GaN衬底以及采用该衬底的外延衬底和半导体发光器件制造技术

ＧａＮ衬底以及采用该衬底的外延衬底和半导体发光器件。ＧａＮ衬底（３０）的生长面（３０ａ）是相对于ｍ－面或ａ－面离轴定向的平面。亦即，在ＧａＮ衬底（３０）中，生长面（３０ａ）是已被偏离定向的ｍ－面或ａ－面。由于，ｍ－面和ａ－面是非极性面，利用该ＧａＮ衬底（３０），制造半导体发光器件，避免压电场的影响，使之可以实现优越的发射效率。根据ｍ－面或ａ－面来对生长面施加离轴角，在衬底上生长晶体中实现高质量形态。利用该ＧａＮ衬底制造半导体发光器件，能够进一步提高发射效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及GaN衬底以及采用GaN衬底的外延衬底和半导体发光 器件。
技术介绍
在晶态的GaN衬底的生长中，通常采用c-面。由于c-面是极性面， 它产生压电场，这已成为采用GaN衬底的发光器件的发射效率降低的一 个原因。特别在采用含铟的发射层的器件中，为了实现绿色区域中的 发光，因此在该层和GaN之间放大的的晶格失配进一步降低器件发射效 率。(参考A. E. Romanov等人的Strain-Induced Polarization in Wurtzite Ill-Nitride Semipolar Layers, Journal of Applied Physics, vol. 100， article 023522 ， 2006; Mathew C. Schmidt等人的Demonstration of Nonpolar m-Plane InGaN/GaN Laser Diodes, Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 46， No. 9, 2007, pp. Ll卯-L191;以及Kuniyoshi Okamoto等人的 Continuous-Wave Operation of m-Plane InGaN Multiple Quantum Well Laser Diodes, Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 46， No. 9， 2007， pp. L187-L189.)
技术实现思路
本专利技术人根据最新披露的技术中得到的研究成就，特别有效地提 高应用于绿色区域的半导体发光器件的发射效率。为了解决上面的问题，本专利技术的目的是制造可用的GaN衬底以及 利用该衬底的外延衬底和半导体发光器件，以使得设计能够提高发射 效率的半导体发光器件。在本专利技术所涉及的GaN衬底中，生长面根据m-面或a-面离轴定向。在该GaN衬底中，该生长面是m-面或a-面，两者之任一都被偏离 定向(misorient)。由于m-面和a-面是非极性面，利用GaN衬底制造半 导体发光器件，避免压电场的影响，使之可以实现高发射效率。然后 本专利技术人最新发现根据m-面或a-面提供离轴角，可以实现高质量晶体结 构。这些优点的结果是利用GaN衬底制造半导体发光器件能够进一步提 高发射效率。在一个方面中，离轴角可以在1.0度以内。该实施方式允许实现更 高质量的晶体结构，能够进一步提高半导体发光器件的发射效率。在另一方面中，离轴角在0.03至0.5度的范围内。该实施方式使得 能够实现更高的发射效率。在另一方面中，偏离定向轴可以在<0001>方向上倾斜。在再一方面中，该生长面是相对于m-面离轴定向的平面，其中偏 离定向轴可以在<11-20>方向上倾斜。在另一方面中，该生长面是相对 于a-面离轴定向的平面，其中该偏离定向轴可以在<1-100>方向上倾斜。本专利技术所涉及的外延衬底，在生长面上淀积外延层，该生长面是 相对于m-面或a-面离轴定向的GaN衬底面。在该外延衬底中，在GaN衬底上淀积InGaN层，其中生长面是m-面或a-面，两者之任一均被偏离定向。由于m-面和a-面是非极性面，利 用该外延衬底制造半导体发光器件，避免压电场的影响，使之可以实 现高发射效率。然后本专利技术人最新发现，相对于m-面或a-面提供离轴角，可以实现高质量晶体结构。这些优点的结果是利用外延衬底制造半导 体发光器件，能够进一步提高发射效率。本专利技术涉及的半导体发光器件，在生长面上形成包含InGaN的发射 层，该生长面是相对于m-面或a-面离轴定向的GaN衬底面。在该半导体发光器件中，在GaN衬底上淀积发射层，其中该生长 面是m-面或a-面，两者之任一均被偏离定向。由于m-面和a-面是非极性 面，利用该半导体发光器件，避免压电场的影响，且因此实现高发射 效率。然后本专利技术人最新发现，根据m-面或a-面提供离轴角，可以实现 高质量晶体结构。这些优点的结果是半导体发光器件进一步提高发射 效率。本专利技术制造可用的GaN衬底以及利用该衬底的外延衬底和半导体 发光器件，能够设计提高发射效率的半导体发光器件。从结合附图的以下详细描述，所属领域的技术人员将容易明白本 专利技术根据上述及其他目的、特点、方面和优点。附图说明图l是表示实施本专利技术中所采用的汽相淀积反应器的结构轮廓图；图2是描绘使用图l的汽相淀积反应器制备的GaN锭块的视图；图3是说明GaN中的晶面取向的示意图；图4和5是表示本专利技术的实施例所涉及的GaN衬底的倾斜视图； 图6是表示本专利技术的实施例所涉及的外延衬底的斜视图； 图7是表示本专利技术的实施例所涉及的半导体发光器件的层状结构 的视图；以及图8A-8C示出了本专利技术实施例所涉及的表面形态的显微照片。具体实施方式下面，参考附图，将详细说明实施本专利技术的最佳模式。应当理解， 相同或等同的元件用相同的参考标记来标注，如果该描述是多余的，那么描述被省略。下面将说明用于制备本专利技术所涉及的制造半导体发光器件中利用的GaN衬底的过程。该GaN衬底通过图l所示的HVPE反应器制备。然后参考图l，表示大气压HVPE反应器10的视图。该反应器包括 具有第一气体引入端口ll、第二气体引入端口12、第三气体引入端口 13和排气端口14的反应室15;以及用于加热反应室15的电阻加热器16。 此外，在反应室15内部设置Ga金属源舟17和支撑GaAs衬底18的旋转支 柱19。然后，采用约50至150mm (2至6英寸)直径的GaAs (111) A衬底 作为GaAs衬底18，通过电阻加热器16， GaAs衬底18的温度被增加到并 保持约450。C至530。C，其中通过第二气体引入端口12引入4xl0、tm至 4xl(T、tm压力的气态氯化氢(HC1)到Ga金属源舟17。该工序通过Ga 金属和氯化氢的反应，产生氯化镓(GaCl)。接着，通过第一气体引 入端口ll，引入0.1atm至0.3atm压力的氨气(NH3)，以使NH3和GaCl 在GaAs衬底18附近反应，产生氮化镓(GaN)。应当理解，氢气(H2)被引入第一气体引入端口ll和第二气体引 入端口12，作为载体气体，同时氢气(H2)被单独引入第三气体引入 端口13。在类似这样的条件下生长GaN约20至约40分钟间隔，在GaAs 衬底顶上厚膜淀积5mm厚的GaN层，形成如图2所示的GaN锭块20。然后，相对于作为生长面的c-面，以刚才描述的方式获得的GaN 锭块20被近似垂直地切片，以切割本实施例的半导体发光器件的制造 中利用的GaN衬底30。在该工序中，进行切片，以便露出m-面(亦即， (1-100)面)，如图3表示，该m-面是垂直于c-面的平面，使之可以获 得m-面为生长面的GaN衬底。同样，进行切片，以便a-面(亦即，(11-20) 面)被露出，a-面是垂直于c-面的平面，使之可以获得a-面为生长面的GaN衬底。由于m-面和a-面是非极性的，在利用m-面或a-面为生长面的 GaN衬底来制造半导体发光器件的实施方式中，可以避免压电场的影 响，从而能够实现高发射效率。但是，在从GaN锭块20切割GaN衬底中，以此方式切割锭块，以便 制造具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＧａＮ衬底，其生长面是相对于ｍ－面或ａ－面离轴定向的平面。

【技术特征摘要】
JP 2007-5-17 2007-1320351.一种GaN衬底，其生长面是相对于m-面或a-面离轴定向的平面。2. 如权利要求l所述的GaN衬底，其中离轴角在1.0度以内。3. 如权利要求l所述的GaN衬底，其中离轴角在0.03至0.5度的范围内。4. 如权利要求l所述的GaN衬底，其中偏离定向轴在<0001>方向 上倾斜。5. 如权利要求l所述的GaN衬底，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：秋田胜史，
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]