用于氮化物半导体发光元件的制造方法、晶圆以及氮化物半导体发光元件技术

在一种用于氮化物半导体发光元件的制造方法中，所述氮化物半导体发光元件包含：单晶衬底1；和AlN层2；和第一导电类型的第一氮化物半导体层3；和由AlGaN基材料构成的发光层4；和第二导电类型的第二氮化物半导体层6，形成所述AlN层2的步骤包含：第一步骤，将Al源气体和N源气体供应至所述反应器中，以生成将为所述单晶衬底1的所述表面101上的所述AlN层2的部分的具有Al极性的一组AlN晶核2a；和第二步骤，在所述第一步骤之后将所述Al源气体和所述N源气体供应至所述反应器中，以形成所述AlN层2。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于氮化物半导体发光元件的制造方法、晶圆以及氮化物半导体发光元件
当前专利技术涉及：一种用于氮化物半导体发光元件的制造方法；和晶圆；和氮化物半导体发光元件。
技术介绍
由于发射可见光至紫外光的波长区域中的光的氮化物半导体发光元件在低功耗和小尺寸方面的优点，其在诸如卫生、医药、工业、照明、精密机械等广泛的领域中具有应用的潜力。用于部分波长区域，例如蓝光波长区域，的氮化物半导体发光元件已经在商业上使用。然而，至于氮化物半导体发光元件，不限于发射蓝光的氮化物半导体发光元件（以下称为“蓝光发射二极管”），期望增强的发射效率和光输出。特别地，当前，与蓝光发射二极管相比，发射紫外波长区域中的光的氮化物半导体发光元件（以下称为“紫外光发射二极管”）的实际使用受到其相当较差的外量子效率和光输出的问题的阻碍。发光层的低效率（以下称为“内量子效率”）是导致显著差的外量子效率和光输出的成因之一。由氮化物半导体晶体形成的发光层的内量子效率受穿透位错（threadingdislocation）的影响。在穿透位错的高的位错密度的情况下，非辐射复合占主导，并且因此造成内量子效率的下降。在使用由造成与氮化物半导体的显著晶格失配的诸如蓝宝石等材料构成的衬底作为用于外延生长的衬底的情况下，上述穿透位错特别可能发生在生长界面处。因此，为了获得具有低穿透位错密度的氮化物半导体晶体层，在生长的早期阶段，控制构成元素（element）中每一个构成元素的行为是极其重要的。特别地，在含有Al的氮化物半导体晶体层（特别是，AlN层）的生长中，由III族原子构成的构成元素的扩散长度短于不含有Al的氮化物半导体晶体层（特别是，GaN层）的生长中由III族原子构成的构成元素的扩散长度。因此，在生长的早期阶段，以相对高的密度生成了多个核。已经知道，然后，当相邻核结合时，大多数的穿透位错可能发生在相邻核之间的界面上。而且，通过使用MOCVD设备（金属有机化学气相沉积设备）作为制造仪器，分别是典型的III族材料和典型的V族材料的三甲基铝（TMAl）气体和氨（NH3）气体不期望地在气相彼此起反应，产生具有纳米级的尺寸的粒子（纳米粒子）。存在于衬底的表面上的纳米粒子可以抑止AlN晶体的生长。因此，包含Al作为氮化物半导体晶体层中的构成元素的紫外光发射二极管比不包含Al作为构成元素的蓝光发射二极管具有更多存在于氮化物半导体晶体层中的穿透位错。因此，紫外光发射二极管比蓝光发射二极管具有更低的发射效率。对于上述问题，提出了一种用于产生半导体结构并且适合于发光器件结构（专利文件1）的方法，该方法包含形成能够发射具有紫外区域中的230至350nm的范围内的发射波长的光的AlN缓冲层的步骤。专利文件1中描述的AlN的高质量缓冲生长结构包含蓝宝石（0001）衬底以及在蓝宝石衬底上相继形成的AlN成核层、脉冲式供应的（pulsedsupplied）AlN层、以及连续生长的AlN层。利用MOCVD设备形成AlN成核层、脉冲式供应的AlN层、以及连续生长的AlN层。借助于NH3脉冲式供应方法以初始成核模式生长AlN成核层，该初始成核模式是第一生长模式。以缓慢生长模式通过使用NH3脉冲式供应来形成脉冲式供应的AlN层，该缓慢生长模式是第二模式。以快速竖直生长模式来生长连续生长的AlN层。专利文献1公开了第二模式是用于增大晶粒尺寸并且减少位错的模式，并且能够使得不平坦的AlN成核层平坦。而且，专利文献1公开了快速竖直生长模式是更大程度上提高平坦度并且抑制裂缝的模式，并且快速竖直生长模式不使用借助于NH3脉冲式供应的AlN生长方法。借助于NH3脉冲式供应方法的AlN生长方法是一种其中连续地供应为Al源的TMAl气体，而以脉冲式方式供应为N源的NH3气体的方法。例如日本专利申请公开号2009-54780（专利文件1）公开了将AlN成核层、脉冲式供应的AlN层、以及连续地生长的AlN层的生长温度分别选择为1300℃、1200℃、以及1200℃。专利文件1也公开了具有250nm的发射波长的深紫外LED包含形成于蓝宝石衬底上的AlN缓冲层和形成于AlN缓冲层上的LED结构。LED结构包含从AlN缓冲层一侧开始的以以下顺序布置的Si掺杂的n型Al0.75Ga0.25N层和Al0.75Ga0.25N/Al0.60Ga0.40N层的MQW（多量子阱）、由Mg掺杂的Al0.95Ga0.05N构成的电子阻挡层、Mg掺杂的Al0.75Ga0.25N层、以及Mg掺杂的p型GaN层。此外，在Mg掺杂的p型GaN层上形成第一电极，并且在Si掺杂的n型Al0.75Ga0.25N层上形成第二电极。
技术实现思路
当前专利技术的专利技术者在专利文件1中描述的生长条件下制备了AlN缓冲层，并且评估了所述AlN缓冲层的质量。结果证实了优良的质量，例如通过X射线衍射而获得的摇摆曲线的为500arcsec的小的半高宽（FWHM），利用原子力显微镜（AFM）观察到的区别的原子台阶。然而，通过利用光学显微镜的进一步观察，当前专利技术的专利技术者检测到所述AlN缓冲层的表面上存在具有六角形状的横截面的许多突起。除此之外，当前专利技术的专利技术者制备了具有350μm每见方的芯片尺寸的试验的紫外光发射二极管和在所述相同条件下形成的AlN缓冲层，并且测量了所述紫外光发射二极管的电流电压特性。当前专利技术的专利技术者揭示，所述紫外光发射二极管中的一些紫外光发射二极管表现出大的泄漏电流，并且当驱动电流增大时发生短路并且未能发射光。已经鉴于环境实现了当前专利技术，并且其目的是提出：一种用于能够增加电特性的可靠性的氮化物半导体发光元件的制造方法；和能够增加所述氮化物半导体发光元件的电特性的可靠性的晶圆；和能够增加电特性的可靠性的所述氮化物半导体发光元件。本专利技术涉及一种用于氮化物半导体发光元件的制造方法。所述氮化物半导体发光元件包括：单晶衬底；和AlN层，所述AlN层提供于所述单晶衬底的表面上；和第一导电类型的第一氮化物半导体层，所述第一氮化物半导体层提供于所述AlN层上；和发光层，所述发光层由AlGaN基材料构成，并且提供于所述第一氮化物半导体层的与所述AlN层相反的一侧上；和第二导电类型的第二氮化物半导体层，所述第二氮化物半导体层提供于所述发光层的与所述第一氮化物半导体层相反的一侧上。用于氮化物半导体发光元件的所述制造方法包括在制备并设定于反应器中的所述单晶衬底上形成所述AlN层的步骤。所述步骤包括：第一步骤，将Al源气体和N源气体供应至所述反应器中，以生成将为所述单晶衬底的所述表面上的所述AlN层的部分的具有Al极性的一组AlN晶核；以及第二步骤，在所述第一步骤之后，将所述Al源气体和所述N源气体供应至所述反应器中，以在所述单晶衬底的所述表面上形成所述AlN层。在根据本专利技术的实施例中，在所述第一步骤中，将为所述单晶衬底的温度的衬底温度选择为第一预定的温度，在所述第一预定的温度，抑制了具有N极性的AlN晶体的生长。在根据本专利技术的实施例中，所述单晶衬底是c面蓝宝石衬底，并且所述第一预定的温度落入包含1000℃至1150℃的范围内。在根据本专利技术的实施例中，所述单晶衬底是所述c面蓝宝石衬底，并且所述第一预定的温度落入包含1000℃至1100℃的范围内。根据本专利技术的实施例包括第三步骤，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于氮化物半导体发光元件的制造方法，所述氮化物半导体发光元件包括：单晶衬底；AlN层，所述AlN层提供于所述单晶衬底的表面上；第一导电类型的第一氮化物半导体层，所述第一氮化物半导体层提供于所述AlN层上；发光层，所述发光层由AlGaN基材料构成，并且提供于所述第一氮化物半导体层的与所述AlN层相反的一侧上；以及第二导电类型的第二氮化物半导体层，所述第二氮化物半导体层提供于所述发光层的与所述第一氮化物半导体层相反的一侧上，并且所述方法包括在制备并设定于反应器中的所述单晶衬底上形成所述AlN层的步骤，其中，所述步骤包括：第一步骤，将Al源气体和N源气体供应至所述反应器中，以生成将为所述单晶衬底的所述表面上的所述AlN层的部分的具有Al极性的一组AlN晶核；以及第二步骤，在所述第一步骤之后，将所述Al源气体和所述N源气体供应至所述反应器中，以在所述单晶衬底的所述表面上形成所述AlN层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.07.05 JP 2011-1495061.一种用于氮化物半导体发光元件的制造方法，所述氮化物半导体发光元件包括：单晶衬底；AlN层，所述AlN层提供于所述单晶衬底的表面上；第一导电类型的第一氮化物半导体层，所述第一氮化物半导体层提供于所述AlN层上；发光层，所述发光层由AlGaN基材料构成，并且提供于所述第一氮化物半导体层的与所述AlN层相反的一侧上；以及第二导电类型的第二氮化物半导体层，所述第二氮化物半导体层提供于所述发光层的与所述第一氮化物半导体层相反的一侧上，并且所述用于氮化物半导体发光元件的制造方法包括在制备并设定于反应器中的所述单晶衬底上形成所述AlN层的步骤，其中，所述步骤包括：第一步骤，将Al源气体和N源气体供应至所述反应器中，以生成将为所述单晶衬底的所述表面上的所述AlN层的部分的具有Al极性的一组AlN晶核；以及第二步骤，在所述第一步骤之后，将所述Al源气体和所述N源气体供应至所述反应器中，以在所述单晶衬底的所述表面上形成所述AlN层，其中所述用于氮化物半导体发光元件的制造方法还包括：第三步骤，在所述第一步骤和所述第二步骤之间，增大通过所述第一步骤生成的所述AlN晶核的尺寸，在所述第一步骤中，将为所述单晶衬底的温度的衬底温度选择为第一预定的温度，在所述第一预定的温度，抑制了具有N极性的AlN晶体的生长，并且在所述第三步骤中，供应所述Al源气体和所述N源气体，以增大所述AlN晶核的所述尺寸，并且将所述衬底温度选择为高于所述第一预定的温度的第二预定的温度。2.如权利要求1所述的用于氮化物半导体发光元件的制造方法，其中：所述单晶衬底是c面蓝宝石衬底；并且所述第一预定的温度落入包含1000℃至1150℃的范围内。3.如权利要求1所述的用于氮化物半导体发光元件的制造方法，其中：所述单晶衬底是c面蓝宝石衬底；并且所述第一预定的温度落入包含1000℃至1100℃的范围内。4.如权利要求1所述的用于氮化物半导体发光元件的制造方法，其中，在所述第三步骤中，以使得连续地供应所述Al源气体而间断地供应所述N源气体的方式来供应所述Al源气体和所述N源气体。5.如权利要求2所述的用于氮化物半导体发光元件的制造方法，其中，在所述第三步骤中，以使得连续地供应所述Al源气体而间断地供应所述N源气体的方式来供应所述Al源气体和所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：高野隆好，美浓卓哉，野口宪路，椿健治，平山秀树，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP