氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。
【背景技術(shù)】
[0002]包含氮的II1-V族化合物半導(dǎo)體(III族氮化物半導(dǎo)體)具有與具有紅外區(qū)域至紫外區(qū)域的波長(zhǎng)的光的能量相當(dāng)?shù)膸赌芰?。因此，III族氮化物半導(dǎo)體作為發(fā)出具有紅外區(qū)域至紫外區(qū)域的波長(zhǎng)的光的發(fā)光元件的材料或接受具有該區(qū)域的波長(zhǎng)的光的受光元件的材料等是有用的。
[0003]對(duì)于發(fā)光波長(zhǎng)為420nm附近的藍(lán)色LED (Light Emitting D1de，發(fā)光二極管)而言，優(yōu)選的是在發(fā)光層中使用InGaN，在成為雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)的η型半導(dǎo)體層、ρ型半導(dǎo)體層、蓋層或基底層等中使用GaN。對(duì)于具有紫外區(qū)域的發(fā)光波長(zhǎng)的LED而言，優(yōu)選的是在發(fā)光層中使用GaN或AlGaN(例如JP特開2007-151807號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)I))。對(duì)于形成發(fā)光層等的基板，通常使用藍(lán)寶石基板。為了減少晶體生長(zhǎng)中的位錯(cuò)的傳播，有時(shí)使用在表面具有凹凸形狀的藍(lán)寶石基板(PSS基板(Patternd Sapphire Substrate，圖案化藍(lán)寶石基板)(例如國(guó)際公開第2012/090818號(hào)(專利文獻(xiàn)2))。
[0004]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)1:JP特開2007-151807號(hào)公報(bào)
[0007]專利文獻(xiàn)2:國(guó)際公開第2012/090818號(hào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]發(fā)明要解決的課題
[0009]GaN具有與波長(zhǎng)約364nm的光的能量相當(dāng)?shù)膸赌芰?。因此，若使用GaN來制造例如發(fā)光波長(zhǎng)為365nm(紫外區(qū)域)的LED，則該LED所發(fā)出的光會(huì)被GaN層吸收，因而無法提供發(fā)光效率高的LED。因此，大多將AlGaN用于發(fā)光層以外的層。
[0010]但是，對(duì)于AlGaN而言，三維生長(zhǎng)模式是支配性的。因此，若在形成了凹凸形狀的基板的面使AlGaN生長(zhǎng)，則在凹凸形狀的凸部之上有時(shí)AlGaN異常生長(zhǎng)。在AlGaN異常生長(zhǎng)了的部分之上，有時(shí)晶體質(zhì)量不佳的膜的形成會(huì)傳播開。此外，上表面難以形成平坦的AlGaN 層。
[0011]本發(fā)明鑒于上述情況而作，其目的在于提供一種光提取效率優(yōu)異的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。
[0012]用于解決課題的手段
[0013]在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，依次設(shè)置有在上表面具有凹凸形狀的基板、基底層以及至少具有發(fā)光層的氮化物半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)。在凹凸形狀所包含的凸部的上方且基底層的內(nèi)部，設(shè)置有空洞部分。優(yōu)選為，在空洞部分與基板之間設(shè)置有基底層的一部分。
[0014]在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，也可以依次設(shè)置有基底層、以及至少具有發(fā)光層的氮化物半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)?；讓游挥诘锇雽?dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)的上方，且在基底層的上表面具有凹凸部分。在基底層的內(nèi)部設(shè)置有空洞部分。優(yōu)選為，空洞部分設(shè)置于凹凸部分所包含的凹部的正下方。
[0015]基底層優(yōu)選由AlxGa1J (O彡x彡I)構(gòu)成?；讓觾?yōu)選具有第IAlGaN基底層、以及在第IAlGaN基底層之上設(shè)置的第2AlGaN基底層。優(yōu)選第2AlGaN基底層的Al組分比大于第IAlGaN基底層的Al組分比?？斩床糠謨?yōu)選設(shè)置于第IAlGaN基底層的內(nèi)部?；讓右部梢跃哂蠥lGaN基底層、以及在AlGaN基底層之上設(shè)置的GaN基底層。
[0016]空洞部分的長(zhǎng)度優(yōu)選在氮化物半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)的水平方向上為發(fā)光波長(zhǎng)的1/4倍以上且5倍以下，并優(yōu)選在氮化物半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)的厚度方向上為發(fā)光波長(zhǎng)的1/4倍以上且5倍以下。
[0017]凸部?jī)?yōu)選在基板的上表面呈點(diǎn)狀地設(shè)置。凸部的高度優(yōu)選為500nm以上且2 μπι以下。沿氮化物半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)的厚度方向延伸的空洞部分的面優(yōu)選相對(duì)于構(gòu)成基板的材料的c軸方向而傾斜。
[0018]本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法具備:在基板的上表面形成凹凸形狀的工序；在凹凸形狀之上，形成由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的基底層的工序；以及在基底層之上，形成至少具有發(fā)光層的氮化物半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)的工序。形成基底層的工序具有在基底層的內(nèi)部形成空洞部分的工序。優(yōu)選還具備去除基板的工序。
[0019]發(fā)明效果
[0020]本發(fā)明所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的光提取效率優(yōu)異。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明的一實(shí)施方式所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的剖面圖。
[0022]圖2(a)?(d)是按工序順序示出本發(fā)明的一實(shí)施方式所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法的一部分的剖面圖。
[0023]圖3是氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的剖面SEM (scanning electron microscope (掃描型電子顯微鏡))照片。
[0024]圖4(a)是基底層的生長(zhǎng)途中的剖面SEM照片，(b)是基板的上表面的SEM照片。
[0025]圖5是使用具有凹凸形狀的基板而得到的層疊體的剖面SEM照片。
[0026]圖6是使用具有凹凸形狀的基板而得到的層疊體的諾馬斯基光學(xué)顯微鏡照片。
[0027]圖7是使用上表面平坦的基板而得到的層疊體的剖面SEM照片。
[0028]圖8是使用上表面平坦的基板而得到的層疊體的諾馬斯基光學(xué)顯微鏡照片。
[0029]圖9是使用凸部的高度約500nm的藍(lán)寶石基板而得到的層疊體的剖面SEM照片。
[0030]圖10是使用凸部的高度約600nm的藍(lán)寶石基板而得到的層疊體的剖面SEM照片。
[0031]圖11是使用凸部的高度約600nm的藍(lán)寶石基板而得到的層疊體的剖面STEM (scanning transmiss1n electron microscope，掃描透射電子顯微鏡)照片。
[0032]圖12是本發(fā)明的一實(shí)施方式所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的剖面圖。
[0033]圖13是本發(fā)明的一實(shí)施方式所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的剖面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]以下，使用附圖來說明本發(fā)明所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件及其制造方法。另夕卜，在本發(fā)明的附圖中，同一參照符號(hào)表示同一部分或相當(dāng)部分。此外，長(zhǎng)度、寬度、厚度、深度等尺寸關(guān)系為了附圖的明了化和簡(jiǎn)化而進(jìn)行適當(dāng)變更，并不表示實(shí)際的尺寸關(guān)系。
[0035]<第I實(shí)施方式>
[0036][氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)]
[0037]圖1是本發(fā)明的第I實(shí)施方式所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的剖面圖。本實(shí)施方式所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件具備:在上表面具有凹凸形狀(包含凸部Ia和凹部Ib)的基板I ;與基板I的上表面相接地設(shè)置的緩沖層3 ;與緩沖層3的上表面相接地設(shè)置并具有空洞部分7的基底層5 ;與基底層5的上表面相接地設(shè)置的η型氮化物半導(dǎo)體層9 ;與η型氮化物半導(dǎo)體層9的上表面相接地設(shè)置的發(fā)光層11 ;與發(fā)光層11的上表面相接地設(shè)置的P型氮化物半導(dǎo)體層13 ;以及與ρ型氮化物半導(dǎo)體層13的上表面相接地設(shè)置的透明電極15。由η型氮化物半導(dǎo)體層9、發(fā)光層11以及ρ型氮化物半導(dǎo)體層13構(gòu)成氮化物半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)。
[0038]本實(shí)施方式所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件具備:與η型氮化物半導(dǎo)體層9的露出面相接地設(shè)置的η側(cè)電極17 ；以及與透明電極15的上表面相接地設(shè)置的ρ側(cè)電極19?！吧媳砻妗笔侵肝挥趫D1的上側(cè)的面，而并非是指位于重力方向上側(cè)的面。
[0039]< 基板 >
[0040]基板I例如既可以是由藍(lán)寶石、S1、SiC或尖晶石等構(gòu)成的，也可以是由GaN等的III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的。基板I優(yōu)選由對(duì)于發(fā)光波長(zhǎng)透明的藍(lán)寶石構(gòu)成。“發(fā)光波長(zhǎng)”是指由發(fā)光層11發(fā)出的光的峰值波長(zhǎng)。
[0041]基板I在上表面(圖1的上表面)具有設(shè)置于凹部Ib與凹部Ib彼此之間的凸部Ia0凸部Ia在基板I的上表面(形成了凹凸形狀的基板I的面)，可以設(shè)置為條狀，但優(yōu)選設(shè)置為點(diǎn)狀。若凸部Ia在基板I的上表面設(shè)置為條狀，則在凸部Ia的長(zhǎng)邊方向上僅凸部Ia存在，在凸部Ia的寬度方向(相對(duì)于凸部Ia的長(zhǎng)邊方向垂直的方向)上凸部Ia和凹部Ib交替地配置而已。但是，若凸部Ia在基板I的上表面設(shè)置為點(diǎn)狀，則在基板I的上表面相互正交的2個(gè)方向的每個(gè)方向上凸部Ia和凹部Ib都交替的配置。因此，與凸部Ia在基板I的上表面設(shè)置為條狀的情況相比，光的散射效果增大，所以光提取效率進(jìn)一步變高。
[0042]凸部Ia的高度優(yōu)選為500nm以上且2 μπι以下。若凸部Ia的高度為500nm以上，則在基底層5的內(nèi)部將形成具有給定長(zhǎng)度I的空洞部分7。因此，能夠進(jìn)一步提高光提取效率(后述)。凸部Ia的高度越高空洞部分7的長(zhǎng)度y變