13族元素氮化物结晶基板及功能元件制造技术

结晶基板1包括：由13族元素氮化物结晶形成、具有第一主面2a和第二主面2b的基底层2、以及、设置在基底层的第一主面上的由13族元素氮化物形成的厚膜3。基底层2包含：在第一主面2a与第二主面2b之间贯穿的低载流子浓度区域5和高载流子浓度区域4，低载流子浓度区域5的载流子浓度为10

Crystalline substrates and functional components of 13 group element nitrogen compounds

The crystalline substrate 1 consists of a thick film 3 formed by a 13 group element nitride on the first main surface of the base layer, which is crystallized by a 13 group of element nitrogen compounds, with a base layer 2 with a first main surface 2a and a second main surface 2B. The base layer 2 includes: the low carrier concentration region 5 and the high carrier concentration region 4 run through the first main plane 2a and the second main plane 2B. The carrier concentration of the low carrier concentration region 5 is below 1017/cm3, the density of the low carrier concentration area 5 is below 107/cm2, and the carrier concentration of the high carrier concentration region 4 is 1019/cm. More than 3, the defect density of high carrier concentration area 4 is more than 108/cm2. The carrier concentration of thick film 3 is 1018/cm3 ~ 1019/cm3, and the defect density of thick film 3 is less than 107/cm2.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】13族元素氮化物结晶基板及功能元件
本专利技术涉及13族元素氮化物结晶基板及使用了该13族元素氮化物结晶基板的功能元件。本专利技术能够用在例如要求高品质的
、例如代替荧光灯的被称之为新一代光源的高彩色再现性的蓝色LED、高速高密度光存储器用蓝紫色激光器、混合动力汽车用逆变器中使用的大功率器件等之中。
技术介绍
随着白色LED的用途扩大，要求LED芯片进一步高性能化。所谓高性能化，是指高效率化、高亮度化。作为氮化镓自立基板的制法，熟知HVPE法。其中，作为得到高品质结晶的方法，公开了DEEP法(专利文献1、非专利文献1)、VAS法(专利文献2、3)。助熔剂法是液相法中的一种，在氮化镓的情况下，通过使用金属钠作为助熔剂，能够将氮化镓的结晶生长所需的温度缓和到800℃左右，将压力缓和到几MPa。具体而言，在金属钠与金属镓的混合熔液中溶解氮气，氮化镓达到过饱和状态而以结晶的形式生长。这样的液相法因为与气相法相比不容易发生位错，所以能够获得位错密度低的高品质氮化镓(专利文献4)。现有技术文献非专利文献非专利文献1：SEITechnicalReview2009年7月第175期、P.10～18“窒化ガリウム基板の開発(氮化镓基板的开发)”专利文献专利文献1：日本特许-3801125专利文献2：日本特许-3631724专利文献3：日本特许-4396816专利文献4：日本特开2009-012986
技术实现思路
为了制作LED、激光二极管，13族元素氮化物结晶层必须具有高导电性。因此，本专利技术的专利技术人尝试在该结晶层中掺杂(dope)Si、氧等掺杂物(dopant)，由此，使结晶层的导电性得到提高，使得输出增大。但是，实际上即使是改善了所述结晶层的导电性的情况下，也观察到如下现象：例如在纵型结构的LED中即便使电流增加，光输出也没有增加。本专利技术的课题是：在13族元素氮化物结晶基板中获得所希望的导电性，并且，有效利用13族元素氮化物结晶的导电性而使功能得到提高。本专利技术所涉及的结晶基板的特征在于，包括：基底层，由13族元素氮化物结晶形成，具有第一主面和第二主面，以及，厚膜，由13族元素氮化物形成，设置在基底层的所述第一主面上，基底层包含：在第一主面与所述第二主面之间延伸的、低载流子浓度区域和高载流子浓度区域，低载流子浓度区域的载流子浓度为1017/cm3以下，低载流子浓度区域的缺陷密度为107/cm2以下，高载流子浓度区域的载流子浓度为1019/cm3以上，高载流子浓度区域的缺陷密度为108/cm2以上，厚膜的载流子浓度为1018/cm3～1019/cm3，厚膜的缺陷密度为107/cm2以下。另外，本专利技术包括：所述结晶基板、及形成在结晶基板上的功能层，所述功能层由13族元素氮化物形成。例如，为了制作纵型结构的LED、激光二极管，必须具有高导电性。但是，判明为了赋予导电性而将Si、氧等掺杂物掺杂到13族元素氮化物结晶中时，很难均匀地掺杂到晶片的整面。另外，掺杂量多的区域结晶性劣化，位错密度增大。并且，详细地考察了上述电流泄漏的机制，结果彻底查明了：13族元素氮化物结晶基板的截面结构中，导电性高的区域的结晶性劣化，并且，电流容易流动，因此，局部地发生电流集中，结果导致电流泄漏的发生。即，以显微镜热成像仪成功观察到发生电流集中的位置的温度升高。进而，确认了：在结晶基板的截面结构中，高载流子浓度区域的缺陷也相对较多，容易发生电流泄漏，并且，该高载流子浓度区域以贯穿基板的方式呈柱状在结晶基板的表面与背面之间进行延伸。同时，确认了：低载流子浓度区域也以贯穿基板的方式呈柱状在结晶基板的表面与背面之间进行延伸。这意味着容易通过高载流子浓度区域发生电流集中。应予说明，迄今，施加到LED芯片上的电流密度增加时的发光效率的降低减少被称之为效率下降(droop)现象，有报道称其原因在于载流子溢出(carrieroverflow)、非辐射复合、俄歇复合(Augerrecombination)等。但是，这些主要是横型LED结构中的现象。本专利技术的专利技术人发现的上述现象是与效率下降现象不同的现象，迄今完全没有被报道过，是新发现的见解。基于上述观察，首次发现局部发生电流集中。基于该发现，本专利技术人发现通过在由13族元素氮化物形成的基底层上再培养13族元素氮化物结晶而形成厚膜，并精心设计此时的培养条件，能够促进厚膜中缺陷的缔合。由此，结晶基板中柱状的高载流子浓度区域在厚膜中分散，载流子比较均匀地分布，在CL中显示比较均匀的发光。通过在基底层上设置具有这样的截面结构的厚膜，成功地抑制了在结晶基板的一对主面间的电流泄漏。由此，即使增加施加到结晶基板上的电压也会抑制电流泄漏，因此，能够有效利用结晶基板的导电性而使功能得到提高。附图说明图1中，(a)是表示本专利技术的实施方式所涉及的结晶基板1的示意图，(b)是表示在基板1上形成有功能元件结构6的功能元件16的示意图。图2中，(a)表示在支撑基板11上设置有晶种膜12的状态，(b)表示在晶种膜12上设置有由13族元素氮化物结晶形成的基底层13的状态，(c)表示在基底层13上设置有厚膜14的状态。图3中，(a)是表示在晶种12上产生的核20的示意图，(b)是表示自核20进行生长的方向的示意图。图4中，(a)是表示将基底层13以及厚膜14与晶种膜分离后的状态，(b)是表示对(a)的基底层13以及厚膜14进行研磨加工而得到的结晶基板1。具体实施方式以下，适当参照附图，对本专利技术进一步进行说明。(结晶基板)优选的实施方式中，如图1(a)所示，在由13族元素氮化物形成的基底层2上形成有由13族元素氮化物形成的厚膜3。基底层2具有第一主面2a以及第二主面2b。在基底层2的第一主面2a上设置有厚膜3。基底层2包含：在第一主面2a与第二主面2b之间贯穿的低载流子浓度区域5和高载流子浓度区域4。确认了各区域4、5分别是在第一主面与第二主面之间贯穿基底层2而生成的。此处，低载流子浓度区域5的载流子浓度为1017/cm3以下，低载流子浓度区域5的缺陷密度为107/cm2以下。另外，高载流子浓度区域4的载流子浓度为1019/cm3以上，高载流子浓度区域4的缺陷密度为108/cm2以上。由前述的机制发现：掺杂物集中在高载流子浓度区域从而使得载流子浓度升高，并且，缺陷也集中在相同区域，且在基底层的主面之间以贯穿基底层的方式进行延伸。在此，低载流子浓度区域的载流子浓度优选为8×1016/cm3以下。另外，存在如上所述的高载流子浓度区域的基底层中，多数情况下低载流子浓度区域的载流子浓度为1×1017/cm3以下、1×1016/cm3以上。另外，低载流子浓度区域的缺陷密度优选为8×106/cm2以下。另外，多数情况下低载流子浓度区域的缺陷密度为2×106/cm2以上。另外，高载流子浓度区域4的载流子浓度为1019/cm3以上，优选为2×1019/cm3以上。另外，存在如上所述的低载流子浓度区域的基底层中，多数情况下高载流子浓度区域的载流子浓度为5×1019/cm3以下。另外，高载流子浓度区域的缺陷密度优选为5×107/cm2以下。本专利技术中，厚膜3的载流子浓度为1018/cm3～1019/cm3，厚膜的缺陷密度为107/cm2以下。厚膜的缺陷密度低时较为理想本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种13族元素氮化物结晶基板，所述13族元素氮化物结晶基板包括：基底层，由13族元素氮化物结晶形成，具有第一主面和第二主面，以及，厚膜，由13族元素氮化物结晶形成，设置在所述基底层的所述第一主面上，其特征在于，所述基底层包含：在所述第一主面与所述第二主面之间延伸的、低载流子浓度区域和高载流子浓度区域，所述低载流子浓度区域的载流子浓度为1017/cm3以下，所述低载流子浓度区域的缺陷密度为107/cm2以下，所述高载流子浓度区域的载流子浓度为1019/cm3以上，所述高载流子浓度区域的缺陷密度为108/cm2以上，所述厚膜的载流子浓度为1018/cm3～1019/cm3，所述厚膜的缺陷密度为107/cm2以下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.11 JP 2015-2420681.一种13族元素氮化物结晶基板，所述13族元素氮化物结晶基板包括：基底层，由13族元素氮化物结晶形成，具有第一主面和第二主面，以及，厚膜，由13族元素氮化物结晶形成，设置在所述基底层的所述第一主面上，其特征在于，所述基底层包含：在所述第一主面与所述第二主面之间延伸的、低载流子浓度区域和高载流子浓度区域，所述低载流子浓度区域的载流子浓度为1017/cm3以下，所述低载流子浓度区域的缺陷密度为107/cm2以下，所述高载流子浓度区域的载流子浓度为1019/cm3以上，所述高载流子浓度区域的缺陷密度为108/cm2以上，所述厚膜的载流子浓度为1018/cm3～1019/cm3，所述厚膜的缺陷密度为107/cm2以下。2.根据权利要求1所述的13族元素氮化物结晶基板，其特征在于，所述厚膜的表面的缺陷密度为107/cm2以下。3.根据权利要求1或2所述的13族元素氮化物结晶基板，...

【专利技术属性】
技术研发人员：岩井真，吉野隆史，
申请(专利权)人：日本碍子株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP