氮化物半导体模板和发光二极管制造技术

本发明专利技术提供一种低电阻且结晶性良好的氮化物半导体模板、和使用其的发光二极管。氮化物半导体模板（10）具备PSS基板（11）和在PSS基板（11）上形成、使最上层为添加了Si的Si掺杂GaN层（14）的III族氮化物半导体层，III族氮化物半导体层的总膜厚为4μm以上10μm以下，Si掺杂GaN层（14）具有Si浓度倾斜层（14b），所述Si浓度倾斜层（14b）的载流子浓度朝着最表面慢慢降低，且在III族氮化物半导体层的最表面的载流子浓度为1×1017cm-3以上5×1017cm-3以下。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及氮化物半导体模板和发光二极管。
技术介绍
氮化镓(GaN)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铟镓(InGaN)等氮化物系化合物半导体作为能够发出从红色至紫外的光的发光元件材料而正受到关注。这些氮化物半导体材料的结晶生长法之一有以金属氯化物气体和氨为原料的氢化物气相生长法(HVPE =Hydride VaporPhase Epitaxy ^)0作为HVPE法的特征，可以举出与其它生长法(有机金属气相生长法(MOVPE:Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy 法)、分子束夕卜延法(MBE:Molecular Beam Epitaxy法)中典型的数μ m/hr相比能够获得非常大的10 μ m/hr以上至100 μ m/hr以上的生长速度这一点。因此，可很好地用于GaN自支撑基板(参照专利文献I)、AlN自支撑基板的制造中。这里，“自支撑基板”是指具有能够保持自身的形状、在处理中不会产生不良的程度的强度的基板。此外，包含氮化物半导体的发光二极管(LED)通常形成在蓝宝石基板上，但在其结晶生长时，在蓝宝石基板的表面形成缓冲层后，在其上生长包含η层的10 15 μ m左右厚的GaN层，并在其上按照InGaN/GaN多量子阱的发光层(总计数百nm厚)、p层(200 500nm厚)的顺序进行生长。发光层的下侧的GaN层较厚是为了改善蓝宝石基板上的GaN的结晶性等。然后，进行电极形成等，最终形成如后述图4那样的元件构造。利用MOVPE法进行生长时，典型情况下结晶生长工序需要6小时左右的时间，但其中的一半左右是为了生长被称为模板的、发光层下侧的GaN层所需要的时间。由以上说明，在模板部分的生长中如果可以适用生长速度非常快的HVPE法，则能够大幅缩短生长时间，能够急剧降低LED晶片的制造成本。另一方面，作为减少半导体发光元件(发光二极管)的内部的光密封、改善光取出效率的方法，例如可列举专利文献2。专利文献2中，对第I层实施凹凸加工而提高光取出效率，从而实现了高亮度化。另外，专利文献3中，对基板实施凹凸加工，取得了与前述相同的效果。该专利文献3使用所谓的PSS基板(图案化蓝宝石基板，Patterned Sapphire Substrate)来提高光取出效率，从而实现了高亮度化。另外，上述模板部分由于是电流在横向上流动的部分，因此需要为低电阻。原因是，如果不为低电阻，则LED的驱动电压(正向电压)会升高。也就是说，模板部分是具有改善结晶性、减少活性层中的缺陷、提高内部量子效率的作用和降低正向电压的作用的重要部分。现有技术文献专利文献专利文献1:日本专利第3886341号公报专利文献2:日本特开2002 - 280611号公报专利文献3:日本特开2005 - 183997号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题作为一般的低电阻化，有增多所添加的杂质的量而提高载流子浓度的方法。作为该方法，为了提高氮化物半导体模板部分的最上层的上部的载流子浓度而增多所添加的杂质的量。但是，增多最上层的杂质添加量时，结晶性会恶化，结果引起发光二极管的亮度的下降。另外，结晶性的指标通常使用由X射线衍射(XRD)测定得到的(0004)面的半值宽度(FffHM)(以下称为“XRD半值宽度”。)。另外，杂质量多时，由于向在模板上成膜的发光部、特别是活性层的掺杂剂扩散而弓丨起亮度下降，同时由于上述掺杂剂的扩散而造成可靠性恶化。因此，氮化物半导体模板优选结晶性良好，且低电阻化。但是，为了形成低电阻，需要添加某种程度的杂质的量。如果增多该杂质而提高载流子浓度，则之后通过MOVPE法而生长了发光层部时，氮化物半导体模板的杂质会扩散至发光层，作为LED的可靠性恶化。本说明书、权利要求中，“氮化物半导体模板”或仅“模板”是指，包含基板和构成发光层下侧的GaN层、缓冲层等氮化物半导体层的模板。进一步，模板部分是指“氮化物半导体模板”中的氮化物半导体层。本专利技术的目的在于提供低电阻且结晶性良好的氮化物半导体模板、和使用其的发光二极管。解决课题的方法
本专利技术人为了达成上述课题而进行了深入研究，结果发现，通过在初期生长中进行岛状生长，可以降低位错密度。另外发现，在以岛状生长的期间，各种方位的面出现，具有倾斜面时，O (氧)的添加效率良好。也就是说，由于发现了添加效率良好，因此得以减少成为缺陷形成的一个原因的添加物的量。由此，通过在不使结晶性恶化而良好的状态下添加了作为η型添加物的O (氧)，从而实现了某种程度的低电阻化。也能够进一步降低积极添加的η型添加层的添加物量，能够降低位错密度。但是，上述方法中，发现通过进一步使位于添加η型的载流子的作为模板的最上层的GaN层的最上部的部分的杂质浓度朝着最表面侧倾斜地减少，从而在模板上成膜的发光部的结晶性提高，能够实现使用模板而制作的发光二极管的高亮度化。进一步，由该结构的模板制作的发光二极管不存在来自模板的掺杂剂扩散所引起的劣化，具有高可靠性。也就是说，使用HVPE法，成功地提供了缺陷少、为低电阻、且掺杂剂扩散少的氮化物半导体发光元件用模板。由此，能够以低成本制作高亮度、且可靠性优异的发光二极管。为了达成上述目的，本专利技术提供以下的氮化物半导体模板和发光二极管。[I] 一种氮化物半导体模板，其具备基板和在前述基板上形成、使最上层为添加了Si的Si添加层的III族氮化物半导体层，前述III族氮化物半导体层的总膜厚为4μπι以上10 μ m以下，前述Si添加层具有Si浓度倾斜层，所述Si浓度倾斜层的载流子浓度朝着最表面慢慢降低，且在前述III族氮化物半导体层的最表面的载流子浓度为IXlO17cnT3以上 5X IO17Cm 3 以下。[2]根据前述[I]所述的氮化物半导体模板，前述III族氮化物半导体层在前述基板与前述Si添加层之间具有添加了 O (氧)的O添加层。[3]根据前述[2]所述的氮化物半导体模板，前述O添加层中，O的杂质浓度为IXlO16Cnr3以上3X IO19CnT3以下，厚度方向上的O添加层的平均载流子浓度为8X IO17CnT3以上lX1018cm_3以下。[4]根据前述[I]至[3]中任一项所述的氮化物半导体模板，前述Si添加层具有载流子浓度在厚度方向上一样的Si高浓度层，前述Si浓度倾斜层中，载流子浓度从前述Si高浓度层朝着前述最表面慢慢降低。[5]根据前述[4]所述的氮化物半导体模板，前述Si高浓度层的载流子浓度为I X IO17Cm 3 以上 I X IO19Cm 3 以下。[6]根据前述[I]至[5]中任一项所述的氮化物半导体模板，使用了在前述基板的表面上形成有多个凸部的PSS基板(Patterned Sapphire Substrate)。[7]根据前述[I]至[6]中任一项所述的氮化物半导体模板，表面比电阻为10Ω /□以上30 Ω / □以下。[8]根据前述[I]至[7]中任一项所述的氮化物半导体模板，X射线衍射测定的(0004)面的半值宽度为100秒以下。[9]一种发光二极管，具备:蓝宝石基板、在所述蓝宝石基板上形成的AlN缓冲层、在所述AlN缓冲层上形成的η型的III族氮化物半导体层、在所述η型的III族氮化物半导体层上形成的多量子阱层、在所述多量子阱层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化物半导体模板，其具备基板和在所述基板上形成、使最上层为添加了Si的Si添加层的III族氮化物半导体层，所述III族氮化物半导体层的总膜厚为4μm以上10μm以下，所述Si添加层具有Si浓度倾斜层，所述Si浓度倾斜层的载流子浓度朝着最表面慢慢降低，且在所述III族氮化物半导体层的最表面的载流子浓度为1×1017cm?3以上5×1017cm?3以下。

【技术特征摘要】
2011.12.15 JP 2011-274222;2012.11.14 JP 2012-25001.一种氮化物半导体模板，其具备基板和在所述基板上形成、使最上层为添加了 Si的Si添加层的III族氮化物半导体层， 所述III族氮化物半导体层的总膜厚为4μπι以上10 μ m以下， 所述Si添加层具有Si浓度倾斜层，所述Si浓度倾斜层的载流子浓度朝着最表面慢慢降低，且在所述III族氮化物半导体层的最表面的载流子浓度为IXlO17cnT3以上5X IO17Cm 3 以下。2.根据权利要求1所述的氮化物半导体模板，所述III族氮化物半导体层在所述基板与所述Si添加层之间具有添加了 O、即氧的O添加层。3.根据权利要求2所述的氮化物半导体模板，所述O添加层中，O的杂质浓度为IXlO16Cnr3以上3X IO19CnT3以下，厚度方向上的O添加层的平均载流子浓度为8X IO17CnT3以上lX1018cm_3以下。4.根据权利要求1至3中任一项所述的氮化物半导体模板，所述Si添加层具有载流子浓度在厚度方向上一样的Si高浓度层，所述Si浓度倾斜层中，载流子浓度从所述Si高浓度层朝着所述最表面慢慢降低。5.根据权利要求4所述的氮化物半导体模板，所述Si高浓度层的载流子浓度为I X IO17Cm...

【专利技术属性】
技术研发人员：今野泰一郎，藤仓序章，
申请(专利权)人：日立电线株式会社，
类型：发明
国别省市：