[发明专利]外延片及其制造方法

说明书

本发明涉及外延片及其制造方法，特别涉及到用于蓝色发光元件或紫外部分的各种装置，以及三原色发光元件等的外延片及其制造方法。

下面首先说明在蓝色发光元件中使用的外延片的背景技术。

例如在“日经サイエンス”1994年10月号中的44页上，就记载了现已在市面上销售的、在使用蓝宝石基板的GaN系蓝色发光元件(LED)中使用的一种外延片。图10示出了其构造的剖面图。

参见图10，这种外延片由蓝宝石基板201，形成在基板201上氮化钙(GaN)缓冲层202，形成在GaN缓冲层202上的呈六方型晶体的n型GaN外延层203构成。在这种外延片中，为缓和蓝宝石基板201和GaN外延层203间因晶格常数不同而产生的畸变，设有GaN缓冲层202。

图11为表示使用图10所示的外延片的GaN类的蓝色发光元件200构造的剖面图。

参见图11，这种蓝色发光元件200是在图10所示的外延片上，依次形成有由n型GlaN构成的金属包层204，由掺入有En的n型In0.1，GaogN构成的蓝色发光层205，由P型AlGaN构成的金属色层206，以及P型GaN外延层207，且在GaN外延层203，207中，分别形成有欧姆电极208，209。

参见图10和图11，由于这种外延片使用了作为基板201的绝缘性蓝宝石，故在制作构成电极的元件时，必需用光刻方式进行两次以上的集成电路图成形，还必需用反应性离子蚀刻方式进行氮化物层的蚀刻，因而工序复杂。而由于蓝宝石的硬度较高，故还存在有难以安装等问题。而且，这种蓝宝石不可劈开，故不能适用于用劈开端面作光共振器的激光二极管，存在有发光元件应用面较窄等问题。

在此，为取代具有上述缺点的蓝宝石，试验使用导电性GaAs作为基板。然而，当将基板改为GaAs时，若和使用蓝宝石基板时处于同样条件下，则不能获得可与使用蓝宝石基板时相比美的外延片。

因此，对于如何用GaAs基板制造外延片已进行了许多研究。

这些研究中的一例，公开在“日本结晶成长学会志”V01，21№5(1994)附加本S409～S414(以下称为“文献1”)中，图12示出了这种外延片。

参见图12，这种外延片具有GaAs基板211，形成在该基板211上的GaAs缓冲层212，通过对该GaAs缓冲层212的表面进行氮化处理将砷(As)置换成氮(N)获得的GaN覆膜213，以及形成在该GaN覆膜213上的GaN外延层214。

在这种外延片的制造过程中，采用OMVPE法(有机金属气相外延生长法)形成GaN外延层214。该OMVPE法，是一边用高频加热法对反应室内的基板加热，一边将含有三甲基钾(TMGa)的第1气体和含有氨的第2气体导入反应室内，在基板上气相生长GaN外延层的方法。

另一实例公开在“Jpn，J，Appl，Phys”V01，33(1994)的第1747～1752页(以下称为“文献2”)中，图13示出了它所公开的外延片。

参见图13，这种外延片是用GS-MBE法(气体源分子线外延生长法)，在已预先在表面上形成有立方晶体状的GaN缓冲层22的基板221上，形成立方晶体状的GaN外延层223。

在这种外延片的制造过程中，是用氢化物VPE法(气相外延生长法)形成GaN外延层223的。该氢化物VPE法，是在反应室内设置基板和放入有Ga金属的蒸发源，用电阻加热器由外部整体加热反应室，同时将含有氯化氢(HCl)的第1气体和含有氨(NH3)的第2气体导入，从而使基板上气相生长GaN外延层的方法。

然而，由文献1所公开的外延片，是用前述的OMVPE法生长GaN外延层的。用这种OMVPE法在GaAs基板上生长GaN外延层时，若和在蓝宝石基板上的生长相比，其膜生长速度极度缓慢。具体地讲，若在蓝宝石基板上成膜时成膜速度为大约3微米/小时，则在相同条件下，在GaAs斯板上成膜时的成膜速度要降低到0.15微米/小时，因此，为了能在发光元件中使用这种外延片，必需要形成，比如说，大约4微米厚的GaN外延层，则采用这种方法，相应的制作需要将近一天。因此，用这种方法制造外延片，存在有难以降低价格，不能适应工业化生产等等问题。

而且，用这种方法，在使GaN外延层生长时，处理温度不能过高，所以使提高所获得的GaN外延层的特性受到限制。