用于制造LED用蓝宝石单晶基板的蓝宝石单晶、LED用蓝宝石单晶基板、发光元件以及它们的制造方法技术

本发明专利技术为杂质Ti的含量最优化的用于制造LED用蓝宝石单晶基板的蓝宝石单晶、LED用蓝宝石单晶基板、发光元件以及它们的制造方法，将Ti含量多的氧化铝作为原料，在非活性气体气氛下在坩埚中熔融，使由蓝宝石单晶构成的晶种与得到的熔体接触，一边旋转一边提拉晶种，从而制造蓝宝石单晶的锭，冷却后，切取蓝宝石单晶基板，使该蓝宝石单晶基板的Ti含量为超过12ppm且100ppm以下，从而可以获得应变及气泡缺陷减少了的LED用蓝宝石单晶基板。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及蓝宝石单晶、蓝宝石单晶基板及其用途。本专利技术特别涉及用于制造LED 用蓝宝石单晶基板的蓝宝石单晶、LED用蓝宝石单晶基板、发光元件以及它们的制造方法。
技术介绍
在GaN系薄膜单晶的异质外延生长等中使用的蓝宝石基板是从具有六方晶系晶体结构的氧化铝的单晶切取的。作为这样的蓝宝石单晶的制法，可以列举出，丘克拉斯基法、焰熔法(verneuil method)、EFG法、凯罗泡洛斯法(kyropoulos method)等。其中，丘克拉斯基法由于可使蓝宝石单晶大型化，同时比较容易调节温度梯度，因而可以制作高品质的锭。丘克拉斯基法中，将放入到坩埚内的原料熔融，使由蓝宝石单晶形成的晶种与该熔体接触，一边旋转一边提拉晶种，从而使单晶生长。蓝宝石单晶为具有各向异性的材料，从蓝宝石单晶的锭切取GaN成膜用的晶片时，通常以晶片的主面为蓝宝石单晶的垂直于c轴的面(c面)的方式进行切取。从蓝宝石单晶的锭切取C面基板时，为了尽量不浪费材料，优选的是，在C轴方向上培养晶体，得到大致圆柱状的锭，并且将该锭相对于C轴方向(锭的轴方向)垂直切割。下述专利文献I中公开了可以减少蓝宝石单晶在c轴方向生长时的气泡缺陷的产生的蓝宝石单晶的制造方法。现有技术文献专利文献专利文献I:日本特开2008-207993号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题通常蓝宝石单晶中的Ti含量变多时，可以获得如下效果可以减少蓝宝石单晶基板的应变，另外可以减少在锭的提拉工序等中产生的气泡(气泡缺陷)。但是，Ti含量增高时，例如在LED(发光二极管)中使用的蓝宝石单晶基板上产生着色，同时由于晶格缺陷等而有GaN系薄膜单晶的异质外延生长被阻碍的可能性，以往将Ti 含量为Ippm以下的昂贵的高纯度氧化铝作为蓝宝石单晶的原料氧化铝使用。此外，上述专利文献I中公开了，为了减少气泡缺陷而使用氧化钛的摩尔数MT与氧化铝的摩尔数MA的比率(MT/MA)为20X10—6以下(以Ti换算计相当于12ppm以下)的氧化铝，但对于Ti的含量的最优化没有明确的讨论。因此，还不清楚作为杂质的Ti的含量可以达到什么程度。 本专利技术的目的在于，提供杂质Ti的含量最优化的用于制造LED用蓝宝石单晶基板的蓝宝石单晶、LED用蓝宝石单晶基板、发光元件以及它们的制造方法。用于解决问题的方案为了实现上述目的，本专利技术的一实施方式为用于制造LED用蓝宝石单晶基板的蓝宝石单晶，其特征在于，Ti含量为超过12ppm且IOOppm以下。这里,蓝宝石单晶中包括例如锭、块状、板状等，单晶的形状没有限制。此外，本专利技术的其他实施方式为一种LED用蓝宝石单晶基板，其特征在于，Ti含量为超过12ppm且IOOppm以下。此外，本专利技术的其他实施方式为一种发光元件，其特征在于，在上述蓝宝石单晶基板上形成有GaN系半导体层。此外，本专利技术的其他实施方式为一种LED用蓝宝石单晶基板的制造方法，其特征在于，将Ti含量为超过12ppm且2500ppm以下的浓度的氧化铝熔融，一边使所述熔融的氧化铝旋转一边提拉，从而形成蓝宝石单晶的锭的肩部、直体部及尾部，从所述锭切取蓝宝石单晶基板，对所述切取的蓝宝石单晶基板进行热处理后对其表面进行镜面加工，并在所述镜面加工后的蓝宝石单晶基板表面上形成凹凸。此外，本专利技术的其他实施方式为一种LED用蓝宝石单晶基板的制造方法，其特征在于，其包括对蓝宝石单晶基板进行热处理(退火处理)而使其透明化的工序，所述基板的 Ti含量为超过12ppm且IOOppm以下的范围，作为其他杂质元素，以Ippm O. Olppm的范围含有选自由V、Mg、Ga、Ir、Si、Na、B及P组成的组中的至少I种元素。此外，本专利技术的其他实施方式为一种发光元件的制造方法，其特征在于，在通过上述LED用蓝宝石单晶基板的制造方法制造的LED用蓝宝石单晶基板上形成由AlN构成的缓冲层，通过MOCVD法(有机金属化学气相沉积法，Metal-organic Chemical Vapor Deposition)在所述缓冲层上形成由GaN系化合物半导体构成的基底层、η型半导体层、发光层及P型半导体层，在所述P型半导体层上形成正极，在所述η型半导体层上形成负极。专利技术的效果根据本专利技术，将蓝宝石单晶基板的杂质Ti的含量进行最优化，可以减少蓝宝石单晶基板的应变及气泡缺陷并且减少制造成本。附图说明图I为表示实施方式的LED用蓝宝石单晶基板的制造工序的一个例子的图。图2为表示使用了由图I的工序制造的LED用蓝宝石单晶基板制造发光元件的工序的一个例子的图。图3为表示使用了实施方式的蓝宝石单晶基板的发光元件的例子的图。附图标记说明10蓝宝石单晶基板、12缓冲层、14η型半导体层、16发光层、18ρ型半导体层、20透光性电极、22正极焊盘电极、24负极。具体实施例方式以下，基于附图说明用于实施本专利技术的方式(以下称为实施方式)。本专利技术人等对蓝宝石单晶基板的杂质(钛(Ti))浓度的容许范围进行了研究，结果发现，只要Ti含量为超过12ppm且IOOppm以下的范围、优选为15ppm IOOppm的范围，该蓝宝石单晶基板上形成的GaN系薄膜单晶的结晶性及由该GaN系薄膜单晶(GaN系半导体层)构成的发光元件的发光特性、电特性就不会劣化。图I中显示了本实施方式的LED用蓝宝石单晶基板的制造工序的一个例子。图I 为通过丘克拉斯基法制造蓝宝石单晶的锭、再由该锭制造LED用蓝宝石单晶基板的工序的一个例子。图I中，蓝宝石单晶基板通过如下工序制造以含氧化钛的氧化铝为原料，在氮气、氩气等非活性气体气氛下，或在含氧非活性气体气氛下(包括大气下)，将该原料在坩埚中熔融，获得熔体的工序(SlOl);使固定于提拉棒的下部前端的由蓝宝石单晶构成的晶种与该熔体接触，一边旋转晶种一边调节熔体的加热量，培养晶体直到蓝宝石单晶的锭达到所希望的直径，从而形成肩部的工序(S102);—边旋转一边提拉上述提拉棒，形成在锭的肩部的下方延伸的直体部的工序(S103);将通过上述工序得到的蓝宝石单晶的锭从熔体切断分离前的阶段的形成尾部的工序(S104);将锭切断分离后，以规定的速度进行冷却的工序 (S105);从通过以上工序制造的蓝宝石单晶的锭切取蓝宝石单晶基板的工序(S106);对切取的蓝宝石单晶基板进行退火处理的工序(S107);通过对蓝宝石单晶基板的表面进行表面摩擦处理及抛光处理等从而进行镜面加工的工序(S108)。这里，以往存在以下问题蓝宝石单晶内含有一定浓度以上Ti等杂质时，着色而可见(着色)。认为“着色而可见”是由于蓝宝石单晶基板内的杂质反射该波长的光，通常无法作为LED (发光二极管)用的基板使用。例如，含有大量Ti的锭着色成粉红色而可见。然而，本专利技术人等发现，切割加工锭后，在上述S107的工序中，在大气下进行退火处理时，粉红色变成透明。图2为表不使用了由图I的工序制造的LED用监宝石单晶基板制造发光兀件的工序的一个例子的图。图2中，为了提高发光元件的发光效率，在通过上述S108进行了镜面加工后的LED用蓝宝石单晶基板的表面上，通过利用BC14气体的干式蚀刻进行凹凸状的加工(S201)，在抽真空的溅射装置的腔室内加热(S202)，通过反溅射处理清洁基板的表面 (S203)，并在基板的表面上层积由Al本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：楠木克辉，
申请(专利权)人：昭和电工株式会社，
类型：发明
国别省市：