本发明专利技术的目的是提供可得到生产率优异并具有优异的发光特性的元件的Ⅲ族氮化物半导体发光元件的制造方法以及Ⅲ族氮化物半导体发光元件和灯。本发明专利技术的方法，是通过由等离子体将金属材料和含有Ⅴ族元素的气体活化而使其进行反应，从而在基板（１１）上成膜出由Ⅲ族氮化物化合物形成的中间层（１２），在该中间层（１２）上依次层叠由Ⅲ族氮化物半导体形成的ｎ型半导体层（１４）、发光层（１５）和ｐ型半导体层（１６）的制造方法，所述Ⅴ族元素为氮，形成中间层（１２）时的所述气体中的氮的气体分率为大于２０％且在９９％以下的范围，并且作为单晶组织形成中间层（１２）。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及可很适合地用于发光二极管(LED )、激光二极管(LD)、电子器件等中的ra族氮化物半导体发光元件的制造方法、以及III族氮化物半导体发光元件和灯。本申请基于在2006年12月20日在日本申请的专利申请2006-343019 号和在2007年8月21日在日本申请的专利申请2007-214539号要求优先 权，将上述这些申请的内容援引到其中。
技术介绍
m族氮化物半导体发光元件具有相当于从可见光到紫外光区的范围的能量的直接迁移型的带隙，发光效率优异，因此作为LED、 LD等的发光 元件使用。另外，即使是用于电子器件的场合，m族氮化物半导体与使用现有的 III-V族化合物半导体的情况相比，也能够得到具有优异特性的电子器件。以往，作为m族氮化物半导体的单晶片， 一般是使不同材料的单晶片 上生长结晶而得到的方法。在这样的异种a与在其上外延生长的m族氮化物半导体结晶之间存在大的晶格失配。例如，使氮化镓(GaN)在蓝宝 石(A1203)基板上生长的场合，在两者之间存在16%的晶格失配，使氮 化镓在SiC基板上生长的场合，在两者之间存在6%的晶格失配。一般地，存在如上所述的较大的晶格失配的场合，难以使结晶在基板 上直接外延生长，并且，即使是生长了的场合，也存在不能得到结晶性良 好的结晶的问题。因此，曾提出了采用金属有机化学气相淀积(MOCVD)法使m族氮 化物半导体结晶在蓝宝石单晶基板或SiC单晶基板上外延生长时，在a 上首先层叠由氮化铝(A1N)、氮化铝镓(AlGaN)形成的称作低温緩冲层的层，再在其上在高温下外延生长m族氮化物半导体结晶的方法，该方法通常被进行(例如，专利文献l、 2)另夕卜，也提出了采用MOCVD以外的方法将上述緩冲层进行成膜的技 术。例如，提出了采用溅射法在基板上成膜出緩沖层，同时作为141材料 使用蓝宝石、硅、碳化硅、氧化锌、磷化镓、砷化镓、氧化镁，氧化锰和m族氮化物系化合物半导体单晶等的方法，其中，蓝宝石的a面基板很适合(例如，专利文献3、 4)。然而，专利文献i 4所述的方法，存在不能得到充分的结晶性的ra族 氮化物半导体的问题。另一方面，曾提出了采用MOCVD在由高频'践射法成膜的緩冲层上生 长出相同组成的结晶的方法(例如，专利文献5)。然而，专利文献5所 述的方法，存在不能在基板上稳定地层叠良好的结晶的问题。另外，还提出了采用溅射法在基板上形成緩冲层时，使'践射装置的初 期电压为溅射电压的110%以下的方法(例如，专利文献6)。专利文献6 所述的方法，是不使用如MOCVD法所使用的高价格的材料，而采用'减射 法形成緩沖层的方法。专利文献1:日本专利第3026087号公报专利文献2:日本特开平4-297023号z^报专利文献3:日本专利第3440873号公报专利文献4:日本专利第3700492号公报专利文献5:日本特7>平5-86646号公才艮专利文献6:日本特开2001-308010号公报
技术实现思路
上迷专利文献3所述的方法是緩沖层生长后，在包含氨和氢的混合气中进行退火的方法。另外，专利文献4所述的方法，重要的是采用DC溅 射在400。C以上的温度下成膜出緩沖层。然而，本专利技术者们潜心进行实验 的结果，明确了在专利文献3、 4所述的条件下不能够得到良好的结晶性的m族氮化物半导体。在此，专利文献l、 2所述的MOCVD法，是在使原料气达到该原料 气的分解温度以上的温度而进行分解，使由此产生的分解物在才莫板上生长 的方法，虽然生长速度低，但作为能得到结晶性高的膜的方法已为人所知。另一方面，可认为溅射法是从靶上轰击出原子，强制地将该被轰击出 的原子在基板上成膜的方法，虽然生长速度快，但得到的膜与MOCVD法 相比结晶性不高。为此，以往主要采用MOCVD法在M上将緩沖层成膜 后，通过在该膜上生长出数nm的非掺杂的GaN层，来提高在该膜上生长 的发光层的结晶性的方法。然而，釆用如上述的MOCVD法形成緩冲层的方法，不能够得到充分 的结晶性，因此期望能得到结晶性良好的膜的方法。本专利技术是鉴于上述课题而完成的研究，其目的在于提供能够短时间内 在基板上生长出均匀性优异的III族氮化物半导体，生产率优异，同时能够及m族氮化物半导体发光元件和灯。本专利技术者们为了解决上述问题潜心进行研究的结果发现，采用与MOCVD法相比成膜速度非常高，并且强制地在M上成膜的'减射法等的 由等离子体将原料活化的方法，成膜出中间层(緩冲层)，并且，使作为 V族元素的氮原料的分压为适宜范围，由此能够作为具有特定各向异性的 取向膜在基板上成膜，同时成膜速度提高，能够防止炉内附着物等的杂质 混入膜内，从而完成了本专利技术。 即，本专利技术涉及以下的专利技术。[1一种III族氮化物半导体发光元件的制造方法，是通过由等离子体将 含有V族元素的气体和金属材料活化而使其反应，从而在基板上成膜出由m族氮化物化合物形成的中间层，在该中间层上依次层叠由in族氮化物半导体形成的n型半导体层、发光层和p型半导体层的ra族氮化物半导体发 光元件的制造方法，其特征在于，上述v族元素为氮，形成上述中间层时的上述气体中的氮的气体分率为大于20%且在99%以下的范围，并且作为 单晶组织形成上述中间层。根据根据的任一项所述的m族氮化物半导体发光元件的制造 方法，其特征在于，采用MOCVD法在上述中间层上形成上述基底层。根据所述的m族氮化物半导体发光元件，其特征在于，上述中 间层由A1N形成。才艮据 ~ [33的任一项所述的III族氮化物半导 体发光元件。专利技术效果根椐本专利技术的m族氮化物半导体发光元件的制造方法，按照上述构成， 采用由等离子体将原料活化的方法在基板上将具有单晶结构的中间层成 膜，另外，通过将作为v族元素的氮的分压规定在适宜范围，能够均匀性良好地成膜出中间层，所述中间层，可在其上釆用MOCVD成膜出良好结晶性的m族氮化物半导体。因此，能够高效率地在基板上生长出由结晶性良好的m族氮化物化合 物形成的中间层、和由m族氮化物半导体形成的半导体层，生产率优异， 可得到廉价且具有优异的发光特性的m族氮化物半导体发光元件。附图说明图i是模式地说明本专利技术涉及的ra族氮化物半导体发光元件一例的 图，是表示叠层半导体的截面结构的概略图。图2是模式的说明本专利技术涉及的m族氮化物半导体发光元件一例的 图，是表示平面结构的图。图3是模式的说明本专利技术涉及的m族氮化物半导体发光元件一例的 图，是表示截面结构的图。图4是模式的说明使用本专利技术涉及的m族氮化物半导体发光元件构成 的灯的概略图。图5是模式的说明本专利技术涉及的m族氮化物半导体发光元件制造方法 的一例的图，是表示溅射装置结构的概略图。图6是说明本专利技术涉及的m族氮化物半导体发光元件的实施例的图，是表示基底层的(0002)面和(10-10)面的XRC光谦半值宽的曲线图。附图标号说明i-m族氮化物半导体发光元件、10-叠层半导体、ll-基板、lla-表面、12-中间层、13-基底层、14-n型半导体层、14a-基底层、15-发光层、16-p 型半导体层、17-透光性正极、3-灯具体实施方式以下， 一边适当参照图1~6, —边对本专利技术涉及的m族氮化物半导体 发光元件的制造方法及m族氮化物半导体发光元件和灯的一实施方式进本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种Ⅲ族氮化物半导体发光元件的制造方法，是通过由等离子体将含有Ⅴ族元素的气体和金属材料活化而使其反应，从而在基板上成膜出由Ⅲ族氮化物化合物形成的中间层，在该中间层上依次层叠由Ⅲ族氮化物半导体形成的ｎ型半导体层、发光层和ｐ型半导体层的Ⅲ族氮化物半导体发光元件的制造方法，其特征在于，所述Ⅴ族元素为氮，形成所述中间层时的所述气体中的氮的气体分率为大于２０％且在９９％以下的范围，并且作为单晶组织形成所述中间层。
【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：横山泰典，三木久幸，
申请(专利权)人：昭和电工株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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