[发明专利]氮化镓基外延晶片及外延晶片的制作方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

在专利文献1(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。

发明内容

根据发明人的发现，在氮化镓衬底上制作包括含有III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。

发明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 该分布缩小的研究。

本发明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缩小的结构的氮化镓基半导体发光器件，另外， 本发明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。

本发明的一个方面涉及的氮化镓基外延晶片(窒化ガリウム系エピ タキシヤルウエハ)，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)。 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(オフ角；off angle)，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(インジウム组成)，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，本发明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(サ セプタ；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。

根据发明人的研究，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，从发明人的实 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。