晶體層疊結(jié)構(gòu)體和發(fā)光元件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及晶體層疊結(jié)構(gòu)體和發(fā)光元件。
【背景技術(shù)】
[0002]作為現(xiàn)有的發(fā)光元件，已知通過在透光性基板的形成有凹凸圖案的面上生長出晶體膜而形成的發(fā)光元件(例如參照專利文獻I)。在專利文獻I中，在藍寶石基板的形成有凹凸圖案的面上生長出GaN系半導(dǎo)體層。
[0003]專利文獻I的藍寶石基板的凹凸圖案具有如下功能:抑制由于藍寶石基板和GaN系半導(dǎo)體層的折射率不同引起的從GaN系半導(dǎo)體層中的發(fā)光層發(fā)出的光在藍寶石基板和GaN系半導(dǎo)體層的界面處的反射。通過抑制這樣的反射，能減少發(fā)光層對反射光的吸收、由于反射光的多重反射導(dǎo)致的衰減，提高發(fā)光元件的光提取效率。
_4] 現(xiàn)有技術(shù)文獻_5] 專利文獻
[0006]專利文獻1:特許第3595277號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

_7] 發(fā)明要解決的問題
[0008]本發(fā)明的目的在于提供晶體層疊結(jié)構(gòu)體和包含該晶體層疊結(jié)構(gòu)體的發(fā)光元件，晶體層疊結(jié)構(gòu)體能實現(xiàn)光輸出較高的發(fā)光元件，具有Ga2O3基板和氮化物半導(dǎo)體層。
[0009]用于解決問題的方案
[0010]為了達到上述目的，本發(fā)明的一方式提供[I]?[5]的晶體層疊結(jié)構(gòu)體。
[0011][I] 一種晶體層疊結(jié)構(gòu)體，其具有=Ga2O3基板；介電體層，其以部分地覆蓋所述Ga2O3基板的上表面的方式形成于所述Ga2O3基板上，與所述Ga2O3基板的折射率之差為0.15以下；以及氮化物半導(dǎo)體層，其隔著所述介電體層形成于所述Ga2O3基板上，與所述介電體層和所述Ga2O3基板的上表面的沒有被所述介電體層覆蓋的部分接觸。
[0012][2]上述[I]所記載的晶體層疊結(jié)構(gòu)體，所述介電體層是以SiN為主成分的SiN層O
[0013][3]上述[I]或者[2]所記載的晶體層疊結(jié)構(gòu)體，所述氮化物半導(dǎo)體層是GaN層。
[0014][4]上述[3]所記載的晶體層疊結(jié)構(gòu)體，所述氮化物半導(dǎo)體層的上表面的面方位為(002) ο
[0015][5]上述[I]或[2]所記載的晶體層疊結(jié)構(gòu)體，所述介電體層的厚度為0.5 μπι以上。
[0016]另外，為了達到上述目的，本發(fā)明的其它方式提供[6]的發(fā)光元件。
[0017][6] 一種發(fā)光元件，其包含所述[I]或[2]所記載的晶體層疊結(jié)構(gòu)體，對所述Ga2O3基板和所述氮化物半導(dǎo)體層通電。
_8]發(fā)明效果
[0019]根據(jù)本發(fā)明，能提供晶體層疊結(jié)構(gòu)體和包含該晶體層疊結(jié)構(gòu)體的發(fā)光元件，晶體層疊結(jié)構(gòu)體能實現(xiàn)光輸出較高的發(fā)光元件，具有Ga2O3基板和氮化物半導(dǎo)體層。
【附圖說明】
[0020]圖1是第I實施方式的晶體層疊結(jié)構(gòu)體的垂直截面圖。
[0021]圖2A是表示第I實施方式的晶體層疊結(jié)構(gòu)體的制造工序的垂直截面圖。
[0022]圖2B是表示第I實施方式的晶體層疊結(jié)構(gòu)體的制造工序的垂直截面圖。
[0023]圖2C是表示第I實施方式的晶體層疊結(jié)構(gòu)體的制造工序的垂直截面圖。
[0024]圖2D是表示第I實施方式的晶體層疊結(jié)構(gòu)體的制造工序的垂直截面圖。
[0025]圖3A是第I實施方式的晶體層疊結(jié)構(gòu)體的氮化物半導(dǎo)體層形成前的SEM照片。
[0026]圖3B是第I實施方式的晶體層疊結(jié)構(gòu)體的氮化物半導(dǎo)體層形成后的SEM照片。
[0027]圖3C是第I實施方式的晶體層疊結(jié)構(gòu)體的氮化物半導(dǎo)體層形成后的SEM照片。
[0028]圖4A是比較例的晶體層疊結(jié)構(gòu)體的氮化物半導(dǎo)體層形成前的SEM照片。
[0029]圖4B是比較例的晶體層疊結(jié)構(gòu)體的氮化物半導(dǎo)體層形成后的SEM照片。
[0030]圖4C是比較例的晶體層疊結(jié)構(gòu)體的氮化物半導(dǎo)體層形成后的SEM照片。
[0031]圖5是表示第I實施方式以及比較例的晶體層疊結(jié)構(gòu)體的氮化物半導(dǎo)體層的X射線搖擺曲線的半值寬度的坐標(biāo)圖。
[0032]圖6是表示第I實施方式以及比較例的晶體層疊結(jié)構(gòu)體的介電體層為SiN層的情況下的縱向的電流一電壓特性的坐標(biāo)圖。
[0033]圖7是連接有用于測定電流一電壓特性的電極的晶體層疊結(jié)構(gòu)體的垂直截面圖。
[0034]圖8是第2實施方式的發(fā)光元件的垂直截面圖。
[0035]圖9是表示第2實施方式以及比較例的發(fā)光元件的介電體層為SiN層的情況下的縱向的電流一電壓特性的坐標(biāo)圖。
[0036]圖10是表示第2實施方式以及比較例的發(fā)光元件的光輸出特性的坐標(biāo)圖。
[0037]圖11是表示通過光學(xué)模擬求出的介電體層的材料和發(fā)光元件的光提取效率的關(guān)系的一例的坐標(biāo)圖。
【具體實施方式】
[0038]在形成具有Ga2O3基板和氮化物半導(dǎo)體層的晶體層疊結(jié)構(gòu)體的情況下，為了減少由于Ga2O3基板和氮化物半導(dǎo)體層的折射率不同引起的光在Ga 203基板和氮化物半導(dǎo)體層的界面處的反射，考慮到在Ga2O3基板的形成有凹凸圖案的面上生長出氮化物半導(dǎo)體晶體的方法。
[0039]但是，本發(fā)明人等有如下發(fā)現(xiàn):在Ga2O3基板的形成有凹凸圖案的面上生長出氮化物半導(dǎo)體晶體的情況下，得不到晶體品質(zhì)高的氮化物半導(dǎo)體層。作為該理由之一，認為能生長出品質(zhì)高的氮化物半導(dǎo)體晶體的Ga2O3晶體的晶體面被限制。當(dāng)在Ga2O3基板的上表面形成凹凸圖案時，出現(xiàn)包含不適合品質(zhì)高的氮化物半導(dǎo)體晶體生長的基質(zhì)的晶體面的各種晶體面，因此得不到晶體品質(zhì)高的氮化物半導(dǎo)體層。
[0040]于是，為了避免這樣的問題，本發(fā)明人等深入研宄的結(jié)果，完成了以下述實施方式為一例的發(fā)明。
[0041]〔第I實施方式〕
[0042](晶體層疊結(jié)構(gòu)體的結(jié)構(gòu))
[0043]圖1是第I實施方式的晶體層疊結(jié)構(gòu)體的垂直截面圖。晶體層疊結(jié)構(gòu)體I包含Ga2O3基板2、Ga2O3基板2上的介電體層3以及介電體層3上的氮化物半導(dǎo)體層4。
[0044]Ga2O3基板2由β — Ga203單晶構(gòu)成。Ga 203基板2的上表面是沒有凹凸的平坦面，是能成為品質(zhì)高的氮化物半導(dǎo)體晶體生長的基質(zhì)的具有(101)、( - 201)、(100)等的面方位的面。Ga2O3基板2的折射率大約為1.9。
[0045]介電體層3是以SiN為主成分的SiN層、以HfO2為主成分的HfO2層等與Ga2O3S板2的折射率之差為0.15以下的介電體層。例如，在Ga2O3基板2的折射率為1.9的情況下，介電體層3的折射率為1.75以上且2.05以下。
[0046]介電體層3以部分地覆蓋Ga2O3基板2的上表面的方式形成于Ga 203基板2上。介電體層3的圖案形狀沒有限定，例如為點圖案、孔圖案、線與空間圖案。
[0047]介電體層3的折射率接近于Ga2O3基板2的折射率，因此Ga 203基板2和介電體層3的界面的反射率較小。在介電體層3為SiN層的情況下，也可以包含O等S1、Ν以外的元素，但是為了更加減小介電體層3的折射率與Ga2O3基板2的折射率之差，優(yōu)選基本僅由SiN構(gòu)成。
[0048]另外，為了防止從介電體層3朝向Ga2O3基板2的光的全反射，優(yōu)選介電體層3的折射率為Ga2O3基板2的折射率以下。
[0049]通過控制介電體層3的成膜溫度等形成條件，能調(diào)整介電體層3的折射率，更加減小介電體層3的折射率與Ga2O3基板2的折射率之差。
[0050]此外，例如，在取代介電體層3而形成與Ga2O3基板2的折射率之差較大的S1jl的情況下，S12層與Ga 203基板2的界面的反射率變大，Ga 203基板2與氮化物半導(dǎo)體層4之間的光透射率降低。S12層的折射率大約為1.5?1.6，與Ga2O3基板2的折射率之差為0.3以上。
[0051]氮化物半導(dǎo)體層4由氮化物半導(dǎo)體晶體、即AlxGayInzN(0 ^ x ^ 1、0 ^ y ^ KO彡z彡1、x+y+z = I)晶體構(gòu)成。特別是，在氮化物半導(dǎo)體層4為由GaN晶體(y = 1，x= z = 0)構(gòu)成的GaN層的情況下，在本實施方式的晶體層疊結(jié)構(gòu)體I的構(gòu)成中能提高氮化物半導(dǎo)體層4的晶體品質(zhì)。
[0052]氮化物半導(dǎo)體層4也可以具有層疊多個層而成的多層結(jié)構(gòu)，該多個層由氮化物半導(dǎo)體晶體構(gòu)成。例如，在使用晶體層疊結(jié)構(gòu)體I形成發(fā)光元件的情況下，能利用氮化物半導(dǎo)體層4構(gòu)成發(fā)光層和夾著該發(fā)光層的包覆層等。
[0053]此外，Ga2O3基板2和氮化物半導(dǎo)體層4也可以包含Si等導(dǎo)電型雜質(zhì)。
[0054]氮化物半導(dǎo)體層4通過以Ga2O3基板2的上表面為基質(zhì)的外延晶體生長而形成，因此介電體層3不會完全覆蓋Ga2O3基板2的上表面。氮化物半導(dǎo)體層4與介電體層3以及Ga2O3基板2的上表面的沒有被介電體層3覆蓋的部分接觸。
[0055]構(gòu)成氮化物半導(dǎo)體層4的氮化物半導(dǎo)體晶體從Ga2O3基板2的上表面的沒有被介電體層3覆蓋的區(qū)域開始生長，而不會從介電體層3開始生長。這樣，氮化物半導(dǎo)體層4通過氮化物半導(dǎo)體晶體的選擇生長而形成，因此氮化物半導(dǎo)體層4中的位錯密度降低，晶體品質(zhì)提高。此外，這樣的使用選擇生長的晶體生長方法被稱為EL0(Epitaxial LateralOvergrowth:側(cè)向外延生長)等。
[0056]根據(jù)從氮化物半導(dǎo)體層4入射到介電體層3的光的波長，可決定用于提高透射率的介電體層3的厚度。期望介電體層3的厚度大于該波長。例如，在使用介電體層