專利名稱：制造氮化物基半導(dǎo)體發(fā)光元件的方法和制造外延晶片的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造氮化物基半導(dǎo)體發(fā)光元件的方法和制造外延晶片的方法。
背景技術(shù)：
專利文獻(xiàn)1中，記載了一種半導(dǎo)體元件的制造方法。該方法中，通過III族氮化物基化合物半導(dǎo)體的結(jié)晶生長，依次生長出多個半導(dǎo)體層，從而形成有源層。該有源層具有包含銦(In)的半導(dǎo)體層而構(gòu)成。在有源層的形成后，生長至少一層的ρ型半導(dǎo)體層。ρ型半導(dǎo)體層的結(jié)晶生長溫度為攝氏820度以上、攝氏910度以下。作為運送ρ型半導(dǎo)體層的原料氣體的載氣，使用惰性氣體(He、Ne、Ar、Kr、Xe、foi)或氮氣(N2)。
專利文獻(xiàn)2中，記載了一種制造氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的方法。該方法中，在形成有源層后，在攝氏800度以上、攝氏950度以下的范圍內(nèi)的成膜溫度下在有源層上生長ρ型 AlzGivzN 膜。
專利文獻(xiàn)3中，記載了一種發(fā)光元件的制造方法。生長阱層后，在升溫的同時生長部分勢壘層，進(jìn)而在一定溫度下以更快的生長速度生長其余的勢壘層。然后，降溫從而生長阱層。由此，可形成結(jié)晶性優(yōu)良、發(fā)光效率高的MQWOmiltiple quantum well，多量子阱)。
專利文獻(xiàn) 專利文獻(xiàn)1 日本專利特開2004-363401號公報 專利文獻(xiàn)2 日本專利特開2007-201099號公報 專利文獻(xiàn)3 日本專利特開2002-43618號公報

發(fā)明內(nèi)容
專利文獻(xiàn)2中，在形成有源層后，在攝氏800度至攝氏950度的生長溫度下生長ρ 型AKiaN層。專利文獻(xiàn)1和3的方法中，勢壘層的生長溫度高于阱層的生長溫度。專利文獻(xiàn)1中，阱層的生長溫度為攝氏730度，勢壘層的生長溫度為攝氏885度。在有源層的形成后，在攝氏820度以上、攝氏910度以下的生長溫度下生長ρ型半導(dǎo)體層。降低該ρ型半導(dǎo)體的生長溫度，使有源層保持良好的結(jié)晶性。專利文獻(xiàn)3中，在阱層的生長后，在升溫的同時生長部分勢壘層，并且在升溫后的溫度下生長其余的勢壘層。由此，抑制阱層的劣化并且使勢壘層的結(jié)晶品質(zhì)提高。
包含hGaN的阱層的生長溫度隨著化6鄉(xiāng)的銦含量的增加而降低。因此，較大的溫度差產(chǎn)生在具有某種程度的較大銦含量的阱層的最適生長溫度與勢壘層的生長溫度之間。
另外，當(dāng)阱層的生長溫度與勢壘層的生長溫度不同時，在阱層的生長后，使襯底溫度上升至勢壘層的生長溫度。在該溫度變更的期間中，阱層暴露在比其自身的生長溫度更高的溫度中。因此，盡管劣化的程度取決于阱層的銦含量，但阱層的結(jié)晶品質(zhì)會因溫度向勢壘層的生長溫度變更而下降。即使是在阱層的生長后使溫度變更同時沉積部分勢壘層的方法中，阱層暴露在因溫度變更所致的高溫中的情況也沒有改變。由于溫度的變更，阱層上會
4施加因勢壘層與阱層間的應(yīng)力而產(chǎn)生的應(yīng)變。根據(jù)本發(fā)明人的見解，認(rèn)為在所謂的半極性面上的hGaN生長與在c面上的hGaN生長不同。
本發(fā)明的目的在于提供在形成ρ型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域和勢壘層時可減少阱層的劣化的、制造氮化物基半導(dǎo)體發(fā)光元件的方法，另外，本發(fā)明的目的在于提供制造用于氮化物基半導(dǎo)體發(fā)光元件的外延晶片的方法。
本發(fā)明的一個方面是一種制造氮化物基半導(dǎo)體發(fā)光元件的方法。該方法包括(a) 在包含氮化鎵基半導(dǎo)體的半導(dǎo)體區(qū)域的主面上生長用于有源層的勢壘層的步驟；(b)在所述勢壘層上生長用于所述有源層的阱層的步驟；和(C)在所述有源層上生長P型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域的步驟。所述半導(dǎo)體區(qū)域的所述主面表現(xiàn)出相對于所述氮化鎵基半導(dǎo)體的 c面而傾斜的半極性，所述勢壘層包含與所述阱層不同的氮化鎵基半導(dǎo)體，所述阱層包含 InGaN，所述阱層的銦含量為0. 15以上，所述阱層的生長溫度與所述勢壘層的生長溫度相同，所述P型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域包含一個或多個P型氮化鎵基半導(dǎo)體層，所述P型氮化鎵基半導(dǎo)體層各自的生長溫度高于所述阱層的生長溫度和所述勢壘層的生長溫度。
本發(fā)明的另一方面是一種制造用于氮化物基半導(dǎo)體發(fā)光元件的外延晶片的方法。 該方法包括(a)在包含氮化鎵基半導(dǎo)體的半導(dǎo)體區(qū)域的主面上生長用于有源層的勢壘層的步驟；(b)在所述勢壘層上生長用于所述有源層的阱層的步驟；和(c)在所述有源層上生長P型氮化鎵基半導(dǎo)體層的步驟。所述半導(dǎo)體區(qū)域的所述主面表現(xiàn)出相對于所述氮化鎵基半導(dǎo)體的c面而傾斜的半極性，所述勢壘層包含與所述阱層不同的氮化鎵基半導(dǎo)體，所述阱層包含InGaN，所述阱層的銦含量為0. 15以上，所述阱層的生長溫度與所述勢壘層的生長溫度相同，所述P型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域包含一個或多個P型氮化鎵基半導(dǎo)體層，所述P 型氮化鎵基半導(dǎo)體層各自的生長溫度高于所述阱層的生長溫度和所述勢壘層的生長溫度。
根據(jù)上述方法，由于阱層的生長溫度與勢壘層的生長溫度相同，因此可抑制在勢壘層的生長中阱層的結(jié)晶品質(zhì)的下降。另外，雖然P型氮化鎵基半導(dǎo)體層各自的生長溫度高于阱層的生長溫度和勢壘層的生長溫度，但由于阱層的生長溫度與勢壘層的生長溫度相同，因此可抑制在P型氮化鎵基半導(dǎo)體層的生長中阱層的結(jié)晶品質(zhì)的下降。
在本發(fā)明的方法中，所述阱層的所述生長溫度和所述勢壘層的所述生長溫度可為攝氏760度以上、攝氏800度以下。該方法中，由于阱層和勢壘層的生長溫度均為攝氏760 度以上、攝氏800度以下的范圍內(nèi)的相同溫度，因此阱層和勢壘層的結(jié)晶品質(zhì)均良好。
在本發(fā)明的方法中，所述ρ型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域的所述生長溫度可高于攝氏 950度且為攝氏1000度以下。根據(jù)該方法，由于ρ型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域的生長溫度在上述溫度范圍內(nèi)，因此P型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域的結(jié)晶品質(zhì)和電特性均良好。另外，在P型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域的生長中有源層的結(jié)晶品質(zhì)的下降較小。
在本發(fā)明的方法中，所述阱層的銦含量可為0.20以上、0.25以下，來自所述有源層的發(fā)光的峰值波長可為500nm以上，在所述峰值波長下，來自所述有源層的發(fā)光強(qiáng)度可顯示最大值。根據(jù)該方法，當(dāng)阱層的銦含量在上述范圍內(nèi)時，若阱層的生長溫度與勢壘層的生長溫度相同，則可抑制在P型氮化鎵基半導(dǎo)體層和勢壘層的生長中阱層的結(jié)晶品質(zhì)的下降。
在本發(fā)明的方法中，所述P型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域可包含AlGaN層。根據(jù)該方法， P型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域的AKiaN層的結(jié)晶品質(zhì)和電特性均良好。
在本發(fā)明的方法中，所述ρ型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域的厚度可為40nm以上、200nm以下。根據(jù)該方法，由于在如上所述的高溫下沉積P型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域，因而可抑制在P 型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域上產(chǎn)生凹坑。另外，可使P型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域的生長表面保持平坦，因此可較厚地沉積P型半導(dǎo)體區(qū)域以減小P型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域的電阻。
本發(fā)明的方法可進(jìn)一步包括準(zhǔn)備包含氮化鎵基半導(dǎo)體的襯底的步驟。所述襯底的主面相對于所述氮化鎵基半導(dǎo)體的c面而傾斜。
根據(jù)該方法，上述襯底具有包含氮化鎵基半導(dǎo)體的主面。通過使用該襯底，可獲得相對于c面而傾斜的半極性面的半導(dǎo)體區(qū)域。
本發(fā)明的方法可進(jìn)一步包括準(zhǔn)備包含氮化鎵基半導(dǎo)體的襯底的步驟。所述襯底的所述主面相對于C面((0001)面)的背面(000-1)面而傾斜。
根據(jù)該方法，上述襯底具有包含氮化鎵基半導(dǎo)體的主面。通過使用該襯底，可獲得相對于(000-1)面而傾斜的半極性面的半導(dǎo)體區(qū)域。
在本發(fā)明的方法中，襯底的主面的傾斜角可為60度以上、90度以下。另外，本發(fā)明的方法中，半導(dǎo)體區(qū)域的主面的傾斜角可為60度以上、90度以下。任一傾斜角均可以 (0001)面或(000-1)面為基準(zhǔn)而規(guī)定。
本發(fā)明的方法可進(jìn)一步包括在生長氮化鎵基半導(dǎo)體之前，對所述襯底進(jìn)行熱處理的步驟。所述熱處理的環(huán)境中至少包含氨氣和氫氣。根據(jù)該方法，通過在包含氨氣和氫氣的環(huán)境中進(jìn)行的熱處理來進(jìn)行襯底表面的清洗，并且進(jìn)行襯底表面的改質(zhì)。
在本發(fā)明的方法中，所述ρ型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域的生長溫度的最高值與所述阱層的生長溫度的溫度差可為250度以下。
在本發(fā)明的方法中，所述半導(dǎo)體區(qū)域的所述主面的法線向量可相對于c面 ((0001)面)或該C面的背面(000-1)面中任一面的法線向量以60度以上、90度以下的范圍的角度傾斜。根據(jù)該方法，有源層在以60度以上、90度以下的范圍的角度傾斜的、表現(xiàn)出半極性和無極性中任一種性質(zhì)的半導(dǎo)體區(qū)域主面上生長。在該角度范圍內(nèi)，InGaN生長時銦結(jié)合量良好，因此可形成結(jié)晶品質(zhì)良好的InGaN。
在本發(fā)明的方法中，所述阱層的銦含量可為0. 20以上，所述有源層可以能產(chǎn)生在 500nm以上的波長區(qū)域內(nèi)具有峰值波長的光的方式設(shè)置。該方法可應(yīng)用于獲得長波長的發(fā)光。
在本發(fā)明的方法中，所述阱層的所述生長溫度和所述勢壘層的所述生長溫度可為攝氏800度以下，所述ρ型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域的所述生長溫度可為攝氏1000度以下。根據(jù)該方法，由于阱層的生長溫度為攝氏800度以下，因此可擴(kuò)大InGaN層中的h含量的變更范圍。另外，由于P型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域的生長溫度為攝氏1000度以下，因此可減少 InGaN層的熱劣化。
在本發(fā)明的方法中，所述阱層的所述生長溫度和所述勢壘層的所述生長溫度可為攝氏700度以上，且可為攝氏760度以下。該方法可應(yīng)用于能產(chǎn)生發(fā)光波長為400nm以上、 540nm以下的峰值波長的光的有源層的形成。可避免因InGaN層的結(jié)晶品質(zhì)而導(dǎo)致的發(fā)光特性下降。
在本發(fā)明的方法中，所述ρ型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域的所述生長溫度可高于攝氏 850度。根據(jù)該方法，可抑制由ρ型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域的電阻變大所導(dǎo)致的器件特性的下降。所述P型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域的所述生長溫度可為攝氏950度以下。根據(jù)該方法，在 P型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域的生長中，可減少InGaN層的熱劣化。
在本發(fā)明的方法中，所述ρ型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域的生長溫度的最高值與所述阱層的生長溫度的溫度差可為200度以下。在發(fā)光元件的制造中，當(dāng)InGaN阱層的生長溫度較低時，或者當(dāng)^GaN阱層的含量較高時，該^iGaN的品質(zhì)對成膜后的熱應(yīng)力變得敏感。 為了避免該InGaN的熱劣化，ρ型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域的生長溫度存在上限。
在本發(fā)明的方法中，所述阱層的銦含量可為0.25以上、0.35以下，來自所述有源層的發(fā)光的振蕩波長可為500nm以上。根據(jù)該方法，可形成能產(chǎn)生波長比綠色發(fā)光更長的光的有源層。
在本發(fā)明的方法中，所述ρ型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域的厚度可為50nm以上、700nm以下。根據(jù)該方法，作為P型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域整體，可提供良好的光封閉。例如可使包覆層為50nm以上、700nm以下。
本發(fā)明的方法可進(jìn)一步包括用于所述氮化物基半導(dǎo)體發(fā)光元件的光諧振器的端面。所述襯底的所述主面的傾斜角可為63度以上、83度以下。根據(jù)該角度范圍，在hGaN 的生長中，可獲得良好的^結(jié)合性。因此，可擴(kuò)大阱層的^含量的變更范圍，從而有利于制造產(chǎn)生波長為500nm以上的光的有源層。
本發(fā)明的上述目的及其它目的、特征和優(yōu)點，根據(jù)參考附圖而進(jìn)行的本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的以下詳細(xì)描述，可以更容易地明白。
[發(fā)明的效果] 如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可提供在形成ρ型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域和勢壘層時可減少阱層的劣化的、制造氮化物基半導(dǎo)體發(fā)光元件的方法。另外，根據(jù)本發(fā)明，可提供在形成P 型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域和勢壘層時可減少阱層的劣化的、制造用于氮化物基半導(dǎo)體發(fā)光元件的外延晶片的方法。


圖1是表示本實施方式的氮化物基半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法和外延晶片的制造方法的主要步驟的流程的圖。
圖2是表示本實施方式的氮化物基半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法和外延晶片的制造方法的主要步驟的圖。
圖3是表示本實施方式的氮化物基半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法和外延晶片的制造方法的主要步驟的圖。
圖4是表示本實施方式的氮化物基半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法和外延晶片的制造方法的主要步驟的圖。
圖5是顯示自有源層的形成起之后的步驟中襯底溫度的變化和原料氣流的變化的時序圖的圖。
圖6是表示實施例1中制造的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的圖。
圖7是表示使用各種生長條件所制造的LED結(jié)構(gòu)的PL強(qiáng)度的半高寬的圖。
圖8是表示在相同溫度下生長出阱層和勢壘層的LED結(jié)構(gòu)的陰極發(fā)光像和在不同溫度下生長出阱層和勢壘層的LED結(jié)構(gòu)的陰極發(fā)光像的圖。
7 圖9是表示本實施方式的氮化物基半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法和外延晶片的制造方法的主要步驟的流程的圖。
圖10是表示本實施方式的氮化物基半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法和外延晶片的制造方法的主要步驟的流程的圖。
圖11是表示自發(fā)光層的形成起之后的步驟中襯底溫度的變化和原料氣流的變化的時序圖的圖。
圖12是表示用于實施例2中制造的激光二極管結(jié)構(gòu)的外延襯底的圖。
圖13是表示實施例2中制造的激光二極管結(jié)構(gòu)的圖。
標(biāo)號說明 10生長爐 11 襯底 Ila襯底主面 lib襯底背面 Ilc經(jīng)改質(zhì)后的襯底主面 13氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域 15 η 型 AlGaN 緩沖層 17 η 型 GaN 層 21a、21b、21c、21d、47a、47c、勢壘層 47e、47g、67a、67c、67e、67g 23&、2313、23(；、4713、47(1、47廠阱層 67b、67d、67f 25、47、67 有源層 27電子阻擋層 29接觸層 31氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域 33、C、E、ELD 外延晶片 41,61 GaN 晶片 43 η 型 AlGaN 層 45 η型GaN半導(dǎo)體層 49 η型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域 51、73 ρ型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域 53 ρ 型 AlGaN 層 55 ρ 型 GaN 層 59a陽極電極 59b陰極電極 61 GaN 晶片 63、77氮化鎵基半導(dǎo)體層 65、71 光導(dǎo)層 65a,71a GaN 半導(dǎo)體層 65b,71b MGaN 半導(dǎo)體層 75、79 ρ型氮化鎵基半導(dǎo)體層 TB( = T2)勢壘層的生長溫度 TW( = T2)阱層的生長溫度
具體實施例方式本發(fā)明的見解通過參考作為例示給出的附圖來考慮以下的詳細(xì)描述可以容易地理解。接下來，參考附圖對本發(fā)明的氮化物基半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法和外延晶片的制造方法的實施方式進(jìn)行說明?？赡艿那闆r下，對同一部分標(biāo)注同一符號。
圖1是表示本實施方式的氮化物基半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法和外延晶片的制造方法的主要步驟的流程的圖。圖2 圖4是表示本實施方式的氮化物基半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法和外延晶片的制造方法的主要步驟的圖。氮化物基半導(dǎo)體發(fā)光元件例如包括發(fā)光二極管或激光二極管等。
在步驟流程100的步驟SlOl中，如圖2(a)所示，準(zhǔn)備包含氮化鎵基半導(dǎo)體的襯底 11。襯底11例如可包含GaN、InGaN、AlGaN等。襯底11中主面Ila和背面lib實質(zhì)上相互平行。該襯底11的主面Ila自氮化鎵基半導(dǎo)體的c面而傾斜。主面Ila的法線與氮化鎵基半導(dǎo)體的c軸以60度以上、90度以下的傾斜角交叉。或者，襯底11的主面Ila可相對于 c面((0001)面)的相反面(000-1)面而傾斜。當(dāng)自(000-1)面以上述角度范圍傾斜時， 與(0001)面和自該(0001)面傾斜60度以上、90度以下的面上的InGaN生長相比，InGaN 生長中的阱層的銦結(jié)合量增加，因此與這些面相比，可通過高溫的生長而獲得化含量高的 InGaN。由此，可獲得結(jié)晶性良好的阱層。上述角度的主面Ila表現(xiàn)出半極性或無極性。
將襯底11配置在生長爐10中。在步驟S102中，如圖2(b)所示，在生長爐10中進(jìn)行襯底11的熱處理。熱處理的環(huán)境中例如至少包含氨氣和氫氣。根據(jù)該熱處理，通過在包含氨氣和氫氣的環(huán)境中進(jìn)行的熱處理而進(jìn)行襯底表面Ila的清洗，并且進(jìn)行襯底表面Ila 的改質(zhì)。通過在生長爐10中進(jìn)行襯底11的熱處理而具有改質(zhì)后的主面11c。通過該改質(zhì)， 在襯底主面Ilc上形成微臺階(^ ” 口 ^ ^ )，該微臺階包含多個平臺、”、)。
繼而，使用生長爐10，通過金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積生長法在襯底11上沉積氮化鎵基半導(dǎo)體。步驟S103中，如圖2(c)所示，在生長爐10中在襯底11的主面Ilc上生長第一導(dǎo)電型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域13。氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域13例如可包含η型AlGaN緩沖層15 和η型GaN層17。AWaN的鋁含量例如為0. 12。η型AWaN緩沖層15通過向生長爐10中供給鋁原料、鎵原料、氮原料和硅烷后，在攝氏1100度下在襯底11的主面Ilc上進(jìn)行生長。 η型GaN層17通過向生長爐10中供給鎵原料、氮原料和硅烷后，在攝氏1000度下在η型 GaN緩沖層15上進(jìn)行生長。
步驟S104中，使用生長爐10，在氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域13上生長有源層。用于生長有源層的半導(dǎo)體區(qū)域主面表現(xiàn)出相對于氮化鎵基半導(dǎo)體的c面而傾斜的半極性。參考圖 5來說明有源層25的形成。首先，作為生長有源層25的基底的半導(dǎo)體區(qū)域的生長在時刻 to結(jié)束。在時刻to，生長爐10的溫度為第一生長溫度Tl。在時刻to至?xí)r刻tl的期間內(nèi)， 生長爐10的溫度自生長溫度Tl變更為勢壘層21的第二生長溫度T2(本實施例中為溫度 TB)。在該變更的期間內(nèi)，向生長爐10內(nèi)供給氨氣這種氮原料。
在生長出氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域13后，如圖3(a)所示，在步驟S105中，在襯底11 上生長勢壘層21a。勢壘層21a在時刻tl t2的期間內(nèi)在生長溫度TB下形成。生長溫度TB( = T2)可在攝氏760度以上、攝氏800度以下的范圍內(nèi)。勢壘層21a包含氮化鎵基半導(dǎo)體。該氮化鎵基半導(dǎo)體例如可包含非摻雜GaN、非摻雜hGaN、非摻雜AKiaN等。當(dāng)勢壘層21a為GaN時，勢壘層21a通過向生長爐10內(nèi)供給鎵原料和氮原料后在例如攝氏760 度下進(jìn)行生長。勢壘層21a的厚度例如可為IOnm以上、20nm以下。
在時刻t2，勢壘層21a的生長結(jié)束。生長出勢壘層21a后，如圖3 (b)所示，在步驟 S106中，不中斷生長而在襯底11上生長阱層23a。阱層23a在時刻t2 t3的期間內(nèi)在生長溫度TW( = D)下形成。生長溫度TW可與生長溫度TB相同，且在攝氏760度以上、攝氏 800度以下的范圍內(nèi)。阱層23a包含非摻雜hGaN半導(dǎo)體。阱層23a的銦含量為0. 15以上。當(dāng)阱層23a為InGaN時，阱層23a通過向生長爐10內(nèi)供給銦原料、鎵原料和氮原料后在例如攝氏760度下進(jìn)行生長。阱層23a的厚度例如可為2nm以上、5nm以下。
在時刻t3，阱層23a的生長結(jié)束。在生長出阱層23a后，如圖3 (c)所示，在步驟 S107中，不中斷生長而在襯底11上生長勢壘層21b。勢壘層21b在時刻t3 t4的期間內(nèi)在生長溫度TB下形成。此時，生長溫度TB也與生長溫度TW相同，且在攝氏760度以上、攝氏800度以下的范圍內(nèi)。勢壘層21b包含非摻雜GaN半導(dǎo)體。當(dāng)勢壘層21b為GaN時，如已經(jīng)說明過的那樣，勢壘層21b通過向生長爐10內(nèi)供給鎵原料和氮原料后在例如攝氏760 度下進(jìn)行生長。勢壘層21b的厚度例如可為IOnm以上、20nm以下。
在步驟S 108中，不中斷生長而反復(fù)進(jìn)行阱層和勢壘層的生長。本實施例中，在時刻t4 t5、t6 t7的期間內(nèi)，分別與阱層23a同樣地生長阱層23b、23c。在時刻t5 t6、t7 偽的期間內(nèi)，分別與勢壘層21b同樣地生長勢壘層21c、21d。
在有源層25的生長中，交替連續(xù)地生長勢壘層21a 21d和阱層23a 23c。阱層23a 23c的生長溫度TW( = T2)和勢壘層21a 21d的生長溫度TB ( = T2)彼此相等， 且溫度T2在攝氏760度以上、攝氏800度以下的范圍內(nèi)。因此，阱層23a 23c和勢壘層 21a 21d的結(jié)晶品質(zhì)均良好。
根據(jù)該有源層25的制造方法，雖然勢壘層21a 21d包含與阱層23a 23c不同的氮化鎵基半導(dǎo)體，但阱層23a 23c的生長溫度TW與勢壘層21a 21d的生長溫度TB 相同。因此，可抑制在勢壘層21a 21d的生長中阱層23a 23c的結(jié)晶品質(zhì)的下降。
在有源層25的生長中，用于生長勢壘層的半導(dǎo)體區(qū)域主面表現(xiàn)出相對于氮化鎵基半導(dǎo)體的c面而傾斜的半極性。另外，用于生長阱層的半導(dǎo)體區(qū)域主面表現(xiàn)出相對于氮化鎵基半導(dǎo)體的c面而傾斜的半極性。
在時刻偽，有源層25的生長結(jié)束。在時刻偽，生長爐10的溫度為溫度T2。在時刻偽至?xí)r刻t9的期間內(nèi)，生長爐10的溫度自溫度T2變更為ρ型導(dǎo)電性氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域的生長溫度T3。
在時刻t9，溫度的變更結(jié)束，將生長爐10的溫度設(shè)定為溫度T3。繼而，在步驟S 109中，使用生長爐10，在有源層25上生長ρ型導(dǎo)電性氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域31。首先，如圖 4(a)所示，在有源層25上生長電子阻擋層27。電子阻擋層27例如包含AWaN，p型AWaN 層的生長在時刻t9 tlO的期間內(nèi)進(jìn)行。AKiaN層通過向生長爐10中供給鋁原料、鎵原料、氮原料和雙環(huán)戊二烯基鎂(Cp2Mg)后，在攝氏1000度下在襯底11上進(jìn)行生長。AWaN的鋁含量例如為0. 18。
接著，如圖4(b)所示，在有源層25上生長接觸層四。接觸層四的生長在時刻 tio til的期間內(nèi)進(jìn)行。接觸層四例如為P型GaN層，P型GaN層通過向生長爐10中供給鎵原料、氮原料和Cp2Mg后，在攝氏1000度下在電子阻擋層上進(jìn)行生長。在用于電子阻擋層27的AlGaN層的生長后，在不進(jìn)行生長爐10的溫度變更和生長中斷的情況下，進(jìn)行用于接觸層四的P型GaN層的生長。
在上述外延生長后，如圖4(c)所示，獲得外延晶片33。
步驟SllO中，在外延晶片33上形成電極。在ρ型GaN層四上形成陽極，并且在襯底11的背面上形成陰極。
雖然ρ型氮化鎵基半導(dǎo)體層27、29的生長溫度T3高于阱層23a 23c的生長溫度TW和勢壘層21a 21d的生長溫度TB，但由于阱層23a 23c的生長溫度TW( = T2)與勢壘層21a 21d的生長溫度TB ( = T2)相同，因此可抑制在ρ型氮化鎵基半導(dǎo)體層27、29 的生長中阱層23a 23c的結(jié)晶品質(zhì)的下降。
ρ型氮化鎵基半導(dǎo)體層27、29的生長溫度T3可高于攝氏950度且為攝氏1000度以下。由于P型氮化鎵基半導(dǎo)體層27、29的生長溫度T3在上述溫度范圍內(nèi)，因而P型氮化鎵基半導(dǎo)體層27、29的結(jié)晶品質(zhì)和電特性均良好。另外，有源層的品質(zhì)也良好。
ρ型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域31包含AlGaN層，在上述溫度范圍內(nèi)，ρ型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域的AKiaN層的結(jié)晶品質(zhì)和電特性均良好。
ρ型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域31的厚度可為40nm以上且200nm以下。由于在高于攝氏950度且為攝氏1000度以下的高溫下沉積ρ型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域31，因而可抑制在ρ 型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域31上產(chǎn)生凹坑。由于可使ρ型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域31的生長表面保持平坦，因而可較厚地生長P型接觸層以減小P型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域31的電阻。這樣的厚度范圍例如為IOnm以上、IOOnm以下。
P型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域31的生長溫度的最高值與阱層23a 23c的生長溫度 (與勢壘層的生長溫度相同)的溫度差可為250度以下。由此，可降低在ρ型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域31的生長中有源層的結(jié)晶品質(zhì)的劣化。另外，ρ型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域31的生長溫度的最高值與阱層23a 23c的生長溫度的溫度差可為140度以上。從而可獲得結(jié)晶品質(zhì)良好的P型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域31。
阱層23a 23c的銦含量為0. 20以上、0. 25以下，來自有源層25的發(fā)光的峰值波長為500nm以上。在峰值波長下，來自有源層25的發(fā)光強(qiáng)度可顯示最大值。當(dāng)阱層23a 23c的銦含量在上述范圍內(nèi)時，阱層23a 23c的生長溫度TW與勢壘層21a 21d的生長溫度TB相同，因此根據(jù)該生長方法，可抑制在ρ型氮化鎵基半導(dǎo)體層27、四和勢壘層21a 21d的生長中阱層23a 23c的結(jié)晶品質(zhì)的下降。
(實施例1) 圖6是表示本實施例中制造的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)LED的圖。準(zhǔn)備包含氮化鎵基半導(dǎo)體的具有主面的數(shù)片GaN晶片41。這些GaN晶片41的主面相對于GaN的c面的偏角為5 度至10度的角度。GaN晶片41表現(xiàn)出η導(dǎo)電性，其主面具有半極性。在這些GaN晶片41 上，通過金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積生長法生長出多個氮化鎵基半導(dǎo)體膜。金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積生長法的原料使用三甲基鎵(TMG)、三甲基鋁(TMA)、三甲基銦(TMI)和氨氣(MH3)。另外，使用硅烷(SiH4)、雙環(huán)戊二烯基鎂(Cp2Mg)作為摻雜劑。將GaN晶片配置在生長爐中后， 進(jìn)行GaN晶片41的熱清洗。為了進(jìn)行該熱處理，向生長爐中供給氫氣和氨氣。熱處理的溫度例如為攝氏1050度。作為熱處理溫度，可使用攝氏1000度以上、攝氏1100度以下的范圍的溫度。在熱處理后，生長η型AKiaN緩沖層43。其生長溫度例如為攝氏1100度。其 Al含量為0. 12。η型AKkiN層43的摻雜劑濃度例如為1 X 1018cnT3，其膜厚例如為50nm。
在該緩沖層43上生長η型GaN半導(dǎo)體層45。其生長溫度例如為攝氏1000度。η 型GaN層45的摻雜劑濃度例如為2 X 1018enT3，其膜厚例如為2000nm。
將生長爐的溫度變更為有源層47的生長溫度后，在上述η型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域 49上生長有源層47。有源層47的生長溫度例如為攝氏760度。首先，生長出包含GaN的勢壘層47a。勢壘層47a的厚度為15nm。繼而，不中斷而連續(xù)地進(jìn)行生長，生長出包含hGaN 的阱層47b。阱層47b的厚度為5nm。阱層47b的銦含量為20%。接著，不中斷而連續(xù)地進(jìn)行生長，在阱層47b上生長出包含GaN的勢壘層47c。同樣地反復(fù)進(jìn)行阱層47d、47f和勢壘層47e、47g的生長，形成包含3層阱層47b、47d、47f的有源層47。
在有源層47的生長結(jié)束后，將生長爐的溫度變更為ρ型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域51 的生長溫度。該溫度例如為攝氏1000度。首先，在有源層47上生長ρ型AKiaN層53。其 Al含量為0. 18。ρ型AKkiN層53的摻雜劑濃度例如為5X 1017cnT3，其膜厚例如為20nm。 然后，在P型AWaN層53上，生長出ρ型GaN層55。ρ型GaN層55的摻雜劑濃度例如為 1 X 1018enT3，其膜厚例如為50nm。
通過上述外延生長步驟，完成了外延晶片Ε。
在ρ型GaN層57的接觸層上形成陽極電極59a。陽極電極59a例如使用Ni/Au。 繼而，磨削該襯底產(chǎn)品的GaN晶片的背面，制造厚度為100微米的襯底產(chǎn)品。在該磨削背面上形成陰極電極59b。陰極電極59b例如使用Al。
為了進(jìn)行比較，使用攝氏760度作為阱層的生長溫度，并且使用攝氏940度作為勢壘層的生長溫度，制造外延晶片C。
對這樣制造的兩種外延晶片進(jìn)行X射線衍射測定。一級伴峰強(qiáng)度(任意單位)如下。
外延晶片E :28-32 外延晶片C:5_15。
由此可知，外延晶片E的一級伴峰強(qiáng)度優(yōu)良，并且外延晶片E的阱層與勢壘層的界面陡峭。
本發(fā)明人將有源層的阱層和勢壘層設(shè)定為相同溫度，并在各種溫度下進(jìn)行生長。 該溫度在攝氏760度以上、攝氏800度以下的范圍內(nèi)。
以適合所期望的發(fā)光波長(例如500nm以上的發(fā)光波長)的銦原料流量生長阱層。在與該生長溫度相同的溫度下生長勢壘層。具有用于獲得500nm以上的發(fā)光波長的h 含量的InGaN阱層的生長溫度必須為攝氏800度以下的低溫。因此，導(dǎo)致阱層與勢壘層的溫度差達(dá)到約100度的大小，在實現(xiàn)該溫度差的升溫過程中，產(chǎn)生阱層的腐蝕而使阱層劣化。 結(jié)果，光致發(fā)光光譜強(qiáng)度下降。
在440nm以下的發(fā)光波長下，由于阱層與勢壘層的溫度差比上述值小，且升溫時間也短，進(jìn)而阱層的銦含量也低，結(jié)果具有溫度差的生長所導(dǎo)致的阱層劣化較小。另外，通過使勢壘層的溫度高于阱層的生長溫度，可提高勢壘層的結(jié)晶品質(zhì)，結(jié)果發(fā)光強(qiáng)度增強(qiáng)。
12 另一方面，在超過440nm的發(fā)光波長下，由于阱層的銦含量變大，且需要增大阱層與勢壘層的溫度差，進(jìn)而升溫時間也變長，結(jié)果由生長溫度差所導(dǎo)致的阱層的劣化變大。因此，發(fā)光強(qiáng)度減弱。
因此，為了使PL光譜的半高寬為40nm以下，優(yōu)選在相同的生長溫度下生長阱層和勢壘層。為了獲得對阱層的較大的注入效率，有源層內(nèi)的阱層數(shù)可為2 5個。
圖7是表示使用各種生長條件所制造的LED結(jié)構(gòu)的PL強(qiáng)度的半高寬的圖。參考圖7，顯示了在相同溫度下生長出阱層與勢壘層的LED結(jié)構(gòu)的繪圖Pl Pll和在不同溫度下生長出阱層與勢壘層的LED結(jié)構(gòu)的繪圖Cl C10。

試樣名、
繪圖Pl:
繪圖P2:
繪圖P3:
繪圖P4:
繪圖P5:
繪圖P6:
繪圖P7:
繪圖P8:
繪圖P9:
繪圖P10:
繪圖Pll: 試樣名、
繪圖Cl:
繪圖C2:
繪圖C3:
繪圖C4:
繪圖C5:
繪圖C6:
繪圖C7:
繪圖C8:
繪圖C9:
繪圖C10:
生長溫度、
攝氏770度、
攝氏760度、
攝氏760度、
攝氏760度、
攝氏760度、
攝氏760度、
攝氏760度、
攝氏760度、
攝氏760度、
攝氏760度、
攝氏760度、 生長溫度(阱/勢壘)、
攝氏750度/攝氏840度、
攝氏750度/攝氏840度、
攝氏760度/攝氏840度、
攝氏750度/攝氏840度、
攝氏760度/攝氏840度、
攝氏760度/攝氏840度、
攝氏760度/攝氏820度、
攝氏760度/攝氏840度、
攝氏760度/攝氏840度、
攝氏760度/攝氏840度、
阱層厚/ 勢壘層厚、 3 nm/15 nm、 2.7 nm/15 nm、 3 nm/15 nm、 3 nm/15 nm、 3 nm/15 nm、 3 nm/15 nm、 3 nm/15 nm、 3 nm/15 nm、 3 nm/15 nm、 3 nm/15 nm、
3 nm/15 nm、 阱層厚/勢壘層厚、 3 nm/15 nm、 3 nm/15 nm、 3 nm/15 nm、 3 nm/15 nm、 3 nm/15 nm、 3 nm/15 nm、 3 nm/15 nm、 3 nm/15 nm、 3 nm/15 nm、 3 nm/15 nm、
半高寬
27 nm；
29nm；
30nm；
31nm； 29 nm； 29 nm； 29 nm；
33nm；
34nm
33 nm；
36 nm。 半高寬
61nm； 72 nm; 50 nm；
55nm； 70 nm；
59 nm
56nm； 49 nm；
62nm； 64 nm。
當(dāng)在相同的生長溫度下生長勢壘層和阱層時，在發(fā)光波長為500nm以上的波長區(qū)域中，半高寬得到改善。另外，在銦含量較大(例如為0.2以上)的^iGaN中，銦含量發(fā)生波動。由于該波動，在阱層的生長后向勢壘層的生長溫度升溫時，阱層表面的腐蝕量會產(chǎn)生變動。在與勢壘層的生長不同的溫度下進(jìn)行阱層的生長時，如圖7的繪圖“〇”所示，半高寬的分布增大。認(rèn)為由于上述變動，半高寬和峰值波長的面內(nèi)分布增大。另一方面，如繪圖 “·”所示，當(dāng)在相同的生長溫度下生長勢壘層和阱層時，半高寬的分布增大。
圖8(a)是在相同溫度下生長出阱層和勢壘層的LED結(jié)構(gòu)的陰極發(fā)光像，圖8 (b) 是在不同溫度下生長出阱層和勢壘層的LED結(jié)構(gòu)的陰極發(fā)光像。參考圖8(a)時可見發(fā)光像一致，發(fā)光均勻，而參考圖8(b)時則觀察到發(fā)黑的部分。此為非發(fā)光區(qū)域，發(fā)光像中存在不均。
接著，說明另一氮化物基半導(dǎo)體發(fā)光元件。該氮化物基半導(dǎo)體發(fā)光元件例如具有適合激光二極管的結(jié)構(gòu)。圖9和圖10是表示本實施方式的氮化物基半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法和外延晶片的制造方法的主要步驟的流程的圖。圖11是表示在形成發(fā)光層之后的步驟中的襯底溫度的變化和原料氣流的變化的時序圖。
(實施例2) 在步驟S201中，準(zhǔn)備包含氮化鎵基半導(dǎo)體的具有主面的數(shù)片GaN晶片61。這些 GaN晶片61的主面具有自c軸向m軸方向以75度的角度傾斜的(20-21)面作為構(gòu)成面。 GaN晶片61表現(xiàn)出η導(dǎo)電性，其主面具有半極性。在這些GaN晶片61上，通過金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積生長法生長出多個氮化鎵基半導(dǎo)體膜。金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積生長法的原料使用三甲基鎵(TMG)、三甲基鋁(TMA)、三甲基銦(TMI)和氨氣(MH3)。另外，使用硅烷(SiH4)、 雙環(huán)戊二烯基鎂(Cp2Mg)作為摻雜劑。將GaN晶片61配置在生長爐中后，在步驟S202中， 進(jìn)行GaN晶片61的熱清洗。為了進(jìn)行該熱處理，向生長爐中供給氫氣和氨氣。熱處理的溫度例如為攝氏1050度。作為熱處理溫度，可使用攝氏1000度以上、攝氏1100度以下的范圍的溫度。
熱處理后，在步驟S203中，在襯底溫度Τ4下生長氮化鎵基半導(dǎo)體層63。作為氮化鎵基半導(dǎo)體層63，可生長IniUGaN、AlGaN, GaN等。在本實施例中，生長出至少包含III族的鎵、銦和鋁且包含V族的氮的例如η型InAKiaN層。其生長溫度例如為攝氏1100度。其 Al含量例如為0. 14，其銦含量例如為0. 03。η型IniUGaN層的摻雜劑濃度(例如硅)例如為1 X 1018cnT3，其膜厚例如為2300nm。該η型IniUGaN層63例如作為η型包覆層而發(fā)揮作用。
在步驟S204中，在該包覆層63上形成發(fā)光層。在發(fā)光層的形成步驟中，首先，在步驟S205中生長光導(dǎo)層65。參考圖11來說明從η側(cè)光導(dǎo)層的生長至ρ側(cè)光導(dǎo)層的生長的步驟。光導(dǎo)層65包含能帶隙比包覆層63的能帶隙小的氮化鎵基半導(dǎo)體。首先，在步驟S206 中，在時刻SO Sl的期間中，在生長溫度Τ4下在包覆層63上生長GaN半導(dǎo)體層65a。其生長溫度T4例如為攝氏1100度。GaN層65中添加有例如η型摻雜劑，其摻雜劑濃度(例如硅)例如為1. OX IO18CnT3。另外，其膜厚例如為250nm。在步驟S207中，在時刻Sl S2 的期間中，將襯底溫度從用于生長GaN半導(dǎo)體層65a的生長溫度T4變更為用于生長InGaN 半導(dǎo)體層65b的生長溫度T5。繼而，在步驟S208中，在時刻S2 S3的期間中，在GaN半導(dǎo)體層6 上生長hGaN半導(dǎo)體層65b。其生長溫度T5例如為攝氏890度。InGaN層6 例如為非摻雜型。其膜厚例如為lOOnm，其銦含量例如為0.03。
在步驟S209中，生長有源層67。在步驟S209-1中，在時刻S3 S4的期間中，將襯底溫度從用于生長InGaN半導(dǎo)體層65b的生長溫度變更為用于生長有源層67的生長溫度。在該溫度變更后，在上述η型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域63和InGaN半導(dǎo)體層6 上生長有源層67。有源層67的生長溫度例如為攝氏720度。首先，在步驟S209-2中，在時刻S4 S5的期間中向生長爐內(nèi)供給TMG和氨氣，生長包含GaN的勢壘層67a。勢壘層67a的厚度為15nm。接著，不中斷而連續(xù)地進(jìn)行生長，在步驟S209-3中，在時刻S5 S6的期間中向生長爐內(nèi)供給TMG、TMI和氨氣，生長包含InGaN的阱層67b。阱層67b的厚度為3nm。阱層 67b的銦含量為0. 30。接著，在步驟S209-4中，不中斷而連續(xù)地進(jìn)行生長，在時刻S6 S7 的期間中在阱層67b上生長包含GaN的勢壘層67c。同樣地，在時刻S7 S8的期間內(nèi)、時刻S9 SlO的期間內(nèi)、時刻S8 S9的期間內(nèi)以及時刻SlO Sll的期間內(nèi)，分別反復(fù)進(jìn)行步驟S209-3中的阱層67d、67f和步驟S209-4中的勢壘層67e、67g的生長，形成包含3 層阱層67b、67d、67f的有源層67。勢壘層67g的生長在時刻Sll結(jié)束，然后在時刻Sll S12的期間中，將襯底溫度從用于生長有源層67的生長溫度T5變更為用于生長hGaN半導(dǎo)體層71b的生長溫度T6。阱層為非摻雜型。勢壘層例如可為非摻雜型。
在步驟S210中，生長光導(dǎo)層71。該光導(dǎo)層71在ρ型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域73生長前進(jìn)行生長。光導(dǎo)層71包含能帶隙比ρ型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域73的能帶隙小的氮化鎵基半導(dǎo)體。首先，在步驟S211中，在時刻S12 S13的期間中，在有源層67上生長^iGaN半導(dǎo)體層71b。其生長溫度例如為攝氏890度。InGaN層71b例如為非摻雜型。其膜厚例如為lOOnm，其銦含量為0. 03。接著，不進(jìn)行溫度變更，在步驟S212中，在時刻S13 S14的期間中，在InGaN半導(dǎo)體層71b上生長GaN半導(dǎo)體層71a。其生長溫度例如為攝氏890度。 GaN層65中例如添加有ρ摻雜劑，其摻雜劑濃度(例如鎂)例如為3 X 1018cnT3，其膜厚例如為 250nmo 繼而，在步驟S213中生長ρ型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域73。本實施例中，用于生長ρ 型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域73的生長溫度與用于生長光導(dǎo)層的生長溫度相同。在需要的情況下，可將襯底溫度從用于生長光導(dǎo)層的生長溫度變更為用于生長P型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域 73(例如電子阻擋層、包覆層和接觸層)的生長溫度，此時，通過調(diào)節(jié)生長爐的溫度，將襯底溫度變更為P型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域73的生長溫度。在本實施例中，用于生長ρ型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域73的溫度例如為攝氏890度。首先，在步驟S214中，在有源層67和光導(dǎo)層 71上生長ρ氮化鎵基半導(dǎo)體層75。作為ρ型氮化鎵基半導(dǎo)體層75，例如生長AlGaN層。該 AlGaN層例如作為電子阻擋層而發(fā)揮作用。其Al含量例如為0. 11，其摻雜劑濃度例如為 3X1018cm_3，其膜厚例如為lOnm。另外，電子阻擋層的位置例如可設(shè)置在有源層與光導(dǎo)層之間，或者可設(shè)置在內(nèi)側(cè)光導(dǎo)層與外側(cè)光導(dǎo)層之間。
然后，在步驟S215中，生長氮化鎵基半導(dǎo)體層77。氮化鎵基半導(dǎo)體層77例如可包含ρ型IniUGaN、p型AWaN半導(dǎo)體等。在本實施例中，生長出至少包含III族的鎵、銦和鋁且包含V族的氮的氮化鎵基半導(dǎo)體層。其生長溫度例如為攝氏890度。其Al含量為0. 14， 其銦含量為0. 03。氮化鎵基半導(dǎo)體層77的摻雜劑濃度(例如鎂)例如為1 X IO18Cm-3,其膜厚例如為400nm。該IniUGaN層例如作為包覆層而發(fā)揮作用。
在步驟S216中，在氮化鎵基半導(dǎo)體層77上生長ρ型氮化鎵基半導(dǎo)體層79。該ρ型
15氮化鎵基半導(dǎo)體層79包含能帶隙比氮化鎵基半導(dǎo)體層77的能帶隙小的、例如GaN、AWaN、 InMGaN這樣的氮化鎵基半導(dǎo)體。在本實施例中，作為ρ型氮化鎵基半導(dǎo)體層79，生長ρ型 GaN層。ρ型GaN層的摻雜劑濃度例如為1 X 1018cm_3，其膜厚例如為50nm。ρ型GaN層例如作為接觸層而發(fā)揮作用。
通過上述外延生長步驟，完成了圖12所示的外延晶片ELD。該外延晶片ELD包含形成在主面傾斜75度的半極性襯底上的激光二極管結(jié)構(gòu)。測定外延晶片ELD的光致發(fā)光 (PL)光譜。PL光譜的半高寬為30nm。該半高寬顯示出較其它生長流程更為良好的光譜。 由于在單一的溫度下形成有源層，因此可生長出無品質(zhì)劣化的發(fā)光層。
在步驟S217中，在外延晶片ELD上形成電極。例如，在ρ型GaN層79的接觸層上形成陽極電極59a。陽極電極81a例如使用Ni/Au。繼而，對該襯底產(chǎn)品的GaN晶片的背面進(jìn)行磨削，制造厚度為100微米的襯底產(chǎn)品。在該磨削背面上形成陰極電極81b。陰極電極 81b例如使用Al。通過這些步驟，制造出包含形成在主面傾斜75度的半極性襯底上的激光二極管結(jié)構(gòu)的襯底產(chǎn)品。
在步驟S217中，由襯底產(chǎn)品制造激光棒。以800微米的間隔分離襯底產(chǎn)品而制造激光棒。圖13是表示本實施例中制造的激光二極管結(jié)構(gòu)LD的圖。圖13所示的激光二極管結(jié)構(gòu)LD包含用于諧振器的一對剖面CV1、CV2。包含該諧振器的激光二極管結(jié)構(gòu)以520nm 的振蕩波長進(jìn)行振蕩。其閾值電流密度為4kA/cm2以下。
根據(jù)基于上述實施例2的實驗及其它實驗的結(jié)果來說明激光二極管的制造。 InGaN阱層和勢壘層的生長溫度優(yōu)選為攝氏700度以上。另外，InGaN阱層和勢壘層的生長溫度優(yōu)選為攝氏760度以下。該范圍可應(yīng)用于能產(chǎn)生發(fā)光波長為400nm以上、540nm以下的峰值波長的光的有源層的形成。通過該溫度范圍，可避免因InGaN層的結(jié)晶品質(zhì)所導(dǎo)致的發(fā)光特性下降。
ρ型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域的生長溫度優(yōu)選高于攝氏850度。高于攝氏850度的生長溫度可抑制因P型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域的電阻增大所導(dǎo)致的器件特性下降。另外，P型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域的生長溫度優(yōu)選為攝氏950度以下。攝氏950度以下的生長溫度可減少P型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域的生長中的InGaN的熱劣化。
ρ型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域的生長溫度的最高值與阱層的生長溫度的溫度差優(yōu)選為 200度以下。為了在發(fā)光元件的制造中實現(xiàn)發(fā)光波長的長波長化，使InGaN阱層的生長溫度較低，并使InGaN阱層的h含量較高。在這些情況下，該InGaN的品質(zhì)對成膜后的熱應(yīng)力變得敏感。為了避免該^GaN的熱劣化，優(yōu)選在ρ型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域的生長中不使用較高的生長溫度。
另外，阱層的銦含量優(yōu)選為0.25以上、0.35以下，且來自有源層的發(fā)光的振蕩波長可為500nm以上。在該激光二極管中，有源層能產(chǎn)生綠色發(fā)光或者比綠色發(fā)光的波長更長的光。
另外，ρ型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域的厚度可為50nm以上、700nm以下。根據(jù)該方法， 作為P型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域整體，可提供良好的光封閉。例如包覆層的厚度可為50nm以上、700nm以下。
如圖13所示，優(yōu)選進(jìn)一步包括用于氮化物基半導(dǎo)體發(fā)光元件的光諧振器的端面。 當(dāng)用于氮化物基半導(dǎo)體發(fā)光元件的GaN襯底的主面的傾斜角為63度以上、83度以下的角度范圍時，在InGaN的生長中，可獲得良好的結(jié)合性。因此，可擴(kuò)大阱層的含量的變更范圍，有利于制造產(chǎn)生波長為500nm以上的光的有源層。
在具體實施方式
中對本發(fā)明的原理進(jìn)行了圖示說明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，本發(fā)明可在不脫離其原理的范圍內(nèi)對配置及細(xì)節(jié)加以變更。本發(fā)明并不限定于本實施方式中所公開的特定構(gòu)成。因此，請求保護(hù)權(quán)利要求書請求的范圍及根據(jù)其精神范圍而得到的所有修正及變更。
權(quán)利要求
1.一種制造氮化物基半導(dǎo)體發(fā)光元件的方法，其特征在于， 包括在包含氮化鎵基半導(dǎo)體的半導(dǎo)體區(qū)域的主面上生長用于有源層的勢壘層的步驟， 在所述勢壘層上生長用于所述有源層的阱層的步驟，和在所述有源層上生長P型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域的步驟；所述半導(dǎo)體區(qū)域的所述主面表現(xiàn)出相對于所述氮化鎵基半導(dǎo)體的C面而傾斜的半極性，所述阱層包含InGaN， 所述阱層的銦含量為0.15以上， 所述勢壘層包含與所述阱層不同的氮化鎵基半導(dǎo)體， 所述阱層的生長溫度與所述勢壘層的生長溫度相同， 所述P型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域包含一個或多個P型氮化鎵基半導(dǎo)體層， 所述P型氮化鎵基半導(dǎo)體層各自的生長溫度高于所述阱層的生長溫度和所述勢壘層的生長溫度。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體區(qū)域的所述主面的法線向量相對于c面((0001)面)或該c面的背面(000-1)面中任一面的法線向量以60度以上、90度以下的范圍的角度傾斜。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于， 所述阱層的銦含量為0. 20以上，所述有源層以產(chǎn)生在500nm以上的波長區(qū)域內(nèi)具有峰值波長的光的方式設(shè)置。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，所述阱層的所述生長溫度和所述勢壘層的所述生長溫度為攝氏800度以下， 所述P型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域的所述生長溫度為攝氏1000度以下。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，所述阱層的所述生長溫度和所述勢壘層的所述生長溫度為攝氏700度以上、攝氏760度以下。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的方法，其特征在于，所述ρ型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域的所述生長溫度高于攝氏850度且為攝氏950度以下。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項所述的方法，其特征在于，所述ρ型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域的生長溫度的最高值與所述阱層的生長溫度的溫度差為200度以下。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項所述的方法，其特征在于， 所述阱層的銦含量為0. 25以上、0. 35以下，來自所述有源層的發(fā)光的振蕩波長為500nm以上。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項所述的方法，其特征在于，所述ρ型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域的厚度為50nm以上、700nm以下。
10.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，所述阱層的所述生長溫度和所述勢壘層的所述生長溫度為攝氏760度以上、攝氏800度以下。
11.如權(quán)利要求1至4和權(quán)利要求10中任一項所述的方法，其特征在于，所述ρ型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域的所述生長溫度高于攝氏950度且為攝氏1000度以下。
12.如權(quán)利要求1至4和權(quán)利要求10至11中任一項所述的方法，其特征在于，所述阱層的銦含量為0. 20以上、0. 25以下， 來自所述有源層的發(fā)光的峰值波長為500nm以上， 在所述峰值波長下，來自所述有源層的發(fā)光強(qiáng)度顯示最大值。
13.如權(quán)利要求1至4和權(quán)利要求10至12中任一項所述的方法，其特征在于，所述ρ 型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域的厚度為40nm以上、200nm以下。
14.如權(quán)利要求1至4和權(quán)利要求10至13中任一項所述的方法，其特征在于，所述ρ 型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域的生長溫度的最高值與所述阱層的生長溫度的溫度差為250度以下。
15.如權(quán)利要求1至14中任一項所述的方法，其特征在于，所述ρ型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域包含AlGaN層。
16.如權(quán)利要求1至15中任一項所述的方法，其特征在于， 還包括準(zhǔn)備包含氮化鎵基半導(dǎo)體的襯底的步驟，所述襯底的主面相對于所述氮化鎵基半導(dǎo)體的c面而傾斜。
17.如權(quán)利要求1至15中任一項所述的方法，其特征在于， 還包括準(zhǔn)備包含氮化鎵基半導(dǎo)體的襯底的步驟，所述襯底的所述主面相對于c面((0001)面)的背面(000-1)面而傾斜。
18.如權(quán)利要求16或17所述的方法，其特征在于，所述襯底的所述主面的傾斜角為60 度以上、90度以下。
19.如權(quán)利要求14至18中任一項所述的方法，其特征在于， 還包含用于所述氮化物基半導(dǎo)體發(fā)光元件的光諧振器的端面， 所述襯底的所述主面的傾斜角為63度以上、83度以下。
20.如權(quán)利要求1至19中任一項所述的方法，其特征在于， 還包括在生長氮化鎵基半導(dǎo)體之前，對所述襯底進(jìn)行熱處理的步驟， 所述熱處理的環(huán)境中至少包含氨氣和氫氣。
21.一種制造用于氮化物基半導(dǎo)體發(fā)光元件的外延晶片的方法，其特征在于， 包括在包含氮化鎵基半導(dǎo)體的半導(dǎo)體區(qū)域的主面上生長用于有源層的勢壘層的步驟， 在所述勢壘層上生長用于所述有源層的阱層的步驟，和在所述有源層上生長P型氮化鎵基半導(dǎo)體層的步驟；所述半導(dǎo)體區(qū)域的所述主面表現(xiàn)出相對于所述氮化鎵基半導(dǎo)體的c面而傾斜的半極性，所述勢壘層包含與所述阱層不同的氮化鎵基半導(dǎo)體， 所述阱層包含InGaN， 所述阱層的銦含量為0.15以上， 所述阱層的生長溫度與所述勢壘層的生長溫度相同， 所述P型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域包含一個或多個P型氮化鎵基半導(dǎo)體層， 所述P型氮化鎵基半導(dǎo)體層各自的生長溫度高于所述阱層的生長溫度和所述勢壘層的生長溫度。
全文摘要
本發(fā)明提供一種制造氮化物基半導(dǎo)體發(fā)光元件的方法，該方法在形成p型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域和勢壘層時可減少阱層的劣化。在生長出氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域(13)后，在襯底(11)上生長勢壘層(21a)。勢壘層(21a)在時刻t1～t2的期間內(nèi)在生長溫度TB下形成。生長溫度TB(＝T2)在攝氏760度以上、攝氏800度以下的范圍內(nèi)。在時刻t2，勢壘層(21a)的生長結(jié)束。在生長出勢壘層(21a)后，不中斷生長而在襯底(11)上生長阱層(23a)。阱層(23a)在時刻t2～t3的期間內(nèi)在生長溫度TW(＝T2)下形成。生長溫度TW與生長溫度TB相同，并且可在攝氏760度以上、攝氏800度以下的范圍內(nèi)。阱層(23a)的銦含量為0.15以上。繼而，不中斷生長而反復(fù)進(jìn)行阱層和勢壘層的生長。
文檔編號H01L33/32GK102187482SQ200980141390
公開日2011年9月14日 申請日期2009年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月20日
發(fā)明者住友隆道, 秋田勝史, 京野孝史, 善積祐介 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社