[发明专利]氮化铝基板及III族氮化物层叠体

说明书

本发明的目的在于，提供一种高效率、高品质的III族氮化物半导体元件，并且目的还在于，提供用于制作该III族氮化物半导体元件的新型的氮化铝基板(氮化铝单晶基板)。本发明提供一种氮化铝基板，是由氮化铝构成的基板，其至少在表面具有以相对于纤锌矿结构的(0001)面在0.05°以上0.40°以下的范围内向m轴方向倾斜的面作为主面的氮化铝单晶层。

本申请是下述申请的分案申请：

发明名称：氮化铝基板及III族氮化物层叠体

国际申请日：2013年9月4日

国际申请号：PCT/JP2013/073806

国家申请号：201380041307.X

技术领域

本发明涉及一种新型的氮化铝基板。具体而言，涉及一种具有氮化铝单晶层的新型的氮化铝基板，所述氮化铝单晶层具有特定的倾斜的面作为主面。

背景技术

氮化铝是禁带宽度大到约6.2eV、且为直接跃迁型的半导体。由此，氮化铝与属于III族氮化物的氮化镓(GaN)、和氮化铟(InN)的混晶、特别是Al在III族元素中所占的比例为50原子％以上的混晶(以下有时也称作Al系III族氮化物单晶。)有望被用作紫外光发光元件材料。

为了形成紫外发光元件等半导体元件，需要在与n电极电接合的n形半导体层和与p电极电接合的p形半导体层之间形成包含包层(clad-layer)、活性层等的层叠结构。此外，从发光效率的方面考虑，在任意一层中都为高的晶体品质十分重要，即，晶体的位错或点缺陷少、以及晶体组成分布均匀、杂质浓度低十分重要。

为了形成具有高的晶体品质的层叠结构，不仅需要晶体排列的单一性，而且晶体生长面的平坦性必须高。如果将生长面保持高平坦性地进行晶体生长，在生长面内就没有组成的波动，可以得到低杂质浓度的膜。其结果是，可以制作高效率的发光元件。由于作为发光层的量子阱层通常具有数nm单位的微细的结构，因此量子阱层表面的平坦性尤其重要。通过使表面平坦，就有望改善面内的组成分布及杂质浓度。

关于生长面的平坦性，报告过几个在使III族氮化物单晶在其表面生长的晶体生长用基板中研究其表面(主面)的偏斜角(off angle)的例子。例如，已知有作为晶体生长用基板使用蓝宝石基板、在具有特定的偏斜角的蓝宝石基板上使氮化镓(GaN)生长的方法(例如参照非专利文献1)。另外，还已知有作为晶体生长用基板规定了碳化硅(SiC)基板的偏斜角的例子(例如参照专利文献1)。

根据非专利文献1，如果在以相对于c面((0001)面)倾斜了0.5°～2°的面作为主面的蓝宝石基板上生长氮化铝缓冲层、以及GaN层，则偏斜角越小，生长面的平坦性就越是提高。这是因为，通过将基板表面相对于c面在恰当的范围内倾斜，就会在表面整齐地排列分子台阶(以下简称为台阶)，在基板上生长III族氮化物单晶时，提供给基板表面的原子种容易被纳入台阶中，可以得到平坦性高的优质的晶体。

但是，由于蓝宝石基板是与III族氮化物组成不同的异种基板，因此作为III族氮化物的晶体生长用基板而言是不利的。这是因为，由于由蓝宝石基板与III族氮化物的晶格常数的失配导致的晶体缺陷、裂纹的产生，从而无法得到高品质的晶体层。另外，使III族氮化物在高温下生长，然而热膨胀系数与III族氮化物不同的蓝宝石会产生热膨胀差，从这一点考虑也是不利的。基于相同的理由，SiC基板也是不利的。特别是，该趋势在使紫外发光元件形成所必需的III族元素中Al所占的比例为50原子％以上的混晶的Al系III族氮化物单晶生长的情况下会变得明显。