專(zhuān)利名稱(chēng)：量子阱結(jié)構(gòu)的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種量子阱結(jié)構(gòu)的制造方法。
背景技術(shù)：
在專(zhuān)利文獻(xiàn)1 (JP特開(kāi)2002-043618號(hào)公報(bào))中公開(kāi)了在基板上 制造多重量子阱結(jié)構(gòu)的方法，該多重量子阱結(jié)構(gòu)交互層疊了由氮化物 半導(dǎo)體構(gòu)成的阱層和由帶隙能量大于阱層的氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的阻擋 層。在該專(zhuān)利文獻(xiàn)1中公開(kāi)了通過(guò)反復(fù)以下工序來(lái)形成多重量子阱 在第一基板溫度下使阱層生長(zhǎng)，在從第一基板溫度升溫到第二基板溫 度的同時(shí)使阻擋層生長(zhǎng)，之后保持第二基板溫度同時(shí)進(jìn)一步使阻擋層 生長(zhǎng)，然后從第二基板溫度降溫到第一基板溫度。
在由III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的量子阱結(jié)構(gòu)中，根據(jù)阱層的銦組成 的大小而左右發(fā)光波長(zhǎng)。專(zhuān)利文獻(xiàn)1所記載的量子阱結(jié)構(gòu)涉及藍(lán)色 LED，阱層的銦組成比較小。但是在想要通過(guò)III族氮化物半導(dǎo)體實(shí)現(xiàn) 例如綠色等較長(zhǎng)發(fā)光波長(zhǎng)的量子阱結(jié)構(gòu)時(shí)，需要進(jìn)一步提高阱層的銦 組成。
但是在包含銦的m族氮化物半導(dǎo)體中，具有銦組成越大越容易通
過(guò)高溫分解結(jié)晶結(jié)構(gòu)的特征。在制造量子阱結(jié)構(gòu)時(shí)，生長(zhǎng)了阱層后， 為了生長(zhǎng)阻擋層，大多需要升高基板溫度，在該升溫過(guò)程中阱層的結(jié) 晶結(jié)構(gòu)容易分解。隨著阱層的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的分解，會(huì)產(chǎn)生發(fā)光強(qiáng)度降低、 短波長(zhǎng)化等發(fā)光特性的變化。
針對(duì)該問(wèn)題，具有如專(zhuān)利文獻(xiàn)1所記載的那樣在升高基板溫度的 同時(shí)使阻擋層生長(zhǎng)的方法。但是在專(zhuān)利文獻(xiàn)1所記載的方法中，該阻擋層的膜厚會(huì)變得比較厚，在該阻擋層上在高溫下生長(zhǎng)的本來(lái)的阻擋 層的結(jié)晶品質(zhì)下降，因此難以獲得與銦組成對(duì)應(yīng)的預(yù)期的發(fā)光特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述問(wèn)題，其目的在于在包含組成中具有銦的III族氮 化物半導(dǎo)體的量子阱結(jié)構(gòu)中，抑制結(jié)晶結(jié)構(gòu)的分解并實(shí)現(xiàn)與銦組成對(duì) 應(yīng)的發(fā)光特性。
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的一個(gè)方面的量子阱結(jié)構(gòu)的制造方法， 在基板上形成包括阱層和阻擋層的量子阱結(jié)構(gòu)，所述阱層包含在組成 中具有銦的III族氮化物半導(dǎo)體，所述阻擋層包含帶隙能量大于阱層的 帶隙能量的III族氮化物半導(dǎo)體，其中，包括阱層生長(zhǎng)工序，將基板 的溫度保持為第一溫度，并且生長(zhǎng)阱層；中間層生長(zhǎng)工序，使基板的 溫度從第一溫度逐漸升溫，同時(shí)在阱層上生長(zhǎng)中間層，該中間層包含 帶隙能量大于阱層的帶隙能量的III族氮化物半導(dǎo)體；以及阻擋層生長(zhǎng) 工序，將基板的溫度保持為比第一溫度高的第二溫度，并且在中間層
上生長(zhǎng)阻擋層，在中間層生長(zhǎng)工序中，使中間層生長(zhǎng)為大于lnm且小 于3nm的厚度。
本發(fā)明的一個(gè)方面的量子阱結(jié)構(gòu)的制造方法，在阱層生長(zhǎng)工序和 阻擋層生長(zhǎng)工序之間包括中間層生長(zhǎng)工序，在該中間層生長(zhǎng)工序中， 使基板的溫度從第一溫度逐漸升溫的同時(shí)生長(zhǎng)中間層，該中間層包含 帶隙能量大于阱層的帶隙能量的III族氮化物半導(dǎo)體。該中間層在之后 的阻擋層生長(zhǎng)工序中保護(hù)阱層，因此即使在阻擋層生長(zhǎng)工序中基板溫 度升溫到高溫(第二溫度)時(shí)，也可以抑制阱層的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的分解。 此外，通過(guò)本發(fā)明人的研究得知，中間層的膜厚為lnm以下時(shí)對(duì)阱層 的保護(hù)不充分，阱層的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的分解得以推進(jìn)，發(fā)光特性變化。進(jìn) 而，由于該中間層以較低的生長(zhǎng)溫度生長(zhǎng)，因此在中間層的膜厚變?yōu)?3nm以上時(shí)，在其上生長(zhǎng)的阻擋層的結(jié)晶品質(zhì)下降，無(wú)法獲得與阱層 的銦組成對(duì)應(yīng)的發(fā)光特性。g卩，根據(jù)上述第一量子阱結(jié)構(gòu)的制造方法，通過(guò)在中間層生長(zhǎng)工序中使中間層生長(zhǎng)為大于lnm且小于3nm的厚 度，可以抑制阱層的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的分解并實(shí)現(xiàn)與銦組成對(duì)應(yīng)的發(fā)光特性。
此外，本發(fā)明的一個(gè)方面的量子阱結(jié)構(gòu)的制造方法的特征在于， 在中間層生長(zhǎng)工序中，使中間層的生長(zhǎng)速度比阻擋層生長(zhǎng)工序中的阻 擋層的生長(zhǎng)速度慢。從而可以使因在較低的基板溫度下生長(zhǎng)而導(dǎo)致結(jié) 晶品質(zhì)低的中間層的膜厚較薄。
本發(fā)明的另一方面的量子阱結(jié)構(gòu)的制造方法，在基板上形成包括 阱層和阻擋層的量子阱結(jié)構(gòu)，所述阱層包含在組成中具有銦的III族氮 化物半導(dǎo)體，所述阻擋層包含帶隙能量大于阱層的帶隙能量的III族氮 化物半導(dǎo)體，其中，包括阱層生長(zhǎng)工序，將基板的溫度保持為第一 溫度，并且生長(zhǎng)阱層；第一中間層生長(zhǎng)工序，使基板的溫度從第一溫
度逐漸升溫，同時(shí)在阱層上生長(zhǎng)中間層，該中間層包含帶隙能量大于
阱層的帶隙能量的in族氮化物半導(dǎo)體；升溫工序，中斷中間層的生長(zhǎng)， 在第一中間層生長(zhǎng)工序之后使基板的溫度逐漸升溫；第二中間層生長(zhǎng)
工序，在升溫工序之后使基板的溫度逐漸升溫到比第一溫度高的第二
溫度，同時(shí)進(jìn)一步生長(zhǎng)中間層；以及阻擋層生長(zhǎng)工序，將基板的溫度 保持為第二溫度，并且在中間層上生長(zhǎng)阻擋層，通過(guò)第一中間層生長(zhǎng) 工序和第二中間層生長(zhǎng)工序，使中間層的合計(jì)厚度生長(zhǎng)為大于lnm且 小于3nm的厚度。
另一方面的量子阱結(jié)構(gòu)的制造方法，在阱層生長(zhǎng)工序和阻擋層生 長(zhǎng)工序之間包括第一中間層生長(zhǎng)工序、升溫工序及第二中間層生長(zhǎng)工 序，在第一中間層生長(zhǎng)工序及第二中間層生長(zhǎng)工序中，使基板的溫度 從第一溫度逐漸升溫的同時(shí)生長(zhǎng)中間層。并且通過(guò)第一中間層生長(zhǎng)工 序生長(zhǎng)的中間層保護(hù)阱層，因此即使在基板溫度升溫到高溫(第二溫 度)時(shí)，也可以抑制阱層的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的分解。此外，在經(jīng)過(guò)了升溫工 序的第二中間層生長(zhǎng)工序中以較高的溫度生長(zhǎng)中間層，因此可以提高 中間層及在其上生長(zhǎng)的阻擋層的結(jié)晶品質(zhì)。進(jìn)而，根據(jù)該第二量子阱結(jié)構(gòu)的制造方法，與上述第一量子阱結(jié)構(gòu)的制造方法同樣地，通過(guò)使
中間層的合計(jì)厚度生長(zhǎng)為大于lnm且小于3nm的厚度，可以抑制阱層 的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的分解并實(shí)現(xiàn)與銦組成對(duì)應(yīng)的發(fā)光特性。
此外，另一方面的量子阱結(jié)構(gòu)的制造方法的特征在于，在第二中 間層生長(zhǎng)工序中，使中間層的生長(zhǎng)速度比阻擋層生長(zhǎng)工序中的阻擋層 的生長(zhǎng)速度慢。
此外， 一個(gè)方面及另一方面的量子阱結(jié)構(gòu)的制造方法的特征在于， 阱層的發(fā)光波長(zhǎng)為500nm以上。上述第一及第二量子阱結(jié)構(gòu)的制造方 法，對(duì)于具有這種比綠色波長(zhǎng)區(qū)域長(zhǎng)的發(fā)光波長(zhǎng)的量子阱結(jié)構(gòu)特別有 效。
此外， 一個(gè)方面及另一方面的量子阱結(jié)構(gòu)的制造方法的特征在于， 基板由InsAlTGa,.s-TN半導(dǎo)體(0《S《1， 0《T《1, 0《S+T《1)構(gòu)成。


圖1 (a)是作為本發(fā)明的第一實(shí)施方式而簡(jiǎn)要表示半導(dǎo)體發(fā)光元 件的構(gòu)成的側(cè)剖面圖，圖1 (b)是更詳細(xì)地表示第一實(shí)施方式的活性 層的構(gòu)成的側(cè)剖面圖。
圖2是表示第一實(shí)施方式的制造半導(dǎo)體發(fā)光元件的方法的主要工 序的流程圖。
圖3 (a)及圖3 (b)是用于說(shuō)明圖2所示的各工序的圖。 圖4 (a)及圖4 (b)是用于說(shuō)明圖2所示的各工序的圖。 圖5 (a)表示使活性層生長(zhǎng)時(shí)藍(lán)寶石基板的溫度(基板溫度Tg) 的轉(zhuǎn)變，圖5 (b)表示鎵原料氣體(三甲基鎵，TMGa)的供給量的轉(zhuǎn) 變，圖5 (c)表示氮原料氣體(氨，NH3)的供給量的轉(zhuǎn)變。
圖6是表示通過(guò)第一實(shí)施方式的制造方法制造的半導(dǎo)體發(fā)光元件 (裸芯片/barechip)的供給電流量所對(duì)應(yīng)的光輸出特性的圖表。
圖7是表示通過(guò)第一實(shí)施方式的制造方法制造的半導(dǎo)體發(fā)光元件(裸芯片)的供給電流量所對(duì)應(yīng)的發(fā)光波長(zhǎng)特性的圖表。
圖8是作為與第一實(shí)施方式相對(duì)的比較例，在厚度lnm的時(shí)刻停 止中間層的生長(zhǎng)然后直接升高基板溫度Tg而使阻擋層生長(zhǎng)的情況下 的、(a)基板溫度Tg的轉(zhuǎn)變、(b) TMGa的供給量的轉(zhuǎn)變、(c) NH3 的供給量的轉(zhuǎn)變的圖。
圖9是用于比較多重量子阱結(jié)構(gòu)中的光致發(fā)光(PL)譜的圖表。 圖IO是表示由通過(guò)圖8所示的方法制造的多重量子阱結(jié)構(gòu)構(gòu)成的 活性層、和由通過(guò)第一實(shí)施方式的方法制造的多重量子阱結(jié)構(gòu)構(gòu)成的 活性層中的X線衍射(XRD)的結(jié)果的圖表。
圖11是表示阱層和阻擋層之間設(shè)置的中間層的層厚和阱層的PL 波長(zhǎng)的關(guān)系的圖表。
圖12 (a)表示PL譜的峰值波長(zhǎng)和中間層的層厚的關(guān)系，圖12 (b)表示PL強(qiáng)度和中間層的層厚的關(guān)系。
圖13 (a)表示基板溫度Tg的轉(zhuǎn)變，圖13 (b)表示TMGa的供 給量的轉(zhuǎn)變，圖13 (c)表示NH3的供給量的轉(zhuǎn)變。
圖14 (a)是作為本發(fā)明的第三實(shí)施方式而簡(jiǎn)要表示半導(dǎo)體發(fā)光元 件的構(gòu)成的側(cè)剖面圖，圖14 (b)是更詳細(xì)地表示第三實(shí)施方式的活性 層的構(gòu)成的側(cè)剖面圖。
圖15是表示第三實(shí)施方式的制造半導(dǎo)體發(fā)光元件IB的方法的主 要工序的流程圖。
圖16 (a)及圖16 (b)是用于說(shuō)明圖15所示的各工序的圖。 圖17 (a)及圖17 (b)是用于說(shuō)明圖15所示的各工序的圖。 圖18 (a)表示使活性層生長(zhǎng)時(shí)n型GaN基板的溫度(基板溫度 Tg)的轉(zhuǎn)變，圖18 (b)表示TMGa的供給量的轉(zhuǎn)變，圖18 (c)表示 NH3的供給量的轉(zhuǎn)變，圖18 (d)表示TMIn的供給量的轉(zhuǎn)變。
具體實(shí)施例方式
參照

本發(fā)明的量子阱結(jié)構(gòu)的制造方法、量子阱結(jié)構(gòu)及半 導(dǎo)體發(fā)光元件的實(shí)施方式。在可能的情況下對(duì)相同及類(lèi)似部分標(biāo)以相 同標(biāo)號(hào)。(第一實(shí)施方式)
圖1 (a)是作為本發(fā)明的第一實(shí)施方式而簡(jiǎn)要表示半導(dǎo)體發(fā)光元 件1A的構(gòu)成的側(cè)剖面圖。作為半導(dǎo)體發(fā)光元件1A例如包括面發(fā)光的 發(fā)光二極管。半導(dǎo)體發(fā)光元件1A例如從其厚度方向看是呈一邊為 400pm的正方形的元件(芯片)。半導(dǎo)體發(fā)光元件1A包括n型氮化 鎵類(lèi)半導(dǎo)體層3;具有包含銦(In)的III族氮化物半導(dǎo)體層的活性層5; p型AlGaN半導(dǎo)體層7;和p型氮化鎵類(lèi)半導(dǎo)體層9?；钚詫?設(shè)置在 n型氮化鎵類(lèi)半導(dǎo)體層3上。p型AlGaN半導(dǎo)體層7設(shè)置在活性層5 上。p型氮化鎵類(lèi)半導(dǎo)體層9設(shè)置在p型AlGaN半導(dǎo)體層7上。另外， n型氮化鎵類(lèi)半導(dǎo)體層3的一部分從半導(dǎo)體發(fā)光元件1A的上方觀察而 露出，在該n型氮化鎵類(lèi)半導(dǎo)體層3的露出區(qū)域設(shè)置有未圖示的電極 (陰極)。此外，在p型氮化鎵類(lèi)半導(dǎo)體層9上設(shè)置有未圖示的另外 的電極(例如陽(yáng)極)。
n型氮化鎵類(lèi)半導(dǎo)體層3作為下部包覆層發(fā)揮作用。作為n型氮 化鎵類(lèi)半導(dǎo)體層3的一例，可以使用厚度5000nm的n型GaN半導(dǎo)體 層。此外，p型AlGaN半導(dǎo)體層7作為用于降低來(lái)自活性層5的電子 泄漏并提高發(fā)光效率的電子阻擋層發(fā)揮作用。p型AlGaN半導(dǎo)體層7 的厚度例如為20nm。此外，p型氮化鎵類(lèi)半導(dǎo)體層9作為用于與電極 電導(dǎo)通的接觸層發(fā)揮作用。作為p型氮化鎵類(lèi)半導(dǎo)體層9的一例，可 以使用厚度50nm的p型GaN半導(dǎo)體層。
半導(dǎo)體發(fā)光元件IA還包括藍(lán)寶石基板15。藍(lán)寶石基板15具有主 面15a。在藍(lán)寶石基板15的主面15a上設(shè)置有低溫生長(zhǎng)的LT-GaN層 17。 n型氮化鎵類(lèi)半導(dǎo)體層3設(shè)置在LT-GaN層17上。LT-GaN層17 的厚度例如為25nm。
活性層5具有量子阱結(jié)構(gòu)，包括阱層5a及阻擋層5b。阱層5a由 在組成中具有In的III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成，例如可以由InxGai.xN
9(0<X<1)構(gòu)成。阱層5a的發(fā)光波長(zhǎng)例如為500nm以上。阻擋層5b 由具有比阱層5a的帶隙能量大的帶隙能量的m族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成， 例如可以由In組成比阱層5a少的InyGa|.YN (0《Y<1， Y<X)構(gòu)成。 另外，作為阻擋層5b的材料，在必要的情況下可以為GaN。阱層5a 的每一層的厚度為IOnm以下，例如為3nm。阻擋層5b的厚度優(yōu)選比 阱層5a厚，阻擋層5b的每一層的厚度例如為12.5nm，來(lái)自活性層5 的光經(jīng)由設(shè)于p型氮化鎵類(lèi)半導(dǎo)體層9上的電極射出。
半導(dǎo)體發(fā)光元件1A還包括氮化鎵層19。氮化鎵層19設(shè)置在活性 層5和p型AlGaN半導(dǎo)體層7之間。氮化鎵層19由在氮?dú)夥諊律L(zhǎng) 的GaN構(gòu)成。氮化鎵層19的厚度例如為3nm。
圖1 (b)是更詳細(xì)地表示本實(shí)施方式的活性層5的側(cè)剖面圖。如 該圖所示，活性層5包括交互層疊有阱層5a及阻擋層5b的多重量子 阱結(jié)構(gòu)。此外，活性層5在阱層5a和阻擋層5b之間還具有中間層5c。 即，本實(shí)施方式的活性層5以如下順序進(jìn)行層疊在阱層5a上設(shè)置中 間層5c，在中間層5c上設(shè)置阻擋層5b，進(jìn)而在阻擋層5b上設(shè)置阱層 5a。該中間層5c由具有比阱層5a的帶隙能量大的帶隙能量的III族氮 化物半導(dǎo)體構(gòu)成，例如可以由InzGai.zN (0《Z<1)構(gòu)成。中間層5c 的每一層的厚度優(yōu)選大于lnm且小于3nm，作為一個(gè)實(shí)施例為2.5mn。
圖2是表示本實(shí)施方式的制造半導(dǎo)體發(fā)光元件1A的方法的主要工 序的流程圖。此外，圖3及圖4是用于說(shuō)明圖2所示的各工序的圖。 首先，在圖2的工序S101中，如圖3 (a)所示準(zhǔn)備具有主面40a的藍(lán) 寶石基板40。接著在工序S103中制造外延晶圓等基板生產(chǎn)物。在工序 S103a中，如圖3 (b)所示在藍(lán)寶石基板40上外延生長(zhǎng)LT-GaN層41 及n型氮化鎵類(lèi)半導(dǎo)體層42。關(guān)于這些層各自的厚度，例如LT-GaN 層41為20nm,n型氮化鎵類(lèi)半導(dǎo)體層42為5000nm。優(yōu)選的是，LT-GaN 層41為低溫生長(zhǎng)的半絕緣性GaN， n型氮化鎵類(lèi)半導(dǎo)體層42由GaN 構(gòu)成。接著在S103b中，如圖4 (a)所示在n型氮化鎵類(lèi)半導(dǎo)體層42 上形成由m族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的活性層43。在本實(shí)施方式中，在n 型氮化鎵類(lèi)半導(dǎo)體層42上依次反復(fù)外延生長(zhǎng)阱層43a、中間層43c及 阻擋層43b，從而形成活性層43?；钚詫?3的阱層43a通過(guò)生長(zhǎng) InxGai-XN(0<X<l )而形成，活性層43的中間層43c通過(guò)生長(zhǎng)InzGa,.zN (0《Z<1)而形成，活性層43的阻擋層43b通過(guò)生長(zhǎng)InYGa，.yN (0《 Y<1， Y<X)而形成。阱層43a的每一層的厚度為lOnm以下，例如為 3nm。中間層43c的厚度大于lnm且小于3nm，例如為2.5nm。阻擋層 43b的厚度例如為12.5nm。
接著在工序S103c中，如圖4 (b)所示在活性層43上外延生長(zhǎng)p 型AlGaN半導(dǎo)體層44及p型氮化鎵類(lèi)半導(dǎo)體層45。 p型AlGaN半導(dǎo) 體層44例如為電子阻擋層，p型氮化鎵類(lèi)半導(dǎo)體層45例如為接觸層。 關(guān)于這些層各自的厚度，例如p型AlGaN半導(dǎo)體層44為25nm， p型 氮化鎵類(lèi)半導(dǎo)體層45為50nm。 p型氮化鎵類(lèi)半導(dǎo)體層45例如通過(guò)生 長(zhǎng)GaN而形成。通過(guò)以上工序制作外延晶圓。
在工序S105中，在外延晶圓的p型氮化鎵類(lèi)半導(dǎo)體層45上形成 電極(陽(yáng)極)。該電極例如由Ni/Au構(gòu)成，電極面積例如為1.6X10'3 (cm2)。此外，通過(guò)干式蝕刻除去p型氮化鎵類(lèi)半導(dǎo)體層45、 p型 AlGaN半導(dǎo)體層44及活性層43的一部分區(qū)域，使n型氮化鎵類(lèi)半導(dǎo) 體層42露出，在n型氮化鎵類(lèi)半導(dǎo)體層42的該露出區(qū)域上形成另外 的電極(陰極)。該電極例如由Ti/Al/Au構(gòu)成。最后，通過(guò)將該外延 晶圓分割為芯片狀，而完成本實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光元件1A。
在此，參照?qǐng)D5更詳細(xì)地說(shuō)明構(gòu)成活性層43的量子阱結(jié)構(gòu)的制造 方法的具體例。圖5 (a)表示生長(zhǎng)活性層43時(shí)的藍(lán)寶石基板40的溫 度(基板溫度Tg)的轉(zhuǎn)變，圖5(b)表示鎵原料氣體(三甲基鎵，TMGa) 的供給量的轉(zhuǎn)變，圖5 (c)表示氮原料氣體(氨，NH3)的供給量的轉(zhuǎn)變。
首先，在圖中的期間TI中生長(zhǎng)成為阱層43a的InGaN結(jié)晶。在 生長(zhǎng)阱層43a的工序中，將基板溫度Tg保持在第一溫度、例如76(TC 等較低的溫度并進(jìn)行阱層43a的生長(zhǎng)。設(shè)定為這種低溫是為了確保 InGaN結(jié)晶的充分的結(jié)晶性。此外在生長(zhǎng)阱層43a的工序中，TMGa 的流量Qca例如設(shè)為15.6 (pmol/min)，氨(NH3)的流量Qv例如設(shè) 為8(slm，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)升/分)，TMIn的流量Q(J列如設(shè)為58.0(pmol/min)。 此外，阱層43a的生長(zhǎng)速度例如設(shè)為0.2 (pm/小時(shí))。
接下來(lái)在期間T2中生長(zhǎng)成為中間層43c的GaN結(jié)晶。在生長(zhǎng)中 間層43c的工序中，使基板溫度Tg從阱層43a生長(zhǎng)時(shí)的第一溫度(例 如76CTC)逐漸升溫到阻擋層43b生長(zhǎng)時(shí)的第二溫度(例如86(TC)， 同時(shí)在阱層43a上生長(zhǎng)GaN結(jié)晶。此外，在生長(zhǎng)中間層43c的工序中， TMGa的流量Qca例如設(shè)為2.6 (,1/min),氨(NH3)的流量Qv例 如設(shè)為6 (slm)，停止TMIn的供給。此外，使中間層43c的生長(zhǎng)速 度比后述阻擋層43b的生長(zhǎng)速度慢，例如為0.04pm/小時(shí)。
接下來(lái)在圖中的期間T3中生長(zhǎng)成為阻擋層43b的GaN結(jié)晶。在 生長(zhǎng)阻擋層43b的工序中，將基板溫度Tg保持在第二溫度、例如860 。C等較高的溫度，并且在中間層43c上生長(zhǎng)阻擋層43b。此外在生長(zhǎng)阻 擋層43b的工序中，TMGa的流量Qcja例如設(shè)為24.4 (jumol/min)，氨 (NH3)的流量Qv例如設(shè)為6 (slm)。此外，阻擋層43b的生長(zhǎng)速度 例如設(shè)為0.4pm/小時(shí)。
接著在圖中的期間T4中將基板溫度Tg從第二溫度(860°C)降溫 到第一溫度(760°C)。此時(shí)，停止TMGa的供給，僅供給氨(NH3) 而使其流量例如為8 (slm)。
以預(yù)定次數(shù)反復(fù)進(jìn)行以上的阱層生長(zhǎng)工序、中間層生長(zhǎng)工序及阻擋層生長(zhǎng)工序，從而形成圖4 (a)所示的活性層43。
圖6是表示通過(guò)以上制造方法制造的半導(dǎo)體發(fā)光元件1A(裸芯片) 的與供給電流量對(duì)應(yīng)的光輸出特性的圖表。圖7是表示通過(guò)以上制造 方法制造的半導(dǎo)體發(fā)光元件1A (裸芯片)的與供給電流量對(duì)應(yīng)的發(fā)光 波長(zhǎng)特性的圖表。如圖7所示，供給電流為20mA時(shí)發(fā)光波長(zhǎng)為530nm， 光輸出為2.0mW (外部量子效率為4.2%)，此外，用環(huán)氧樹(shù)脂澆鑄該 裸芯片，燈泡化時(shí)的光輸出為6.0mW (外部量子效率為12.6%)
對(duì)通過(guò)上述量子阱結(jié)構(gòu)的制造方法及半導(dǎo)體發(fā)光元件1A獲得的 作用效果進(jìn)行說(shuō)明。本實(shí)施方式的量子阱結(jié)構(gòu)的制造方法，在生長(zhǎng)阱 層43a的工序和生長(zhǎng)阻擋層43b的工序之間包括生長(zhǎng)中間層43c的工 序，在該生長(zhǎng)中間層43c的工序中，使藍(lán)寶石基板40的基板溫度Tg 從第一溫度(例如76(TC)逐漸升溫的同時(shí)生長(zhǎng)中間層43c，該中間層 43c包括帶隙能量大于阱層43a的帶隙能量的III族氮化物半導(dǎo)體。該 中間層43c在之后的生長(zhǎng)阻擋層43b的工序中保護(hù)阱層43a，因此在生 長(zhǎng)阻擋層43b的工序中，即使將基板溫度Tg升溫到高溫(第二溫度、 例如86(TC)，也可以抑制阱層43a的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的分解。
在此，通過(guò)本發(fā)明人的研究得知，中間層43c的膜厚為lnm以下 時(shí)對(duì)阱層43a的保護(hù)不充分，阱層43a的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的分解得以推進(jìn)，發(fā) 光特性變化。圖8表示作為與本實(shí)施方式相對(duì)的比較例，使中間層的 生長(zhǎng)在厚度lnm的時(shí)刻停止，直接使基板溫度Tg上升而生長(zhǎng)阻擋層時(shí) 的(a)基板溫度丁g的轉(zhuǎn)變、(b) TMGa的供給量的轉(zhuǎn)變、(c) NH3 的供給量的轉(zhuǎn)變。
參照?qǐng)D8，首先在期間Tll中生長(zhǎng)成為阱層的InGaN結(jié)晶。在該 工序中，將基板溫度Tg保持為例如76(TC等較低的低溫，并且生長(zhǎng)阱 層。此外，TMGa的流量Qca例如設(shè)為15.6 (pmol/min)，氨(NH3) 的流量Qv例如設(shè)為8( slm) ， TMIn的流量QIn例如設(shè)為58.0( pmoI/min)。接下來(lái)在期間T12中生長(zhǎng)成為中間層的GaN結(jié)晶。在該工序中， 使基板溫度Tg為阱層生長(zhǎng)時(shí)的溫度(例如760°C ) ， TMGa的流量Q&、 氨(NH3)的流量Qv分別與阱層生長(zhǎng)時(shí)相同，停止TMIn的供給。并 且使成為中間層的GaN結(jié)晶生長(zhǎng)到lnm的厚度。接著在期間T13中停止除了氨(NH3)以外的所有原料氣體的供 給，將基板溫度Tg從阱層生長(zhǎng)時(shí)的溫度(例如76(TC)升溫到阻擋層 生長(zhǎng)時(shí)的溫度(例如86(TC)。并且在期間T14中生長(zhǎng)成為阻擋層的 GaN結(jié)晶。在該工序中，將基板溫度保持為例如86(TC等較高的高溫， 并且在中間層上生長(zhǎng)阻擋層。此外，TMGa的流量Qoa例如設(shè)為24.4 (pmol/min)，氨(NH3)的流量Qv例如設(shè)為6 (slm)，停止TMIn 的供給。其后，在圖中的期間T15中，將基板溫度rg從阻擋層生長(zhǎng)時(shí) 的溫度(例如86(TC)降溫到阱層生長(zhǎng)時(shí)的溫度(例如76(TC)。此時(shí)， 停止TMGa及TMIn的供給，僅供給氨(NH3)而使其流量例如為8(slm)。對(duì)由通過(guò)圖8所示的方法制造的多重量子阱結(jié)構(gòu)構(gòu)成的活性層， 與由通過(guò)本實(shí)施方式的方法制造的多重量子阱結(jié)構(gòu)構(gòu)成的活性層43進(jìn) 行比較，如下所示。圖9是表示這些多重量子阱結(jié)構(gòu)中的光致發(fā)光(PL) 譜的圖表。在圖9中，特性線Gl表示本實(shí)施方式的活性層43 (中間 層43c的厚度為2.5nm)的PL譜，特性線G2表示通過(guò)圖8所示的方 法制造的活性層(中間層的厚度為lnm)的PL譜。另外，圖9的橫軸 表示發(fā)光波長(zhǎng)(nm)，縱軸表示PL強(qiáng)度(任意單位)。如圖9所示， 在本實(shí)施方式的多重量子阱結(jié)構(gòu)(特性線G1)中，在500nm以上的較 長(zhǎng)的波長(zhǎng)區(qū)域中良好地獲得PL，與之相對(duì)，在通過(guò)圖8所示的方法制 造的多重量子阱結(jié)構(gòu)(特性線G2)中，其PL波長(zhǎng)變短。此外，圖IO是表示由通過(guò)圖8所示的方法制造的多重量子阱結(jié)構(gòu) 構(gòu)成的活性層、和由通過(guò)本實(shí)施方式的方法制造的多重量子阱結(jié)構(gòu)構(gòu) 成的活性層43中的X線衍射(XRD)的結(jié)果的圖表。在圖10中，特性線G3表示本實(shí)施方式的活性層43的分析結(jié)果，特性線G4表示圖8 所示的方法下的活性層的分析結(jié)果。如圖10所示，在本實(shí)施方式的多 重量子阱結(jié)構(gòu)(特性線G3)中良好地獲得了包括阱層43a及阻擋層43b 的周期結(jié)構(gòu)，與之相對(duì)，在通過(guò)圖8所示的方法制造的多重量子阱結(jié) 構(gòu)(特性線G4)中，其周期結(jié)構(gòu)崩潰。該多重量子阱結(jié)構(gòu)的PL波長(zhǎng) (圖9)短波長(zhǎng)化的原因推測(cè)為基于這種周期結(jié)構(gòu)的不正確性。圖11是表示設(shè)于阱層43a及阻擋層43b之間的中間層43c的層厚 與阱層43a的PL強(qiáng)度的關(guān)系的圖表。在圖U中，特性線G5 G10分 別表示中間層43c的厚度為Onm、 1.3nm、 2.5nm、 29nm、 3.3nm及3.8nm 時(shí)的PL譜。此外，圖12 (a)表示PL譜的峰值波長(zhǎng)和中間層43c的 層厚的關(guān)系，圖12 (b)表示PL強(qiáng)度和中間層43c的層厚的關(guān)系。如 圖11及圖12 (a)所示，沒(méi)有中間層43c時(shí)(圖11的特性線G5)， 多重量子阱結(jié)構(gòu)的周期結(jié)構(gòu)崩潰，從而PL波長(zhǎng)短波長(zhǎng)化，光譜形狀向 短波長(zhǎng)區(qū)域變化。與之相對(duì)，在中間層43c的厚度適當(dāng)時(shí)(圖ll的特 性線G6 G8)，中間層43c越厚則阱層43a的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的分解越被抑 制，獲得較長(zhǎng)的PL波長(zhǎng)。此外，根據(jù)圖11及圖12 (b)可知，中間層43c過(guò)厚時(shí)(圖11 的特性線G9、 G10) ， PL強(qiáng)度本身下降。其原因推測(cè)為，由于中間層 43c在較低的生長(zhǎng)溫度下生長(zhǎng)，因此中間層43c的膜厚變?yōu)?nm以上時(shí)， 在其上生長(zhǎng)的阻擋層43b的結(jié)晶品質(zhì)下降，無(wú)法獲得與阱層43a的In 組成對(duì)應(yīng)的發(fā)光特性。根據(jù)本實(shí)施方式的量子阱結(jié)構(gòu)的制造方法，在生長(zhǎng)中間層43c的 工序中，使中間層43c生長(zhǎng)為大于lnm且小于3nm的厚度，因此可以 有效地抑制在生長(zhǎng)阻擋層43b時(shí)的高溫下的阱層43a的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的分 解，實(shí)現(xiàn)與In組成對(duì)應(yīng)的發(fā)光特性。此外優(yōu)選如本實(shí)施方式那樣，使生長(zhǎng)中間層43c的工序中中間層43c的生長(zhǎng)速度小于生長(zhǎng)阻擋層43b的工序中阻擋層43b的生長(zhǎng)速度。 由此，可以使因以較低的基板溫度Tg生長(zhǎng)而導(dǎo)致結(jié)晶品質(zhì)低的中間層 43c的膜厚較薄。(第二實(shí)施方式)圖13是表示第二實(shí)施方式的量子阱結(jié)構(gòu)的制造方法的圖。圖13 (a)表示通過(guò)與圖5所示的方法不同的方法生長(zhǎng)活性層43時(shí)的藍(lán)寶石基板40的溫度(基板溫度Tg)的轉(zhuǎn)變，圖13 (b)表示鎵原料氣體 (三甲基鎵，TMGa)的供給量的轉(zhuǎn)變，圖13 (c)表示氮原料氣體(氨，NH3)的供給量的轉(zhuǎn)變。首先，在圖中的期間T21中生長(zhǎng)成為阱層43a的InGaN結(jié)晶。在 生長(zhǎng)阱層43a的工序中，將基板溫度Tg保持在第一溫度、例如760'C 等較低的低溫并進(jìn)行阱層43a的生長(zhǎng)。此外在生長(zhǎng)阱層43a的工序中， TMGa的流量QGa例如設(shè)為15.6 (pmol/min)，氨(NH3)的流量Qv 例如設(shè)為8 (slm) ， TMIn的流量Q^例如設(shè)為58.0 (,1/min)。此 外，阱層43a的生長(zhǎng)速度例如設(shè)為0.2 (pm/小時(shí))。接下來(lái)在期間T22中生長(zhǎng)成為中間層43c的一部分的InGaN結(jié)晶 (第一中間層生長(zhǎng)工序)。在該第一中間層生長(zhǎng)工序中，使基板溫度 Tg從阱層43a生長(zhǎng)時(shí)的第一溫度(例如76(TC)逐漸升溫，同時(shí)在阱 層43a上生長(zhǎng)InGaN結(jié)晶。此外，在第一中間層生長(zhǎng)工序中，TMGa 的流量Qck例如設(shè)為15.6 (pmol/min)，氨(NH3)的流量Qv例如設(shè) 為6 (slm)，停止TMIn的供給。此外，使中間層43c的生長(zhǎng)速度比 后述阻擋層43b的生長(zhǎng)速度慢，例如為0.2pm/小時(shí)。接下來(lái)在圖中的期間T23中中斷中間層43c的生長(zhǎng)(即，停止 TMGa及TMIn的供給)，在上述第一中間層生長(zhǎng)工序之后繼續(xù)使基板 溫度Tg逐漸升溫(升溫工序)。另外，在該升溫工序中，繼續(xù)供給氨 (NH3)而使其流量Qv例如設(shè)為6 (slm)。接著在圖中的期間T24中，在升溫工序之后使基板溫度Tg逐漸升 溫到第二溫度、例如86(TC等較高的高溫，同時(shí)進(jìn)一步生長(zhǎng)中間層43c 的剩余部分(第二中間層生長(zhǎng)工序)。此時(shí)，使通過(guò)第一中間層生長(zhǎng) 工序及第二中間層生長(zhǎng)工序獲得的中間層43c的合計(jì)厚度大于lnm且 小于3nm。在該第二中間層生長(zhǎng)工序中，TMGa的流量Qca例如設(shè)為 4.2 ((imoI/min)，氨(NH3)的流量Qv例如設(shè)為6 (slm)。此外，使 中間層43c的生長(zhǎng)速度比后述阻擋層43b的生長(zhǎng)速度慢，例如為0.04pm/ 小時(shí)。接下來(lái)在圖中的期間T25中生長(zhǎng)成為阻擋層43b的GaN結(jié)晶。在 生長(zhǎng)阻擋層43b的工序中，將基板溫度Tg保持在第二溫度(86(TC), 并且在中間層43c上生長(zhǎng)阻擋層43b。此外在生長(zhǎng)阻擋層43b的工序中， TMGa的流量Qca例如設(shè)為24.4 (pmol/min)，氨(NH3)的流量Qv 例如設(shè)為6 (slm)，停止TMIn的供給。此外，阻擋層43b的生長(zhǎng)速 度例如設(shè)為0.化m/小時(shí)。接著在圖中的期間T26中將基板溫度Tg從第二溫度(860°C)降 溫到第一溫度(760°C)。此時(shí)，停止TMGa及TMIn的供給，僅供給 氨(NH3)而使其流量例如為8 (slm)。以預(yù)定次數(shù)反復(fù)進(jìn)行以上的阱層生長(zhǎng)工序、第一中間層生長(zhǎng)工序、 升溫工序、第二中間層生長(zhǎng)工序及阻擋層生長(zhǎng)工序，從而形成第二實(shí) 施方式的活性層43。另外，關(guān)于為了制造半導(dǎo)體發(fā)光元件1A的除了 活性層43以外的其他構(gòu)成的工序，與第一實(shí)施方式相同，因此省略詳 細(xì)的說(shuō)明。以上說(shuō)明的第二實(shí)施方式的量子阱結(jié)構(gòu)的制造方法，在生長(zhǎng)阱層 43a的工序和生長(zhǎng)阻擋層43b的工序之間包括第一中間層生長(zhǎng)工序、升 溫工序及第二中間層生長(zhǎng)工序，在第一中間層生長(zhǎng)工序中，使基板溫度Tg從第一溫度(例如76(TC)逐漸升溫的同時(shí)生長(zhǎng)中間層43c的一 部分。并且，中間層43c的該一部分保護(hù)阱層43a，因此即使將基板溫 度Tg升溫到高溫(第二溫度、例如860°C)時(shí)，也可以抑制阱層43a 的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的分解。此外，在經(jīng)過(guò)了升溫工序的第二中間層生長(zhǎng)工序 中，以較高的高溫生長(zhǎng)中間層43c的剩余部分，因此可以提高中間層 43c及在其上生長(zhǎng)的阻擋層43b的結(jié)晶品質(zhì)。進(jìn)而，根據(jù)該第二實(shí)施方 式的量子阱結(jié)構(gòu)的制造方法，通過(guò)與上述第一實(shí)施方式同樣地使中間 層43c的合計(jì)厚度生長(zhǎng)為大于lnm且小于3nm的厚度，可以抑制阱層 43a的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的分解，實(shí)現(xiàn)與阱層43a的In組成對(duì)應(yīng)的發(fā)光特性。(第三實(shí)施方式)圖14 (a)是作為本發(fā)明的第三實(shí)施方式而簡(jiǎn)要表示半導(dǎo)體發(fā)光元 件IB的構(gòu)成的側(cè)剖面圖。作為半導(dǎo)體發(fā)光元件1B例如包括面發(fā)光的 發(fā)光二極管。半導(dǎo)體發(fā)光元件IB例如從其厚度方向看是呈一邊為 40(Him的正方形的元件(芯片)。半導(dǎo)體發(fā)光元件1B包括n型氮化 鎵類(lèi)半導(dǎo)體層23;具有包含In的III族氮化物半導(dǎo)體層的活性層25; p 型AlGaN半導(dǎo)體層27;和p型氮化鎵類(lèi)半導(dǎo)體層29?；钚詫?5設(shè)置 在n型氮化鎵類(lèi)半導(dǎo)體層23上。p型AlGaN半導(dǎo)體層27設(shè)置在活性 層25上。p型氮化鎵類(lèi)半導(dǎo)體層29設(shè)置在p型AlGaN半導(dǎo)體層27上。 另外，在p型氮化鎵類(lèi)半導(dǎo)體層29上設(shè)置有未圖示的電極(例如陽(yáng)極)。n型氮化鎵類(lèi)半導(dǎo)體層23作為下部包覆層發(fā)揮作用。作為n型氮 化鎵類(lèi)半導(dǎo)體層23的一例，可以使用厚度2000nm的n型GaN半導(dǎo)體 層。此外，p型AlGaN半導(dǎo)體層27作為用于降低來(lái)自活性層25的電 子泄漏并提高發(fā)光效率的電子阻擋層發(fā)揮作用。p型AlGaN半導(dǎo)體層 27的厚度例如為20nm。此外，p型氮化鎵類(lèi)半導(dǎo)體層29作為用于與 電極電導(dǎo)通的接觸層發(fā)揮作用。作為p型氮化鎵類(lèi)半導(dǎo)體層29的一例， 可以使用厚度50nm的p型GaN半導(dǎo)體層。半導(dǎo)體發(fā)光元件1B還包括由InsAlTGa"s.TN半導(dǎo)體(0《S《1， 0《T《1， 0《S+T《1)構(gòu)成的基板35?；?5在一個(gè)實(shí)施例中為n型 GaN基板。在基板35的正面35a上設(shè)置有n型氮化鎵類(lèi)半導(dǎo)體層23， 此外在基板35的背面上設(shè)置有未圖示的電極(陰極)。活性層25具有量子阱結(jié)構(gòu)，包括阱層25a及阻擋層25b。阱層25a 由在組成中具有In的III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成，例如可以由InxGai_xN (0<X<1)構(gòu)成。阱層25a的發(fā)光波長(zhǎng)例如為500nm以上。阻擋層25b 由具有比阱層25a的帶隙能量大的帶隙能量的III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu) 成，例如可以由In組成比阱層25a少的InYGai-YN (0《Y<1， Y<X) 構(gòu)成。另外，作為阻擋層25b的材料，在必要的情況下可以為GaN。 阱層25a的每一層的厚度為10nm以下，例如為4nm。阻擋層25b的厚 度優(yōu)選比阱層25a厚，阻擋層25b的每一層的厚度例如為12.5nm。來(lái) 自活性層25的光經(jīng)由設(shè)于p型氮化鎵類(lèi)半導(dǎo)體層29上的電極射出。半導(dǎo)體發(fā)光元件IB還包括氮化鎵層31。氮化鎵層31設(shè)置在活性 層25和p型AlGaN半導(dǎo)體層27之間。氮化鎵層31由在氮?dú)夥諊律?長(zhǎng)的GaN構(gòu)成。氮化鎵層31的厚度例如為3nm。此外，半導(dǎo)體發(fā)光元件lB還包括n型氮化鎵類(lèi)緩沖層33。 n型氮 化鎵類(lèi)緩沖層33設(shè)置在n型氮化鎵類(lèi)半導(dǎo)體層23和活性層25之間。 由InGaN構(gòu)成的阱層25a的c軸晶格常數(shù)大于由GaN構(gòu)成的n型氮化 鎵類(lèi)半導(dǎo)體層23的c軸晶格常數(shù)(0.51851nm)。在該半導(dǎo)體發(fā)光元 件1B中，為了補(bǔ)償n型氮化鎵類(lèi)半導(dǎo)體層23和活性層25的晶格常數(shù) 的不同，而使用n型氮化鎵類(lèi)緩沖層33。從而活性層25不會(huì)受到GaN 的影響便可生長(zhǎng)。n型氮化鎵類(lèi)緩沖層33優(yōu)選由InGaN構(gòu)成，n型氮化鎵類(lèi)緩沖層 33的厚度例如為100nm。 InGaN的生長(zhǎng)溫度例如優(yōu)選為卯O'C以下， 此外例如優(yōu)選為70(TC以上。圖14 (b)是更詳細(xì)地表示本實(shí)施方式的活性層25的側(cè)剖面圖。如該圖所示，活性層25包括交互層疊有阱層25a及阻擋層25b的多重 量子阱結(jié)構(gòu)。此外，活性層25在阱層25a和阻擋層25b之間還具有中 間層25c。即，本實(shí)施方式的活性層25以如下順序進(jìn)行層疊在阱層 25a上設(shè)置中間層25c，在中間層25c上設(shè)置阻擋層25b，進(jìn)而在阻擋 層25b上設(shè)置阱層25a。另外，關(guān)于該中間層25c的構(gòu)成及組成，與上 述第一實(shí)施方式的中間層5c相同。圖15是表示本實(shí)施方式的制造半導(dǎo)體發(fā)光元件1B的方法的主要 工序的流程圖。此外，圖16及圖17是用于說(shuō)明圖15所示的各工序的 圖。首先，在圖15的工序S201中，如圖16 (a)所示準(zhǔn)備具有主面 60a的n型GaN基板60。接著在工序S203中制造外延晶圓等基板生產(chǎn) 物。在工序S203a中，如圖16 (b)所示在n型GaN基板60上外延生 長(zhǎng)n型氮化鎵類(lèi)半導(dǎo)體層61及n型氮化鎵類(lèi)緩沖層62。關(guān)于這些層各 自的厚度，例如n型氮化鎵類(lèi)半導(dǎo)體層61為2000nm， n型氮化鎵類(lèi)緩 沖層62為100nm。 n型氮化鎵類(lèi)半導(dǎo)體層61優(yōu)選為GaN， n型氮化鎵 類(lèi)緩沖層62優(yōu)選為InGaN。接著在S203b中，如圖17 (a)所示在n型氮化鎵類(lèi)緩沖層62上 形成由III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的活性層63。在本實(shí)施方式中，在n型 氮化鎵類(lèi)緩沖層62上依次反復(fù)外延生長(zhǎng)阱層63a、中間層63c及阻擋 層63b，從而形成活性層63。活性層63的阱層63a通過(guò)生長(zhǎng)InxGai.xN (0<X<1)而形成，活性層63的中間層63c通過(guò)生長(zhǎng)InzGai.zN (0《 Z<1)而形成，活性層63的阻擋層63b通過(guò)生長(zhǎng)InYGa^N (0《Y<1， Y<X)而形成。阱層63a的每一層的厚度為10nm以下，例如為4nm。 中間層63c的厚度大于lnm且小于3nm，例如為2.5nm。阻擋層63b 的厚度例如為12.5nm。接著在工序S203c中，如圖17 (b)所示在活性層63上外延生長(zhǎng) p型AlGaN半導(dǎo)體層64及p型氮化鎵類(lèi)半導(dǎo)體層65。 p型AlGaN半導(dǎo)體層64例如為電子阻擋層，p型氮化鎵類(lèi)半導(dǎo)體層65例如為接觸層。 關(guān)于這些層各自的厚度，例如p型AlGaN半導(dǎo)體層64為20nm， p型 氮化鎵類(lèi)半導(dǎo)體層65為50nm。 p型氮化鎵類(lèi)半導(dǎo)體層65例如通過(guò)生 長(zhǎng)GaN而形成。通過(guò)以上工序制作外延晶圓。在工序S205中，在外延晶圓的p型氮化鎵類(lèi)半導(dǎo)體層65上形成 電極(例如陽(yáng)極)。該電極例如由Ni/Au構(gòu)成，電極面積例如為1.6X l(T3 (cm2)。此外，在n型GaN基板60的背面上形成另外的電極(例 如陰極)。該電極例如由Ti/Al/Au構(gòu)成。最后，通過(guò)將該外延晶圓分 割為芯片狀，而完成本實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光元件1B。在此，參照?qǐng)D18更詳細(xì)地說(shuō)明構(gòu)成活性層63的量子阱結(jié)構(gòu)的制 造方法的具體例。圖18 (a)表示生長(zhǎng)活性層63時(shí)的n型GaN基板60 的溫度(基板溫度Tg)的轉(zhuǎn)變，圖18 (b)表示TMGa的供給量的轉(zhuǎn) 變，圖18 (c)表示NH3的供給量的轉(zhuǎn)變，圖18 (d)表示TMIn的供給量的轉(zhuǎn)變。首先，在圖中的期間T31中生長(zhǎng)成為阱層63a的InGaN結(jié)晶。在 生長(zhǎng)阱層63a的工序中，將基板溫度Tg保持在第一溫度、例如66(TC 等較低的溫度并進(jìn)行阱層63a的生長(zhǎng)。設(shè)定為這種低溫是為了在具有 傾斜角(OFF角，主面相對(duì)于結(jié)晶面傾斜)的n型GaN基板60上確保 InGaN結(jié)晶的充分的In組成。此外在生長(zhǎng)阱層63a的工序中，TMGa 的流量Qca例如設(shè)為24.4 (pmol/min)，氨(NH3)的流量Qv例如設(shè) 為8 (slm) , TMIn的流量QU列如設(shè)為36.5 (jumol/min)。此外，阱 層63a的生長(zhǎng)速度例如設(shè)為0.3itim/小時(shí)。接下來(lái)在期間T32中生長(zhǎng)成為中間層63c的InGaN結(jié)晶。在生長(zhǎng) 中間層63c的工序中，使基板溫度Tg從阱層63a生長(zhǎng)時(shí)的第一溫度(例 如66(TC)逐漸升溫到阻擋層63b生長(zhǎng)時(shí)的第二溫度(例如86(TC)， 同時(shí)在阱層63a上生長(zhǎng)InGaN結(jié)晶。此外，在生長(zhǎng)中間層63c的工序中，TMGa的流量Qca例如設(shè)為2.6 (pmol/min)，氨(NH3)的流量 Qv例如設(shè)為6 (slm) ， TMIn的流量QtJ列如設(shè)為0.3 (阿ol/min)。 此外，使中間層63c的生長(zhǎng)速度比后述阻擋層63b的生長(zhǎng)速度慢，例 如為0.04fim/小曰寸。接下來(lái)在圖中的期間T33中生長(zhǎng)成為阻擋層63b的InGaN結(jié)晶。 在生長(zhǎng)阻擋層63b的工序中，將基板溫度Tg保持在第二溫度、例如860 。C等較高的溫度，并且在中間層63c上生長(zhǎng)阻擋層63b。此外在生長(zhǎng)阻 擋層63b的工序中，TMGa的流量Qca例如設(shè)為24.4 ()imol/min)，氨 (NH3)的流量Qv例如設(shè)為6 (slm) ， TMIn的流量Qd列如設(shè)為1.6 (ILimol/min)。此外，阻擋層63b的生長(zhǎng)速度例如設(shè)為0.4)im/小時(shí)。接著在圖中的期間T34中將基板溫度Tg從第二溫度(860°C)降 溫到第一溫度(760°C)。此時(shí)，停止TMGa及TMIn的供給，僅供給 氨(NH3)而使其流量例如為8 (slm)。以預(yù)定次數(shù)反復(fù)進(jìn)行以上的阱層生長(zhǎng)工序、中間層生長(zhǎng)工序及阻 擋層生長(zhǎng)工序，從而形成圖17 (a)所示的活性層63。以上說(shuō)明的本實(shí)施方式的量子阱結(jié)構(gòu)的制造方法，在生長(zhǎng)阱層63a 的工序和生長(zhǎng)阻擋層63b的工序之間包括生長(zhǎng)中間層63c的工序，在 該工序中，使基板溫度Tg從第一溫度(例如66(TC)逐漸升溫的同時(shí) 生長(zhǎng)中間層63c。該中間層63c在之后的生長(zhǎng)阻擋層63b的工序中保護(hù) 阱層63a，因此在生長(zhǎng)阻擋層63b的工序中，即使在將基板溫度Tg升 溫到高溫(第二溫度、例如86(TC)時(shí)，也可以抑制阱層63a的結(jié)晶結(jié) 構(gòu)的分解。此外，通過(guò)與上述第一實(shí)施方式同樣地在生長(zhǎng)中間層63c 的工序中使中間層63c生長(zhǎng)為大于lmn且小于3nm的厚度，可以抑制 阱層63a的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的分解，實(shí)現(xiàn)與In組成對(duì)應(yīng)的發(fā)光特性。此外，如本實(shí)施方式所示在n型GaN基板60 (35)上生長(zhǎng)用于發(fā)光波長(zhǎng)500nm以上的發(fā)光元件的外延晶圓時(shí)，需要使基板溫度Tg更低 (在本實(shí)施方式中為66(TC)，從而會(huì)產(chǎn)生更容易通過(guò)生長(zhǎng)阻擋層63b (25b)時(shí)的高溫分解阱層63a (25a)的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的問(wèn)題。針對(duì)該問(wèn)題，根據(jù)本實(shí)施方式的方法，可以更為顯著地獲得如下效果抑制阱層63a (25a)的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的分解，實(shí)現(xiàn)與阱層63a(25a)的In組成對(duì)應(yīng)的發(fā)光特性。本發(fā)明的量子阱結(jié)構(gòu)的制造方法、量子阱結(jié)構(gòu)及半導(dǎo)體發(fā)光元件， 不限于上述實(shí)施方式，還可以進(jìn)行各種變形。例如，在上述實(shí)施方式 中作為具有半導(dǎo)體發(fā)光元件的基板的例子，示例了藍(lán)寶石基板及GaN基板，但本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件也可以使用這以外的基板來(lái)實(shí)施。 此外，在上述實(shí)施方式中作為阱層的組成例示例了 InGaN，但本發(fā)明的阱層不限于此，只要是包含in的m族氮化物半導(dǎo)體，也可以具有其他組成。
權(quán)利要求
1.一種量子阱結(jié)構(gòu)的制造方法，在基板上形成包括阱層和阻擋層的量子阱結(jié)構(gòu)，所述阱層包含在組成中具有銦的III族氮化物半導(dǎo)體，所述阻擋層包含帶隙能量大于上述阱層的帶隙能量的III族氮化物半導(dǎo)體，上述量子阱結(jié)構(gòu)的制造方法的特征在于，包括阱層生長(zhǎng)工序，將上述基板的溫度保持為第一溫度，并且生長(zhǎng)上述阱層；中間層生長(zhǎng)工序，使上述基板的溫度從上述第一溫度逐漸升溫，同時(shí)在上述阱層上生長(zhǎng)中間層，該中間層包含帶隙能量大于上述阱層的帶隙能量的III族氮化物半導(dǎo)體；以及阻擋層生長(zhǎng)工序，將上述基板的溫度保持為比上述第一溫度高的第二溫度，并且在上述中間層上生長(zhǎng)上述阻擋層，在上述中間層生長(zhǎng)工序中，使上述中間層生長(zhǎng)為大于1nm且小于3nm的厚度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的量子阱結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于， 在上述中間層生長(zhǎng)工序中，使上述中間層的生長(zhǎng)速度比上述阻擋層生長(zhǎng)工序中的上述阻擋層的生長(zhǎng)速度慢。
3. —種量子阱結(jié)構(gòu)的制造方法，在基板上形成包括阱層和阻擋層的量子阱結(jié)構(gòu)，所述阱層包含在組成中具有銦的m族氮化物半導(dǎo)體，所述阻擋層包含帶隙能量大于上述阱層的帶隙能量的III族氮化物半導(dǎo) 體，上述量子阱結(jié)構(gòu)的制造方法的特征在于，包括阱層生長(zhǎng)工序，將上述基板的溫度保持為第一溫度，并且 生長(zhǎng)上述阱層；第一中間層生長(zhǎng)工序，使上述基板的溫度從上述第一溫度逐漸升 溫，同時(shí)在上述阱層上生長(zhǎng)中間層，該中間層包含帶隙能量大于上述阱層的帶隙能量的III族氮化物半導(dǎo)體；升溫工序，中斷上述中間層的生長(zhǎng)，在上述第一中間層生長(zhǎng)工序之后使上述基板的溫度逐漸升溫；第二中間層生長(zhǎng)工序，在上述升溫工序之后使上述基板的溫度逐 漸升溫到比上述第 一 溫度高的第二溫度，同時(shí)進(jìn) 一 步生長(zhǎng)上述中間層； 以及阻擋層生長(zhǎng)工序，將上述基板的溫度保持為上述第二溫度，并且 在上述中間層上生長(zhǎng)上述阻擋層，通過(guò)上述第一中間層生長(zhǎng)工序和上述第二中間層生長(zhǎng)工序，使上 述中間層的合計(jì)厚度生長(zhǎng)為大于lnm且小于3nm的厚度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的量子阱結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于， 在上述第二中間層生長(zhǎng)工序中，使上述中間層的生長(zhǎng)速度比上述阻擋層生長(zhǎng)工序中的上述阻擋層的生長(zhǎng)速度慢。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1 4的任一項(xiàng)所述的量子阱結(jié)構(gòu)的制造方法， 其特征在于，上述阱層的發(fā)光波長(zhǎng)為500nm以上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求
5的任一項(xiàng)所述的量子阱結(jié)構(gòu)的制造方法， 其特征在于，上述基板由InsAlTGa,.s.TN半導(dǎo)體構(gòu)成，其中0《S《1， 0《T《1， 0《S+T《1。
全文摘要
本發(fā)明提供一種包含在組成中具有In的III族氮化物半導(dǎo)體的量子阱結(jié)構(gòu)的制造方法，在通過(guò)該方法制造的量子阱結(jié)構(gòu)中，可以抑制結(jié)晶結(jié)構(gòu)的分解并實(shí)現(xiàn)與In組成對(duì)應(yīng)的發(fā)光特性。上述方法包括阱層生長(zhǎng)工序，將藍(lán)寶石基板(15)的溫度保持為第一溫度，并且生長(zhǎng)InGaN阱層(5a)；中間層生長(zhǎng)工序，使基板(15)的溫度從第一溫度逐漸升溫，同時(shí)在阱層(5a)上生長(zhǎng)GaN中間層(5c)；以及阻擋層生長(zhǎng)工序，將基板(15)的溫度保持為比第一溫度高的第二溫度，并且在中間層(5c)上生長(zhǎng)GaN阻擋層(5b)。在中間層生長(zhǎng)工序中，使中間層(5c)生長(zhǎng)為大于1nm且小于3nm的厚度。
文檔編號(hào)H01L33/00GK101626059SQ200910140219
公開(kāi)日2010年1月13日 申請(qǐng)日期2009年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月9日
發(fā)明者上野昌紀(jì), 京野孝史, 住友隆道, 鹽谷陽(yáng)平, 秋田勝史 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社