TW200933933A - Group III nitride semiconductor light emitting device, method of manufacturing thereof, and lamps using the same - Google Patents

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Taiwan
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layer
buffer layer
nitride semiconductor
light
group iii
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TW097136316A
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English (en)
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Yasunori Yokoyama
Hisayuki Miki
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Showa Denko Kk
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Description

200933933 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明乃關於適用在發光二極體（LED )、雷射二極體 (LD)、電子裝置等，層積以一般式AlaGabIneN ( OSaSl、 OSbSl、OSc^l、a+b+c=l)所表示之III族氮化物半 • 導體所成之III族氮化物半導體發光元件及該製造方法以 . 及燈。 ❹ 本發明乃對於2007年9月27日申請之日本特願 2007-251478號主張優先權，在此沿用該內容。 【先前技術】 ΠΙ族氮化物半導體乃具有相當於從可見光至紫外光 領域之範圍的能量之直接遷移型之能帶隙，在於發光效率 非常優異之故，做爲發光二極體（LED )或雷射二極體（ LD)等之半導體發光元件被商品化，而使用於各種之用 ❹ 途上。又，使用於電子裝置之時，III族氮化物半導體乃 相較使用以往之III-V族化合物半導體之時，具有可得優 異特性之位能。 如此III族氮化物半導體乃一般而言，將三甲基鎵、 三甲基鋁及氨爲原料，經由有機金屬化學氣相層積 (MOCVD)法加以製造。MOCVD法乃在載體氣體，含入原 料蒸氣，運送至基板表面，在加熱之基板表面，經由分解 原料，使結晶成長之方法。 以往，III族氮化物半導體之單結晶晶圓未被市售， 200933933 做爲III族氮化物半導體，一般而言乃採用在不同之材料 之單結晶上，使結晶成長所得之方法。如此，在異種基板 ，以及在其上磊晶成長之族氮化物半導體結晶之間’ 存在有大的晶格失配。例如，於藍寶石（A1203 )基板上 ，成長氮化鎵（GaN )之時，兩者之間，存在16%之晶格 - 失配，於SiC基板上，成長氮化鎵之時，兩者之間，存在 . 6%之晶格失配。一般而言，存在如上述之大的晶格失配 〇 之時，於基板上難以直接磊晶成長結晶，又即使成長之時 ，有無法得結晶性良好之結晶的問題。 因此，一般而言，進行有提案之經由有機金屬化學氣 相層積（MOCVD)法，於藍寶石單結晶基板或SiC單結 晶基板上，使III族氮化物半導體結晶磊晶成長之時，首 先於基板上層積稱之爲氮化鋁（A1N )或氮化鋁鎵（ AlGaN )所成低溫緩衝層的層，於其上以高溫磊晶成長 III族氮化物半導體結晶之方法（例如，專利文獻1、2 ) 〇 但是，記載於專利文獻1及2之方法中，基本上，與 其上成長之III族氮化物半導體結晶之間，未晶格匹配之 故，於成長之結晶內部，內含有朝向表面延伸之稱之爲貫 通換位之換位的狀態。爲此，在結晶會產生歪曲，不使構 造調正的話’有無法得充分之發光強度，或有生產性下降 等的問題》 又’亦有提案將上述緩衝層以MOCVD以外之方法成 膜之技術。例如，提案有在於以高頻濺鍍成膜之緩衝層上 -5- 200933933 ’經由MOCVD成膜同樣組成之結晶之方法（例如，專利 文獻3)但是，記載於專利文獻3之方法中，有在於基板 上’無法層積良好之結晶的問題。 在此，爲得安定良好之結晶，提案有成長緩衝層之後 ’在氨與氫混合之氣體中加以退火之方法（例如專利文獻 ' 4 ) ’或將緩衝層以400°C以上之溫度，經由DC濺鍍加以 . 成膜之方法（例如專利文獻5 )等。 〇 又’提案有在於藍寶石基板上，形成成爲特定氧組成 比及氮組成比之氧氮化鋁層，於此氧氮化鋁層上，形成導 入P型不純物之氮化物半導體所成緩衝層，更且，於此緩 衝層上形成氮化物半導體薄膜之方法。（例如專利文獻6 )等。 [專利文獻1]日本特許3026087號公報 [專利文獻2]日本特開平4-297023號公報 [專利文獻3]日本特開平5-86646號公報 © [專利文獻4]日本特許3440873號公報 [專利文獻5]曰本特許3 700492號公報 [專利文獻6]曰本特開2006-4970號公報 【發明內容】 [發明欲解決之課題] 使用上述專利文獻3〜6之濺鍍法，於基板上形成緩 衝層之時’附著於濺鍍裝置之處理室內壁之水分等之含氧 物，則經由濺射從內壁擊出，於基板上成膜緩衝層之時， -6- 200933933 不可避免會被混入。爲此，使用濺鍍法形成之緩衝層，則 成爲至少一定以上之範圍，例如成爲2%程度之範圍之含 氧之膜。 - 但是，經由本發明人等的不斷檢討，緩衝層中之氧濃 度，例如超過1 %時，層積於此緩衝層上之ΠΙ族氮化物 ' 半導體之結晶會下降，會有使III族氮化物半導體所成發 . 光元件之發光特性下降之情形。 〇 本發明乃有鑑於上述問題，提供具有優異發光特性之 III族氮化物半導體發光元件及該製造方法，以及燈爲目 的者。 [爲解決課題之手段] 本發明乃關於如下。 〔1〕在藍寶石所成基板上，至少層積III族氮化物 化合物所成緩衝層，於該緩衝層上，順序層積η型半導體 〇 層、發光層及Ρ型半導體層的III族氮化物半導體發光元 件中，前述緩衝層乃經由反應性濺鍍法所形成者，前述緩 . 衝層則含有氧，緩衝層中之氧濃度爲1原子％以下爲特徵 之III族氮化物半導體發光元件。 〔2〕前述緩衝層乃將含金屬Α1原料與氮元素之氣體 ，經由以電漿活性化之反應性濺鍍法所形成，而由 Α1Ν 所成爲特徵之如申請專利範圍第1項之III族氮化物半導 體發光元件。 〔3〕前述緩衝層中之氧濃度爲0.8原子％以下爲特徵 -7- 200933933 之〔1〕或〔2〕項記載之III族氮化物半導體發光元件 〔4〕含於前述緩衝層之氧乃在前述緩衝層之膜內， 成爲略均勻之氧濃度分布爲特徵之〔U〕至〔3〕之任一項 記載之III族氮化物半導體發光元件。 〔5〕前述緩衝層之膜厚乃在10〜5 00nm之範圍爲特 - 徵之〔1〕至〔4〕之任一項記載之III族氮化物半導體發 . 光元件。 ❹ 〔6〕前述緩衝層之膜厚乃在20〜lOOnm之範圍爲特 徵之〔1〕至〔5〕之任一項記載之III族氮化物半導體發 光元件。 〔7〕前述緩衝層乃使被覆前述基板表面之至少90% 而形成爲特徵之〔1〕至〔7〕之任一項記載之III族氮化 物半導體發光元件。 〔8〕在藍寶石所成基板上，至少層積III族氮化物 化合物所成緩衝層，於該緩衝層上，順序層積η型半導體 ❹ 層、發光層及Ρ型半導體層的III族氮化物半導體發光元 件之製造方法中，使前述緩衝層經由反應性濺鍍法而形成 . 的同時，前述緩衝層則含有氧，且緩衝層中之氧濃度成爲 1原子％以下而形成爲特徵之III族氮化物半導體發光元 件之製造方法。 〔9〕將前述緩衝層，與含金屬Α1原料與氮元素之氣 體，使用以電槳活性化之反應性濺鍍法，由 Α1Ν所形成 爲特徵之記載於〔8〕之III族氮化物半導體發光元件之 製造方法。 -8- 200933933 〔10〕令前述緩衝層，使濺鍍裝置之處理室內之到達 真空度爲1.5xlO_5Pa以下爲條件而形成爲特徵之記載於〔 8〕或〔9〕之III族氮化物半導體發光元件之製造方法。 〔11〕於前述濺鍍裝置之處理室內，進行虛擬放電後 ，形成前述緩衝層爲特徵之記載於〔8〕至〔1〇〕之任一 - 者之III族氮化物半導體發光元件之製造方法。 „ 〔 12〕令前述緩衝層，經由使含有前述氮元素之氣體 Q 流通於反應器內的反應濺鍍法而成膜爲特徵之記載於〔8 〕至〔1 1〕之任一者之III族氮化物半導體發光元件之製 造方法者。 〔13〕前述緩衝層乃經由RF濺鍍法而形成爲特徵之 記載於〔8〕至〔12〕之任一者之III族氮化物半導體發 光元件之製造方法》 〔14〕令前述緩衝層，使前述基板溫度在400〜800°C 之範圍下而形成爲特徵之記載於〔8〕至〔13〕之任一者 Ο 之ΙΠ族氮化物半導體發光元件之製造方法。 〔15〕經由記載於上述〔8〕〜〔14〕之製造方法所 得之III族氮化物半導體發光元件。 〔16〕使用記載於上述〔1〕〜〔7〕或〔15〕之任一 者之III族氮化物半導體發光元件之燈。 [發明之效果] 根據本發明之III族氮化物半導體發光元件時，經由 反應性濺鍍法而形成之緩衝層則含有氧，且緩衝層中之氧 -9- 200933933 濃度成爲1原子％以下之故，層積於緩衝層上之in族氮 化物半導體之結晶性會提升，因此可得具有優異之發光特 性之III族氮化物半導體發光元件。 一 【實施方式】 ' 以下，對於關於本發明之III族氮化物半導體發光元 - 件及其製造方法，燈之一實施形態，適切參照圖1〜7而 ® 加以說明。 [III族氮化物半導體發光元件] 本實施形態之III族氮化物半導體發光元件（以下有 略稱爲發光元件之情形）1乃在藍寶石所成基板11上， 至少層積III族氮化物化合物所成緩衝層12，於該緩衝層 12上，順序層積n型半導體層14、發光層15及p型半導 體層16的III族氮化物半導體發光元件1中，緩衝層12 © 乃經由反應性濺鍍法所形成，緩衝層12則含有氧，且緩 衝層12中之氧濃度爲1原子％以下者。 (發光元件之層積構造） 圖1乃爲說明關於本發明之III族氮化物半導體發光 元件之一例之圖，顯示於基板上形成III族氮化物半導體 之層積半導體之一例的槪略剖面圖。 圖1所示層積半導體層10乃在基板11上，層積III 族氮化物化合物所成緩衝層12，於該緩衝層12上，形成 -10- 200933933 順序層積η型半導體層14、發光層15及p型半導體層16 的半導體層20。本實施形態之緩衝層12乃如上述’經由 反應性濺鍍法所形成之層’氧濃度爲1原子％以下。 然後，於上述層積半導體10中，如圖2之平面圖及 圖3之剖面圖所示之例’在於P型半導體層16上’層積 ' 透光性正極17，於其上形成正極接合墊片18的同時’在 - 形成於η型半導體層14之η型連接層14b之曝露範圍 φ 14d，層積負極19，構成本實施形態之發光元件Ϊ。 以下，對於本實施形態之II1族氮化物半導體發光元 件之層積構造加以詳述。 『基板』 本實施形態中，做爲基板11之材料’則使用藍寶石 〇 一般而言，做爲層積III族氮化物半導體結晶之基板 ❹ 材料，例如選擇使用藍寶石、Sic、矽、氧化鋅、氧化鎂 、氧化錳、氧化锆、氧化錳鋅鐵、氧化鎂鋁、砸化锆、氧 . 化鎵、氧化銦、氧化鋰鎵、氧化鋰鋁、氧化銨鎵、氧化鑭 緦鋁鉅、氧化緦钽、氧化鈦、鈴、鎢、鉬等之ΠΙ族氮化 物半導體結晶，磊晶成長於表面之基板材料。其中，將藍 寶石、Sic等之具有六方晶構造之材料，使用於基板時， 可層積結晶性良好之ΠΙ族氮化物半導體之故爲佳，最佳 爲使用藍寶石。 又，做爲基板之大小，通常使用直徑2英吋程度之物 -11 - 200933933 ，而本發明之III族氮化物半導體中可使用直徑4〜6英 吋的基板。 然而，不使用氨而成膜緩衝層的同時，在使用氨之方 法下，經蚱成膜構成η型半導體層之基底層，上述基板材 料之內，以高溫接觸氨之時，使用會產生化學性之變性之 - 氧化物基板或金屬基板等之時，本實施形態之緩衝層則做 - 爲塗佈層而作用之故，有防止基板化學性變質之效果。又 〇 ，一般而言，濺鍍法可抑制壓低基板之溫度之故，即使用 具有在高溫下會分解之性質的基板之時，可不給予基板 11損傷地，進行對於基板上之各層之成膜。 『緩衝層』 本實施形態之層積半導體10乃於藍寶石所成基板11 上，以反應性濺鍍法加以形成，至少設置III族氮化物化 合物所成之緩衝層12。緩衝層12乃可將含金屬Α1原料 © 與氮元素之氣體，經由以電漿活性化之反應性濺鏟法加以 形成。 . 如本實施形態使用電漿化之金屬原料之方法所成膜之 _ 膜，乃有易於得配向之作用。 成爲如此緩衝層之ΙΠ族氮化物化合物之結晶乃具有 六方晶系之結晶構造，經由控制成膜條件，可成爲單結晶 膜。又，π I族氮化物化合物之結晶乃經由控制上述成膜 條件，可成爲六角柱爲基板之集合組織所成柱狀結晶。然 而，在此說明之柱狀結晶，乃指在於鄰接之結晶粒間，形 -12- 200933933 成結晶粒場而隔開，其本身乃就縱剖面而言成爲柱狀之結 晶。 緩衝層12爲單結晶構造之時，在於緩衝機能^面上爲 較佳者。如上所述，ΠΙ族氮化物化合物之結晶乃具有六 方晶系之結晶，形成六角柱爲基本之組織。ΠΙ族氮化物 • 化合物之結晶乃經由控制成膜等之條件，可成膜朝向面內 . 方向成長之結晶。將具有如此單結晶構造之緩衝層12, 〇 成膜於基板11上之時，緩衝層12之緩衝機能會有效作用 之故，成膜於其上之III族氮化物半導體之層乃成爲具有 良好之配向性及結晶性之結晶膜。 緩衝層12之膜厚乃以10〜5 00nm之範圍爲佳。使緩 衝層12之膜厚在此範圍之時，可具有良好之配向性，又 於緩衝層12上成膜III族氮化物半導體所成各層之時， 可得做爲塗佈層有效工作之緩衝層12。 緩衝層12之膜厚不足10nm之時，會有做爲上述塗 〇 佈層之功能無法充分發揮之虞。又，以超過5 OOnm之膜 厚形成緩衝層12之時，雖然做爲塗佈層之功能沒有變化 _ ，但成膜處理時間會變長，會有生產性下降之疑慮。 又，緩衝層12之膜厚乃以20〜1 OOnm之範圍者爲更 佳。 本實施形態中，緩衝層1 2爲A1N所成之組成爲佳。 一般而言，做爲層積於基板上之緩衝層，爲含AL之 組成者爲佳，只要是一般式AlGalnN所示之III族氮化物 化合物，可使用任何之材料，更且可爲含有做爲V族之 -13- 200933933
As或P之組成。其中，令緩衝層爲含A1之組成之時，爲 GaAIN者爲佳，此時，A1之組成爲50%以上者爲更佳。 又，緩衝層12由A1N所構成者爲最佳。 - 又，做爲構成緩衝層12之材料，雖可使用具有與III 族氮化物半導體相同結晶構造者，但以晶格長度接近構成 ' 後述基底層之III族氮化物半導體者爲佳，尤其適用於周 . 期表之Ilia族元素之氮化物。 〇 緩衝層12以含有氧。且緩衝層12中之氧濃度爲1原 子％以下者爲佳。 當緩衝層中之氧濃度超過1原子％時，膜中之氧會過 多，基板與緩衝層間之晶格常數之匹配性會下降，做爲緩 衝層之功能亦會有所下降。 如本實施形態，緩衝層經由反應性濺鍍法形成之時， 附著於濺鍍裝置之處理室（參照圖5之符號41)內壁之 水分等之含氧物，則於濺鍍成膜處理時，從處理室之內壁 〇 向處理室內空間擊出，在成膜於基板上之緩衝層中，會有 氧被混入。爲此，使用濺鍍法形成之緩衝層乃雖成爲具有 _ 至少含一定以上之氧的膜，令緩衝層12以A1N構成之時 ，藉由以上述範圍（上限濃度：1原子％)含有少量之氧 » ，會接近藍寶石所成基板之晶格常數，提升基板與緩衝層 間之晶格常數之匹配性，而提升緩衝層之配向性。 由此，可提升形成於緩衝層上之III族氮化物半導體 之結晶性。在此，含於緩衝層12之氧量，則如上述上限 値所示，只要低濃度即可，緩衝層12乃經由含有極少量 -14- 200933933 之氧，可得上述效果。 又，緩衝層12之氧濃度乃以原子％成爲0.8%以下者 爲更佳。 - 本實施形態中，將含於緩衝層1 2中之氧之濃度，經 由控制於上述範圍，可提升A1N所成緩衝層12與藍寶石 ' 所成基板11之晶格匹配性之故，緩衝層12則成爲配向性 - 優異之層。形成於如此緩衝層12上之III族氮化物半導 © 體乃成爲結晶性優異之層之故，可實現發光特性優異之 ΙΠ族氮化物半導體發光元件。 本實施形態中，緩衝層1 2膜內之氧濃度分布略爲均 勻者爲佳。 於緩衝層12之膜內，經由使氧無不均地加以均勻分 布，可更提升與如上述基板11之晶格匹配性。由此，更 可提升緩衝層12上之III族氮化物半導體之結晶性，進 而實現發光特性更爲優異之族氮化物半導體發光元件。 Ο 『半導體層』 . 如圖1所示，本實施形態之層積半導體層10乃在基 板11上，藉由上述緩衝層12，由III族氮化物半導體所 成，層積由η型半導體層14、發光層15及p型半導體層 16所構成之半導體層20。又，1圖示例之層積半導體10 乃備於η型半導體層14之基底層14a，層積於緩衝層12 上者。 做爲 III族氮化物半導體，例如有以一般式 -15- 200933933
AlxGayInzNi-ΑΜΑ ( O^X^l ' O^Y^l ' O^Z^l 且 X+Y + Z=1。記號M爲表示除了氮（N)之外之第V族元素 ，0SA<1。所示之氮化鎵系化合物半導體被眾所周知’於 本發明中，亦包含該周知之氮化鎵系化合物半導體’可無 限制使用一般式 AlxGaYlnzlSh-ΑΜΑ ( 0SX‘l、0SYS1、 • 0SZS1且X+Y+Z=l。記號Μ爲表示除了氮（N)之外 • 之第V族元素，0SA<1。）所7Γ：之氮化鎵系化合物半導 ❹ 體。 氮化鎵系化合物半導體乃除了 Al、Ga及In以外，可 含有其他之Π族元素，依需要可含有Ge、Si、Mg、Ca、 Zn、Be、P及As等之元素。更且，不限於有意圖添加之 元素，有包含關連於成膜條件等’必然含有之不純物’以 及原料；含於反應管材質之微量不純物之情形。 ^ η型半導體層」 ® η型半導體層14乃通常，層積於前述緩衝層12上， 由η型連接層14b及η型包覆層14c所構成。然而，η型 - 連接層雖可兼爲基底層，及/或η型包覆層，但基底層亦 . 可兼做爲η型連接層。 (基底層} 本實施形態之基底層14a乃由III族氮化物半導體所 成，經由以往公知之MOCVD法，層積於緩衝層12上而 成膜。 -16- 200933933 做爲基底層14a之材料，無需一定與成膜在3 上之緩衝層12相同，使用不同之材料亦可’ > AlyGai.yN 層（OSySl，較佳爲 0SyS0.5，| OSySO.l)構成者爲佳。 做爲使用於基底層14a之材料’可適用含Ga • 族氮化物化合物，即使用GaN系化合物半導體， . 用 AlGaN 或 GaN。 © 又，將緩衝層12做爲A1N所成柱狀結晶之集 形成之時，基底層1 4a則未不使緩衝層1 2之結晶 續，需經由遷移，使換位成爲迴圈化，但如此材料 列舉含上述Ga之GaN系化合物半導體，尤其適用 或 GaN。 基底層14a之膜厚爲0.1 ~8 μπι之範圍時，可 性良好之基底層之故爲佳，爲0.1〜2 μιηΐ之範圍時 所需之工程時間可縮短，可提升生產性之故因而爲 © 基底層14a乃依需要，η型不純物雖可在1 > 1 xlO19個/cm3之範圍內加以摻雜而構成亦可，亦可 . 雜（<1 xlO17個/cm3 )之構成，未摻雜者可維持良 晶之故因而較佳。 基板11有導電性之時，經由在於基底層14a 雜劑而呈導電性，可於發光元件之上下，形成電極 方面，於基板11使用絕緣性之材料時，在發光元 一面，採設置正極及負極之各電極之晶片構造之故 層14a成爲不摻雜之結晶者，可得良好之結晶性之 板11 L以由 佳爲 之III 尤其適 合體而 性被接 ，亦可 AlGaN 得結晶 ，成膜 ί圭。 ：1017 ~ 爲未慘 好之結 摻雜摻 。另一 件之同 ，基底 故因而 -17- 200933933 較佳。做爲η型不純物雖未特別加以限定，例如可列舉 Si、Ge及Sn等，較佳可列舉Si及Ge。 { η型連接層} 本實施形態之η型連接層14b乃由III族氮化物半導 ♦ 體所成，經由MOCVD法或濺鍍法，層積於基底層14a上 . 而成膜。
〇 做爲η型連接層14b，與基底層14a相同，由AlxGai.xN 層（OSxSl，較佳爲0SxS0.5，更佳爲OSxSO.l)構成者 爲佳又，摻雜η型不純物爲佳，當n型不純物以ΙχΙΟ17〜 ΙχΙΟ19個/cm3’更佳爲1χ1〇18〜1χ1〇19個/cm3之濃度而含 有之時，在於與負極之良好電性接觸之維持、龜裂產生之 抑制、良好結晶性之維持上爲較佳者。做爲η型不純物雖 未特別加以限定，例如可列舉Si、Ge及Sn等，較佳可爲 Si及Ge。成長溫度乃與基底層相同。又，如上述，η型 φ 連接層14b乃可兼做成基底層之構成。 構成基底層14a及η型連接層14b之氮化鎵系化合物 _ 半導體乃同一組成者爲佳，令此等合計之膜厚設定於 0.1-2 0 μιη，較佳設定於0.5〜15 μιη，更佳爲設定於1〜12 μιη之範圍者。膜厚在此範圍時，半導體之結晶可被良好 維持。 { η型包覆層} 於上述η型連接層14b與詳述於後之發光層15間， -18- 200933933 設置η型包覆層者爲佳。經由設置η型包覆層14c，可改 善產生於η型連接層14b之最表面平坦性之惡化。η型包 覆層 14c乃可使用MOCVD法等，經由 AlGaN、GaN、 GalnN等而成膜。又，可爲此等之構造之異質接合或複數 次層積之超晶格構造。於成爲GalnN時，必然是以較發 - 光層15之GalnN之能帶隙爲大者爲佳。 • η型包覆層14c之膜厚雖未特別加以限定，但爲較佳 〇 爲5〜5 00nm之範圍，更佳者爲5〜1 OOnm之範圍。 又，η型包覆層 Me之n型掺雜濃度爲1χ1〇17〜 1 xl02Q個/ cm3之範圍爲佳，更佳者爲1 X 1〇18〜1 χίο19個 /cm3之範圍。掺雜濃度爲此範圍時，在此良好之結晶性之 維持及發光元件之動作電壓之減低之方面上爲較佳者。 「P型半導體層」 p型半導體層16乃通常由p型包覆層16a及p型連 © 接層16b所構成’使用MOCVD法或反應性濺鍍法而成膜 。又，P型連接層乃可兼做爲P型包覆層而構成。 . 本實施形態之P型半導體層16乃添加爲將導電性控 制於P型之P型不純物。做爲p型不純物雖未特別加以限 定，使用Mg者爲佳，或同樣地可使用Zn。 又’做爲P型半導體層16整體之膜厚，雖未特別加 以限定，較佳爲0.05~1 μπι之範圍。 { Ρ型包覆層} -19- 200933933 做爲p型包覆層16a，爲較詳述於後之發光層15之 能量間隙爲大之組成，只要可封閉朝向發光層15之載子 者，不特別加以限定’但較佳者可列舉爲AldGai-dN(0<dS0.4 ，較佳爲0.1 Sd$0.3)p型包覆層16a乃由如此AlGaN所 成之時，在於發光層15之載子之封閉面上是爲較佳者。 * p型包覆層16a之膜厚雖未特別加以限定，但爲較佳 , 爲 l~400nm，更佳者爲 5~l〇〇nm。 〇 經由於P型包覆層16a，添加p型不物所得之p型掺 雜劑濃度爲1X1018〜1X1021個/cm3之範圍爲佳，更佳者 爲ΙχΙΟ19〜5χ102<)個/cm3。p型摻雜劑濃度爲上述範圍時 ，結晶性不會下降，可得良好之P型結晶。 { P型連接層} 做爲P型連接層16b，爲至少含有由AleGai.eN (0Se<0.5， 較佳爲〇SeS0.2，更佳爲OSeSO.l)所成氮化鎵系化合 ❹ 物半導體。A1組成在上述範圍之時，在於良好結晶性之 維持及與P電性電極（參照後述之透光性電極17)良好之電 . 性接觸之面上爲較佳。p型型連接層16b之膜厚雖未特別 加以限定，但爲較佳爲10〜500nm，更佳者爲50~200nm。 膜厚在此範圍時，在發光輸出的觀點上爲較佳者。 又，經由在於P型連接層16b，添加p型不物所得之 P型掺雜劑濃度爲1 χΙΟ18〜1 X 1021個/cm3之範圍時，在於 良好之電性連接之維持，龜裂產生之防止，良好之結晶之 維持的觀點上爲較佳，更佳者爲5χ1019〜5χ102〇個/cm3 -20- 200933933 之範圍。 「發光層」 發光層15乃層積於η型半導體層14上的同時’ P型 半導體層16層積於其上，可經由以往公知之M0CVD法 • 等加以成膜。又，發光層15乃如圖1所示’交互重覆層 . 積氮化鎵系化合物半導體所成障壁層15a、和含銦之氮化 〇 鎵系化合物半導體所成井層15b而成，圖示例中，於η型 半導體層14側及ρ型半導體層16側，以配置障壁層15a 之順序加以層積形成。 做爲障壁層15a，例如可適用較含銦之氮化鎵系化合 物半導體所成井層15b能量間隙爲大之AIeGai-eN (0Sc<0.3) 等之氮化鎵系化合物半導體。 又，井層15b中，做爲含銦之氮化鎵系化合物半導體 ，例如可可使用Gai-sInsN ( 0<S<0.4 )等之氮化鎵銦。 ❹ 又，做爲發光層1 5整體之膜厚’則未特別加以限定 。例如，發光層15之膜厚乃在卜5 OOnm之範圍爲佳’尤 _ 以10 Onm前後之膜厚爲更佳。膜厚在此範圍時，可賦予 發光輸出的提升。 本實施形態之半導體層20乃如上述’至少含有氧而 成，形成於該氧濃度爲原子％爲1 %以下之緩衝層12上之 故，可成爲結晶性優異之ΙΠ族氮化物半導體之層。因此 ，可實現發光特性優異之ΠΙ族氮化物半導體發光元件。 -21 - 200933933 『透光性正極』 透光性正極17乃形成於上述層積半導體1〇之p型半 導體層16(P型型連接層16b)上之透光性之電極。
做爲透光性正極1 7之材質，未特別加以限制，可將 ITO ( ln2〇3-Sn〇2 ) 、AZO ( ZnO-Al203 ) 、IZO ( In203-ZnO • ) 、GZ〇 ( ZnO-Ga2 03 )等之材料，在此技術範圍以習知 . 用之手段加以設置。又，此構造，則包含以往公知之構造 〇 ，可不受任何限制之使用任何之構造。又，透光性正極 17乃被覆摻雜Mg之p型半導體層16上之幾近全面加以 形成亦可，開出間隙形成呈格子狀或樹形狀亦可。 『正極銲墊及負極』 正極銲墊18乃形成於上述透光性正極17上之電極。 做爲正極銲墊1 8之材料，眾所周知有使用Au、A1 ' Ni及Cu等之各種構造，可無任何限制此周知材料、構造 © 者。 正極銲墊18之膜厚乃以100〜100 Onm之範圍內爲佳 、 。又，銲墊之特上，爲厚者接合性爲高之故’正極銲塾 18之厚度成爲300nm以上者爲佳。更且’從製造成本之 觀點視之，500nm以下者爲佳。 負極19乃在於基板11上，順序層積n型半導體層 14、發光層15及ρ型半導體層的半導體層中’使接觸於 η半導體層14之η型連接層14b而形成。 爲此，設置負極19之時’經由除去P型半導體層16 -22- 200933933 、發光層15及η型半導體層14之一部分，形成n型連接 層14b之露出範圍14d，於其上形成負極19。 做爲負極19之材料，各種組成及構造之負極皆爲公 知者，可任意無限制使用此等之公知負極，設置此技術範 圍眾所周知之慣用手段。 • 根據如以上說明之本實施形態之III族氮化物半導體 • 發光元件1時，經由反應性濺鍍法而形成之緩衝層12中 〇 之氧濃度成爲1原子％以下，層積於緩衝層上之ΠΙ族氮 化物半導體所成半導體層20之結晶性會提升之故，可得 具有優異之發光特性之III族氮化物半導體發光元件。 [III族氮化物半導體發光元件] 本實施形態之III族氮化物半導體發光元件之製造方 法乃在藍寶石所成基板11上，至少層積ΙΠ族氮化物化 合物所成緩衝層12，於該緩衝層12上，順序層積η型半 Ο 導體層14、發光層15及ρ型半導體層16的方法中，是 爲緩衝層1 2乃經由反應性濺鍍法加以形成之同時，緩衝 . 層1 2則含有氧，且緩衝層1 2中之氧濃度爲1原子％以下 加以形成之方法。 本實施形態之製造方法中，於基板上磊晶成長ΠΙ族 氮化物半導體之結晶，在如圖1所示形成層積半導體10 之時，於基板11上成膜緩衝層12，於其上形成半導體層 20。本實施形態中，採令緩衝層1 2，經由令含金屬Α1原 料與氮元素之氣體，以電漿活性化之反應性濺鍍法’由 -23- 200933933 A1N形成，於其上，將η型半導體層14之基底層14a，經 由MOCVD法形成之後，將n型連接層14b以濺鑛法加以 形成，將其上之η型包覆層14c及發光層15之各層，以 MOCVD法形成，然後將p型半導體層16以濺鍍法加以形 成之方法。 • 然後，本實施形態之製造方法中，如圖2之平面圖及 . 圖3之剖面圖所示之例，在於上述層積半導體10之p型 ❹ 半導體層16上，層積透光性正極17，於其上形成正極銲 墊18的同時，在形成於η型半導體層14之η型連接層 14b之曝露範圍14d，層積負極19。 以下，對於本實施形態之ΙΠ族氮化物半導體發光元 件之製造方法加以詳述。 『基板之前處理』 本實施形態中，將基板1 1導入反應器中之後，於形 G 成緩衝層12前’使用濺鍍法等之方法，進行前處理者爲 佳。具體而言，經由將基板11曝露於中’可整飭表面。 _ 例如，將Ar氣體或N2氣體之電漿，經由作用於基板1 1 之表面之逆濺鍍’可防去附著於基板11表面之有機物或 氧化物。此時，於基板11與處理室間，施加電壓時’電 漿粒子可有效率地作用於基板11。經由將如此前處理施 於基板11，於基板11之表面11a整面，可成膜緩衝層12 ，可提高成膜於其上之膜之結晶性。 又，於基板11，在進行如上述之逆濺鍍所成前處理 -24- 200933933 之前，施以濕式前處理爲更佳。 又，基板11之前處理乃在混合如上述逆濺鑛之離子 成分、與不具有電荷之自由基成分的環境中所進行之電漿 處理加以進行者爲佳。 在此，從基板之表面除去污染之時，例如’將離子成 - 分等單獨供予基板表面之時，能閉會過強，會於基板表面 . 產生損傷，會有使成長於基板上之結晶品質下降的問題。 © 本實施形態中，做爲基板11之前處理，使用混合上 述離子成分與自由基成分之環境所進行之電漿處理，經由 在於基板上使具有適度能量之反應種作用，可不給予基板 11表面任何損傷，進行污染等之去除。就得如此之效果 之機構而言，有著藉由使用離子成分之比例爲少之電漿， 可抑制供予基板表面之損傷、和在於基板表面使電漿作用 ，而有效除去污染等。 Ο 『緩衝層之形成』 本實施形態中，使緩衝層1 2，在於基板1 1上經由反 _ 應性濺鍍法而形成的同時，緩衝層12含有氧，且緩衝層 12中之氧濃度成爲1原子％以下而形成者。又，本例中， 緩衝層12乃將含金屬A1原料與氮元素之氣體，經由以電 漿活性化之反應性濺鍍法，由A1N加以形成，爲經由以 下詳述之條件以及手續而形成之方法。 「反應性濺鍍法所成之膜 -25- 200933933 對於基板11之表面，施以上述前處理之後，於濺鍍 裝置40(參照圖5)之處理室41內，導入含氬及氮元素 之氣體，將基板11加溫至5 00°C程度。然後，於基板11 側，施加高頻偏壓的同時，在做爲III族金屬原料使用金 屬A1之A1標靶側，施加電力，於處理室41內產生電漿 - ，將處理室41內之壓力保持於一定下，於基板11成膜 • A1N所成緩衝層12。 © 做爲將緩衝層1 2成膜於基板1 1之方法，除了反應性 濺鍍法之外，例如可列舉脈衝雷射沈積（PLD )法、脈衝 電子線堆積（PED )法等，可適切選擇加以使用，但由於 反應性濺鍍法最爲簡便又適於量產之故，爲適切之方法者 (濺鍍裝置） 圖5所示例之濺鍍裝置40中，於金屬標靶47之下方 ❹ (圖5之下方），配置磁鐵42，該磁鐵42經由圖示省略 之驅動裝置，在金屬標靶47之下方搖動。於處理室41供 給氮氣、及氬氣，在安裝於加熱器44之基板11上’成膜 緩衝層。此時，如上所述，磁鐵42在金屬標靶47之下方 搖動之故，封閉於處理室41內之電漿會移動’除基板11 之表面11A之外，可對於側面，無不均地成膜緩衝層。 做爲將緩衝層以濺鍍法加以成膜之方法’可列舉RF 濺鍍法或DC濺鍍法。在此’如關於本發明之製造方法， 使用反應性濺鍍法，做爲含氮之氣體使用氮氣進行成膜之 -26- 200933933 時，眾所周知氮則吸附於標靶（金屬材料）之表面（參照 Mat.Res.Soc.Symp.Proc.Vol.68、3 57、1 986 ) —般而言， 使用金屬材料之標靶，進行濺射之時，使用DC濺鍍法， 在於成膜效率之觀點上爲較佳者，但是連續放電之DC濺 鍍法，則有藉由氮附著於標靶，而招致標靶表面之充電上 ' 昇（帶電），使成膜速度無法安定之可能性。爲此，關於 . 本發明之製造方法中，使用在RF濺鍍法或DC濺鍍法中 〇 可脈衝性供予偏壓之脈衝DC濺鍍法者爲佳，使用可以如 此濺鍍方法處理之濺鍍裝置者爲佳。 又，將緩衝層12經由濺鍍法成膜之時，使用將含氮 之氣體流通於反應器之反應性濺鍍法而成膜者，由於控制 反應，可保持良好結晶性，在於再現安定該良好結晶性之 觀點上則更佳，採用可以如此反應性濺鍍方法處理之濺鍍 裝置者爲佳。 又，使用採用RF濺鍍法之濺鍍裝置之時，做爲避免 〇 充電上昇之方法，可使該磁鐵之位置在標靶內加以移動者 爲佳。具體之運動方法則可經由使用之濺鍍裝置加以選擇 . ，進行搖動運動，或旋轉運動。例示於圖5之濺鍍裝置 4〇中，於標靶47之下方備有磁鐵42，此磁鐵42則可於 標靶47之下方呈現旋轉運動而加以構成。 又，於反應性濺鍍法中，經由在磁場內封閉電漿，有 效率提之升技術爲一般所採用的。此時，做爲標靶無偏移 使用之方法，則使用如上述濺鍍裝置40，令陰極之磁鐵 42之位置，在標靶47內加以移動而成膜之RF濺鍍法爲 -27- 200933933 佳。 做爲如此之時之具體磁鐵之運動方法則可經由使用之 - 濺鍍裝置加以選擇，例如可使磁鐵進行搖動，或旋轉運動 〇 又，於後會再加以詳述，於處理室4 1內，儘可能不 • 殘留不純物者爲佳，尤其，僅可能減低附著於處理室41 , 之內壁之含氧物者爲佳，濺鍍裝置40之處理室41內之到 〇 達真空度乃1.0 X 1 (T4pa以下者爲佳。 又，緩衝層12乃使被覆基板11之側面而形成者爲佳 ，使被覆基板11之側面及背面而形成者爲最佳。 但是，以以往之濺鍍裝置以及成膜方法，成膜緩衝層 之時，最大需進行6次至8次程度之成膜處理，會成爲長 時間之工程。做爲除此之外之成膜方法，經由不保持基板 而設置於處理室內，於基板整面加以成膜之方法，在需加 熱基板之時，裝置會有變得複雜的疑慮。 © 在此，例如可使用使基板加以搖動或旋轉運動之濺鍍 裝置，可將基板之位置，對於成膜材料之濺鍍方向加以變 更而成膜。經由如此濺鍍裝置以及成膜方法，可使基板之 r 表面及側面以一次的工程加以成膜，接著經由進行基板背 面之現今之成膜工程，以2次之工程加以被覆基板之整體 〇 又，令濺鍍裝置成爲成膜材料源爲大之面積之產生源 (標靶）所產生之構造，且經由移動材料之產生位置，不 移動基板，成膜於基板整體之構成者爲佳。做爲如此裝置 -28- 200933933 之一，可列出採用經由如圖5所示濺鍍裝置40之令磁鐵 搖動或旋轉運動，令陰極之磁鐵位置在標靶內加以移動而 ^成膜之RF濺鍍法之裝置。又，以如此RF濺鍍法進行成 膜之時，採用移動基板側與陰極側之雙方之裝置亦可。 更且，經由將材料產生源之陰極（參照圖5之標靶皿 ' 43)配設於基板附近，可使產生之電漿，非對於基板而言 . 供給呈電子束狀，而是呈包圍基板地加以供給之構成時， © 可進行基板表面及側面之同時成膜。 (含氮元素氣體之環境） 做爲本實施形態所使用之含氮氣體，可將一般所周知 之氮化合物在無任何限制加以採用，但氨或氮（N2 )可簡 單加以處理之同時，可較便宜地加以到手之故是爲較佳者 〇 氨之分解效率爲佳，雖可以高成長速度成膜，但反應 〇 性或毒性高之故，需除害設置或氣體檢測器，又需令使用 於反應裝置之構件之材料具有化學上安定性爲高之物。 . 又，將氮（N2)做爲原料使用之時，就裝置而言可使 用簡單者，但無法得高的反應速度。但是，是爲將氮經由 電場或熱等加以分解再導入裝置之方法之時，雖較偎成膜 速度爲低，可得工業生產性上可利用程度之成膜速度之故 ，與裝置成本位倂考量時，氮（N2)是最佳的氮源。 含氮元素之氣體中之氮之氣體分率，即對於氮（N2) 與氬之流量的氮流量比乃令氮超出20%者爲佳。當氮爲 -29- 200933933 20%以下時’氮之存在量爲少，在基板11會析出金屬， 無法成爲做爲緩衝層12之要度於III族氮化物化合物之 結晶構造。又，氮高於99%流量比時，Ar之量則過少， 濺銨率會大幅下降，因此爲不佳。 又，含氮元素之氣體中之氮之氣體分率，爲40%以上 - 95%以下之範圍爲更佳，最佳爲60%以上80%以下之範圍 〇 〇 本實施形態中，經由將活性氮反應種，以高濃度供予 基板11上，可抑制基板11上之遷移，由此，抑制自我組 織化，可將緩衝層12適切地單結晶組織。於緩衝層12中 ，經由適切控制單結晶所成組織，可良好控制層積於其上 之AIN ( III族氮化物半導體）所成半導體層之結晶性。 (處理室內壓力） 使用反應性濺鍍法，成膜緩衝層12時之處理室41內 φ 之壓力乃以0.2Pa以上者爲佳。此處理室41內之壓力不 足0.2P a之時，持有產生反應種之運動能量會變得過大’ . 一竹形戈尸成之緩衝層之膜質會變得不充分。又’處理室 41內之理力之上限雖未特別加以限定，但到達〇.8Pa以上 時，賦予膜之配向之二量體荷電粒子會受到電漿中之荷電 粒子之相互作用之故’處理室41內之壓力成爲0_2〜〇.8Pa 之範圍爲佳。 (濺鍍裝置之到達真空度） -30- 200933933 本實施形態之製造方法中，令使用於前述緩衝層12 之形成的濺鍍裝置之處理室內之到達真空度爲1.5xl(T5Pa 以下爲條件，將處理室41內成爲此範圍之真空度時，形 成緩衝層1 2爲佳。 如上所述，使用反應性濺鍍法形成緩衝層之時，附著 ' 於濺鍍裝置40之處理室41內壁之水分等之含氧物，則於 - 濺鍍成膜處理時，從處理室之內壁擊出，在成膜於基板 〇 11上之緩衝層12中，可可避免會有氧被混入。此含氧物 主要乃爲進行處理室41之維護開放大氣之時，由於大氣 中氧或水分侵入處理室41內，而附著於內壁而產生者。 經本發明人之硏究，A1N所成緩衝層12乃在濺鍍時 ，經由混入氧，藉由在於膜含有少量（低濃度）之氧，可 接近藍寶石所成基板11之晶格常數，而提升基板11與緩 衝層12間之晶格常數之整合性，可得提升緩衝層12之配 向性之效果。 ❹ 但是另一方面，在形成於基板上之緩衝層，混入大量 氧時，膜中之氧過多（超過1原子％)時，基板與緩衝層 _ 間之晶格常數之匹配性會下降，緩衝層之配向性亦會下降 。即，於濺鍍裝置之處理室內壁，附著大量含氧物之時， 濺鍍時大量氧被混入緩衝層之膜中，會產生上述問題。 本實施形態中，令使用於前述緩衝層12之形成的濺 鍍裝置之處理室內之到達真空度爲1.5 xl (T5Pa以下爲條件 ，將處理室41內成爲此範圍之真空度，經由充分吸引處 理室41內之含氧物，除去減少附著處理室41之內壁之含 -31 - 200933933 氧物以及存在於處理室41內之空間之含氧物後，形成緩 衝層12之方法。 由此，令A1N所成緩衝層12，做爲含1原子％以下 之低濃度之氧的狀態而形成之故，可提升與藍寶石所成基 板1 1間之晶格匹配性，而成爲優異配向性之層。形成於 - 如此緩衝層12上之III族氮化物半導體乃成爲結晶性優 . 異之層之故，可實現發光特性優異之III族氮化物半導體 0 發光元件。 (虛擬放電） 本實施形態之製造方法中，爲更提升上述到達真空度 ，在進行緩衝層12之濺鍍成膜處理之前，於濺鏟裝置40 之處理室41內，進行不伴隨成膜處理之虛擬放電爲佳。 做爲虛擬放電之方法，一般而言進行與成膜處理相同 之放電程序，導入至基板之方法。如此方法下，經由進行 Φ 虛擬放電，即使不清楚任何成分，在任何機構下擊出不純 物，可使在成膜條件下，湧出之不純物，可預先加以擊出 〇 又，如此虛擬放電乃相較於與通常成膜條件的同樣條 件進行之方法，可設定成易於擊出不純物之條件而進行。 做爲如此之條件，例如可列出設定成提高基板加熱用之設 定溫度（圖5之濺鍍裝置40之加熱器44)、或設定成提 高爲產生電漿之功率等之條件。 又，更且，如上述之乃可與處理室41內之吸引同時 -32- 200933933 加以進行。 經由進行如上述之虛擬放電’經由更提高成膜 理室41內之到達真空度，可將存在於處理室41之 存在於空間中之含氧物，更不確實除去減少。因此 升基板1 1與緩衝層12之晶格匹配性，可更提高 12之配向性。 Ο (成膜速度） 成膜緩衝層12時之成膜速度乃以 0.01nm/s~ 之範圍者爲佳。成膜速度不足〇_〇lnm/S時，膜無 層，成長成爲島狀，會有無法被覆基板11之表面 。成膜速度超過l〇nm/s時，膜不會成爲結晶體而 晶質。 (基板溫度） Ο 成膜緩衝層12時之基板11之溫度乃以室溫〜 之範圍爲佳，400〜800 °C之範圍者則更佳。基板] ' 度不足上述下限時，緩衝層12無法被覆基板11整 、 有露出基板11表面之疑慮。基板11之溫度超過上 時，金屬原料之遷移則活躍，做爲緩衝層12並不 然而，本發艮所說明之室溫雖會由於工程環境等而 溫度，但做爲具體之溫度，爲0〜3(TC之範圍。 (標靶） 前之處 內壁或 ，更提 緩衝層 10 nm/s 法成爲 的疑慮 成爲非 1 0 0 0。。 1之溫 面，會 述上限 適用。 影響之 -33- 200933933 使用令含有III族金屬原料與氮元素之氣體，經由電 漿活化之反應性濺鍍法，做爲緩衝層混晶成膜之時，例如 可爲將含A1等之金屬材料之混合物（不一定需要形成合 金）做爲標靶之方法，亦可爲準備由不同材料所成2個標 靶，同時加以濺鍍之方法。例如，成膜一定組成之膜時， • 使用混合材料之標靶，成膜組成不同之數種類之膜時，將 • 複數之標靶，設置於處理室亦可。 〇 『半導體層之形成』 於緩衝層12上，將η型半導體層14、發光層15、p 型半導體層16，依此順序加以層積，而形成半導體層20 。本實施形態之製造方法中，則如上述，將η型半導體層 14之基底層14a，經由MOCVD法形成之後，將η型連接 層14b以濺鍍法加以形成，將其上之η型包覆層14c及發 光層15之各層，以MOCVD法形成，然後將p型半導體 層1 6以濺鍍法加以形成。 © 於本實施形態中，形成半導體層20時之氮化鎵系化 合物半導體之成長方法則未特別加以限定，上述濺鍍法之 . 外，適用 MOCVD(有機金屬化氣相層積法）、HVPE(鹵化 物氣相層積法）、MBE (分子線磊晶法）等之成長氮化物 半導體之所有方法。此等之方法內，MOCVD法中’做爲 載體氣體使用氫（H2 )或氮（N2 )、做爲III族原料之Ga 源，使用三甲基鎵（TMG )或三乙基鎵（TEG )，做爲A1 源，使用三甲基鋁（TMA )或三乙基鋁（TEA )、做爲In 源使用三甲基銦（TMI )或三乙基銦（TEI)、做爲V族 -34- 200933933 原料之N源使用氨（NH3 )、聯胺、（n2h4)等。又，做 爲摻雜劑，ri型做爲Si原料可利用單矽烷（siH4)或二矽 烷（SizHe )，。做爲Ge原料，可利用鍺氣（GeH4 )，或四 甲基鍺（（CH3) 4Ge)或四乙基鍺（（c2h5) 4Ge)等之 有機鍺化合物。MBE法中，元素狀之鍺亦可做爲摻雜源 ' 加以利用。P型則做爲Mg原料，例如使用雙環戊二烯鎂 • ( cP2Mg )或雙乙基環戊二烯鎂（EtCp2Mg )。 Ο 如上述之氮化鎵系化合物半導體乃除了 Al、Ga及In 以外’可含有其他之Π族元素，依需要可含有Ge、Si、 Mg、Ca、Zn、Be、P及As等之摻雜元素。 更且’不限於有意圖添加之元素，有包含關連於成膜 條件等’必然含有之不純物，以及原料，或含於反應管材 質之微量不純物之情形。 「η型半導體層之形成」 © 形成本實施形態之半導體層20時，首先將η型半導 體層14之基底層14a，經由以往公知之MOCVD法，層積 . 於緩衝層12上而成膜。接著，於基底層14a上，將η型 連接層14b以濺鍍法成膜後，將η型包覆層i 4c經由 MOCVD法加以成膜。此時，基底層14a及η型包覆層 14c之反層乃可同樣使用MOCVD法加以成膜。然而，本 實施形態中’說明了將η型連接層1 4b以濺鍍法成膜之例 ，但亦可以MOCVD法加以成膜。 -35- 200933933 「發光層之形成」 於η型包覆層14c上，將發光層15，經由以往公知 之MOCVD法加以形成。 本發明所形成之圖1所例示之發光層15乃具有開始 於GaN障壁層終止於GaN障壁層之層積構造’交互層積 • GaN所成6層之障壁層15a、和未摻雜之In〇.2Ga().8N所成 - 之5層之井層15b而形成。 © 又，本實施形態之製造方法中’經由使用與用於型包 覆層14c之成膜之MOCVD法的相同者’以往常公知之 MOCVD法，成膜發光層15 ° 「p型半導體層之形成」 發光層15上即於成爲發光層15之最上層之障壁層 15a上，乃將p型包覆層16a及p型連接層16b所成p型 半導體層16，使用MOCVD法或濺鍍法而形成。 Ο 本實施形態中，首先，將摻雜Mg之AluGa^N所成 P型包覆層16a，形成於發光層15(最上層之障壁層i5a 〜 )上，更且於其上，形成摻雜Mg之AI〇.G2Ga〇.98N之p型 型連接層16b。此時’於p型包覆層16a及p型連接層 16b之層積中，可使用同樣之濺鍍裝置。 然而，如上所述，做爲p型不純物，不僅是Mg，例 如可同樣使鋅（Zn)等。 透光性正極之形成』 -36- 200933933 經由上述方法，於形成各層之層積半導體ίο之P型 型連接層16b上’形成ITO所成透光性正極17。 做爲透光性正極1 7之形成方法則未特別加以限定， 通常可藉由此技術範疇所採用之常用方法加以形成。又， 此構造，則包含以往公知之構造，可不受任何限制而使用 • 任何之構造。
. 又，如上述，透光性正極17之材料乃非限定於ITO 〇 ，可使用AZO、IZO、GZO等之材料加以形成。 又，形成透光性正極17之後，有施以合金化或透明 化爲目的之熱退火之情形，但亦可不施行。 『正極銲墊及負極之形成』 在形成於層積半導體10上之透光性正極17上，更形 成正極銲墊18。 此正極銲墊18乃從透光性正極17之表面側，依序將 © Ti、Al、Au之各材料，經由以往公知之方法加以層積而 形成。 - 又，形成負極19之時，首先將形成於基板1丨上之p ， 型半導體層16、發光層15及n型半導體層14之—部分 ’經由乾蝕劑等之方法加以除去，形成η型連接層l4b之 露出範圍14d。然後，於此露出範圍I4d上，例如從露出 範圍Hd表面側，依序將Ni、Al、Ti及Au之各材料，經 由以往公知之方法加以層積，形成省略詳細圖示之4層構 造之負極1 9。 -37- 200933933 然後’如上所述，於層積半導體10上，將設置透光 性正極17、正極銲墊18及負極19之晶圓，使基板之背 面硏削或硏磨，成爲鏡-面狀之面後，例如經由切斷成3 5 0 μπι平方之正方形’而成爲發光元件晶片（發光元件1) 〇 • 如以上之說明，本實施形態之III族氮化物半導體發 . 光元件之製造方法乃在藍寶石所成基板11上，至少層積 〇 III族氮化物化合物所成緩衝層12，將緩衝層12經由反 應性濺鍍法加以形成之同時，緩衝層1 2中之氧濃度形成 爲1原子％以下加以形成之方法之故，可形成在基板1 1 間提高晶格匹配性之緩衝層12。由此，提升緩衝層12之 配向性，可提高形成於其上之η型半導體層14、發光層 15及ρ型半導體層16各層所成之半導體層20之結晶性 。因此，伴隨優異之生產性，可得具備高發光特性之III 族氮化物半導體發光元件1。 Ο 又，令使用於緩衝層12之形成的濺鍍裝置40之處理 室41內之到達真空度爲1.0 XI (T4Pa以下爲條件，於形成 . 緩衝層12之前，經由吸引處理室41，可減少存在於處理 室41內之含氧物之故，可更提升形成於基板11上之緩衝 層12之配向性。 又，更且經由上述操作’吸引濺鍍裝置40之處理室 41內而成爲低壓的同時’經由進行特定次數之虛擬放電 ’使處理室41內之到達真空度成更爲低壓，可確實減低 存在於處理室41內之含氧物之故’可更提升形成基板11 -38- 200933933 上之緩衝層12之配向性。 〔燈〕 - 經由如以上說明之關於本發明之之III族氮化物半導 體發光元件與螢光體之組合，可藉由該業者周知之手段， - 構成此燈。以往，經由發光元件與螢光體之組合，改變發 • 光色之技術乃爲人所知，如此技術可不受任何限刮加以採 © 用。 例如，經由適切選定螢光體，可得較發光元件長波長 之發光，又，經由發光元件本身之發光波長與螢光體，經 由與變換之波長的混合，可爲成爲白色發光層之燈。 又，做爲燈，可使用於一般用途之砲彈型、使用於手 機之背光用途之側觀景型，使用於顯示器頂顯示型之任何 用途之中。 例如如圖4所厚將同一面電極型之III族氮化物半導 〇 體發光元件1，安裝於砲彈型之時，在2條之框體內之一 方（圖4中爲框體31)，黏著發光元件1，又，將發光元 . 件1之負極（參照圖3所示符號19)，以導線34接合於 框體32，將發光元件1之正極銲墊（參照圖3所示符號 18)，以導線3 3接合於框體3 1。然後，以透明樹脂所成 模鑄3 5，經由模鑄發光元件1之周邊，作成如圖4所示 砲彈型之燈3。 然而，具備本發明所得優異之結晶性之III族氮化物 半導體之層積構造乃除了備於上述之發光二極體（LED) -39- 200933933 或雷射二極體（LD)等之發光二極體之半導體層之外， 亦可使用於雷射元件或受光元件等之光電變換元件，或 Η B T ( H e t e r 〇 j u nc t i ο η B ip ο I ar T r an s i s t 〇 r )或 HEMT ( High Efectron Mobility Transistor )等之電子裝置。此等 之半導體元件乃有許多各種之構造，關於本發明之III族 • 氮化物半導體之層積構造體之元件構造乃包含此等周知之 • 元件構造，無任何限制。 〇 [實施例] 以下，雖將本發明之III族氮化物半導體發光元件及 該製造方法，藉由實施例再加以詳細說明，但本發明非僅 限定於此等之實施例。 [實施例1] 圖1中，顯示本實施例所製作之III族氮化物半導體 〇 發光元件之層積半導體的剖面模式圖。 本例中，於藍寶石所成基板11之C面上，做爲緩衝 . 層12，使用RF濺鎪法形成A1N所成單結晶之層，於其上 ，做爲基底層14a，使用反應性濺鍍法形成GaN ( III族 氮化物半導體）所成之層。 『緩衝層之形成』 首先將表面鏡斫盃磨之直徑2英吋的（0001) c面藍 寶石所成基板經由氟酸及有機溶媒洗淨之後，導入至處理 -40- 200933933 室中。此時，做爲濺鍍裝置，使用如圖5例示之濺鍍裝置 40，具有高頻式電源，或在高頻電源內移動磁鐵之位置的 機構的裝置。然而，做爲標靶，-使用金屬All所成者。 然後，在處理室內，將基板11加熱至5 00°C ’將氮氣 以15Sccm之流量導入後，將處理室內之壓力保持於l.OPa * ，於基板1 1施加50W之高頻偏壓，經由曝露於氮電漿下 • ，洗淨基板1 1表面。 〇 接著，經由真空泵，使處理室內被吸引，與此同時經 由16次重覆虛擬放電，減壓濺鍍裝置之處理室內，使內 壓下降至6.〇xl(T6Pa，除去處理室內之不純物。 接著，保持基板11之溫度，於濺鍍裝置內導入氬氣 及氮氣。然後，將2000 W之高頻偏壓，施加於金屬A1標 靶側，將爐內之壓力保持在0.5 P a，令氮氣爲1 5 s scm流通 條件下（氣體整體之氮的比率爲75%)，於藍寶石所成基 板11上’成膜A1N所成單結晶之緩衝層12。標靶內之磁 〇 鐵乃在洗淨時及成膜時之任一時候，皆加以搖動。 然後，根據預先測定之成膜速度（0.067nm/s )，經 . 由規定之時間處理，成膜40nm之A1N (緩衝層12 )後， 停止電漿動作，使基板11之溫度下降。 然後’將形成於基板11之緩衝層12之X線回擺曲 線（XRC) ’使用X線測定裝置（spectris公司製，型號 :X‘part pro MRD)加以測定。此測定，將CuKa線X線 產生源做爲光源使用而進行。此結果，緩衝層12之XRC 半値寬度顯示成優異的0 · Γ ，緩衝層1 2可確認到良好之 -41 - 200933933 配向。 又，對於緩衝層12之組成，使用X線光電子 置（XPS )測定的結果，如圖6A ^所示，相當於緩 蝕刻時間3〜13分鐘之間，氧濃度確認爲原子％之 下。 . 『基底層之形成』 © 接著，將成膜A1N(緩衝層12)之基板11， 裝置內取出，輸送至MOCVD裝置內，於緩衝層1 用以下之手續，成膜GaN所成基底層14a。 首先，將基板11導入至反應爐內（MOCVD裝 在以氮氣置換之手套箱內，載置於加熱用之碳製承 。接著，於反應爐流通氮氣之後，使加熱器作動， 溫度上昇至1150°C，確認溫度安定在1150°C後， 氣配管之閥，開始各反應爐之氨氣的流通。 Ο 接著，將含TMG蒸氣之氫，供給至反應爐， 層12上，開始成膜構成基底層14a之III族氮化物 _ ( GaN )的工程。此時之氨量乃調整至V/III比爲 如此，在約1小時下，成長GaN後，切換TMG配 ，終止原料之反應爐的供給，停止GaN之成長。 停止對加熱器之通電，將基板溫度降溫至室溫。 經由以上之工程，在成膜於基板11上之單結 之A1N所成緩衝層12上，成膜非摻雜2μιη之 GaN所成基底層14a。於成膜後從反應爐內取出之 分光裝 衝層之 1%以 從濺鍍 2上， 置）， 受器上 將基板 打開氨 於緩衝 半導體 6000 ° 線之閥 然後， 晶組織 膜厚之 試料乃 -42- 200933933 無色透明，GaN層（基底層14a)之表面乃爲鏡面。 將如上述所形成之未摻雜GaN所成基底層14a之X 線回擺曲線（XRC )，使用X線測定裝置（spectris公司 製，型號：X‘part pro MRD )加以測定。此測定，將 CuKa線X線產生源做爲光源使用，在對稱面之（0002 ) ' 面與非對稱面之（10-10 )面加以進行。一般而言，ΙΠ族 - 氮化物半導體之時，（0002 )面之XRC光譜半値寬度乃 Ο 成爲結晶平坦性（Mosaicity )之指標，（10-10 )面之 XRC光譜半値寬度乃成爲換位密度（扭轉）之指標。此 測定結果，本發明之製造方法所製作之未摻雜GaN層乃 在（0002 )面之測定，半値寬度爲46arcsec，在（10-10 )面顯示 220arcsec 。 「η型連接層之形成」 接著，將形成基底層14Α之基板11’輸送至MOCVD 裝置內，將GaN所成η型連接層，使用MOCVD加以形成 。此時，於η型連接層摻雜Si。在此，做爲使用於GaN 成膜之MOCVD裝置，使用以往公知之裝置。 經由以上說明之工程，在表面施以逆濺鍍之藍寶石所 成基板1 1上，形成具有單結晶組織之A1N之緩衝層1 2， 於其上形成未摻雜2 μιη膜厚之GaN層（η型基底層14a )、和具有5xl018cm·3之載子濃度2 μιη之Si摻雜GaN 層（η型連接層14b)。於成膜後從裝置內取出之基板乃 無色透明，GaN層（在此爲η型型連接層14b)之表面乃 -43 - 200933933 爲鏡面。 『η型包覆層及發光層之形成』 - 於以上述手續製作之樣本之η型連接層上，使用 MOCVD法，層積η型包覆層14c及發光層15。 . 「η型包覆層之形成」 〇 首先，將成長Si摻雜GaN所成η型連接層之基板， 向MOCVD裝置之處理室內輸送。然後，處理室內以氮置 換之狀態下，將基板溫度上昇至1〇〇〇 °C，昇華除去附著於 η型連接層之最表面之污垢。又，此時，從基板溫度到達 8 3 0°C以上之時點，將氨流通於爐內。 接著，將基板之溫度下降至740 °C之後’使氨保持流 通於處理室內下，使SiH4氣體、和經由發泡產生之TMI 及TEG蒸氣，流通至爐內，形成具有18 0A膜厚之Si摻 © 雜 111().(31〇3().99>1所成 η 型包覆層 14c。 然後，切換TMI、TEG及SiH4之閥’停止此等之原 . 料的供給。 「發光層之形成」 接著，形成GaN所成障壁層15a、和InQ.2Ga〇.8N所 成井層15b所構成，具有多重量子井構造之發光層15° 此發光層15之形成中，於Si摻雜Ino.cn Ga〇.99N所成η型 包覆層14c上，首先形成障壁層15a，於此障壁層15&上 -44 - 200933933 ，形成InuGauN所成井層15b。將如此層積手續重覆5 次之後，於5次層積之井層15b上，形成第6之障壁層 15a，於具有多重量子井構造之發光層15之兩側，成爲配 有發光層15a之構造。 即，Si摻雜Ino.^Gao ^N所成η型包覆層14c之成長 ' 終了後，保持基板溫度或爐內之壓力、載體氣體之流量或
• 種類，切換TEG之閥，經由向爐內供給TEG，成長GaN © 所成障壁層15a。由此，形成具有15 〇A膜厚之障壁層15a 〇 接著，障壁層15a之成長終了後，保持基板11之溫 度或爐內之壓力、載體氣體之流量或種類，切換TEG及 TMI之閥，經由向爐內供給 TEG 及 TMI，成長 In02Ga〇.8Nm成井層15b。由此，形成具有20A膜厚之井 層 1 5 b。 井層15b之成長終了後，再成長障壁層15a。 Ο 然後，經由5次重覆如此手續，形成層之障壁層15a 與5層之井層15b。更且，最後，於層積之井層15b上， . 形成障壁層15a，成爲發光層15。 『P型半導體層之形成』 於經由上述各工程處理所得之晶圓上，使用MOCVD 裝置，成膜P型半導體層16。 在此，做爲使用於P型半導體層16之成膜之MOCVD 裝置，使用以往公知之裝置。又，此時，於P型半導體層 -45- 200933933 1 6摻雜Mg。 然後，最終成膜由膜厚爲lOnm之摻雜Mg之 AluGao^N所成p型包覆層16a、和膜厚爲2-〇0nm之摻雜 Mg之Α1α. G2 Ga〇.98N所成p型連接層16b所構成之p型半 導體層16。 ' 如上述製作之LED用之磊晶成長晶圓乃如圖1所示 • 之層積半導體10，於具有c面之藍寶石所成基板11上， 〇 形成具有單結晶構造之A1N層（緩衝層12)後，由基板 11側順序具有層積2 μηι之未摻雜GaN層（基底層14a) 、持有5xl018cnT3之電子濃度之2 μιη之摻雜Si之GaN 層（η型連接層14b)、持有lxl018cnT3之電子濃度之 180A之Ino.cnGao.^N包覆層（η型包覆層14c)、開始於 GaN障壁層終止於GaN障壁層，層厚爲150A之6層之 GaN障壁層（障壁層15a)、由層厚20A之5層之非摻雜 之InQ.2Ga〇.8N之井層（井層15b)所成多重量子井構造（ ❹ 發光層15)、膜厚lOnm之摻雜Mg之Al〇.iGaG.9N所成p 型包覆層16a、和膜厚200nm之摻雜Mg之Al〇.(j2Ga().98N . 所成P型連接層16b所構成之摻雜Mg之AIGaN層（p型 半導體層16)的構成。 『LED之製作』 接著，使用上述磊晶成長晶圓（層積半導體10)製 作 LED。 即，於上述磊晶成長晶圓之摻雜Mg之AIGaN層（p -46- 200933933 型半導體層16b)之表面，經由公知之光微影技術，形成 ITO所成透光性電極1 7，於其上，形成具有順序層積鈦、 鋁及金之構造之正極銲墊18(p電極銲墊），成爲p側電 極。更且，對於晶圓施以乾蝕刻，露出形成η型連接層 14b之η側電極（負極）之範圍，於此露出範圍14d，形 - 成Ni、Al、Ti、及Au之4層被順序層積之負極19 ( η側 - 電極）。 〇 經由如此手續，於晶圓（參照圖1之層積半導體16 )上，形成具有圖2所示之形狀之各電極。 然後，在上述手續下，對於形成Ρ側及η側之各電極 之晶圓，硏削及硏磨藍寶石所成基板11之背面，成爲鏡 狀之面。然後，將此晶圓切斷成3 50 μιη平方之正方形之 晶片，使各電極向上而配置於導線框上，以金線與導線框 連結，成爲發光元件（參照圖4之燈3) 於如上述製作之發光二極體之ρ側及η側之電極間， © 流入順方向電流，電流20Ma之順方向電壓乃3.IV。又， 透過P側之透光性電極17，觀察發光狀態的結果，發光 . 波長顯示爲460nm、發光輸出乃顯示15.2mW。如此發光 二極體之特性，就製作之晶圓之幾近整面所製作之發光二 極體而言，皆可無不均地加以獲得。 [實施例2 ] 除了令成膜於基板上之緩衝層之結晶組織，使用使成 爲柱狀結晶之集合體所成之多結晶之條件下，進行成膜處 -47- 200933933 理之部分之外’與上述實施側1问樣之手續下，於基板上 層積緩衝層，於其上層積未摻雜之GaN層（基底層）之 後，更且經由形成ΠΙ族氮化物半導體所成各層，作成圖 2及圖3所示之發光元件。 將形成於基板上之緩衝層之X線回擺曲線（XRC )， - 以與實施例1同樣之方法測定結果，XRC半値寬度爲 . 12arcsec。又，對於緩衝層之組成，使用X線光電子分光 〇 裝置（XPS)測定的結果，與實施例1相同，氧濃度確認 爲原子％之1%以下。 然後，以與實施例1同樣之方法，在成膜於基板上之 緩衝層上，經由反應性濺鍍法成膜GaN層。於成膜後從 處理室取出之基板乃無色透明，GaN層之表面乃爲鏡面。 將如上述形成之未摻雜GaN所成基底層之X線回擺 曲線（XRC )，以與實施例1同樣之方法測定結果，在（ 〇〇〇2)面之測定中爲半値寬度爲 93 arcsec，在（10-10) © 面則顯示231arcsec。 然後，於基底層上，使用與實施例1同樣之方法，形 . 成III族氮化物半導體所成各層，於此晶圓，形成透光性 電極、正極銲墊以及負極之各電極之後，硏削及硏磨基板 之背面而成爲鏡狀之面，切斷成3 50 μπι平方之正方形之 晶片，將各電極以金線與導線框連結，成爲圖4之燈3所 示之發光元件。 於如上述製作之發光二極體之Ρ側及η側之電極間， 流入順方向電流，電流20mA之順方向電壓乃3.IV。又， 48 - 200933933 透過P側之透光性電極17，觀察發光狀態的結果，發光 波長顯示爲460nm、發光輸出乃顯示15.2mW。如此發光 二極體之特性，就製作之晶圓之幾近整面所製作之發光二 極體而言，皆可無不均地加以獲得。 ' [比較例] • 除了進行基板之前處理後，經由真空泵，吸引處理室 〇 內，在除去不純物時，不進行虛擬放電，令到達真空度爲 1.0 xl(T3Pa之外，與上述實施側1同樣之手續下，於基板 上層積緩衝層，於其上層積未摻雜之GaN層（基底層） 之後，更且經由形成III族氮化物半導體所成各層，作成 圖2及圖3所示之發光元件。 將形成於基板上之緩衝層之X線回擺曲線（XRC )， 以與實施例1同樣之方法測定結果，XRC半値寬度爲 50arcsec。又，對於緩衝層之組成，使用X線光電子分光 © 裝置（XPS )測定的結果，如圖6B所示，相當於緩衝層 之蝕刻時間3〜10分鐘之間，氧濃度可知爲原子％之5 % 〇 . 然後，以與實施例1同樣之方法，在成膜於基板上之 緩衝層上，經由反應性濺鍍法成膜GaN層。於成膜後從 處理室取出之基板乃無色透明，GaN層之表面乃爲鏡面。 將如上述形成之未摻雜GaN所成基底層之X線回擺 曲線（XRC )，以與實施例1同樣之方法測定結果，在（ 0002)面之測定中爲半値寬度爲200arcsec，在（10-10) -49- 200933933 面則顯示374arcsec。 然後，於基底層上，使用與實施例1同樣之方法，形 成III族氮化物半導體所成各層，於此晶圓，形成透光性 電極、正極銲墊以及負極之各電極之後，硏削及硏磨基板 之背面而成爲鏡狀之面，切斷成3 50 μπι平方之正方形之 晶片，將各電極以金線與導線框連結，成爲發光元件（參 - 照圖4 )。 ❺ 於如上述製作之發光二極體之Ρ側及η側之電極間， 流入順方向電流，電流20mA之順方向電壓乃3.05V。又 ，透過P側之透光性電極17,觀察發光狀態的結果，發 光波長顯示爲460nm、發光輸出乃顯示14.3mW。 〔實驗例〕 以下，對於爲實証本發明之實驗例，使用圖7A、7B 之各圖加以說明。圖7A乃顯示虛擬放電之次數與緩衝層 © 中之氧濃度之關係圖表，圖7B乃顯示處理室內之到達真 空度與緩衝層中之氧濃度之關係圖表。 . 於本實驗例中，使進行基板之前處理後，經由真空泵 _ ，吸引處理室內，除去不純物時之虛擬放電，以圖7A所 示之次數進行，令處理室內之到達真空度，設定成爲圖 7B 所示之條件（No.l=2xl(T5Pa、No.2 = 3.1xlCT5Pa、 Νο.3 = 5· 1 χ 1 〇_5pa、ν〇·4= 1 ·5 χ 1 (T4Pa )，除此部分之外， 以與實施例1相同之方法，製作於基板上形成緩衝層之 No.1〜4之各樣本。 -50- 200933933 然後，對於上述No.l〜4之各樣本，使用與實施例1 相同之方法，測定形成於基板上之緩衝層之X線回擺曲 線（XRC ) ，XRC 半値寬度各爲 No.l = 10arcsec、 N〇 · 2 = 1 2 ar c sec、Νο . 3 = 3 3 arc s ec、No · 4 = 3 9ar cs ec 〇 又，對 於No. 1〜4之各樣本之緩衝層之組成，使用XPS測定的結 - 果，如圖7B所示，在，形成緩衝層之No.l之樣本乃確認 . 氧濃度爲1%。相對於此，到達真空度各爲3.1xl(T5Pa、 Q 5.1 xl(T5Pa、1.5xl(T4Pa 之條件下的 No.2~No.4 之各樣本 乃皆爲緩衝層中之氧濃度爲2%以上，較No.l之樣本，可 確認到氧濃度變高。 如上述結果，經由真空泵吸引處理室內除去不純物之 時，經由進行16次之虛擬放電，處理室內之到達真空度 達2.〇xlO_5Pa，可使成膜於基板上之緩衝層之氧濃度抑制 在1 %以下。 經由以上之結果，關於本發明之III族氮化物半導體 〇 發光元件，可知其生產性優異，且具備優異發光特性。 _ [產業上之可利用性] 本發明乃關於在藍寶石之基板上，順序層積緩衝層、 η型半導體層、發光層及p型半導體層所成之III族氮化 物半導體發光元件。本發明之半導體發光元件乃該緩衝層 雖含有氧，但緩衝層中之氧濃度爲1原子％以下，可在其 上成長結晶性良好之III族氮化物半導體之故，具有優異 之發光特性。可將此發光特性優異之III族氮化物半導體 -51 - 200933933 發光元件應用於燈之上。 【圖式簡單說明】 [圖1]模式性說明關於本發明之in族氮化物半導體 發光元件之一例之圖，顯示層積半導體之剖面構造之槪略 - 圖。 - [圖2]模式性說明關於本發明之III族氮化物半導體 〇 發光元件之一例之圖’顯示平面構造之槪略圖。 [圖3]模式性說明關於本發明之ΙΠ族氮化物半導體 發光元件之一例之圖，顯示剖面構造之槪略圖。 [圖4]模式性說明使用關於本發明之ΠΙ族氮化物半 導體發光元件所構成之燈的槪略圖。 [圖5]模式性說明關於本發明之in族氮化物半導體 發光元件之製造方法之一例之圖，顯示於處理室內具備標 靶之濺鍍裝置之構造之槪略圖。 Θ [圖6Α]說明關於本發明之III族氮化物半導體發光元 件之實施例之圖，6Α乃顯示緩衝層中組成的圖表。 . [圖6Β]說明關於本發明之III族氮化物半導體發光元 件之實施例之圖，6Β乃顯示緩衝層中組成的圖表。 [圖7Α]說明關於本發明之III族氮化物半導體發光元 件之實施例之圖’圖7Α乃顯示虛擬放電之次數與緩衝層 中之氧濃度之關係圖表。 [圖7Β]說明關於本發明之III族氮化物半導體發光元 件之實施例之圖’圖7Β乃顯示處理室內之到達真空度與 -52- 200933933 緩衝層中之氧濃度之關係圖表。 【主要元件符號說明】 1 : in族氮化物半導體發光元件 10 :層積半導體 * 1 1 :基板 . 1 1 a :表面 〇 1 2 :緩衝層 14 : η型半導體層 14a :基底層 1 5 :發光層 16: p型半導體層（III族氮化物半導體） 16a : p型包覆層 16b : p型連接層 3 :燈 〇 40 :濺鍍裝置 41 :處理室 -53-

Claims (1)

  1. 200933933 十、申請專利範面 1·一種III族氮化物半導體發光元件，在藍寶 基板上，至少層積III族氮化物化合物所成緩衝層 緩衝層上，順序層積η型半導體層、發光層及P型 層的III族氮化物半導體發光元件，其特徵乃 前述緩衝層乃經由反應性濺鍍法所形成者，前 層則含有氧，緩衝層中之氧濃度爲1原子％以下者' 2·如申請專利範圍第1項之III族氮化物半導 元件，其中，前述緩衝層乃將含金屬Α1原料與氮 氣體，經由以電漿活性化之反應性濺鍍法所形成 Α1Ν所成者。 3. 如申請專利範圍第1項或第2項之III族氮 導體發光元件，其中，前述緩衝層中之氧濃度爲〇. %以下者。 — 4. 如申請專利範圍第1項至第3項之任一項之 氮化物半導體發光元件，其中，含於前述緩衝層之 前述緩衝層之膜內，成爲略均勻之氧濃度分布者。 5. 如申請專利範圍第1項至第4項之任一項之 氮化物半導體發光元件，其中，前述緩衝層之膜 10〜500nm之範圍者。 6. 如申請專利範圍第1項至第4項之任一項之 氮化物半導體發光元件，其中，前述緩衝層之膜 20〜100nm之範圍者。 7. 如申請專利範圍第1項至第6項之任一項之 石所成 ，於該 半導體 述緩衝 D 體發光 元素之 ，而由 化物半 8原子 III族 氧乃在 III族 厚乃在 III族 厚乃在 III族 -54- 200933933 氮化物半導體發光元件，其中，前述緩衝層乃使被覆前述 基板表面之至少90%而形成者。 8. —種III族氮化物半導體發光元件之製造方法，在 藍寶石所成基板上，至少層積III族氮化物化合物所成緩 衝層，於該緩衝層上，順序層積η型半導體層、發光層及 • Ρ型半導體層的III族氮化物半導體發光元件之製造方法 - ，其特徵乃 © 使前述緩衝層經由反應性濺鍍法而形成的同時，前述 緩衝層則含有氧，且緩衝層中之氧濃度成爲1原子％以下 而形成者。 9. 如申請專利範圍第8項之III族氮化物半導體發光 元件之製造方法，其中，將前述緩衝層，與含金屬Α1原 料與氮元素之氣體，使用以電漿活性化之反應性濺鍍法， 由Α1Ν所形成者。 10. 如申請專利範圍第8項或第9項之III族氮化物半 ® 導體發光元件之製造方法，其中’令前述緩衝層，使濺鍍 裝置之處理室內之到達真空度爲以下爲條件而 . 形成者。 1 1 .如申請專利範圍第8項至第1 〇項之任一項之111 族氮化物半導體發光元件之製造方法’其中，於前述濺鍍 裝置之處理室內，進行虛擬放電後’形成前述緩衝層者。 12.如申請專利範圍第8項至第1 1項之任一項之III 族氮化物半導體發光元件之製造方法’其中’令前述緩衝 層，經由使含有前述氮元素之氣體流通於反應器內的反應 -55- 200933933 濺鍍法而成膜者。 13. 如申請專利範圍第8項至第12項之任一項之ΙΠ 族氮化物半導體發光元件之製造方法，其中，前述緩衝層 乃經由RF濺鍍法而形成者。 14. 如申請專利範圍第8項至第13項之任一項之HI 族氮化物半導體發光元件之製造方法，其中，令前述緩衝 ^ 層，使前述基板溫度在400〜800 °C之範圍下而形成者。 0 15· —種III族氮化物半導體發光元件，其特徵乃經由 如申請專利範圍第8項至第1 4項之任一項之製造方法所 得者。 1 6 . —種燈，其特徵乃使用如申請專利範圍第1項至 第7項或第15項之任一項之III族氮化物半導體發光元 件者。 ❹ -56-
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