[发明专利]Ⅲ族氮化物半导体元件及其制造方法、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族氮化物半导体层叠而成的Ⅲ族氮化物半导体元件及其制造方法、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2008年3月13日在日本申请的专利申请2008-064111号要求优先权，将上述申请的内容援引到其中。

背景技术

Ⅲ族氮化物半导体具有相当于从可见光到紫外光区域的范围的能量的直接迁移型的带隙，发光效率优异，因此已作为发光二极管(LED)、激光二极管(LD)等的半导体发光元件而制品化，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族氮化物半导体与使用现有的Ⅲ-V族氮化物半导体的情况相比，也具有能够得到优异特性的潜力。

这样的Ⅲ族氮化物半导体，一般地以三甲基镓、三甲基铝和氨作为原料，采用有机金属化学气相淀积(MOCVD)法制造。MOCVD法是使载气中含有原料的蒸气而送到基板表面，通过使原料在被加热的基板表面分解而使结晶生长的方法。

以往，Ⅲ族氮化物半导体的单晶片没有市售，作为Ⅲ族氮化物半导体，一般是使结晶在不同的材料的单晶片上生长而得到的方法。在这样的异种基板与在其上面外延生长的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)制成的基板上直接生长的场合，在两者之间存在16％的晶格失配。另外，在使氮化镓在SiC制成的基板上直接生长的场合，在两者之间存在6％的晶格失配。一般地，存在如上所述的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，即使是生长了的场合，也存在不能够得到结晶性良好的结晶的问题。

因此，曾提出了采用有机金属化学气相淀积(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)或氮化铝镓(AlGaN)形成的被称作低温缓冲层的层，再在高温下在其上面使Ⅲ族氮化物半导体结晶外延生长的方法，该方法通常在进行着(例如，专利文献1，2)。

然而，专利文献1和2所述的方法，在基板与在其上面生长的Ⅲ族氮化物半导体结晶之间基本上不进行晶格匹配，因此成为在生长了的结晶内部，内包向表面延伸的称作贯通位错的位错的状态。因此，结晶发生变形，如果不将结构适合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，也提出了采用MOCVD以外的方法成膜出上述缓冲层的技术，例如，提出了采用MOCVD在由高频溅射成膜出的缓冲层上使相同组成的结晶生长的方法(例如，专利文献3)。然而，专利文献3所述的方法，存在不能够在基板上稳定地层叠良好的结晶的问题。

因此，为了稳定地获得良好的结晶，提出了使缓冲层生长后，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)等。然而，上述专利文献4～5所述的任何一种的方法，在基板与在其上面生长的Ⅲ族氮化物半导体结晶之间成为晶格失配的场合，存在难以稳定地获得良好的结晶的问题。

另外，在上述专利文献1～5的任何一个文献中，存在下述的大问题：特别是极大地关系到结晶的位错密度、为了使LED等的发光元件的特性提高而变得重要的由GaN形成的基底层的(10-10)面的结晶性低。

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

发明内容

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供在基板上形成良好地取向的均匀性高的缓冲层，在缓冲层上形成包含结晶性良好的Ⅲ族氮化物半导体的层的元件特性优异的Ⅲ族氮化物半导体元件及其制造方法。另外，本发明目的在于提供发光特性优异的Ⅲ族氮化物半导体发光元件及其制造方法和灯。

本发明者等为了成膜出结晶性优异的Ⅲ族氮化物半导体结晶而反复潜心研究的结果发现，通过适当地控制形成于基板上的缓冲层的各结晶轴的晶格常数，缓冲层的均匀性提高，而且，形成于缓冲层上的Ⅲ族氮化物半导体的结晶性提高，从而完成了本发明。

即，本发明涉及以下的发明。