專利名稱：發(fā)光器件、用于制造發(fā)光器件的襯底、以及它們的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光器件例如發(fā)光裝置和光電探測器，和用于制造這種發(fā)光器件的襯底，其中外延地生長由III-V氮化物半導體制成的多層薄膜。
本發(fā)明也涉及制造發(fā)光器件和制造用于制造發(fā)光器件的襯底的方法。
然后，控制上述原料的流速可以改變AlxGayInzN薄膜的組成。AlN薄膜的帶隙Eg為6.2電子伏特，和GaN薄膜的帶隙Eg為3.4電子伏特。因此，在使用TMA和TMG形成AlxGal-xN薄膜的情況下，AlxGal-xN薄膜的帶隙大體上為6.2x+3.4(1-x)電子伏特，和其發(fā)射波長由等式λ＝1240/Eg大體上為λ＝1240/{6.2x+3.4(1-x)}。當x＝0.3時，發(fā)射波長λ為292納米。在這種情況下，檢波波長低于292納米。
在由AlxGayInzN(x+y+z＝1，x、y、z≥0)多層薄膜制造發(fā)光二極管的情況下，當按MOCVD方法在C晶面藍寶石襯底上外延生長AlGayInzN薄膜時，它包括大量缺陷，導致破壞其結(jié)晶度，由此破壞它的發(fā)光效率。
從此觀點來看，有人提出通過由低溫下按CVD外延生長的GaN薄膜制成的緩沖層在藍寶石襯底上形成AlxGayInzN(x+y+z＝1，x、y、z≥0)多層薄膜。GaN緩沖層在藍寶石襯底和多層薄膜之間補加了10％和以上的晶格常數(shù)，和使多層薄膜具有良好的結(jié)晶度?？梢允褂肁lN緩沖層代替GaN緩沖層。
如上所述常規(guī)的發(fā)光裝置可以發(fā)出只有400納米或以上的光。因此，AlxGayInzN多層薄膜需要具有大量Al組分，以便發(fā)出短波長藍光或短波長紫外線光。此外，為了發(fā)出綠光到藍光，除發(fā)光層之外所有的AlxGayInzN薄膜分別需要具有大量Al組分，以便有效地限制發(fā)光層的能量。然而，如果在例如由低溫下用CVD外延生長的GaN薄膜或AlN薄膜制成的緩沖層上形成富鋁AlxGayInzN薄膜，那么它會造成富鋁AlxGayInzN薄膜中的裂紋和損壞其結(jié)晶度。
其原因是因為富鋁AlxGayInzN薄膜具有較小的晶格常數(shù)，如果在緩沖層上形成薄膜，由于在薄膜和緩沖層之間晶格常數(shù)的較大差異會給薄膜帶來大的張應力。此外，富鋁AlGayInzN薄膜的橫向生長速度非常小，由此由于低溫外延生長而導致結(jié)晶差的緩沖層阻礙了薄膜結(jié)晶度的增加。此外，在光電探測器例如紫外線光電探測器中，由于緩沖層的結(jié)晶度差而降低它的探測靈敏度。為了排除上述情況，在未經(jīng)審查的專利申請JP平9-64477(JP A 9-64477)的文獻中，公開了在由AlxGal-xN(1≥x＞0)制成的緩沖層上具有富鋁AlxGayInzN多層薄膜的發(fā)光裝置。
此外，在未經(jīng)審查的專利申請JP平5-291628中公開了這種發(fā)光裝置，其中在藍寶石襯底上形成具有各種x-組分和/或y-組分的多層Gal-x-yInxAlyN(1≥x≥0，1≥y≥0)薄膜，以獲得預定Gal-a-bInaAlbN(1≥a≥0，1≥b≥0)的緩沖層，然后在緩沖層上形成Gal-a-bInaAlbN(1≥a≥0，1≥b≥0)的多層薄膜。
在JP平9-64477中，因為比較高的溫度下形成AlGaN緩沖層，在緩沖層上外延生長的富鋁AlxGayInzN多層薄膜可以具有相對良好的結(jié)晶度，且其中沒有裂紋。
然而，需要在1300℃或以上的高溫下形成AlGaN緩沖層，并且形成緩沖層之后在大約1500℃的高溫下退火。這種高溫處理使MOCVD裝置中的加熱器超負荷，導致維護的復雜化和生產(chǎn)成本的增加。
特別地，在實現(xiàn)能發(fā)出或探測上述短波長光的發(fā)光器件中，因為所需的富鋁AlxGayInzN多層薄膜分別具有小的縱向和橫向生長速度，所以必須很長時間保持高的成膜溫度，由此使MOCVD裝置中的加熱器等超負荷。
當在大約1200℃下形成厚度為0.3μm的上述AlGaN緩沖層時，在緩沖層中形成許多裂紋和降低緩沖層的結(jié)晶度。結(jié)果，降低富鋁多層薄膜的整體結(jié)晶度。
在特開平5-291618中，因為在由疊層了多層Gal-x-yInxAlyN(1≥x≥0，1≥y≥0)薄膜(具有各種x-和/或y-組分)組成的Gal-a-bInaAlbN(1≥a≥0，1≥b≥0)緩沖層上形成Gal-a-bInaAlbN(1≥a≥0，1≥b≥0)多層薄膜，所以它可以具有良好的結(jié)晶度而且其中幾乎沒有裂紋。此外，因為在大約700℃的低溫下形成緩沖層，所以在MOCVD裝置中的加熱器沒有超負荷。
然而，在上述常規(guī)的制造方法中，多層薄膜和緩沖層具有相同的組分和組成，所以它們是通過邊界而連續(xù)的。在這種情況下，泄漏電流從多層薄膜流向緩沖層，由于電阻損耗而導致具有多層薄膜的發(fā)光裝置的發(fā)光效率降低。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種制造發(fā)光器件的方法和用于制造發(fā)光器件的襯底的制造方法。
為了達到上述目的，此發(fā)明涉及一種發(fā)光器件，包括襯底、在襯底上形成的組成為AlaGabIncN(a+b+c＝1，a、b、c≥0)的緩沖層和在緩沖層上外延生長的組成為AlxGayInzN(x+y+z＝1，x、y、z≥0)的多層薄膜；緩沖層中鋁含量最小部分的鋁含量設(shè)定為至少大于多層薄膜的最厚層的鋁組分，緩沖層的鋁組分從襯底的一側(cè)到其中多層薄膜的一側(cè)是連續(xù)地或逐步地降低的。
此外，此發(fā)明也涉及一種用于制造發(fā)光器件的襯底，該發(fā)光器件包括襯底、在襯底上形成的組成為AlaGabIncN(a+b+c＝1，a、b、c≥0)的緩沖層，緩沖層中鋁含量最小部分的鋁含量設(shè)定為至少大于多層薄膜的最厚層的鋁組分，緩沖層的鋁組分從襯底的一側(cè)到其中多層薄膜的一側(cè)是連續(xù)地或逐步地降低的。
在本發(fā)明中，緩沖層鋁含量最小部分的鋁含量設(shè)定為大于多層薄膜最厚層的鋁含量。此必要條件是為了預防在多層薄膜中出現(xiàn)裂紋。最大的張應力可能發(fā)生在多層薄膜的最厚層處，所以裂紋也可能發(fā)生在該最厚層處。因此，按照上述為了預防裂紋發(fā)生的必要條件產(chǎn)生了壓應力。
此外，在本發(fā)明中，緩沖層的鋁含量從襯底的一側(cè)到多層薄膜的另一側(cè)是連續(xù)地或逐步地降低的。
如果在大約1200℃的低溫下形成緩沖層，那么它需要形成例如1μm到2μm的厚度以獲得良好的結(jié)晶度。然而，此厚緩沖層具有大的張應力，因為增加了緩沖層的晶格常數(shù)，所以可能在緩沖層中形成裂紋。


圖1和2是說明上述現(xiàn)象的曲線圖。在圖1中，水平軸表示與緩沖層的襯底鄰接的AlN部分的厚度，和縱軸表示在AlN部分的(002)峰值處的X射線的搖擺曲線的半峰全寬(FWHM)，以測定AlN部分的結(jié)晶度。從圖1中可以看出隨著AlN部分的厚度增加，F(xiàn)WHM降低，由此提高了AlN部分的結(jié)晶度。
在圖2A和2B中，水平軸表示緩沖層AlN部分的厚度，和縱軸分別表示圖3中所示AlN部分的六角形柱狀晶體底面的晶格常數(shù)“a”和“c”。粗線分別表示六角形柱狀晶體的AlN薄膜的理想晶格常數(shù)“a”和“c”。從圖2中可以看出隨著AlN部分的厚度增加，晶格常數(shù)“a”增大，而晶格常數(shù)“b”縮小。
因此，隨著與緩沖層的襯底鄰接的AlN部分的厚度增加，AlN部分的結(jié)晶度提高，和底面晶格常數(shù)“a”增大。結(jié)果，隨著由AlaGabIncN(a+b+c＝1，x、y、z≥0)制成的緩沖層的厚度增大，緩沖層中水平方向出現(xiàn)張應力，由此可能形成裂紋。
為了防止裂紋出現(xiàn)，人們認為在緩沖層中形成一些裂紋之前，緩沖層的上端由大晶格常數(shù)的材料制成。隨著AlaGabIncN(a+b+c＝1，a、b、c≥0)的鋁含量降低，其晶格常數(shù)增大。因此，按照本發(fā)明，如果組成緩沖層的AlaGabIncN的鋁含量從襯底的一側(cè)到組成發(fā)光器件的多層薄膜的一側(cè)連續(xù)地或逐步地降低，那么緩沖層上端的晶格常數(shù)增大，所以不會出現(xiàn)張應力，由此即使在大約1200℃的低溫下形成厚的緩沖層，也防止了裂紋出現(xiàn)。
此外，如果緩沖層包括來自AlaGabIncN(a+b+c＝1，a、b、c≥0)的Ga組分，那么可以提高緩沖層的橫向生長速度，所以可以降低緩沖層位錯的數(shù)量。
在本發(fā)明發(fā)光器件的最優(yōu)方案中，鋁組分含量最多的多層薄膜是由AlxGayInzN(x+y+z＝1，1.0≥x≥0.3)制成，適用于短波長發(fā)光裝置或短波長光電探測器。
在本發(fā)明的另一個優(yōu)選方案中，鋁組分含量最少的部分由AlaGabIncN(a+b+c＝1，1.0≥a≥0.5)制成，優(yōu)選由AlaGabIncN(a+b+c＝1，1.0≥a≥0.7)制成。
在本發(fā)明的再一個優(yōu)選實施方案中，與緩沖層的襯底相鄰的部分具有AlN的組成。在這種情況下，因為緩沖層可以含有大自由度的鋁組分，所以可以容易滿足本發(fā)明的上述技術(shù)條件。結(jié)果，可以有效地提供一種發(fā)光器件，其具有沒有裂紋并具有良好的結(jié)晶度的多層薄膜。
在本發(fā)明的再一個優(yōu)選方案中，在緩沖層中形成由10原子％或以上的鋁組分將緩沖層分成向上和向下的界面。特別地，在本發(fā)明的發(fā)光器件中，要求形成由10原子％或以上的鋁組分將緩沖層和多層薄膜分開的接觸面。如果緩沖層或發(fā)光器件具有這種大的鋁組分臺階，那么位錯不能向上移動通過大的鋁組分臺階。結(jié)果，可以降低在上述分界面的上端(即鋁組分大)的臺階中的位錯，由此可以提高多層薄膜的結(jié)晶度。
此外，本發(fā)明涉及一種制造發(fā)光器件的方法，包括下列步驟制備襯底，用MOCVD方法形成組成為AlaGabIncN(a+b+c＝1，a、b、c≥0)的緩沖層，和用MOCVD方法外延生長成組成為AlxGayInzN(x+y+z＝1，x、y、z≥0)的多層薄膜，條件是緩沖層鋁含量最少部分的鋁含量設(shè)定為至少大于多層薄膜最厚層的鋁組分，和從襯底的一側(cè)到其中多層薄膜的一側(cè)連續(xù)地或逐步地降低緩沖層的鋁組分。
此外，本發(fā)明涉及一種用于制造發(fā)光器件的襯底的制造方法，包括下列步驟制備襯底，和用MOCVD方法形成組成為AlaGabIncN(a+b+c＝1，a、b、c≥0)的緩沖層，條件是緩沖層鋁含量最少部分的鋁含量設(shè)定為至少大于組成發(fā)光器件的多層薄膜最厚層處的鋁含量，和從襯底的一側(cè)到其中多層薄膜的一側(cè)連續(xù)地或逐步地降低緩沖層的鋁組分。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選方案中，涉及制造發(fā)光器件的方法和用于制造發(fā)光器件的襯底的制造方法，在比組成發(fā)光器件的多層薄膜更高的成膜溫度下形成緩沖層。因此，可以有效地提高包含鋁組分含量比多層薄膜多的緩沖層的結(jié)晶度。
具體地，在1100℃或以上形成緩沖層。此外，如上所述，優(yōu)選在小于1300℃的溫度下形成緩沖層，以減輕一些組件例如MOCVD裝置中的加熱器的負荷。從此觀點來看，與在大約700℃的低溫下外延生長的上述常規(guī)緩沖層相比較，本發(fā)明的緩沖層可以稱為“高溫緩沖層”。
而且，希望在形成緩沖層中，載體氣體流速比例(H2載體氣體流速/N2載體氣體流速)設(shè)定為大于在形成多層薄膜中的比例。
此外，希望在形成緩沖層中，原料氣體流速比例(V原料氣體流速/III原料氣體流速)設(shè)定為大于在形成多層薄膜中的比例。在這里，由飽和蒸氣壓力計算III原料氣體的流速，條件是III原料氣體沒有聚合，例如聚合成二聚物。
此外，在使用包含鋁組分的III原料氣體時，在MOCVD裝置的反應器中襯底上面包含上述原料氣體和上述載體氣體的平均氣體流速優(yōu)選設(shè)定為1米/秒或以上。從下列等式(1)中獲得平均氣體流速{在0℃轉(zhuǎn)換的氣體流速的總和(L/分鐘)/60×103×MOCVD裝置的反應器中襯底上面的橫截面積(m2)}×{760/反應器內(nèi)部的壓力(托)}(1)也就是說，隨著氣體流速總和的增大，和/或反應器截面積的減小，和/或反應器內(nèi)部壓力的降低，平均氣體流速增大。當平均氣體流速設(shè)定為1米/秒或以上時，在MOCVD裝置的反應器中的蒸汽相中，原料氣體彼此幾乎不反應，所以可以有效地提高緩沖層的結(jié)晶度。
而且，在制造發(fā)光器件的方法和用于制造本發(fā)明發(fā)光器件的襯底的制造方法中，優(yōu)選在緩沖層中形成用10原子％或以上的鋁組分將緩沖層向上和向下分開的界面。特別地，在本發(fā)明的制造發(fā)光器件的方法中，優(yōu)選形成由10原子％或以上的鋁組分將緩沖層和多層薄膜分開的界面。因此，在多層薄膜中通過減少位錯可以提高多層薄膜的結(jié)晶度。
而且，在這種情況下，原料氣體流速比例(V原料氣體流速/III原料氣體流速)設(shè)定為450，通過控制上述原料氣體的供應將成膜率設(shè)定為1μm/小時。此外，在這種情況下，載體氣體流速比(H2載體氣體流速/N2載體氣體流速)設(shè)定為無限。因為MOCVD裝置的反應器具有橫向延長的形狀，和在襯底1上面的反應器的橫截面積為5×10-3m2，所以由等式(1)計算出平均氣體流速為1.7米/秒。
然后，TMG氣體作為III原料氣體被引入MOCVD裝置的反應器中形成厚度為大約0.5μm的Al0.985Ga0.015N薄膜4。改變流速比例(TMA氣體/IMG氣體)，形成厚度為大約0.5μm的Al0.85Ga0.15N薄膜5。其它條件例如總的氣體壓力設(shè)定為與上述條件相似。結(jié)果，在襯底1上形成由AlN薄膜3、Al0.985Ga0.015N薄膜4和Al0.85Ga0.15N薄膜5組成的緩沖層2。襯底1和緩沖層2構(gòu)成本發(fā)明的發(fā)光器件。而且，在此實施方案中，緩沖層2具有由與襯底1鄰接的AlN薄膜3制成的AlN部分。
在這種情況下，在緩沖層的(002)峰值時X射線搖擺曲線的FWHM是50弧秒(arcsec)。此外，形成了通過10％或以上的鋁組分將AlGaN薄膜4和5分開的界面。因此，即使AlGaN薄膜4包含大量位錯，AlGaN薄膜5也不包含這種大量的位錯，因為有效地防止位錯移過該界面。
然后，在緩沖層2上通過MOCVD方法外延生長而形成多層薄膜。從MOCVD裝置的反應器中取出帶有緩沖層2的襯底1，并放入另一個MOCVD裝置中之后，可以在另一個MOCVD裝置中形成多層薄膜。在此實施方案中，在相同的MOCVD裝置中連續(xù)地形成多層薄膜。
在形成多層薄膜時，襯底的溫度設(shè)定為1050℃(低于1200℃)，在此溫度下形成緩沖層。然后，將載體氣體流速比(H2載體氣體流速速/N2載體氣體流速)設(shè)定為“1”，其大大小于形成緩沖層2的比例，和將原料氣體流速比例(V原料氣體流速/III原料氣體流速)設(shè)定為“2000”，其大大大于形成緩沖層2的比例。
也就是說，在此實施方案中，將形成緩沖層時的載體氣體流速比設(shè)定為大于形成多層薄膜中的比例。因此，由于大量的H2載體氣體而提高緩沖層的結(jié)晶度。如果在形成緩沖層2時載體氣體流速設(shè)定為幾乎等于在沒有H2載體氣體而形成多層薄膜時的流速，則降低了緩沖層2的結(jié)晶度，由此在緩沖層2的(002)峰值時的X射線的搖擺曲線的FWHM降低到100弧秒以上。
此外，在此實施方案中，因為在形成緩沖層2時的原料氣流流速比例設(shè)定為小于在形成多層薄膜時的比例，所以也提高了緩沖層2的結(jié)晶度。
在形成多層薄膜中，如果增加載體氣流流速比和減小原料氣體流速比例，那么可以降低制造的發(fā)光裝置的發(fā)光效率。原因是由具有大量鋁組分和/或鎵組分的AlxGayInzN薄膜制成的多層薄膜具有由于大量的H2氣體而蝕刻的缺點，導致多層薄膜的結(jié)晶度的降低。結(jié)果，降低了發(fā)光效率，而且更糟的是降低了其它的電特性。
具體地說，按照下列形成多層薄膜如圖5所示，首先，在緩沖層2上形成厚度為3μm的n型GaN薄膜6。在這種情況下，因為由10％或以上的鋁組分形成的將緩沖層2和多層薄膜分開的界面，所以即使緩沖層2，特別是AlGaN薄膜5包含許多位錯，也可以減少在GaN薄膜6中的位錯，如上所述。
然后，在GaN薄膜6上形成厚度為0.1μm的n型Al0.10Ga0.90N薄膜7。接著，在Al0.10Ga0.90N薄膜7上形成厚度為0.05μm的i-In0.15Ga0.85N薄膜8作為發(fā)光層。此外，在i-In0.15Ga0.85N薄膜8上形成厚度為0.05μm的p型Al0.10Ga0.90N薄膜9。然后，在Al0.10Ga0.90N薄膜9上形成厚度為0.5μm的低電阻p型GaN薄膜10。多層薄膜由薄膜6、Al0.10Ga0.90N薄膜7、i-In0.15Ga0.85N薄膜8、Al0.10Ga0.90N薄膜9和GaN薄膜10組成。
最后，沿著它們的厚度方向穿過GaN薄膜10部分地蝕刻和除去GaN薄膜6，暴露出一部分GaN薄膜6。然后，一對電極11和12分別安裝在GaN薄膜6和低電阻GaN薄膜10的暴露表面上，由此完成發(fā)光裝置。
在這種情況下，因為多層薄膜的最厚的GaN薄膜6根本不包含鋁組分，所以滿足必要條件緩沖層的鋁組分最少的部分的鋁組分至少小于多層薄膜最厚層處的鋁組分。
在本發(fā)明的上述發(fā)光裝置的變化的實施方案中，在如圖5所示的緩沖層2上形成厚度為1-2μm的鋁組分比例為0.8的n型AlGaInN薄膜6。然后，在AlGaInN薄膜6上形成厚度為大約0.5μm的鋁組分比例為0.5的n型AlGaInN薄膜7。在這種情況下，因為形成由10％或以上的鋁組分將AlGaInN薄膜6和7分開的界面，所以，即使AlGaInN薄膜6包含許多位錯，也可以降低AlGaInN薄膜7中的位錯，如上所述。
然后，在AlGaInN薄膜7上形成厚度為大約0.1μm的鋁組分比例為0.4的i-AlGaInN薄膜8作為發(fā)光層。接著，在AlGaInN薄膜8上形成厚度為0.5μm的鋁組分比例為0.5的p型AlGaInN薄膜9，而在AlGaInN薄膜9上形成厚度為大約0.5μm的鋁組分為0.1或以下的低電阻AlGaInN薄膜10。在此實施方案中，多層薄膜也是由AlGaInN薄膜6-10構(gòu)成。此外，制造發(fā)光器件的襯底也是襯底1和緩沖層2構(gòu)成。
最后，沿著它們的厚度方向部分地蝕刻和除去AlGaInN薄膜6-10，由此暴露出一部分的AlGaInN薄膜6。然后，一對電極11和12分別安裝在AlGaInN薄膜6和AlGaInN薄膜10的暴露表面上。
在此實施方案中，緩沖層2的鋁組分最少的部分的鋁組分設(shè)定為大于最厚AlGaInN薄膜6處的鋁組分。
圖6說明作為本發(fā)明的發(fā)光器件的帶有紫外線靈敏度區(qū)的PIN型光電二極管。在圖6描述的光電二極管中，在例如由G晶面藍寶石單晶制成的襯底1上形成由AlN薄膜3、Al0.985Ga0.015N薄膜4和Al0.85Ga0.15N薄膜5組成的緩沖層2。然后，在緩沖層2上形成厚度為1-2μm的鋁組分比例為0.5的n型AlGaInN薄膜6。
然后，在AlGaInN薄膜6上形成厚度為100的鋁組分比例為0.5的不摻雜的AlGaInN薄膜7，而在AlGaInN薄膜7上形成厚度為100納米的鋁組分比例為0.15的p型AlGaInN薄膜8。最后，沿著它們的厚度方向部分地蝕刻和除去AlGaInN薄膜6-8，由此暴露出一部分的AlGaInN薄膜6。然后，一對電極11和12分別安裝在AlGaInN薄膜6和AlGaInN薄膜8的暴露表面上，由此完成PIN型光電二極管。在此實施方案中，多層薄膜也是由AlGaInN薄膜6-8構(gòu)成。此外，制造發(fā)光器件的襯底也是由襯底1和緩沖層2構(gòu)成。
如果電極12由透明的導電材料制成，那么它可以用作光電二極管的探測表面。此外，襯底1由透明材料例如上述藍寶石單晶制成，那么它可以用作光電二極管的探測表面。
在所有的上述實施方案中，要求以由等式(1)計算的平均氣體流速為1米/秒或以上形成緩沖層2。圖7是說明平均氣體流速與緩沖層的結(jié)晶度之間關(guān)系的曲線圖；水平軸表示平均氣體流速，和縱軸表示在緩沖層的(002)峰值時X射線的搖擺曲線的FWHM。在圖7中描述的曲線圖是使用各種氣體流速、MOCVD裝置中反應器的各種橫截面積和各種反應器壓力由等式(1)計算得到的。從圖7可以看出如果平均氣體流速設(shè)定為1米/秒或以上，那么FWHM減小到90弧秒或以下，由此可以提高緩沖層2的結(jié)晶度。
雖然參考上述實施例詳細描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明不局限于上述公開的內(nèi)容，而且在不會脫離本發(fā)明的范圍的條件下可以進行任何種類的變化和改進。
例如，襯底1可以由氧化物晶體例如ZnO和半導體晶體例如SiC、Si、GaAs或GaN代替上述藍寶石晶體制成。此外，在制造藍寶石晶體襯底的情況下，可以使用任何一種晶體表面代替C晶面晶體表面。
此外，在上述實施方案中，雖然舉例說明了紫外線發(fā)射裝置和PIN型光電二極管，但是本發(fā)明可以應用于其它類型的發(fā)光裝置例如藍光發(fā)射裝置或激光二極管，和其它類型的光電探測器例如肖特基(schottky)型光電二極管。
如上所述，按照本發(fā)明，可以提供一種發(fā)光器件和制造發(fā)光器件的襯底，該器件具有AlaGabIncN(a+b+c＝1，a、b、c≥0)緩沖層和AlxGayInzN(x+y+z＝1，x、y、z≥0)多層薄膜，而沒有在緩沖層之上外延生長的裂紋，該緩沖層具有良好的結(jié)晶度。
此外，可以提供一種制造發(fā)光器件的方法和用于制造發(fā)光器件的襯底的制造方法。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光器件，包括襯底、在襯底上形成的組成為AlaGabIncN(a+b+c＝1，a、b、c≥0)的緩沖層和在緩沖層之上外延生長的組成為AlxGayInzN(x+y+z＝1，x、y、z≥0)的多層薄膜；緩沖層中鋁含量最少部分的鋁含量設(shè)定為至少大于多層薄膜最厚層處的鋁含量；緩沖層的鋁含量從襯底的一側(cè)到多層薄膜的另一側(cè)是連續(xù)地或逐步地降低的。
2.權(quán)利要求1定義的發(fā)光器件，其中緩沖層中鋁組分含量最少部分的組成為AlaGabIncN(a+b+c＝1，1.0≥a≥0.5)。
3.權(quán)利要求1定義的發(fā)光器件，其中與緩沖層的襯底相鄰的部分的組成為AlN。
4.權(quán)利要求1定義的發(fā)光器件，其中緩沖層在(002)峰值處的X射線搖擺曲線的FWHM不超過90弧秒。
5.權(quán)利要求1定義的發(fā)光器件，其中多層薄膜的最厚層處的組成為AlxGayInzN(x+y+z＝1，1.0≥x≥0.3)。
6.權(quán)利要求1定義的發(fā)光器件，其中形成由10原子％或以上鋁含量將緩沖層向上和向下分開或?qū)⒕彌_層和多層薄膜分開的界面。
7.權(quán)利要求1定義的發(fā)光器件，其中緩沖層和多層薄膜是由襯底支撐的。
8.一種用于制造發(fā)光器件的襯底，包括襯底、在襯底上形成的組成為AlaGabIncN(a+b+c＝1，a、b、c≥0)的緩沖層；緩沖層中鋁含量最少部分的鋁含量設(shè)定為至少大于組成發(fā)光器件的多層薄膜最厚層處的鋁含量；緩沖層的鋁組分含量從襯底的一側(cè)到多層薄膜的另一側(cè)是連續(xù)地或逐步地降低的。
9.權(quán)利要求8定義的用于制造發(fā)光器件的襯底，其中緩沖層中鋁含量最少部分的組成為AlaGabIncN(a+b+c＝1，1.0≥a≥0.5)。
10.權(quán)利要求8定義的用于制造發(fā)光器件的襯底，其中與緩沖層的襯底相鄰部分的組成為AlN。
11.權(quán)利要求8定義的用于制造發(fā)光器件的襯底，其中緩沖層在(002)峰值時的X射線搖擺曲線的FWHM不超過90弧秒。
12.權(quán)利要求8定義的用于制造發(fā)光器件的襯底，其中形成由10原子％或以上的鋁組分將緩沖層向上和向下分開的分界面。
13.權(quán)利要求8定義的用于制造發(fā)光器件的襯底，其中緩沖層是由襯底支撐的。
14.一種制造發(fā)光器件的方法，包括下列步驟制備襯底；用MOCVD方法形成組成為AlaGabIncN(a+b+c＝1，a、b、c≥0)的緩沖層，和用MOCVD方法外延生長成組成為AlzGayInzN(x+y+z＝1，x、y、z≥0)的多層薄膜；條件是緩沖層的鋁含量最少部分的鋁含量設(shè)定為大于多層薄膜的最厚層處的鋁含量，和緩沖層的鋁含量從襯底的一側(cè)到其中多層薄膜的一側(cè)是連續(xù)地或逐步地減小。
15.權(quán)利要求14定義的用于制造發(fā)光器件的方法，其中多層薄膜的成膜溫度設(shè)定為小于緩沖層的成膜溫度。
16.權(quán)利要求14定義的用于制造發(fā)光器件的方法，其中緩沖層的成膜溫度設(shè)定為1100℃或以上。
17.權(quán)利要求14定義的用于制造發(fā)光器件的方法，其中緩沖層的成膜溫度設(shè)定為小于1300℃。
18.權(quán)利要求14定義的用于制造發(fā)光器件的方法，其中在形成緩沖層時載體氣體流速比(H2載體氣體流速/N2載體氣體流速)設(shè)定為大于在形成多層薄膜時的流速比例。
19.權(quán)利要求14定義的用于制造發(fā)光器件的方法，其中在形成緩沖層時原料氣體流速比例(V原料氣體流速/III原料氣體流速)設(shè)定為小于在形成多層薄膜時的流速比例。
20.權(quán)利要求14定義的用于制造發(fā)光器件的方法，其中在形成緩沖層時包括原料氣體和載體氣體的平均氣體流速設(shè)定為1米/秒或以上。
21.權(quán)利要求14定義的制造發(fā)光器件的方法，其中形成由10原子％或以上鋁含量將緩沖層向上和向下分開或?qū)⒕彌_層和多層薄膜分開的界面。
22.一種用于制造發(fā)光器件的襯底的制造方法，包括下列步驟制備襯底，和用MOCVD方法形成組成為AlaGabIncN(a+b+c＝1，x、y、z≥0)的緩沖層；條件是緩沖層的鋁含量最少部分的鋁含量設(shè)定為至少大于組成發(fā)光器件的多層薄膜的最厚層處的鋁含量，和緩沖層的鋁含量從襯底的一側(cè)到其中多層薄膜的一側(cè)是連續(xù)地或逐步地減小的。
23.權(quán)利要求22定義的用于制造發(fā)光器件的襯底的制造方法，其中緩沖層的成膜溫度設(shè)定為大于發(fā)光器件的多層薄膜的成膜溫度。
24.權(quán)利要求22定義的用于制造發(fā)光器件的襯底的制造方法，其中緩沖層的成膜溫度設(shè)定為1100℃或以上。
25.權(quán)利要求22定義的用于制造發(fā)光器件的襯底的制造方法，其中緩沖層的成膜溫度設(shè)定為小于1300℃。
26.權(quán)利要求22定義的用于制造發(fā)光器件的襯底的制造方法，其中在形成緩沖層時載體氣體流速比(H2載體氣體流速/N2載體氣體流速)設(shè)定為大于在形成多層薄膜時的流速比例。
27.權(quán)利要求22定義的用于制造發(fā)光器件的襯底的制造方法，其中在形成緩沖層時原料氣體流速比例(V原料氣體流速/III原料氣體流速)設(shè)定為小于在形成多層薄膜時的流速比例。
28.權(quán)利要求22定義的用于制造發(fā)光器件的襯底的制造方法，其中在形成緩沖層時包括原料氣體和載體氣體的平均氣體流速設(shè)定為1米/秒或以上。
29.權(quán)利要求22定義的用于制造發(fā)光器件的襯底的制造方法，其中形成由10原子％或以上的鋁組分將緩沖層向上和向下分開的界面。
全文摘要
在襯底上依次形成組成為AlaGabIncN(a+b+c=1,a、b、c≥0)的緩沖層和組成為AlxGayInzN(x+y+z=1,x、y、z≥0)的多層薄膜。緩沖層中鋁含量最少部分的鋁含量設(shè)定為至少大于多層薄膜最厚層處的鋁含量。緩沖層的鋁含量從襯底的一側(cè)到多層薄膜的另一側(cè)是連續(xù)地或逐步地降低的。
文檔編號H01L21/205GK1344037SQ01137289
公開日2002年4月10日 申請日期2001年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月22日
發(fā)明者柴田智彥, 淺井圭一郎, 長井晃余, 田中光浩 申請人:日本礙子株式會社