GaN基半导体光器件、GaN基半导体光器件的制作方法、外延晶片及GaN基半导体膜的生长方法技术

本发明专利技术涉及GaN基半导体光器件、GaN基半导体光器件的制作方法、外延晶片及GaN基半导体膜的生长方法。在GaN基半导体光器件(11a)中，衬底(13)的主面(13a)自与沿着第一GaN基半导体的c轴延伸的基准轴(Cx)正交的面起，以63度以上且小于80度的范围的倾斜角向该第一GaN基半导体的m轴方向倾斜。GaN基半导体外延区域(15)设置在主面(13a)上。在GaN基半导体外延区域(15)上，设有有源层(17)。有源层(17)含有至少一个半导体外延层(19)。半导体外延层(19)包含InGaN。半导体外延层(19)的膜厚方向相对于基准轴(Cx)倾斜。该基准轴(Cx)朝向第一GaN基半导体的[0001]轴的方向。由此，提供可抑制由有源层中的In偏析所引起的发光特性降低的GaN基半导体发光器件。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及。在GaN基半导体光器件(11a)中，衬底(13)的主面(13a)自与沿着第一GaN基半导体的c轴延伸的基准轴(Cx)正交的面起，以63度以上且小于80度的范围的倾斜角向该第一GaN基半导体的m轴方向倾斜。GaN基半导体外延区域(15)设置在主面(13a)上。在GaN基半导体外延区域(15)上，设有有源层(17)。有源层(17)含有至少一个半导体外延层(19)。半导体外延层(19)包含InGaN。半导体外延层(19)的膜厚方向相对于基准轴(Cx)倾斜。该基准轴(Cx)朝向第一GaN基半导体的轴的方向。由此，提供可抑制由有源层中的In偏析所引起的发光特性降低的GaN基半导体发光器件。【专利说明】GaN基半导体光器件、GaN基半导体光器件的制作方法、夕卜延晶片及GaN基半导体膜的生长方法本申请是申请日为2009年8月3日、申请号为200980101538.9的中国国家专利申请的分案申请。
本专利技术涉及。
技术介绍
专利文献I中记载了一种发光二极管。在该发光二极管中，衬底表面的偏离角在30度?50度、80度?100度及120度?150度的范围内。在这样的角度范围内，发光层中的压电电场与自发极化所产生的内部电场的和为接近于零的较小的值。另外，非专利文献I?3中，记载了 GaN基半导体的发光二极管。非专利文献I的发光二极管在偏离角为58度的GaN衬底上制作。非专利文献2的发光二极管在偏离角为62度的GaN衬底上制作。非专利文献3的发光二极管在m面GaN衬底上制作。非专利文献4及5中，对压电电场的计算进行了记载。专利文献1:USP6849472 号非专利文献I Japanese Journal of Applied Physics vol.45N0.26 (2006)pp.L659非专利文献2:Japanese Journal of Applied Physics vol.46N0.7(2007)pp.L129非专利文献3 ；Japanese Journal of Applied Physics vol.46N0.40(2007)pp.L960非专利文献4: Japanese Journal of Applied Physics vol.39 (2000) pp.413非专利文献5: Journal of Applied Physics vol.91N0.12 (2002) pp.9904
技术实现思路
可获得的GaN基半导体光器件是在c面GaN衬底上制作的。近年来，如非专利文献3所述，GaN基半导体光器件是在GaN的与c面不同的非极性面(a面、m面)上制作的。与极性面不同，非极性面受压电电场的影响较小。另外，GaN基半导体光器件的制作中，与极性面及非极性面不同、自GaN的c面倾斜的半极性面也受到关注。非专利文献I及非专利文献2的发光二极管是在具有特定偏离角的GaN衬底上制作的。在专利文献I中，不仅着眼于依赖于GaN的晶面的压电电场，而且也着眼于GaN的自发极化。选择衬底表面的面方向，使发光层中的压电电场与自发极化所产生的内部电场的和为接近于零的较小的值。专利文献I解决了发光层的内部电场的课题。另一方面,GaN基半导体光器件的发光可在较广的波长范围内变化。发光层可以使用含有铟的GaN基半导体层。发光波长的变化通过调节发光层中的铟含量来进行。作为该GaN基半导体层的一例，可以列举例如InGaN。InGaN显示出较强的非混和性，因此，在InGaN的生长中会自发地产生In含量的波动，从而引起In的偏析。In的偏析不仅在InGaN中，而且在其它含有铟的GaN基半导体中也可以观测到。另外，在为改变发光波长而使In含量增加时，In的偏析明显。发光层中的In的偏析在半导体激光器中使阈值电流增加。另外，发光层中的In的偏析在发光二极管中成为导致面发光不均匀的原因。因此，在任何一种发光器件中均期望减少In偏析。本专利技术是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供可抑制由In偏析引起的发光特性降低的GaN基半导体发光器件及外延晶片，并且提供该GaN基半导体发光器件的制作方法。另外，本专利技术的目的在于提供显示较低In偏析的GaN基半导体区域的生长方法。本专利技术的一个方面的GaN基半导体光器件，包括:(a)衬底，其包含第一 GaN基半导体，且具有主面，该主面自与沿着该第一 GaN基半导体的c轴延伸的基准轴正交的面起，以63度以上且小于80度的范围的倾斜角向该第一 GaN基半导体的m轴方向倾斜；(b)GaN基半导体外延区域，其设置在所述主面上 '及(C)半导体外延层，其设置在所述GaN基半导体外延区域上，用于有源层。所述半导体外延层包含第二 GaN基半导体，所述第二 GaN基半导体含有铟，所述第二 GaN基半导体的c轴相对于所述基准轴倾斜，所述基准轴的朝向为所述第一 GaN基半导体的轴及轴的任一方向。根据该GaN基半导体光器件，在上述倾斜角的衬底中，其主面包含宽度较窄的多个阶面(terrace)。另外,在衬底上设有GaN基半导体外延区域,故GaN基半导体外延区域与衬底的晶轴相延续。因此，GaN基半导体外延区域的主面也自与沿着其c轴延伸的基准轴正交的面起，以63度以上且小于80度的范围的角度向m轴方向倾斜。因此，GaN基半导体外延区域的主面也含有宽度较窄的多个阶面。该阶面排列构成微台阶。由于上述角度范围的阶面宽度较窄，因此在多个阶面中不易产生In含量的不均匀。因而，由In偏析引起的发光特性的降低得以抑制。另外，阶面结构是根据自c轴起的倾斜角而规定的，因此在以第一 GaN基半导体的(0001)面为基准而规定该倾斜角的衬底、及以第一 GaN基半导体的(000-1)面为基准而规定该倾斜角的衬底的任何一者中，均可以抑制发光特性的降低。即，无论基准轴朝向第一 GaN基半导体的轴及轴的任一方向,均可抑制发光特性的降低。本专利技术的GaN基半导体光器件中，优选所述衬底的所述主面自与所述基准轴正交的面起，以70度以上的角度向该第一 GaN基半导体的m轴方向倾斜。该GaN基半导体光器件中，该角度范围的衬底主面还含有宽度较窄的多个阶面。本专利技术的GaN基半导体光器件中，所述第一 GaN基半导体的a轴方向的偏离角可以为有限的值，且在-3度以上、+3度以下的范围内。根据该GaN基半导体光器件，a轴方向的偏离角使外延区域的表面形态良好。另外，本专利技术的GaN基半导体光器件中，优选所述衬底的所述主面自与所述基准轴正交的面起，以71度以上、79度以下的角度向该第一 GaN基半导体的m轴方向倾斜。根据该GaN基半导体光器件，台阶端生长与阶面上生长的平衡良好。本专利技术的GaN基半导体光器件可以包括设置在所述有源层上的第二导电型GaN基半导体层。所述GaN基半导体外延区域含有第一导电型GaN基半导体层，所述有源层含有沿预定的轴方向交替配置的阱层及势垒层，所述阱层包含所述半导体外延层，且所述势垒层包含GaN基半导体，所述第一导电型GaN基半导体层、所述有源层及所述第二导电型GaN基半导体层沿预定的轴方向排列，且所述基准轴的方向与所述预定的轴方向不同。根据该GaN基半导体光器件，不仅在包含单层膜的半导体外延层中，而且在量子阱结构的有源层中也可以实现较小的In偏本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种GaN基半导体激光器，包含：衬底，其包含第一GaN基半导体，且具有主面，该主面自与沿着该第一GaN基半导体的c轴延伸的基准轴正交的面起，以63度以上且小于80度的范围的倾斜角向该第一GaN基半导体的m轴方向倾斜；GaN基半导体外延区域，其设置在所述主面上；及半导体外延层，其设置在所述GaN基半导体外延区域上，用于有源层，且所述半导体外延层包含第二GaN基半导体，所述第二GaN基半导体含有铟，所述GaN基半导体激光器在与所述主面平行的方向上具有谐振器，所述谐振器的朝向与所述GaN基半导体激光器的LED模式中发光的偏光的朝向一致，与将所述c轴朝所述主面投影的方向平行，所述基准轴的朝向为所述第一GaN基半导体的[0001]轴及[000?1]轴的任一方向。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：盐谷阳平，善积祐介，上野昌纪，秋田胜史，京野孝史，住友隆道，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：