，基于

用于實施本發(fā)明的方式(以下稱為實施方式)。本發(fā)明人等對藍(lán)寶石單晶基板的雜質(zhì)(鈦(Ti))濃度的容許范圍進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，只要Ti含量為超過12ppm且IOOppm以下的范圍、優(yōu)選為15ppm IOOppm的范圍，該藍(lán)寶石單晶基板上形成的GaN系薄膜單晶的結(jié)晶性及由該GaN系薄膜單晶(GaN系半導(dǎo)體層)構(gòu)成的發(fā)光元件的發(fā)光特性、電特性就不會劣化。
圖I中顯示了本實施方式的LED用藍(lán)寶石單晶基板的制造工序的一個例子。圖I 為通過丘克拉斯基法制造藍(lán)寶石單晶的錠、再由該錠制造LED用藍(lán)寶石單晶基板的工序的一個例子。圖I中，藍(lán)寶石單晶基板通過如下工序制造以含氧化鈦的氧化鋁為原料，在氮氣、氬氣等非活性氣體氣氛下，或在含氧非活性氣體氣氛下(包括大氣下)，將該原料在坩堝中熔融，獲得熔體的工序(SlOl);使固定于提拉棒的下部前端的由藍(lán)寶石單晶構(gòu)成的晶種與該熔體接觸，一邊旋轉(zhuǎn)晶種一邊調(diào)節(jié)熔體的加熱量，培養(yǎng)晶體直到藍(lán)寶石單晶的錠達(dá)到所希望的直徑，從而形成肩部的工序(S102);—邊旋轉(zhuǎn)一邊提拉上述提拉棒，形成在錠的肩部的下方延伸的直體部的工序(S103);將通過上述工序得到的藍(lán)寶石單晶的錠從熔體切斷分離前的階段的形成尾部的工序(S104);將錠切斷分離后，以規(guī)定的速度進(jìn)行冷卻的工序 (S105);從通過以上工序制造的藍(lán)寶石單晶的錠切取藍(lán)寶石單晶基板的工序(S106);對切取的藍(lán)寶石單晶基板進(jìn)行退火處理的工序(S107);通過對藍(lán)寶石單晶基板的表面進(jìn)行表面摩擦處理及拋光處理等從而進(jìn)行鏡面加工的工序(S108)。這里，以往存在以下問題藍(lán)寶石單晶內(nèi)含有一定濃度以上Ti等雜質(zhì)時，著色而可見(著色)。認(rèn)為“著色而可見”是由于藍(lán)寶石單晶基板內(nèi)的雜質(zhì)反射該波長的光，通常無法作為LED (發(fā)光二極管)用的基板使用。例如，含有大量Ti的錠著色成粉紅色而可見。然而，本發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)，切割加工錠后，在上述S107的工序中，在大氣下進(jìn)行退火處理時，粉紅色變成透明。圖2為表不使用了由圖I的工序制造的LED用監(jiān)寶石單晶基板制造發(fā)光兀件的工序的一個例子的圖。圖2中，為了提高發(fā)光元件的發(fā)光效率，在通過上述S108進(jìn)行了鏡面加工后的LED用藍(lán)寶石單晶基板的表面上，通過利用BC14氣體的干式蝕刻進(jìn)行凹凸?fàn)畹募庸?S201)，在抽真空的濺射裝置的腔室內(nèi)加熱(S202)，通過反濺射處理清潔基板的表面 (S203)，并在基板的表面上層積由AlN構(gòu)成的緩沖層(S204);通過MOCVD裝置在該緩沖層的上層積規(guī)定的GaN系化合物半導(dǎo)體層,形成發(fā)光兀件(S205)。在上述S201工序中，在藍(lán)寶石單晶基板的表面上進(jìn)行凹凸?fàn)畹募庸r，藍(lán)寶石單晶基板整體變色成黃色。該著色即使進(jìn)行酸洗滌等表面處理也無法消除。但是，上述S202 中，在濺射裝置的腔室內(nèi)在真空下加熱藍(lán)寶石單晶基板時，上述著色消失變成透明。此外，上述S205工序中，通過MOCVD裝置在形成了緩沖層的藍(lán)寶石單晶基板上層積由GaN系化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的基底層、η型半導(dǎo)體層、發(fā)光層及P型半導(dǎo)體層，在該P型半導(dǎo)體層上層積透光性正極，在其上形成正極焊盤，進(jìn)而在除去P型半導(dǎo)體層、發(fā)光層及η型半導(dǎo)體層的一部分而露出的η型半導(dǎo)體層的η型接觸層上設(shè)置負(fù)極，從而形成了形成有發(fā)光兀件的晶片。之后，將上述晶片的藍(lán)寶石單晶基板的待磨削面磨削及研磨至達(dá)到規(guī)定的厚度。 本實施方式中，通過磨削工序，藍(lán)寶石單晶基板被磨削，此時的基板的厚度例如從約900 μ m 減少至約120 μ m。進(jìn)而，本實施方式中，接著上述磨削工序，通過研磨工序?qū)⒒宓暮穸葟募s120 μ m研磨至約80 μ m。接著，通過將上述藍(lán)寶石單晶基板的厚度被調(diào)整了的晶片例如切割成350μπι見方的正方形，從而形成在基板上成膜有中間層、基底層、η型半導(dǎo)體層、發(fā)光層及P型半導(dǎo)體層的化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件。之后，確認(rèn)作為化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件的發(fā)光輸出功率，判明其與雜質(zhì)少的藍(lán)寶石單晶基板是同等的。另一方面，在紫外區(qū)域光被雜質(zhì)所吸收，透過率降低，因此雜質(zhì)少是較好的。因此本實施方式的化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件的波長優(yōu)選為390 540nm的范圍，進(jìn)一步優(yōu)選為 400 540nm。作為上述原料，使用以Ti濃度(含量)為超過12ppm且2500ppm以下的方式含有氧化鈦(TiO2)的氧化鋁(Al2O3)15由此，藍(lán)寶石單晶(錠)中含有的Ti濃度為超過12ppm且 IOOppm以下的范圍。此外，本發(fā)明中，作為上述原料，優(yōu)選以Ti濃度為超過15ppm、或超過 50ppm、或超過lOOppm、并且Ti濃度為2500ppm以下的方式含有氧化鈦(Ti02)。尤其，在本發(fā)明中，作為上述原料，優(yōu)選使用以Ti濃度為15ppm 2000ppm的范圍、進(jìn)一步優(yōu)選為 50ppm 2000ppm的范圍、更優(yōu)選為IOOppm 1800ppm的范圍的方式含有氧化鈦(TiO2)的氧化招(Al2O3X由此,進(jìn)而藍(lán)寶石單晶(錠)中所含有的Ti濃度為超過15ppm且IOOppm以下的范圍。本實施方式中，像這樣，與以往的作為GaN系薄膜單晶生長用的基板使用的藍(lán)寶石單晶相比，可以使藍(lán)寶石單晶中含有的Ti濃度升高，因此可以減少原料成本。圖3中示出了使用本實施方式的藍(lán)寶石單晶基板的發(fā)光元件的例子。圖3中，發(fā)光元件通過含有藍(lán)寶石單晶基板10、緩沖層12、η型半導(dǎo)體層14、發(fā)光層16、P型半導(dǎo)體層
18、透光性電極20、正極焊盤電極22及負(fù)極24而構(gòu)成。正極由上述透光性電極20及正極焊盤電極22構(gòu)成，透光性電極20包含電流擴(kuò)散層。此外，η型半導(dǎo)體層14、發(fā)光層16及ρ 型半導(dǎo)體層18由GaN系薄膜晶體構(gòu)成。另外，關(guān)于這樣的包含η型半導(dǎo)體層14、發(fā)光層16 及P型半導(dǎo)體層18等的GaN系薄膜晶體的詳細(xì)情況的例示，可以參照日本特開2008-91470 號公報。如圖3所示，本實施方式的發(fā)光元件是以半導(dǎo)體側(cè)作為取光面的面上型(face up type)發(fā)光元件，但本發(fā)明不限定于此。上述基板10使用了本實施方式的藍(lán)寶石單晶基板，在后述實施例中，確認(rèn)了 GaN 系薄膜晶體的結(jié)晶性及發(fā)光元件的發(fā)光特性、電特性。實施例以下，以實施例對本發(fā)明的具體例進(jìn)行說明。但是，本發(fā)明不受以下實施例的限定。實施例I按照以下步驟制造藍(lán)寶石單晶基板。向直徑100mm、深度IOOmm的銥制i甘禍中填充含有以Ti換算計IOOOppm的氧化鈦的氧化鋁2600g作為原料。將該坩堝放置在高頻感應(yīng)加熱爐內(nèi)，在坩堝的外周配置氧化鋯制的圓筒，將坩堝周圍進(jìn)行保溫。在此狀態(tài)下通過高頻感應(yīng)加熱坩堝，使坩堝內(nèi)的原料熔融。此時，高頻感應(yīng)加熱爐內(nèi)設(shè)為氮氣氣氛，壓力設(shè)為大氣壓。接著，將藍(lán)寶石的晶種固定在提拉棒的下部前端，將該晶種放入原料的熔體中進(jìn)行引晶(seeding)。此時，晶種以其c軸垂直于熔體面的方式進(jìn)行引晶。將晶種引晶之后，首先形成單晶錠的肩部。此時，使提拉棒以旋轉(zhuǎn)速度I轉(zhuǎn)/分鐘旋轉(zhuǎn)并以提拉速度I. 5mm/小時進(jìn)行提拉。通過調(diào)整熔體的溫度，使單晶錠的直徑擴(kuò)大至 60mm從而形成肩部。此時，單晶錠的下端面變成向熔體側(cè)鼓起的形狀。
接著，形成單晶錠的直體部。此時，將提拉棒的旋轉(zhuǎn)速度設(shè)定為50轉(zhuǎn)/分鐘、提拉速度設(shè)定為O. Imm/小時，在該條件下連續(xù)提拉2小時。由此，使單晶錠的下端部的浸潰在熔體中的部分(向熔體側(cè)鼓起的部分)再熔融。之后，以旋轉(zhuǎn)速度50轉(zhuǎn)/分鐘和提拉速度O. 7mm/小時的條件提拉單晶錠，在c軸方向上培養(yǎng)單晶直到直體部的長度達(dá)到80mm。直體部的長度達(dá)到80mm時，用114小時使旋轉(zhuǎn)速度從50轉(zhuǎn)/分鐘線性減速至35轉(zhuǎn)/分鐘。在旋轉(zhuǎn)速度變?yōu)?5轉(zhuǎn)/分鐘的時刻，切斷分離單晶錠，用約20小時進(jìn)行冷卻。接著，在大氣下、800°C 1800°C的范圍內(nèi)將單晶錠退火除去殘留熱應(yīng)力。通過以上操作得到的單晶錠著色成粉紅色而可見(退火處理前)。接著將其沿垂直于c軸的方向切取，在大氣下、800°C 1800°C的范圍例如在1400°C下進(jìn)行退火處理，從而得到變成透明的藍(lán)寶石單晶基板。通過GDMS (輝光放電質(zhì)譜分析)實施該藍(lán)寶石單晶基板的雜質(zhì)分析，此時Ti濃度為63ppm,作為其他雜質(zhì)元素，以Ippm O. Olppm的范圍含有選自由V、Mg、Ga、Ir、Si、Na、B及P組成的組中的至少I種元素。以濃度為Ippm O. Olppm的范圍含有該Ti以外的雜質(zhì)兀素的監(jiān)寶石單晶基板用晶體(淀)的提拉工序可以大幅減少氣泡(氣泡缺陷)。此外，對于從錠切取單晶基板、進(jìn)行退火處理后再進(jìn)行鏡面加工而成的基板，由根據(jù)Ge (440) 4結(jié)晶法的藍(lán)寶石晶體的(006)面的X射線搖擺曲線的半值寬評價可知，其具有良好的結(jié)晶性，基板的應(yīng)變已減少。接著，通過表面摩擦處理及拋光處理將上述藍(lán)寶石單晶基板加工成鏡面，制作厚度約O. 7mm的基板。接著，為了提高發(fā)光元件的發(fā)光效率，按照日本特開2009-123717號公報中記載的方法對藍(lán)寶石單晶基板的表面進(jìn)行凹凸?fàn)畹募庸?，藍(lán)寶石單晶基板總體變色成黃色。若將由上述方法制造的藍(lán)寶石單晶基板10移至真空濺射裝置的腔室內(nèi)在真空中加熱，則藍(lán)寶石單晶基板10變成透明。之后，通過反濺射清潔上述藍(lán)寶石單晶基板10的表面，將由AlN構(gòu)成的緩沖層12層積20nm。接著，通過通常的MOCVD法在緩沖層12上依次形成η型半導(dǎo)體層14、發(fā)光層16、ρ型半導(dǎo)體層18。η型半導(dǎo)體層14由厚度8 μ m的無摻雜GaN構(gòu)成的基底層、厚度2 μ m的Si摻雜η型GaN構(gòu)成的接觸層以及厚度250nm的η型 Ina Aatl 9N構(gòu)成的熔覆層(clad layer)構(gòu)成。此外，發(fā)光層16作為多重量子阱結(jié)構(gòu)的方式形成，所述多重量子阱結(jié)構(gòu)是進(jìn)行5次厚度16nm的Si摻雜GaN構(gòu)成的勢壘層及厚度2. 5nm 的Ina2Gaa8N構(gòu)成的勢阱層(well layer)的層積、最后設(shè)置勢壘層而形成的。此外，依次層積厚度IOnm的Mg摻雜ρ型Alatl7Gaa93N構(gòu)成的熔覆層、厚度150nm的Mg摻雜ρ型GaN構(gòu)成的接觸層而形成P型半導(dǎo)體層18。此外，通過公知的光刻技術(shù)及剝離(lift-off)技術(shù)在ρ型半導(dǎo)體層18上形成透光性電極20 (也稱為透明電極)。透光性電極20由厚度200nm的IZO (氧化銦鋅(In2O3-ZnO)) 形成。通過剝離技術(shù)在該透光性電極20的一部分區(qū)域上形成正極焊盤電極(bonding pad electrode) 22。焊盤電極22由Au構(gòu)成,也可以是Au與其他材料(Ti等)的多層結(jié)構(gòu)。此外，在η型半導(dǎo)體層14的一部分區(qū)域上通過真空蒸鍍法形成負(fù)極24。負(fù)極24 的形成區(qū)域通過公知的反應(yīng)性離子蝕刻法而露出。負(fù)極24為從η型半導(dǎo)體層14 一側(cè)開始依次層積Ti 100nm> Au 200nm而形成的多層結(jié)構(gòu)。
將由此形成了正極和負(fù)極的晶片的基板背面進(jìn)行磨削和研磨，從而使藍(lán)寶石單晶基板10的板厚變薄至80 μ m，接著通過對基板內(nèi)部對準(zhǔn)焦點來照射激光從而形成改性區(qū)域，通過該改性區(qū)域形成切割起點區(qū)域，沿著切割起點區(qū)域?qū)⒕懈畛?50 μ m見方的小片(chip)。接著通過利用探針通電測定這些小片在電流施加值20mA下的正向電壓，為
3.2V。安裝至18罐(商品名)封裝體內(nèi)，通過測試儀計量發(fā)光輸出功率，在施加電流20mA 下的發(fā)光輸出功率顯示為17. 3mW。另外可以確認(rèn)該發(fā)光面的發(fā)光分布是在正極下的整面上發(fā)光。以上所述實施例I中的藍(lán)寶石單晶基板及使用其的發(fā)光元件的評價結(jié)果示于表 I。實施例2將實施例I中記載的原料中的氧化鈦含量變更為以Ti換算計300ppm，除此以外進(jìn)行與實施例I相同的操作評價藍(lán)寶石單晶基板及使用其的發(fā)光元件的有效性，如表I中所記載，與實施例I同樣地有望作為發(fā)光兀件。實施例3將實施例I中記載的原料中的氧化鈦含量變更為以Ti換算計300ppm，而且不進(jìn)行在形成由AlN構(gòu)成的緩沖層12之前所進(jìn)行的真空中的加熱，除此以外進(jìn)行與實施例I相同的操作評價藍(lán)寶石單晶基板及使用其的發(fā)光元件的有效性，如表I中記載，與實施例I同樣地有望作為發(fā)光元件。然而，確認(rèn)到由于藍(lán)寶石基板的著色的再現(xiàn)，該發(fā)光元件的發(fā)光輸出功率(施加20mA時的發(fā)光輸出功率，單位mW)有些許降低。實施例4將實施例I中記載的原料中的氧化鈦含量變更為以Ti換算計2500ppm，除此以外實施與實施例I相同的步驟，制造單晶錠。該單晶錠的粉紅色比實施例I的單晶錠更濃。 并且與實施例I同樣地進(jìn)行單晶基板的切取、退火處理，獲得變成透明的藍(lán)寶石單晶基板。 通過GDMS實施該藍(lán)寶石單晶基板的雜質(zhì)分析，Ti濃度為98ppm，其他的雜質(zhì)元素在實施例 I中記載的范圍內(nèi)被含有。另外，即使是實施例4的條件，與實施例I同樣地在提拉工序中可以大幅減少氣泡(氣泡缺陷)。接著，對單晶基板進(jìn)行鏡面加工，測定X射線搖擺曲線的半值寬，結(jié)果確認(rèn)了具有良好的結(jié)晶性，基板的應(yīng)變已減少。接著，將上述藍(lán)寶石單晶基板表面進(jìn)行摩擦處理及拋光處理來加工成鏡面，從而制作厚度約O. 7mm的基板。進(jìn)而按照實施例I中記載的方法，制造發(fā)光元件小片。通過利用探針的通電測定小片在電流施加值20mA下的正向電壓，為3. 2V。施加電流20mA下的發(fā)光輸出功率顯示為 17. lmW。此外可以確認(rèn)，該發(fā)光面的發(fā)光分布為正極下的整面發(fā)光。實施例4中的評價結(jié)果不于表I。實施例5將實施例I中記載的原料中的氧化鈦含量變更為以Ti換算計lOOppm，除此以外實施與實施例I相同的步驟，制造單晶錠。進(jìn)而，與實施例I同樣地進(jìn)行單晶基板的切取及退火處理，通過GDMS實施藍(lán)寶石單晶基板的雜質(zhì)分析，Ti濃度為12ppm，其他的雜質(zhì)元素以實施例I中記載的范圍被含有。另外，即使是實施例5的條件，與實施例I的提拉工序同樣地可以大幅減少氣泡(氣泡缺陷)。接著，對單晶基板表面進(jìn)行摩擦處理及拋光處理，制作藍(lán)寶石基板。進(jìn)而，繼續(xù)實施例I中記載的方法，制造發(fā)光元件小片。通過利用探針的通電測定小片在電流施加值20mA下的正向電壓，為3. 2V。施加電流20mA下的發(fā)光輸出功率顯示為
17.5mW。另外可以確認(rèn),該發(fā)光面的發(fā)光分布為正極下的整面發(fā)光。實施例5中的評價結(jié)果不于表I。比較例將實施例I中記載的原料中的氧化鈦含量變更為以Ti換算計lOOOOppm，除此以外進(jìn)行與實施例I相同的操作，嘗試單晶提拉，但未能控制成所希望的晶體形狀(肩部、直體部等)，未能制作錠。參考例將實施例I中記載的原料中的氧化鈦含量變更為以Ti換算計5ppm的原料，除此以外，實施與實施例I相同的步驟，制造單晶錠。這里，得到的單晶錠不呈粉紅色，為夾雜有白色區(qū)域的錠。接著，與實施例I同樣地進(jìn)行單晶基板的切取及退火處理，通過GDMS實施藍(lán)寶石單晶基板的雜質(zhì)分析，Ti濃度為O. lppm。其他的雜質(zhì)元素以實施例I中記載的范圍被含有。另外，該參考例的條件與和實施例I相同的提拉時的工序相比，未能減少氣泡(氣泡缺陷)，微小的白色區(qū)域(氣泡缺陷)遍及錠中的肩部和直體部。接著對切取的單晶基板表面進(jìn)行摩擦處理及拋光處理，制作規(guī)定的O. 7mm厚度的藍(lán)寶石基板。進(jìn)而，繼續(xù)實施例I中記載的方法，制作發(fā)光元件小片。通過利用探針的通電測定小片在電流施加值20mA下的正向電壓，為3.2V。施加電流20mA下的發(fā)光輸出功率顯示為18. OmW。另外該發(fā)光面的發(fā)光分布為正極下的整面發(fā)光。參考例中的評價結(jié)果示于表I。從以上的研究可知，可以將Ti含量為12ppm IOOppm的藍(lán)寶石單晶基板有效地用于發(fā)光元件的基板。[表 I]
原料中的Ti含量/ppm錠(直體部) 中的Ti含量 /ppm對在該基板上形成的發(fā)光元件施加20mA時的輸出功率/m W發(fā)光波長 /nm實施例I!0006317.3450實施例23002518.1450實施例33002816.7450實施例425009817.1450實施例51001217.5450比較例10000沒有獲得期望的晶體Z參考例50.118.0450
權(quán)利要求
1.一種用于制造LED用藍(lán)寶石單晶基板的藍(lán)寶石單晶，其特征在于，Ti含量為超過 12ppm 且 IOOppm 以下。
2.—種LED用藍(lán)寶石單晶基板,其特征在于，Ti含量為超過12ppm且IOOppm以下。
3.一種發(fā)光元件，其特征在于，在權(quán)利要求2所述的藍(lán)寶石單晶基板上形成有GaN系半導(dǎo)體層。
4.一種LED用藍(lán)寶石單晶基板的制造方法，其特征在于，將Ti含量為超過12ppm且 2500ppm以下的范圍的氧化鋁熔融，一邊使所述熔融的氧化鋁旋轉(zhuǎn)一邊提拉，從而形成藍(lán)寶石單晶的錠的肩部、直體部及尾部，從所述錠切取藍(lán)寶石單晶基板，對所述切取的藍(lán)寶石單晶基板進(jìn)行熱處理，然后對其表面進(jìn)行鏡面加工，在所述鏡面加工后的藍(lán)寶石單晶基板表面上形成凹凸。
5.一種LED用藍(lán)寶石單晶基板的制造方法，其特征在于，其包括對藍(lán)寶石單晶基板進(jìn)行熱處理使其透明化的工序，所述基板的Ti含量為超過12ppm且IOOppm以下的范圍，作為其他雜質(zhì)元素，以Ippm O. Olppm的范圍含有選自由V、Mg、Ga、Ir、Si、Na、B及P組成的組中的至少I種元素。
6.一種發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，在通過權(quán)利要求4所述的LED用藍(lán)寶石單晶基板的制造方法制造的LED用藍(lán)寶石單晶基板上形成由AlN構(gòu)成的緩沖層，通過有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積法在所述緩沖層上形成由GaN系化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的基底層、η型半導(dǎo)體層、發(fā)光層及P型半導(dǎo)體層，在所述P型半導(dǎo)體層上形成正極，在所述η型半導(dǎo)體層上形成負(fù)極。
全文摘要
本發(fā)明為雜質(zhì)Ti的含量最優(yōu)化的用于制造LED用藍(lán)寶石單晶基板的藍(lán)寶石單晶、LED用藍(lán)寶石單晶基板、發(fā)光元件以及它們的制造方法，將Ti含量多的氧化鋁作為原料，在非活性氣體氣氛下在坩堝中熔融，使由藍(lán)寶石單晶構(gòu)成的晶種與得到的熔體接觸，一邊旋轉(zhuǎn)一邊提拉晶種，從而制造藍(lán)寶石單晶的錠，冷卻后，切取藍(lán)寶石單晶基板，使該藍(lán)寶石單晶基板的Ti含量為超過12ppm且100ppm以下，從而可以獲得應(yīng)變及氣泡缺陷減少了的LED用藍(lán)寶石單晶基板。
文檔編號C30B33/02GK102612575SQ20108005165
公開日2012年7月25日 申請日期2010年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月26日
發(fā)明者楠木克輝 申請人:昭和電工株式會社