外延生长用基板、ＧａＮ类半导体膜的制造方法、ＧａＮ类半导体膜、ＧａＮ类半导体发光元件的制造方法以及ＧａＮ类半导体发光元件技术

本发明专利技术的外延生长用基板至少在表层部分具有由不同于ＧａＮ类半导体的材料构成的单晶部；并且具有包含多个凸部和多个生长空间的凹凸面作为其外延生长用表面，其中，所述多个凸部的排列使得每个凸部分别在相隔１２０度的不同方向上具有３个最接近的其它凸部；所述多个生长空间中的每个生长空间被６个上述凸部所包围；上述单晶部至少在上述生长空间处露出，并可由此实现从上述生长空间中生长出ｃ轴取向的ＧａＮ类半导体晶体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及适于制造包含c轴取向的GaN类半导体晶体的GaN类半导体膜的外延 生长用基板，特别涉及外延生长用表面为凹凸面的外延生长用基板。另外，本专利技术还涉及使用上述外延生长用基板的GaN类半导体膜的制造方法、利 用该制造方法得到的GaN类半导体膜、以及使用该GaN类半导体膜的GaN类半导体发光元 件的制造方法。此外，本专利技术还涉及包含上述外延生长用基板的GaN类半导体发光元件。
技术介绍
GaN类半导体是以通式AlaInbGa1TbN(0彡a彡1、0彡b彡1、0彡a+b彡1)表示 的化合物半导体，其也被称作第3族氮化物半导体、氮化物类半导体等。通过在基板上形成 由GaN类半导体构成的pn结型的发光元件结构而得到的LED (发光二极管)、LD (激光二极 管)等GaN类半导体发光元件已付诸实用，并作为用于显示装置、照明装置的光源而逐渐得 到普及。在GaN类半导体发光元件中，用于LD制造的主要是GaN单晶基板，另一方面，用于 LED制造的主要是蓝宝石单晶基板。在由GaN或蓝宝石构成的单晶基板上，可使具有各种取 向性的GaN类半导体晶体发生外延生长，但在目前已付诸实用的GaN类半导体发光元件中 使用的是c轴取向的GaN类半导体晶体。蓝宝石单晶基板包括c面基板、a面基板、r面基 板等，但适于c轴取向的GaN类半导体晶体的制造的，是c面基板。需要说明的是，被称为 c面基板的基板包括具有相对于c面稍倾斜的表面的基板(被赋予了所谓倾斜角的基板)， 这在当前，是本领域技术人员所公知的常识(对于a面基板、r面基板等也同样)。在c面蓝宝石基板上经外延生长而得到的GaN类半导体晶体中高密度地包含因 晶格失配而引起的位错缺陷。作为解决该问题的方法之一，已开发出下述外延生长技术 (LEPS ；Lateral Epitaxy on a Patterned Substrate (图形衬底横向外延技术))通过利 用蚀刻等方法对基板表面进行加工以获得凹凸面，从而使GaN类半导体晶体产生横向生长 模式(专利文献1、专利文献2)。此外，已知使用使半导体晶体生长的表面为凹凸面的蓝宝 石基板(以下也称为“蓝宝石加工基板(Patterned Sapphire Substrate)”)来形成GaN类 半导体发光元件时，除了取得位错缺陷的降低效果之外，还能够获得提高出光效率的效果 (专利文献3)。专利文献1 国际公开第2000/55893号小册子专利文献2 国际公开第2002/23604号小册子专利文献3 国际公开第2002/75821号小册子
技术实现思路
专利技术要解决的课题对于GaN类半导体发光元件，不仅要求扩大其用途，还要求实现其发光效率的进 一步提高。这些要求对于使用了蓝宝石单晶基板、硅单晶基板等廉价基板的通用品也不例 外。为了提高发光效率，必须要使构成发光元件的GaN类半导体晶体、尤其要使构成发光部 的GaN类半导体晶体中所含的晶格缺陷的密度进一步降低。此外，将发光元件内部产生的 光更有效地导出至元件外部、即提高出光效率也是很重要的。本专利技术就是在上述背景下完成的，其主要目的在于提供一种外延生长用基板，所 述外延生长用基板具备新颖的凹凸面图案，这样的凹凸面图案能够有助于GaN类半导体发 光元件的发光效率的改善。解决问题的方法使c轴取向的GaN类半导体晶体在由不同于GaN类半导体的材料形成的基板上 进行外延生长时，如果采用使c轴方向的生长适当优于垂直于c轴的方向的生长(横向生 长)的生长条件，则可在生长初期在基板表面上形成不计其数的具有<1-101>面等倾斜侧 面(小面，facet)的微细三维晶体。该三维晶体经过进一步生长，不久，这些三维晶体之间 将发生会合并形成合体。此时，会发生生长模式的变化，晶体生长面呈二维化(平坦化)， 与此同时，在晶体内部沿c轴方向传播的位错线发生向横向方向的弯曲。其结果，会使达到 最终所得膜的表面的贯通位错密度减少。上述生长条件可通过用以进行生长参数(载气种 类、生长压力、生长温度等)最优化的反复试验方法(試行錯誤)来找出。但即使采用上述生长条件，由于在外延生长用表面为平坦面的基板上，三维晶体 之间的合体会加速进行，因而会导致生长面的二维化在短时间内完成，基于上述机理的位 错减少无法充分进行。另一方面，在外延生长用表面为凹凸面的基板、即利用高度差从空间 上将可进行晶体生长的区域分割开的基板上，由于在各区域生长的三维晶体之间的合体受 到阻碍，因此可使生长面的二维化变得缓慢，这样一来，基于上述机理的位错减少效果可得 以长期持续。本专利技术经研究发现对于外延生长用表面为凹凸面的基板，通过设法活用其凹凸 面的图案，能够进一步提高利用该基板获得的上述位错减少效果。本专利技术基于上述发现而 完成。根据本专利技术，提供具有下述结构的外延生长用基板一种外延生长用基板，其至少在表层部分具有由不同于GaN类半导体的材料构成 的单晶部，并具有包含多个凸部和多个生长空间的凹凸面作为其外延生长用表面，其中，所 述多个凸部的排列使得每个凸部分别在相隔120度的不同方向上具有3个最接近的其它凸 部；所述多个生长空间中的每个生长空间被6个上述凸部所包围，上述单晶部至少在上述生长空间处露出，由此可从上述生长空间中生长出c轴取 向的GaN类半导体晶体。本专利技术的上述外延生长用基板的第一特征在于在外延生长用表面上设置有由6 个凸部包围的生长空间(相当于凹部的底面)，并可从该空间中生长出c轴取向的GaN类半 导体晶体。上述凸部呈二维排布，且每个凸部分别在相隔120度的不同方向上具有3个最接近的其它凸部，因此上述生长空间的形状为正六边形或近似正六边形的形状。这样一来， 在使c轴方向的生长适当优于横向生长的生长条件下，在该基板上使GaN类半导体晶体生 长时，在每个生长空间中将会形成与生长空间的尺寸相适应的六棱锥状或六角锥台状的三 维晶体。具有这类形状的晶体，因其侧面面积与体积之比较大，因而其晶体生长面在进行二 维化时会产生良好的位错减少效果。其理由在于，伴随该生长模式变化而改变传播方向的 是在形成三维晶体的过程中达到其侧面的位错线。本专利技术的上述外延生长用基板的第二特征在于确定外延生长用表面的凹凸图 案，以使上述生长空间的配置达到最密。由此，在采用上述生长条件时，可使在外延生长用 表面上形成的六棱锥状或六角锥台状晶体的密度达到最大，因此其晶体生长面在进行二维 化时所产生的位错减少效果也会达到最大。另一方面，还可以使单晶部在凸部上露出，以使凸部上也容许进行外延生长，但由 于凸部上晶体所能够采取的形状限制小，因而GaN类半导体晶体会显示出自发地呈现能量 稳定的棱锥状或角锥台状的倾向。在本专利技术的上述外延生长用基板中，如上所述，最密地配置有被6个凸部包围的 生长空间，而这也使外延生长用表面上凹部和凸部的边界、即高度差的密度得以最大化。在 高度差处，会发生光的散射或漫反射，因而可使包含该外延生长用基板而构成的GaN类半 导体发光元件显示出优异的出光效率。上述生长空间的优选形状为正六边形。这是由于，c轴取向的GaN类半导体晶体 在进行三维生长时，容易作为能量稳定的形状而采取的形状是六棱锥状或六角锥台状。使 生长空间为正六边形时，可稳定地形成与该生长空间的形状相适应的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种外延生长用基板，该基板至少在表层部分具有由不同于ＧａＮ类半导体的材料构成的单晶部，并且具有包含多个凸部和多个生长空间的凹凸面作为其外延生长用表面，其中，所述多个凸部的排列使得每个凸部分别在相隔１２０度的不同方向上具有３个最接近的其它凸部；所述多个生长空间中的每个生长空间被６个上述凸部所包围，上述单晶部的至少在上述生长空间处露出，由此能够从上述生长空间中生长出ｃ轴取向的ＧａＮ类半导体晶体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：冈川广明，工藤广光，中井辉久，金成珍，
申请(专利权)人：三菱化学株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]