[发明专利]Ⅲ族氮化物化合物半导体发光元件的制造方法以及Ⅲ族氮化物化合物半导体发光元件和灯

说明书

技术领域

本发明涉及适合用于发光二极管(LED)、激光二极管(LD)、电子器件等的III族氮化物化合物半导体发光元件的制造方法以及III族氮化物化合物半导体发光元件和灯。 

本申请基于在2006年9月26日在日本申请的专利申请2006-260878和在2007年7月30日在日本申请的专利申请2007-197473号要求优先权，在此援引其内容。 

背景技术

III族氮化物化合物半导体发光元件具有相当于从可见光到紫外光区的范围的能量直接迁移型的带隙，发光效率优异，因此作为LED和LD等发光元件使用。 

另外，即使是用于电子器件的场合，III族氮化物化合物半导体发光元件与以往的使用III-V族(第三主族～第五主族)化合物半导体的情况相比，也能得到具有优异特性的电子器件。 

以往，作为III-V族化合物半导体的单晶晶片，一般是采用在不同的材料的单晶晶片上生长结晶(晶体；crystal)而得到的方法。在这样的异种基板(衬底)与在其上面外延生长的III族氮化物半导体结晶之间存在较大的晶格失配(Lattice Mismatch)。例如，使氮化镓(GaN)在蓝宝石(Al₂O₃)基板上生长的场合，在两者之间存在16％的晶格失配，使氮化镓在SiC基板上生长的场合，在两者之间存在6％的晶格失配。 

一般地，存在上述那样大的晶格失配的场合，难以使结晶在基板上直接外延生长，并且，即使是生长的场合，也存在得不到结晶性良好的结晶的问题。 

因此，曾提出了采用金属有机化学气相淀积(MOCVD)法使III族氮化物半导体结晶在蓝宝石单晶基板或SiC单晶基板之上外延生长时，在基板上首先层叠由氮化铝(AlN)或AlGaN形成的被称作低温缓冲层的层，再在该低温缓冲层上在高温下使III族氮化物半导体结晶外延生长的方法(例如专利文献1、2)。 

然而，在专利文献1和2所述的方法中，由于基本上基板与在其上生长的III族氮化物半导体结晶之间晶格失配，因此成为在生长了的结晶的内部内包有向表面延伸的被称为贯穿位错的位错的状态。因此，结晶产生畸变，如果不使结构适当，就不能得到充分的发光强度，并且，存在生产率降低等的问题。 

另外，也曾提出了采用MOCVD以外的方法成膜形成上述缓冲层的技术。 

例如，曾提出了采用MOCVD使相同组成的结晶在通过高频溅射而成膜的缓冲层上生长的方法(例如专利文献3)。然而，专利文献3所述的方法，存在不能在基板上层叠稳定而良好的结晶的问题。 

因此，为了得到稳定而良好的结晶，曾提出了使缓冲层生长后，在包含氨和氢的混合气体中进行退火的方法(例如专利文献4)、和在400℃以上的温度下通过DC溅射成膜形成缓冲层的方法(例如专利文献5)等。另外，在专利文献4、5中记载了：作为用于基板的材料，可举出蓝宝石、硅、碳化硅、氧化锌、磷化镓、砷化镓、氧化镁、氧化锰、III族氮化物系化合物半导体单晶等，其中，蓝宝石的a面基板最合适。 

另一方面，在半导体层上形成电极时，有作为对半导体层的预处理使用Ar气进行反溅射的方法(例如专利文献6)。据说根据专利文献6所述的方法，通过对III族氮化物化合物半导体层的表面实施反溅射，能够改善 半导体层与电极之间的电接触特性。 

然而，存在的问题是即使将专利文献6所述的方法应用于基板的预处理，由于基板与半导体层之间晶格失配，也不能够在基板上形成具有良好的结晶性的半导体层。 

专利文献1：日本专利第3026087号公报 

专利文献2：日本特开平4-297023号公报 

专利文献3：日本特公平5-86646号公报 

专利文献4：日本专利第3440873号公报 

专利文献5：日本专利第3700492号公报 

专利文献6：日本特开平8-264478号公报 

发明内容

如上所述，上述任一种方法都是在基板上原样地层叠缓冲层后，使III族氮化物化合物半导体外延生长的方法，因此存在基板与III族氮化物半导体结晶之间晶格失配，不能够得到稳定而良好的结晶的问题。