[发明专利]Ⅲ族氮化物半导体发光元件及其制造方法和灯

说明书

技术领域

本发明涉及可很适合地用于发光二极管(LED)、激光二极管(LD)、 电子器件等中的由通式Al_aGa_bIn_cN(0≤a≤1、0≤b≤1、0≤c≤1、a+b+c＝1)表示 的III族氮化物半导体发光元件及其制造方法和灯。

本申请基于在2007年7月4日在日本申请的专利申请2007-176099号 要求优先仅，在此援引其内容。

背景技术

III族(第三主族)氮化物半导体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，因此已作为发光二级管 (LED)、激光二极管(LD)等的半导体发光元件制品化，在各种用途中 得到使用。另外，即使是用于电子器件的场合，III族氮化物半导体与现有 的使用III-V族化合物半导体的情况相比，也具有能够得到优异的特性的电 位。

以往，III族氮化物半导体的单晶晶片未被市售，作为III族氮化物半导 体，一般的方法是使不同材料的单晶晶片上生长结晶而得到。在这样的异 种基板与在其上外延生长的III族氮化物半导体结晶之间存在大的晶格失 配。例如，在使氮化镓(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，在使氮化镓在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，在存在如上所述的大的晶格失配 的场合，难以在基板上直接外延生长晶体，并且，即使是生长了的场合， 也存在不能得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单晶基板上外延生长时，首先在 基板上层叠由氮化铝(AlN)、氮化铝镓(AlGaN)形成的被称作低温缓冲层 的层，再在其上在高温下外延生长III族氮化物半导体结晶的方法，该方法 通常被进行(例如专利文献1、2)。

然而，专利文献1和2所述的方法，在基板与在其上生长的III族氮化 物半导体结晶之间基本上没有晶格失配，因此成为在生长了的结晶的内部 内包了向表面延伸的被称作贯通位错的位错的状态。因此，结晶发生畸变， 如果不将结构合适化则不能得到充分的发光强度，并且，存在生产效率降 低等的问题。

另外，关于采用MOCVD以外的方法在基板上成膜出AlN等的层作为 中间层(缓冲层)，采用MOCVD法形成在其上成膜的层的方法，例如， 曾提出了采用MOCVD法在由高频溅射法成膜了的中间层上生长出相同 组成的结晶的方法(例如，专利文献3)。然而，专利文献3所述的方法， 存在不能稳定地地在基板上层叠良好的结晶的问题。

因此，为了稳定地得到良好的结晶，提出了使中间层生长后，在由氨与 氢组成的混合气体中进行退火的方法(例如，专利文献4)、在400℃以上 的温度下采用DC溅射成膜出缓冲层的方法(例如，专利文献5)，另外， 在专利文献4、5中，举出了蓝宝石、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作为用于基板的 材料，其中记载了蓝宝石的a面基板最适合。

另一方面，提出了在半导体层上形成电极时，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，上述的任一种方法都是在基板上原样地直接层叠中间层后使III 族氮化物化合物半导体外延生长的方法，因此基板与III族氮化物半导体结 晶之间成为晶格失配，存在不能稳定地得到良好的结晶的问题。

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