TWI485882B - 紫外發光元件及其製造方法 - Google Patents

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Description

紫外發光元件及其製造方法
本發明係關於一種紫外發光元件以及其製造方法。
在可見光~紫外線的波長範圍發光的氮化物半導體發光元件，由於低消耗電力、小型的優點，在衛生、醫療、工業、照明、精密機械等各種技術領域中的應用受到吾人的期待，在藍色光的波長範圍等一部分的波長範圍已經達到實際應用階段。
然而，在氮化物半導體發光元件中，不限於發出藍色光的氮化物半導體發光元件(以下稱藍色發光元件)而已，吾人期望發光效率以及光輸出能夠更進一步提高。特別是，發出紫外線波長範圍之光的氮化物半導體發光元件(以下稱紫外發光元件)，其現狀為，比起藍色發光元件而言，其外部量子效率以及光輸出均明顯較差，而此等問題成為其邁向實際應用的偌大阻礙。其原因之一，例如發光層的發光效率(以下稱內部量子效率)較低。
氮化物半導體結晶所構成的發光層的內部量子效率，會受到穿透差排的影響。在此，當穿透差排的差排密度很高時，非發光再結合成為支配性現象，進而成為內部量子效率降低的原因。
相對於此，關於在230nm~350nm的紫外波長範圍發光的深紫外發光元件，有文獻揭示在藍寶石(0001)基板上設置AlN高品質緩衝成長構造以提高發光效率的技術內容(日本專利公開2009-54780號公報)。
上述的AlN高品質緩衝成長構造，設有在藍寶石(0001)基板上依序形成的AlN核形成層、脈衝供給AlN層以及連續成長AlN層。
AlN核形成層、脈衝供給AlN層、連續成長AlN層，係由MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，有機金屬化學氣相沉積)裝置所形成。AlN核形成層，係使用NH3 脈衝供給法且以第1成長模式亦即初期核形成模式成長；脈衝供給AlN層，係使用NH3 脈衝供給法且以第2成長模式亦即低速成長模式成長；連續成長AlN層，係以高速縱方向成長模式成長。在此，於上述文獻中，揭示了第2成長模式係擴張粒徑、減少差排的模式，可將具有凹凸的AlN核形成層平坦地埋入的要旨。另外，在上述文獻中，揭示了高速縱方向成長模式係可更進一步提高平坦度同時抑制裂痕發生的模式，且不使用利用NH3 脈衝供給法的AlN成長法的要旨。利用NH3 脈衝供給法的AlN成長法，係連續供給作為Al來源的TMAl(trimethylaluminum，三甲基鋁)，同時以脈衝狀供給作為N來源的NH3 的方法。
在上述文獻中，AlN核形成層、脈衝供給AlN層以及連續成長AlN層的成長溫度分別為1300℃、1200℃以及1200℃。
上述的穿透差排，在將由相對於氮化物半導體而言晶格不匹配度較大的藍寶石等的材料所構成的基板當作磊晶成長用的單結晶基板使用的情況下，特別容易發生於成長界面。因此，為了獲得穿透差排密度較低的氮化物半導體結晶層，控制成長初期的各構成元素的作用變得非常重要。
另一方面，上述文獻所記載的深紫外發光元件的AlN高品質緩衝成長構造，在成長初期，會於藍寶石(0001)基板上形成複數個AlN核。在此，穿 透差排，在相隣的AlN核結合時，容易發生於其分界處。
然而，上述的具備AlN核形成層的AlN高品質緩衝成長構造，在使AlN核形成層成長時，Al的擴散長度較短，於成長初期AlN核以高密度生成。另外，在上述文獻中，使用MOCVD裝置作為深紫外發光元件的製造裝置，使用三甲基鋁(TMAl)作為Al的原料氣體，使用氨(NH3 )作為N的原料氣體。吾人推測，上述的深紫外發光元件，於其製造之際，在使AlN核形成層成長時，一般的Al的原料氣體亦即TMAl與一般的N的原料氣體亦即NH3 在氣相中反應，形成了奈米等級的微粒(奈米微粒)。因此，吾人推測，上述的深紫外發光元件，在使AlN核形成層成長時，奈米微粒會存在於單結晶基板的表面上，進而阻礙AlN結晶的成長。因此，當欲製造在氮化物半導體結晶的構成元素中不得不含Al的紫外發光元件時，比起在氮化物半導體結晶的構成元素中不含Al的藍色發光元件而言，氮化物半導體結晶內會存在較多的穿透差排，因此發光效率較低。
因此，本發明之目的在於提供一種可減少穿透差排的紫外發光元件以及其製造方法。
本發明的紫外發光元件包含：單結晶基板；形成於單結晶基板的一表面上且由Alx Ga1-x N(0<x<1)所構成的複數個島狀核；以埋入相隣的該核之間的間隙且覆蓋全部的該核的方式形成於該單結晶基板的該一表面側且由Aly Ga1-y N(0<y≦1)所構成的緩衝層；形成於該緩衝層上且由n型Alz Ga1-z N(0<z≦1)所構成的n型氮化物半導體層；形成於該n型氮化物半導體層的該緩衝層側的相反側且具有由Ala Ga1-a N(0<a≦1)所構成的井層的量子井構造的發光層；以及形成於該發光層的該n型氮化物半導體層側的相反側的p型氮化物半導體層；其中x<y。
在該紫外發光元件中，宜y=1。
在該紫外發光元件中，宜a<x。
在該紫外發光元件中，宜z<x。
在該紫外發光元件中，於該核之中，宜隨著遠離該單結晶基板Al的組成x也跟著變大。
在該紫外發光元件中，於該核之中，宜隨著從該核的中心部向外側遠離Al的組成x也跟著變大。
在該紫外發光元件中，該單結晶基板宜為c面藍寶石基板。
本發明的紫外發光元件的製造方法，係上述紫外發光元件的製造方法，包含：第1步驟，其準備該單結晶基板並將其配置於反應爐內，之後，在該單結晶基板的該一表面上形成複數個該核；第2步驟，其形成該緩衝層；第3步驟，其形成該n型氮化物半導體層；第4步驟，其形成該發光層；以及第5步驟，其形成該p型氮化物半導體層；該第1步驟包含：第1階段，其在第1基板溫度以及第1成長壓力下，對該反應爐內以既定的莫耳比供給Al的原料氣體、Ga的原料氣體以及N的原料氣體，藉此在該單結晶基板的該一表面上形成複數個由Alb Ga1-b N(0<b<1且b<x)所構成的結晶核；以及第2階段，其使Ga脫離，以使由Alb Ga1-b N(0<b<1且b<x)所構成的該結晶核變成由Alx Ga1-x N(0<x<1)所構成的該核。
在該紫外發光元件的製造方法中，該第2階段，宜不供給Al的該原料氣體與Ga的該原料氣體而供給N的該原料氣體，而且，將該單結晶基板的溫度亦即基板溫度設定為比該第1階段的該第1基板溫度更高，並在此狀態下進行熱處理。
在該紫外發光元件的製造方法中，該第2階段，宜不供給Al的該原料氣體與Ga的該原料氣體而供給N的該原料氣體，而且，將該單結晶基板的溫度亦即基板溫度設定為不低於該第1階段的該第1基板溫度，並將供給到該反應爐的氫氣的供給量設定為比在該第1階段中用來輸送該原料氣體的載體氣體亦即氫氣的供給量更多，並在此狀態進行熱處理。
在本發明的紫外發光元件中，由於包含：形成於單結晶基板的一表面上且由Alx Ga1-x N(0<x<1)所構成的複數個島狀核；以及以埋入相隣的該核之間的間隙且覆蓋全部的該核的方式形成於該單結晶基板的該一表面側且由Aly Ga1-y N(0<y≦1)所構成的緩衝層；且x<y，故具有可減少穿透差排這樣的效果。
在本發明的紫外發光元件的製造方法中，由於包含：第1步驟，其在該單結晶基板的該一表面上形成複數個該核；以及第2步驟，其形成該緩衝層；且該第1步驟包含：第1階段，其在該單結晶基板的該一表面上形成複數個由Alb Ga1-b N(0<b<1且b<x)所構成的結晶核；以及第2階段，其使Ga脫離，以使由Alb Ga1-b N(0<b<1且b<x)所構成的該結晶核變成由Alx Ga1-x N(0<x<1)所構成的該核；故具有可提供出一種可減少穿透差排的紫外發光元件這樣的效果。
1‧‧‧單結晶基板
1a‧‧‧表面
2‧‧‧核
2a‧‧‧第1層
2b‧‧‧第2層
3‧‧‧緩衝層
4‧‧‧n型氮化物半導體層
4a‧‧‧表面
5‧‧‧發光層
5a‧‧‧障壁層
5b‧‧‧井層
6‧‧‧電子阻擋層
7‧‧‧p型氮化物半導體層
8‧‧‧p型接觸層
14‧‧‧第1電極
17‧‧‧第2電極
茲對本發明的較佳實施態樣進行更詳細的記載與敘述。本發明的其他特徵以及優點，參照以下的詳細的記述以及所附圖式便可更進一步清楚理解。
圖1係實施態樣1的紫外發光元件的概略剖面圖。
圖2係實施態樣2的紫外發光元件的概略剖面圖。
 (實施態樣1)
以下，根據圖1說明本實施態樣的紫外發光元件。
紫外發光元件具備：單結晶基板1；形成於單結晶基板1的一表面1a上(圖1的頂面)的複數個島狀核2；以及以埋入相隣的2個核2之間的間隙且 覆蓋全部的核2的方式形成於單結晶基板1的一表面1a側的緩衝層3。在此，於紫外發光元件中，核2係由Alx Ga1-x N(0<x<1)所構成，緩衝層3係由Aly Ga1-y N(0<y≦1)所構成，且x<y。
再者，紫外發光元件更具備：形成於緩衝層3上且由n型Alz Ga1-z N(0<z≦1)所構成的n型氮化物半導體層4；以及形成於n型氮化物半導體層4的緩衝層3側的相反側的量子井構造(由障壁層5a與井層5b所構成)的發光層5。在此，於紫外發光元件中，n型氮化物半導體層4係由n型Alz Ga1-z N(0<z≦1)所構成。另外，於紫外發光元件中，量子井構造的井層5b係由Ala Ga1-a N(0<a≦1)所構成。
再者，紫外發光元件更具備形成於發光層5的n型氮化物半導體層4側的相反側的p型氮化物半導體層7。
另外，紫外發光元件更具備：與n型氮化物半導體層4電連接的第1電極14；以及與p型氮化物半導體層7電連接的第2電極17。
另外，紫外發光元件，宜在p型氮化物半導體層7的發光層5側的相反側設置p型接觸層8，並將第2電極17形成於p型接觸層8的一部分之上。簡而言之，在紫外發光元件中，第2電極17宜隔著p型接觸層8與p型氮化物半導體層7電連接。在此，紫外發光元件宜在發光層5與p型氮化物半導體層7之間設置電子阻擋層6。
另外，紫外發光元件具有台面構造，在n型氮化物半導體層4的發光層5側露出的表面4a的一部分之上形成第1電極14。
另外，紫外發光元件，如上所述的發光層5的井層5b係由Ala Ga1-a N(0<a≦1)所構成，且係在210nm~360nm的紫外波長範圍具有發光波長(發光峰值波長)的紫外發光二極體。
以下，詳細說明紫外發光元件的各構成要件。
單結晶基板1係磊晶成長用的基板。該單結晶基板1，其中一表面1a宜 為(0001)面的藍寶石基板，亦即，c面藍寶石基板(α-Al2 O3 基板)。其中，c面藍寶石基板宜為從(0001)算起的傾斜角度為0~0.2°的基板。藉此，在製造紫外發光元件時，於單結晶基板1的一表面1a上形成核2的群聚之際，可降低核2的密度，進而達到提高緩衝層3的品質之目的。這是因為，為了形成核2所供給的原子，更容易在單結晶基板1的一表面1a上擴散並在安定的部位幫助結晶成長，單結晶基板1的傾斜角度越小平台寬度越長，更容易使核2的密度降低。另外，單結晶基板1，並不限於c面藍寶石基板，例如，亦可為β-Ga2 O3 基板等的氧化鎵基板。
複數個島狀核2，係為了減少因為單結晶基板1與n型氮化物半導體層4的晶格常數差等因素而在n型氮化物半導體層4上所發生的穿透差排而設置的構件。本實施態樣的紫外發光元件，將核2的高度尺寸設定在10nm左右，惟並非僅限於該數值。就核2的高度尺寸而言，若太大，則由於晶格常數的關係，在緩衝層3上會產生裂縫，若太小，則會有無法發揮作為形成緩衝層3用之成長核的功能之虞。因此，核2的高度尺寸，例如，宜設定在0.5nm~50nm左右的範圍，更宜設定在1nm~25nm左右的範圍。簡而言之，核2宜為高度尺寸在0.5nm~50nm左右的微結晶，更宜為高度尺寸在1nm~25nm左右的微結晶。另外，複數個島狀核2的高度尺寸的差異宜越小越好。
另外，核2係由Alx Ga1-x N(0<x<1)所構成。在此，Alx Ga1-x N(0<x<1)的組成比並無特別限定，惟Alx Ga1-x N(0<x<1)的帶隙能量宜設定成分別比n型氮化物半導體層4以及井層5b的帶隙能量更高。例如，當n型氮化物半導體層4的Al的組成z為0.65，井層5b的Al的組成a為0.5時，Alx Ga1-x N(0<x<1)的Al的組成x宜設定在0.66~0.99的範圍內。在此，就核2而言，當x為0.66時，係由Al0.66 Ga0.34 N所構成，當x為0.99時，係由Al0.99 Ga0.01 N所構成。本實施態樣的紫外發光元件，作為一例，將Alx Ga1-x N(0<x<1)的Al的組成x設為0.8。亦即，在本實施態樣的紫外發光元件的一例中，核2係由Al0.8 Ga0.2 N所構成。另外，在Alx Ga1-x N(0<x<1)中，Ga的組成1-x亦可未達0.01。亦即，核2亦可為在該核2成長時摻雜了Ga的AlN。
緩衝層3，係以使穿透差排減少為目的而設置的構件，若膜厚太薄則穿透差排的減少程度容易變得不夠充分，若膜厚太厚則會有因為晶格不匹配而產生裂縫，或是形成複數紫外發光元件的晶圓的翹曲變大之虞。因此，緩衝層3的膜厚宜設定在500nm~10μm左右的範圍內，更宜設定在1μm~5μm的範圍內。另外，緩衝層3的膜厚宜以使該緩衝層3的表面平坦化的方式設定。本實施態樣的紫外發光元件，作為一例，將緩衝層3的膜厚設定為3μm，惟其僅為一例而已，並非特別限定。
緩衝層3係由Aly Ga1-y N(0<y≦1)所構成，只要x<y即可。本實施態樣的紫外發光元件，作為一例，將Aly Ga1-y N(0<y≦1)的Al的組成y設為1。亦即，在本實施態樣的紫外發光元件的一例中，緩衝層3係由AlN所構成。
n型氮化物半導體層4係對發光層5輸送電子用的構件。n型氮化物半導體層4的膜厚例如設定為2μm，惟膜厚並無特別限定。另外，n型氮化物半導體層4係由n型Alz Ga1-z N(0<z≦1)所構成。在此，構成n型氮化物半導體層4的n型Alz Ga1-z N(0<z≦1)的組成比，只要是不會吸收發光層5所發出之紫外光的組成比即可，其他並無特別限定。例如，當發光層5的井層5b的Al的組成a為0.5，障壁層5a的Al的組成為0.65時，n型Alz Ga1-z N(0<z≦1)的Al的組成z可與障壁層5a的Al的組成同樣為0.65。亦即，當發光層5的井層5b係由Al0.5 Ga0.5 N所構成，障壁層5a係由Al0.65 Ga0.35 N所構成時，n型氮化物半導體層4，例如，可設為n型Al0.65 Ga0.35 N。另外，本實施態樣的紫外發光元件，作為一例，將n型氮化物半導體層4的膜厚設定為2μm，惟並不限於該膜厚。另外，關於n型氮化物半導體層4的施體雜質，例如，宜為Si。另外，n型氮化物半導體層4的電子濃度，例如，只要設定在1×1018 ~1×1019 cm-3 左右的範圍內即可。在本實施態樣中，作為一例，將n型氮化物半導體層4的電子濃度設定為8×1018 cm-3 。
發光層5，係將所注入之載體(在此為電子與正電洞)轉換成光的構件，具有量子井構造。量子井構造，係由障壁層5a與井層5b所構成。在圖1所示之例中，障壁層5a與井層5b係交互堆疊，且井層5b的數目為2，惟井層5b的 數目並無特別限定。簡而言之，量子井構造，可為多重量子井構造，亦可為單一量子井構造。另外，井層5b以及障壁層5a各自的膜厚也無特別限定。只是，在發光層5中，若井層5b的膜厚太厚的話，注入於井層5b的電子以及正電洞會因為在量子井構造中的晶格不匹配所引起的壓電場，而在空間中分離，導致發光效率降低。另外，在發光層5中，若井層5b的膜厚太薄的話，拘束載體的效果會降低，發光效率也會降低。因此，井層5b的膜厚宜在1nm~5nm左右，更宜在1.3nm~3nm左右。另外，障壁層5a的膜厚，例如，宜設定在5nm~15nm左右的範圍內。本實施態樣，作為一例，將井層5b的膜厚設定為2nm，將障壁層5a的膜厚設定為10nm，惟並不限於該等膜厚。
發光層5，以可發出所期望的發光波長的紫外光的方式設定井層5b的Al的組成。在此，具備由Ala Ga1-a N(0<a≦1)所構成之井層5b的發光層5，藉由改變井層5b的Al的組成a，便可將發光波長設定為在210nm~360nm的範圍內的任意發光波長。例如，當所期望的發光波長在265nm附近時，只要將Al的組成a設定為0.50即可。
電子阻擋層6，係為了抑制在注入到發光層5的電子之中於發光層5中未與正電洞再結合的電子洩漏到p型氮化物半導體層7側(溢流)，而設置於發光層5與p型氮化物半導體層7之間。電子阻擋層6係由p型Alc Ga1-c N(0<c<1)所構成。在此，p型Alc Ga1-c N(0<c<1)的組成比並無特別限定，惟電子阻擋層6的帶隙能量宜設定成比p型氮化物半導體層7或是障壁層5a的帶隙能量更高。另外，電子阻擋層6的正電洞濃度，並無特別限定。另外，關於電子阻擋層6的膜厚，雖無特別限定，惟若膜厚太薄的話溢流抑制效果會減少，若膜厚太厚的話紫外發光元件的電阻會變大。在此，關於電子阻擋層6的膜厚，會根據Al的組成c或正電洞濃度等的數值而改變成適當的膜厚，故無法一概而論，惟仍宜設定在1nm~50nm的範圍內，更宜設定在5nm~25nm的範圍內。
p型氮化物半導體層7係對發光層5輸送正電洞用的構件。另外，p型氮化物半導體層7，係由p型Ald Ga1-d N(0<d<1)所構成。在此，p型Ald Ga1-d N (0<d<1)的組成比，只要是不會吸收發光層5所發出之紫外光的組成比即可，其他並無特別限定。例如，如上所述的當發光層5的井層5b的Al的組成為0.5，障壁層5a的Al的組成為0.65時，p型Ald Ga1-d N(0<d<1)的Al的組成d，例如，可與障壁層5a的Al的組成a同樣為0.65。亦即，當發光層5的井層5b由Al0.5 Ga0.5 N所構成時，p型氮化物半導體層7，例如，可由p型Al0.65 Ga0.35 N所構成。p型氮化物半導體層7的受體雜質宜為Mg。
另外，p型氮化物半導體層7的正電洞濃度，並無特別限定，在p型氮化物半導體層7的膜質不會劣化的正電洞濃度的範圍內，濃度越高越好。然而，由於p型Ald Ga1-d N(0<d<1)的正電洞濃度比n型Alz Ga1-z N(0<z≦1)的電子濃度更低，故p型氮化物半導體層7的膜厚若太厚，紫外發光元件的電阻會變得太大。因此，p型氮化物半導體層7的膜厚，宜在200nm以下，更宜在100nm以下。另外，本實施態樣的紫外發光元件，作為一例，將p型氮化物半導體層7的膜厚設定為20nm。
p型接觸層8，係為了降低與第2電極17的接觸電阻，以獲得與第2電極17的良好歐姆接觸而設置。p型接觸層8係由p型GaN所構成。在此，構成p型接觸層8的p型GaN的正電洞濃度，宜比p型氮化物半導體層7的正電洞濃度更高，例如，設為7×1017 cm-3 左右，便可獲得與第2電極17的良好電接觸。其中，p型GaN的正電洞濃度，並無特別限定，在可獲得與第2電極17的良好電接觸的正電洞濃度的範圍內亦可適當改變之。p型接觸層8的膜厚係設定為100nm，惟並不限於此，例如，只要設定在50nm~150nm的範圍內即可。
作為n電極的第1電極14，係先形成由膜厚為20nm的Ti膜、膜厚為100nm的Al膜、膜厚為20nm的Ti膜以及膜厚為200nm的Au膜所堆疊的堆疊膜，然後再進行退火處理所形成。該堆疊膜的構造或膜厚並無特別限定。另外，紫外發光元件，在第1電極14上，形成了例如由Au膜所構成的第1墊部(圖中未顯示)。該第1墊部，係在第1電極14形成之後形成。另外，關於第1墊部，亦可不有別於第1電極14另外形成，而是由第1電極14兼作第1墊部。
作為p電極的第2電極17，係先形成膜厚為15nm的Ni膜與膜厚為100nm的Au膜的堆疊膜，然後進行退火處理所形成。該堆疊膜的構造或膜厚並無特別限定。另外，紫外發光元件，在第2電極17上，形成了例如由Au膜所構成的第2墊部(圖中未顯示)。該第2墊部，係在第2電極17形成之後形成。
以下，針對本實施態樣的紫外發光元件的製造方法，分為步驟(1)~(15)進行說明。
(1)將單結晶基板1導入反應爐的步驟
在該步驟中，將例如由c面藍寶石基板所構成的單結晶基板1導入MOCVD裝置的反應爐內。在該步驟中，宜在將單結晶基板1導入反應爐之前，先利用藥品對單結晶基板1進行前處理，使單結晶基板1的表面清潔化。另外，在該步驟中，亦可在將單結晶基板1導入反應爐之後，對反應爐的內部進行真空吸引，之後，使高純度化的氮氣等氣體流入反應爐內藉此讓反應爐內充滿氮氣，之後再進行排氣。藉此，在該步驟中，便可將在單結晶基板1導入時無意混入的空氣等氣體排出。另外，單結晶基板1宜為可形成複數個紫外發光元件之晶圓態樣者。
(2)將單結晶基板1加熱使單結晶基板1的一表面1a清潔化的步驟
該步驟，將導入反應爐內的單結晶基板1的溫度亦即基板溫度升溫到第1設定溫度，然後，以該第1設定溫度的加熱使單結晶基板1的一表面1a清潔化。第1設定溫度設定為1100℃。
更具體說明之，在該步驟中，在將反應爐內的壓力減壓到第1設定壓力之後，一邊使反應爐內保持第1設定壓力一邊使基板溫度上升到第1設定溫度，然後以該第1設定溫度進行第1設定時間的加熱，藉此使單結晶基板1的一表面1a清潔化。在該步驟中，在對反應爐內供給了H2氣體的狀態下將單結晶基板1加熱，藉此便可達到使其清潔化的效果。
在此，第1設定壓力設定為10kPa≒76Torr。第1設定溫度宜設定在1000 ~1150℃的溫度範圍內，更宜設定在1050~1100℃的溫度範圍內。當基板溫度比1000℃更低時，不易獲得清潔化的效果。第1設定時間設定為10分鐘。另外，第1設定壓力以及第1設定時間的數值，僅為一例而已，並非特別限定。
(3)形成由Alx Ga1-x N(0<x<1)所構成的複數個島狀核2的步驟(第1步驟)
在該步驟中，在一邊將反應爐內的壓力保持於第2設定壓力一邊將基板溫度保持於與第1設定溫度相同的第2設定溫度的狀態下，對反應爐內供給Al的原料氣體、Ga的原料氣體以及N的原料氣體，藉此在單結晶基板1的一表面1a上形成複數個島狀核2。亦即，在該步驟中，形成核2的群聚。
更具體說明之，在該步驟中，係將單結晶基板1的溫度亦即基板溫度設為由Alx Ga1-x N(0<x<1)所構成的複數個島狀核2可成長的第2設定溫度。該第2設定溫度，與第1設定溫度同樣，宜為由c面藍寶石基板所構成的單結晶基板1的一表面1a不會變質的溫度，宜設定在1000~1150℃的溫度範圍內，更宜設定在1000~1100℃的溫度範圍內。在該步驟中，由於在單結晶基板1的一表面1a上的Ga的擴散長度比Al的擴散長度更長，故比起在由III-V族的氮化物半導體所構成的核2中的III族的構成元素僅為Al的情況而言，更可降低在單結晶基板1的一表面1a上所形成的核2的密度(每單位面積的核2的數量)。在該步驟中，當基板溫度比1000℃更低時，Al原子會變得無法充分擴散，而在單結晶基板1的一表面1a上所形成的核2的密度的控制會變困難(使其低密度化變困難)。因此，在後述的第2步驟的成長時，當相隣的2個核2互相結合之際，於界面發生差排的情況增加，結果無法獲得高品質之緩衝層3的可能性變高。
在該步驟中，將第2設定壓力設為與第1設定壓力相同的10kPa，將第2設定溫度設為與第1設定溫度相同的1100℃。另外，第2設定壓力以及第2設定溫度的數值，僅為一例而已，並非特別限定。
另外，在該步驟中，分別將TMAl的流量設定為標準狀態0.05L/min(50SCCM)，將TMGa的流量設定為標準狀態0.01L/min(10SCCM)，將NH3 的流量設定為標準狀態0.05L/min(50SCCM)。在此，關於TMAl、TMGa以及NH3 各自的載體氣體，例如，宜採用H2 氣體。另外，TMAl，TMGa以及NH3 各自的流量僅為一例而已，並非特別限定。
(4)形成由Aly Ga1-y N(0<y≦1)所構成的緩衝層3的步驟(第2步驟)
該步驟，係在第1步驟之後藉由供給III族的構成元素的原料氣體與V族的構成元素的原料氣體以形成由Aly Ga1-y N(0<y≦1)所構成的緩衝層3的步驟。在此，各原料氣體各自的載體氣體，例如，宜採用H2 氣體。
該步驟，根據在單結晶基板1的一表面1a上所形成的核2的群聚形成既定膜厚(例如3μm)的緩衝層3。緩衝層3係以使穿透差排密度降低為目的而設置的構件。
在該步驟中，例如，在一邊將反應爐內的壓力保持於第3設定壓力一邊將基板溫度保持於第3設定溫度(既定的成長溫度)的狀態下，開始將Aly Ga1-y N(0<y≦1)的III族的原料氣體以及V族的原料氣體供給到反應爐內，形成緩衝層3。在該步驟中，將第3設定壓力設定為與第1設定壓力同樣的10kPa，將第3設定溫度設定為1200℃。另外，第3設定壓力以及第3設定溫度的數值，僅為一例而已，並非特別限定。
在該步驟中，例如，當Aly Ga1-y N(0<y≦1)的Al的組成y設為1時，亦即，當緩衝層3為AlN時，例如，對反應爐內供給作為III族的原料氣體的TMAl以及作為V族的原料氣體的NH3 。此時，例如，只要將TMAl的流量設定為標準狀態0.05L/min(50SCCM)，且將NH3 的流量設定為標準狀態0.1L/min(100SCCM)，然後將TMAl與NH3 供給到反應爐內即可。
另外，在該步驟中，當將Aly Ga1-y N(0<y≦1)的Al的組成y設為未達1 時，只要將作為III族的原料氣體的TMAl以及TMGa，以及作為V族的原料氣體的NH3 供給到反應爐內即可。此時，只要設定III族的原料氣體的TMAl的莫耳比(〔TMAl〕/{〔TMAl〕+〔TMGa〕})等，使Al的組成y成為所期望的數值(0<y<1)即可。
(5)形成n型氮化物半導體層4的步驟(第3步驟)
該步驟，係在緩衝層3上形成n型氮化物半導體層4的步驟。
在該步驟中，例如，在一邊將反應爐內的壓力保持於第4設定壓力一邊將基板溫度保持於第4設定溫度(既定的成長溫度)的狀態下，開始將n型Alz Ga1-z N(0<z≦1)的III族的原料氣體、V族的原料氣體以及賦予n型導電性的雜質的原料氣體供給到反應爐內，形成n型氮化物半導體層4。在該步驟中，將第4設定壓力設定為與第1設定壓力相同的10kPa，將第4設定溫度設定為1100℃。另外，第4設定壓力以及第4設定溫度的數值，僅為一例而已，並非特別限定。
在該步驟中，Al的原料氣體使用TMAl，Ga的原料氣體使用TMGa，N的原料氣體使用NH3 ，賦予n型導電性的雜質亦即Si的原料氣體使用四甲基矽烷(TESi)。另外，用來輸送各原料氣體的載體氣體使用H2 氣體。在此，TESi的流量設為標準狀態0.0009L/min(0.9SCCM)。另外，設定III族的原料氣體的TMAl的莫耳比(〔TMAl〕/{〔TMAl〕+〔TMGa〕})，使Al的組成成為所期望的數值(例如0.65)。另外，各原料氣體並無特別限定，例如，Ga的原料亦可使用三乙基鎵(TEGa)，N的原料氣體亦可使用肼衍生物，Si的原料亦可使用單矽烷(SiH4 )。另外，各原料氣體各自的流量，僅為一例而已，並非特別限定。
(6)形成發光層5的步驟(第4步驟)
該步驟，係在n型氮化物半導體層4上形成發光層5的步驟。
在該步驟中，例如，在一邊將反應爐內的壓力保持於第5設定壓力一邊 將基板溫度保持於第5設定溫度(既定的成長溫度)的狀態下，開始將III族的原料氣體以及V族的原料氣體供給到反應爐內，形成發光層5。在該步驟中，將第5設定壓力設為與第1設定壓力同樣的10kPa，將第5設定溫度設為1100℃。另外，第5設定壓力以及第5設定溫度的數值，僅為一例而已，並非特別限定。
在該步驟中，作為一例，分別設定井層5b以及障壁層5a的成長條件，使發光層5的井層5b為Al0.5 Ga0.5 N，並使障壁層5a為Al0.65 Ga0.35 N。另外，井層5b以及障壁層5a各自的組成比並無特別限定，在該步驟中，只要根據井層5b以及障壁層5a各自所期望的組成比，分別設定井層5b以及障壁層5a的成長條件即可。
在該步驟中，Al的原料氣體使用TMAl，Ga的原料氣體使用TMGa，N的原料氣體使用NH3 ，用來輸送各原料氣體的載體氣體使用H2 氣體。在此，針對發光層5的井層5b的成長條件，以可獲得所期望的組成比的方式，設定III族的原料氣體的TMAl的莫耳比(〔TMAl〕/{〔TMAl〕+〔TMGa〕})。另外，在該步驟中，將井層5b的成長條件中的上述莫耳比，設定成比障壁層5a的成長條件中的上述莫耳比更小。另外，本實施態樣的紫外發光元件，未對障壁層5a摻雜雜質，惟並不限於此，亦可摻雜障壁層5a的結晶品質不會劣化之程度的濃度的Si等的雜質。在此，Si的原料氣體，例如，可使用TESi。各原料氣體，並無特別限定，例如，Ga的原料亦可使用TEGa，N的原料氣體亦可使用肼衍生物，Si的原料亦可使用SiH4 。另外，各原料氣體各自的流量，僅為一例而已，並非特別限定。
(7)形成電子阻擋層6的步驟
該步驟，係在發光層5上形成電子阻擋層6的步驟。
在該步驟中，例如，在一邊將反應爐內的壓力保持於第6設定壓力一邊將基板溫度保持於第6設定溫度(既定的成長溫度)的狀態下，開始將III族的原料氣體以及V族的原料氣體供給到反應爐內，形成電子阻擋層6。在該 步驟中，將第6設定壓力設定為與第1設定壓力同樣的10kPa，將第6設定溫度設定為1100℃。另外，第6設定壓力以及第6設定溫度的數值，僅為一例而已，並非特別限定。發光層5的成長條件中的基板溫度與電子阻擋層6的成長條件中的基板溫度宜為相同溫度，惟並非一定要相同溫度。
在該步驟中，Al的原料氣體使用TMAl，Ga的原料氣體使用TMGa，N的原料氣體使用NH3 ，賦予p型導電性的雜質亦即Mg的原料氣體使用雙(環戊二烯)鎂(Cp2 Mg)，用來輸送各原料氣體的載體氣體使用H2 氣體。在此，設定III族的原料氣體中的TMAl的莫耳比(〔TMAl〕/{〔TMAl〕+〔TMGa〕})，使Al的組成成為所期望的數值(例如0.9)。各原料氣體，並無特別限定，例如，Ga的原料亦可使用TEGa，N的原料氣體亦可使用肼衍生物。各原料氣體各自的流量，僅為一例而已，並非特別限定。
(8)形成p型氮化物半導體層7的步驟(第5步驟)
該步驟，係在電子阻擋層6上形成p型氮化物半導體層7的步驟。另外，當未設置電子阻擋層6時，則變成在發光層5上形成p型氮化物半導體層7的步驟。
在該步驟中，例如，在一邊將反應爐內的壓力保持在第7設定壓力一邊將基板溫度保持在第7設定溫度(既定的成長溫度)的狀態下，開始將III族的原料氣體以及V族的原料氣體供給到反應爐內，形成p型氮化物半導體層7。在該步驟中，將第7設定壓力設定為與第1設定壓力相同的10kPa，將第7設定溫度設定為1100℃。另外，第7設定壓力以及第7設定溫度的數值，僅為一例而已，並非特別限定。
在該步驟中，Al的原料氣體使用TMAl，Ga的原料氣體使用TMGa，N的原料氣體使用NH3 ，賦予p型導電性的雜質亦即Mg的原料氣體使用Cp2 Mg，用來輸送各原料氣體的載體氣體使用H2 氣體。在此，設定III族的原料氣體中的TMAl的莫耳比(〔TMAl〕/{〔TMAl〕+〔TMGa〕})，使Al的組成成為所期望的數值(例如0.65)。當Al的組成與n型氮化物半導體層4 中的Al的組成相同時，可設定成與n型氮化物半導體層4的成長條件相同的莫耳比。各原料氣體各自的流量，僅為一例而已，並非特別限定。
(9)形成p型接觸層8的步驟
該步驟，係在p型氮化物半導體層7上形成p型接觸層8的步驟。
在該步驟中，例如，在一邊將反應爐內的壓力保持在第8設定壓力一邊將基板溫度保持在第8設定溫度(既定的成長溫度)的狀態下，開始將III族的原料氣體以及V族的原料氣體供給到反應爐內，形成p型接觸層8。在該步驟中，將第8設定壓力設定為與第1設定壓力相同的10kPa，將第8設定溫度設定為1050℃。另外，第8設定壓力以及第8設定溫度的數值，僅為一例而已，並非特別限定。
在該步驟中，Ga的原料氣體使用TMGa，N的原料氣體使用NH3 ，賦予p型導電性的雜質亦即Mg的原料氣體使用Cp2 Mg，用來輸送各原料氣體的載體氣體使用H2 氣體。
在(1)的步驟中將單結晶基板1導入MOCVD裝置的反應爐內之後，到(9)的步驟終了為止，在MOCVD裝置的反應爐內連續地使結晶成長。然後，在p型接觸層8的成長結束之後，使基板溫度降溫到室溫附近，將成長為核2、緩衝層3、n型氮化物半導體層4、發光層5、電子阻擋層6、p型氮化物半導體層7、p型接觸層8的堆疊構造的單結晶基板1從MOCVD裝置取出。簡而言之，本實施態樣的紫外發光元件的製造方法，係利用MOCVD法形成核2、緩衝層3、n型氮化物半導體層4、發光層5、電子阻擋層6、p型氮化物半導體層7、p型接觸層8的堆疊構造。
(10)進行使p型雜質活性化的退火步驟
該步驟，係在退火裝置的退火爐內以既定的退火溫度保持既定的退火時間，以使電子阻擋層6、p型氮化物半導體層7以及p型接觸層8的p型雜質活性化的步驟。在此，係將退火溫度設定為750℃，並將退火時間設定為10 分鐘，惟該等數值僅為一例而已，並非特別限定。關於退火裝置，例如，可採用燈退火裝置、電爐退火裝置等。
(11)形成台面構造的步驟
首先，利用一般的微影技術，在單結晶基板1的一表面1a側所成長的上述堆疊構造中，在與台面構造的頂面對應的區域上，形成第1抗蝕劑層。接著，將第1抗蝕劑層當作遮罩，並將上述堆疊構造從表面側(在此為p型接觸層8的表面側)蝕刻到n型氮化物半導體層4的途中，藉此形成台面構造。之後，將第1抗蝕劑層除去。上述堆疊構造的蝕刻，例如，可利用反應性離子蝕刻進行。另外，台面構造的面積以及形狀並無特別限定。
(12)在n型氮化物半導體層4的露出表面4a上形成第1電極14的步驟
形成第2抗蝕劑層，該第2抗蝕劑層以在單結晶基板1的一表面1a側的第1電極14的預定形成區域(亦即，n型氮化物半導體層4之中厚度變薄的部位的一部分)露出的方式形成了圖案。之後，例如，利用電子束蒸鍍法形成膜厚為20nm的Ti膜、膜厚為100nm的Al膜、膜厚為20nm的Ti膜以及膜厚為200nm的Au膜的堆疊膜，實施剝離動作，將第2抗蝕劑層以及該第2抗蝕劑層上的多餘膜層除去。之後，在N2 氣體環境中進行RTA(Rapid Thermal Annealing，快速熱退火)處理，使第1電極14與n型氮化物半導體層4的接觸成為歐姆接觸。堆疊膜的構造以及各膜厚僅為一例而已，並非特別限定。另外，RTA處理的條件，例如，只要將退火溫度設為800℃，並將退火時間設為1分鐘即可，惟該等數值僅為一例而已，並非特別限定。
(13)形成第2電極17的步驟
形成第3抗蝕劑層，該第3抗蝕劑層以在單結晶基板1的一表面1a側的第2電極17的預定形成區域(在此為p型接觸層8的表面的一部分)露出的方式形成了圖案。之後，利用電子束蒸鍍法形成例如膜厚為15nm的Ni膜與膜厚為100nm的Au膜，實施剝離動作，以除去第3抗蝕劑層以及該第3抗蝕劑層上的多餘膜層。之後，在N2 氣體環境中進行RTA處理，使第2電極17與p型接觸層8的接觸成為歐姆接觸。堆疊膜的構造以及各膜厚僅為一例而已，並 非特別限定。另外，RTA處理的條件，例如，只要將退火溫度設為400℃，並將退火時間設為15分鐘即可，惟該等數值僅為一例而已，並非特別限定。
(14)形成第1墊部以及第2墊部的步驟
在該步驟中，利用微影技術以及薄膜形成技術形成第1墊部以及第2墊部。關於薄膜形成技術，例如，可採用電子束蒸鍍法等。
該步驟終了，形成複數個紫外發光元件的晶圓便完成。簡而言之，依序進行上述(1)~(14)的步驟，形成複數個紫外發光元件的晶圓便完成。
(15)從晶圓分割出各個紫外發光元件的步驟
該步驟，係切割步驟，將晶圓以切割鋸等工具裁切，分割成各個紫外發光元件(晶片)。藉此，便可從1片晶圓得到複數個紫外發光元件。紫外發光元件的晶片尺寸，例如，350μm正方或1mm正方等，並無特別限定。
另外，上述的第1步驟(亦即，形成核2的步驟(3))，亦可係為具備以下說明的第1階段與第2階段的步驟。
第1階段，係在第1基板溫度以及第1成長壓力(第1設定壓力)下，對反應爐內以既定的莫耳比供給Al的原料氣體、Ga的原料氣體以及N的原料氣體，藉此在單結晶基板1的一表面1a上形成複數個由Alb Ga1-b N(0<b<1且b<x)所構成的結晶核的階段。在該第1階段中，例如，只要將第1基板溫度設為1100℃，將第1成長壓力設為10kPa即可，惟該等數值僅為一例而已，並非特別限定。
第2階段，係使Ga脫離以使由Alb Ga1-b N(0<b<1且b<x)所構成的結晶核成為由Alx Ga1-x N(0<x<1)所構成的核2的階段。簡而言之，具備第1階段與第2階段的第1步驟，藉由進行第1階段與第2階段，便可形成由所期望的組成Alx Ga1-x N(0<x<1)所構成的核2。
關於第2階段，存在以下的例子。
在第2階段的一例中，不供給Al的原料氣體與Ga的原料氣體而供給N的原料氣體，而且，將單結晶基板1的溫度亦即基板溫度設定成比第1階段的第1基板溫度更高，在此狀態下進行熱處理。進行該熱處理的基板溫度，例如，只要設定為1300℃即可。另外，進行該熱處理的熱處理時間，例如，只要設定為2分鐘即可。簡而言之，熱處理，係將基板溫度設為1300℃進行2分鐘，如是即可。在第2階段中進行熱處理的基板溫度，不限於1300℃。其中，若基板溫度太低，則Ga無法脫離，另外，若基板溫度太高，則不僅Ga連Al也會脫離。因此，基板溫度，例如，宜設定在可使Ga脫離且可防止Al脫離的1100℃~1350℃左右的範圍內，更宜為1150℃~1300℃。另外，熱處理時間，可根據核2的組成比、構造、進行熱處理的基板溫度等適當設定之。
另外，在第2階段的另一例中，不供給Al的原料氣體與Ga的原料氣體而供給N的原料氣體，而且，將單結晶基板1的溫度亦即基板溫度設定為不低於第1階段的第1基板溫度，並將供給到反應爐的H2 氣體(氫氣)的供給量設定為比第1階段中用來輸送原料氣體的載體氣體亦即H2 氣體的供給量更多，在此狀態下進行熱處理。第1階段以及第2階段各自的H2 氣體的供給量，例如，只要設定為標準狀態5L/min(5SLM)、標準狀態10L/min(10SLM)即可。另外，第1階段以及第2階段各自的H2 氣體的供給量的數值，並無特別限定。
以上說明的本實施態樣的紫外發光元件包含：單結晶基板1；形成於單結晶基板1的一表面1a上的複數個島狀核2；以及以埋入相隣的2個核2之間的間隙且覆蓋全部的核2的方式形成於單結晶基板1的一表面1a側的緩衝層3。再者，紫外發光元件更包含：形成於緩衝層3上的由n型Alz Ga1-z N(0<z≦1)所構成的n型氮化物半導體層4；形成於n型氮化物半導體層4上的量子井構造的發光層5；以及p型氮化物半導體層7。在此，於紫外發光元件中，n型氮化物半導體層4係由n型Alz Ga1-z N(0<z≦1)所構成，量子井構造的井層5b係由Ala Ga1-a N(0<a≦1)所構成。另外，在紫外發光元件中，核2係由Alx Ga1-x N(0<x<1)所構成，緩衝層3係由Aly Ga1-y N(0<y≦1)所構 成，且x<y。
在紫外發光元件中，由於核2係由Alx Ga1-x N(0<x<1)所構成，而另一方面緩衝層3係由Aly Ga1-y N(0<y≦1)所構成，且x<y，故比起以往形成AlN核的情況或是將核2的組成設定為與緩衝層3的組成相同的情況而言，在製造時，更可使單結晶基板1的一表面1a上的III族原子的平均擴散長度變長。然後，在本實施態樣的紫外發光元件中，便可將核2的密度降低。藉此，在本實施態樣的紫外發光元件中，便可減少穿透差排。簡而言之，本實施態樣的紫外發光元件，可降低緩衝層3的穿透差排密度，且可降低發光層5的穿透差排密度。因此，本實施態樣的紫外發光元件，可提高發光效率。
另外，在紫外發光元件中，由於複數個核2均形成島狀，故核2不易受到應力，不僅可達到使緩衝層3的膜層變厚之目的，更使裂縫不易產生。藉此，紫外發光元件便可更進一步降低穿透差排密度。另外，紫外發光元件亦可減少在製造時晶圓的翹曲，在處理上變得比較容易。結果，便可提高紫外發光元件的量產效率或製造良品率。
另外，在紫外發光元件中，關於由Aly Ga1-y N(0<y≦1)所構成的緩衝層3的Al的組成y，亦可使y=1。此時，在紫外發光元件中，緩衝層3變成AlN。由於AlN的帶隙能量為6.2eV，故紫外發光元件，例如，即使將發光層5設計成可發出220nm左右的發光波長的紫外光，也能防止發光層5所發出之紫外光被緩衝層3吸收，而能夠有效率地發光。
另外，在紫外發光元件中，就構成核2的Alx Ga1-x N(0<x<1)中的Al的組成x與構成井層5b的Ala Ga1-a N(0<a≦1)中的Al的組成a的關係而言，宜為a<x。藉此，紫外發光元件便可更進一步降低核密度並降低差排密度，另外，井層5b所發出的紫外光也不會被核2吸收而能夠有效率地發光。紫外發光元件，在從單結晶基板1側發出紫外光的情況下，為了提高發光效率，設定為a<x是很重要的。
另外，在紫外發光元件中，就構成核2的Alx Ga1-x N(0<x<1)中的Al的組成x與構成n型氮化物半導體層4的n型Alz Ga1-z N(0<z≦1)中的Al的組成z的關係而言，宜為z<x。藉此，在紫外發光元件中，由於核2的晶格常數比n型氮化物半導體層4的晶格常數更小，故n型氮化物半導體層4也會受到從核2而來的壓縮應力，使n型氮化物半導體層4不易產生裂縫。
另外，在紫外發光元件中，單結晶基板1宜為c面藍寶石基板。藉此，在紫外發光元件中，由於單結晶基板1對紫外光的透光性優異，故可達到提高發光效率之目的。
另外，上述的紫外發光元件的製造方法包含：第1步驟，其準備單結晶基板1並將其配置於反應爐內，之後，在單結晶基板1的一表面1a上形成複數個核2；第2步驟，其形成緩衝層3；第3步驟，其形成n型氮化物半導體層4；第4步驟，其形成發光層5；以及第5步驟，其形成p型氮化物半導體層7。然後，在上述的紫外發光元件的製造方法中，宜使第1步驟為具備第1階段與第2階段的步驟。第1階段，係在第1基板溫度以及第1成長壓力下，對反應爐內以既定的莫耳比供給Al的原料氣體、Ga的原料氣體以及N的原料氣體，藉此在單結晶基板1的一表面1a上形成複數個由Alb Ga1-b N(0<b<1且b<x)所構成的結晶核的階段。另外，第2階段，係使Ga脫離以使由Alb Ga1-b N(0<b<1且b<x)所構成結晶核成為由Alx Ga1-x N(0<x<1)所構成的核2的階段。藉此，本實施態樣的紫外發光元件的製造方法便可提供出一種可減少穿透差排的紫外發光元件。另外，在紫外發光元件中，考量到為了促進第1步驟的III族原子的擴散，核2的Al的組成宜較小，然而隨著Al的組成變小，會有裂縫發生之虞，或井層5b所發出之紫外光會有被核2吸收之虞。相對於此，本實施態樣的紫外發光元件的製造方法，使第1步驟為具備上述第1階段與第2階段的步驟，藉此便可達到在第1階段使III族原子的平均擴散長度變長進而使核密度降低之目的，並在第2階段形成可防止所期望的發光波長的紫外光被吸收的組成比的核2。
另外，關於影響核2的密度的成長條件，例如基板溫度、V/III比、各原料氣體的供給量、成長壓力等。然而，為了使Al原子在單結晶基板1的一表面1a側擴散，必須以基板溫度對Al原子賦予運動能量，若運動能量太小，即使改變基板溫度以外的參數，擴散長度也會太短，而難以控制核2的密度。另外，Al比起Ga而言擴散長度較短。因此，為了製造可防止核2吸收紫外光且可降低核密度的紫外發光元件，在第1步驟中重要的參數吾人認為應為III族的原料氣體中的TMAl的莫耳比(〔TMAl〕/{〔TMAl〕+〔TMGa〕})、基板溫度。
該製造方法，在第2階段中，宜不供給Al的原料氣體與Ga的原料氣體而供給N的原料氣體，而且，將單結晶基板1的溫度亦即基板溫度設定成比第1階段的第1基板溫度更高，在此狀態下進行熱處理。藉此，在該製造方法中，由於將進行熱處理的基板溫度設定成比第1階段的第1基板溫度更高以促進Ga的脫離，故可使第2階段以比較短的時間完成，進而使生產效率提高。
另外，該製造方法，在第2階段中，宜不供給Al的原料氣體與Ga的原料氣體而供給N的原料氣體，而且，使單結晶基板1的溫度亦即基板溫度不低於第1階段的第1基板溫度，並將供給到反應爐的氫氣的供給量設定成比在第1階段中用來輸送原料氣體的載體氣體亦即氫氣的供給量更多，在此狀態下進行熱處理。藉此，該製造方法，由於在第2階段中增加還原性氣體亦即氫氣的流量以促進Ga的脫離，故可使第2階段以比較短的時間完成，進而使生產效率提高。
(實施態樣2)
以下，根據圖2說明本實施態樣的紫外發光元件。
在本實施態樣的紫外發光元件中，核2的構造與實施態樣1的紫外發光元件不同。另外，與實施態樣1相同的構成要件，會附上相同的符號並省略說明。
本實施態樣的紫外發光元件中的核2，宜隨著遠離單結晶基板1而Al的組成x也跟著變大。或者，亦可隨著從核2的中心部向外側遠離而Al的組成x 也跟著變大。
在本實施態樣的紫外發光元件中，由Alx Ga1-x N(0<x<1)所構成的複數個島狀核2分別由以下二層所構成：形成於單結晶基板1的一表面1a上且由Al0.7 Ga0.3 N所構成的第1層2a；以及形成於第1層2a之上且由Al0.9 Ga0.1 N所構成的第2層2b。另外，在本實施態樣的紫外發光元件中，將單結晶基板1的一表面1a的法線方向的第1層2a的高度尺寸設定為5nm，將第2層2b的高度尺寸也設定為5nm，惟該等數值僅為一例而已，並非特別限定。
本實施態樣的紫外發光元件，可防止因為核2與緩衝層3的晶格常數差等因素而產生新的缺陷，並可達到降低差排密度以及提高發光效率之目的。
在本實施態樣的紫外發光元件中，核2的Al的組成x，在上述法線方向上有2階段(第1層2a與第2層2b)的變化，惟並不限於此，亦可有3階段以上的變化，甚至是連續地變化的構造。或者，核2的Al的組成x，亦可從核2的中心部向外側有3階段以上的變化，甚至是連續地變化的構造。
本實施態樣的紫外發光元件的製造方法，基本上與實施態樣1所說明的製造方法相同，只要根據所期望的核2的構造，適當改變第1步驟的成長條件即可。
在實施態樣1、2的紫外發光元件中，發光層5的發光波長係設定在210nm~360nm的範圍內，故可實現發光波長為紫外範圍的發光二極體，因此可當作水銀燈或準分子燈等的深紫外光源的代替光源使用。
雖根據若干較佳實施態樣記載敘述本發明，惟在不超出本發明原本的發明精神以及範圍(亦即請求範圍)的情況下，本領域從業人員自可思及各種修正以及變化。
1‧‧‧單結晶基板
1a‧‧‧表面
2‧‧‧核
3‧‧‧緩衝層
4‧‧‧n型氮化物半導體層
4a‧‧‧表面
5‧‧‧發光層
5a‧‧‧障壁層
5b‧‧‧井層
6‧‧‧電子阻擋層
7‧‧‧p型氮化物半導體層
8‧‧‧p型接觸層
14‧‧‧第1電極
17‧‧‧第2電極

Claims (10)

  1. 一種紫外發光元件，包含：單結晶基板；複數個島狀核，其形成於單結晶基板的一表面上，且由Alx Ga1-x N(0<x<1)所構成；緩衝層，其以埋入相隣的該核之間的間隙且覆蓋全部的該核的方式形成於該單結晶基板的該一表面側，且由Aly Ga1-y N(0<y≦1)所構成；n型氮化物半導體層，其形成於該緩衝層上，且由n型Alz Ga1-z N(0<z≦1)所構成；量子井構造的發光層，其形成於該n型氮化物半導體層的該緩衝層側的相反側，且具有由Ala Ga1-a N(0<a≦1)所構成的井層；以及p型氮化物半導體層，其形成於該發光層的該n型氮化物半導體層側的相反側；且x<y。
  2. 如申請專利範圍第1項之紫外發光元件，其中，y=1。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之紫外發光元件，其中，a<x。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之紫外發光元件，其中，z<x。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之紫外發光元件，其中，在該核中，隨著遠離該單結晶基板，Al的組成x也跟著變大。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之紫外發光元件，其中，在該核中，隨著從該核的中心部向外側遠離，Al的組成x也跟著變大。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之紫外發光元件，其中，該單結晶基板為c面藍寶石基板。
  8. 一種紫外發光元件的製造方法，其為申請專利範圍第1或2項之紫外發光元件的製造方法，其特徵為包含：第1步驟，其準備該單結晶基板並將該單結晶基板配置在反應爐內，之後，在該單結晶基板的該一表面上形成複數個該核；第2步驟，其形成該緩衝層；第3步驟，其形成該n型氮化物半導體層；第4步驟，其形成該發光層；以及第5步驟，其形成該p型氮化物半導體層；該第1步驟包含：第1階段，其在第1基板溫度以及第1成長壓力下，對該反應爐內以既定的莫耳比供給Al的原料氣體、Ga的原料氣體以及N的原料氣體，藉此在該單結晶基板的該一表面上形成複數個由Alb Ga1-b N(0<b<1且b<x)所構成的結晶核；以及第2階段，其使Ga脫離，以使由Alb Ga1-b N(0<b<1且b<x)所構成的該結晶核變成由Alx Ga1-x N(0<x<1)所構成的該核。
  9. 如申請專利範圍第8項之紫外發光元件的製造方法，其中，於該第2階段，不供給Al的該原料氣體與Ga的該原料氣體而供給N的該原料氣體，而且，將該單結晶基板的溫度亦即基板溫度設定成比該第1階段的該第1基板溫度更高，並在此狀態下進行熱處理。
  10. 如申請專利範圍第8項之紫外發光元件的製造方法，其中，於該第2階段，不供給Al的該原料氣體與Ga的該原料氣體而供給N的該原料氣體，而且，將該單結晶基板的溫度亦即基板溫度設定為不低於該第1階段的該第1基板溫度，且將供給到該反應爐的氫氣的供給量設定為比在該第1階段中用來輸送該原料氣體的載體氣體亦即氫氣的供給量更多，並在此狀態下進行熱處理。
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