氮化物半导体发光元件及其制造方法技术

本发明专利技术以低成本提供与作为氮化物半导体层的生长用衬底使用单晶蓝宝石衬底的情况相比元件特性维持现状或比现状提高的氮化物半导体发光元件。该氮化物半导体发光元件包括：作为主成分包含多晶二氧化硅或非晶二氧化硅的衬底；设置在衬底之上的基底层；和设置在衬底之上，具有至少一个由氮化物半导体单晶构成的层的层叠结构。基底层包含c轴取向的结晶，通过溅射法形成。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及氮化物半导体发光元件及其制造方法。
技术介绍
GaN、InGaN或AlGaN等的氮化物半导体被用作发光二极管(LED(Light Emitting Diode))或激光二极管(LD(Laser Diode))等的材料。此外，氮化物半导体具有耐热性或耐环境性优异的特点，因此也被应用于电子设备。另一方面，氮化物半导体的块状晶体生长较难。因而，具有可实用的品质的氮化物半导体衬底的制造花费较高成本，所以具有可实用的品质的氮化物半导体衬底非常高价。因此，作为由氮化物半导体单晶构成的层(以下记为“氮化物半导体层”)的生长用衬底，广泛应用单晶蓝宝石衬底，作为氮化物半导体层的生长方法一般使用在单晶蓝宝石衬底之上利用有机金属气相沉积法(MOVPE(Metalorganic Vapor Phase Epitaxy)法)等使氮化物半导体层(例如GaN层)外延生长这样的方法。但是，在使用单晶蓝宝石衬底作为氮化物半导体层的生长用衬底的情况下，发生由氮化物半导体与蓝宝石之间的晶格常数差引起的结晶缺陷或晶格歪曲等。因此，作为氮化物半导体层的生长用衬底使用单晶蓝宝石衬底的情况下，氮化物半导体层的如今最通常的生长法是如下方法：以600℃左右的低温使由AlN或GaN等构成的低温生长缓冲层在单晶蓝宝石衬底之上生长后，以1000℃以上的高温使期望的氮化物半导体层在低温生长缓冲层之上生长(例如参照特开2000-277435号公报(专利文献1))。通过该低温生长缓冲层的导入，上述结晶缺陷减少，上述晶格歪曲缓和。在氮化物半导体中，原子间的键较强。因此，为了使氮化物半导体层的结晶品质提高，通常认为需要以1000℃以上的高温使氮化物半
导体层生长。通过导入低温生长缓冲层并以1000℃以上的高温使氮化物半导体层生长，能够进行氮化物半导体层的外延生长，其结果是，能够发出紫外线至绿色光的LED得到广泛应用。可是，包含氮化物半导体层的发光元件(氮化物半导体发光元件)，特别是一般照明用LED或背光源用蓝色LED中，近年来伴随着普及扩大，价格急速下降。根据市场调查，预测2020年的价格水平将为现在价格水平的约1/5倍。另一方面，期待氮化物半导体发光元件的元件特性(例如发光效率、发光强度、光的取出效率等)维持现状或者比现状提高。此外，近年来，作为杀菌、净水、各种医疗领域、公害物质的高速分解处理或树脂固化等使用的小型且省电的新光源，非常期待包含氮化物半导体层的紫外线发光元件。由于以上原因，需要在使氮化物半导体发光元件的元件特性维持现状或者比现状提高的同时谋求氮化物半导体发光元件的制造成本的降低。作为氮化物半导体层的生长用衬底通常使用的单晶蓝宝石衬底，近几年来每单位面积的单价在降低。但是，在单晶蓝宝石的吊起或单晶蓝宝石的加工等方面花费较多费用，因此难以实现单晶蓝宝石衬底的进一步费用降低。另外，在日本特开2000-58912号公报(专利文献2)等中，提出在Z切水晶衬底的Z面形成六方晶系的n-GaN薄膜等的方案。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2000-277435号公报专利文献2：日本特开2000-58912号公报
技术实现思路
要解决的技术问题本专利技术是鉴于该技术问题而完成的，其目的在于，与使用单晶蓝宝石衬底作为氮化物半导体层的生长用衬底的情况相比，低成本地提供元件特性维持现状或比现状提高的氮化物半导体发光元件。用于解决问题的技术手段本专利技术的第一氮化物半导体发光元件包括：作为主成分包含多晶二氧化硅或非晶二氧化硅的衬底；设置在衬底之上的基底层；和设置在基底层之上，具有至少一个由氮化物半导体单晶构成的层的层叠结构。基底层包含c轴取向的结晶，通过溅射法形成。本专利技术的第二氮化物半导体发光元件包括：作为主成分包含多晶二氧化硅或非晶二氧化硅的衬底；设置在衬底之上的基底层；和设置在基底层之上，具有至少一个由氮化物半导体单晶构成的层的层叠结构。基底层包含c轴取向的结晶且包含10原子％以下的稀有气体原子。优选基底层包含c轴取向的AlN结晶、c轴取向的BN结晶和c轴取向的Ga2O3结晶中的至少一者作为c轴取向的结晶。更优选基底层在所述c轴取向的结晶之外还包含10原子％以下的氧原子。优选在位于所述基底层侧的所述衬底的表面形成有凹凸。优选衬底还包含与硅原子和氧原子不同的第一原子。优选第一原子通过包含于衬底中而使衬底的折射率大于仅由二氧化硅构成的衬底的折射率。优选第一原子为镧原子和钛原子中的至少一者。优选衬底包含1×1010cm-3以上1×1012cm-3以下的第一原子。优选在层叠结构之上设置有p侧电极，优选在基底层之下设置有n侧电极来代替衬底。本专利技术的氮化物半导体发光元件的制造方法，包括：在作为主成分包含多晶二氧化硅或非晶二氧化硅的衬底之上，通过溅射法形成包含c轴取向的结晶的基底层的工序；和在基底层之上形成具有至少一个由氮化物半导体单晶构成的层的层叠结构的工序。优选还包括在位于基底层侧的衬底的表面形成凹凸的工序。可以通过喷砂形成凹凸，也可以通过使用包含氢氟酸的蚀刻剂的湿式蚀刻来形成凹凸。本专利技术的氮化物半导体发光元件的制造方法优选还包括：在形成至少一个由氮化物半导体单晶构成的层之后去除衬底的工序；在层叠结构之上形成p侧电极的工序；和在通过除去衬底而露出的基底层的表面形成n侧电极的工序。专利技术效果本专利技术能够以低成本提供与作为氮化物半导体层的生长用衬底使用单晶蓝宝石衬底的情况相比元件特性维持现状或比现状提高的氮化物半导体发光元件。附图说明图1是本专利技术的一个实施方式的氮化物半导体发光元件的截面图。图2是本专利技术的一个实施方式的氮化物半导体发光元件的截面图。图3是表示本专利技术的一个实施方式的氮化物半导体发光元件的制造工序中的一个工序的截面图。图4是本专利技术的一个实施方式的氮化物半导体发光元件的截面图。附图标记的说明100、200 衬底，100A 上表面，101 基底层，101A 露出面，102 缓冲层，103 n型氮化物半导体层，104 障壁层，105 势阱层，106 发光层，107 载流子阻挡层，108 p型氮化物半导体层，110、310 n侧电极，111、311 p侧电极，210 凹凸，312 支承基体。具体实施方式如上所述，要求在使氮化物半导体发光元件的元件特性维持现状或比现状提高的同时谋求氮化物半导体发光元件的制造成本的降低。但是，谋求单晶蓝宝石衬底的制造成本的进一步降低较难。因此，只要使用单晶蓝宝石衬底作为氮化物半导体层的生长用衬底，氮化物半导体发光元件的制造成本的进一步降低就较难。此外，关于二氧化硅，基于水热合成法的大口径结晶的培养技术正成熟起来。另外，与单晶材料相比多晶材料和非晶材料能够廉价提供。因此，本专利技术的专利技术人考虑如果使用作为主成分包含多晶二氧化硅或非晶二氧化硅的衬底，是否就能够降低氮化物半导体发光元件的制造成本。此处，“单晶硅”是指在结晶内的任一部分，原子排列的朝向都相同。而“多晶硅”是指2个以上的单晶硅彼此不规则地朝向不同地接触而形成的。因此，在作为主成分包含多晶二氧化硅的衬底的表面存在2个以上的面方位。此外，“非晶”是指不具有结晶结构。因此，
在作为主成分包含非晶二氧化硅的衬底的表面完全不存在面方位。因此，认为如果在作为主成分包含多晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化物半导体发光元件，其特征在于，包括：作为主成分包含多晶二氧化硅或非晶二氧化硅的衬底；设置在所述衬底之上的基底层；和设置在所述基底层之上，具有至少一个由氮化物半导体单晶构成的层的层叠结构，所述基底层包含c轴取向的结晶，通过溅射法形成。

【技术特征摘要】
2015.05.20 JP 2015-1029121.一种氮化物半导体发光元件，其特征在于，包括：作为主成分包含多晶二氧化硅或非晶二氧化硅的衬底；设置在所述衬底之上的基底层；和设置在所述基底层之上，具有至少一个由氮化物半导体单晶构成的层的层叠结构，所述基底层包含c轴取向的结晶，通过溅射法形成。2.一种氮化物半导体发光元件，其特征在于，包括：作为主成分包含多晶二氧化硅或非晶二氧化硅的衬底；设置在所述衬底之上的基底层；和设置在所述基底层之上，具有至少一个由氮化物半导体单晶构成的层的层叠结构，所述基底层包含c轴取向的结晶且包含10原子％以下的稀有气体原子。3.如权利要求1或2所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于：所述基底层包含c轴取向的AlN结晶、c轴取向的BN结晶和c轴取向的Ga2O3结晶中的至少一者作为所述c轴取向的结晶。4.如权利要求1至3中任一项所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于：所述基底层在所述c轴取向的结晶之外还包含10原子％以下的氧原子。5.如权利要求1至4中任一项所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于：在位于所述基底层侧的所述衬底的表面形成有凹凸。6.如权利要求1至5中任一项所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于：所述衬底还包含与硅原子和氧原子不同的第一原子，所述第一原子通过包含于所述衬底中而使所述衬底的折射率大于仅由二氧化硅构成的衬底的折射率。7.如权利要求6所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于：所述第一原子为镧原子和钛原子中的至少一者。8.如权利要求6或7所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于：所述衬底包含1×1010cm-3以上1×1012cm-3以下的所述第一原子。9....

【专利技术属性】
技术研发人员：上田吉裕，伊藤茂稔，
申请(专利权)人：夏普株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP