氮化物半导体元件及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及通过从基板开始的晶体生长而形成的氮化物半导体元件及其制造方法。
【背景技术】
[0002]包含氮化物半导体的发光二极管(LED)通常是通过在蓝宝石基板上依次层叠η型半导体层、活性层、Ρ型半导体层而构成。以往，为了提高发光二极管的光提取效率，提出了预先在蓝宝石基板上设置长条状的凹部结构或长条状的凹部与凸部的复合结构的技术(参照日本特开2008-53385号公报、日本特开2008-91942号公报及日本特开2012-114204号)ο
【发明内容】
[0003]发明所要解决的问题
[0004]但是，如上所述的具有长条状的槽的蓝宝石基板的情况下，虽然具有一定的位错密度降低效果，但在槽的底面与未形成槽的蓝宝石基板的上表面之间晶体生长的时机不同时，结晶性变差。
[0005]本发明涉及的实施方式是鉴于上述情况而完成的，其课题在于提供具有一定的位错密度降低效果、并且能够提高温度特性的氮化物半导体元件及其制造方法。
[0006]用于解决问题的手段
[0007]本发明的实施方式涉及的氮化物半导体元件具备:以c面作为主面并且在上述主面上设置有多个俯视下为长条形状的凸部的蓝宝石基板、和在上述蓝宝石基板的上述主面上设置的氮化物半导体层，其中，上述凸部具备如下构成:俯视下，其长条形状的长边方向的外缘向相对于上述蓝宝石基板的a面成-10°?+10°的角度的范围内的方向延伸。
[0008]另外，本发明的实施方式涉及的氮化物半导体元件的制造方法包括:蚀刻工序，其中，在蓝宝石基板的c面侧的表面设置掩模进行干法蚀刻由此形成多个凸部，该凸部俯视下为长条形状、且其长条形状的长边方向的外缘相对于上述蓝宝石基板的a面在-10°?+10°的角度的范围内；和半导体层生长工序，其中，使氮化物半导体层在上述蓝宝石基板的形成有上述凸部一侧的面上生长。
[0009]发明效果
[0010]根据本发明的实施方式涉及的氮化物半导体元件，由于具备从具备长条形状的凸部的蓝宝石基板开始生长的、位错密度低的氮化物半导体层，因此温度特性提高。另外，根据本发明的实施方式涉及的氮化物半导体元件的制造方法，通过使用具备长条形状的凸部的蓝宝石基板，可以降低氮化物半导体层的位错密度。另外，由此可以提高氮化物半导体元件的温度特性。
【附图说明】
[0011]图1是示意性地表示本发明的第1实施方式涉及的氮化物半导体元件的整体构成的截面图。
[0012]图2是示意性地表示蓝宝石基板中的蓝宝石晶体的面取向的图，图2A为晶胞图，图2B为蓝宝石晶体结构的俯视图。
[0013]图3是示意性地表示本发明的第1实施方式涉及的氮化物半导体元件用基板的俯视图。
[0014]图4是示意性地表示本发明的第1实施方式涉及的氮化物半导体元件用基板上形成的凸部的图，图4A为凸部的立体图，图4B为凸部的俯视图，图4C为图4B的X1-X1截面图，图4D为图4B的X2-X2截面图，图4E为图4B的X3-X3截面图。
[0015]图5A及图5B是表示氮化物半导体的晶体生长的方向和位错的收敛的情形的说明图。
[0016]图6A是表示长边方向的外缘向第1方向延伸的凸部中的小面(7 7七、y卜)的集合部的图，图6B是表示长边方向的外缘向与第1方向正交的方向延伸的凸部中的小面的集合部的图。
[0017]图7是以显示使GaN在设置有长条状的凸部的蓝宝石基板上生长的状态的扫描电子显微镜(SEM)照片为基础制作出的示意图，图7A及图7B是表示凸部的长边方向的外缘向蓝宝石基板的a面方向延伸的示例的图，图7C及图7D是表示凸部的长边方向的外缘向蓝宝石基板的c面方向延伸的示例的图。
[0018]图8是示意性地表示本发明的第1实施方式涉及的氮化物半导体元件用基板的制造方法的图，图8A是从侧面观察掩模形成工序的截面图，图8B是从正面观察掩模形成工序的截面图，图8C是从侧面观察蚀刻工序中的中途经过的截面图，图8D是从正面观察蚀刻工序中的中途经过的截面图，图8E是从侧面观察蚀刻工序中干法蚀刻结束后的状态的截面图，图8F是从正面观察蚀刻工序中干法蚀刻结束后的状态的截面图。
[0019]图9是示意性地表示本发明的第1实施方式涉及的氮化物半导体元件的制造方法的图，图9A是从侧面观察缓冲层形成工序的截面图，图9B是从正面观察半导体生长工序中的中途经过的截面图，图9C是从正面观察半导体生长工序中的中途经过的截面图，图9D是从侧面观察半导体层生长工序的截面图，图9E是表示在半导体层生长工序之后形成了电极的氮化物半导体元件的一例的俯视图，图9F是表示在半导体层生长工序之后形成了电极的氮化物半导体元件的一例的截面图、其为图9E的X4-X4截面图。
[0020]图10是示意性地表示本发明的第2实施方式涉及的氮化物半导体元件用基板的俯视图。
[0021]图11是示意性地表示本发明的第3实施方式涉及的氮化物半导体元件用基板的俯视图。
[0022]图12是示意性地表示本发明的第4实施方式涉及的氮化物半导体元件用基板的俯视图。
[0023]图13是示意性地表示本发明的第5实施方式涉及的氮化物半导体元件用基板上形成的凸部的图，图13A为凸部的立体图，图13B为凸部的俯视图，图13C为图13B的X5-X5截面图，图13D为图13B的X6-X6截面图，图13E为图13B的X7-X7截面图，图13F为图13B的X8-X8截面图。
[0024]图14是示意性地表示本发明的第5实施方式涉及的氮化物半导体元件用基板的俯视图。
【具体实施方式】
[0025]以下，参照附图对本发明的实施方式涉及的氮化物半导体元件及其制造方法进行说明。需要说明的是，为了示意性地表示本发明的实施方式，在以下的说明中参照的附图有时会夸张各部件的比例、间隔、位置关系等或者省略部件的部分图示。另外，在以下的说明中，对于相同的名称及符号原则上表示相同或同质的部件，适当省略详细说明。
[0026]〈第1实施方式〉
[0027][氮化物半导体元件的构成]
[0028]对于本发明的第1实施方式涉及的氮化物半导体元件的构成，参照图1?图4进行说明。如图1所示，氮化物半导体元件1具备作为氮化物半导体元件用基板的蓝宝石基板10、缓冲层20和氮化物半导体层30层叠而成的结构。
[0029]蓝宝石基板(氮化物半导体元件用基板)10用于支撑氮化物半导体层30并且使氮化物半导体(例如GaN)生长。如图1及图3所示，蓝宝石基板10形成为平板状，在其上表面形成有多个俯视下为长条形状的凸部11。另外，蓝宝石基板10包含上述凸部11，整体而言例如形成为50 μπι?300 μπι的范围的厚度。
[0030]需要说明的是，“俯视下为长条形状”是指在俯视下其形状的长度为最大的方向(长边方向)的长度比其形状的长度为最小的方向(短边方向)的长度长的形状，优选如后所述长边方向的长度为短边方向的长度的2倍以上。
[0031]凸部11可提高氮化物半导体元件1的光提取效率，并且在使氮化物半导体在蓝宝石基板10上晶体生长时能够降低位错密度。在此，如图2Α所示，蓝宝石基板10由具有六方晶的晶体结构的蓝宝石晶体SC构成，以c面((0001)面)作为主面。需要说明的是，本说明书中的c面可以是相对c面略微倾斜的带有倾斜角的面。倾斜角的角度例如约为3°以下。上述凸部11在该主面即c面侧的表面上形成。另外，如图2Α及图2Β所示，蓝宝石晶体SC除c面以外还具有作为晶胞图中的六棱柱的侧面的6个m面和分别与轴、a2轴、a3轴的1个轴正交的3个a面。与m面正交的方向为m轴方向，m轴方向有3个方向，其分别向与ai轴、a2轴、a3轴的1个轴相差30度的方向延伸。
[0032]如图1及图3所示，凸部11可以形成为分别以相同形状排列多个(两个以上)。另外，如图3所示俯视时，凸部11可以在蓝宝石基板10的c面(主面)侧(图1及图3中为上表面侧)的表面上在该凸部11的长边方向(图3中为左右方向)及短边方向(图3中为上下方向)分别以规定间隔排列。
[0033]具体如图3所示，以长条形状的长边方向作为行方向、以长条形状的短边方向作为列方向，凸部11可以分别以规定间隔排列在行方向和列方向上，使在该列方向上相互相邻的行的凸部11的位置分别在行方向上错开排列。换而言之，可以是在列方向上使下一行的凸部11的位置与上一行的凸部11的位置在行方向上错开排列。即，凸部11可以配置成俯视下各自的中心位于三角形晶格的顶点。需要说明的是，上述凸部11的中心是指该凸部11的长边方向的中心线与短边方向的中心线交叉的点。
[0034]凸部11间的间隔(最短距离)优选例如在长边方向及短边方向上均设定为0.3μπι?2μπι的范围内。另外，凸部11的长边方向的长度及短边方向的长度优选例如分别设定为lym?15μηι及Ιμπι?5μηι的范围内，凸部11的高度优选例如设定为0.5 μπι?2.5 μπι的范围内。需要说明的是，凸部11的个数根据蓝宝石基板10的面积考虑上述凸部11间的间隔及