本發明專利技術是一種通過有機金屬化學氣相沉積法而使發光峰值波長為５００ｎｍ以上的ｍ面ＩｎＧａＮ層生長的氮化鎵系化合物半導體的制造方法。首先，進行將反應室內的基板加熱的工序（Ａ）。其次，進行將含有Ｉｎ氣源、Ｇａ氣源和Ｎ氣源的氣體供給到所述反應室內，以７００℃～７７５℃的生長溫度，使由ＩｎｘＧａ１－ｘＮ結晶構成的ｍ面ＩｎＧａＮ層在所述基板上生長的工序（Ｂ）。在所述工序（Ｂ）中，將所述ｍ面ＩｎＧａＮ層的生長速度設定在４．５ｎｍ／分～１０ｎｍ／分的范圍內。
【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及氮化鎵系化合物半導體的制造方法、和通過該制造方法所制造的半導體發光元件。
技術介紹
具有作為V族元素的氮(N)的氮化物半導體，根據其帶隙的大小，有望作為短波長發光元件的材料。其中，氮化鎵系化合物半導體(GaN系半導體)的研究盛行，以藍色發光二級管(LED)、綠色LED和GaN系半導體為材料的半導體激光器也得到實用化。氮化鎵系半導體具有纖鋅礦型晶體結構。附圖說明圖1模式化地表示GaN的單位晶格。在 AlaGabIncN(0彡a、b、c彡1，a+b+c = 1)半導體的結晶中，圖1所示的( 的一部分能夠被置換為Al和/或^1。圖2表示的是，為了以四指數標記表示(六方晶指數)纖鋅礦型晶體結構的面而一般所采用的4個基本矢量 、％、％、(。基本矢量c在W001]方向延長，該方向被稱為“c 軸”。與c軸垂直的面(平面plane)被稱為“c面”或“(0001)面”。還有，“C軸”和“C面” 也有分別表述為“C軸”和“C面”的情況。在纖鋅礦型晶體結構中，如圖3所示，在c面以外也存在代表性的晶面取向。圖 3(a)表示(0001)面，圖3(b)表示(10-10)面，圖3(c)表示(11-20)面，圖3(d)表示 (11-12)面。在此，在表示密勒指數的括號內的數字的左側附加的“_”意思是橫線(bar)。 (0001)面、(10-10)面、(11-20)面和(11-12)面分另Ij是c面、m面、a面禾口 r面。m面禾口 a 面是與c軸平行的“非極性面”，但r面是“半極性面”。還有，m面是(10-10)面、(-1010) 面、(1-100)面、(-1100)面、(01-10)面、(0-110)面的總稱。多年來，利用了氮化鎵系化合物半導體的發光元件，能夠通過“C面生長(c-plane growth)”制作。在本說明書中，所謂“X面生長”意思是，在與六方晶纖鋅礦結構的X面(X = c、m、a、r等)垂直的方向上發生外延生長。在X面生長中，有將X面稱為“生長面”的情況。另外，也有將通過X面生長形成的半導體的層稱為“X面半導體層”的情況。若利用由c面生長所形成的半導體層疊結構來制造發光元件，則c面為極性面，因此在與c面垂直的方向(c軸方向)發生強烈的內部極化。發生極化的理由在于，在c面， Ga原子和N原子的位置偏離c軸方向。若這樣的極化在發光部發生，則發生載流子的量子限制斯塔克效應。由于該效應，導致發光部內的載流子的發光再結合概率降低，因此發光效率降低。因此，近年來，在m面和a面等非極性面或r面等半極性面上使氮化鎵系化合物半導體生長這項研究活躍。如果能夠選擇非極性面作為生長面，則在發光部的層厚方向(結晶生長方向)不會發生極化，因此也不會發生量子限制斯塔克效應，潛在意義上能夠制作高效率的發光元件。即使生長面選擇半極性面時，也能夠大幅地減輕量子限制斯塔克效應的影響。圖4(a)模式化地表示表面為m面的氮化物系半導體的截面(與基板表面垂直的4截面)的結晶結構。( 原子與氮原子存在于與m面平行的同一原子面上，因此在與m面垂直的方向上沒有發生極化。還有，所添加的^和々1位于( 的位置，來置換(ia。( 的至少一部分由h和Al置換，也不會在與m面垂直的方向上發生極化。為了進行參考，在圖4(b)中模式化地表示表面為c面的氮化物系半導體的截面 (與基板表面垂直的截面)的結晶結構。( 原子與氮原子不是存在于與c面平行的同一原子面上。其結果是，在與C面垂直的方向上發生極化。C面GaN系基板是用于使GaN系半導體結晶生長的一般的基板。與c面平行的( (或的原子層與氮的原子層的位置只在c 軸方向稍有偏離，因此沿c軸方向形成極化。先行技術文獻專利文獻1 特表2007-537600號公報在作為非極面的m面上形成有發光層的發光元件中，具有不會發生量子限制斯塔克效應這樣的優點，但在其結晶生長中，與現有的c面生長相比，存在幾個構成問題的缺點O首先，通過有機金屬化學氣相沉積法(M0CVD法)進行InGaN層的m面生長時，存在In原子難以被引入到InGaN的晶內這樣的問題。即，在進行Ιηχ(^_χΝ(0 < χ < 1)結晶的m面生長時，難以提高h的組成(摩爾分數mole fractiorOx。這在專利文獻1的段落 等中有所記述。以下，在本說明書中，有將InxGai_xN(0 < χ < 1)結晶的層簡單稱為 "InGaN層”的情況。但是，著眼于h的組成χ時，使用“InxGai_xN(0 < χ < 1)層”來表現。In置換GaN結晶的( 的一部分。對應h的組成x，InxGa1^xN結晶的帶隙變化。 In的組成χ越大，IrixGai_xN帶隙越小，越接近LN結晶的帶隙。若帶隙變小，則發光波長變長。如果將^組成提高到15%以上的量級，則能夠通過氮化鎵系化合物半導體發光元件， 得到藍色和綠色這樣的長波長發光。從獲得優質的結晶這一觀點出發，不含h的GaN的生長溫度通常被設定在1000°C 以上。但是，使化力化-力生長時，因為h容易蒸發，所以需要使生長溫度比1000°C低得多。 此外，m面生長時，如以下說明的，存在h引入效率比C面生長時更低這樣的問題。因此， 所處的狀況是，要實現可進行長波長發光的m面器件極其困難。圖5是表示通過MOCVD法使之生長的InGaN層的發光波長與生長溫度的關系的曲線圖。在曲線圖中，表示由c面生長所形成WhGaN層(以下稱為“C面^iGaN層”)的發光波長、和由m面生長所形成的^iGaN層(以下稱為“m面^iGaN層”)的發光波長。曲線圖的橫軸是生長溫度，縱軸是峰值波長。曲線圖中，由c面InGaN層得到的發光的峰值波長以 表示，由m面hGaN層得到的發光的峰值波長以 表示。該曲線圖是基于本專利技術者的實驗結果制作的。在InGaN層生長時供給到MOCVD裝置的反應室的氣源的供給條件如下。權利要求1.一種氮化鎵系化合物半導體的制造方法，其通過有機金屬化學氣相沉積法而使發光峰值波長為500nm以上的m面^GaN層生長，其中，所述氮化鎵系化合物半導體的制造方法包括如下工序將反應室內的基板進行加熱的工序(A)；和將含有h氣源、( 氣源和N氣源的氣體供給到所述反應室內，以700°C 775°C的生長溫度，使由結晶構成的m面InGaN層在所述基板上生長的工序(B)，并且，在所述工序(B)中，將所述m面InGaN層的生長速度設定在4. 5nm/分 IOnm/ 分的范圍內。2.一種氮化鎵系化合物半導體的制造方法，其通過有機金屬化學氣相沉積法而使發光峰值波長處于450nm 500nm的范圍內的m面InGaN層生長，其中，所述氮化鎵系化合物半導體的制造方法包括如下工序將反應室內的基板進行加熱的工序(A)；和將含有h氣源、( 氣源和N氣源的氣體供給到所述反應室內，以775°C 785°C的生長溫度，使由結晶構成的m面InGaN層在所述基板上生長的工序(B)，并且，在所述工序(B)中，將所述m面hGaN層的生長速度設定在3nm/分 IOnm/分的范圍內。3.—氮化鎵系化合物半導體的制造方法，其通過有機金屬化學氣相沉積法而使發光峰值波長處于425nm 475nm的范圍內的m面InGaN層生長，其中，所述氮化鎵系化合物半導本文檔來自技高網...
【技術保護點】
１．一種氮化鎵系化合物半導體的制造方法，其通過有機金屬化學氣相沉積法而使發光峰值波長為５００ｎｍ以上的ｍ面ＩｎＧａＮ層生長，其中，所述氮化鎵系化合物半導體的制造方法包括如下工序：將反應室內的基板進行加熱的工序（Ａ）；和將含有Ｉｎ氣源、Ｇａ氣源和Ｎ氣源的氣體供給到所述反應室內，以７００℃～７７５℃的生長溫度，使由ＩｎｘＧａ１－ｘＮ結晶構成的ｍ面ＩｎＧａＮ層在所述基板上生長的工序（Ｂ），并且，在所述工序（Ｂ）中，將所述ｍ面ＩｎＧａＮ層的生長速度設定在４．５ｎｍ／分～１０ｎｍ／分的范圍內。
【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...
【專利技術屬性】
技術研發人員：加藤亮，
申請(專利權)人：松下電器產業株式會社，
類型：發明
國別省市：JP
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