[發明專利]氮化物半導體模板及發光二極管

有效

• 申請號: 201210295500.3
• 申請日: 2012-08-17
• 公開（公告）號: CN102956773A
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發明（設計）人: 今野泰一郎;藤倉序章
• 申請（專利權）人: 日立電線株式會社
• 主分類號: H01L33/14
• 分類號: H01L33/14;H01L33/20
• 代理公司: 北京銀龍知識產權代理有限公司 11243
• 代理人: 鐘晶;於毓楨

技術領域

本發明涉及氮化物半導體模板以及發光二極管。

背景技術

氮化鎵（GaN）、氮化鋁鎵（AlGaN）、氮化銦鎵（InGaN）等氮化物鎵化合物半導體作為可實現紅色至紫外發光的發光元件用材料而引人注目。作為這些氮化物系化合物半導體的晶體生長法之一，有將金屬氯化物氣體和氨作為原料的氫化物氣相生長法（HVPE:Hydride?Vapor?Phase?Epitaxy）。

作為HVPE法的特征，可以舉出如下方面：與其他的生長法（有機金屬氣相生長法（MOVPE:Metal-Organic?Vapor?Phase?Epitaxy））、分子束外延法（MBE:Molecular?Beam?Epitaxy法）中典型的幾μm/hr的生長速度相比，可得到非常大的從10μm/hr以上到100μm/hr以上的生長速度。因此，可經常用于GaN自立基板（參照專利文獻1）、AlN自立基板的制造。這里，“自立基板”是指能夠保持自身的形狀，具有不會對操作產生不便的程度的強度的基板。

此外，包含氮化物半導體的發光二極管（LED）通常在藍寶石上形成，但在其晶體生長時，在基板的表面形成緩沖層后，在其上生長含有n型層的10~15μm左右厚度的GaN層，在其上按照InGaN/GaN多量子阱的發光層（合計為幾百nm厚）、p層（200~500nm厚）的順序進行生長。發光層的下側的GaN層厚是為了改善藍寶石基板上的GaN的結晶性等。然后，進行電極形成等，最終形成后述圖3那樣的元件結構。在采用MOVPE法生長時，晶體生長工序典型地要求6小時左右的時間，但其中的一半左右是為了生長被稱為模板的發光層的下側的GaN層所需要的時間。

由以上所述，如果在模板部分的生長中能夠應用生長速度非常快的HVPE法，則可以大幅縮短生長時間，可以顯著地降低LED片的制造成本。

另一方面，作為降低在半導體發光元件內部的光限制而改善光取出效率的方法，可以舉出例如專利文獻2。

在專利文獻2中，對第1層實施凹凸加工而提高光取出效率，從而高亮度化。此外在專利文獻2中，對基板實施凹凸加工，產生與上述相同的效果。該專利文獻2使用所謂的PSS基板（Patterned?Sapphire?Substrate）來提高光取出效率從而高亮度化。

此外，上述模板部分是沿橫向流過電流的部分，因此有必要為低電阻。這是因為，如果不是低電阻，則LED的驅動電壓（正向電壓）就會變高。即，模板部分為具有使結晶性良好而減少活性層中的缺陷從而提高內量子效率的作用和降低正向電壓的作用的重要部分。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特許第3886341號公報

專利文獻2：日本特開2002-280611號公報

發明內容

發明要解決的課題

作為一般的低電阻化，有增多添加的雜質的量而提高載流子濃度的方法。但是，如果使添加的雜質的量過多，則結晶性就會惡化，而且遷移率惡化，電阻反而變高。因此，期望不使添加的雜質量過多而低電阻化。即，期望不提高載流子濃度而能夠低電阻化。現狀是，特別是采用能夠降低制造成本的HVPE法，在低載流子濃度下難以低電阻化。

本發明的目的在于提供低電阻、結晶性良好的氮化物半導體模板以及使用該氮化物半導體模板的發光二極管。

用于解決課題的方法

本發明人等為了解決上述課題而進行了深入研究，結果發現，通過在初期生長中使氮化物鎵半導體生長成島狀，可以降低位錯密度。此外也發現，在生長為島狀期間，出現多種方位的面，該面為傾斜面時，O（氧）的添加效率良好。基于這樣的認識，可以減少成為缺陷形成的一個原因的添加物的量。通過將作為n型添加物的O（氧）在不使結晶性惡化的情況下以良好的狀態添加，可以實現一定程度的低電阻化。因此，還能夠更積極地減少添加的n型添加層的添加物量，由此也可以降低位錯密度。即，成功地使用HVPE法，提供低電阻且缺陷少的氮化物半導體模板。

本發明的一方式為了實現上述目的，從而提供以下的氮化物半導體模板以及發光二極管。

[1]一種氮化物半導體模板，其具備：基板；在所述基板上形成添加了O（氧）的O添加層、在所述O添加層上形成添加了Si的Si添加層而成的Ⅲ族氮化物半導體層，所述Ⅲ族氮化物半導體層的整體的膜厚為4μm以上10μm以下，所述Si添加層中的Si的平均載流子濃度為1×10¹⁸cm^-3以上5×10¹⁸cm^-3以下。