[发明专利]III族氮化物外延基板以及使用该基板的深紫外发光元件

说明书

技术领域

本发明涉及III族氮化物外延基板以及使用该基板的深紫外发光元件。

背景技术

近年来，一般由Al、Ga、In等与N的化合物构成的III族氮化物半导体被广泛用于发光元件、电子设备用元件等。由于这样的设备的特性受到III族氮化物半导体的结晶性的较大影响，因而正在寻求用于使结晶性高的III族氮化物半导体生长的技术。

通过在由蓝宝石、SiC、Si或GaAs等形成的基板上外延生长来形成III族氮化物半导体。然而，由于III族氮化物半导体与这些基板的晶格常数、热膨胀系数有较大差异，因而使III族氮化物半导体在这些基板上生长时，对于生长的III族氮化物半导体来说存在发生裂纹、凹坑（点状缺陷）之类的问题。因此，公知通过在基板上形成缓冲层后使III族氮化物半导体层外延生长在该缓冲层上，从而利用缓冲层的应变缓冲效果，可防止裂纹、凹坑的发生并使结晶性高的III族氮化物层生长。

专利文献1公开了一种在Si基板上制造结晶性高且防止了裂纹发生的III族氮化物半导体层的技术，该技术通过在Si基板与III族氮化物半导体层之间设置AlN系超晶格缓冲层而实现，所述AlN系超晶格缓冲层交替地各多层层积有由Al_xGa_1-xN（Al含有率x为0.5≤x≤1）形成的第一层和由Al_yGa_1-yN（Al含有率y为0.01≤y≤0.2）形成的第二层。

另外，专利文献2公开了一种通过下述方法得到结晶性高的III族氮化物半导体层的技术，在Si基板上形成AlN缓冲层，在AlN缓冲层上依次形成使得Al含有率沿晶体生长方向减少的倾斜组成的组成倾斜层以及交替层积有高含Al层和低含Al层的超晶格复合层，在该超晶格复合层上形成III族氮化物半导体层。

现有技术文献

专利文献

专利文献1日本特开2007-67077号公报

专利文献2日本特开2009-158804号公报

发明内容

发明要解决的问题

本发明人正在研究深紫外发光元件，该发光元件使包含发出深紫外光的发光层且由AlGaN材料形成的活性层在由蓝宝石、SiC形成的基板上外延生长。为了获得高发光功率输出，需要使结晶性高的高品质的活性层在基板上生长。另外，本说明书中“深紫外光”意指波长200~350nm的范围内的光。

然而，根据本发明人的研究，明确了即使采用下述方法制作深紫外发光元件也无法得到足够的发光功率输出：不仅在Si基板上而且在由蓝宝石、SiC形成的基板上形成专利文献1、专利文献2记载的缓冲层，进而在该缓冲层上形成III族氮化物半导体层。深紫外发光元件作为能够用在杀菌、净水、医疗、照明、高密度光记录等广泛领域中的发光元件而近年来受到关注，并且正在寻求获得更高的发光功率输出。

因此，本发明鉴于上述课题，目的在于提供能够获得提高了发光功率输出的深紫外发光元件的III族氮化物外延基板、以及提高了发光功率输出的深紫外发光元件。

用于解决问题的方案

为了实现上述目的，本发明的要点构成如下所述。

（1）III族氮化物外延基板，其特征在于，其具有：

基板，

在该基板上形成的AlN缓冲层，

在该缓冲层上依次形成的第一超晶格积层体和第二超晶格积层体，以及

在该第二超晶格积层体上外延生长的、包含含Al_αGa_1-αN（0.03≤α）层的活性层的III族氮化物积层体；

前述第一超晶格积层体交替含有由Al_aGa_1-aN形成的第一层和由Al_bGa_1-bN（0.9＜b≤1）形成的第二层并且满足α＜a和a＜b的条件；

前述第二超晶格积层体重复含有由Al_xGa_1-xN形成的第三层、由Al_yGa_1-yN形成的第四层和由Al_zGa_1-zN（0.9＜z≤1）形成的第五层并且满足α＜x和x＜y＜z的条件。

（2）根据上述（1）记载的III族氮化物外延基板，其满足z-x≥0.20的条件。