CN116964759A - 紫外线发光元件用外延片的制造方法、紫外线发光元件用基板的制造方法、紫外线发光元件用外延片及紫外线发光元件用基板 - Google Patents

紫外线发光元件用外延片的制造方法、紫外线发光元件用基板的制造方法、紫外线发光元件用外延片及紫外线发光元件用基板 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种紫外线发光元件用外延片的制造方法，其具有：准备至少一个表面由氮化镓构成的支撑基板的工序；在所述支撑基板的由所述氮化镓构成的所述表面形成接合层的工序；在所述接合层上贴合由AlxGa1‑xN(0.5＜x≤1.0)单晶构成的晶种，形成具有晶种层的贴合基板的工序；及使至少包含由AlyGa1‑yN(0.5＜y≤1.0)构成的第一导电型包覆层、AlGaN系活性层及由AlzGa1‑zN(0.5＜z≤1.0)构成的第二导电型包覆层的紫外发光元件层在所述贴合基板的所述晶种层上外延生长的工序。由此，提供一种平价且高质量的紫外线发光元件用外延片的制造方法。

Description

紫外线发光元件用外延片的制造方法、紫外线发光元件用基 板的制造方法、紫外线发光元件用外延片及紫外线发光元件 用基板
技术领域
本发明涉及紫外线发光元件用外延片的制造方法、紫外线发光元件用基板的制造方法、紫外线发光元件用外延片及紫外线发光元件用基板。
背景技术
从无汞、使用寿命长、小型化、轻量化、节能等角度出发，近年来，活用了氮化物半导体材料的深紫外线用发光二极管作为杀菌用光源的市场扩大备受期待。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2020-100528号公报
专利文献2：日本特开2020-35829号公报
非专利文献
非专利文献1：光学246(2)“深紫外氮化物系发光器件”川崎宏治
发明内容
本发明要解决的技术问题
然而，上述深紫外线用发光二极管用外延基板形成在蓝宝石或SiC之类的晶格常数不同的材料基板上。在此情况下，会产生由晶格失配造成的缺陷，有内量子效率降低、能量转换效率下降的倾向。此外，在波长短于250nm的情况下，其影响会更为显著。进一步，晶格常数较接近的GaN单晶自支撑基板由于其能隙而为吸光基板，使得外量子效率下降。AlN单晶自支撑基板有望成为极高质量的外延用基板，但难以制造，是非常昂贵的材料。因此，高输出、高效率的杀菌用深紫外发光二极管的普及遇到问题。
为了制作平价且高质量的深紫外用发光二极管，专利文献1公开了一种在由陶瓷构成的基板上贴合有AlN晶种的基板，可以在这种基板上制作深紫外用发光二极管。然而，由于陶瓷基板难以剥离，因此存在包含器件工序在内的成本升高的问题。
此外，专利文献2公开了一种使用了GaN的LED的激光剥离技术，但该方法的大前提为在蓝宝石这种能隙大于生长后的外延层、即透明且具有自支撑性的基板上生长，因此存在局限于外延结晶性差的蓝宝石基板或昂贵的AlN之类的基板的问题。
非专利文献1公开了一种使GaN在蓝宝石基板上外延生长，并在其上形成紫外发光二极管再进行激光剥离的方法。然而，若通过外延生长来制作GaN层及紫外光发光二极管，则会因晶格常数差异、热膨胀系数差异而发生穿透位错，由此存在发光效率降低的问题。
本发明为了解决上述问题而完成，其目的在于提供一种平价且高质量的尤其适合于深紫外线区域(UVC；200～290nm)的紫外线发光元件用外延片及其制造方法。
解决技术问题的技术手段
本发明为了达成上述目的而完成，本发明提供一种紫外线发光元件用外延片的制造方法，其具有：准备至少一个表面由氮化镓构成的支撑基板的工序；在所述支撑基板的由所述氮化镓构成的所述表面形成接合层的工序；在所述接合层上贴合由AlxGa1-xN(0.5＜x≤1.0)单晶构成的晶种，形成具有晶种层的贴合基板的工序；及使至少包含由AlyGa1-yN(0.5＜y≤1.0)构成的第一导电型包覆层、AlGaN系活性层及由AlzGa1-zN(0.5＜z≤1.0)构成的第二导电型包覆层的紫外发光元件层在所述贴合基板的所述晶种层上外延生长的工序。
通过这种紫外线发光元件用外延片的制造方法，能够通过简便的外延生长且以低成本得到位错密度小、高质量的外延片，可以提升外延工序的生产率。
此时，可将紫外线发光元件用外延片的制造方法设为：在形成所述贴合基板的工序中，通过对AlxGa1-xN(0.5＜x≤1.0)单晶自支撑基板或AlxGa1-xN(0.5＜x≤1.0)外延基板进行离子注入而在内部形成脆弱层后，与所述支撑基板贴合并在所述脆弱层进行剥离，由此形成所述晶种层。
通过如此进行离子注入，可以较简单地贴合薄的晶种层。此外，通过回收形成晶种层时所剥离的AlxGa1-xN(0.5＜x≤1.0)单晶自支撑基板或外延基板并进行再研磨，可以对昂贵的化合物半导体单晶基板进行再利用，因此有助于降低成本。
此时，可将紫外线发光元件用外延片的制造方法设为：具有在使所述第一导电型包覆层生长前，通过HVPE法(氢化物气相外延法)使外延层在所述晶种层上生长的工序。
由此，外延层变厚，可以加厚紫外线发光元件用外延片整体，即使剥离了支撑基板，处理也容易。
此时，可将紫外线发光元件用外延片的制造方法设为：具有将相对于紫外光呈透明的永久支撑基板接合于所述紫外发光元件层侧的工序；或具有通过HVPE法使外延层在所述紫外发光元件层侧生长的工序。
由此，可以加厚紫外线发光元件用外延片整体，处理容易。
此时，可将紫外线发光元件用基板的制造方法设为：对于通过上述紫外线发光元件用外延片的制造方法得到的紫外线发光元件用外延片，从所述紫外发光元件层侧照射会被氮化镓吸收的激光，使所述支撑基板分离而得到紫外线发光元件用基板。
由此，可以使用激光剥离来剥离支撑基板，因此可以降低器件工序的成本。此外，通过回收支撑基板并进行再研磨，能够对昂贵的化合物半导体单晶基板进行再利用，因此能够平价地制造深紫外线区域的发光二极管用外延基板。由于可以对所分离的支撑基板进行再利用，因此可以更加降低成本。
本发明为了达成上述目的而完成，本发明提供一种紫外线发光元件用外延片，其具备：贴合基板，其包含至少一个表面由氮化镓构成的支撑基板、所述支撑基板的由所述氮化镓构成的所述表面上的接合层及所述接合层上的由AlxGa1-xN(0.5＜x≤1.0)单晶构成的晶种层；以及紫外发光元件层，其为所述贴合基板的所述晶种层上的紫外发光元件层，其至少包含由AlyGa1-yN(0.5＜y≤1.0)构成的第一导电型包覆层、AlGaN系活性层及由AlzGa1-zN(0.5＜z≤1.0)构成的第二导电型包覆层。
这种紫外线发光元件用外延片为位错密度小、高质量且平价的外延片。此外，若为这种紫外线发光元件用外延片，则通过从外延层侧照射会被氮化镓吸收的激光，可以简单地从晶种层与晶种层上的外延层上分离支撑基板，可以对支撑基板进行再利用，因此经济实惠。
此时，可将紫外线发光元件用外延片设为：所述支撑基板由GaN自支撑基板、具备GaN层的蓝宝石基板、具备GaN层的SiC基板、具备GaN层的Si基板、表面为由GaN单晶构成的材料的工程基板中的任意一种构成。
此时，可将紫外线发光元件用外延片设为：所述晶种层对波长为230nm的光的透光率为70％以上。
由此，能够制成发光效率高的深紫外线发光元件。
此时，可将紫外线发光元件用外延片设为：所述AlGaN系活性层为多量子阱(MQW)结构，并含有In作为除Al、Ga、N以外的构成元素，所述In的比例小于1％。
此外，可将紫外线发光元件用外延片设为：所述AlGaN系活性层在以25℃注入0.2A/mm2的电流时发射的光谱的λp的波长比290nm短。
由此，能够制成作为杀菌用光源的高质量的深紫外线发光元件。
此时，可将紫外线发光元件用外延片设为：在所述紫外发光元件层侧具备相对于紫外光呈透明的永久支撑基板。
由此，可以加厚外延片，处理容易。
此时，可将紫外线发光元件用基板设为：通过将上述紫外线发光元件用外延片中的所述支撑基板分离去除而成。
由此，被分离去除的支撑基板可以进行再利用，能够更加有助于降低成本而变得平价。
发明效果
如上所述，通过本发明的紫外线发光元件用外延片的制造方法，能以低成本得到高质量的紫外线发光元件用外延片。本发明的紫外线发光元件用外延片平价且为高质量。
附图说明
图1示出本发明的紫外线发光元件用外延片的制造方法的概略流程图。
图2示出本发明的紫外线发光元件用外延片的一个实例。
图3示出本发明的紫外线发光元件用外延片的另一个实例。
具体实施方式
以下将详细说明本发明，但本发明并不受限于后述内容。
如上所述，谋求一种适合用于深紫外线区域(UVC；200～290nm)的发光二极管的平价且高质量的紫外线发光元件用外延片及其制造方法。
本申请的发明人对上述技术问题反复进行了深入研究，结果发现通过下述紫外线发光元件用外延片的制造方法，能够以低成本得到高质量的紫外线发光元件用外延片，从而完成了本发明。该紫外线发光元件用外延片的制造方法具有：准备至少一个表面由氮化镓构成的支撑基板的工序；在所述支撑基板的由所述氮化镓构成的所述表面形成接合层的工序；在所述接合层上贴合由AlxGa1-xN(0.5＜x≤1.0)单晶构成的晶种，形成具有晶种层的贴合基板的工序；及使至少包含由AlyGa1-yN(0.5＜y≤1.0)构成的第一导电型包覆层、AlGaN系活性层及由AlzGa1-zN(0.5＜z≤1.0)构成的第二导电型包覆层的紫外发光元件层在所述贴合基板的所述晶种层上外延生长的工序。
本申请的发明人对上述技术问题反复进行了深入研究，结果发现下述紫外线发光元件用外延片为平价且高质量的紫外线发光元件用外延片，从而完成了本发明。该紫外线发光元件用外延片具备：贴合基板，其包含至少一个表面由氮化镓构成的支撑基板、所述支撑基板的由所述氮化镓构成的所述表面上的接合层及所述接合层上的由AlxGa1-xN(0.5＜x≤1.0)单晶构成的晶种层；及紫外发光元件层，其为所述贴合基板的所述晶种层上的紫外发光元件层，其至少包含由AlyGa1-yN(0.5＜y≤1.0)构成的第一导电型包覆层、AlGaN系活性层及由AlzGa1-zN(0.5＜z≤1.0)构成的第二导电型包覆层。
以下，参照说明书附图，进行说明。
[紫外线发光元件用外延片]
图2、3示出本发明的紫外线发光元件用外延片的一个实例。如图2所示，本发明的紫外线发光元件用外延片100A具备贴合基板4与贴合基板4的晶种层3上的紫外发光元件层5，所述贴合基板4包含至少一个表面由氮化镓构成的支撑基板1、支撑基板1的由氮化镓构成的表面上的接合层2及接合层2上的由AlxGa1-xN(0.5＜x≤1.0)单晶构成的晶种层3。图2的实例中省略了紫外发光元件层5的细节。如图3所示，紫外发光元件层5至少包含由AlyGa1-yN(0.5＜y≤1.0)构成的第一导电型包覆层6、AlGaN系活性层7及由AlzGa1-zN(0.5＜z≤1.0)构成的第二导电型包覆层8。
此外，如后文所述，分离去除支撑基板1而得到的就是本发明的紫外线发光元件用基板。由于被分离去除的支撑基板1可以进行再利用，因此可以更有助于降低成本。
首先，对贴合基板4进行说明。支撑基板1只要至少一个表面由氮化镓构成即可，并无特别限定。尤其可使用具有在超过1000℃的高温下处理时不会熔融、剥离、破损的耐热性的基板。例如可以使用氮化镓单晶自支撑基板、GaN on Sapphire(蓝宝石基氮化镓)基板、GaN on SiC(碳化硅基氮化镓)基板、GaN on Si(硅基氮化镓)基板、将以GaN为主成分的材料贴合于陶瓷而成的工程基板。
接合层2为用于接合支撑基板1与晶种层3的层。例如，可将SiO2等的透明接合层、或是通过等离子蚀刻或氩离子蚀刻而将支撑基板表面的GaN活化而得到的非晶层作为接合层2。此时，也可在晶种层3侧的AlGaN表面设置通过等离子蚀刻或氩离子蚀刻而活化得到的非晶层。晶种层3为由AlxGa1-xN(0.5＜x≤1.0)单晶构成的层。
优选晶种层对波长为230nm的光的透光率为70％以上。若为这样的晶种层，则可以制成发光效率高的深紫外线发光元件。
接着，参照图3，对紫外发光元件层5的构成进行详细说明。另外，图3的紫外线发光元件用外延片100B的实例中省略了贴合基板4的细节。紫外发光元件层5至少包含由AlyGa1-yN(0.5＜y≤1.0)构成的第一导电型包覆层6、AlGaN系活性层7及由AlzGa1-zN(0.5＜z≤1.0)构成的第二导电型包覆层8。
第一导电型包覆层6用于对AlGaN系活性层7供给电子，膜厚虽无特别限定，但例如可以设为2.5μm。AlGaN系活性层7虽无特别限定，但优选具有例如阱层9与阻挡层10交替层叠而成的多量子阱结构(MQW)。第二导电型包覆层8用于对AlGaN系活性层7供给空穴。
AlGaN系活性层为多量子阱(MQW)结构，优选含有In作为除Al、Ga、N以外的构成元素，且In的比例小于1％。进一步，优选AlGaN系活性层在以25℃注入0.2A/mm2的电流时发射的光谱的λp的波长比290nm短。若为这种活性层，则会形成作为杀菌用光源的高质量的深紫外线发光元件。
进一步，为了降低与电极的接触电阻，也可设置由p型AlGaN构成的接触层11。在此情况下，可配合第二导电型包覆层8的导电类型而设为对调了P/N的层配置。
另外，可在贴合基板4的晶种层3上设置厚膜的外延层。此外，也可在紫外发光元件层5上设置厚膜的外延层或相对于紫外光呈透明的永久支撑基板来取代该厚膜的外延层。若如此设置厚膜的外延层或永久支撑基板，则由于作为紫外线发光元件用外延片可以确保一定的厚度，因此即使在分离去除了支撑基板1的情况下处理也容易。
此外，可在贴合基板4上设置同质外延层12。同质外延层12用于提升晶体质量，例如可以设定在100nm～300μm的范围内。同质外延层12也可根据器件的设计而省略。
[紫外线发光元件用基板]
从本发明的紫外线发光元件用外延片分离去除支撑基板而得到的就是本发明的紫外线发光元件用基板。
[紫外线发光元件用外延片的制造方法]
图1示出本发明的紫外线发光元件用外延片及紫外线发光元件用基板的制造方法的概略流程图。
(贴合基板的形成)
首先，准备至少一个表面由氮化镓构成的支撑基板(S1)。接着，在支撑基板的由氮化镓构成的表面形成接合层(S2)。接合层的形成方法并无特别限定，例如可列举出将SiO2等透明接合层成膜的方法。或者，可列举出通过等离子蚀刻或氩离子蚀刻而使GaN表面活化来形成非晶层的方法。此时，优选在晶种层侧的AlGaN的表面也同样地形成非晶层。
在接合层上贴合由AlxGa1-xN(0.5＜x≤1.0)单晶构成的晶种，形成具有晶种层的贴合基板(S3)。贴合基板通过将形成有接合层的支撑基板与晶种贴合而制作。此时，能够通过例如进行加压、加热的方法来接合。
此外，由AlxGa1-xN(0.5＜x≤1.0)单晶构成的晶种层虽可通过对AlxGa1-xN(0.5＜x≤1.0)单晶自支撑基板或AlxGa1-xN外延基板进行离子注入而先形成脆弱层，在与支撑基板贴合后进行剥离而制作，但并不限于该方法。由此，能够得到包含至少一个表面由氮化镓构成的支撑基板、支撑基板的由氮化镓构成的表面上的接合层及接合层上的由AlxGa1-xN(0.5＜x≤1.0)单晶构成的晶种层的贴合基板。
(导入反应炉)
将贴合基板导入MOVPE装置的反应炉内。在将贴合基板导入反应炉前，优选利用化学药品进行清洁。在将贴合基板导入反应炉内后，利用氮气等的高纯度非活性气体灌满炉内，进行炉内气体的排气。
(贴合基板表面的清洁)
首先，优选在反应炉内加热贴合基板来清洁基板的表面。进行清洁的温度以贴合基板表面的温度计可以设在1000℃到1200℃之间，尤其是通过以1050℃进行清洁，能够得到洁净的表面。优选在对炉内的压力进行减压后实施清洁，可将炉内压力设在30mbar(30×102Pa)到200mbar(200×102Pa)之间。在向反应炉内供给由氢、氮、氨等构成的混合气体的状态下进行10分钟左右的清洁。这些条件仅为一个实例，并不特别限定于此。
(厚膜外延层的生长)
可在使第一导电型包覆层生长前，通过HVPE法而使厚膜的外延层在晶种层上生长(S4)。
(同质外延层的生长)
此外，也优选在使第一导电型包覆层生长前，形成同质外延层(S5)。在该工序中，通过在规定的炉内压力及基板温度下导入作为原料的Al、Ga、N源的气体，从而使AlxGa1-xN(0.5＜x≤1.0)在贴合基板上外延生长。在该工序中，能够以例如炉内压力为50mbar(50×102Pa)、基板温度为1120℃的条件使其生长。作为Al源，可以使用三甲基铝(TMAl)，作为Ga源，可以使用三甲基镓(TMGa)，作为N源，可以使用氨(NH3)。此外，为了得到所需要的Al组成的混晶，考量原料气体的材料效率来设定原料的TMAl、TMGa的流量，以使引进薄膜中的Al/Ga比成为所设定的比率。作为TMAl、TMGa、NH3的载气，例如可使用氢气。这些条件仅为一个实例，并不特别限定于此。
(紫外发光元件层的生长)
接着，通过外延生长在晶种层上(在已形成同质外延层的情况下，在同质外延层上)形成紫外发光元件层(S6)。例如，可以下述方式形成紫外发光元件层。
(第一导电型包覆层的生长)
该工序为使第一导电型包覆层在晶种层上生长的工序。在该工序中，使反应炉内保持在规定的炉内压力、基板温度后，向炉内供给作为原料的TMAl、TMGa、NH3及用以使导电性成为n型导电性的杂质气体，从而使第一导电型包覆层生长。第一导电型包覆层能够以AlyGa1-yN(0.5＜y≤1.0)所示的组成自由制作。
可将该工序的规定的炉内压力设为例如75mbar(75×102Pa)、基板温度设为1100℃。为了得到所需要的Al组成的混晶，考量原料气体的材料效率来设定原料的TMAl、TMGa的流量，以使引进薄膜中的Al/Ga比成为所设定的比率。
作为用以使导电性成为n型导电性的杂质气体，可以使用甲硅烷(SiH4)。作为用以输送原料气体的载气，可以使用氢气。作为杂质气体，可以使用四乙基硅烷。
(AlGaN系活性层的生长)
该工序为使AlGaN系活性层在第一导电型包覆层上生长的工序。在该工序中，使反应炉内保持在规定的炉内压力、基板温度后，向炉内供给作为原料的TMAl、TMGa、NH3，从而使AlGaN系活性层生长。作为AlGaN系活性层的一个实例，可以设为阻挡层Al0.75Ga0.25N、阱层Al0.6Ga0.4N。此外，可将该工序的规定的炉内压力设为例如75mbar(75×102Pa)、基板温度设为1100℃。为了在各层得到所需要的Al组成的混晶，考量原料气体的材料效率来设定原料的TMAl、TMGa的流量，以使引进薄膜中的Al/Ga比成为所设定的比率。这些数值仅为一个实例，并不特别限定于此。
(第二导电型包覆层的生长)
该工序为使第二导电型包覆层在AlGaN系活性层上生长的工序。在该工序中，使反应炉内保持在规定的炉内压力、基板温度后，向炉内供给作为原料的TMAl、TMGa、NH3及用以使导电性成为p型导电性的杂质原料，从而使第二导电型包覆层生长。第二导电型包覆层能够以AlzGa1-zN(0.5＜z≤1.0)所示的组成自由制作。此外，也可改变组成而形成多个层。
可将该工序的规定的炉内压力设为例如75mbar(75×102Pa)、基板温度设为1100℃。为了得到所需要的Al组成的混晶，考量原料气体的材料效率来设定原料的TMAl、TMGa的流量，以使引进薄膜中的Al/Ga比成为所设定的比率。这些数值仅为一个实例，并不特别限定于此。作为用以使导电性成为p型导电性的杂质原料，可以使用双(环戊二烯)镁(Cp2Mg)。可将用以输送原料气体的载气设为氢气。
(p型AlGaN接触层的生长)
该工序为使p型AlGaN接触层在第二导电型包覆层上生长的工序。在该工序中，使反应炉内保持在规定的炉内压力、基板温度后，向炉内供给作为原料的TMAl、TMGa、NH3及用以使导电性成为p型导电性的杂质原料，从而使p型AlGaN接触层生长。可将该工序的规定的炉内压力设为例如75mbar(75×102Pa)、基板温度设为1100℃。这些数值仅为一个实例，并不特别限定于此。作为用以使导电性成为p型导电性的杂质原料，可以使用双(环戊二烯)镁(Cp2Mg)。可将用以输送原料气体的载气设为氢气。
(活化退火工序)
在该工序中，通过在加热炉内以规定的温度、时间对晶圆进行退火，从而使第二导电型包覆层、p型AlGaN接触层的p型杂质活化。可将加热炉内的活化设为例如750℃、10分钟。
(厚膜外延层等的形成)
可在紫外发光元件层上接合相对于紫外光呈透明的永久支撑基板(S7)。此外，可通过HVPE法而使厚膜的外延层生长(S8)。
(利用激光的外延层的剥离)
为了制作例如深紫外发光二极管等的紫外线发光元件用基板，从第二导电型包覆层侧(紫外发光元件层侧)照射穿透外延层、晶种并且会被GaN吸收的激光，将所述支撑基板从晶种层与晶种上的外延层上分离(S9)。所照射的激光会被支撑基板表面的氮化镓吸收，支撑基板通过所产生的热而被剥离、分离。
(种基板、支撑基板的再生)
通过在制作贴合基板时(S3)，贴合由AlxGa1-xN(0.5＜x≤1.0)单晶构成的晶种，并对剥离晶种层所剩余的单晶及所剥离的支撑基板加以再生而使用，能够对昂贵的化合物半导体基板进行再利用，因此可以降低成本。
通过利用本发明的制造方法制作特别适合于深紫外线区域的发光二极管的紫外线发光元件用外延片及紫外线发光元件用基板，能够通过简便的外延生长得到位错密度小的高质量基板，能够提升外延工序的生产率。此外，由于可以利用激光剥离来剥离基板，因此可以降低器件工序的成本。此外，通过回收AlN单晶基板或氮化镓基板并进行再研磨，能够对昂贵的化合物半导体单晶基板进行再利用，因此可以平价地制造深紫外线区域的发光二极管等的紫外线发光元件用基板。
实施例
以下将列举出实施例而对本发明进行具体说明，但并不以此限定本发明。
(实施例1)
使由SiO2构成的接合层在氮化镓自支撑基板上生长2μm，准备贴合有由AlN单晶构成的晶种的基板。通过事先从AlN单晶的氮侧面进行离子注入来形成脆弱层，通过进行接合、剥离，在所述接合层上形成厚度为200nm的AlN单晶层。然后，对剥离后所残留的AlN单晶层的表面进行研磨以去除残留的脆弱层，得到良好的晶种层表面。另外，对剥离后的AlN单晶加以回收并进行再研磨，将其作为晶种层形成用基板进行再利用。
通过HVPE法，使AlN在以上述方式得到的贴合基板上生长150μm，取出生长后的基板。对AlN生长后的基板进行XRD摇摆曲线测定，结果为AlN(0002)42角秒、AlN(10-12)91角秒，得知得到了结晶性良好的模板。
接着，通过MOVPE法，使n型Al0.95Ga0.05N在模板上生长2.5μm。在其上形成3层的阻挡层(Al0.75Ga0.25N)、阱层(Al0.6Ga0.4N)所构成的量子阱结构。然后，形成p型Al0.95Ga0.05N层与p型AlGaN接触层。在形成p型AlGaN接触层后，使MOVPE炉内成为氮气氛围，以750℃进行10分钟的活化退火。
通过从p型AlGaN接触层侧射入波长为308nm的激光，使氮化镓自支撑基板的表面吸收激光，通过所产生的热，将氮化镓自支撑基板与外延层、晶种层、接合层剥离。
利用溶液，对剥离氮化镓自支撑基板后的由外延层、晶种层、接合层构成的基板进行蚀刻，由此去除作为接合层的SiO2以及氮化镓、Ga的残渣，得到适合于深紫外发光二极管的外延基板。另外，对剥离后的氮化镓单晶加以回收并进行再研磨，将其作为支撑基板进行再利用。
(实施例2)
准备通过常温接合而在氮化镓(GaN)自支撑基板上贴合有由AlN单晶构成的晶种的基板。即，通过从AlN单晶的氮侧面进行离子注入来形成脆弱层后，通过氩离子蚀刻而使AlN单晶、GaN自支撑基板表面活化，由此形成非晶层(接合层)，再以加压的方法接合，并在脆弱层剥离AlN单晶而得到贴合基板。另外，对剥离后的AlN单晶加以回收并进行再研磨，将其作为晶种层形成用基板进行再利用。
使用MOVPE法，使n型Al0.95Ga0.05N在上述贴合基板上生长2.5μm。在其上形成3层的阻挡层(Al0.75Ga0.25N)、阱层(Al0.6Ga0.4N)所构成的量子阱结构。然后，形成p型Al0.95Ga0.05N层与p型AlGaN接触层。在形成p型AlGaN接触层后，使MOVPE炉内成为氮气氛围，以750℃进行10分钟的活化退火。
使SiO2作为接合层成膜于外延生长后的基板，并与同样成膜有SiO2的蓝宝石基板贴合。
通过从蓝宝石基板的背面射入波长为308nm的激光，使氮化镓自支撑基板的表面吸收激光，通过所产生的热，将氮化镓自支撑基板与蓝宝石基板、接合层、外延层、晶种层剥离，得到适合于深紫外发光二极管的外延基板。另外，对剥离后的氮化镓单晶加以回收并进行再研磨，将其作为支撑基板进行再利用。
(实施例3)
通过到活化退火工序为止与实施例2相同的步骤制作外延片。使用HVPE法，使AlGaN在所述晶圆的p型AlGaN接触层上生长150μm。由于AlGaN层与所述p型AlGaN接触层晶格匹配，因此以与AlGaN接触层相同的Al组成进行制作。
通过从所述基板的p型AlGaN接触层侧射入波长为308nm的激光，使氮化镓自支撑基板的表面吸收激光，通过所产生的热，将氮化镓自支撑基板与外延层、晶种层、接合层剥离，得到适合于深紫外发光二极管的外延基板。另外，对剥离后的氮化镓单晶加以回收并进行再研磨，将其作为支撑基板进行再利用。
(比较例1)
将蓝宝石基板导入MOVPE装置的反应炉内，加热至1030℃，并在供给氢气的状态下进行10分钟的清洁。通过在规定的炉内压力及基板温度下，导入作为原料的Al、Ga、N源的气体，从而使用于改善外延层的结晶性的缓冲层在蓝宝石基板上生长3μm。关于使第一导电型包覆层生长的工序～活化退火工序，通过与实施例1的方法相同的制造方法，制作深紫外线区域的发光二极管用外延基板。
将对实施例1～3与比较例1中制作的深紫外发光二极管用外延基板进行XRD摇摆曲线测定而得到的结果示于表1。如表1所示，实施例的深紫外发光二极管用外延基板的AlN(0002)的XRD摇摆曲线的FWHM(半峰全宽)为35～60角秒，相对于此，比较例的FWHM为562角秒，相较于比较例1，实施例得到了结晶性更为良好的外延基板。
[表1]
XRD RC AlN(0002)(角秒)
实施例1 41
实施例2 60
实施例3 35
比较例1 562
(比较例2)
将比较例1的方法变更成如下方法，制作通过外延生长制作激光剥离的剥离层的深紫外线区域的发光二极管用外延基板：在使缓冲层生长的工序中，以500℃使低温GaN生长后，升温至1100℃，使GaN层生长100nm。将外延基板从MOVPE装置中取出，结果在外延层整面都产生了裂纹。此外，比较了贯穿位错密度，结果实施例的方法的贯穿位错密度为3～7×104cm-1，相对于此，比较例2的方法的贯穿位错密度为2×108cm-1，贯穿位错密度显著增加。
如上所述，通过本发明的实施例，以低成本得到了结晶性良好的外延基板。
另外，本发明并不限定于上述实施方案。上述实施方案为例示，任何具有与本发明的权利要求书中记载的技术构思实质相同的构成且发挥相同作用效果的技术方案均包含在本发明的技术范围内。

Claims (13)

1.一种紫外线发光元件用外延片的制造方法，其特征在于，其具有：
准备至少一个表面由氮化镓构成的支撑基板的工序；
在所述支撑基板的由所述氮化镓构成的所述表面形成接合层的工序；
在所述接合层上贴合由AlxGa1-xN单晶构成的晶种，形成具有晶种层的贴合基板的工序，其中，0.5＜x≤1.0；及
使至少包含由AlyGa1-yN构成的第一导电型包覆层、AlGaN系活性层及由AlzGa1-zN构成的第二导电型包覆层的紫外发光元件层在所述贴合基板的所述晶种层上外延生长的工序，其中，0.5＜y≤1.0、0.5＜z≤1.0。
2.根据权利要求1所述的紫外线发光元件用外延片的制造方法，其特征在于，
在形成所述贴合基板的工序中，通过对AlxGa1-xN单晶自支撑基板或AlxGa1-xN外延基板进行离子注入而在内部形成脆弱层后，与所述支撑基板贴合，并在所述脆弱层进行剥离，由此形成所述晶种层，其中，0.5＜x≤1.0。
3.根据权利要求1或2所述的紫外线发光元件用外延片的制造方法，其特征在于，其具有：
在使所述第一导电型包覆层生长前，通过HVPE法而使外延层在所述晶种层上生长的工序。
4.根据权利要求1或2所述的紫外线发光元件用外延片的制造方法，其特征在于，其具有：
将相对于紫外光呈透明的永久支撑基板接合于所述紫外发光元件层侧的工序。
5.根据权利要求1或2所述的紫外线发光元件用外延片的制造方法，其特征在于，其具有：
通过HVPE法而使外延层在所述紫外发光元件层侧生长的工序。
6.一种紫外线发光元件用基板的制造方法，其特征在于，对于通过权利要求1～5中任一项所述的紫外线发光元件用外延片的制造方法得到的紫外线发光元件用外延片，从所述紫外发光元件层侧照射会被氮化镓吸收的激光，使所述支撑基板分离而得到紫外线发光元件用基板。
7.一种紫外线发光元件用外延片，其特征在于，其具备：
贴合基板，其包含至少一个表面由氮化镓构成的支撑基板、所述支撑基板的由所述氮化镓构成的所述表面上的接合层及所述接合层上的由AlxGa1-xN单晶构成的晶种层，其中，0.5＜x≤1.0；及
紫外发光元件层，其为所述贴合基板的所述晶种层上的紫外发光元件层，其至少包含由AlyGa1-yN构成的第一导电型包覆层、AlGaN系活性层及由AlzGa1-zN构成的第二导电型包覆层，其中，0.5＜y≤1.0、0.5＜z≤1.0。
8.根据权利要求7所述的紫外线发光元件用外延片，其特征在于，
所述支撑基板由GaN自支撑基板、具备GaN层的蓝宝石基板、具备GaN层的SiC基板、具备GaN层的Si基板、表面为由GaN单晶构成的材料的工程基板中的任意一种构成。
9.根据权利要求7或8所述的紫外线发光元件用外延片，其特征在于，
所述晶种层对波长为230nm的光的透光率为70％以上。
10.根据权利要求7～9中任一项所述的紫外线发光元件用外延片，其特征在于，
所述AlGaN系活性层为多量子阱(MQW)结构，并含有In作为除Al、Ga、N以外的构成元素，所述In的比例小于1％。
11.根据权利要求7～10中任一项所述的紫外线发光元件用外延片，其特征在于，
所述AlGaN系活性层在以25℃注入0.2A/mm2的电流时发射的光谱的λp的波长比290nm短。
12.根据权利要求7～11中任一项所述的紫外线发光元件用外延片，其特征在于，
在所述紫外发光元件层侧具备相对于紫外光呈透明的永久支撑基板。
13.一种紫外线发光元件用基板，其特征在于，其通过将权利要求7～12中任一项所述的紫外线发光元件用外延片中的所述支撑基板分离去除而得到。
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