一种氮化镓基半导体层叠结构，包括低温沉积缓冲层和有源层。所述低温沉积缓冲层由Ⅲ族氮化物材料构成，其已在低温下生长并以生长状态包括单晶层，所述单晶层存在于与蓝宝石衬底的（０００１）（ｃ）面接触的结区域的附近。所述有源层由设置在所述低温沉积缓冲层上的氮化镓（ＧａＮ）基半导体层构成。所述单晶层由包含相对于镓占多数的铝的六方Ａｌ↓［Ｘ］Ｇａ↓［Ｙ］Ｎ（０．５＜Ｘ≤１，Ｘ＋Ｙ＝１）晶体构成，以便Ａｌ↓［Ｘ］Ｇａ↓［Ｙ］Ｎ晶体的［２．－１．－１．０．］方向沿着所述蓝宝石衬底的（０００１）底面的［２．－１．－１．０．］方向取向。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种具有有利于提高氮化镓基III-V族化合物半导体层的取向特性的特定的低温沉积缓冲层(即，在相对低的温度下形成的缓冲层)的氮化镓基半导体层叠结构、制造该层叠结构的方法以及采用该层叠结构的化合物半导体器件和发光器件。
技术介绍
常规地，将立方闪锌矿晶体类型或纤锌矿晶体类型的氮化镓(GaN)基III-V族化合物半导体用于制造半导体器件，例如发射短波长可见光的发光器件(见，例如，JP-A HEI2-288388)。用于制造氮化镓基半导体器件的层叠结构是通过采用由高耐热性的氧化铝构成的单晶衬底例如蓝宝石(α-Al2O3单晶)或石榴石固体单晶制造的(见，例如，JP-A HEI7-288231)。由氧化铝(例如，蓝宝石)构成的上述单晶衬底的晶格常数与氮化镓(GaN)基半导体材料的晶格常数显著不同。因此，用于制造氮化镓基半导体器件的层叠结构通常通过缓冲层的媒介作用形成在单晶衬底上。用于减轻与晶格常数相关的失配的缓冲层通常被称为“低温沉积缓冲层”，因为该层通常在相对低的温度下形成(见，例如，由Isamu AKASAKI所著、Baifukan Co.，Ltd.出版的书“Group III-VCompound Semiconductors”第一版(1995年5月20日)，第13章)。低温沉积缓冲层由例如氮化铝(AlN)形成(见上述书)。为了减轻相对于晶体衬底的晶格常数失配，低温沉积缓冲层优选以生长状态(as-grown state)由多晶材料形成(见，例如，JP-A HEI2-81484)。同时，公开了形成采用以生长状态形成的用作相对于晶体衬底的结区域的单晶层的低温沉积缓冲层的另一种技术(见，例如，JP-A HEI10-321905)。然而，形成在蓝宝石衬底上的低温沉积缓冲层的缺点在于，包括在缓冲层中的单晶层的取向在蓝宝石衬底的表面上不充分相同，因而在衬底上不能实现具有完全相同的取向和优良的单晶特性的GaN基III族氮化物半导体层的稳定形成。因此，本专利技术的一个目的是提供一种包括在低温沉积缓冲层中的单晶层的特定晶体特征，以便在包括存在于与蓝宝石衬底接触的结区域附近的单晶层的AlXGaYN(0＜X，Y＜1，X+Y＝1)低温沉积缓冲层上，适当地形成具有优良单晶特性的氮化镓基半导体层。本专利技术的另一个目的是提供一种包括具有优良结晶性的GaN基氮化物半导体层的层叠结构，该层由包括具有上述晶体特征的单晶层的低温沉积缓冲层形成。本专利技术的又一个目的是提供一种通过采用该层叠结构而呈现优良特性的化合物半导体器件。
技术实现思路
为了实现上述目的，本专利技术的第一方面提供了一种氮化镓基半导体层叠结构，包括由III族氮化物材料构成的低温沉积缓冲层，其已在低温下生长并以生长状态包括单晶层，所述单晶层存在于与蓝宝石衬底的(0001)(c)面接触的结区域附近；以及有源层，由设置在所述低温沉积缓冲层上的氮化镓(GaN)基半导体层构成，其中以生长状态包括在所述低温沉积缓冲层中的所述单晶层由包含相对于镓(Ga)占多数的铝(Al)的六方AlXGaYN(0.5＜X≤1，X+Y＝1)晶体构成，以便AlXGaYN晶体的方向沿着所述蓝宝石衬底的(0001)底面的方向取向。根据本专利技术，提供了一种形成在蓝宝石衬底上并包括与衬底接触的结区域的单晶层的低温沉积缓冲层，其中单晶层由包含相对于Ga占多数的Al的六方AlXGaYN(0.5＜X≤1，X+Y＝1)单晶构成，以便AlXGaYN晶体的方向与蓝宝石衬底的a轴重合，从而获得完全一致的取向。在本专利技术的第二方面中，根据第一方面的氮化镓基半导体层叠结构还包括薄膜层，其设置在所述低温沉积缓冲层与所述有源层之间并由包含铟(In)或铝(Al)的GaN基III族氮化物半导体构成。本专利技术的第三方面提供了根据第二方面的氮化镓基半导体层叠结构，其中由包含铟(In)或铝(Al)的GaN基III族氮化物半导体构成的所述薄膜层具有2nm至100nm的层厚度。在本专利技术的第四方面中，根据第一至第三方面的任何一项的氮化镓基半导体层叠结构还包括超晶格结构，其设置在所述低温沉积缓冲层与所述有源层之间并具有由包含铟(In)或铝(Al)的GaN基III族氮化物半导体构成的薄膜层。本专利技术的第五方面提供了根据第二至第四方面的任何一项的氮化镓基半导体层叠结构，其中由包含铟(In)或铝(Al)的GaN基III族氮化物半导体构成的所述薄膜层或者具有所述薄膜层的所述超晶格结构层设置在所述有源层与设置在所述低温沉积缓冲层上的氮化铝镓铟(AlαGaβIn1-α-βN0≤α，β≤1，0≤α+β≤1)层之间。本专利技术的第六方面提供了根据第二至第五方面的任何一项的氮化镓基半导体层叠结构，其中由包含铟(In)或铝(Al)的GaN基III族氮化物半导体构成的所述薄膜层的取向与包括在所述低温沉积缓冲层中的所述单晶层的取向重合。本专利技术的第七方面提供了一种制造氮化镓基半导体层叠结构的方法，包括以下步骤在250℃至500℃的生长温度下，在蓝宝石衬底的(0001)(c)面上形成由用作与所述衬底接触的结区域的六方单晶层构成的AlXGaYN低温沉积缓冲层，以便以生长状态包括在所述低温沉积缓冲层中的所述单晶层由六方AlXGaYN(0.5＜X≤1，X+Y＝1)晶体构成，所述六方AlXGaYN晶体包含相对于镓(Ga)占多数的铝(Al)且其方向沿着所述蓝宝石衬底的(0001)底面的方向取向；以及随后，在所述缓冲层上形成用作有源层的氮化镓(GaN)基半导体层。本专利技术的第八方面提供了一种由根据第一至第六方面的任何一项的层叠结构制造的化合物半导体器件。本专利技术的第九方面提供了一种由根据第一至第六方面的任何一项的层叠结构制造的发光器件。根据本专利技术的第一方面的氮化镓基半导体层叠结构包括由III族氮化物材料构成的低温沉积缓冲层，其已在低温下生长且以生长状态包括单晶层，所述单晶层存在于与蓝宝石衬底的(0001)(c)面接触的结区域附近；以及设置在低温沉积缓冲层上的氮化镓(GaN)基半导体层。在该层叠结构中，所述低温沉积缓冲层设置在衬底的表面上并以生长状态包括单晶层，该单晶层由六方AlXGaYN(0.5＜X≤1，X+Y＝1)晶体构成并具有完全一致的取向，以便AlXGaYN晶体的方向与(0001)蓝宝石衬底的方向重合。在低温沉积缓冲层上，设置由GaN基半导体层构成的有源层。因此，层叠结构可以有利地由具有完全一致的取向和优良的单晶特性的GaN基半导体层制造。在根据本专利技术的第二方面的氮化镓基半导体层叠结构中，由GaN基III族氮化物半导体构成的薄膜层设置在低温沉积缓冲层与有源层之间。因此，可以制造用于发光器件例如发光二极管(LED)和激光二极管(LD)中的具有高质量发光层的层叠结构。另外，当其上设置有上层时，薄膜层能够以很少的错配位错形成具有优良结晶性的有源层。根据本专利技术的第三方面，规定薄膜层的厚度。因此，可以可靠地制造高质量的有源层。在根据本专利技术的第四方面的氮化镓基半导体层叠结构中，包括GaN基III族氮化物半导体薄膜层的超晶格结构层设置在低温沉积缓冲层与有源层之间。因此，可以制造用于发光器件例如发光二极管(LED)和激光二极管(LD)中的具有高质量发光层的层叠结构。根据本专利技术的第五方面，上述薄膜层或超晶格结构层设置本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种氮化镓基半导体层叠结构，包括：由Ⅲ族氮化物材料构成的低温沉积缓冲层，其已在低温下生长并以生长状态包括单晶层，所述单晶层存在于与蓝宝石衬底的（０００１）（ｃ）面接触的结区域附近；以及有源层，由设置在所述低温沉积缓冲层上的氮 化镓（ＧａＮ）基半导体层构成；其中以生长状态包括在所述低温沉积缓冲层中的所述单晶层由包含相对于镓占多数的铝的六方Ａｌ↓［Ｘ］Ｇａ↓［Ｙ］Ｎ（０．５＜Ｘ≤１，Ｘ＋Ｙ＝１）晶体构成，以便Ａｌ↓［Ｘ］Ｇａ↓［Ｙ］Ｎ晶体的［２．－１．－１． ０．］方向沿着所述蓝宝石衬底的（０００１）底面的［２．－１．－１．０．］方向取向。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：宇田川隆，
申请(专利权)人：昭和电工株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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