[發明專利]第III族氮化物半導體發光器件及其制造方法

無效

• 申請號: 201410085710.9
• 申請日: 2014-03-10
• 公開（公告）號: CN104051590A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發明（設計）人: 奧野浩司;佐村洋平
• 申請（專利權）人: 豐田合成株式會社
• 主分類號: H01L33/32
• 分類號: H01L33/32;H01L33/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 顧晉偉;吳鵬章

技術領域

本發明涉及第III族氮化物半導體發光器件及其制造方法。更具體地，本發明涉及其中在具有不平整形狀的藍寶石襯底上形成有平坦半導體層的第III族氮化物半導體發光器件及其制造方法。

背景技術

在第III族氮化物半導體發光器件中，光可以反射到半導體層與大氣層之間的界面處的半導體層一側。GaN的折射率為2.3（藍光LED），而空氣的折射率為1，存在大的差距。為了提高光提取效率，可以將在主表面上具有不平整形狀的藍寶石襯底用于第III族氮化物半導體發光器件。在這樣的半導體發光器件中，光通過不平整形狀散射，并且光提取效率高。

日本公開特許公報（特開）第2011-129718號公開了襯底設置有凸起的第III族氮化物半導體發光器件。在襯底與n型半導體層之間的界面或p電極與大氣層之間的界面處全反射并且橫向傳播的光通過凸起散射，從而提高了光提取效率。

本發明人發現當半導體層通過氣相外延例如金屬有機化學氣相沉積（MOCVD）形成時，可能引起以下問題。

當藍寶石襯底不具有不平整形狀時，如圖1所示，原料氣體幾乎均勻地噴到藍寶石襯底的整個表面。相反，當藍寶石襯底具有不平整形狀時，如圖2所示，原料氣體進入不平整形狀的凹部中。因此，在每個凹部的區域R1中，原料氣體的濃度比藍寶石襯底不具有不平整形狀時更高。

當原料氣體的濃度高時，半導體層容易傾斜地生長在不平整形狀的傾斜表面上的緩沖層上。特別地當傾向于藍寶石的a面{1，1，-2，x}出現在傾斜表面上時，半導體層容易生長在該傾斜表面上。這是因為GaN容易生長在{1，1，-2，0}面上。半導體在襯底的傾斜表面上的生長程度有時高于在襯底的主表面上的生長程度。特別地當藍寶石襯底上的底面積較小時，半導體在傾斜表面上的生長程度非常高。生長在傾斜表面上的半導體層的晶體取向不同于生長在底表面上的半導體層的晶體取向。當具有不同生長模式的這些半導體層融合（merge）時，融合之后的生長層的表面難以處于平坦狀態。此外，融合之后的生長層的結晶度劣化。

當不平整形狀高密度地形成時（就是說，相鄰臺面的頂部的間距寬度小），光提取效率提高。然而，間距寬度越小，基底層的表面越難以處于平坦狀態。

發明內容

已實現本發明用于解決本發明人自己發現的上述問題。因此，本發明的目的是提供一種其中在設置有不平整形狀的襯底上生長平坦半導體層的第III族氮化物半導體發光器件及其制造方法。

在本發明的第一方面中，提供了一種用于制造第III族氮化物半導體發光器件的方法，包括：

制備在主表面上具有不平整形狀的藍寶石襯底的藍寶石襯底制備步驟；

在藍寶石襯底的不平整形狀上形成低溫緩沖層的緩沖層形成步驟；以及

在低溫緩沖層上生長由第III族氮化物半導體形成的半導體層的半導體層形成步驟。半導體層形成步驟包括通過供應至少兩種類型的氣體：包含第III族元素的原料氣體和包含第V族元素的原料氣體，以滿足下列公式從而在低溫緩沖層上形成第一半導體層：

1000≤Y/(2×R)≤1200

R=S/K

0.1≤R<0.5

Y:包含第V族元素的原料氣體與包含第III族元素的原料氣體的分壓比

R:藍寶石襯底的平坦表面與藍寶石襯底的總面積的面積比

S：藍寶石襯底的主表面一側上的平坦表面的面積

K:藍寶石襯底的總面積。

在用于制造第III族氮化物半導體發光器件的方法中，抑制供應到藍寶石襯底的不平整形狀的包含第V族元素的原料氣體的供應量。因而，可以抑制在形成在藍寶石襯底的傾斜表面上的低溫緩沖層上的半導體層的生長。因此，可以在具有不平整形狀的藍寶石襯底上形成平坦半導體層。

本發明的第二方面涉及用于第III族氮化物半導體發光器件的制造方法的具體實施方案，其中，在形成第一半導體層時，形成至少部分地填充藍寶石襯底的不平整形狀的高度的層作為第一半導體層。

本發明的第三方面涉及用于第III族半導體發光器件的制造方法的具體實施方案，其中，第一半導體層部分地覆蓋藍寶石襯底的不平整形狀的高度，并且未覆蓋不平整形狀的高度的剩余部分。

本發明的第四方面涉及用于第III族氮化物半導體發光器件的制造方法的具體實施方案，其中第一半導體層覆蓋藍寶石襯底的不平整形狀的整個高度。