[发明专利]用于制造LED用蓝宝石单晶基板的蓝宝石单晶、LED用蓝宝石单晶基板、发光元件以及它们的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及蓝宝石单晶、蓝宝石单晶基板及其用途。本发明特别涉及用于制造LED用蓝宝石单晶基板的蓝宝石单晶、LED用蓝宝石单晶基板、发光元件以及它们的制造方法。

背景技术

在GaN系薄膜单晶的异质外延生长等中使用的蓝宝石基板是从具有六方晶系晶体结构的氧化铝的单晶切取的。作为这样的蓝宝石单晶的制法，可以列举出，丘克拉斯基法、焰熔法（verneuil method）、EFG法、凯罗泡洛斯法（kyropoulos method）等。其中，丘克拉斯基法由于可使蓝宝石单晶大型化，同时比较容易调节温度梯度，因而可以制作高品质的锭。丘克拉斯基法中，将放入到坩埚内的原料熔融，使由蓝宝石单晶形成的晶种与该熔体接触，一边旋转一边提拉晶种，从而使单晶生长。

蓝宝石单晶为具有各向异性的材料，从蓝宝石单晶的锭切取GaN成膜用的晶片时，通常以晶片的主面为蓝宝石单晶的垂直于c轴的面（c面）的方式进行切取。从蓝宝石单晶的锭切取c面基板时，为了尽量不浪费材料，优选的是，在c轴方向上培养晶体，得到大致圆柱状的锭，并且将该锭相对于c轴方向（锭的轴方向）垂直切割。

下述专利文献1中公开了可以减少蓝宝石单晶在c轴方向生长时的气泡缺陷的产生的蓝宝石单晶的制造方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2008-207993号公报

发明内容

发明要解决的问题

通常蓝宝石单晶中的Ti含量变多时，可以获得如下效果：可以减少蓝宝石单晶基板的应变，另外可以减少在锭的提拉工序等中产生的气泡（气泡缺陷）。

但是，Ti含量增高时，例如在LED（发光二极管）中使用的蓝宝石单晶基板上产生着色，同时由于晶格缺陷等而有GaN系薄膜单晶的异质外延生长被阻碍的可能性，以往将Ti含量为1ppm以下的昂贵的高纯度氧化铝作为蓝宝石单晶的原料氧化铝使用。此外，上述专利文献1中公开了，为了减少气泡缺陷而使用氧化钛的摩尔数MT与氧化铝的摩尔数MA的比率（MT/MA）为20×10^-6以下（以Ti换算计相当于12ppm以下）的氧化铝，但对于Ti的含量的最优化没有明确的讨论。因此，还不清楚作为杂质的Ti的含量可以达到什么程度。

本发明的目的在于，提供杂质Ti的含量最优化的用于制造LED用蓝宝石单晶基板的蓝宝石单晶、LED用蓝宝石单晶基板、发光元件以及它们的制造方法。

用于解决问题的方案

为了实现上述目的，本发明的一实施方式为用于制造LED用蓝宝石单晶基板的蓝宝石单晶，其特征在于，Ti含量为超过12ppm且100ppm以下。这里，蓝宝石单晶中包括例如锭、块状、板状等，单晶的形状没有限制。

此外，本发明的其他实施方式为一种LED用蓝宝石单晶基板，其特征在于，Ti含量为超过12ppm且100ppm以下。

此外，本发明的其他实施方式为一种发光元件，其特征在于，在上述蓝宝石单晶基板上形成有GaN系半导体层。

此外，本发明的其他实施方式为一种LED用蓝宝石单晶基板的制造方法，其特征在于，将Ti含量为超过12ppm且2500ppm以下的浓度的氧化铝熔融，一边使所述熔融的氧化铝旋转一边提拉，从而形成蓝宝石单晶的锭的肩部、直体部及尾部，从所述锭切取蓝宝石单晶基板，对所述切取的蓝宝石单晶基板进行热处理后对其表面进行镜面加工，并在所述镜面加工后的蓝宝石单晶基板表面上形成凹凸。

此外，本发明的其他实施方式为一种LED用蓝宝石单晶基板的制造方法，其特征在于，其包括对蓝宝石单晶基板进行热处理（退火处理）而使其透明化的工序，所述基板的Ti含量为超过12ppm且100ppm以下的范围，作为其他杂质元素，以1ppm～0.01ppm的范围含有选自由V、Mg、Ga、Ir、Si、Na、B及P组成的组中的至少1种元素。

此外，本发明的其他实施方式为一种发光元件的制造方法，其特征在于，在通过上述LED用蓝宝石单晶基板的制造方法制造的LED用蓝宝石单晶基板上形成由AlN构成的缓冲层，通过MOCVD法（有机金属化学气相沉积法，Metal-organic Chemical Vapor Deposition）在所述缓冲层上形成由GaN系化合物半导体构成的基底层、n型半导体层、发光层及p型半导体层，在所述p型半导体层上形成正极，在所述n型半导体层上形成负极。