量子阱结构的制造方法技术

本发明专利技术提供一种包含在组成中具有Ｉｎ的Ⅲ族氮化物半导体的量子阱结构的制造方法，在通过该方法制造的量子阱结构中，可以抑制结晶结构的分解并实现与Ｉｎ组成对应的发光特性。上述方法包括：阱层生长工序，将蓝宝石基板（１５）的温度保持为第一温度，并且生长ＩｎＧａＮ阱层（５ａ）；中间层生长工序，使基板（１５）的温度从第一温度逐渐升温，同时在阱层（５ａ）上生长ＧａＮ中间层（５ｃ）；以及阻挡层生长工序，将基板（１５）的温度保持为比第一温度高的第二温度，并且在中间层（５ｃ）上生长ＧａＮ阻挡层（５ｂ）。在中间层生长工序中，使中间层（５ｃ）生长为大于１ｎｍ且小于３ｎｍ的厚度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。
技术介绍
在专利文献1 (JP特开2002-043618号公报)中公开了在基板上 制造多重量子阱结构的方法，该多重量子阱结构交互层叠了由氮化物 半导体构成的阱层和由带隙能量大于阱层的氮化物半导体构成的阻挡 层。在该专利文献1中公开了通过反复以下工序来形成多重量子阱 在第一基板温度下使阱层生长，在从第一基板温度升温到第二基板温 度的同时使阻挡层生长，之后保持第二基板温度同时进一步使阻挡层 生长，然后从第二基板温度降温到第一基板温度。在由III族氮化物半导体构成的量子阱结构中，根据阱层的铟组成 的大小而左右发光波长。专利文献1所记载的量子阱结构涉及蓝色 LED，阱层的铟组成比较小。但是在想要通过III族氮化物半导体实现 例如绿色等较长发光波长的量子阱结构时，需要进一步提高阱层的铟 组成。但是在包含铟的m族氮化物半导体中，具有铟组成越大越容易通过高温分解结晶结构的特征。在制造量子阱结构时，生长了阱层后， 为了生长阻挡层，大多需要升高基板温度，在该升温过程中阱层的结 晶结构容易分解。随着阱层的结晶结构的分解，会产生发光强度降低、 短波长化等发光特性的变化。针对该问题，具有如专利文献1所记载的那样在升高基板温度的 同时使阻挡层生长的方法。但是在专利文献1所记载的方法中，该阻挡层的膜厚会变得比较厚，在该阻挡层上在高温下生长的本来的阻挡 层的结晶品质下降，因此难以获得与铟组成对应的预期的发光特性。
技术实现思路
本专利技术鉴于上述问题，其目的在于在包含组成中具有铟的III族氮 化物半导体的量子阱结构中，抑制结晶结构的分解并实现与铟组成对 应的发光特性。为了解决上述问题，本专利技术的一个方面的， 在基板上形成包括阱层和阻挡层的量子阱结构，所述阱层包含在组成 中具有铟的III族氮化物半导体，所述阻挡层包含带隙能量大于阱层的 带隙能量的III族氮化物半导体，其中，包括阱层生长工序，将基板 的温度保持为第一温度，并且生长阱层；中间层生长工序，使基板的 温度从第一温度逐渐升温，同时在阱层上生长中间层，该中间层包含 带隙能量大于阱层的带隙能量的III族氮化物半导体；以及阻挡层生长 工序，将基板的温度保持为比第一温度高的第二温度，并且在中间层上生长阻挡层，在中间层生长工序中，使中间层生长为大于lnm且小 于3nm的厚度。本专利技术的一个方面的，在阱层生长工序和 阻挡层生长工序之间包括中间层生长工序，在该中间层生长工序中， 使基板的温度从第一温度逐渐升温的同时生长中间层，该中间层包含 带隙能量大于阱层的带隙能量的III族氮化物半导体。该中间层在之后 的阻挡层生长工序中保护阱层，因此即使在阻挡层生长工序中基板温 度升温到高温(第二温度)时，也可以抑制阱层的结晶结构的分解。 此外，通过本专利技术人的研究得知，中间层的膜厚为lnm以下时对阱层 的保护不充分，阱层的结晶结构的分解得以推进，发光特性变化。进 而，由于该中间层以较低的生长温度生长，因此在中间层的膜厚变为 3nm以上时，在其上生长的阻挡层的结晶品质下降，无法获得与阱层 的铟组成对应的发光特性。g卩，根据上述第一，通过在中间层生长工序中使中间层生长为大于lnm且小于3nm的厚 度，可以抑制阱层的结晶结构的分解并实现与铟组成对应的发光特性。此外，本专利技术的一个方面的的特征在于， 在中间层生长工序中，使中间层的生长速度比阻挡层生长工序中的阻 挡层的生长速度慢。从而可以使因在较低的基板温度下生长而导致结 晶品质低的中间层的膜厚较薄。本专利技术的另一方面的，在基板上形成包括 阱层和阻挡层的量子阱结构，所述阱层包含在组成中具有铟的III族氮 化物半导体，所述阻挡层包含带隙能量大于阱层的带隙能量的III族氮 化物半导体，其中，包括阱层生长工序，将基板的温度保持为第一 温度，并且生长阱层；第一中间层生长工序，使基板的温度从第一温度逐渐升温，同时在阱层上生长中间层，该中间层包含带隙能量大于阱层的带隙能量的in族氮化物半导体；升温工序，中断中间层的生长， 在第一中间层生长工序之后使基板的温度逐渐升温；第二中间层生长工序，在升温工序之后使基板的温度逐渐升温到比第一温度高的第二温度，同时进一步生长中间层；以及阻挡层生长工序，将基板的温度 保持为第二温度，并且在中间层上生长阻挡层，通过第一中间层生长 工序和第二中间层生长工序，使中间层的合计厚度生长为大于lnm且 小于3nm的厚度。另一方面的，在阱层生长工序和阻挡层生 长工序之间包括第一中间层生长工序、升温工序及第二中间层生长工 序，在第一中间层生长工序及第二中间层生长工序中，使基板的温度 从第一温度逐渐升温的同时生长中间层。并且通过第一中间层生长工 序生长的中间层保护阱层，因此即使在基板温度升温到高温(第二温 度)时，也可以抑制阱层的结晶结构的分解。此外，在经过了升温工 序的第二中间层生长工序中以较高的温度生长中间层，因此可以提高 中间层及在其上生长的阻挡层的结晶品质。进而，根据该第二，与上述第一同样地，通过使中间层的合计厚度生长为大于lnm且小于3nm的厚度，可以抑制阱层 的结晶结构的分解并实现与铟组成对应的发光特性。此外，另一方面的的特征在于，在第二中 间层生长工序中，使中间层的生长速度比阻挡层生长工序中的阻挡层 的生长速度慢。此外， 一个方面及另一方面的的特征在于， 阱层的发光波长为500nm以上。上述第一及第二量子阱结构的制造方 法，对于具有这种比绿色波长区域长的发光波长的量子阱结构特别有 效。此外， 一个方面及另一方面的的特征在于， 基板由InsAlTGa,.s-TN半导体(0《S《1， 0《T《1, 0《S+T《1)构成。附图说明图1 (a)是作为本专利技术的第一实施方式而简要表示半导体发光元 件的构成的侧剖面图，图1 (b)是更详细地表示第一实施方式的活性 层的构成的侧剖面图。图2是表示第一实施方式的制造半导体发光元件的方法的主要工 序的流程图。图3 (a)及图3 (b)是用于说明图2所示的各工序的图。 图4 (a)及图4 (b)是用于说明图2所示的各工序的图。 图5 (a)表示使活性层生长时蓝宝石基板的温度(基板温度Tg) 的转变，图5 (b)表示镓原料气体(三甲基镓，TMGa)的供给量的转 变，图5 (c)表示氮原料气体(氨，NH3)的供给量的转变。图6是表示通过第一实施方式的制造方法制造的半导体发光元件 (裸芯片/barechip)的供给电流量所对应的光输出特性的图表。图7是表示通过第一实施方式的制造方法制造的半导体发光元件(裸芯片)的供给电流量所对应的发光波长特性的图表。图8是作为与第一实施方式相对的比较例，在厚度lnm的时刻停 止中间层的生长然后直接升高基板温度Tg而使阻挡层生长的情况下 的、(a)基板温度Tg的转变、(b) TMGa的供给量的转变、(c) NH3 的供给量的转变的图。图9是用于比较多重量子阱结构中的光致发光(PL)谱的图表。 图IO是表示由通过图8所示的方法制造的多重量子阱结构构成的 活性层、和由通过第一实施方式的方法制造的多重量子阱结构构成的 活性层中的X线衍射(XRD)的结果的图表。图11是表示阱层和阻挡层之间设置的中间层的层厚和阱层的PL 波长的关系的图表。图12 (a)表示PL谱的峰值波长和中间层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种量子阱结构的制造方法，在基板上形成包括阱层和阻挡层的量子阱结构，所述阱层包含在组成中具有铟的Ⅲ族氮化物半导体，所述阻挡层包含带隙能量大于上述阱层的带隙能量的Ⅲ族氮化物半导体，上述量子阱结构的制造方法的特征在于，　包括：阱层生长工序 ，将上述基板的温度保持为第一温度，并且生长上述阱层；　中间层生长工序，使上述基板的温度从上述第一温度逐渐升温，同时在上述阱层上生长中间层，该中间层包含带隙能量大于上述阱层的带隙能量的Ⅲ族氮化物半导体；以及　阻挡层生长工序，将上述 基板的温度保持为比上述第一温度高的第二温度，并且在上述中间层上生长上述阻挡层，　在上述中间层生长工序中，使上述中间层生长为大于１ｎｍ且小于３ｎｍ的厚度。

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