[发明专利]氮化物半导体模板和发光二极管

说明书

技术领域

本发明涉及氮化物半导体模板和发光二极管。

背景技术

氮化镓（GaN）、氮化铝镓（AlGaN）、氮化铟镓（InGaN）等氮化物系化合物半导体作为能够发出从红色至紫外的光的发光元件材料而正受到关注。这些氮化物半导体材料的结晶生长法之一有以金属氯化物气体和氨为原料的氢化物气相生长法（HVPE：Hydride Vapor Phase Epitaxy法）。

作为HVPE法的特征，可以举出与其它生长法（有机金属气相生长法（MOVPE：Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy法）、分子束外延法（MBE：Molecular Beam Epitaxy法）中典型的数μm/hr相比能够获得非常大的10μm/hr以上至100μm/hr以上的生长速度这一点。因此，可很好地用于GaN自支撑基板（参照专利文献1）、AlN自支撑基板的制造中。这里，“自支撑基板”是指具有能够保持自身的形状、在处理中不会产生不良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）通常形成在蓝宝石基板上，但在其结晶生长时，在蓝宝石基板的表面形成缓冲层后，在其上生长包含n层的10～15μm左右厚的GaN层，并在其上按照InGaN/GaN多量子阱的发光层（总计数百nm厚）、p层（200～500nm厚）的顺序进行生长。发光层的下侧的GaN层较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，最终形成如后述图4那样的元件构造。利用MOVPE法进行生长时，典型情况下结晶生长工序需要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、发光层下侧的GaN层所需要的时间。

由以上说明，在模板部分的生长中如果可以适用生长速度非常快的HVPE法，则能够大幅缩短生长时间，能够急剧降低LED晶片的制造成本。

另一方面，作为减少半导体发光元件（发光二极管）的内部的光密封、改善光取出效率的方法，例如可列举专利文献2。

专利文献2中，对第1层实施凹凸加工而提高光取出效率，从而实现了高亮度化。另外，专利文献3中，对基板实施凹凸加工，取得了与前述相同的效果。该专利文献3使用所谓的PSS基板（图案化蓝宝石基板，Patterned Sapphire Substrate）来提高光取出效率，从而实现了高亮度化。

另外，上述模板部分由于是电流在横向上流动的部分，因此需要为低电阻。原因是，如果不为低电阻，则LED的驱动电压（正向电压）会升高。也就是说，模板部分是具有改善结晶性、减少活性层中的缺陷、提高内部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：日本专利第3886341号公报

专利文献2：日本特开2002－280611号公报

专利文献3：日本特开2005－183997号公报

发明内容

发明要解决的课题

作为一般的低电阻化，有增多所添加的杂质的量而提高载流子浓度的方法。作为该方法，为了提高氮化物半导体模板部分的最上层的上部的载流子浓度而增多所添加的杂质的量。但是，增多最上层的杂质添加量时，结晶性会恶化，结果引起发光二极管的亮度的下降。另外，结晶性的指标通常使用由X射线衍射（XRD）测定得到的（0004）面的半值宽度（FWHM）（以下称为“XRD半值宽度”。）。另外，杂质量多时，由于向在模板上成膜的发光部、特别是活性层的掺杂剂扩散而引起亮度下降，同时由于上述掺杂剂的扩散而造成可靠性恶化。因此，氮化物半导体模板优选结晶性良好，且低电阻化。

但是，为了形成低电阻，需要添加某种程度的杂质的量。如果增多该杂质而提高载流子浓度，则之后通过MOVPE法而生长了发光层部时，氮化物半导体模板的杂质会扩散至发光层，作为LED的可靠性恶化。

本说明书、权利要求中，“氮化物半导体模板”或仅“模板”是指，包含基板和构成发光层下侧的GaN层、缓冲层等氮化物半导体层的模板。进一步，模板部分是指“氮化物半导体模板”中的氮化物半导体层。

本发明的目的在于提供低电阻且结晶性良好的氮化物半导体模板、和使用其的发光二极管。

解决课题的方法