制造氮化物半导体光学器件和外延晶片的方法技术

本发明专利技术涉及制造氮化物半导体光学器件和外延晶片的方法。其中，在步骤Ｓ１０６中，在将生长炉内的温度保持为Ｔ↓［Ｗ］的同时，在时刻ｔ４和ｔ５之间在半极性主面上生长Ｉｎ↓［Ｘ］Ｇａ↓［１－Ｘ］Ｎ阱层。在步骤Ｓ１０７中，在所述阱层的生长完成之后，立即在温度Ｔ↓［Ｗ］下开始生长保护层以覆盖所述阱层的主面。所述保护层由氮化镓基半导体构成，所述氮化镓基半导体的带隙能量大于所述阱层的带隙能量且等于或小于阻挡层的带隙能量。在步骤Ｓ１０８中，在生长所述阻挡层之前，将所述炉子的温度由温度Ｔ↓［Ｗ］变化至Ｔ↓［Ｂ］。在将所述炉子的温度保持为温度Ｔ↓［Ｂ］的同时，在时刻ｔ８和ｔ９之间在所述保护层上生长由氮化镓基半导体构成的阻挡层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及制造氮化物半导体光学器件的方法和制造外延 晶片的方法。
技术介绍
日本未审査专利申请公报2002-43618号公开了氮化物半 导体发光器件。在其实施方案中，在c面蓝宝石衬底和GaN衬底上制 造了发光二极管。在氮化物半导体发光器件的制造中，在75(TC下生长 2 nm厚的Ino.15Gao.85N阱层之后，在将温度从750'C升至1050°C的同时 生长3 nm厚的GaN阻挡层。然后，在105(TC下生长12 nm厚的GaN 阻挡层。所述发光二极管的峰值波长为约460nm。日本未审查专利申请公报10-12922号公开了 III族氮化物 发光器件。III族氮化物发光器件的发光层形成在c面蓝宝石衬底上， 并且包括AlGaN阻挡层和InGaN阱层。所述AlGaN阻挡层在IIO(TC 下生长。所述InGaN阱层在80(TC下生长。日本未审查专利申请公报10-135514号公开了 III族氮化物 发光器件。III族氮化物发光器件的发光层形成在a面蓝宝石衬底上， 并且包括GaN阻挡层和InGaN阱层。所述GaN阻挡层在90(TC下生长。 所述InGaN阱层在75(TC下生长。日本未审査专利申请公报06-268257号公开了在c面蓝宝 石衬底上形成的发光二极管。在所述发光二极管有源层的制造中， InGaN阱层的生长温度与InGaN阻挡层的生长温度相同，为800°C 。日本未审査专利申请公报11-224972号公开了在c面蓝宝 石衬底上形成的发光二极管。在所述发光二极管有源层的制造中， InGaN阱层的生长温度与InGaN阻挡层的生长温度相同，为750°C。
技术实现思路
在日本未审査专利申请公报06-268257号和11-224972号 中所公开的各种发光二极管中，InGaN阱层和InGaN阻挡层在相同温 度下生长。在各个日本未审査专利申请公报10-12922号和10-135514 号中，InGaN阱层和InGaN阻挡层在不同温度下生长。不幸地是，在 生长阱层之后在将温度从阱层生长温度升至阻挡层生长温度的期间 内，构成阱层的半导体晶体发生分解。所述分解导致阱层的晶体品质 发生劣化。在日本未审査专利申请公报2002-43618号中所公开的方 法中，在生长阱层之后，在将温度从阱层生长温度升至阻挡层生长温 度的同时生长GaN阻挡层。在温度达到阻挡层生长温度之后，生长另 一个GaN阻挡层。根据本专利技术人的发现，在氮化镓基半导体的c面主面上生 长阱层的情况下，在将温度从阱层生长温度升至阻挡层生长温度和在 阻挡层生长温度下生长阻挡层的期间内，构成阱层的半导体晶体发生 分解。当在半极性氮化镓基半导体上生长由含铟的氮化镓基半导体构成的阱层时，未观察到这种现象。这是由本专利技术人获得的实验结果。本专利技术的目的是提供通过在氮化镓基半导体区域的半极性 主面上生长半导体而制造具有令人满意的发光性能的氮化物半导体光 学器件的方法。本专利技术的另一个目的是提供制造用于氮化物半导体光 学器件的外延晶片的方法。根据本专利技术的一个方面，制造氮化物半导体光学器件的方法包括如下步骤(a)在将生长炉内的温度保持为阱层生长温度的同 时，在具有半极性主面的氮化镓基半导体区域上生长阱层，所述阱层构成有源层的一部分；(b)在所述阱层的生长完成之后立即生长覆盖所 述阱层主面的保护层；以及(c)在生长所述保护层之后，在阻挡层生长 温度下在所述保护层的主面上生长阻挡层，所述阻挡层构成有源层的 一部分。所述保护层的厚度小于所述阻挡层的厚度。所述阻挡层生长 温度高于所述阱层生长温度。所述阻挡层生长温度等于或高于第一温 度，所述第一温度高于所述阱层生长温度。当生长炉内的温度达到第 一温度时，开始阻挡层的生长。所述保护层的生长温度为阱层生长温 度以上且低于第一温度。所述阱层由含铟的氮化镓基半导体构成。所 述阻挡层由带隙能量比阱层的带隙能量高的氮化物半导体构成。所述 保护层由带隙能量比阱层的带隙能量高的氮化镓基半导体构成。所述 阱层的主面具有半极性面。所述保护层的主面具有半极性面。所述阻 挡层的主面具有半极性面。根据该方法，在氮化镓基半导体区域的主面(半极性面)上 生长阱层。在主面上阱层的生长完成之后，立即生长保护层，从而覆 盖所述阱层的主面。然后，在阻挡层生长温度下在保护层上生长阻挡 层，所述阻挡层生长温度高于所述阱层生长温度。与在半极性面上生长的阱层相比，构成在c面主面上生长的阱层的半导体晶体易于发生分解。因而，在半极性面上生长的阱层的使用 导致具有令人满意的发光性能的氮化物半导体光学器件。在阻挡层生长温度下生长阻挡层的情况下，覆盖有保护层的阱层的分解程度比在c 面主面上生长的阱层的分解程度低，因为所述阱层被保护层覆盖，所 述阻挡层生长温度高于阱层生长温度。本专利技术的方法还可以包括在生长保护层之后，在不生长半 导体的情况下将生长炉内的温度从阱层生长温度升至第一温度的步 骤。在生长炉内的温度开始变化之前，可以在与阱层生长温度相同的温度下生长保护层。在这种情况下，在生长炉内的温度开始变化之前，生长保 护层。§卩，在阱层上生长保护层之后，开始升高生长炉内的温度。所 述阱层被保护层覆盖，然后暴露于比阱层生长温度更高的温度下。在本专利技术的方法中，可以在将生长炉内的温度从阱层生长 温度升高的同时，生长保护层。在这种情况下，在阱层的生长完成之后，立即生长保护层。 在生长炉内的温度从阱层生长温度升高的同时，进行生长。即，随着 开始升温，同时开始生长保护层。因而，在高于阱层生长温度的温度 下用保护层覆盖阱层。与未被保护层覆盖的阱层相比，所得到的由保 护层覆盖的阱层不易发生分解。此外，如上所述，与在c面主面上生 长的阱层相比，构成具有半极性主面的阱层的半导体晶体的分解不易 发生。因而，本专利技术的氮化物半导体光学器件具有令人满意的发光性 能，所述氮化物半导体光学器件包括在半极性面上生长的阱层。此外，在升温期间生长保护层；因此，随着生长进行，保护层的 结晶度提高。在本专利技术的方法中，在生长炉内的温度从阱层生长温度变 化至第一温度的期间内，生长保护层，并可以在生长保护层之后，立 即生长阻挡层。在这种情况下，在生长阱层之后，立即在将生长炉内的温 度从阱层生长温度升至第一温度的同时生长保护层，所述第一温度等 于或低于所述阻挡层生长温度。部分在相对低的温度下生长的保护层 也提供保护层的效果(保护阱层的效果)。即使用生长半导体的期间来代 替温度变化而不进行生长操作的期间的剩余时间，也不会损失保护效果。g卩，在生长保护层的同时升高生长炉内的温度。因而，当将阱层 暴露于高于阱层生长温度的温度下时，由保护层覆盖阱层。而且，与 构成在C面主面上生长的阱层的半导体晶体相比，构成具有半极性主 面的阱层的半导体晶体不易分解。此外，在升温期间生长保护层；因 此，随着生长进行，保护层的结晶度提高。在本专利技术的方法中，可以在将生长炉内的温度从阱层生长 温度升至第二温度的同时生长保护层，所述第二温度低于阻挡层生长 温度。所述方法还可以包括在不生长氮化镓基半导体的情况下生长保护 层之后，将生长炉内的温度从第二温度升至第一温度的步骤。从阱层 生长温度至第二温度的平均升温速度可以高于从第二温度至第一温度 的平均升温速度。在这种情况下，在生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造氮化物半导体光学器件的方法，包括如下步骤：　　　　在将生长炉内的温度保持为阱层生长温度的同时，在具有半极性主面的氮化镓基半导体区域上生长阱层，所述阱层构成有源层的一部分；　　　　在所述阱层的生长完成之后立即生长保护层，所述保护层覆盖所述阱层的主面；以及　　　　在生长所述保护层之后于阻挡层生长温度下在所述保护层的主面上生长阻挡层，所述阻挡层构成所述有源层的一部分，　　　　其中所述保护层的厚度小于所述阻挡层的厚度，　　　　所述阻挡层生长温度等于或高于第一温度，所述第一温度高于所述阱层生长温度，　　　　当所述生长炉内的温度达到所述第一温度时，开始所述阻挡层的生长，　　　　所述保护层的生长温度等于或高于所述阱层生长温度且低于所述第一温度，　　　　所述阱层由含铟的氮化镓基半导体构成，　　　　所述阻挡层由氮化物半导体构成，所述氮化物半导体的带隙能量比所述阱层的带隙能量高，　　　　所述保护层由氮化镓基半导体构成，所述氮化镓基半导体的带隙能量比所述阱层的带隙能量高，　　　　所述阱层的主面具有半极性面，　　　　所述保护层的主面具有半极性面，以及　　　　所述阻挡层的主面具有半极性面。

【技术特征摘要】
JP 2008-8-26 2008-2170811.一种制造氮化物半导体光学器件的方法，包括如下步骤在将生长炉内的温度保持为阱层生长温度的同时，在具有半极性主面的氮化镓基半导体区域上生长阱层，所述阱层构成有源层的一部分；在所述阱层的生长完成之后立即生长保护层，所述保护层覆盖所述阱层的主面；以及在生长所述保护层之后于阻挡层生长温度下在所述保护层的主面上生长阻挡层，所述阻挡层构成所述有源层的一部分，其中所述保护层的厚度小于所述阻挡层的厚度，所述阻挡层生长温度等于或高于第一温度，所述第一温度高于所述阱层生长温度，当所述生长炉内的温度达到所述第一温度时，开始所述阻挡层的生长，所述保护层的生长温度等于或高于所述阱层生长温度且低于所述第一温度，所述阱层由含铟的氮化镓基半导体构成，所述阻挡层由氮化物半导体构成，所述氮化物半导体的带隙能量比所述阱层的带隙能量高，所述保护层由氮化镓基半导体构成，所述氮化镓基半导体的带隙能量比所述阱层的带隙能量高，所述阱层的主面具有半极性面，所述保护层的主面具有半极性面，以及所述阻挡层的主面具有半极性面。2. 如权利要求l所述的方法，还包括如下步骤在生长所述保护层之后，在不实施生长操作的情况下将所述生长炉内的温度从所述阱层生长温度升至所述第一温度，其中在所述生长炉内的温度开始变化之前，在与所述阱层生长温度相同的温度下生长所述保护层。3. 如权利要求l所述的方法，其中在将所述生长炉内的温度从所述阱层生长温度升高的同时，生长所述保护层。4. 如权利要求3所述的方法，其中在将所述生长炉内的温度从所述阱层生长温度变化至所述第一温度的期间内生长所述保护层，以及在生长所述保护层之后立即生长所述阻挡层。5. 如权利要求3所述的方法，还包括如下步骤在不生长氮化镓基半导体的情况下生长所述保护层之后，将所述生长炉内的温度从第二温度升至所述第一温度，所述第二温度低于所述阻挡层生长温度，其中在将所述生长炉内的温度从所述阱层生长温度升至所述第二温度的期间中的至少一部分期间内生长所述保护层，以及从所述阱层生长温度至所述第二温度的平均升温速度高于从所述第二温度至所述第一温度的平均升温速度。6. 如权利要求1或2所述的方法，其中所述阻挡层的生长温度保持恒定。7. 如权利要求1或2所述的方法，其中在将温度从所述第一温度变化至高于所述第一温度的第三温度的同时，生长至少一部分所述阻挡层。8. 如权利要求7所述的方法，其中从所述阱层生长温度至所述第一温度的平均升温速度高于从所述第一温度至所述第三温度的平均升温速度。9. 如权利要求l或2所述的方法，其中用于生长所述保护层的镓源的供给量小于用于生长所述阻挡层的镓源的供给量。10. 如权利要求1或2所述的方法，还包括如下步骤准备由六方晶系半导体InsAlTGai .S.TN构成的衬底，其中0SS《1，0 S T化且0 S S+T《1 ，其中所述衬底的主面相对于所述六方晶系半导体的{0001}或{000-1}面以10。 85。的角度倾斜。11. 如权利要求IO所述的方法，还包括如下步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：秋田胜史，盐谷阳平，京野孝史，住友隆道，善积祐介，上野昌纪，中村孝夫，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]