[发明专利]Ⅲ族氮化物化合物半导体发光元件的制造方法、Ⅲ族氮化物化合物半导体发光元件和灯

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III族氮化物化合物半导体发光元件的制造方法，特别是涉及可使结晶性 良好的III族氮化物化合物半导体结晶在基板上进行外延生长的III族氮化物 化合物半导体发光元件的制造方法、III族氮化物化合物半导体发光元件以 及灯。

本申请基于在2006年8月18日在日本申请的特愿2006-223260号和 特愿2006-223261号以及在2006年10月26日在日本申请的特愿 2006-291082号要求优先权，将其内容援引于本申请中。

背景技术

III族(第三主族)氮化物半导体发光元件，具有相当于由可见光到紫 外光区的范围的能量的直接迁移型的带隙，发光效率优异，因此可作为 LED和LD等的发光元件使用。

另外，用于电子器件时，III族氮化物半导体发光元件与使用以往的III -V族化合物半导体时相比，可得到具有优异特性的电子器件。

这样的III族氮化物化合物半导体，通常以三甲基镓、三乙基镓及氨作 为原料，采用MOCVD法来制造。MOCVD法是使载气中含有原料的蒸气 而输送到基板表面，通过与被加热的基板的反应而进行分解，从而使结晶 生长的方法。

以往，作为III-V族化合物半导体的单晶晶片，在不同材料的单晶晶 片上使结晶生长而得到的方法是通常的。象这样，在不同种类基板和在其 上进行外延生长的III族氮化物半导体结晶之间，存在较大的晶格不整合(失 配)。例如，在蓝宝石(Al₂O₃)基板上使氮化镓(GaN)生长时，两者之 间存在16％的晶格不整合，在SiC基板上使氮化镓生长时，在两者之间存 6％的晶格不整合。

通常，上述那样大的晶格不整合存在时，难以在基板上使结晶直接进 行外延生长，另外，存在即使生长时也不能得到结晶性良好的结晶的问题。

因此曾提出以下方案，即，利用金属有机化学气相沉积法(MOCVD)， 在蓝宝石单晶基板或SiC单晶基板上使III族氮化物半导体结晶进行外延生 长时，在基板上首先层叠由氮化铝(AlN)或AlGaN形成的称为低温缓冲 层的层，再在其上在高温下使III族氮化物半导体结晶进行外延生长的方法， 通常该方案被进行(例如专利文献1、2)。

另一方面，也研究了通过溅射来制造III族氮化物化合物半导体结晶， 例如曾提出以下方案，即，通过使用氮气的高频磁控溅射，在Si的(100) 面及Al₂O₃的(0001)面上形成GaN膜的方法(例如非专利文献1)。在 非专利文献1所记载的方法中，作为成膜的条件，使总气体压力为2mTorr、 输入电功率为100W，使基板温度在RT～900℃进行变化，另外，作为溅 射装置，使用使靶和基板对向的装置。

另外，曾提出以下方案，即，使用使阴极和靶相对，并在基板与靶之 间加有筛网的装置形成GaN膜的方法(例如非专利文献2)。在非专利文 献2所记载的方法中，作为成膜条件，在氮气中，使压力为0.67Pa，使基 板温度为84～600℃，输入电功率为150W，基板和靶之间的距离为80mm。

另外，曾提出以下方案，通过使靶彼此相对的称为面对阴极的方式， 在基板上形成AlN膜的方法(例如非专利文献3)。

另外，曾提出了使用DC磁控溅射法，在基板上形成AlN膜的方法(例 如非专利文献4)。在专利文献4所记载的方法中，使基板和靶对向，在 Ar和N₂的混合气体气氛中进行溅射，作为成膜条件，使压力在0.2～0.8Pa 的范围、基板与靶的距离在60～180mm之间进行变化。

另外，曾提出以下方案，该方案涉及通过MOCVD以外的方法形成 AlN等层作为缓冲层，再采用MOCVD法形成在缓冲层上所成膜的层的方 法，例如在通过高频溅射成膜的缓冲层上，采用MOCVD法生长相同的组 成的结晶的方法(例如，专利文献3)。但是，在专利文献3所记载的方 法中，存在不能稳定地得到良好的结晶的问题(参照专利文献4、5)。

因此，为了稳定地得到良好的结晶，曾提出以下方案，例如，在缓冲 层生长后在包含氨和氢的混合气体中进行退火的方法(例如，专利文献4)； 和在400℃以上的温度下通过DC溅射形成缓冲层的方法(例如，专利文 献5)。