氮化镓基外延晶片及外延晶片的制作方法技术

本发明专利技术提供氮化镓基外延晶片及外延晶片的制作方法。在氮化镓基外延晶片中，轴Ａｘ上的三个点Ｐ１、Ｐ２和Ｐ３的斜角分别为θ１＝０．２度，θ２＝０．４度，θ３＝０．６度。另外，点Ｐ１附近的ＩｎＧａＮ阱层的铟含量大于点Ｐ３附近的ＩｎＧａＮ阱层的铟含量。在轴Ａｘ上的三个点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３求出参照图１２说明的阱层的平均厚度，阱层的平均厚度ＤＷ１、ＤＷ２、ＤＷ３的值在轴Ａｘ上单调地增加。另外，ＩｎＧａＮ层的铟含量按点Ｐ１、Ｐ２和Ｐ３的顺序单调地减少。因此，提供氮化镓基外延晶片，所述外延晶片用于提供可以缩小设置在氮化镓衬底上的包含阱层的有源层的发光波长分布的结构的半导体器件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及氮化镓基外延晶片及用于氮化镓基半导体发光器件的 外延晶片的制作方法。
技术介绍
在专利文献l (日本特开2005-159047号公报)中，记载了具有良 好晶体质量的氮化镓基半导体层的氮化镓基半导体元件。在半导体发 光器件的氮化镓支撑基体的主面上设置有氮化镓基半导体层。氮化镓 支撑基体的主面的法线与氮化镓支撑基体的C轴形成角度(称为斜角)。 随着氮化镓支撑基体的斜角接近0度，氮化镓基半导体层的表面上六 棱锥状突起变得越来越显著。另外，该角度优选小于2度。
技术实现思路
根据专利技术人的发现，在氮化镓衬底上制作包括含有m族元素铟的 氮化镓基半导体阱层、例如InGaN阱层的有源层(活性層)时，这些 氮化镓基半导体发光器件例如发光二极管的发光峰值波长分布。在蓝 宝石衬底上制作具有同样的量子阱结构的有源层的发光二极管时，这 些发光二极管的发光峰值波长不显示太大的分布幅度。即，根据该比 较，通过使用氮化镓衬底，氮化镓基半导体发光器件的发光峰值波长 的分布扩展。专利技术人为了研究该分布的原因进行了各种实验，同时也进行了使 该分布縮小的研究。本专利技术是鉴于以上事宜做出的，其目的在于提供外延晶片的制作 方法，所述外延晶片用于可以将设置在氮化镓衬底上的包含阱层的有源层的发光波长的分布縮小的结构的氮化镓基半导体发光器件，另外， 本专利技术的目的在于提供用于提供上述半导体器件的氮化镓基外延晶片。本专利技术的一个方面涉及的氮化镓基外延晶片(窒化力，々厶系工匕° 夕年、乂Y/P々工八)，具有(a)具有主面的氮化镓衬底，(b)在所述 氮化镓衬底的所述主面上生长的一个或多个氮化镓基半导体膜，和(C) 在所述氮化镓基半导体膜上生长的具有量子阱结构的有源层(活性層)。 所述有源层包含阱层，所述阱层包括含有III族元素铟的氮化镓基半导 体，所述主面的法线与所述氮化镓衬底的C轴所成的斜角(才7角；Offangle)，在所述主面上分布，并且在从所述主面的边缘上的一点向该 边缘上的另一点的通过所述氮化镓衬底的所述主面的中心点的线段上 单调地增加。在从所述一点向所述另一点的所述线段上按顺序排列的n 个点处的所述阱层的n个铟含量(,y-々厶組成)，在所述线段上单 调地减少。所述n个点中所述阱层的n个膜厚，在所述线段上单调地 增加。另外，本专利技术另一方面是制作用于氮化物半导体发光器件的外延 晶片的方法。该方法包括(a)在有机金属气相生长炉的支撑台(寸 i 7。夕；susceptor)上配置的多个氮化镓衬底的主面上使氮化镓基半导 体膜整体生长的步骤，(b)供给原料气，并使用有机金属气相生长炉 在所述氮化镓基半导体膜上形成具有量子阱结构的有源层的步骤，和 (c)使用有机金属气相生长炉在所述有源层上形成另一个氮化镓基半导 体膜的步骤。所述氮化镓基半导体膜和所述另一个氮化镓基半导体膜 中的一个中添加有n型掺杂剂，并且另一个中添加有p型掺杂剂。所 述有源层包含阱层，所述阱层包括含有III族元素铟的氮化镓基半导体。 各氮化镓衬底的所述主面的法线与所述氮化镓衬底的C轴所成的斜角， 在整个所述主面上分布，并且在从所述主面的边缘上的一点向该边缘 上的另一点的通过所述氮化镓衬底的所述主面的中心点的线段上单调 地增加。所述边缘上的所述一点处的斜角大于该边缘上的所述另一点处的斜角。所述阱层的生长在使所述支撑台旋转的同时进行。通过所 述原料气的供给和所述支撑台的旋转，产生与该原料气流的从上游向 下游的流动方向对应的、所述有源层的所述阱层的生长速度分布，所 述边缘上的所述一点位于所述生长速度分布大的一侧，并且所述另一 点位于所述生长速度分布小的一侧。根据专利技术人的研究，衬底主面的斜角的分布影响铟含量。斜角的 影响在使氮化镓基半导体生长时是不可避免的。不过，从专利技术人的实 验发现，通过准备控制了主面的斜角分布的氮化镓衬底，受到原料气 流动的影响，斜角的影响部分消除。使用生长炉进行用于氮化镓基外延晶片的晶体生长时，由于原料 气流动的影响，具有产生发光波长分布的可能性。但是，专利技术人的实 验和研究结果表明，这样的因素并不是主要原因。在重复的实验和研 究中，当着眼于蓝宝石衬底与氮化镓衬底的不同时，发现以下事项。 蓝宝石衬底，主面的法线与该C轴所成的斜角，相对于衬底中心部的 斜角0.15度在晶片面内在-0.1度 +0.1度的范围内分布。但是，氮化镓 衬底，由于其制造方法，使得氮化镓衬底主面的法线与该C轴所成的 斜角在主面整个面上分布。鉴于以上事项，如果是氮化镓基外延晶片，则通过利用控制后的 斜角分布，在通过晶片中心且从主面的边缘上的一点向该边缘上的另 一点的线段上的斜角单调地变化。使用该氮化镓衬底并规定在所述线 段上按顺序排列的n个点时，这些n个点处的阱层的n个膜厚在线段 上单调地增加。另外，n个点处的n个铟含量在线段上单调地减少。在 该外延晶片上，可以使用氮化镓衬底使有源层的发光波长的分布縮小。另外，鉴于以上事项，根据制作外延晶片的方法，通过支撑台旋 转可以提高晶体生长的均匀性。另外，通过支撑台的公转，可以将非 对称或者不均匀的原料气流的影响平均化。通过利用生长速度的分布和控制后的斜角分布，使用从主面的边缘上的一点向该边缘上的另一 点并通过晶片的中心的线段上的斜角单调地变化的氮化镓衬底，可以 将设置在氮化镓衬底上的包含阱层的有源层的发光波长分布縮小。本专利技术中，在所述线段上排列有多个氮化物半导体发光器件，所 述多个氮化物半导体发光器件包含所述n个点中的任意一个。根据本 专利技术，可以将氮化物半导体器件中活性层的发光波长分布縮小。本专利技术中，所述膜厚是在所述n个点处规定的平均值，所述平均 值可以由值S/L来规定，其中，S为在与从所述氮化镓衬底向所述有源 层的轴垂直的方向上、用预定的宽度在所述阱层的截面照片中规定的 阱层的截面积，L为所述预定的宽度。本专利技术中，所述主面上的第1点处的斜角比所述主面上的第2点 处的斜角小，并且，所述第1点上的阱层膜厚比所述第2点上的阱层 膜厚薄，所述第1点和所述第2点位于相互不同的氮化物半导体发光 器件上。本专利技术涉及的氮化镓基外延晶片中，所述线段的朝向与<1-100>和 <11-20>中任意一个晶体取向对应。这些晶体取向对于组合斜角分布和 阱宽度分布是优选的。本专利技术涉及的氮化镓基外延晶片的一个优选方式中，所述氮化镓 衬底具有定向平面和由大致的圆弧(実質的&円弧)构成的边缘，所 述定向平面的取向与<1-100>和<11-20>中任意一个晶体取向对应。或者， 在本专利技术涉及的氮化镓基外延晶片的另一优选方式中，所述氮化镓衬 底具有大致圆形(実質的&円形)的边缘，所述氮化镓衬底包含与 <1-100>和<11-20>中任意一个晶体取向对应的标记(7—力；marker)。述主面的中心的轴的斜角分布的最大值和最小值的差优选为0.7度以 下。这些范围对于组合斜角分布和阱宽度分布是优选的。另外，本专利技术涉及的制作方法的一个优选方式中，用于形成所述 有源层的原料气沿从所述有机金属气相生长炉的支撑台主面的一端横 穿另一端的方向供给，通过该原料气的供给，产生与所述流动方向对 应的所述有源层的所述阱层的生长速度分布本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化镓基外延晶片，其特征在于，　具有：　具有主面的氮化镓衬底，　在所述氮化镓衬底的所述主面上生长的一个或多个氮化镓基半导体膜，和　在所述氮化镓基半导体膜上生长的具有量子阱结构的有源层；　所述有源层包含阱层，所述阱层包括含有Ⅲ族 元素铟的氮化镓基半导体，　所述主面的法线与所述氮化镓衬底的Ｃ轴所成的斜角，在所述主面上分布，并且在从所述主面的边缘上的一点向该边缘上的另一点的通过所述氮化镓衬底的所述主面的中心点的线段上单调地增加，　在从所述一点向所述另一点的所述线段上 按顺序排列的ｎ个点处的所述阱层的ｎ个铟含量，在所述线段上单调地减少，　所述ｎ个点处的所述阱层的ｎ个膜厚，在所述线段上单调地增加。

【技术特征摘要】
JP 2008-9-26 2008-2488031.一种氮化镓基外延晶片，其特征在于，具有具有主面的氮化镓衬底，在所述氮化镓衬底的所述主面上生长的一个或多个氮化镓基半导体膜，和在所述氮化镓基半导体膜上生长的具有量子阱结构的有源层；所述有源层包含阱层，所述阱层包括含有III族元素铟的氮化镓基半导体，所述主面的法线与所述氮化镓衬底的C轴所成的斜角，在所述主面上分布，并且在从所述主面的边缘上的一点向该边缘上的另一点的通过所述氮化镓衬底的所述主面的中心点的线段上单调地增加，在从所述一点向所述另一点的所述线段上按顺序排列的n个点处的所述阱层的n个铟含量，在所述线段上单调地减少，所述n个点处的所述阱层的n个膜厚，在所述线段上单调地增加。2. 如权利要求l所述的氮化镓基外延晶片，其特征在于， 所述线段上排列有多个氮化物半导体发光器件， 所述多个氮化物半导体发光器件包含所述n个点中的任意一个。3. 如权利要求1或2所述的氮化镓基外延晶片，其特征在于， 所述膜厚是在所述n个点处规定的平均值，所述平均值由值S/L来规定，其中，S为在与从所述氮化镓衬底 向所述有源层的轴垂直的方向上、用预定的宽度在所述阱层的截面照 片中规定的阱层的截面积，L为所述预定的宽度。4. 如权利要求1至3中任一项所述的氮化镓基外延晶片，其特征 在于，所述主面上的第一点处的斜角比所述主面上的第二点处的斜角 小，并且，所述第一点上的阱层的膜厚比所述第二点上的阱层的膜厚薄，所述第一点和所述第二点位于相互不同的氮化物半导体发光器件 上。5. 如权利要求1至4中任一项所述的氮化镓基外延晶片，其特征在于，规定所述线段，使得<1-100>和<11-20>中的任意一个晶轴和通过所述线段规定的基准平面与所述主面正交。6. 如权利要求1至5中任一项所述的氮化镓基外延晶片，其特征 在于，所述氮化镓衬底具有定向平面和边缘，所述边缘由所述中心点规 定的大致的圆弧构成，所述定向平面的取向，与<1-100>和<11-20>中任意一个晶体取向对应。7. 如权利要求1至6中任一项所述的氮化镓基外延晶片，其特征 在于，所述氮化镓衬底具有由所述中心点规定的大致圆形的边缘， 所述氮化镓衬底包含与<1-100>和<11-20〉中任意一个晶体取向对 应的标记。8. 如权利要求1至7中任一项所述的氮化镓基外延晶片，其特征 在于，沿通过所述氮化镓衬底的所述主面的所述中心点的轴的斜角分 布的最大值和最小值的差为0.7度以下。9....

【专利技术属性】
技术研发人员：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]