[发明专利]氮化物半导体模板及发光二极管

说明书

技术领域

本发明涉及氮化物半导体模板以及发光二极管。

背景技术

氮化镓（GaN）、氮化铝镓（AlGaN）、氮化铟镓（InGaN）等氮化物镓化合物半导体作为可实现红色至紫外发光的发光元件用材料而引人注目。作为这些氮化物系化合物半导体的晶体生长法之一，有将金属氯化物气体和氨作为原料的氢化物气相生长法（HVPE:Hydride Vapor Phase Epitaxy）。

作为HVPE法的特征，可以举出如下方面：与其他的生长法（有机金属气相生长法（MOVPE:Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy））、分子束外延法（MBE:Molecular Beam Epitaxy法）中典型的几μm/hr的生长速度相比，可得到非常大的从10μm/hr以上到100μm/hr以上的生长速度。因此，可经常用于GaN自立基板（参照专利文献1）、AlN自立基板的制造。这里，“自立基板”是指能够保持自身的形状，具有不会对操作产生不便的程度的强度的基板。

此外，包含氮化物半导体的发光二极管（LED）通常在蓝宝石上形成，但在其晶体生长时，在基板的表面形成缓冲层后，在其上生长含有n型层的10~15μm左右厚度的GaN层，在其上按照InGaN/GaN多量子阱的发光层（合计为几百nm厚）、p层（200~500nm厚）的顺序进行生长。发光层的下侧的GaN层厚是为了改善蓝宝石基板上的GaN的结晶性等。然后，进行电极形成等，最终形成后述图3那样的元件结构。在采用MOVPE法生长时，晶体生长工序典型地要求6小时左右的时间，但其中的一半左右是为了生长被称为模板的发光层的下侧的GaN层所需要的时间。

由以上所述，如果在模板部分的生长中能够应用生长速度非常快的HVPE法，则可以大幅缩短生长时间，可以显著地降低LED片的制造成本。

另一方面，作为降低在半导体发光元件内部的光限制而改善光取出效率的方法，可以举出例如专利文献2。

在专利文献2中，对第1层实施凹凸加工而提高光取出效率，从而高亮度化。此外在专利文献2中，对基板实施凹凸加工，产生与上述相同的效果。该专利文献2使用所谓的PSS基板（Patterned Sapphire Substrate）来提高光取出效率从而高亮度化。

此外，上述模板部分是沿横向流过电流的部分，因此有必要为低电阻。这是因为，如果不是低电阻，则LED的驱动电压（正向电压）就会变高。即，模板部分为具有使结晶性良好而减少活性层中的缺陷从而提高内量子效率的作用和降低正向电压的作用的重要部分。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第3886341号公报

专利文献2：日本特开2002-280611号公报

发明内容

发明要解决的课题

作为一般的低电阻化，有增多添加的杂质的量而提高载流子浓度的方法。但是，如果使添加的杂质的量过多，则结晶性就会恶化，而且迁移率恶化，电阻反而变高。因此，期望不使添加的杂质量过多而低电阻化。即，期望不提高载流子浓度而能够低电阻化。现状是，特别是采用能够降低制造成本的HVPE法，在低载流子浓度下难以低电阻化。

本发明的目的在于提供低电阻、结晶性良好的氮化物半导体模板以及使用该氮化物半导体模板的发光二极管。

用于解决课题的方法

本发明人等为了解决上述课题而进行了深入研究，结果发现，通过在初期生长中使氮化物镓半导体生长成岛状，可以降低位错密度。此外也发现，在生长为岛状期间，出现多种方位的面，该面为倾斜面时，O（氧）的添加效率良好。基于这样的认识，可以减少成为缺陷形成的一个原因的添加物的量。通过将作为n型添加物的O（氧）在不使结晶性恶化的情况下以良好的状态添加，可以实现一定程度的低电阻化。因此，还能够更积极地减少添加的n型添加层的添加物量，由此也可以降低位错密度。即，成功地使用HVPE法，提供低电阻且缺陷少的氮化物半导体模板。

本发明的一方式为了实现上述目的，从而提供以下的氮化物半导体模板以及发光二极管。

[1]一种氮化物半导体模板，其具备：基板；在所述基板上形成添加了O（氧）的O添加层、在所述O添加层上形成添加了Si的Si添加层而成的Ⅲ族氮化物半导体层，所述Ⅲ族氮化物半导体层的整体的膜厚为4μm以上10μm以下，所述Si添加层中的Si的平均载流子浓度为1×10¹⁸cm^-3以上5×10¹⁸cm^-3以下。