TWI520377B - ＧａＮ基板及發光裝置 - Google Patents

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TWI520377B
TWI520377B TW100113287A TW100113287A TWI520377B TW I520377 B TWI520377 B TW I520377B TW 100113287 A TW100113287 A TW 100113287A TW 100113287 A TW100113287 A TW 100113287A TW I520377 B TWI520377 B TW I520377B
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Description

GaN基板及發光裝置
本發明係關於一種於紅色光區域或藍色至紅色之可見光區域之光的穿透率較高、且導電性較高之GaN基板及包括該GaN基板之發光裝置。
作為發光裝置中所使用之基板，正尋求一種光之穿透率較高、且導電性較高之基板。例如日本專利特開2005-213075號公報(專利文獻1)中揭示有一種對波長375 nm-500 nm之光之吸收係數為7 cm-1-68 nm-1的GaN基板。又，日本專利特開2007-126320號公報(專利文獻2)中揭示有如下內容：藉由於基板上形成具有多個微細孔之TiN薄膜且於該TiN薄膜上抑制Si以外之雜質之混入而成長GaN結晶的方法(該方法稱為VAS(Void-Assisted Separation，間隙形成剝離法)，獲得對波長380 nm以上之光之吸收係數未達7 cm-1之GaN基板。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2005-213075號公報
[專利文獻2]日本專利特開2007-126320號公報
然而，光之穿透率與導電性為自相矛盾之關係，若為了提高光之穿透率而減少基板中之雜質則導電性降低，若為了提高導電性而增加基板中之雜質則光之穿透率降低。
例如日本專利特開2005-213075號公報(專利文獻1)中，為了維持特定之導電性，只能將對波長375 nm-500 nm之光之吸收係數減少至7 cm-1左右。
另一方面，日本專利特開2007-126320號公報(專利文獻2)中揭示有一種維持特定之導電性、同時對波長380 nm以上之光之吸收係數未達7 cm-1之GaN基板，但該基板係使用上述被稱為VAS法之特殊方法製作，故成本非常高。
又，發光裝置用之基板只要針對發光之波長區域內之波長之光具有較低吸收係數便可，無須對發光之波長區域外之波長的光亦具有較低吸收係數。
因此，就上述觀點而言，本發明之目的在於提供一種針對發光裝置之發光之波長區域內之波長之光具有較低之吸收係數，且具有特定值以下之比電阻，適於該發光裝置之GaN基板及包括該GaN基板之發光裝置。
根據某態樣，本發明係一種GaN基板，其針對波長380 nm之光及波長1500 nm之光之吸收係數為7 cm-1以上，至少對波長500 nm以上、780 nm以下之光之吸收係數未達7 cm-1，且比電阻為0.02 Ωcm以下。
於本發明之GaN基板中，可將針對波長440 nm以上、780 nm以下之光之吸收係數設定為未達7 cm-1。
又，根據其他態樣，本發明係一種發光裝置，其包括上述GaN基板，且發光之峰值波長為500 nm以上、780 nm以下，上述GaN基板針對波長380 nm之光及波長1500 nm之光之吸收係數為7 cm-1以上，至少對波長500 nm以上、780 nm以下之光之吸收係數未達7 cm-1，且比電阻為0.02 Ωcm以下。
又，根據又一態樣，本發明係一種發光裝置，其包括上述GaN基板，且發光之峰值波長為440 nm以上、780 nm以下，上述GaN基板針對波長380 nm之光及波長1500 nm之光之吸收係數為7 cm-1以上，針對波長440 nm以上、780 nm以下之光之吸收係數未達7 cm-1，且比電阻為0.02 Ωcm以下。
根據本發明，可提供一種針對發光裝置之發光之波長區域內之波長的光具有較低之吸收係數，且具有特定值以下之比電阻，適於該發光裝置之GaN基板及包括該GaN基板之發光裝置。
[GaN基板]
本發明之GaN基板針對波長380 nm之光及波長1500 nm之光之吸收係數為7 cm-1以上，至少對波長500 nm以上、780 nm以下之光之吸收係數未達7 cm-1，且比電阻為0.02 Ωcm以下。於此，光之吸收係數係藉由使用分光光度計測定對象波長之光的穿透率及反射率而算出。又，比電阻係使用比電阻計以四探針法測定。
該GaN基板較佳用作發光之峰值波長至少為500 nm以上、780 nm以下之發光裝置之GaN基板。以下，對更為具體之實施形態加以說明。
(實施形態1)
本實施形態之GaN基板針對波長380 nm之光及波長1500 nm之光之吸收係數為7 cm-1以上，針對波長500 nm以上、780 nm以下之光之吸收係數未達7 cm-1，且比電阻為0.02 Ωcm以下。本實施形態之GaN基板較佳用作發光之峰值波長為500 nm以上、780 nm以下之紅色光區域之發光裝置的基板。就該觀點而言，針對波長500 nm以上、780 nm以下之光之吸收係數較佳為5 cm-1以下。又，比電阻較佳為0.015 Ωcm以下。
(實施形態2)
本實施形態之GaN基板針對波長380 nm之光及波長1500 nm之光之吸收係數為7 cm-1以上，針對波長440 nm以上、780 nm以下之光之吸收係數未達7 cm-1，且比電阻為0.02 Ωcm以下。本實施形態之GaN基板較佳作為發光之峰值波長為440 nm以上、780 nm以下之藍色光區域至紅色光區域之可見光區域的發光裝置之基板。就該觀點而言，針對波長440 nm以上、780 nm以下之光之吸收係數較佳為5 cm-1以下。又，比電阻較佳為0.015 Ωcm以下。
上述任一實施形態之GaN基板之載體濃度較佳為5×1017 cm-3以上、2×1018 cm-3以下。若載體濃度過低則比電阻變得過大，若載體濃度過高則光之吸收係數變得過大。就該觀點而言，載體濃度更佳為7×1017 cm-3以上、1.1×1018 cm- 3以下。於此，載體濃度係使用CV特性(Current Voltage characteristic，伏安特性)測定法而測定。
上述任一實施形態之GaN基板之貫通其主表面之錯位之平均密度(稱為平均錯位密度，以下相同)較佳為3×106 cm-2以下。該錯位之平均密度越低則越能獲得可靠性較高之發光裝置。就該觀點而言，貫通主表面之錯位之平均密度(平均錯位密度)更佳為1×106 cm-2以下。又，就當前基板之製造技術之觀點而言，貫通主表面之錯位之平均密度(平均錯位密度)於現階段難以小於10 cm-2，故為10 cm-2左右以上。貫通GaN基板之主表面之錯位之平均密度係根據CL(Cathode luminescence，陰極發光)之盲點密度之測定而算出。
上述任一實施形態之GaN基板較佳為其主表面平坦，且與其主表面最接近之結晶面之曲率半徑為10 m以上。該結晶面之曲率半徑越大則越可獲得基板面內發光波長均勻之發光裝置。就該觀點而言，與主表面最接近之結晶面之曲率半徑更佳為20 m以上。又，就當前基板之製造技術之觀點而言，與主表面最接近之結晶面之曲率半徑於現階段難以大於100 m，故為100 m左右以下。與GaN基板之主表面最接近之結晶面之曲率半徑係藉由作為上述對象之結晶面之X射線繞射而測定。
與GaN基板之主表面最接近之結晶面並無特別限制，但就於其主表面上磊晶成長結晶性較高之半導體層之觀點而言，較佳為{0001}面、{10-10}面、{11-20}面、{10-11}面、{11-22}面、{20-21}面、{22-44}面等。又，就於GaN基板之主表面上磊晶成長結晶性較高之半導體層之觀點而言，GaN基板之主表面之與上述結晶面相對之偏離角之絕對值較佳為5°以下。於此，與GaN基板最接近之結晶面之面方位及上述主表面與上述結晶面之偏離角係藉由X射線繞射而測定。
[GaN基板之製造方法]
圖1係表示製造本發明之GaN基板之方法之一例的概略剖面圖。製造本發明之GaN基板之方法並無特別限制，參照圖1，其包括準備基底基板11之步驟、於基底基板11上成長添加有雜質之GaN結晶12之步驟、及對GaN結晶12進行加工而形成GaN基板10之步驟。於該製造方法中，藉由調整GaN結晶12中添加之雜質(稱為摻雜劑，以下相同)之濃度，而以低成本獲得本實施形態之GaN基板10。
(準備基底基板之步驟)
參照圖1(A)，於準備基底基板11之步驟中所準備之基底基板11只要為能夠磊晶成長GaN結晶12之基板則並無特別限制，但就與GaN結晶之晶格對準性較高之觀點而言，較佳使用矽(Si)基底基板、藍寶石(Al2O3)基底基板、GaAs基底基板、以及GaN基底基板及AlN基底基板等III族氮化物基底基板等，其中特佳使用GaN基底基板。藉由使用GaN基底基板，可抑制來自基底基板之雜質混入，故而較佳。就該觀點而言，基底基板之表面之潔淨度較為重要。尤其是基底基板之背面(指與成長爐之內壁接觸之基底基板之面，以下相同)無法於結晶成長前在成長爐內蝕刻，故於投入成長爐內之前必須提高其潔淨度。因此較佳為對基板背面加以蝕刻之後再投入成長爐內。作為蝕刻方法可列舉鹼性溶劑之濕式蝕刻、或鹵系氣體之乾式蝕刻等。
(成長添加有雜質之GaN結晶之步驟)
參照圖1(A)，於上述基底基板11上成長添加有雜質之GaN結晶12之方法只要為能夠磊晶成長者則並無特別限制，但就成長結晶性較高之GaN結晶12之觀點而言，較佳為HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy，氫化物氣相成長)法、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，有機金屬化學氣相沈積)法、MBE(分子束磊晶，Molecular Beam Epitaxy)法等氣相法，其中就結晶成長速度較高之觀點而言，特佳為HVPE法。
於此，HVPE法中通常係於石英反應管內進行成長，故為加熱石英反應管內之結晶，而使得石英反應管亦與結晶一併被加熱。因此，來自加熱為高溫之石英反應管之分解氣體作為雜質被結晶吸收。因此，較佳為利用由成長溫度下穩定之材質(例如pBN(熱分解氮化硼))形成之襯管覆蓋石英反應管之內部。進而，較佳為流入對石英反應管與襯管之間隙進行沖洗之沖洗用氣(例如H2、N2、及/或Ar)，以便使雜質不滯留。又，由於配置基底基板之晶座亦變成高溫，故較佳為以pBN形成該晶座，或者使用pBN、AlN、Al2O3、SiC等高純度且穩定之材質對晶座之表面進行塗佈。
GaN結晶12中添加之雜質(摻雜劑)並無特別限制，但就光之吸收係數之減少較少且比電阻較低之觀點而言，較佳為Si。又，於GaN結晶12中添加Si之方法並無特別限制，但作為摻雜氣體，較佳使用含有Si之氣體，例如SiF4(四氟化矽)氣體、SiH4(矽烷)氣體、Si2H6(二矽烷)氣體、SiH3Cl(一氯矽烷)氣體、SiH2Cl2(二氯矽烷)氣體、SiHCl3(三氯矽烷)氣體、SiCl4(四氯化矽)氣體等，其中特佳使用SiF4氣體。與其他含有Si之氣體相比，SiF4氣體即便於900℃以上、1300℃以下之高溫中亦難以分解，故可效率良好地添加於GaN結晶12中。
例如，以下對藉由HVPE法成長添加Si作為摻雜劑之GaN結晶12之方法進行說明。圖2係表示GaN結晶12之成長中所使用之HVPE裝置之一例的概略圖。參照圖2，HVPE裝置100具備第1原料氣體儲罐101、摻雜氣體儲罐102、第2原料氣體儲罐103、第1氣體導入管104、摻雜氣體導入管105、第2氣體導入管106、船型碟107、晶座108、加熱器109、反應管110、排氣管111、及排氣處理裝置。HVPE裝置100設為例如橫置式反應管。再者，HVPE裝置100亦可為直立式反應管。
反應管110係用以於內部保持基底基板11，並於上述基底基板11上成長GaN結晶12之容器。反應管110可使用例如石英反應管等。又，於反應管110之內部，配置有pBN製之襯管120。於第1原料氣體儲罐101、第2原料氣體儲罐103及船型碟107中，分別供給有含有構成所成長之GaN結晶之元素的原料。摻雜氣體儲罐102中填充有例如SiF4氣體作為摻雜劑即含有Si之氣體。第1氣體導入管104、摻雜氣體導入管105及第2氣體導入管106設置於反應管110中，用以將第1原料氣體G1、摻雜氣體G2及第2原料氣體G3之各個由反應管110之外部導入內部。船型碟107中收容且保持例如金屬Ga作為GaN結晶之金屬原料，且配置於第2氣體導入管106內。
晶座108之表面藉由pBN製之膜而塗佈，且保持有基底基板11。於反應管110內，以由晶座108保持基底基板11之面位於第1氣體導入管104、摻雜氣體導入管105及第2氣體導入管106之下方的方式，配置晶座108。晶座108係橫置地配置於反應管110之內部。再者，晶座108於圖2中構成為將基底基板11之主表面水平配置，但亦可將基底基板之主表面垂直配置。又，HVPE裝置100亦可進而具備基底基板11之電阻加熱器等加熱用之局部加熱機構。
加熱器109配置於反應管110之外部，具有將反應管110之內部整體加熱至例如700℃以上、1500℃以下之能力。排氣管111設置於反應管110上，用以將反應後之氣體排出至反應管110外部。排氣處理裝置構成為對排氣管111排出之反應後氣體進行除害，以減輕其對環境之負荷。
如圖2所示，首先，將所準備之基底基板11保持於晶座108上。此時亦可將複數片之基底基板11保持於晶座108上。
其次，準備分別填充有作為第1原料氣體之NH3(氨)氣體及作為第2原料氣體之HCl(氯化氫)氣體的第1原料氣體儲罐101及第2原料氣體儲罐103。又，對船型碟107供給金屬Ga。又，準備內部填充有作為摻雜氣體之SiF4氣體的摻雜氣體儲罐102。
其後，對船型碟107進行加熱。接著，使自第2氣體導入管106供給之HCl氣體(第2原料氣體G3)、與船型碟107之金屬Ga發生反應，從而生成GaCl(氯化鎵)氣體(反應氣體G7)。將自第1氣體導入管104供給之NH3氣體(第1原料氣體G1)、SiF4氣體(摻雜氣體G2)、及GaCl氣體(反應氣體G7)以與基底基板11之主表面相接觸之方式流入(供給)並使其等發生反應。此時，亦可使用用以將該等氣體輸送至基底基板11之載氣。載氣可使用例如N2(氮)氣體、H2(氫)氣體及Ar(氬)氣體等惰性氣體。
HVPE法中，使用加熱器109，將反應管110之內部加熱至GaN結晶12以適當速度成長之溫度。使GaN結晶12成長之溫度較佳為900℃以上、1300℃以下，更佳為1050℃以上、1200℃以下。於900℃以上使GaN結晶12成長之情形時，可防止GaN結晶12產生缺陷，且可抑制於結晶成長面上產生與使之成長之面方位不同之面方位的面(例如於成長之面方位為(0001)(c面)之情形時，具有與(0001)不同之面方位之刻面及由該刻面所形成之凹坑等)。即，對於結晶成長面之所成長之面方位，可穩定地成長具有良好結晶性之GaN結晶12。於1050℃以上使GaN結晶12成長之情形時，可使結晶性更為良好。另一方面，於1300℃以下使GaN結晶12成長之情形時，可抑制所成長之GaN結晶12發生分解，故可抑制其結晶性之劣化。於1200℃以下使GaN結晶12成長之情形時，可進一步抑制結晶性之劣化。
於此，所成長之GaN結晶之結晶成長表面較佳為自(0001)面之傾斜角未達1°。於GaN結晶中，藉由使自(0001)面之結晶成長面之傾斜角未達1°，可抑制結晶成長表面中之摻雜氣體以外之雜質的吸收。為使GaN結晶之結晶成長表面之自(0001)面之傾斜角未達1°，較佳為將結晶成長溫度設為1100℃以上。又，藉由使上述原料氣體、載氣及摻雜氣體之流入方式及流量最佳化，可於結晶成長表面之大致整個區域(80%以上至100%)，使自(0001)面之傾斜角未達1。。
GaN結晶12成長時之含有Si之氣體(SiF4氣體)之分壓較佳為2.0×10-7 atm以上、1.0×10-5 atm以下。於含有Si之氣體(SiF4氣體)之分壓為2.0×10-7 atm以上之情形時，作為n型摻雜劑之Si被GaN結晶12充分吸收。另一方面，於含有Si之氣體(SiF4氣體)之分壓為1.0×10-5 atm以下之情形時，可進一步抑制SixNy(氮化矽)系化合物之生成，故可進而良好地控制於GaN結晶12中摻雜Si時之摻雜條件。又，若考慮GaN結晶12中所摻雜之Si之濃度，則含有Si之氣體(SiF4氣體)之分壓為1.0×10-5 atm下。再者，原料氣體、載氣及摻雜氣體等之反應管110內所含之氣體的各自之分壓之合計(全體)為1 atm。含有Si之氣體(SiF4氣體)之濃度與分壓成正比。
於成長添加有雜質之GaN結晶之步驟中，以GaN結晶12中之載體濃度較佳為5×1017 cm-3以上、1.5×1018 cm-3以下(對應之Si濃度為5×1017 cm-3以上、1.6×1018 cm-3以下)、更佳為6.6×1017 cm-3以上、1.1×1018 cm-3以下(對應之Si濃度為6.9×1017 cm-3以上、1.1×1018 cm-3以下)之方式將摻雜氣體供給至基底基板11。於載體濃度為5×1017 cm-3以上之情形時，可減小GaN結晶12之比電阻而充分確保導電性。於載體濃度為6.6×1017 cm-3以上之情形時，可進而減小GaN結晶12之比電阻而更充分地確保導電性。另一方面，於載體濃度為1.5×1018 cm-3以下之情形時，可減小GaN結晶之光之吸收係數而充分地確保光之穿透性。於載體濃度為1.1×1018 cm-3以下之情形時，可進而減小GaN結晶之光之吸收係數而更充分地確保光之穿透性。進而，Si以外之雜質(氧、碳等)之摻雜量較佳為Si摻雜量之1/5以下，更佳為1/10以下，進而較佳為1/20以下。
於成長添加有雜質之GaN結晶12之步驟中，以GaN結晶12之比電阻為0.02 Ωcm以下，較佳為0.015 Ωcm以下之方式成長GaN結晶12。於比電阻為0.02 Ωcm以下之情形時，可成長具有較佳用於發光裝置之基板之導電性之GaN結晶12。於GaN結晶之比電阻為0.015 Ωcm以下之情形時，可更佳用於發光裝置之基板。
於成長添加有雜質之GaN結晶12之步驟中，就GaN結晶12而言，以針對波長500 nm以上、780 nm以下之光之吸收係數未達7 cm-1，較佳為5 cm-1以下之方式成長GaN結晶。GaN結晶12於針對波長500 nm以上、780 nm以下之光之光的吸收係數未達7 cm-1之情形時，較佳為5 cm-1以下之情形時，較佳用於發光之峰值波長為500 nm以上、780 nm以下之發光裝置之基板。
於成長添加有雜質之GaN結晶12之步驟中，就GaN結晶12而言，以針對波長440 nm以上、780 nm以下之光之吸收係數未達7 cm-1，較佳為5 cm-1以下之方式成長GaN結晶。GaN結晶12於針對波長440 nm以上、780 nm以下之光之光的吸收係數未達7 cm-1之情形時，較佳為5 cm-1以下之情形時，適於用於發光之峰值波長為440 nm以上、780 nm以下之發光裝置之基板。
於成長添加有雜質之GaN結晶之步驟中，以GaN結晶12中之錯位之平均密度較佳為3×106 cm-2以下，更佳為1×106 cm-2以下之方式成長GaN結晶12。藉由對該GaN結晶進行加工，容易地獲得貫通主表面12m之錯位之平均密度較佳為3×106 cm-2以下，更佳為1×106 cm-2以下之GaN基板。於此，GaN結晶12中之錯位之平均密度及貫通GaN基板之主表面12m之錯位之平均密度(平均錯位密度)係根據CL(陰極發光)之盲點密度之測定而算出。
參照圖1(A)，於成長添加有雜質之GaN結晶12之步驟中，較佳為使用主表面11m自{0001}面、{10-10}面、{11-20}面、{10-11}面、{11-22}面、{20-21}面及{22-44}面中任一面之偏離角之絕對值為5°以下的III族氮化物基板(基底基板11)，成長結晶成長之主表面12m自{0001}面、{10-10}面、{11-20}面、{10-11}面、{11-22}面、{20-21}面及{22-44}面中任一面之偏離角之絕對值為5°以下的GaN結晶12。利用該GaN結晶而容易地獲得主表面10m自{0001}面、{10-10}面、{11-20}面、{10-11}面、{11-22}面、{20-21}面及{22-44}面中任一面之偏離角之絕對值為5°以下的GaN基板10。
(對GaN結晶進行加工而形成GaN基板之步驟)
參照圖1(B)，對所得之添加有雜質之GaN結晶12進行加工而形成GaN基板10之步驟並無特別限制，可包括去除基底基板11之子步驟。去除基底基板11之方法並無特別限制，存在利用外周刀、內周刀、線鋸、雷射等進行切斷之方法，利用金剛石磨輪等進行研磨之方法等。以此方式獲得具有主表面12m、12n之GaN結晶12。
對GaN結晶12進行加工而形成GaN基板10之步驟，還可包括對GaN結晶12進行切片之子步驟。對GaN結晶12進行切片之方法並無特別限制，存在利用外周刀、內周刀、線鋸、雷射等進行切斷之方法等。又，可包括對切片之GaN結晶12之主表面進行研磨及/或進行表面處理之子步驟。對GaN結晶12之主表面進行研磨之方法例如存在機械研磨、化學機械研磨等方法。對GaN結晶12之主表面進行處理之方法例如存在乾式蝕刻、濕式蝕刻等方法。
對GaN結晶12進行加工從而形成GaN基板10之步驟，又可包括去除GaN結晶12之外緣區域之子步驟。去除GaN結晶12之外緣區域之方法並無特別限制，存在利用金剛石磨輪等進行研磨之方法等。
藉由上述之一個以上之子步驟，由GaN結晶12而獲得GaN基板10。由上述之GaN基板之製造方法所獲得之本實施形態的GaN基板10中，貫通其主表面之錯位之平均密度(平均錯位密度)較佳為3×106 cm-2以下，更佳為1×106 cm-2以下。該錯位之平均密度越低則越能獲得可靠性較高之發光裝置。又，就當前基板之製造技術之觀點而言，貫通主表面之錯位之平均密度於現階段難以小於1×104 cm-2，故為1×104 cm-2左右以上。
又，由上述之GaN基板之製造方法所得之本實施形態之GaN基板中，較佳為其主表面係平坦，且與其主表面最接近之結晶面的曲率半徑為10 m以上，更佳為20 m以上。該結晶面之曲率半徑越大則越能獲得發光波長之面內均勻性較高之發光裝置。又，就當前基板之製造技術之觀點而言，與主表面最接近之結晶面之曲率半徑於現階段難以大於100 m，故為100 m左右以下。
[發光裝置]
圖3係表示本發明之發光裝置之一例之概略剖面圖。參照圖3，本發明之發光裝置包括上述實施形態1或實施形態2之GaN基板10，且其發光之峰值波長為500 nm以上、780 nm以下或440 nm以上、780 nm以下。本發明之發光裝置針對500 nm以上、780 nm以下或440 nm以上、780 nm以下之波長區域之光，基板中之光之吸收係數較低，發光效率較高。
參照圖3，更具體而言，本發明之發光裝置包括上述實施形態1或實施形態2之GaN基板10、形成於GaN基板10之一主表面10m上之至少1層的半導體層20、形成於半導體層20之最外層上之第1電極30、以及形成於GaN基板10之另一主表面10n上之第2電極40。該發光裝置於半導體層20中包含發光層，自GaN基板10側發光。以下，對更為具體之實施形態加以說明。
(實施形態3)
參照圖3，本實施形態之發光裝置包括：針對波長380 nm之光及波長1500 nm之光之吸收係數為7 cm-1以上，針對波長500 nm以上、780 nm以下之光之吸收係數未達7 cm-1，且比電阻為0.02 Ωcm以下之GaN基板10；形成於GaN基板10之一主表面10m上之至少1層的半導體層20；形成於半導體層20之最外層上之第1電極30；以及形成於GaN基板10之另一主表面10n上之第2電極40；且其發光之峰值波長為500 nm以上、780 nm以下。
(實施形態4)
參照圖3，本實施形態之發光裝置包括：針對波長380 nm之光及波長1500 nm之光之吸收係數為7 cm-1以上，針對波長440 nm以上、780 nm以下之光之吸收係數未達7 cm-1，且比電阻為0.02 Ωcm以下之GaN基板10；形成於GaN基板10之一主表面10m上之至少1層的半導體層20；形成於半導體層20之最外層上之第1電極30；以及形成於GaN基板10之另一主表面10n上之第2電極40；且其發光之峰值波長為440 nm以上、780 nm以下。
於上述實施形態3及實施形態4之發光裝置中，藉由對半導體層20之化學組成及/或構成加以改變，可改變其發光之波長區域及峰值波長。
[發光裝置之製造方法]
製造本發明之發光裝置之方法並無特別限制，例如參照圖3，包括準備實施形態1或實施形態2之GaN基板10之步驟、於GaN基板10之一主表面上形成至少1層之半導體層20之步驟、形成於半導體層20之最外層所形成之第1電極30之步驟、及於GaN基板10之另一主表面10n上形成第2電極40之步驟。於此，形成第1電極30之步驟與形成第2電極40之步驟之順序可以顛倒。藉此，獲得實施形態3或實施形態4之發光裝置。
(準備GaN基板之步驟)
準備實施形態1或實施形態2之GaN基板之方法係如上述GaN基板之製造方法之說明所示。
(於GaN基板上形成至少1層之半導體層之步驟)
於GaN基板10之一主表面10m上形成至少1層之半導體層20之方法並無特別制限，但就於GaN基板上磊晶成長結晶性良好之半導體層20之觀點而言，較佳為MOCVD法、MBE法、HVPE法等氣相法。又，藉由對半導體層20之化學組成及/或構成加以改變，可改變發光之波長區域及峰值波長。
(形成第1電極及第2電極之步驟)
形成第1電極及第2電極之方法並無特別限制，但就提高生產性並降低生產成本之觀點而言，較佳為濺鍍法、蒸鍍法等。
[實施例]
[實施例1]
於本實施例中，藉由以下之方法，於HVPE法中改變含有Si之摻雜氣體之分壓，藉此獲得載體濃度、比電阻及光之吸收係數互不相同之複數之GaN基板。
1.　基底基板之準備
參照圖1(A)，首先，準備直徑60 mm、厚度400 μm之GaN基底基板11。基底基板11之主表面11m平坦，與主表面11m最接近之結晶面為(0001)面。(0001)面之曲率半徑係利用X射線繞射加以測定，為20 m。貫通基底基板11之主表面11m之錯位之平均密度(稱為平均錯位密度，以下相同)係根據CL(陰極發光)之盲點密度之測定而算出，為5×105 cm-3。
2.　GaN結晶之成長
其次，參照圖1(A)，藉由HVPE法，於基底基板11上，藉由使用SiF4氣體作為摻雜氣體而成長Si濃度不同之7個GaN結晶12(實驗No.1-7)。
該等GaN結晶之成長中，係使用圖2所示之HVPE裝置。準備NH3氣體作為第1原料氣體G1、HCl氣體作為第2原料氣體G3、SiF4氣體作為摻雜氣體G2、純度為99.999%以上之H2氣體作為載氣。分別自第1氣體導入管104、第2氣體導入管106及摻雜氣體導入管105將載氣導入反應管110之內部，並使加熱器109之溫度上升至1100℃。其後，向船型碟107供給金屬Ga，並對船型碟107進行加熱。
使自第2氣體導入管106所供給之HCl氣體與船型碟107之Ga以Ga+HCl→GaCl+1/2H2之方式發生反應，藉此，生成GaCl氣體作為反應氣體G7。
其次，將作為自第1氣體導入管104所供給之第1原料氣體G1之NH3氣體、與作為由上述反應所得之反應氣體G7之GaCl氣體以與基底基板11之成長GaN結晶之主表面相接觸之方式與載氣一併流入，並使該等於該主表面上以GaCl+NH3→GaN+HCl+H2之方式發生反應。
作為使Si濃度不同之7個GaN結晶12(實驗No.1-7)成長之條件，將摻雜氣體之供給分壓調整為表1中所示之值。藉此，以結晶成長溫度為1100℃、結晶成長時間16.67小時之條件，成長直徑60 mm、厚度5 mm之Si濃度不同的7個GaN結晶。該等GaN結晶之成長速度為300 μm/hr。
3.　GaN基板之形成
其次，參照圖1(B)，將分別獲得之GaN結晶12使用切片機於厚度方向上進行切片加工。接著，去除經切片之GaN結晶12之外緣區域。繼而對經切片並進而去除外緣區域之GaN結晶進行CMP(化學機械研磨)，從而去除其加工變質層。以此方式，利用各個GaN結晶而獲得5片直徑為2英吋(50.8 mm)厚度為400 μm之GaN基板10。
4.　GaN基板之物性測定
所得之5片GaN基板10a、10b、10c、10d、10e之中，於自基底基板11一側起第三片GaN基板10c之5個測定點上，測定Si濃度、載體濃度、比電阻、及針對波長380 nm、500 nm-780 nm、440 nm-780 nm及1500 nm之光之吸收係數，並算出該等之最小值與最大值。於此，針對1片GaN基板，5個測定點係設定為主表面上之中心點、自中心點向{11-20}方向偏離-2 cm之點及偏離+2 cm之點、及自中心點向{10-10}方向偏離-2 cm之點及偏離+2 cm之點，合計5個點。於此，Si濃度係藉由SIMS(次級離子質譜分析，Secondary Ion Mass Spectroscopy)加以測定。載體濃度係藉由CV特性測定法加以測定。比電阻係使用比電阻計藉由四探針法加以測定。光之吸收係數係使用分光光度計測定穿透率及反射率而算出。於此，假設GaN基板內之吸收係數無關於深度而固定，且亦考慮多路徑反射。將結果匯總於表1中。
於此，GaN基板之主表面內之載體濃度的變動為自平均值±5%以內，厚度方向上之載體濃度的變動亦為自平均值±5%以內。
又，貫通位於各個GaN結晶12之第3片GaN基板10c之上述5個測定點上之主表面的錯位之平均密度(平均錯位密度)均為5×105 cm-2，與基底基板11為同樣之低密度。又，位於各個GaN結晶12之第3片GaN基板10c之上述5個測定點上之(0001)面的曲率半徑係藉由X射線繞射加以測定，為20 m，與基底基板同樣大。又，所得之GaN基板均未產生裂紋。
參照表1，於HVPE法中，將結晶成長溫度調整為1000℃以上、1200℃以下，且將含有Si之摻雜氣體之分壓調整為0.6×10-6 atm以上、1.0×10-6 atm以下，並使載體濃度為0.66×1018 cm-3以上、1.1×1018 cm-3以下，藉此，獲得比電阻為0.02 Ωcm以下、針對波長380 nm之光之吸收係數為7 cm-1以上、針對波長500 nm-780 nm之光之吸收係數未達7 cm-1及針對波長1500 nm之光之吸收係數為7 cm-1以上之GaN基板。又，將結晶成長溫度調整為1000℃以上、1200℃以下，將含有Si之摻雜氣體之分壓調整為0.6×10-6 atm以上、0.8×10-6 atm以下，並使載體濃度為0.66×1018 cm-3以上、0.82×1018 cm-3以下，藉此，獲得比電阻為0.02 Ωcm以下、針對波長380 nm之光之吸收係數為7 cm-1以上、針對波長440 nm-780 nm之光之吸收係數未達7 cm-1及關於波長1500 nm之光之吸收係數為7 cm-1以上之GaN基板。再者，所成長之所有結晶中之Si以外之元素的雜質濃度係利用SIMS加以測定，O(氧)為5×1016 cm-3以下，C(碳)為5×1016 cm-3以下，其他元素亦為1×1016 cm-3以下。
上述實施例係製作與主表面最接近之結晶面為(0001)面之GaN基板之情形，但製作與主表面最接近之結晶面為(10-10)面、(11-20)面、(10-11)面、(11-22)面、(20-21)面、或(22-44)面之GaN基板之情形亦獲得相同之結果。
應該認為，此次所揭示之實施形態及實施例之所有內容均為例示，而非限制者。本發明之範圍並非由上述說明表示，而是由申請專利範圍表示，且意圖包括與申請專利範圍均等之含義及範圍內之所有變更。
10、10a、10b、10c、10d、10e．．．GaN基板
10m、10n、11m、12m、12n．．．主表面
11．．．基底基板
12．．．GaN結晶
20．．．半導體層
30．．．第1電極
40．．．第2電極
100．．．HVPE裝置
101．．．第1原料氣體儲罐
102．．．摻雜氣體儲罐
103．．．第2原料氣體儲罐
104．．．第1氣體導入管
105．．．摻雜氣體導入管
106．．．第2氣體導入管
107．．．船型碟
108．．．晶座
109．．．加熱器
110．．．反應管
111．．．排氣管
120．．．襯管
G1．．．第1原料氣體
G2．．．摻雜氣體
G3．．．第2原料氣體
G7．．．反應氣體
圖1係表示製造本發明之GaN基板之方法之一例的概略剖面圖。於此，(A)表示準備基底基板之步驟、及於基底基板上成長添加有雜質之GaN結晶之步驟，(B)表示對GaN結晶進行加工而形成GaN基板之步驟。
圖2係表示GaN結晶之成長中所使用之HVPE裝置之一例的概略圖。
圖3係表示本發明之發光裝置之一例的概略剖面圖。

Claims (4)

  1. 一種GaN基板，其針對波長380nm之光及波長1500nm之光之吸收係數為7cm-1以上，至少對波長500nm以上、780nm以下之光之吸收係數未達7cm-1，比電阻為0.02Ωcm以下，矽濃度為6.9×1017cm-3以上、1.1×1018cm-3以下，氧濃度為5×1016cm-3以下，碳濃度為5×1016cm-3以下，且其他雜質元素濃度為1×1016cm-3以下。。
  2. 如請求項1之GaN基板，其針對波長440nm以上780nm以下之光之吸收係數未達7cm-1。
  3. 一種發光裝置，其包括請求項2之GaN基板，且其發光之峰值波長為440nm以上、780nm以下。
  4. 一種發光裝置，其包括請求項1之GaN基板，且其發光之峰值波長為500nm以上、780nm以下。
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