CN101939820B - 外延生长用基板、GaN类半导体膜的制造方法、GaN类半导体膜、GaN类半导体发光元件的制造方法以及GaN类半导体发光元件 - Google Patents

外延生长用基板、GaN类半导体膜的制造方法、GaN类半导体膜、GaN类半导体发光元件的制造方法以及GaN类半导体发光元件 Download PDF

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Abstract

本发明的外延生长用基板至少在表层部分具有由不同于GaN类半导体的材料构成的单晶部；并且具有包含多个凸部和多个生长空间的凹凸面作为其外延生长用表面，其中，所述多个凸部的排列使得每个凸部分别在相隔120度的不同方向上具有3个最接近的其它凸部；所述多个生长空间中的每个生长空间被6个上述凸部所包围；上述单晶部至少在上述生长空间处露出，并可由此实现从上述生长空间中生长出c轴取向的GaN类半导体晶体。

Description

外延生长用基板、GaN类半导体膜的制造方法、GaN类半导体膜、GaN类半导体发光元件的制造方法以及GaN类半导体发光元件
技术领域
本发明涉及适于制造包含c轴取向的GaN类半导体晶体的GaN类半导体膜的外延生长用基板，特别涉及外延生长用表面为凹凸面的外延生长用基板。 
另外，本发明还涉及使用上述外延生长用基板的GaN类半导体膜的制造方法、利用该制造方法得到的GaN类半导体膜、以及使用该GaN类半导体膜的GaN类半导体发光元件的制造方法。 
此外，本发明还涉及包含上述外延生长用基板的GaN类半导体发光元件。 
背景技术
GaN类半导体是以通式AlaInbGa1-a-bN(0≤a≤1、0≤b≤1、0≤a+b≤1)表示的化合物半导体，其也被称作第3族氮化物半导体、氮化物类半导体等。通过在基板上形成由GaN类半导体构成的pn结型的发光元件结构而得到的LED(发光二极管)、LD(激光二极管)等GaN类半导体发光元件已付诸实用，并作为用于显示装置、照明装置的光源而逐渐得到普及。 
在GaN类半导体发光元件中，用于LD制造的主要是GaN单晶基板，另一方面，用于LED制造的主要是蓝宝石单晶基板。在由GaN或蓝宝石构成的单晶基板上，可使具有各种取向性的GaN类半导体晶体发生外延生长，但在目前已付诸实用的GaN类半导体发光元件中使用的是c轴取向的GaN类半导体晶体。蓝宝石单晶基板包括c面基板、a面基板、r面基板等，但适于c轴取向的GaN类半导体晶体的制造的，是c面基板。需要说明的是，被称为c面基板的基板包括具有相对于c面稍倾斜的表面的基板(被赋予了所谓倾斜角的基板)，这在当前，是本领域技术人员所公知的常识(对于a面基板、r面基板等也同样)。 
在c面蓝宝石基板上经外延生长而得到的GaN类半导体晶体中高密度 地包含因晶格失配而引起的位错缺陷。作为解决该问题的方法之一，已开发出下述外延生长技术(LEPS；Lateral Epitaxy on a Patterned Substrate(图形衬底横向外延技术))：通过利用蚀刻等方法对基板表面进行加工以获得凹凸面，从而使GaN类半导体晶体产生横向生长模式(专利文献1、专利文献2)。此外，已知使用使半导体晶体生长的表面为凹凸面的蓝宝石基板(以下也称为“蓝宝石加工基板(Pattemed Sapphire Substrate)”)来形成GaN类半导体发光元件时，除了取得位错缺陷的降低效果之外，还能够获得提高出光效率的效果(专利文献3)。 
专利文献1：国际公开第2000/55893号小册子 
专利文献2：国际公开第2002/23604号小册子 
专利文献3：国际公开第2002/75821号小册子 
发明内容
发明要解决的课题 
对于GaN类半导体发光元件，不仅要求扩大其用途，还要求实现其发光效率的进一步提高。这些要求对于使用了蓝宝石单晶基板、硅单晶基板等廉价基板的通用品也不例外。为了提高发光效率，必须要使构成发光元件的GaN类半导体晶体、尤其要使构成发光部的GaN类半导体晶体中所含的晶格缺陷的密度进一步降低。此外，将发光元件内部产生的光更有效地导出至元件外部、即提高出光效率也是很重要的。 
本发明就是在上述背景下完成的，其主要目的在于提供一种外延生长用基板，所述外延生长用基板具备新颖的凹凸面图案，这样的凹凸面图案能够有助于GaN类半导体发光元件的发光效率的改善。 
解决问题的方法 
使c轴取向的GaN类半导体晶体在由不同于GaN类半导体的材料形成的基板上进行外延生长时，如果采用使c轴方向的生长适当优于垂直于c轴的方向的生长(横向生长)的生长条件，则可在生长初期在基板表面上形成不计其数的具有<1-101>面等倾斜侧面(小面，facet)的微细三维晶体。该三维晶体经过进一步生长，不久，这些三维晶体之间将发生会合并形成合体。此时，会发生生长模式的变化，晶体生长面呈二维化(平坦化)，与此同时，在晶体内部沿c轴方向传播的位错线发生向横向方向的弯曲。其结果，会使 达到最终所得膜的表面的贯通位错密度减少。上述生长条件可通过用以进行生长参数(载气种类、生长压力、生长温度等)最优化的反复试验方法(試行錯 )来找出。 
但即使采用上述生长条件，由于在外延生长用表面为平坦面的基板上，三维晶体之间的合体会加速进行，因而会导致生长面的二维化在短时间内完成，基于上述机理的位错减少无法充分进行。另一方面，在外延生长用表面为凹凸面的基板、即利用高度差从空间上将可进行晶体生长的区域分割开的基板上，由于在各区域生长的三维晶体之间的合体受到阻碍，因此可使生长面的二维化变得缓慢，这样一来，基于上述机理的位错减少效果可得以长期持续。 
本发明经研究发现：对于外延生长用表面为凹凸面的基板，通过设法活用其凹凸面的图案，能够进一步提高利用该基板获得的上述位错减少效果。本发明基于上述发现而完成。 
根据本发明，提供具有下述结构的外延生长用基板： 
一种外延生长用基板，其至少在表层部分具有由不同于GaN类半导体的材料构成的单晶部， 
并具有包含多个凸部和多个生长空间的凹凸面作为其外延生长用表面，其中，所述多个凸部的排列使得每个凸部分别在相隔120度的不同方向上具有3个最接近的其它凸部；所述多个生长空间中的每个生长空间被6个上述凸部所包围， 
上述单晶部至少在上述生长空间处露出，由此可从上述生长空间中生长出c轴取向的GaN类半导体晶体。 
本发明的上述外延生长用基板的第一特征在于：在外延生长用表面上设置有由6个凸部包围的生长空间(相当于凹部的底面)，并可从该空间中生长出c轴取向的GaN类半导体晶体。上述凸部呈二维排布，且每个凸部分别在相隔120度的不同方向上具有3个最接近的其它凸部，因此上述生长空间的形状为正六边形或近似正六边形的形状。这样一来，在使c轴方向的生长适当优于横向生长的生长条件下，在该基板上使GaN类半导体晶体生长时，在每个生长空间中将会形成与生长空间的尺寸相适应的六棱锥状或六角锥台状的三维晶体。具有这类形状的晶体，因其侧面面积与体积之比较大，因而其晶体生长面在进行二维化时会产生良好的位错减少效果。其 理由在于，伴随该生长模式变化而改变传播方向的是在形成三维晶体的过程中达到其侧面的位错线。 
本发明的上述外延生长用基板的第二特征在于：确定外延生长用表面的凹凸图案，以使上述生长空间的配置达到最密。由此，在采用上述生长条件时，可使在外延生长用表面上形成的六棱锥状或六角锥台状晶体的密度达到最大，因此其晶体生长面在进行二维化时所产生的位错减少效果也会达到最大。 
另一方面，还可以使单晶部在凸部上露出，以使凸部上也容许进行外延生长，但由于凸部上晶体所能够采取的形状限制小，因而GaN类半导体晶体会显示出自发地呈现能量稳定的棱锥状或角锥台状的倾向。 
在本发明的上述外延生长用基板中，如上所述，最密地配置有被6个凸部包围的生长空间，而这也使外延生长用表面上凹部和凸部的边界、即高度差的密度得以最大化。在高度差处，会发生光的散射或漫反射，因而可使包含该外延生长用基板而构成的GaN类半导体发光元件显示出优异的出光效率。 
上述生长空间的优选形状为正六边形。这是由于，c轴取向的GaN类半导体晶体在进行三维生长时，容易作为能量稳定的形状而采取的形状是六棱锥状或六角锥台状。使生长空间为正六边形时，可稳定地形成与该生长空间的形状相适应的六棱锥状或六角锥台状的GaN类半导体晶体，因而晶体生长面的二维化将变得最为缓慢。由此，可使基于上述机理的位错减少效果实现最为长久的持续。 
需要指出的是，上述生长空间的形状为正六边形时，对基板表面进行俯视观察时，由凸部和生长空间所形成的图案呈竹篮孔图案。 
作为一个实施方式，上述凹凸面可通过使用设有正六边形开口部的竹篮孔图案的蚀刻掩模对单晶部进行干法刻蚀加工而形成。根据加工条件的不同，即使使用竹篮孔图案的蚀刻掩模，也可能出现因加工中蚀刻掩模发生变形而导致形成的凹凸面的图案偏离理想的竹篮孔图案的情况。 
在本发明的上述外延生长用基板中，上述单晶部可仅存在于基板的表层部分。另外，本发明的上述外延生长用基板可以是整体上由一个单晶构成的单晶基板。作为优选的实施方式，上述外延生长用基板为利用干法刻蚀加工使表面成为凹凸面的单晶蓝宝石基板、尤其优选为c面蓝宝石基板。 
对于c轴取向的GaN类半导体晶体生长为六棱锥状或六角锤台状的情况，其侧面易成为r面(可以认为，侧面成为r面的生长条件窗口比侧面成为其它面的生长条件窗口更宽)。因此，作为外延生长用基板的优选实施方式，具有下述结构：将相邻的2个上述生长空间的中心彼此连接而得到的直线平行于从生长空间生长出的c轴取向的GaN类半导体晶体的a轴。这是由于，如果采取上述结构，在形成以r面为侧面的六棱锥状或六角锤台状晶体时，晶体形状适应于生长空间的形状。 
在本发明的上述外延生长用基板中，设置在外延生长用表面的凸部的表面可以是不会使GaN类半导体晶体进行生长的表面。例如，凸部的表面可以由在ELO(Epitaxial Lateral Overgrowth，横向外延过生长)法中用于生长掩模的材料，即非晶质氧化硅、氮化硅形成。或者，也可以在凸部表面吸附非表面活性(anti-surfactant)物质。还包括下述情况：通过使凸部表面成为向外侧膨胀的曲面，来抑制在该表面上进行的GaN类半导体晶体的生长。 
发明的效果 
通过使用本发明的外延生长用基板，可形成适于发光元件且位错密度低的高品质GaN类半导体膜。 
此外，通过使GaN类半导体发光元件的结构中含有本发明的外延生长用基板，可获得高出光效率、优异的发光功率，因此可适宜地将其用于照明等要求高功率的用途。 
附图说明
图1是用来说明制作实施例的外延生长用基板时作为蚀刻掩模使用的光致抗蚀剂膜的图案的图。 
图2是从正上方观察实施例的外延生长用基板的凹凸面时的SEM图像。 
图3是示出实施例的外延生长用基板上GaN晶体的生长情况的SEM图像。 
图4是示出实施例的外延生长用基板上GaN晶体的生长情况的SEM图像。 
图5是由形成于实施例的外延生长用基板上的GaN类半导体构成的外延层的截面SEM图像。 
图6是由形成于实施例的外延生长用基板上的GaN类半导体构成的外延层的截面的阴极射线发光图像。 
图7是由形成于实施例的外延生长用基板上的GaN类半导体构成的外延层的表面的阴极射线发光图像。 
图8示出本发明的一个实施方式中涉及的外延生长用基板的结构的图，图8(a)为俯视图，图8(b)为图8(a)中X-Y线位置处的剖面图。 
图9是用来说明外延生长用表面上凸部排列的图。 
图10是示出本发明的一个实施方式中涉及的外延生长用基板的结构的俯视图。 
图11是示出本发明的一个实施方式中涉及的外延生长用基板的结构的俯视图。 
图12是示出本发明的一个实施方式中涉及的GaN类半导体发光元件的结构的剖面图。 
符号说明 
1外延生长用基板 
2GaN类半导体发光元件 
11凸部 
12生长空间 
21外延生长用基板 
22非掺杂层 
23n型接触层 
24n型包覆(clad)层 
25有源层 
26p型包覆层 
27p型接触层 
28正侧电极 
具体实施方式
(外延生长用基板) 
图8示出了本发明的一个实施方式中的外延生长用基板的结构。图8(a)是从正上方观察到的基板的外延生长用表面的俯视图，图8(b)是图8(a)中 X-Y线位置处的剖面图。 
外延生长用基板1的表层部分具有由不同于GaN类半导体的材料构成的单晶部1a，在被制成凹凸面的外延生长用表面上，排列有多个凸部11，同时还设置有多个生长空间12，其中，每个生长空间均被6个凸部11所包围。结合图9对凸部11的排列进行说明：任一凸部11均如图9中的凸部110那样，分别在相隔120度的不同方向A、方向B、及方向C上具有3个与之最为接近的其它凸部111、112、113。 
生长空间12的表面为单晶部1a的露出面，通过将该表面作为特定的晶面，可实现从生长空间12处进行c轴取向的GaN类半导体晶体的外延生长。作为如上所述的晶面，可参见公知技术的记载，而作为其实例，包括蓝宝石的c面、蓝宝石的a面、6H-SiC的(0001)面、镁尖晶石的(111)面、硅的(111)面、ZnO的c面等。 
在图8的实例中，凸部的上表面11a的形状为正三角形，对该形状并无限制，只要基本上具有三重轴对称性(3回回転対称性)的形状即可。图10及图11是当使凸部上表面形状为除正三角形以外的其它形状时，从正上方观察到的外延生长用基板的凹凸面的俯视图。 
当使凸部11的上表面11a为正三角形或近似正三角形的形状时，其顶点间距离(对于正三角形的情况，等于其一边的边长)优选为0.5μm～5μm，更优选为1μm～3μm，尤其优选为1.5μm～2.5μm。如果该距离过大，则会导致能够在外延生长用表面形成的生长空间12的个数密度降低，由此，不仅会引起位错减少效果的降低，而且对于在该基板上形成发光元件的情况，还无法获得充分的出光效果。 
凸部11的侧面11b与生长空间12的表面所成的角度θ优选为45度～90度、更优选为60度～90度、尤其优选为70度～90度。如果该角度θ过小，则会导致生长空间12的轮廓变得不清楚，这样一来，会导致晶体从生长空间12露出，容易进行二维生长，进而引起位错减少效果降低。 
凸部11的高度h优选为0.2μm～5μm，更优选为0.5μm～3μm，尤其优选为1μm～2μm。如果凸部11的高度h过小，则会导致生长空间12的轮廓变得不清楚，这样一来，会导致晶体从生长空间12露出，容易进行二维生长，进而引起位错减少效果降低。当凸部11的高度h较小时，还会导致由凸部11引起的光的散射及漫反射程度减小。而如果凸部11的高度h过大，则会导致在凹凸面上进行外延生长的晶体的生长面达到二维化所需的生长时间变得过长。
(GaN类半导体发光元件) 
图12示出本发明的一个实施方式中的GaN类半导体发光元件的剖面图。在该GaN类半导体发光元件2的外延生长用基板21上，隔着缓冲层(无图示)依次具有由GaN类半导体晶体构成的非掺杂层22、n型接触层23、n型包覆层24、有源层25、p型包覆层26、p型接触层27；并在p型接触层27上形成有包含正欧姆电极(正ォ一ミック電 
Figure DEST_PATH_GPA00001189690000011
)28a和焊盘(bondingpad)28b的正侧电极28；另外，在经过干法刻蚀加工而使其部分露出的n型接触层23的表面上，形成有兼作欧姆电极和焊盘的负侧电极29。 
外延生长用基板21是实施了本发明而得到的基板，该基板至少在其表层部分具有由不同于GaN类半导体的材料构成的单晶部，并具有包含多个凸部和多个生长空间的凹凸面作为其外延生长用表面，所述多个凸部的排列使得每个凸部分别在相隔120度的不同方向上具有3个最接近的其它凸部，且所述多个生长空间中的每个生长空间均被6个上述凸部所包围，另外，上述单晶部至少在上述生长空间露出。从非掺杂层22到p型接触层27的GaN类半导体晶体层在该基板21上呈c轴取向地进行外延生长。 
非掺杂层22是不含有有意添加的杂质的、膜厚2μm～6μm的GaN层。n型接触层23是掺杂了作为n型杂质的Si(硅)、且载流子浓度为1×1018cm-3～2×1019cm-3、膜厚为2μm～6μm的GaN层。n型包覆层24是掺杂了作为n型杂质的Si、且载流子浓度为1×1017cm-3～5×1018cm-3、膜厚为10nm～500nm的AlGaN层或InGaN层。有源层25具有多量子阱结构，该多量子阱结构由膜厚1nm～10nm的Inx1Ga1-x1N(0＜x1≤1)阱层和膜厚1nm～20nm的Inx2Ga1-x2N(0≤x2＜x1)势垒层(障壁 
Figure DEST_PATH_GPA00001189690000012
)交替层叠而成。有源层的势垒层中优选掺杂Si，并且，对于发光波长小于400nm的情况，优选用包含AlN的混晶来形成阱层和/或势垒层。p型包覆层26是以1×1019cm-3～5×1020cm-3的浓度掺杂有Mg(镁)、且膜厚为10nm～200nm的Aly1Ga1-y1N(0.05＜y1≤0.4)层。p型接触层27是以5×1019cm-3～5×1020cm-3的浓度掺杂有Mg(镁)、且膜厚为20nm～200nm的Aly2Gal-y2N(0≤y2≤0.05)。 
正欧姆电极28a优选由ITO(铟锡氧化物)、氧化铟、氧化锡、氧化锌、IZO(铟锌氧化物)等透明导电性氧化物形成。作为焊盘28b，优选由Al、Ag、 Ni或铂族金属形成其与正欧姆电极相接触的部分，并由Au形成其表层部。而对于负电极29，优选由Al、Ti、W或透明导电性氧化物形成其与n型接触层23相接触的部分，并由Au形成其表层部。 
实施例 
以下，结合实施例对本发明进行更为具体的说明。 
(实施例1) 
在单面经过了镜面加工(外延生长用)的直径2英寸的c面蓝宝石基板的经过镜面加工的一面上，形成了蚀刻掩模用光致抗蚀剂膜。接着，利用光刻技术将该光致抗蚀剂膜成形为图1中完全被涂成黑色的部分所呈现的图案。如图1所示，在由三角形T和六角形H所构成的图案中，三角形T是面积全部相等的正三角形，六角形H是面积全部相等的正六边形，并且这些六边形的配置使各六边形的中心位于三角晶格的晶格结点上。由三角形T和六边形H构成的上述图案被称为竹篮孔图案。将光致抗蚀剂膜图案的方向确定为使三角形的各边与蓝宝石的m轴相平行的方向，并将三角形各边的边长设定为2μm。 
对光致抗蚀剂膜进行图案化之后，利用反应性离子蚀刻(RIE)法在基板表面未被光致抗蚀剂膜覆盖的部分形成了深1μm的凹部。此时，使RIE的选择比为0.9。即，使蓝宝石的蚀刻速度为光致抗蚀剂膜的蚀刻速度的0.9倍。 
形成凹部后，利用脱膜(remover)液从基板上除去光致抗蚀剂膜，然后再将经过加工的基板表面暴露在氧等离子体中以将其残渣也完全除去。从正上方对由此得到的蓝宝石加工基板的凹凸面进行观察而得到的SEM图像如图2所示。从上方观察时可知，具有与蚀刻掩模的图案相对应的凸部图案的凹凸面图案的凸部、即具有正三角形上表面的三棱柱状或三角锥台状的凸部与将凸部间分隔开的正六边形空间(每个空间被6个凸部包围)形成了呈竹篮孔图案设置的凹凸面图案。 
(实施例2) 
将实施例1中制作的蓝宝石加工基板设置于MOVPE装置的生长炉内，通过在氢气氛围中加热来进行表面清洁，然后将基板温度降至400℃，从而在凹凸面上生长出10nm的AlGaN低温缓冲层。 
接着，使基板温度升高至可进行单晶生长的温度，使用三甲基镓(TMG)作为第3族原料、并使用氨作为第5族原料，使非掺杂GaN进行生长。此时，供给至生长炉内的气体量为：氮气30slm、氢气20slm、氨10slm；并且TMG的供给量为200μmol/分钟。将生长时间设定为在通常的平坦基板上生长1μm所对应的时间。 
对这样生长了GaN晶体的晶片表面进行斜向观察，其SEM图像如图3所示。另外，以更高倍率对同一表面进行观察所得到的SEM图像如图4所示。由这些SEM图像可知，从形成在基板表面的凸部的上表面、和将凸部间分隔开的正六边形空间(由6个凸部包围的空间)分别发生了GaN晶体的生长，所述GaN晶体为具有相对于基板的厚度方向倾斜的侧面的小面结构的晶体。 
(实施例3) 
在实施例1中制作的蓝宝石加工基板上，按照与实施例2相同的方法使非掺杂GaN晶体生长。其中，在实施例2中将非掺杂GaN晶体的生长时间设定为在通常的平坦基板上生长1μm所对应的时间，但在本实施例3中，将该生长时间设定为在通常的平坦基板上生长4μm所对应的时间。尽管本实施例中采用了与实施例2相同的生长条件，但由于如上所述地延长了生长时间，因而使得非掺杂GaN晶体的生长面变得平坦。 
接着，在进行了非掺杂GaN晶体的生长之后，为了形成发光元件结构，依次进行了下述各层的生长：掺杂Si的GaN层(兼作包覆层和接触层)、InGaN/GaN有源层、以及掺杂Mg的AlGaN层。对于掺杂Si的GaN层，使其Si浓度为5×1018cm-3、膜厚为4μm。对于InGaN/GaN有源层，使其为由InGaN阱层和GaN势垒层交替层叠而成的多量子阱结构。对于掺杂Mg的AlGaN层，使其为在由Al0.09Ga0.91N构成的厚170nm的包覆层上层叠了由Al0.03Ga0.97N构成的厚40nm的接触层的两层结构。 
使上述制作的外延晶片断裂，并对其外延生长层部分的截面进行了SEM观察，如图5所示，确认到了非掺杂GaN晶体的生长，其中，该生长的非掺杂GaN晶体填充于蓝宝石加工基板的凹部。另外，获得了外延生长层部分的截面的阴极射线发光图像(CL像)，如图6所示，在与蓝宝石加工基板的各凹部相邻的部分上，明确地观察到了与周围亮度不同的三角形区域。由此可知：在非掺杂GaN晶体的生长过程中，经过在蓝宝石加工基板 的各正六边形状空间上生长出六棱锥状晶体的状态，发生了生长面的平坦化。 
此外，获得的外延生长层表面的阴极射线发光图像如图7所示，存在位错缺陷的部分所显示出的暗点(因发光复合的效率局部较低而表现为较暗的部分)呈分散状态，而这种分散与蓝宝石加工基板的凹凸面图案无关。该结果与实施例2中的SEM观察结果(图3、图4)非常吻合。即，在非掺杂GaN层的生长初期阶段，为了从蓝宝石加工基板的凸部上表面和正六边形状空间分别生长出小面结构的晶体，在其后的生长面平坦化过程中，在凸部上表面和正六边形状空间这两者的上方发生了位错线的弯曲，其结果，导致到达外延层表面的位错线的分布不再反映蓝宝石加工基板的凹凸面图案。另外，外延层表面的所述暗点的面密度(≈位错缺陷的密度)的值较低，为1×108cm-2。 
(实施例4) 
在实施例3中制作的外延晶片的各元件形成部形成了正负电极。并在Al0.03Ga0.97N接触层上形成了作为正欧姆电极的ITO膜，在其欧姆电极的一部分上形成金属制的焊盘。在利用RIE实现了部分露出的掺杂Si的GaN层表面上形成兼作欧姆电极和焊盘的负侧电极。电极形成后，对蓝宝石加工基板的背面进行抛光，以使晶片的厚度减至100μm以下，并在此基础上，利用划线器(scriber)将晶片分割为各元件形成部，由此得到了350μm见方的板状GaN类半导体发光元件芯片。隔着辅助座(submount)将该发光元件芯片倒装式安装在晶体管管座(stem)上，并利用积分球对裸芯片测定通以20mA电流时的发光功率，结果显示出15mW这样的高值。 
(比较例) 
除了使光致抗蚀剂膜的图案为将直径2μm的圆设置于三角晶格的晶格结点的图案以外，按照与实施例1相同的方法制作了蓝宝石加工基板。在上述图案中，使相邻2个圆的中心之间的距离为4μm。所得蓝宝石加工基板的表面为凹凸面，该凹凸面是将上表面的直径略小于底面直径的多个圆锥台状的凸部设置在三角晶格的晶格结点上的凹凸面。除了使用该蓝宝石加工基板以外，按照与实施例3相同的方法制作了外延晶片，并考察了其外延层表面的位错缺陷的密度，结果为2×108cm-2。另外，除了使用该蓝宝石加工基板以外，按照与实施例4相同的方法制作了发光元件芯片，并测 定了其发光功率，结果为13mW。 
本发明并不限于说明书及附图中明确记载的实施方式或实施例，在不破坏本发明的要点的范围内可以作出各种变更。 
本申请基于2008年2月15日提交的日本专利申请(特愿2008-034275号)而提出，其内容作为参考引入到本申请中。 

Claims (24)

1.一种外延生长用基板，该基板至少在表层部分具有由不同于GaN类半导体的材料构成的单晶部，
并且具有包含多个凸部和多个生长空间的凹凸面作为其外延生长用表面，其中，所述多个凸部的排列使得每个凸部分别在相隔120度的不同方向上具有3个最接近的其它凸部；所述多个生长空间中的每个生长空间被6个上述凸部所包围，
上述单晶部至少在上述生长空间处露出，由此能够从上述生长空间中生长出c轴取向的GaN类半导体晶体。
2.根据权利要求1所述的外延生长用基板，其中，对所述外延生长用表面进行俯视观察时，所述凸部和所述生长空间呈竹篮孔图案。
3.根据权利要求1所述的外延生长用基板，其中，所述外延生长用表面是通过使用设有正六边形开口部的竹篮孔图案的蚀刻掩模对所述单晶部表面进行干法刻蚀加工而形成的凹凸面。
4.根据权利要求1所述的外延生长用基板，其中，所述凸部为所述单晶部的一部分。
5.根据权利要求1所述的外延生长用基板，其中，由2个相邻的所述生长空间的中心彼此连接而成的直线平行于从所述生长空间生长出的c轴取向的GaN类半导体晶体的a轴。
6.根据权利要求1所述的外延生长用基板，其中，至少所述单晶部由蓝宝石构成。
7.根据权利要求6所述的外延生长用基板，其中，包含表层部分在内的整个基板由单晶蓝宝石构成。
8.根据权利要求7所述的外延生长用基板，其是通过对c面蓝宝石基板进行干法刻蚀加工来形成所述外延生长用表面而得到的。
9.一种外延生长用基板，其是通过对c面蓝宝石基板进行干法刻蚀加工而形成的，且该基板具有由凸部和生长空间配置而成的、俯视观察时呈竹篮孔图案的凹凸面作为外延生长用表面，其中，所述凸部是具有基本呈正三角形的上表面的三棱柱状或三角锥台状凸部；所述生长空间是被6个上述凸部所包围的正六边形的生长空间。
10.一种GaN类半导体膜的制造方法，该方法包括使c轴取向的GaN类半导体晶体在权利要求1～9中任一项所述的外延生长用基板上进行外延生长的晶体生长步骤。
11.根据权利要求10所述的制造方法，其中，所述晶体生长步骤包含形成结构体的步骤，所述结构体是在所述外延生长用基板的每个所述生长空间中各形成一个六棱锥状或六角锥台状GaN类半导体晶体而得到的结构体。
12.一种GaN类半导体膜，其是利用权利要求11所述的制造方法制造的。
13.一种GaN类半导体发光元件的制造方法，该制造方法包括如下步骤：通过进行外延生长在权利要求12所述的GaN类半导体膜上形成至少包含有源层和用以夹持该有源层的两个包覆层的多个GaN类半导体晶体层。
14.一种GaN类半导体发光元件，其具有权利要求1～9中任一项所述的外延生长用基板、和使c轴取向的GaN类半导体晶体在该基板上进行外延生长而形成的GaN类半导体膜，其中，
该GaN类半导体膜含有至少包含有源层和用以夹持该有源层的两个包覆层的多个GaN类半导体晶体层。
15.一种外延生长用基板，其是通过对c面蓝宝石基板进行加工而形成的，且该基板具有包含多个凸部和多个生长空间的凹凸面作为其外延生长用表面，其中，所述多个凸部的每个凸部都具有上表面，且所述多个凸部的排列使得每个凸部分别在相隔120度的不同方向上具有3个最接近的其它凸部；所述多个生长空间中的每个生长空间被6个上述凸部所包围。
16.一种GaN类半导体膜的制造方法，该方法包括使c轴取向的GaN类半导体晶体在权利要求15所述的外延生长用基板上进行外延生长的晶体生长步骤。
17.一种GaN类半导体膜，其是由在权利要求15所述外延生长用基板上进行了外延生长并经过了c轴取向的GaN类半导体晶体而形成的。
18.一种GaN类半导体发光元件的制造方法，该制造方法包括如下步骤：通过进行外延生长在权利要求15所述的外延生长用基板上形成至少包含有源层和用以夹持该有源层的两个包覆层的多个c轴取向的GaN类半导体晶体层。
19.一种GaN类半导体发光元件，其具有权利要求15所述的外延生长用基板、和GaN类半导体膜，所述GaN类半导体膜是由在上述基板上进行了外延生长并经过了c轴取向的GaN类半导体晶体而形成的，其中，
该GaN类半导体膜含有至少包含有源层和用以夹持该有源层的两个包覆层的多个GaN类半导体晶体层。
20.一种外延生长用基板，其是对c面基板进行加工而形成的，从正上方对该外延生长用基板进行观察时，具有多个作为凸部的上表面的第1平面，且所述多个第1平面的排列使得在相隔120度的不同方向上具有3个其它第1平面；并且多个作为凹部的底面的第2平面的排列使得其中的每个第2平面被6个上述第1平面所包围。
21.一种GaN类半导体膜的制造方法，该方法包括使c轴取向的GaN类半导体晶体在权利要求20所述的外延生长用基板上进行外延生长的晶体生长步骤。
22.一种GaN类半导体膜，其是由在权利要求20所述外延生长用基板上进行了外延生长并经过了c轴取向的GaN类半导体晶体而形成的。
23.一种GaN类半导体发光元件的制造方法，该制造方法包括如下步骤：通过进行外延生长在权利要求20所述的外延生长用基板上形成至少包含有源层和用以夹持该有源层的两个包覆层的多个c轴取向的GaN类半导体晶体层。
24.一种GaN类半导体发光元件，其具有权利要求20所述的外延生长用基板、和GaN类半导体膜，所述GaN类半导体膜是由在上述基板上进行了外延生长并经过了c轴取向的GaN类半导体晶体而形成的，其中，
该GaN类半导体膜含有至少包含有源层和用以夹持该有源层的两个包覆层的多个GaN类半导体晶体层。
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