晶体层叠结构体和发光元件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及晶体层叠结构体和发光元件。
【背景技术】
[0002]作为现有的发光元件，已知通过在透光性基板的形成有凹凸图案的面上生长出晶体膜而形成的发光元件(例如参照专利文献I)。在专利文献I中，在蓝宝石基板的形成有凹凸图案的面上生长出GaN系半导体层。
[0003]专利文献I的蓝宝石基板的凹凸图案具有如下功能:抑制由于蓝宝石基板和GaN系半导体层的折射率不同引起的从GaN系半导体层中的发光层发出的光在蓝宝石基板和GaN系半导体层的界面处的反射。通过抑制这样的反射，能减少发光层对反射光的吸收、由于反射光的多重反射导致的衰减，提高发光元件的光提取效率。
_4] 现有技术文献_5] 专利文献
[0006]专利文献1:特许第3595277号公报
【发明内容】
_7] 发明要解决的问题
[0008]本发明的目的在于提供晶体层叠结构体和包含该晶体层叠结构体的发光元件，晶体层叠结构体能实现光输出较高的发光元件，具有Ga2O3基板和氮化物半导体层。
[0009]用于解决问题的方案
[0010]为了达到上述目的，本发明的一方式提供[I]?[5]的晶体层叠结构体。
[0011][I] 一种晶体层叠结构体，其具有=Ga2O3基板；介电体层，其以部分地覆盖所述Ga2O3基板的上表面的方式形成于所述Ga2O3基板上，与所述Ga2O3基板的折射率之差为0.15以下；以及氮化物半导体层，其隔着所述介电体层形成于所述Ga2O3基板上，与所述介电体层和所述Ga2O3基板的上表面的没有被所述介电体层覆盖的部分接触。
[0012][2]上述[I]所记载的晶体层叠结构体，所述介电体层是以SiN为主成分的SiN层O
[0013][3]上述[I]或者[2]所记载的晶体层叠结构体，所述氮化物半导体层是GaN层。
[0014][4]上述[3]所记载的晶体层叠结构体，所述氮化物半导体层的上表面的面方位为(002) ο
[0015][5]上述[I]或[2]所记载的晶体层叠结构体，所述介电体层的厚度为0.5 μπι以上。
[0016]另外，为了达到上述目的，本发明的其它方式提供[6]的发光元件。
[0017][6] 一种发光元件，其包含所述[I]或[2]所记载的晶体层叠结构体，对所述Ga2O3基板和所述氮化物半导体层通电。
_8]发明效果
[0019]根据本发明，能提供晶体层叠结构体和包含该晶体层叠结构体的发光元件，晶体层叠结构体能实现光输出较高的发光元件，具有Ga2O3基板和氮化物半导体层。
【附图说明】
[0020]图1是第I实施方式的晶体层叠结构体的垂直截面图。
[0021]图2A是表示第I实施方式的晶体层叠结构体的制造工序的垂直截面图。
[0022]图2B是表示第I实施方式的晶体层叠结构体的制造工序的垂直截面图。
[0023]图2C是表示第I实施方式的晶体层叠结构体的制造工序的垂直截面图。
[0024]图2D是表示第I实施方式的晶体层叠结构体的制造工序的垂直截面图。
[0025]图3A是第I实施方式的晶体层叠结构体的氮化物半导体层形成前的SEM照片。
[0026]图3B是第I实施方式的晶体层叠结构体的氮化物半导体层形成后的SEM照片。
[0027]图3C是第I实施方式的晶体层叠结构体的氮化物半导体层形成后的SEM照片。
[0028]图4A是比较例的晶体层叠结构体的氮化物半导体层形成前的SEM照片。
[0029]图4B是比较例的晶体层叠结构体的氮化物半导体层形成后的SEM照片。
[0030]图4C是比较例的晶体层叠结构体的氮化物半导体层形成后的SEM照片。
[0031]图5是表示第I实施方式以及比较例的晶体层叠结构体的氮化物半导体层的X射线摇摆曲线的半值宽度的坐标图。
[0032]图6是表示第I实施方式以及比较例的晶体层叠结构体的介电体层为SiN层的情况下的纵向的电流一电压特性的坐标图。
[0033]图7是连接有用于测定电流一电压特性的电极的晶体层叠结构体的垂直截面图。
[0034]图8是第2实施方式的发光元件的垂直截面图。
[0035]图9是表示第2实施方式以及比较例的发光元件的介电体层为SiN层的情况下的纵向的电流一电压特性的坐标图。
[0036]图10是表示第2实施方式以及比较例的发光元件的光输出特性的坐标图。
[0037]图11是表示通过光学模拟求出的介电体层的材料和发光元件的光提取效率的关系的一例的坐标图。
【具体实施方式】
[0038]在形成具有Ga2O3基板和氮化物半导体层的晶体层叠结构体的情况下，为了减少由于Ga2O3基板和氮化物半导体层的折射率不同引起的光在Ga 203基板和氮化物半导体层的界面处的反射，考虑到在Ga2O3基板的形成有凹凸图案的面上生长出氮化物半导体晶体的方法。
[0039]但是，本发明人等有如下发现:在Ga2O3基板的形成有凹凸图案的面上生长出氮化物半导体晶体的情况下，得不到晶体品质高的氮化物半导体层。作为该理由之一，认为能生长出品质高的氮化物半导体晶体的Ga2O3晶体的晶体面被限制。当在Ga2O3基板的上表面形成凹凸图案时，出现包含不适合品质高的氮化物半导体晶体生长的基质的晶体面的各种晶体面，因此得不到晶体品质高的氮化物半导体层。
[0040]于是，为了避免这样的问题，本发明人等深入研宄的结果，完成了以下述实施方式为一例的发明。
[0041]〔第I实施方式〕
[0042](晶体层叠结构体的结构)
[0043]图1是第I实施方式的晶体层叠结构体的垂直截面图。晶体层叠结构体I包含Ga2O3基板2、Ga2O3基板2上的介电体层3以及介电体层3上的氮化物半导体层4。
[0044]Ga2O3基板2由β — Ga203单晶构成。Ga 203基板2的上表面是没有凹凸的平坦面，是能成为品质高的氮化物半导体晶体生长的基质的具有(101)、( - 201)、(100)等的面方位的面。Ga2O3基板2的折射率大约为1.9。
[0045]介电体层3是以SiN为主成分的SiN层、以HfO2为主成分的HfO2层等与Ga2O3S板2的折射率之差为0.15以下的介电体层。例如，在Ga2O3基板2的折射率为1.9的情况下，介电体层3的折射率为1.75以上且2.05以下。
[0046]介电体层3以部分地覆盖Ga2O3基板2的上表面的方式形成于Ga 203基板2上。介电体层3的图案形状没有限定，例如为点图案、孔图案、线与空间图案。
[0047]介电体层3的折射率接近于Ga2O3基板2的折射率，因此Ga 203基板2和介电体层3的界面的反射率较小。在介电体层3为SiN层的情况下，也可以包含O等S1、Ν以外的元素，但是为了更加减小介电体层3的折射率与Ga2O3基板2的折射率之差，优选基本仅由SiN构成。
[0048]另外，为了防止从介电体层3朝向Ga2O3基板2的光的全反射，优选介电体层3的折射率为Ga2O3基板2的折射率以下。
[0049]通过控制介电体层3的成膜温度等形成条件，能调整介电体层3的折射率，更加减小介电体层3的折射率与Ga2O3基板2的折射率之差。
[0050]此外，例如，在取代介电体层3而形成与Ga2O3基板2的折射率之差较大的S1jl的情况下，S12层与Ga 203基板2的界面的反射率变大，Ga 203基板2与氮化物半导体层4之间的光透射率降低。S12层的折射率大约为1.5?1.6，与Ga2O3基板2的折射率之差为0.3以上。
[0051]氮化物半导体层4由氮化物半导体晶体、即AlxGayInzN(0 ^ x ^ 1、0 ^ y ^ KO彡z彡1、x+y+z = I)晶体构成。特别是，在氮化物半导体层4为由GaN晶体(y = 1，x= z = 0)构成的GaN层的情况下，在本实施方式的晶体层叠结构体I的构成中能提高氮化物半导体层4的晶体品质。
[0052]氮化物半导体层4也可以具有层叠多个层而成的多层结构，该多个层由氮化物半导体晶体构成。例如，在使用晶体层叠结构体I形成发光元件的情况下，能利用氮化物半导体层4构成发光层和夹着该发光层的包覆层等。
[0053]此外，Ga2O3基板2和氮化物半导体层4也可以包含Si等导电型杂质。
[0054]氮化物半导体层4通过以Ga2O3基板2的上表面为基质的外延晶体生长而形成，因此介电体层3不会完全覆盖Ga2O3基板2的上表面。氮化物半导体层4与介电体层3以及Ga2O3基板2的上表面的没有被介电体层3覆盖的部分接触。
[0055]构成氮化物半导体层4的氮化物半导体晶体从Ga2O3基板2的上表面的没有被介电体层3覆盖的区域开始生长，而不会从介电体层3开始生长。这样，氮化物半导体层4通过氮化物半导体晶体的选择生长而形成，因此氮化物半导体层4中的位错密度降低，晶体品质提高。此外，这样的使用选择生长的晶体生长方法被称为EL0(Epitaxial LateralOvergrowth:侧向外延生长)等。
[0056]根据从氮化物半导体层4入射到介电体层3的光的波长，可决定用于提高透射率的介电体层3的厚度。期望介电体层3的厚度大于该波长。例如，在使用介电体层