第III族氮化物半导体发光器件及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种其中在设置有不平整形状的蓝宝石衬底上生长有平坦半导体层的第III族氮化物半导体发光器件及其制造方法。当蓝宝石衬底的主表面上的平坦表面面积S与蓝宝石衬底的总面积K的面积比R为0.1以上至小于0.5时，在其主表面上具有不平整形状的蓝宝石衬底上形成半导体层时，供应包含第III族元素的原料气体和包含第V族元素的原料气体的至少两种气体使得满足公式1000≤Y/(2×R)≤1200。在公式中，Y为包含第V族元素的原料气体与包含第III族元素的原料气体的分压比。

【技术实现步骤摘要】
第M I族氮化物半导体发光器件及其制造方法
本专利技术涉及第III族氮化物半导体发光器件及其制造方法。更具体地，本专利技术涉及其中在具有不平整形状的蓝宝石衬底上形成有平坦半导体层的第III族氮化物半导体发光器件及其制造方法。
技术介绍
在第III族氮化物半导体发光器件中，光可以反射到半导体层与大气层之间的界面处的半导体层一侧。GaN的折射率为2.3 (蓝光LED)，而空气的折射率为1，存在大的差距。为了提高光提取效率，可以将在主表面上具有不平整形状的蓝宝石衬底用于第III族氮化物半导体发光器件。在这样的半导体发光器件中，光通过不平整形状散射，并且光提取效率高。 日本公开特许公报(特开)第2011-129718号公开了衬底设置有凸起的第III族氮化物半导体发光器件。在衬底与η型半导体层之间的界面或P电极与大气层之间的界面处全反射并且横向传播的光通过凸起散射，从而提高了光提取效率。 本专利技术人发现当半导体层通过气相外延例如金属有机化学气相沉积(MOCVD)形成时，可能引起以下问题。 当蓝宝石衬底不具有不平整形状时，如图1所示，原料气体几乎均匀地喷到蓝宝石衬底的整个表面。相反，当蓝宝石衬底具有不平整形状时，如图2所示，原料气体进入不平整形状的凹部中。因此，在每个凹部的区域Rl中，原料气体的浓度比蓝宝石衬底不具有不平整形状时更高。 当原料气体的浓度高时，半导体层容易倾斜地生长在不平整形状的倾斜表面上的缓冲层上。特别地当倾向于蓝宝石的a面{l，l，-2，x}出现在倾斜表面上时，半导体层容易生长在该倾斜表面上。这是因为GaN容易生长在{1，1，-2,0}面上。半导体在衬底的倾斜表面上的生长程度有时高于在衬底的主表面上的生长程度。特别地当蓝宝石衬底上的底面积较小时，半导体在倾斜表面上的生长程度非常高。生长在倾斜表面上的半导体层的晶体取向不同于生长在底表面上的半导体层的晶体取向。当具有不同生长模式的这些半导体层融合(merge )时，融合之后的生长层的表面难以处于平坦状态。此外，融合之后的生长层的结晶度劣化。 当不平整形状高密度地形成时(就是说，相邻台面的顶部的间距宽度小)，光提取效率提高。然而，间距宽度越小，基底层的表面越难以处于平坦状态。
技术实现思路
已实现本专利技术用于解决本专利技术人自己发现的上述问题。因此，本专利技术的目的是提供一种其中在设置有不平整形状的衬底上生长平坦半导体层的第III族氮化物半导体发光器件及其制造方法。 在本专利技术的第一方面中，提供了一种用于制造第III族氮化物半导体发光器件的方法，包括: 制备在主表面上具有不平整形状的蓝宝石衬底的蓝宝石衬底制备步骤； 在蓝宝石衬底的不平整形状上形成低温缓冲层的缓冲层形成步骤；以及 在低温缓冲层上生长由第III族氮化物半导体形成的半导体层的半导体层形成步骤。半导体层形成步骤包括通过供应至少两种类型的气体:包含第III族元素的原料气体和包含第V族元素的原料气体，以满足下列公式从而在低温缓冲层上形成第一半导体层: 1000 ≤ Y/(2 XR) ( 1200 R=S/K 0.1 ^ R<0.5 Y:包含第V族元素的原料气体与包含第III族元素的原料气体的分压比 R:蓝宝石衬底的平坦表面与蓝宝石衬底的总面积的面积比 S:蓝宝石衬底的主表面一侧上的平坦表面的面积 K:蓝宝石衬底的总面积。 在用于制造第III 族氮化物半导体发光器件的方法中，抑制供应到蓝宝石衬底的不平整形状的包含第V族元素的原料气体的供应量。因而，可以抑制在形成在蓝宝石衬底的倾斜表面上的低温缓冲层上的半导体层的生长。因此，可以在具有不平整形状的蓝宝石衬底上形成平坦半导体层。 本专利技术的第二方面涉及用于第III族氮化物半导体发光器件的制造方法的具体实施方案，其中，在形成第一半导体层时，形成至少部分地填充蓝宝石衬底的不平整形状的高度的层作为第一半导体层。 本专利技术的第三方面涉及用于第III族半导体发光器件的制造方法的具体实施方案，其中，第一半导体层部分地覆盖蓝宝石衬底的不平整形状的高度，并且未覆盖不平整形状的高度的剩余部分。 本专利技术的第四方面涉及用于第III族氮化物半导体发光器件的制造方法的具体实施方案，其中第一半导体层覆盖蓝宝石衬底的不平整形状的整个高度。 本专利技术的第五方面涉及用于第III族氮化物半导体发光器件的制造方法的具体实施方案，其中半导体层形成步骤包括:在第一半导体层上形成η型半导体层，在η型半导体层上形成发光层；以及在发光层上形成P型半导体层。 本专利技术的第六方面涉及用于第III族氮化物半导体发光器件的制造方法的具体实施方案，其中，在形成第一半导体层时，第一半导体层的生长温度比η型半导体层的生长温度低20°C至80°C的范围内。 本专利技术的第七方面涉及用于第III族氮化物半导体发光器件的制造方法的具体实施方案，其中在形成η型半导体层时，η型半导体层的生长温度为1000°C至1200°C。 本专利技术的第八方面涉及用于第III族氮化物半导体发光器件的制造方法的具体实施方案，其中蓝宝石衬底的不平整形状具有0.5 μ m至3.0 μ m的高度。 本专利技术的第九方面涉及用于第III族氮化物半导体发光器件的制造方法的具体实施方案，其中蓝宝石的不平整形状的底表面与不平整形状的倾斜最大的表面之间的角度为 40。至 60。。 本专利技术的第十方面涉及用于第III族氮化物半导体发光器件的制造方法的具体实施方案,其中在第一半导体层的形成中，第一半导体层的生长速率为200 Λ/分钟至 2000 A / 分钟。 本专利技术的第十一方面涉及用于第III族氮化物半导体发光器件的制造方法的具体实施方案，其中蓝宝石衬底的不平整形状具有多个台面，台面以蜂窝结构布置在不平整形状的整个表面之上。 本专利技术的第十二方面涉及用于第III族氮化物半导体发光器件的制造方法的具体实施方案，其中台面具有选自截顶圆锥形、截顶六棱椎形、圆椎形以及六棱椎形中的至少一种形状。 本专利技术的第十三方面涉及用于第III族氮化物半导体发光器件的制造方法的具体实施方案，其中连接相邻台面的线为沿a轴方向。 本专利技术的第十四方面涉及用于第III族氮化物半导体发光器件的制造方法的具体实施方案，其中蓝宝石衬底具有c面主表面。 本专利技术的第十五方面涉及用于第III族氮化物半导体发光器件的制造方法的具体实施方案，其中使用氨作为包含第III族元素的原料气体并且使用至少三甲基镓作为包含第V族元素的原料气体。 在本专利技术的第十六方面中，提供了一种第III族氮化物半导体发光器件，包括:设置有具有至少一个倾斜表面的不平整形状的蓝宝石衬底；在蓝宝石衬底上沿着不平整形状形成的低温缓冲层；形成在低温缓冲层上并且至少部分地填充不平整形状的高度的第一半导体层；形成在第一半导体层上的η型半导体层；形成在η型半导体层上的发光层；以及形成在发光层上的P型半导体层，其中蓝宝石衬底的主表面一侧上的平坦表面面积S与蓝宝石衬底的总面积K的面积比R为10%以上至小于50%。第一半导体层具有生长在不平整形状的倾斜表面上的倾斜表面生长层。倾斜表面生长层具有0.05 μ m至0.5 μ m的厚度。 第III族氮化物半导体发光器件包括具有较好的不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造第III族氮化物半导体发光器件的方法，所述方法包括：制备在主表面上具有不平整的形状的蓝宝石衬底；在所述蓝宝石衬底的所述不平整的形状上形成低温缓冲层；和在所述低温缓冲层上生长包含第III族氮化物半导体的半导体层，其中生长所述半导体层包括通过供应至少两种类型的气体：包含第III族元素的原料气体和包含第V族元素的原料气体，以满足下列公式从而在所述低温缓冲层上形成第一半导体层：1000≤Y/(2×R)≤1200R=S/K0.1≤R<0.5Y:所述包含第V族元素的原料气体与所述包含第III族元素的原料气体的分压比R:所述蓝宝石衬底的平坦表面与所述蓝宝石衬底的总面积的面积比S：所述蓝宝石衬底的主表面一侧上的所述平坦表面的面积K:所述蓝宝石衬底的总面积。

【技术特征摘要】
2013.03.12 JP 2013-0492641.一种用于制造第III族氮化物半导体发光器件的方法，所述方法包括: 制备在主表面上具有不平整的形状的蓝宝石衬底； 在所述蓝宝石衬底的所述不平整的形状上形成低温缓冲层；和 在所述低温缓冲层上生长包含第III族氮化物半导体的半导体层， 其中生长所述半导体层包括通过供应至少两种类型的气体:包含第III族元素的原料气体和包含第V族元素的原料气体，以满足下列公式从而在所述低温缓冲层上形成第一半导体层:1000 ≤ Y/(2 XR) ( 1200R=S/K 0.1 ( R〈0.5 Y:所述包含第V族元素的原料气体与所述包含第III族元素的原料气体的分压比 R:所述蓝宝石衬底的平坦表面与所述蓝宝石衬底的总面积的面积比 S:所述蓝宝石衬底的主表面一侧上的所述平坦表面的面积 K:所述蓝宝石衬底的总面积。2.根据权利要求1所述的用于制造第III族氮化物半导体发光器件的方法，其中，在形成所述第一半导体层时，形成至少部分地填充所述蓝宝石衬底的所述不平整的形状的高度的填充层作为所述第一半导体层。3.根据权利要求2所述的用于制造第III族氮化物半导体发光器件的方法，其中，所述第一半导体层部分地覆盖所述蓝宝石衬底的所述不平整的形状的高度，并且未覆盖所述不平整的形状的高度中的剩余部分。4.根据权利要求2所述的用于制造第III族氮化物半导体发光器件的方法，其中所述第一半导体层覆盖所述蓝宝石衬底的所述不平整的形状的整个高度。5.根据权利要求1所述的用于制造第III族氮化物半导体发光器件的方法，其中所述生长所述半导体层包括: 在所述第一半导体层上形成η型半导体层； 在所述η型半导体层上形成发光层；以及 在所述发光层上形成P型半导体层。6.根据权利要求5所述的用于制造第III族氮化物半导体发光器件的方法，其中所述第一半导体层的生长温度比除所述第一半导体层之外的所述η型半导体层的生长温度低20°C至80°C范围内的任意温度。7.根据权利要求6所述的用于制造第III族氮化物半导体发光器件的方法，其中除所述第一半导体层之外的所述η型半导体层的生长温度为1000°C至1200°C。8.根据权利要求1至7中任一项所述的用于制造第III族氮化物半导体发光器件的方法，其中所述蓝宝石衬底的所述不平整的形状具有0.5 μ m至3.0 μ m的高度。9.根据权利要求1至7中任...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥野浩司，佐村洋平，
申请(专利权)人：丰田合成株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP