[发明专利]Ⅲ族氮化物半导体发光元件及其制造方法以及灯

说明书

技术领域

本发明涉及适用于发光二极管(LED)、激光二极管(LD)、电子器件等的、层叠由通式Al_aGa_bIn_cN(0≤a≤1、0≤b≤1、0≤c≤1，a+b+c＝1)表示的III族氮化物半导体而构成的III族氮化物半导体发光元件及其制造方法以及灯。

本发明对于在2007年9月27日申请的日本专利申请2007-251478号要求优先权，在这里援引其内容。

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，因此已被制品化来制成为发光二极管(LED)、激光二极管(LD)等的半导体发光元件，在各种用途中被使用。另外，即使是用于电子器件的情况下，III族氮化物半导体与使用了以往的III-V族化合物半导体的情况相比，也具有得到优异特性的优势。

这样的III族氮化物半导体，一般以三甲基镓、三甲基铝以及氨为原料，通过有机金属化学气相沉积方法(MOCVD)法来制造。MOCVD法是通过使载气中含有原料的蒸气从而将其输送到基板表面，在被加热了的基板的表面分解原料，来使晶体生长的方法。

以往，III族氮化物半导体的单晶晶片不市售，作为III族氮化物半导体，一般是在不同的材料的单晶晶片上使晶体生长来得到的方法。在这样的异种基板和在其上外延生长的III族氮化物半导体晶体之间存在大的晶格失配。例如，在蓝宝石(Al₂O₃)基板上使氮化镓(GaN)生长时，在两者之间存在16％的晶格失配，在SiC基板上使氮化镓生长时，在两者之间存在6％的晶格失配。一般地，在存在上述那样大的晶格失配存在的情况下，会难以在基板上使晶体直接外延生长，另外，即使是进行生长的情况下也存在不能得到结晶性良好的晶体的问题。

因此，曾提出以下方案并通常进行：利用有机金属化学气相沉积法(MOCVD)，在蓝宝石单晶基板或SiC单晶基板上使III族氮化物半导体晶体外延生长时，首先在基板上层叠由氮化铝(AlN)、氮化铝镓(AlGaN)形成的被称为低温缓冲层的层，在其上在高温下使III族氮化物半导体晶体外延生长(例如专利文献1、2)。

但是，在专利文献1和2所记载的方法中，由于基本上基板和在其上生长的III族氮化物半导体晶体之间没有晶格失配，因此成为在生长了的晶体的内部内包朝向表面延伸的被称为贯穿位错的位错的状态。因此，晶体发生畸变，如果不将结构适当化则不能得到充分的发光强度，并且存在生产率降低等问题。

另外，也提出了利用MOCVD以外的方法成膜出上述缓冲层的技术。例如，曾提出了在利用高频溅射法成膜出的缓冲层上，通过MOCVD使相同组成的晶体生长的方法(例如专利文献3)。但是，在专利文献3所记载的方法中，存在在基板上不能稳定地层叠良好的晶体的问题。

因此，为了稳定地得到良好的晶体，曾提出以下方法：在生长出缓冲层后，在由氨和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℃以上的温度下通过DC溅射成膜出缓冲层的方法(例如专利文献5)；等等。

另外，曾提出以下方法：在蓝宝石基板上，形成规定的氧组成比和氮组成比的氧氮化铝层，在该氧氮化铝层上形成由导入了p形杂质的氮化物半导体形成的缓冲层，进而在该缓冲层上形成氮化物半导体薄膜(例如专利文献6)。

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2006-4970号公报

发明内容

使用如上述专利文献3～6所记载的溅射法在基板上形成缓冲层时，附着于溅射装置的室内壁的水分等的含氧物因溅射而从内壁排出，在基板上形成缓冲层时会不可避免地混入。因此，使用溅射法形成的缓冲层成为至少以一定以上、例如2％左右的范围含有氧的膜。

但是，本发明人等进行深入研究的结果，缓冲层中的氧浓度超过例如1％时，有时在该缓冲层上层叠的III族氮化物半导体的结晶性降低，由III族氮化物半导体形成的发光元件的发光特性降低。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供具有优异的发光特性的III族氮化物半导体发光元件及其制造方法以及灯。

本发明涉及以下方案。