[发明专利]氮化物半导体紫外线发光元件的制造方法

说明书

本发明提供一种氮化物半导体紫外线发光元件的制造方法，其包括：使AlN层在蓝宝石(0001)基板的(0001)面上结晶生长，形成包括所述基板和所述AlN层的基底结构部的工序；以及在所述基底结构部的结晶表面上，形成发光元件结构部的工序，所述发光元件结构部包含n型AlGaN系半导体层的n型包覆层、具有AlGaN系半导体层的活性层、和p型AlGaN系半导体层的p型包覆层，所述基板的(0001)面以0.6°以上且3.0°以下的偏离角发生倾斜，所述n型包覆层的AlN摩尔分数为50％以上。

本申请是申请号为“201180072697.8”，申请日为2011年8月9日，发明名称为“氮化物半导体紫外线发光元件”之申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及在蓝宝石(0001)基板的上侧形成AlGaN系半导体层的n型包覆层、活性层和p型包覆层而成的氮化物半导体发光元件，尤其涉及峰值发光波段处于紫外区域的氮化物半导体紫外线发光元件及其制造方法。

背景技术

以往，LED(发光二极管)或半导体激光器等的氮化物半导体发光元件，大多存在作为基板而使用蓝宝石(0001)基板并在该基板上通过外延生长形成了包含多个氮化物半导体层的发光元件结构的元件。氮化物半导体层用通式Al_1-x-yGa_xIn_yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)进行表示。

蓝宝石(0001)基板设为较之(0001)面完全没有倾斜、即偏离(off)角为0度的无倾斜基板而(0001)面略微发生倾斜的微倾斜基板在被外延生长的氮化物半导体层的表面性状、结晶性方面得以提高，故一般使用偏离角(off angle)为0.05°～0.5°程度的角度(例如，参照下述的专利文献1以及专利文献2等)。

发光元件结构具有在n型氮化物半导体层与p型氮化物半导体层之间夹着活性层的双异质结构，该活性层包含单量子阱结构(SQW：Single-Quantum-Well)或多量子阱结构(MQW：Multi-Quantum-Well)的氮化物半导体层。在活性层为AlGaN系半导体层的情况下，通过调整AlN摩尔分数(也称作AlN组成比)，从而能够在将GaN和AlN可获得的带隙能量(约3.4eV和约6.2eV)分别设为下限以及上限的范围内调整带隙能量，可获得发光波长为约200nm至约365nm的紫外线发光元件。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000-156341号公报

专利文献2：日本特开2001-158691号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在作为蓝宝石(0001)基板的偏离角而一般使用0.05°～0.5°程度的角度的背景下，假定以下事情。

如图1示意性所示，上述的微倾斜基板成为在(0001)面发生倾斜而成的台地面(terrace surface)T与台地面T之间具有高低平面差S的阶梯状基板，偏离角θ越大则台地面T的宽度W越窄。如图1所示，偏离角θ被定义为连结高低平面差S的上端或下端的线与台地面T所形成的角度。虽然在偏离角为0.05°～0.5°程度的一般性蓝宝石(0001)基板上形成的氮化物半导体层的表面的凹凸的RMS(均方根，root-mean-square value)值通常为0.4nm以下，但是却存在若偏离角变大到超过0.5°则该RMS值会变大到超过0.4nm的顾虑。另一方面，因为构成活性层的量子阱层的膜厚通常为5nm以下，所以若过于增大偏离角，则给量子阱层的膜厚带来的变动会变大，从而担心会给发光元件的发光性能带来影响。