專利名稱：GaN基半導(dǎo)體光器件、GaN基半導(dǎo)體光器件的制作方法、外延晶片及GaN基半導(dǎo)體膜的生長(zhǎng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及GaN基半導(dǎo)體光器件、GaN基半導(dǎo)體光器件的制作方法、外延晶片及 GaN基半導(dǎo)體膜的生長(zhǎng)方法。
背景技術(shù)：
專利文獻(xiàn)1中記載了一種發(fā)光二極管。在該發(fā)光二極管中，襯底表面的偏離角在 30度 50度、80度 100度及120度 150度的范圍內(nèi)。在這樣的角度范圍內(nèi)，發(fā)光層中 的壓電電場(chǎng)與自發(fā)極化所產(chǎn)生的內(nèi)部電場(chǎng)的和為接近于零的較小的值。另外，非專利文獻(xiàn) 1 3中，記載了 GaN基半導(dǎo)體的發(fā)光二極管。非專利文獻(xiàn)1的發(fā)光二極管在偏離角為58 度的GaN襯底上制作。非專利文獻(xiàn)2的發(fā)光二極管在偏離角為62度的GaN襯底上制作。非 專利文獻(xiàn)3的發(fā)光二極管在m面GaN襯底上制作。非專利文獻(xiàn)4及5中，對(duì)壓電電場(chǎng)的計(jì) 算進(jìn)行了記載。專利文獻(xiàn)1 :USP6849472 號(hào)非專禾Ij 文獻(xiàn) 1 Japanese Journal of Applied Physics vol. 45No. 26(2006) pp.L659# # ^lJ i； K 2 Japanese Journal of Applied Physics vol. 46No. 7 (2007) pp.L129# # ^lJ i； K 3 Japanese Journal of Applied Physics vol. 46No. 40(2007) pp.L960非專利文獻(xiàn) 4 Japanese Journal of Applied Physics vol. 39 (2000) pp. 413非專利文獻(xiàn)5 Journal of Applied Physics vol. 91No. 12 (2002) pp. 990
發(fā)明內(nèi)容
可獲得的GaN基半導(dǎo)體光器件是在c面GaN襯底上制作的。近年來(lái)，如非專利文 獻(xiàn)3所述，GaN基半導(dǎo)體光器件是在GaN的與c面不同的非極性面(a面、m面)上制作的。 與極性面不同，非極性面受壓電電場(chǎng)的影響較小。另外，GaN基半導(dǎo)體光器件的制作中，與 極性面及非極性面不同、自GaN的c面傾斜的半極性面也受到關(guān)注。非專利文獻(xiàn)1及非專 利文獻(xiàn)2的發(fā)光二極管是在具有特定偏離角的GaN襯底上制作的。在專利文獻(xiàn)1中，不僅著眼于依賴于GaN的晶面的壓電電場(chǎng)，而且也著眼于GaN的 自發(fā)極化。選擇襯底表面的面方向，使發(fā)光層中的壓電電場(chǎng)與自發(fā)極化所產(chǎn)生的內(nèi)部電場(chǎng) 的和為接近于零的較小的值。專利文獻(xiàn)1解決了發(fā)光層的內(nèi)部電場(chǎng)的課題。另一方面，GaN基半導(dǎo)體光器件的發(fā)光可在較廣的波長(zhǎng)范圍內(nèi)變化。發(fā)光層可以使 用含有銦的GaN基半導(dǎo)體層。發(fā)光波長(zhǎng)的變化通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)光層中的銦含量來(lái)進(jìn)行。作為該 GaN基半導(dǎo)體層的一例，可以列舉例如InGaN。InGaN顯示出較強(qiáng)的非混和性，因此，在InGaN 的生長(zhǎng)中會(huì)自發(fā)地產(chǎn)生In含量的波動(dòng)，從而引起In的偏析。In的偏析不僅在InGaN中，而且在其它含有銦的GaN基半導(dǎo)體中也可以觀測(cè)到。另外，在為改變發(fā)光波長(zhǎng)而使In含量增 加時(shí)，In的偏析明顯。發(fā)光層中的In的偏析在半導(dǎo)體激光器中使閾值電流增加。另外，發(fā)光層中的In 的偏析在發(fā)光二極管中成為導(dǎo)致面發(fā)光不均勻的原因。因此，在任何一種發(fā)光器件中均期 望減少In偏析。本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，其目的在于提供可抑制由In偏析引起的發(fā)光 特性降低的GaN基半導(dǎo)體發(fā)光器件及外延晶片，并且提供該GaN基半導(dǎo)體發(fā)光器件的制作 方法。另外，本發(fā)明的目的在于提供顯示較低In偏析的GaN基半導(dǎo)體區(qū)域的生長(zhǎng)方法。本發(fā)明的一個(gè)方面的GaN基半導(dǎo)體光器件，包括(a)襯底，其包含第一 GaN基半 導(dǎo)體，且具有主面，該主面自與沿著該第一 GaN基半導(dǎo)體的c軸延伸的基準(zhǔn)軸正交的面起， 以63度以上且小于80度的范圍的傾斜角向該第一 GaN基半導(dǎo)體的m軸方向傾斜；(b)GaN 基半導(dǎo)體外延區(qū)域，其設(shè)置在所述主面上；及(c)半導(dǎo)體外延層，其設(shè)置在所述GaN基半導(dǎo) 體外延區(qū)域上，用于有源層。所述半導(dǎo)體外延層包含第二 GaN基半導(dǎo)體，所述第二 GaN基半 導(dǎo)體含有銦，所述第二 GaN基半導(dǎo)體的c軸相對(duì)于所述基準(zhǔn)軸傾斜，所述基準(zhǔn)軸的朝向?yàn)樗?述第一 GaN基半導(dǎo)體的W001]軸及
軸的任一方向。根據(jù)該GaN基半導(dǎo)體光器件，在上述傾斜角的襯底中，其主面包含寬度較窄的多 個(gè)階面(terrace)。另外，在襯底上設(shè)有GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域，故GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域 與襯底的晶軸相延續(xù)。因此，GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域的主面也自與沿著其c軸延伸的基準(zhǔn) 軸正交的面起，以63度以上且小于80度的范圍的角度向m軸方向傾斜。因此，GaN基半導(dǎo) 體外延區(qū)域的主面也含有寬度較窄的多個(gè)階面。該階面排列構(gòu)成微臺(tái)階。由于上述角度范 圍的階面寬度較窄，因此在多個(gè)階面中不易產(chǎn)生In含量的不均勻。因而，由In偏析引起 的發(fā)光特性的降低得以抑制。另外，階面結(jié)構(gòu)是根據(jù)自c軸起的傾斜角而規(guī)定的，因此在以 第一 GaN基半導(dǎo)體的(0001)面為基準(zhǔn)而規(guī)定該傾斜角的襯底、及以第一 GaN基半導(dǎo)體的 (000-1)面為基準(zhǔn)而規(guī)定該傾斜角的襯底的任何一者中，均可以抑制發(fā)光特性的降低。艮口， 無(wú)論基準(zhǔn)軸朝向第一 GaN基半導(dǎo)體的W001]軸及
軸的任一方向，均可抑制發(fā)光特 性的降低。本發(fā)明的GaN基半導(dǎo)體光器件中，優(yōu)選所述襯底的所述主面自與所述基準(zhǔn)軸正交 的面起，以70度以上的角度向該第一 GaN基半導(dǎo)體的m軸方向傾斜。該GaN基半導(dǎo)體光器 件中，該角度范圍的襯底主面還含有寬度較窄的多個(gè)階面。本發(fā)明的GaN基半導(dǎo)體光器件中，所述第一 GaN基半導(dǎo)體的a軸方向的偏離角可 以為有限的值，且在_3度以上、+3度以下的范圍內(nèi)。根據(jù)該GaN基半導(dǎo)體光器件，a軸方向 的偏離角使外延區(qū)域的表面形態(tài)良好。另外，本發(fā)明的GaN基半導(dǎo)體光器件中，優(yōu)選所述襯 底的所述主面自與所述基準(zhǔn)軸正交的面起，以71度以上、79度以下的角度向該第一 GaN基 半導(dǎo)體的m軸方向傾斜。根據(jù)該GaN基半導(dǎo)體光器件，臺(tái)階端生長(zhǎng)與階面上生長(zhǎng)的平衡良 好。本發(fā)明的GaN基半導(dǎo)體光器件可以包括設(shè)置在所述有源層上的第二導(dǎo)電型GaN基 半導(dǎo)體層。所述GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域含有第一導(dǎo)電型GaN基半導(dǎo)體層，所述有源層含有 沿預(yù)定的軸方向交替配置的阱層及勢(shì)壘層，所述阱層包含所述半導(dǎo)體外延層，且所述勢(shì)壘 層包含GaN基半導(dǎo)體，所述第一導(dǎo)電型GaN基半導(dǎo)體層、所述有源層及所述第二導(dǎo)電型GaN基半導(dǎo)體層沿預(yù)定的軸方向排列，且所述基準(zhǔn)軸的方向與所述預(yù)定的軸方向不同。根據(jù)該GaN基半導(dǎo)體光器件，不僅在包含單層膜的半導(dǎo)體外延層中，而且在量子 阱結(jié)構(gòu)的有源層中也可以實(shí)現(xiàn)較小的In偏析。本發(fā)明的GaN基半導(dǎo)體光器件中，優(yōu)選所述有源層以生成370nm以上的發(fā)光波長(zhǎng) 的方式設(shè)置。根據(jù)該GaN基半導(dǎo)體光器件，在實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生370nm以上的發(fā)光波長(zhǎng)的有源層的 銦含量的范圍內(nèi)，可以減少In偏析。另外，優(yōu)選所述有源層以生成650nm以下的發(fā)光波長(zhǎng) 的方式設(shè)置。根據(jù)該GaN基半導(dǎo)體光器件，在產(chǎn)生650nm以上的發(fā)光波長(zhǎng)的有源層中，半導(dǎo) 體外延層的銦含量較大，因此難以獲得所需晶體品質(zhì)的半導(dǎo)體外延層。本發(fā)明的GaN基半導(dǎo)體光器件中，優(yōu)選所述有源層以生成480nm以上的發(fā)光波長(zhǎng) 的方式設(shè)置。另外，本發(fā)明的GaN基半導(dǎo)體光器件中，優(yōu)選所述有源層以生成600nm以下的 發(fā)光波長(zhǎng)的方式設(shè)置。根據(jù)該GaN基半導(dǎo)體光器件，63度以上且小于80度的范圍的傾斜角 在480nm以上、600nm以下的發(fā)光波長(zhǎng)的范圍內(nèi)有效。本發(fā)明的GaN基半導(dǎo)體光器件中，所述襯底的所述主面可以為自(20_21)面及 (20-2-1)面中的任一面起，以_3度以上、+3度以下的范圍的角度向該第一 GaN基半導(dǎo)體的 m軸方向傾斜的半導(dǎo)體面。根據(jù)該GaN基半導(dǎo)體光器件，(20-21)面及(20_2_1)面自與基準(zhǔn)軸正交的面起以 約75度傾斜。在該角度附近顯示出良好的發(fā)光特性。本發(fā)明的GaN基半導(dǎo)體光器件中，所述基準(zhǔn)軸朝向所述W001]軸的方向，或者，本 發(fā)明的GaN基半導(dǎo)體光器件中，所述基準(zhǔn)軸朝向所述
軸的方向。本發(fā)明的GaN基半導(dǎo)體光器件中，所述襯底可以包含InsAlTGai_s_TN(0彡S彡1、 0彡T彡1、0彡S+T < 1)。另外，本發(fā)明的GaN基半導(dǎo)體光器件中，優(yōu)選所述襯底包含GaN。 根據(jù)該GaN基半導(dǎo)體光器件，由于GaN為二元化合物GaN基半導(dǎo)體，因此可以提供良好的晶 體品質(zhì)與穩(wěn)定的襯底主面。本發(fā)明的GaN基半導(dǎo)體光器件中，所述襯底的所述主面的表面形態(tài)含有多個(gè)微臺(tái) 階。該微臺(tái)階的主要的構(gòu)成面至少包含m面及(10-11)面。該GaN基半導(dǎo)體光器件中，在 上述構(gòu)成面及臺(tái)階端，In的結(jié)合良好。本發(fā)明的另一方面是一種GaN基半導(dǎo)體光器件的制作方法。該方法包括如下步 驟(a)利用生長(zhǎng)爐對(duì)包含第一 GaN基半導(dǎo)體的晶片進(jìn)行熱處理的步驟；(b)在所述主面 上，生長(zhǎng)GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域的步驟；及(c)在所述GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域的主面上，形 成用于有源層的半導(dǎo)體外延層的步驟。所述晶片具有主面，該主面自與沿著該第一 GaN基 半導(dǎo)體的c軸延伸的基準(zhǔn)軸正交的面起，以63度以上且小于80度的范圍的傾斜角向所述 第一 GaN基半導(dǎo)體的m軸方向傾斜。所述半導(dǎo)體外延層包含含有銦的第二 GaN基半導(dǎo)體， 所述第二 GaN基半導(dǎo)體的c軸相對(duì)于所述基準(zhǔn)軸傾斜，所述基準(zhǔn)軸的方向?yàn)樗龅谝?GaN 基半導(dǎo)體的W001]軸及
軸的任一方向。根據(jù)該方法，在上述傾斜角的晶片中，其主面包含寬度較窄的多個(gè)階面。另外，在 晶片上設(shè)有GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域，故GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域與晶片的晶軸相延續(xù)。因此， GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域的主面也自與沿著其c軸延伸的基準(zhǔn)軸正交的面起，以63度以上且 小于80度的范圍的角度向m軸方向傾斜。因此，GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域的主面也含有寬度 較窄的多個(gè)階面。由這些階面的排列構(gòu)成微臺(tái)階。上述角度范圍的階面寬度較窄。由于階面的寬度窄，故而附著在各階面上的In原子遷移的移動(dòng)受到妨礙。因此，在多個(gè)階面中不 易產(chǎn)生In含量的不均勻。因而，由In偏析引起的發(fā)光特性的降低得以抑制。另外，階面結(jié) 構(gòu)是根據(jù)自c軸起的傾斜角而規(guī)定的，因此在以第一 GaN基半導(dǎo)體的(0001)面為基準(zhǔn)而規(guī) 定該傾斜角的晶片、及以第一GaN基半導(dǎo)體的(000-1)面為基準(zhǔn)而規(guī)定該傾斜角的晶片中， 均可以抑制發(fā)光特性的降低。即，無(wú)論基準(zhǔn)軸朝向第一GaN基半導(dǎo)體的W001]軸及
軸的任一方向，均可抑制發(fā)光特性的降低。本發(fā)明的方法中，優(yōu)選所述晶片的所述主面自與所述基準(zhǔn)軸正交的面起，以70度 以上的范圍的角度向所述第一 GaN基半導(dǎo)體的m軸方向傾斜。在該方法中，該角度范圍的 襯底主面還含有寬度較窄的多個(gè)階面。另外，在本發(fā)明的方法中，優(yōu)選所述晶片的所述主面 自與所述基準(zhǔn)軸正交的面起，以71度以上、79度以下的角度向該第一 GaN基半導(dǎo)體的m軸 方向傾斜。根據(jù)該GaN基半導(dǎo)體光器件，臺(tái)階端生長(zhǎng)與階面上生長(zhǎng)的平衡良好。本發(fā)明的方法中，優(yōu)選所述有源層具有包含沿預(yù)定的軸方向交替配置的阱層及勢(shì) 壘層的量子阱結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體外延層為所述阱層，所述勢(shì)壘層包含GaN基半導(dǎo)體。該方法 可以包括如下步驟在所述半導(dǎo)體外延層上形成所述勢(shì)壘層的步驟、及在所述有源層上生 長(zhǎng)第二導(dǎo)電型GaN基半導(dǎo)體層的步驟。所述GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域含有第一導(dǎo)電型GaN基 半導(dǎo)體層，所述第一導(dǎo)電型GaN基半導(dǎo)體層、所述有源層及所述第二導(dǎo)電型GaN基半導(dǎo)體層 沿預(yù)定的軸方向排列，且所述基準(zhǔn)軸的方向與所述預(yù)定的軸方向不同。通過(guò)該方法，不僅在包含單層膜的半導(dǎo)體外延層的生長(zhǎng)中，而且在量子阱結(jié)構(gòu)的 有源層的生長(zhǎng)中也可以實(shí)現(xiàn)較小的In偏析。本發(fā)明的方法中，優(yōu)選所述第一GaN基半導(dǎo)體的a軸方向的偏離角為有限的值，且 在-3度以上、+3度以下的范圍內(nèi)。根據(jù)該方法，通過(guò)自a軸方向偏離的偏離角，可以生長(zhǎng) 表面形態(tài)良好的外延區(qū)域。本發(fā)明的方法中，所述晶片的所述主面的所述傾斜角分布在自該第一 GaN基半導(dǎo) 體的(20-21)面及(20-2-1)面中的任一晶面起_3度以上、+3度以下的范圍內(nèi)。根據(jù)該方法，(20-21)面及(20-2-1)面自基準(zhǔn)軸以75. 09度傾斜。在該角度附近 顯示出良好的發(fā)光特性。本發(fā)明的方法中，所述晶片可以包含InsAlTTGai_s_TN(0彡S彡1、0彡T彡1、0彡S+T <1)。另外，本發(fā)明的方法中，優(yōu)選所述晶片包含GaN。根據(jù)該方法，由于GaN為二元化合 物GaN基半導(dǎo)體，因此可以提供良好的晶體品質(zhì)與穩(wěn)定的襯底主面。本發(fā)明的方法中，所述晶片的所述主面的表面形態(tài)含有多個(gè)微臺(tái)階。該微臺(tái)階的 主要的構(gòu)成面至少包含m面及(10-11)面。該方法中，在上述構(gòu)成面及臺(tái)階端，In的結(jié)合 良好。因此，可以減少In的偏析。本發(fā)明的另一方面是一種GaN基半導(dǎo)體光器件的制作方法。該方法包括如下步 驟(a)對(duì)包含第一 GaN基半導(dǎo)體的晶片進(jìn)行熱處理的步驟；(b)在所述晶片的主面上，生 長(zhǎng)含有第一導(dǎo)電型GaN基半導(dǎo)體層的GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域的步驟；(c)在所述GaN基半 導(dǎo)體外延區(qū)域的主面上，生長(zhǎng)用于有源層的半導(dǎo)體外延層的步驟；(d)在所述有源層上形 成第二導(dǎo)電型GaN基半導(dǎo)體層而制作外延晶片的步驟；(e)在形成所述外延晶片后，形成用 于所述GaN基半導(dǎo)體光器件的陽(yáng)極及陰極而制作襯底產(chǎn)品的步驟；(f)按照所述第一 GaN 基半導(dǎo)體的m軸方向，對(duì)所述襯底產(chǎn)品的主面的表面進(jìn)行劃線的步驟；及(g)在對(duì)所述襯底
9產(chǎn)品進(jìn)行劃線后，進(jìn)行所述襯底產(chǎn)品的解理而形成解理面的步驟。所述襯底產(chǎn)品含有包含 GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域、半導(dǎo)體外延層及第二導(dǎo)電型GaN基半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體層疊體，所述 半導(dǎo)體層疊體位于所述襯底產(chǎn)品的所述主面與所述晶片的所述主面之間。所述解理面包含 a面。所述晶片具有主面，該主面自與沿著該第一 GaN基半導(dǎo)體的c軸延伸的基準(zhǔn)軸正交的 面起，以63度以上且小于80度的范圍的傾斜角向所述第一 GaN基半導(dǎo)體的m軸方向傾斜， 所述半導(dǎo)體外延層包含第二 GaN基半導(dǎo)體，所述第二 GaN基半導(dǎo)體含有銦作為構(gòu)成元素，所 述第二 GaN基半導(dǎo)體的c軸相對(duì)于所述基準(zhǔn)軸傾斜，所述基準(zhǔn)軸朝向所述第一 GaN基半導(dǎo) 體的W00-1]軸的方向。根據(jù)該方法，當(dāng)基準(zhǔn)軸的方向?yàn)榈谝籊aN基半導(dǎo)體的
軸的方向時(shí)，如已經(jīng) 說(shuō)明的那樣，可以抑制發(fā)光特性的降低。劃線對(duì)襯底產(chǎn)品的表面進(jìn)行。在使用該劃線法時(shí)， 解理成品率良好。本發(fā)明的再一方面是一種GaN基半導(dǎo)體光器件的制作方法。該方法包括如下步 驟(a)對(duì)包含第一 GaN基半導(dǎo)體的晶片進(jìn)行熱處理的步驟；(b)在所述晶片的主面上，生 長(zhǎng)含有第一導(dǎo)電型GaN基半導(dǎo)體層的GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域的步驟；(c)在所述GaN基半 導(dǎo)體外延區(qū)域的主面上，生長(zhǎng)用于有源層的半導(dǎo)體外延層的步驟；(d)在所述有源層上形 成第二導(dǎo)電型GaN基半導(dǎo)體層而制作外延晶片的步驟；(e)在形成所述外延晶片后，形成用 于所述GaN基半導(dǎo)體光器件的陽(yáng)極及陰極而制作襯底產(chǎn)品的步驟；(f)按照所述第一 GaN 基半導(dǎo)體的m軸方向，對(duì)所述襯底產(chǎn)品的主面的相反側(cè)的背面進(jìn)行劃線的步驟；及(g)在對(duì) 所述襯底產(chǎn)品進(jìn)行劃線后，進(jìn)行所述襯底產(chǎn)品的解理而形成解理面的步驟。所述襯底產(chǎn)品 含有包含GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域、半導(dǎo)體外延層及第二導(dǎo)電型GaN基半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體層 疊體，所述半導(dǎo)體層疊體位于所述襯底產(chǎn)品的所述主面與所述晶片的所述主面之間，所述 解理面包含a面，所述晶片的主面具有(20-21)面，所述半導(dǎo)體外延層包含第二 GaN基半導(dǎo) 體，所述第二 GaN基半導(dǎo)體含有銦作為構(gòu)成元素，所述第二 GaN基半導(dǎo)體的c軸相對(duì)于沿著 該第一 GaN基半導(dǎo)體的c軸延伸的基準(zhǔn)軸傾斜，所述基準(zhǔn)軸朝向所述第一 GaN基半導(dǎo)體的
軸的方向。在GaN晶片的(20_21)面主面上生長(zhǎng)GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域而制作外延晶片后， 由該外延晶片制作襯底產(chǎn)品。在使用(20-21)面的GaN晶片而制作的襯底產(chǎn)品中，優(yōu)選對(duì) 襯底產(chǎn)品的背面(晶片的背面)進(jìn)行劃線。即對(duì)(20-2-1)面進(jìn)行劃線。GaN的(20_2_1) 面為Ga面，GaN的(20-21)面為N面。(20_2_1)面比(20-21)面硬。通過(guò)對(duì)晶片背面的 (20-2-1)面進(jìn)行劃線，可以提高解理成品率。本發(fā)明的又一方面是一種用于GaN基半導(dǎo)體光器件的外延晶片。該外延晶片包 括(a)襯底，其包含第一 GaN基半導(dǎo)體，且具有主面，該主面自與沿著該第一 GaN基半導(dǎo)體 的c軸延伸的基準(zhǔn)軸正交的面起，以63度以上且小于80度的范圍的傾斜角向該第一 GaN 基半導(dǎo)體的m軸方向傾斜；(b) GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域，其設(shè)置在所述主面上；及(c)半導(dǎo)體 外延層，其設(shè)置在所述GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域上，用于有源層；且所述半導(dǎo)體外延層包含第 二 GaN基半導(dǎo)體，所述第二 GaN基半導(dǎo)體含有銦，所述第二 GaN基半導(dǎo)體的c軸相對(duì)于所述 基準(zhǔn)軸傾斜，所述基準(zhǔn)軸的朝向?yàn)樗龅谝?GaN基半導(dǎo)體的W001]軸及
軸的任一 方向。根據(jù)該外延晶片，在上述傾斜角的襯底中，其主面包含寬度較窄的多個(gè)階面。另外，在襯底上設(shè)有GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域，故GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域與襯底的晶軸相延續(xù)。 因此，GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域的主面也自與沿著其c軸延伸的基準(zhǔn)軸正交的面起，以63度以 上且小于80度的范圍的角度向m軸方向傾斜。因此，GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域的主面也含有 寬度較窄的多個(gè)階面。該階面排列構(gòu)成微臺(tái)階。由于上述角度范圍的階面寬度較窄，因此在 多個(gè)階面中不易產(chǎn)生In含量的不均勻。因而，在該外延晶片中，由In偏析引起的發(fā)光特性 的降低得以抑制。另外，階面結(jié)構(gòu)是根據(jù)自c軸起的傾斜角而規(guī)定的，因此在以第一 GaN基 半導(dǎo)體的(0001)面為基準(zhǔn)而規(guī)定該傾斜角的襯底、及以第一 GaN基半導(dǎo)體的(000-1)面為 基準(zhǔn)而規(guī)定該傾斜角的襯底中，均可以抑制發(fā)光特性的降低。即，無(wú)論基準(zhǔn)軸朝向第一 GaN 基半導(dǎo)體的W001]軸及W00-1]軸的任一方向，均可抑制發(fā)光特性的降低。本發(fā)明的又一方面是一種GaN基半導(dǎo)體膜的生長(zhǎng)方法。該方法包括如下步驟準(zhǔn) 備GaN基半導(dǎo)體區(qū)域的步驟，該GaN基半導(dǎo)體區(qū)域含有包含多個(gè)微臺(tái)階的表面，所述多個(gè)微 臺(tái)階至少包含m面及(10-11)面作為主要的構(gòu)成面；及在所述GaN基半導(dǎo)體區(qū)域的所述表 面上，生長(zhǎng)含有In作為構(gòu)成元素的GaN基半導(dǎo)體膜的步驟。所述GaN基半導(dǎo)體區(qū)域的所述 表面自與沿著該GaN基半導(dǎo)體區(qū)域的c軸延伸的基準(zhǔn)軸正交的面起，以63度以上且小于80 度的范圍的傾斜角向該GaN基半導(dǎo)體區(qū)域的m軸方向傾斜。本發(fā)明的上述目的及其它目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)，由參考附圖進(jìn)行的本發(fā)明的優(yōu)選 實(shí)施方式的以下詳細(xì)說(shuō)明更容易明白。發(fā)明效果如上所述，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，可以提供能夠抑制由有源層中的In偏析引起 的發(fā)光特性降低的GaN基半導(dǎo)體發(fā)光器件及外延晶片。另外，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，可以 提供該GaN基半導(dǎo)體發(fā)光器件的制作方法。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，可以提供顯示較低In 偏析的GaN基半導(dǎo)體區(qū)域的生長(zhǎng)方法。


圖1是示意地表示本實(shí)施方式的GaN基半導(dǎo)體光器件的結(jié)構(gòu)的圖；圖2是示意地表示本實(shí)施方式的GaN基半導(dǎo)體光器件的結(jié)構(gòu)的圖；圖3是表示實(shí)施例1的外延晶片El、E2的圖；圖4是表示X射線衍射結(jié)果及理論計(jì)算的結(jié)果的圖；圖5是表示本實(shí)施方式的GaN基半導(dǎo)體光器件的制作方法的主要步驟的圖；圖6是表示實(shí)施例2的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)(LED1、LED2)的圖；圖7是表示發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)LED1、LED2的電致發(fā)光光譜的圖；圖8是表示外延晶片E3、E4的陰極發(fā)光(CL，Cathodo Luminescence)圖像的圖；圖9是表示發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)LED1、LED2中發(fā)光波長(zhǎng)與電流注入量的關(guān)系的測(cè)定的 圖；圖10是表示關(guān)于壓電電場(chǎng)的計(jì)算結(jié)果的圖；圖11是表示具有不同In含量的阱層的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的電致發(fā)光的圖；圖12是表示InGaN阱層的發(fā)光二極管及AlGaInP阱層的外量子效率以及人的可 見(jiàn)度曲線的圖；圖13是表示實(shí)施例4的激光二極管結(jié)構(gòu)(LDl)的11
圖14是表示在具有自c軸向m軸方向傾斜的各種傾斜角(偏離角)的GaN主面 上淀積的InGaN的In含量與偏離角的關(guān)系的圖；圖15是示意地表示在具有c面及偏離角β的GaN基半導(dǎo)體面上的含有In的GaN 基半導(dǎo)體的淀積的圖；圖16是示意地表示實(shí)施例6的半導(dǎo)體激光器的圖；圖17是示意地表示實(shí)施例7的半導(dǎo)體激光器的圖；圖18是示意地表示實(shí)施例8的半導(dǎo)體激光器的圖；圖19是表示m面偏離+75度的GaN襯底上的量子阱結(jié)構(gòu)的光致發(fā)光(PL，Photo Luminescence)光譜PL+75、及m面偏離-75度的GaN襯底上的量子阱結(jié)構(gòu)的PL光譜PL-75 的圖；圖20是表示使用自(000-1)面以銳角的角度傾斜的半極性襯底制作半導(dǎo)體發(fā)光 器件的方法的主要流程的圖；圖21是表示使用自(000-1)面以銳角的角度傾斜的半極性襯底的半導(dǎo)體發(fā)光器 件的解理的主要步驟的圖；圖22是示意地表示生長(zhǎng)溫度較高時(shí)的生長(zhǎng)模式及生長(zhǎng)溫度較低時(shí)的生長(zhǎng)模式的 圖；圖23是表示通過(guò)臺(tái)階流生長(zhǎng)及階面上生長(zhǎng)而生長(zhǎng)的GaN的生長(zhǎng)表面的AFM圖像 的圖；圖24是示意地表示非穩(wěn)定面上的GaN及InGaN的高溫生長(zhǎng)中的臺(tái)階流生長(zhǎng)的生 長(zhǎng)機(jī)制、及非穩(wěn)定面中的GaN及InGaN的低溫生長(zhǎng)中的階面上生長(zhǎng)及臺(tái)階端生長(zhǎng)的生長(zhǎng)機(jī) 制的圖； 圖25是表示在全部相同的條件下，于攝氏760度在自c面以各種傾斜角度向m軸 方向傾斜的GaN襯底上生長(zhǎng)InGaN的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖；圖26是表示作為示例的{10-11}面的表面原子排列的圖；圖27表示作為示例的向m軸方向傾斜約45度的面的生長(zhǎng)表面的原子排列；圖28是表示包含由{10-11}面與m面形成的微小臺(tái)階的生長(zhǎng)表面的圖；圖29是表示作為示例的使c面向m軸方向以75度的偏離角傾斜的面的表面原子 排列的圖；圖30是表示In納入與偏離角的關(guān)系的圖；圖31是對(duì)于In納入、In偏析及壓電電場(chǎng)表示各面及角度范圍的特征的圖；圖32是對(duì)于In納入、In偏析及壓電電場(chǎng)表示詳細(xì)的各面及角度范圍的特征的圖。符號(hào)說(shuō)明
IlaUlbGaN基半導(dǎo)體光器件
VN法線向量
VC+
軸方向的向量
VC-
軸方向的向量
Sc平面
Cx基準(zhǔn)軸
Ax預(yù)定的軸
12
13襯底
13a襯底的主面
15GaN基半導(dǎo)體外延
17有源層
α主面傾斜角
19半導(dǎo)體外延層
Μ1、Μ2、Μ3 表面形態(tài)
21GaN基半導(dǎo)體區(qū)域
23η型GaN半導(dǎo)體層
25η型InGaN半導(dǎo)體
27,45電子阻擋層
29、49接觸層
31量子阱結(jié)構(gòu)
33阱層
35勢(shì)壘層
37,51第一電極
39,55第二電極
Aoffa軸方向的偏離角
41η型包覆層
43a、43b 光導(dǎo)層
47包覆層
53絕緣膜
141襯底產(chǎn)品
141a襯底產(chǎn)品的主面
141b襯底產(chǎn)品的背面
143劃線器
145劃刻線
147解理面
149按壓裝置
LDB激光棒
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的見(jiàn)解通過(guò)參考作為例示所示的附圖來(lái)思考以下詳細(xì)說(shuō)明可以容易地理 解。接下來(lái)，一面參考附圖，一面對(duì)本發(fā)明的GaN基半導(dǎo)體光器件、GaN基半導(dǎo)體光器件的制 作方法、外延晶片及GaN基半導(dǎo)體區(qū)域的生長(zhǎng)方法的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。在可能的情況下， 同一部分標(biāo)注相同的符號(hào)。另外，本說(shuō)明中，在表示六方晶系晶體的晶軸的al軸、a2軸、a3 軸、c軸中，關(guān)于表示各晶軸的正方向與反方向的表述，例如W00-1]軸為W001]軸的反方 向，為了表示反方向使用在數(shù)字(例如“1”)之前標(biāo)注有負(fù)號(hào)的“-1”。圖1是示意地表示本實(shí)施方式的GaN基半導(dǎo)體光器件的結(jié)構(gòu)的圖。作為GaN基半導(dǎo)體光器件11a，例如有發(fā)光二極管等。GaN基半導(dǎo)體光器件Ila包括襯底13、GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域15及有源層17。襯 底13包含第一 GaN基半導(dǎo)體，例如可以為GaN、InGaN、AlGaN等。GaN為二元化合物GaN基 半導(dǎo)體，因此可以提供良好的晶體品質(zhì)與穩(wěn)定的襯底主面。另外，第一 GaN基半導(dǎo)體例如可 包含AlN等。襯底13的c面沿著圖1所示的平面Sc延伸。在平面Sc上，顯示有用于表示 六方晶系GaN基半導(dǎo)體的晶軸的坐標(biāo)系CR(c軸、a軸、m軸)。襯底13的主面13a自與沿 著該第一 GaN基半導(dǎo)體的c軸延伸的基準(zhǔn)軸Cx正交的面以63度以上且小于80度的范圍 的傾斜角向該第一 GaN基半導(dǎo)體的m軸方向傾斜。傾斜角α根據(jù)襯底13的主面13a的法 線向量VN與基準(zhǔn)軸Cx所成的角度而規(guī)定，在本實(shí)施例中，該角度α與向量VC+和向量VN 所成的角相等。GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域15設(shè)置在主面13a上。GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域15 可以含有一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體層。在GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域15上設(shè)有有源層17。有源層17 含有至少一個(gè)半導(dǎo)體外延層19。半導(dǎo)體外延層19設(shè)置在GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域15上。半 導(dǎo)體外延層19包含含有銦的第二 GaN基半導(dǎo)體，例如包含InGaN、InAlGaN等。半導(dǎo)體外延 層19的膜厚方向相對(duì)于基準(zhǔn)軸Cx傾斜。該基準(zhǔn)軸Cx可朝向第一 GaN基半導(dǎo)體的W001] 軸的方向或W00-1]軸的方向。在本實(shí)施例中，基準(zhǔn)軸Cx朝著向量VC+所示的方向，其結(jié) 果為，向量VC-朝向W00-1]軸的方向。根據(jù)該GaN基半導(dǎo)體光器件1 la,在上述傾斜角的襯底13中，其主面13a含有如圖 1所示的包含寬度較窄的多個(gè)階面的表面形態(tài)Ml。另外，在襯底13上設(shè)有GaN基半導(dǎo)體外 延區(qū)域15，故GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域15的晶軸與襯底13的晶軸相延續(xù)。因此，GaN基半導(dǎo) 體外延區(qū)域15的主面15a也自與基準(zhǔn)軸Cx正交的面起，以63度以上且小于80度的范圍 的角度向m軸方向傾斜，GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域15的主面15a也含有包含寬度較窄的多個(gè) 階面的表面形態(tài)M2。這些階面的排列構(gòu)成微臺(tái)階。由于上述角度范圍的階面的寬度較窄， 因此在多個(gè)階面中不易產(chǎn)生In含量的不均勻。因而，由In偏析引起的發(fā)光特性的降低得 以抑制。另外，由于階面結(jié)構(gòu)與自c軸起的傾斜角相關(guān)，因此在以第一 GaN基半導(dǎo)體的 (0001)面為基準(zhǔn)而規(guī)定該傾斜角的襯底、及以第一 GaN基半導(dǎo)體的(000-1)面為基準(zhǔn)而規(guī) 定該傾斜角的襯底的任何一者中，均可抑制發(fā)光特性的降低。即，無(wú)論基準(zhǔn)軸Cx朝向第一 GaN基半導(dǎo)體的W001]軸及W00-1]軸的任一方向，均可抑制發(fā)光特性的降低。在GaN基半導(dǎo)體光器件Ila中，優(yōu)選襯底13的主面13a自與基準(zhǔn)軸正交的面起以 70度以上且小于80度的范圍的角度向該第一 GaN基半導(dǎo)體的m軸方向傾斜。該角度范圍 的襯底主面13a還含有寬度較窄的多個(gè)階面。根據(jù)GaN基半導(dǎo)體光器件11a，可以抑制由有源層17中的In偏析引起的發(fā)光特性 的降低。參考圖1，顯示有坐標(biāo)系S。襯底13的主面13a朝向Z軸的方向，且沿X方向及Y 方向延伸。X軸朝向a軸的方向。GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域15可含有一個(gè)或多個(gè)第一導(dǎo)電型GaN基半導(dǎo)體層。在本實(shí) 施例中，GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域15含有沿Z方向排列的η型GaN半導(dǎo)體層23及η型InGaN 半導(dǎo)體層25。由于η型GaN半導(dǎo)體層23及η型InGaN半導(dǎo)體層25外延生長(zhǎng)在襯底13的主 面13a上，因此η型GaN半導(dǎo)體層23的主面23a及η型InGaN半導(dǎo)體層25的主面 (本實(shí)施例中，與表面15a等效)也分別含有具有階面結(jié)構(gòu)的形態(tài)M3、M2。形態(tài)M1、M2、M3含有沿c軸傾斜的方向排列的多個(gè)微臺(tái)階，這些微臺(tái)階沿著與傾斜 方向交叉的方向延伸。微臺(tái)階的主要的構(gòu)成面至少包含m面及(10-11)面。在上述構(gòu)成面 及臺(tái)階端，In的結(jié)合良好。GaN基半導(dǎo)體光器件Ila可包括設(shè)置在有源層17上的GaN基半導(dǎo)體區(qū)域21。GaN 基半導(dǎo)體區(qū)域21可含有一個(gè)或多個(gè)第二導(dǎo)電型GaN基半導(dǎo)體層。GaN基半導(dǎo)體區(qū)域21含 有沿Z方向排列的電子阻擋層27及接觸層29。電子阻擋層27例如可包含AlGaN，另外，接 觸層29例如可包含ρ型GaN或ρ型AlGaN。GaN基半導(dǎo)體光器件Ila中，優(yōu)選有源層17以生成370nm以上的發(fā)光波長(zhǎng)的方式 設(shè)置。在實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生370nm以上的波長(zhǎng)的光的有源層的銦含量的范圍內(nèi)，可以減少In偏析。 另外，優(yōu)選有源層17以生成650nm以下的發(fā)光波長(zhǎng)的方式設(shè)置。在產(chǎn)生650nm以上的發(fā)光 波長(zhǎng)的有源層中，由于半導(dǎo)體外延層的銦含量較大，因此難以獲得所需晶體品質(zhì)的半導(dǎo)體 外延層。有源層17可含有量子阱結(jié)構(gòu)31，該量子阱結(jié)構(gòu)31包含沿預(yù)定的軸Ax的方向交替 配置的阱層33及勢(shì)壘層35。在本實(shí)施例中，阱層33包含半導(dǎo)體外延層19，阱層33例如包 含InGaN、InAlGaN等。另外，勢(shì)壘層35包含GaN基半導(dǎo)體，GaN基半導(dǎo)體例如可包含GaN、 InGaN, AlGaN等。η型GaN基半導(dǎo)體層23、25、與有源層17及GaN基半導(dǎo)體層27、29沿預(yù) 定的軸Ax的方向排列?；鶞?zhǔn)軸Cx的方向與預(yù)定的軸Ax的方向不同。根據(jù)該GaN基半導(dǎo)體光器件11a，不僅在包含單層膜的半導(dǎo)體外延層中，而且在量 子阱結(jié)構(gòu)31中也可以實(shí)現(xiàn)較小的In偏析。GaN基半導(dǎo)體光器件Ila可包含設(shè)置在接觸層29上的第一電極37 (例如陽(yáng)極)， 第一電極37可包含覆蓋接觸層29的透明電極。作為透明電極，可使用例如Ni/Au。GaN基 半導(dǎo)體光器件Ila可含有設(shè)置在襯底13的背面13b上的第二電極39 (例如陰極)，第二電 極39例如包含Ti/Al。有源層17響應(yīng)施加在電極37、39兩端的外部電壓而生成光Ll，在本實(shí)施例中，GaN 基半導(dǎo)體光器件Ila含有面發(fā)光器件。該有源層17中，壓電電場(chǎng)較小。優(yōu)選襯底13中的a軸方向的偏離角Atw為有限的值。a軸方向的偏離角Atw使外 延區(qū)域的表面形態(tài)變得良好。該偏離角Atw 面內(nèi)的角度。偏離角Atw的范圍例如可 在-3度以上、+3度以下的范圍內(nèi)，具體而言，偏離角Atw的范圍例如優(yōu)選在-3度以上、-0. 1 度以下、及+0. 1度以上、+3度以下的范圍內(nèi)。偏離角Aqff的范圍例如在-0. 4度以上、-0. 1 度以下、及+0. 1度以上、+0.4度以下的范圍內(nèi)時(shí)，表面形態(tài)會(huì)進(jìn)一步變得良好。GaN基半導(dǎo)體光器件Ila中，優(yōu)選有源層17以生成480nm以上的發(fā)光波長(zhǎng)的方式 設(shè)置。另外，優(yōu)選有源層17以生成600nm以下的發(fā)光波長(zhǎng)的方式設(shè)置。63度以上且小于 80度的范圍的傾斜角在480nm以上、600nm以下的發(fā)光波長(zhǎng)的范圍內(nèi)有效。對(duì)于在該波長(zhǎng) 范圍內(nèi)的長(zhǎng)波長(zhǎng)，阱層需要有較大的In含量，從而在顯示較大In偏析的面例如c面、m面 及(10-11)面等上，發(fā)光強(qiáng)度會(huì)大幅降低。另一方面，在本實(shí)施方式的角度范圍內(nèi)，In偏析 較小，因此即使在480nm以上的長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)域，發(fā)光強(qiáng)度的降低也較小。圖2是示意地表示本實(shí)施方式的GaN基半導(dǎo)體光器件的結(jié)構(gòu)的圖。作為GaN基半 導(dǎo)體光器件11b，例如有半導(dǎo)體激光器等。GaN基半導(dǎo)體光器件lib與GaN基半導(dǎo)體光器件Ila同樣地包括襯底13、GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域15及有源層17。襯底13的c面沿著圖2 所示的平面Sc延伸。在平面Sc上顯示有坐標(biāo)系CR(c軸、a軸、m軸)。襯底13的主面13a 自與沿著該第一 GaN基半導(dǎo)體的c軸延伸的基準(zhǔn)軸Cx正交的面起，以63度以上且小于80 度的范圍的傾斜角向該第一 GaN基半導(dǎo)體的m軸方向傾斜。傾斜角α是根據(jù)襯底13的主 面13a的法線向量VN與基準(zhǔn)軸Cx所成的角度而規(guī)定的，在本實(shí)施例中，該角度與向量VC+ 和向量VN所成的角相等。GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域15設(shè)置在主面13a上。有源層17含有 至少一個(gè)半導(dǎo)體外延層19。半導(dǎo)體外延層19設(shè)置在GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域15上。半導(dǎo) 體外延層19包含第二 GaN基半導(dǎo)體，第二 GaN基半導(dǎo)體含有銦作為構(gòu)成元素。半導(dǎo)體外延 層19的膜厚方向相對(duì)于基準(zhǔn)軸Cx傾斜。該基準(zhǔn)軸Cx可朝向第一 GaN基半導(dǎo)體的W001] 軸的方向或W00-1]軸的方向。在本實(shí)施例中，基準(zhǔn)軸Cx朝著向量VC+所示的方向，其結(jié) 果為，向量VC-朝向
軸的方向。另外，圖2中也顯示有偏離角Atw，該偏離角Atw為 XZ面內(nèi)的角度。根據(jù)該GaN基半導(dǎo)體光器件11b，在襯底13中，其主面13a含有如圖2所示的包 含寬度較窄的多個(gè)階面的表面形態(tài)Ml。另外，在襯底13上設(shè)有GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域15。 GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域15的晶軸與襯底13的晶軸相延續(xù)。因此，GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域15 的主面15a也自與基準(zhǔn)軸Cx正交的面起以63度以上且小于80度的范圍的角度向m軸方 向傾斜。因此，GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域15的主面15a也含有包含寬度較窄的多個(gè)階面的表 面形態(tài)M2。這些階面的排列構(gòu)成微臺(tái)階。由于上述角度范圍的階面的寬度較窄，因此在多 個(gè)階面中不易產(chǎn)生In含量的不均勻。因此，由In偏析引起的發(fā)光特性的降低得以抑制。在GaN基半導(dǎo)體光器件lib的一個(gè)實(shí)施例中，GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域15含有沿Ax 軸的方向(Z方向)排列的η型包覆層41及光導(dǎo)層43a。η型包覆層41例如可包含AlGaN 或GaN，另外，光導(dǎo)層43a例如可包含非摻雜InGaN。由于η型包覆層41及光導(dǎo)層43a外延 生長(zhǎng)在襯底13的主面13a上，因此η型包覆層41的主面41a及光導(dǎo)層43a的主面43c (本 實(shí)施例中，與表面15a等效)也分別含有具有階面結(jié)構(gòu)的表面形態(tài)。上述表面形態(tài)含有沿c 軸的傾斜方向排列的多個(gè)微臺(tái)階，這些微臺(tái)階沿著與傾斜方向交叉的方向延伸。微臺(tái)階的 主要的構(gòu)成面至少包含m面、(20-21)面及(10-11)面等。在上述構(gòu)成面及臺(tái)階端，In的結(jié) 合良好。GaN基半導(dǎo)體光器件1 Ib中，GaN基半導(dǎo)體區(qū)域21含有沿Z方向排列的光導(dǎo)層43b、 電子阻擋層45、包覆層47及接觸層49。光導(dǎo)層43b例如可包含非摻雜InGaN。電子阻擋 層45例如可包含AlGaN，包覆層47例如可包含ρ型AlGaN或ρ型GaN，另外，接觸層49例 如可包含ρ型GaN或ρ型AlGaN。GaN基半導(dǎo)體光器件lib可包含設(shè)置在接觸層49上的第一電極51 (例如陽(yáng)極)， 第一電極51通過(guò)覆蓋接觸層49的絕緣膜53的條形窗口與接觸層49連接。作為第一電極 51，可以使用例如Ni/Au。GaN基半導(dǎo)體光器件lib可含有設(shè)置在襯底13的背面13b上的 第二電極55 (例如陰極)，第二電極55例如包含Ti/Al。有源層17響應(yīng)施加在電極51、55兩端的外部電壓而生成光L2，在本實(shí)施例中，GaN 基半導(dǎo)體光器件lib包含端面發(fā)光器件。在該有源層17中，壓電電場(chǎng)的Z成分(與預(yù)定的 軸Ax的方向相關(guān)的成分)與自ρ型GaN基半導(dǎo)體層43a、45、47、49朝向η型GaN基半導(dǎo)體 層41、43a的方向?yàn)橄喾捶较颉８鶕?jù)該GaN基半導(dǎo)體光器件11b，由于壓電電場(chǎng)的Z成分與
16施加在電極51、55兩端的外部電壓所產(chǎn)生的電場(chǎng)的方向?yàn)橄喾捶较?，因此可減少發(fā)光波長(zhǎng) 的偏移。GaN基半導(dǎo)體光器件IlaUlb中，優(yōu)選襯底13的a軸方向的偏離角Atw為有限的 值。a軸方向的偏離角Atw使外延區(qū)域的表面形態(tài)變得良好。偏離角Atw的范圍例如可在-3 度以上、+3度以下的范圍內(nèi)，具體而言，優(yōu)選例如在_3度以上、-0. 1度以下、及+0. 1度以 上、+3度以下的范圍內(nèi)。偏離角Aqff的范圍例如在-0.4度以上、-0. 1度以下、及+0. 1度以 上、+0.4度以下的范圍內(nèi)時(shí)，表面形態(tài)進(jìn)一步變得良好。GaN基半導(dǎo)體光器件IlaUlb中，優(yōu)選有源層17以生成480nm以上的發(fā)光波長(zhǎng)的 方式設(shè)置。另外，優(yōu)選有源層17以生成600nm以下的發(fā)光波長(zhǎng)的方式設(shè)置。63度以上且 小于80度的范圍的傾斜角在480nm以上、600nm以下的發(fā)光波長(zhǎng)的范圍內(nèi)有效。如果為該 程度的波長(zhǎng)，則阱層的In含量變得很大，在c面、m面及(10-11)面等In偏析較大的面上， 發(fā)光強(qiáng)度大幅降低。另一方面，在該角度范圍內(nèi)，In偏析較小，因此即使在480nm以上的 長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)域，發(fā)光強(qiáng)度的降低也較小。另外，阱層的厚度的范圍例如可以為0. 5nm lOnm。 InxGai_xN阱層的In含量X的范圍例如可以為0. 01 0. 50。(實(shí)施例1)準(zhǔn)備GaN晶片Sl及GaN晶片S2。GaN晶片Sl的主面包含六方晶系GaN中的c面。 GaN晶片S2的主面自c面起以75度的角度向六方晶系GaN中的m軸方向傾斜，該傾斜面表 示為(20-21)面。任一主面均進(jìn)行了鏡面研磨。在晶片S2的主面上，偏離角自(20-21)面 以_3度以上、+3度以下的范圍的角度分布。在GaN晶片Sl及GaN晶片S2上，通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法外延生長(zhǎng)摻雜Si 的η型GaN層及非摻雜InGaN層，制作圖3所示的外延晶片El、Ε2。作為用于外延生長(zhǎng)的 原料，使用三甲基鎵(TMG)、三甲基銦(TMI)、氨(NH3)、硅烷(SiH4) 0在生長(zhǎng)爐內(nèi)設(shè)置晶片Si、S2。在以下條件下，在這些晶片上進(jìn)行外延生長(zhǎng)。在攝 氏1050度的溫度及27kPa的爐內(nèi)壓力下，一面通入NH3與H2，一面進(jìn)行10分鐘的熱處理。 作為該熱處理溫度，可使用例如攝氏850度以上、1150度以下的溫度。另外，作為熱處理的 氣氛，可使用NH3與H2等的組合。通過(guò)該熱處理引起的表面改質(zhì)，在晶片S2的表面形成根 據(jù)偏離角所規(guī)定的階面結(jié)構(gòu)。該熱處理后，將TMG、NH3> SiH4供給至生長(zhǎng)爐中，在攝氏1000度下生長(zhǎng)摻雜Si的 GaN層61a、61b。GaN層61a、61b的厚度例如為2微米。繼而，將TMG、TMI、NH3供給至生長(zhǎng) 爐中，在攝氏750度的襯底溫度下生長(zhǎng)非摻雜InGaN層63a、63b。InGaN層63a、63b的厚度 為20nm。另外，摩爾比為V/III = 7322，生長(zhǎng)爐壓力為lOOkPa。成膜后，使生長(zhǎng)爐的溫度降 至室溫，制作外延晶片E1、E2。進(jìn)行外延晶片El、E2的X射線衍射測(cè)定。掃描使用ω-2θ法進(jìn)行。由于X射線 的衍射角反映晶體的晶格常數(shù)，因此例如可測(cè)定InGaN三元混晶的各元素的摩爾分?jǐn)?shù)。另外，在外延晶片Ε1、Ε2中，由于晶片的主面的偏離角相互不同，因而進(jìn)行X射線 衍射測(cè)定時(shí)，在對(duì)準(zhǔn)各個(gè)晶片的主面的偏離角的位置處配置X射線入射裝置、試樣臺(tái)、X射 線檢測(cè)裝置。具體而言，在外延晶片El中，沿W001]方向進(jìn)行軸設(shè)置(軸立 )。使衍射結(jié)果 與理論計(jì)算相符，以確定InGaN中的In含量。在該面取向下，晶片主面的法線方向W001]與測(cè)定的立軸方向W001] —致，因此由理論計(jì)算得到的值可以直接用作實(shí)際的含量。在外延晶片E2中，沿[10-10]方向進(jìn)行立軸。通過(guò)該立軸，X射線相對(duì)于晶片主 面(20-21)面僅傾斜15度而入射，因此由X射線衍射得到的值將In含量估算得過(guò)小。因 此，在使實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算相符時(shí)，需要根據(jù)自[10-10]方向的斜率來(lái)校正測(cè)定值。通過(guò) 該校正，確定InGaN中的In含量。圖4是表示X射線衍射結(jié)果及理論計(jì)算結(jié)果的圖。參考圖4(a)，顯示有外延晶片 El的實(shí)驗(yàn)結(jié)果EXl及理論計(jì)算結(jié)果TH1。參考圖4 (b)，顯示有外延晶片E2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果EX2 及理論計(jì)算結(jié)果TH2。外延晶片El的In含量為20. 5%，另一方面，外延晶片E2的In含量 為19.6%。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示，與GaN的c面相比，GaN (20-21)面具有同等的In納入。該情 況例如在發(fā)光二極管、半導(dǎo)體激光二極管等光器件的制作中，對(duì)于需要較高In含量的長(zhǎng)波 長(zhǎng)的發(fā)光器件有利。另外，如果為相同的In含量，則可提高InGaN的生長(zhǎng)溫度，可提高發(fā)光 層的結(jié)晶性。(實(shí)施例2)根據(jù)圖5所示的步驟，通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法在GaN晶片S3及GaN晶片S4 上制作圖6所示的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)(LED1、LED2)的外延晶片。作為用于外延生長(zhǎng)的原料， 使用三甲基鎵(TMG)、三甲基銦(TMI)、三甲基鋁(TMA)、氨(NH3)、硅烷(SiH4)及雙環(huán)戊二烯 鎂(Cp2Mg)。準(zhǔn)備GaN晶片S3及S4。GaN晶片S3的主面包含六方晶系GaN中的c面。在步驟 SlOl中，準(zhǔn)備傾斜角與自63度至小于80度的傾斜角范圍內(nèi)的傾斜角相當(dāng)?shù)腉aN晶片S4。 本實(shí)施例中，GaN晶片S4含有自c面以75度的角度向六方晶系GaN中的m軸方向傾斜的 主面，該傾斜面表示為(20-21)面。任一主面均進(jìn)行了鏡面研磨。在以下條件下，在晶片S3、S4上進(jìn)行外延生長(zhǎng)。首先，在步驟S 102中，將晶片S3、 S4設(shè)置在生長(zhǎng)爐內(nèi)。在步驟S103中，在攝氏1050度的溫度及27kPa的爐內(nèi)壓力下，一面通 入NH3與H2，一面進(jìn)行10分鐘的熱處理。通過(guò)該熱處理引起的表面改質(zhì)，在晶片S4的表面 形成根據(jù)偏離角所規(guī)定的階面結(jié)構(gòu)。該熱處理后，在步驟S104中，生長(zhǎng)GaN基半導(dǎo)體區(qū)域。 例如在攝氏1000度下，將TMG、NH3> SiH4供給至生長(zhǎng)爐中，生長(zhǎng)摻雜Si的GaN層65b。GaN 層65b的厚度例如為2微米。繼而，在攝氏850度的襯底溫度下，將TMG、TMI、NH3、SiH4供 給至生長(zhǎng)爐中，生長(zhǎng)摻雜Si的InGaN層67b。InGaN層67b的厚度為lOOnm。InGaN層67b 的In含量例如為0. 02。在步驟S105中，生長(zhǎng)有源層。在步驟S106中，在攝氏870度的襯底溫度下，將TMG、 NH3供給至生長(zhǎng)爐中，并在該生長(zhǎng)溫度Tl下生長(zhǎng)非摻雜GaN勢(shì)壘層69b。GaN層69b的厚度 為15nm。步驟S107中，在生長(zhǎng)后中斷生長(zhǎng)，將襯底溫度從攝氏870度變更為攝氏760度。 變更后，在步驟S108中，在該生長(zhǎng)溫度T2下將TMG、TMI、NH3供給至生長(zhǎng)爐中，生長(zhǎng)非摻雜 InGaN阱層71b。InGaN阱層71b的厚度為3nm。InGaN層71b的In含量例如為0. 25。在 阱層71b中，根據(jù)發(fā)光波長(zhǎng)而變更In流量。在InGaN阱層71b的生長(zhǎng)后，停止TMI的供給。 在步驟S109中，一面將TMG、NH3供給至生長(zhǎng)爐中，一面將襯底溫度從攝氏760度變更為攝氏 870度。在該變更中，也生長(zhǎng)非摻雜GaN勢(shì)壘層73b的一部分。變更后，在步驟SllO中，生 長(zhǎng)非摻雜GaN勢(shì)壘層73b的剩余部分。GaN勢(shì)壘層73b的厚度為15nm。在步驟Slll中，反 復(fù)進(jìn)行勢(shì)壘層的生長(zhǎng)、溫度變更、阱層的生長(zhǎng)，形成InGaN阱層(75b、79b)、GaN勢(shì)壘層(77b、81b)。在步驟S112中，生長(zhǎng)GaN基半導(dǎo)體區(qū)域。例如，在GaN勢(shì)壘層81b的生長(zhǎng)后，停止 TMG的供給，使襯底溫度上升至攝氏1000度。在該溫度下，將TMG、TMA、NH3、Cp2Mg供給至生 長(zhǎng)爐中，生長(zhǎng)P型Alai8Gaa82N電子阻擋層83b。電子阻擋層83b例如為20nm。之后，停止 TMA的供給，生長(zhǎng)ρ型GaN接觸層85b。ρ型GaN接觸層85b例如為50nm。在成膜后，使生 長(zhǎng)爐的溫度降至室溫，制作外延晶片E4。本實(shí)施例中的ρ型區(qū)域的生長(zhǎng)溫度比在c面上生 長(zhǎng)P型區(qū)域的最適生長(zhǎng)溫度低約100度。根據(jù)本發(fā)明人的實(shí)驗(yàn)可以確認(rèn)以下情況在本偏 離角范圍內(nèi)的襯底上形成的有源層對(duì)P層生長(zhǎng)時(shí)的升溫敏感而容易劣化，在c面上生長(zhǎng)P 型區(qū)域的最適溫度下，尤其是生長(zhǎng)長(zhǎng)波長(zhǎng)的有源層時(shí)，巨大的暗區(qū)域會(huì)擴(kuò)大。此處，暗區(qū)域 是指螢光顯微鏡像中的非發(fā)光區(qū)域。通過(guò)降低P層生長(zhǎng)溫度，可以防止由P層生長(zhǎng)時(shí)的升 溫所引起的暗區(qū)域的擴(kuò)大。繼而，對(duì)晶片S3也使用相同的成膜條件，生長(zhǎng)摻雜Si的GaN層(厚度2微 米)65a、摻雜Si的InGaN層(厚度IOOnm) 67a、ρ型AlGaN電子阻擋層(厚度20nm)83a 及P型GaN接觸層(厚度50nm)85a。有源層包含=InGaN阱層(厚度3nm) 71a、75a、79a、 及GaN勢(shì)壘層(厚度15nm)69a、73a、77a、81a。在接觸層的生長(zhǎng)后，使生長(zhǎng)爐的溫度降至室 溫，制作外延晶片E3。在步驟S113中，在外延晶片E3、E4上形成電極。首先，通過(guò)蝕刻(例如 RIE(Reactive Ion Etching，反應(yīng)性離子蝕刻)形成臺(tái)面形狀。臺(tái)面形狀的尺寸例如為 400 μ m見(jiàn)方。繼而，在ρ型GaN接觸層85a、85b上形成ρ透明電極(Ni/Au)87a、87b。之后， 形成P焊盤電極(Ti/Au)。在晶片S3、S4的背面形成η電極(Ti/Al) 89a、89b。以電極退火 (例如攝氏550度下1分鐘)的順序進(jìn)行。通過(guò)該步驟，得到發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)LED1、LED2。對(duì)發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)LEDl、LED2施加電流，測(cè)定電致發(fā)光光譜。電極尺寸為500微 米見(jiàn)方，施加電流為120mA。圖7是表示發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)LED1、LED2的電致發(fā)光光譜的圖， 顯示有光譜EL。、ELm750這些光譜的峰值波長(zhǎng)為相同程度，光譜ELm75的峰值強(qiáng)度為光譜ELc 的峰值強(qiáng)度的2倍以上。另外，光譜ELm75的半高寬為光譜EL。的半高寬的一半以下。發(fā)光 二極管結(jié)構(gòu)LED2的光輸出較高，且半高寬較小。這些特性可以顯示優(yōu)良的色純度，并且可 以提高與其它色的發(fā)光混合時(shí)的顯色性。LED模式下的發(fā)光的半高寬較小，這對(duì)于降低激光 二極管的閾值非常有效。圖8是表示外延晶片E3、E4中的陰極發(fā)光(CL)像的圖。參考圖8(a)，顯示有外 延晶片E3的陰極發(fā)光像?？梢钥闯鰣D8(a)的發(fā)光像中有斑，且無(wú)助與發(fā)光的暗區(qū)域較廣。 認(rèn)為該發(fā)光的不均勻是由外延晶片E3的有源層中的In偏析所致。在使用c面襯底的外延 晶片中，隨著發(fā)光波長(zhǎng)變?yōu)殚L(zhǎng)波，發(fā)光的不均勻程度變得明顯。因此，在使用c面襯底的發(fā) 光器件中，發(fā)光波長(zhǎng)越長(zhǎng)，光輸出越低，且發(fā)光光譜的半高寬越大。參考圖8 (b)，顯示有外延晶片E4的陰極發(fā)光像。與圖8 (a)的發(fā)光像相比，圖8 (b) 的發(fā)光像發(fā)光的均勻性優(yōu)良。因此，認(rèn)為在外延晶片E4中，InGaN層的In偏析較小。因此， 發(fā)光器件的發(fā)光強(qiáng)度較大，發(fā)光的半高寬也變小。另外，對(duì)于在晶片S4上制作的發(fā)光器件， 長(zhǎng)波長(zhǎng)發(fā)光的光輸出的降低較小，且長(zhǎng)波長(zhǎng)的發(fā)光光譜的半高寬的增大也較小。圖9是表示發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)LED1、LED2中發(fā)光波長(zhǎng)與電流注入量的關(guān)系的測(cè)定的 圖。參考圖9，在發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)LEDl中，隨著電流注入量的增加，發(fā)光波長(zhǎng)逐漸偏移至短波長(zhǎng)。與此相對(duì)，在發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)LED2中，在較少的電流注入量時(shí)發(fā)光波長(zhǎng)稍向短波長(zhǎng) 偏移后，發(fā)光波長(zhǎng)相對(duì)于電流量的增加幾乎不發(fā)生變化。這表示，在改變對(duì)發(fā)光二極管施加 的電流量而變更發(fā)光二極管的發(fā)光強(qiáng)度時(shí)，幾乎不存在發(fā)光波長(zhǎng)的變動(dòng)。即，在發(fā)光二極管 結(jié)構(gòu)LED2中，可降低LED模式下的發(fā)光峰值波長(zhǎng)的電流依賴性。在利用光激發(fā)進(jìn)行的發(fā)光測(cè)定中，發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)LEDl (c面)的發(fā)光波長(zhǎng)為 535nm，發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)(偏離75度)LED2的發(fā)光波長(zhǎng)為500nm。經(jīng)光激發(fā)的發(fā)光二極管結(jié) 構(gòu)的內(nèi)部狀態(tài)與注入有非常少的電流的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的內(nèi)部狀態(tài)相當(dāng)。由發(fā)光波長(zhǎng)對(duì)電流注入的依賴性及利用光激發(fā)進(jìn)行的發(fā)光測(cè)定結(jié)果表明，在發(fā)光 二極管結(jié)構(gòu)LED2中，當(dāng)逐漸加大施加電壓時(shí)，在非常小的發(fā)光(從實(shí)用方面而言為“光發(fā)出 前”)時(shí)實(shí)質(zhì)上已經(jīng)完成發(fā)光波長(zhǎng)的偏移，在產(chǎn)生充分強(qiáng)度的發(fā)光后，發(fā)光波長(zhǎng)幾乎不偏移。與自c面起以63度以上且小于80度的范圍的傾斜角向GaN基半導(dǎo)體的m軸方向 傾斜的GaN基半導(dǎo)體面上所設(shè)置的有源層中的壓電電場(chǎng)相比，c面上的有源層中的壓電電 場(chǎng)更大。由圖9所示的特性可知，發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)LED2中的壓電電場(chǎng)的朝向與發(fā)光二極 管結(jié)構(gòu)LEDl中的壓電電場(chǎng)的朝向相反。另外，電流注入時(shí)的電場(chǎng)方向與發(fā)光二極管結(jié)構(gòu) LED2中的壓電電場(chǎng)的方向相反。圖10是表示非專利文獻(xiàn)4及5所示的計(jì)算結(jié)果的圖。在 圖10(a)及圖10(b)中的表示壓電電場(chǎng)的曲線中，正負(fù)的不同是電場(chǎng)方向的定義的問(wèn)題。另 外，曲線的斜率及曲率的不同是由于計(jì)算中所使用的參數(shù)不同。(實(shí)施例3)在含有自c面起以75度的角度向m軸方向傾斜的主面的晶片S5、S6上制作發(fā)光 二極管結(jié)構(gòu)LED3、LED4。發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)LED3、LED4的發(fā)光波長(zhǎng)互不相同。發(fā)光二極管結(jié) 構(gòu)LED3、LED4的發(fā)光波長(zhǎng)的變更通過(guò)變更阱層的In含量而進(jìn)行。為了變更In含量，在阱 層生長(zhǎng)時(shí)改變In原料(例如TMI)的流量。除進(jìn)行該有源層的變更以外，發(fā)光二極管結(jié)構(gòu) LED3、LED4的制作與發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)LED2相同。圖11是表示具有不同In含量的阱層的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的電致發(fā)光的圖。發(fā)光二 極管結(jié)構(gòu)LED3的阱層例如為Inai6Gaa84N,發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)LED4的阱層例如為Ina2ciGaa8ciNt5 比較發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)LED3(峰值波長(zhǎng)460nm)及發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)LED4(峰值波長(zhǎng)482nm) 時(shí)，在這些波長(zhǎng)下未觀察到發(fā)光強(qiáng)度的差及半高寬的差。這對(duì)于制作高效率的長(zhǎng)波長(zhǎng)發(fā)光 器件非常有利。圖12是表示InGaN阱層的發(fā)光二極管及AlGaInP阱層的發(fā)光二極管中的外量子 效率及人的可見(jiàn)度曲線的圖。為了獲得產(chǎn)生長(zhǎng)波長(zhǎng)的光的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，制作In含量較 大的阱層。根據(jù)本發(fā)明人的見(jiàn)解，如圖12所示，在c面GaN襯底上的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)中，隨 著InGaN阱層的In含量的增加，InGaN的結(jié)晶性降低。由該結(jié)晶性的降低而引起發(fā)光強(qiáng)度 降低，且光譜的半高寬也變大。尤其是在超過(guò)500nm的長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)域，無(wú)法制作外量子效率較 高的發(fā)光二極管等發(fā)光器件。如前所述，發(fā)光器件含有包含In元素的GaN基半導(dǎo)體阱層，該GaN基半導(dǎo)體阱層 生長(zhǎng)在以c面為基準(zhǔn)、以63度以上且小于80度的范圍的傾斜角向GaN基半導(dǎo)體的m軸方 向傾斜的GaN基半導(dǎo)體面上。根據(jù)該發(fā)光器件，未觀察到發(fā)光強(qiáng)度的差及半高寬的差。這 對(duì)于制作高效率的長(zhǎng)波長(zhǎng)發(fā)光器件非常有利。(實(shí)施例4)
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在與GaN晶片S4同等品質(zhì)的GaN晶片S5上，制作圖13所示的激光二極管結(jié)構(gòu) (LDl)的外延晶片。作為用于外延生長(zhǎng)的原料，使用三甲基鎵(TMG)、三甲基銦(TMI)、三甲 基鋁(TMA)、氨(NH3)、硅烷(SiH4)、雙環(huán)戊二烯鎂(Cp2Mg)。準(zhǔn)備傾斜角與自63度至小于80度的傾斜角的范圍內(nèi)的傾斜角相當(dāng)?shù)腉aN晶片 S5。GaN晶片S5含有自與c軸正交的平面起以75度的角度向六方晶系GaN中的m軸方向 傾斜的主面，該傾斜面表示為(20-21)面。該主面也進(jìn)行了鏡面研磨。在以下條件下，在晶 片S5上進(jìn)行外延生長(zhǎng)。首先，將晶片S5設(shè)置在生長(zhǎng)爐內(nèi)。在攝氏1050度的溫度及27kPa的爐內(nèi)壓力下， 一面通入NH3與H2，一面進(jìn)行10分鐘的熱處理。通過(guò)該熱處理引起的表面改質(zhì)，在晶片S5 的表面形成根據(jù)偏離角所規(guī)定的階面結(jié)構(gòu)。該熱處理后，生長(zhǎng)GaN基半導(dǎo)體區(qū)域。例如在 攝氏1150度下，將11^3默力氏、5讓4供給至生長(zhǎng)爐內(nèi)，生長(zhǎng)11型包覆層89。η型包覆層89 例如為摻雜Si的Alatl4GaNa96層，其厚度例如為2微米。繼而，在攝氏830度的襯底溫度下，將TMG、TMI、NH3供給至生長(zhǎng)爐中，生長(zhǎng)光導(dǎo)層 91a。光導(dǎo)層91a例如包含非摻雜的Inatl2Gaa98N層，其厚度為lOOnm。接著，生長(zhǎng)有源層93。在攝氏870度的襯底溫度下，將TMG、NH3供給至生長(zhǎng)爐中， 在該生長(zhǎng)溫度Tl下生長(zhǎng)GaN基半導(dǎo)體勢(shì)壘層93a。勢(shì)壘層93a例如為非摻雜GaN，其厚度 為15nm。在勢(shì)壘層的生長(zhǎng)后，中斷生長(zhǎng)，將襯底溫度自攝氏870度變更為攝氏830度。在變 更后的生長(zhǎng)溫度T2下，將TMG、TMI、NH3供給至生長(zhǎng)爐中，生長(zhǎng)非摻雜InGaN阱層93b。其厚 度為3nm。在阱層的生長(zhǎng)后，停止TMI的供給，且一面將TMG、NH3供給至生長(zhǎng)爐中，一面將襯 底溫度自攝氏830度變更為攝氏870度。在該變更中也生長(zhǎng)非摻雜GaN勢(shì)壘層93a的一部 分。在溫度的變更完成后，生長(zhǎng)非摻雜GaN勢(shì)壘層93a的剩余部分。GaN勢(shì)壘層93a的厚度 為15nm。繼而，反復(fù)進(jìn)行勢(shì)壘層的生長(zhǎng)、溫度變更及阱層的生長(zhǎng)，形成InGaN阱層93b、GaN 勢(shì)壘層93a。在攝氏830度的襯底溫度下，將TMG、TMI、NH3供給至生長(zhǎng)爐中，在有源層93上生 長(zhǎng)光導(dǎo)層91b。光導(dǎo)層91b例如包含非摻雜的Ina^2Gaa98N層，其厚度為lOOnm。在光導(dǎo)層91b上生長(zhǎng)GaN基半導(dǎo)體區(qū)域。在光導(dǎo)層91b的生長(zhǎng)后，停止TMG及TMI 的供給，使襯底溫度上升至攝氏1100度。在該溫度下，將TMG、TMA, NH3、Cp2Mg供給至生長(zhǎng) 爐中，生長(zhǎng)電子阻擋層95及ρ型包覆層97。電子阻擋層95例如為Alai2Gaa88N,其厚度例如 為20nm。ρ型包覆層97例如為Alatl6Gaa94N,其厚度例如為400nm。之后，停止TMA的供給， 生長(zhǎng)P型接觸層99。ρ型接觸層99例如包含GaN，其厚度例如為50nm。在成膜后，使生長(zhǎng) 爐的溫度降至室溫，制作外延晶片E5。在外延晶片E5上形成電極。首先，淀積氧化硅膜這種絕緣膜，在該絕緣膜上通過(guò) 光刻法及蝕刻形成接觸窗。接觸窗例如為條形，其寬度例如為10微米。繼而，在P型GaN 接觸層99上形成ρ電極(Ni/Au) 103a。之后，形成ρ焊盤電極(Ti/Au)。在晶片E5的背面 形成η電極(Ti/Al)103b。以電極退火(例如攝氏550度下1分鐘)的順序進(jìn)行，制作襯 底產(chǎn)品。在該步驟后，以800微米的間隔對(duì)襯底產(chǎn)品進(jìn)行解理，獲得增益導(dǎo)引型激光二極管 LDl0使用a面作為解理面。其原因在于，在m軸方向的偏離襯底中，m面傾斜，不適合作為 諧振器端面。閾值電流為9kAcm_2。此時(shí)的振蕩波長(zhǎng)為405nm。在該半導(dǎo)體激光器中，LED模式下的發(fā)光的光譜的半高寬較小。另外，該半導(dǎo)體激光器的InGaN層的In偏析較小。該LED 模式下的發(fā)光朝著與圖1及圖2中的XY面內(nèi)的Y方向垂直的方向偏光，因此與形成在c面 上的相同結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器相比，上述閾值電流更大。該朝向的偏振光在通過(guò)a面解理 在X方向上制作諧振器時(shí)，成為使閾值電流增加的偏振光方向。另外，該光的偏振度P約為 0. 15。因此，通過(guò)干式蝕刻(例如反應(yīng)性離子蝕刻(利用RIE))形成與圖1及圖2中的Y 方向垂直的面，制作以該蝕刻面作為諧振器面的諧振器。由于該諧振器的朝向是在Y方向 上制作諧振器，因此在LED模式下觀察到的正的偏光度會(huì)與閾值電流的降低相關(guān)聯(lián)而有利 地發(fā)揮作用。該半導(dǎo)體發(fā)光器件的閾值電流為5kAcnT2。因此，通過(guò)使諧振器朝向適當(dāng)?shù)姆?向，可以降低閾值電流。(實(shí)施例5)在各種偏離角的GaN晶片上淀積InGaN，測(cè)定該InGaN的In含量。圖14是表示在 具有自c軸向m軸方向傾斜的各種傾斜角(偏離角)的GaN主面上淀積的InGaN的In含 量與偏離角的關(guān)系的圖。首先，給出圖標(biāo)Pl P4的偏離角圖標(biāo)Pl:63 度圖標(biāo)P2:75 度圖標(biāo) P3:90 度(m 面)圖標(biāo) P4:43 度圖標(biāo)P5:0 度(C 面)在圖標(biāo)P5(c面)至圖標(biāo)P4之間，In含量隨著偏離角的增加而單調(diào)減少。另一方 面，在圖標(biāo)P1、P2處，顯示與圖標(biāo)P5(c面)同等的In納入。圖標(biāo)P3 (m面)也顯示優(yōu)良的 In納入，但在80度以上的偏離角時(shí)In偏析變大，從而存在發(fā)光強(qiáng)度隨長(zhǎng)波長(zhǎng)化降低的不良 情況。參考圖15(a)，示意地說(shuō)明在具有63度以上且小于80度的范圍內(nèi)的偏離角β的 GaN基半導(dǎo)體面上進(jìn)行的含有In的GaN基半導(dǎo)體的淀積。在上述傾斜角范圍的偏離角的半 導(dǎo)體表面、例如在(20-21)面附近的表面，出現(xiàn)包含(10-11)面的階面Tl與包含m面的階 面T2。半導(dǎo)體表面由包含這些階面Tl、T2的微細(xì)的臺(tái)階構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明人的實(shí)驗(yàn)，m面 以及(10-11)面中的In納入與c面中的In納入同等、或者優(yōu)于c面中的In納入。另外， 為了提高In納入，需要可實(shí)現(xiàn)InN的島狀生長(zhǎng)的充分大小的階面寬度。在10度至50度范圍的偏離角時(shí)，出現(xiàn)包含(10-11)面的階面T4與包含c面的階 面T5。半導(dǎo)體表面由包含這些階面T4、T5的微細(xì)的臺(tái)階構(gòu)成。在該角度范圍時(shí)，偏離角越 大，則階面Τ4、Τ5的寬度越小，因此，如圖14所示，在10度至50度范圍的偏離角的半導(dǎo)體 表面，In的結(jié)合較小。其原因在于，如果包含c面與(10-11)面的臺(tái)階形成在半導(dǎo)體表面， 則會(huì)在階面Τ4、Τ5上結(jié)合In。但是，如果從由階面Τ4、Τ5構(gòu)成的階面邊緣(臺(tái)階端)Τ6上 所出現(xiàn)的化學(xué)鍵的鍵合的視點(diǎn)進(jìn)行研究，則在階面邊緣Τ6上未結(jié)合In原子。另一方面，根據(jù)本發(fā)明人的實(shí)驗(yàn)，在包含階面Τ1、Τ2的微臺(tái)階結(jié)構(gòu)中，In的結(jié)合能 力良好。這是因?yàn)椴粌H在階面Tl、Τ2上，而且在由階面Tl、Τ2構(gòu)成的階面邊緣(臺(tái)階端) Τ3上也可以高效地結(jié)合In。這一點(diǎn)通過(guò)從階面邊緣Τ3上出現(xiàn)的化學(xué)鍵的鍵合的視點(diǎn)出發(fā) 而進(jìn)行的研究可以得到證實(shí)。在氨環(huán)境中的熱處理(阱層的生長(zhǎng)與勢(shì)壘層的生長(zhǎng)之間的溫度上升)步驟中，所結(jié)合的In自半導(dǎo)體表面脫離的可能性降低。因此，例如在成膜溫度Tl 下生長(zhǎng)包含InGaN的阱層后升溫至勢(shì)壘層的生長(zhǎng)溫度T2時(shí)，即使使阱層的表面露出于爐內(nèi) 的環(huán)境中，也可以降低自阱層表面脫離的In量。偏離角超過(guò)50度的范圍的、以實(shí)施例的(20-21)面為代表的半導(dǎo)體表面，顯示優(yōu) 良的In納入能力。另外，來(lái)自生長(zhǎng)在該半導(dǎo)體表面的有源層的發(fā)光像具有良好的均勻性。 其發(fā)光光譜的半高寬較窄，發(fā)光器件的光輸出也較高。另外，即使制作為了可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)波長(zhǎng)發(fā) 光而增加了 In含量的阱層，發(fā)光效率的降低也較小。因此，本實(shí)施方式的光器件及其制作 方法在實(shí)現(xiàn)含有InGaN層的光器件時(shí)，具有非常有效的特性。如圖15(a)所示，生長(zhǎng)GaN基半導(dǎo)體膜的方法包括如下步驟準(zhǔn)備含有包含多個(gè)微 臺(tái)階的表面的GaN基半導(dǎo)體區(qū)域B的步驟；及在微臺(tái)階表面上生長(zhǎng)含有In作為構(gòu)成元素的 GaN基半導(dǎo)體膜F的步驟。微臺(tái)階至少包含m面及(10-11)面作為主要的構(gòu)成面?；蛘?，生 長(zhǎng)GaN基半導(dǎo)體膜的方法包括如下步驟生長(zhǎng)包含GaN基半導(dǎo)體且具有主面的半導(dǎo)體外延 區(qū)域B的步驟；及在半導(dǎo)體外延區(qū)域B的主面上生長(zhǎng)含有In作為構(gòu)成元素的GaN基半導(dǎo)體 膜F的步驟。半導(dǎo)體外延區(qū)域B的主面自與沿著GaN基半導(dǎo)體的c軸延伸的基準(zhǔn)軸正交的 面起，以63度以上且小于80度的范圍的傾斜角向該第一 GaN基半導(dǎo)體的m軸方向傾斜。給出微臺(tái)階結(jié)構(gòu)的一例。微臺(tái)階結(jié)構(gòu)的高度為例如0. 3nm以上、例如IOnm以下。其 寬度為例如0. 3nm以上、例如500nm以下。其密度為例如2X IO4CnT1以上、例如3. 3X IO7CnT1 以下。對(duì)于63度以上且小于80度的范圍的偏離角可實(shí)現(xiàn)較小的In偏析的理由可作如 下說(shuō)明。在包含c面、m面(非極性面)、(11-22)面及(10-11)面等穩(wěn)定面的較大的階面 上，可進(jìn)行In的遷移。因此，原子半徑較大的In原子因遷移而聚集，結(jié)果產(chǎn)生In偏析。如 圖8(b)所示，c面上的陰極發(fā)光像顯示不均勻的發(fā)光。另一方面，在與63度以上且小于80 度的范圍內(nèi)的偏離角相對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體面、例如(20-21)面上，階面Tl、T2的階面寬度較窄， 因此在階面T1、T2上結(jié)合In時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生充分的In遷移。另外，在階面邊緣Τ3上結(jié)合In 時(shí)，也同樣地不會(huì)產(chǎn)生充分的In遷移。因此，在原子的淀積時(shí)，In在被吸附的部位結(jié)合至 晶體中。淀積中，由于隨機(jī)地吸附In，因此如圖8(a)所示，c面上的陰極發(fā)光像顯示均勻的 發(fā)光。如圖14所示，在c面及m面上，顯示良好的In納入。但是，會(huì)產(chǎn)生較大的In偏析， 尤其是在In含量較大時(shí)In偏析會(huì)增加，從而使因不均勻的發(fā)光像而產(chǎn)生的非發(fā)光區(qū)域增 加。由于有源層的In含量的增加，發(fā)光光譜的半高寬會(huì)變寬。另一方面，如圖14所示，在c 面與(10-11)面之間的偏離角的情況下，與c面相比In納入降低。但是，如圖14所示，在 (10-11)面與m面之間的偏離角的情況下，與c面相比In納入良好，且In偏析也較小。如上所述，以(20-21)面為代表的晶面的偏離角的范圍顯示良好的In納入性，且 顯示較小的In偏析。因此，可生長(zhǎng)結(jié)晶性非常好的InGaN，并可根據(jù)發(fā)光波長(zhǎng)在較現(xiàn)有更廣 的范圍內(nèi)變更In含量。因此，可制作良好的光器件。以上說(shuō)明是參考(20-21)面進(jìn)行的，但對(duì)于(20-2-1)面也同樣適合。另外，上述說(shuō) 明中所記載的(20-21)面、(10-11)面、m面等晶面及晶體取向并不限于該記載本身，也表示 晶體學(xué)上等效的面及取向。例如所謂(20-21)面，也代表(02-21)面、(0-221)面、(2-201) 面、(-2021)面及(-2201)面這些在晶體學(xué)上等效的面。
(實(shí)施例6)圖16是示意地表示本實(shí)施例的半導(dǎo)體激光器的圖。如下制作圖16所示的半導(dǎo)體 激光器。首先，準(zhǔn)備含有(20-21)面的GaN襯底110。在該GaN襯底的主面((20-21)面) 上外延生長(zhǎng)以下的半導(dǎo)體層。η型包覆層111 摻雜Si的AlGaN、生長(zhǎng)溫度為1150度、厚度為2 μ m、Al含量為 0. 04 ；光導(dǎo)層112a 非摻雜GaN、生長(zhǎng)溫度為840度、厚度為50nm ；光導(dǎo)層112b 非摻雜InGaN、生長(zhǎng)溫度為840度、厚度為50nm、In含量為0. 01 ；有源層113 ；勢(shì)壘層113a 非摻雜GaN、生長(zhǎng)溫度為870度、厚度為15nm ；阱層113b 非摻雜InGaN、生長(zhǎng)溫度為780度、厚度為3nm、In含量為0. 16 ；光導(dǎo)層114b 非摻雜InGaN、生長(zhǎng)溫度為840度、厚度為50nm、In含量為0. 01 ；光導(dǎo)層114a 非摻雜GaN、生長(zhǎng)溫度為840度、厚度為50nm ；電子阻擋層115 摻雜Mg的AlGaN、生長(zhǎng)溫度為1000度、厚度為20nm、Al含量為 0. 12 ；ρ型包覆層116 摻雜Mg的AlGaN、生長(zhǎng)溫度為1000度、厚度為400nm、Al含量為 0. 06 ；ρ型接觸層117 摻雜Mg的GaN、生長(zhǎng)溫度為1000度、厚度為50nm。在ρ型接觸層117上淀積硅氧化膜這種絕緣膜118后，使用光刻法及濕式蝕刻形 成寬度為ΙΟμπι的條形窗口。形成通過(guò)該條形窗口與ρ型接觸層117接觸的ρ-電極(Ni/ Au) 119a，并且蒸鍍焊盤電極(Ti/Au)。在GaN襯底110的背面形成η-電極(Ni/Al)119b， 并且蒸鍍焊盤電極(Ti/Au)。以800 μ m的間隔對(duì)通過(guò)這些步驟而制作的襯底產(chǎn)品進(jìn)行解 理。在用于諧振器的a面解理面上形成包含SiO/TiJ多層膜的反射膜，制作增益導(dǎo)引型激 光二極管。前端面的反射率為80%，后端面的反射率為95%。該激光二極管以452nm的振蕩波長(zhǎng)振蕩。其閾值電流為12kA/cm2，工作電壓(電 流值960mA)為6.9伏特。(實(shí)施例7)圖17是示意地表示本實(shí)施例的半導(dǎo)體激光器的圖。如下制作圖17所示的半導(dǎo)體 激光器。首先，準(zhǔn)備含有(20-21)面的GaN襯底120。在該GaN襯底的主面((20-21)面) 上外延生長(zhǎng)以下的半導(dǎo)體層。η型緩沖層121a:摻雜Si的GaN、生長(zhǎng)溫度為1050度、厚度為1.5μπι;η型包覆層121b 摻雜Si的AlGaN、生長(zhǎng)溫度為1050度、厚度為500nm、Al含量為 0. 04 ；光導(dǎo)層122a 非摻雜GaN、生長(zhǎng)溫度為840度、厚度為50nm ；光導(dǎo)層122b 非摻雜InGaN、生長(zhǎng)溫度為840度、厚度為65nm、In含量為0. 03 ；有源層123 ；勢(shì)壘層123a 非摻雜GaN、生長(zhǎng)溫度為870度、厚度為15nm ；阱層123b 非摻雜InGaN、生長(zhǎng)溫度為750度、厚度為3nm、In含量為0. 22 ；光導(dǎo)層124b 非摻雜InGaN、生長(zhǎng)溫度為840度、厚度為65nm、In含量為0. 03 ；
光導(dǎo)層124a 非摻雜GaN、生長(zhǎng)溫度為840度、厚度為50nm ；電子阻擋層125 摻雜Mg的AlGaN、生長(zhǎng)溫度為1000度、厚度為20nm、Al含量為 0. 12 ；ρ型包覆層126 摻雜Mg的AlGaN、生長(zhǎng)溫度為1000度、厚度為400nm、Al含量為 0. 06 ；ρ型接觸層127 摻雜Mg的GaN、生長(zhǎng)溫度為1000度、厚度為50nm。在ρ型接觸層127上淀積硅氧化膜這種絕緣膜128后，使用光刻法及濕式蝕刻形 成寬度為10 μ m的條形窗口。形成通過(guò)該條形窗口與P型接觸層127接觸的P-電極(Ni/ Au) 129a,并且蒸鍍焊盤電極(Ti/Au)。在GaN襯底120的背面形成η-電極(Ni/Al) 129b， 并且蒸鍍焊盤電極(Ti/Au)。以800 μ m的間隔在a面上對(duì)通過(guò)這些步驟而制作的襯底產(chǎn)品 進(jìn)行解理。在用于諧振器的a面解理面上形成包含Si02/Ti02多層膜的反射膜，制作增益導(dǎo) 引型激光二極管。前端面的反射率為80%，后端面的反射率為95%。該激光二極管以520nm的振蕩波長(zhǎng)振蕩。其閾值電流為20kA/cm2，工作電壓(電 流值1600mA)為7. 2伏特。(實(shí)施例8)圖18是示意地表示本實(shí)施例的半導(dǎo)體激光器的圖。如下制作圖18所示的半導(dǎo)體 激光器。首先，準(zhǔn)備含有(20-2-1)面的GaN襯底130。在該GaN襯底130的主面((20-2-1) 面)上外延生長(zhǎng)以下的半導(dǎo)體層。η型包覆層131 摻雜Si的AlGaN、生長(zhǎng)溫度為1050度、厚度為2 μ m、Al含量為 0. 04 ；光導(dǎo)層132a 非摻雜GaN、生長(zhǎng)溫度為840度、厚度為50nm ；光導(dǎo)層132b 非摻雜InGaN、生長(zhǎng)溫度為840度、厚度為50nm、In含量為0. 02 ；有源層133 ；勢(shì)壘層133a 非摻雜GaN、生長(zhǎng)溫度為840度、厚度為15nm ；阱層133b 非摻雜InGaN、生長(zhǎng)溫度為840度、厚度為3nm、In含量為0. 08 ；光導(dǎo)層134b 非摻雜InGaN、生長(zhǎng)溫度為840度、厚度為65nm、In含量為0. 02 ；光導(dǎo)層134a 非摻雜GaN、生長(zhǎng)溫度為840度、厚度為50nm ；電子阻擋層135 摻雜Mg的AlGaN、生長(zhǎng)溫度為1000度、厚度為20nm、Al含量為 0. 12 ；ρ型包覆層136 摻雜Mg的AlGaN、生長(zhǎng)溫度為1000度、厚度為400nm、Al含量為 0. 06 ；ρ型接觸層137 摻雜Mg的GaN、生長(zhǎng)溫度為1000度、厚度為50nm。在ρ型接觸層137上淀積硅氧化膜這種絕緣膜138后，使用光刻法及濕式蝕刻形 成寬度為10 μ m的條形窗口。形成通過(guò)該條形窗口與ρ型接觸層137接觸的ρ-電極(Ni/ Au) 139a,并且蒸鍍焊盤電極(Ti/Au)。在GaN襯底130的背面形成η-電極(Ni/Au) 139b， 并且蒸鍍焊盤電極(Ti/Au)。以800 μ m的間隔在a面上對(duì)通過(guò)這些步驟而制作的襯底產(chǎn)品 進(jìn)行解理。該激光二極管以405nm的振蕩波長(zhǎng)振蕩。其閾值電流為9kA/cm2，工作電壓(電流 值:720mA)為5. 8伏特。
另外，將含有(20-21)面的GaN襯底(m面偏離+75度的GaN襯底)及含有(20_2_1) 面的GaN襯底(m面偏離-75度的GaN襯底)配置在生長(zhǎng)爐的基座上。在這些GaN襯底上 同時(shí)生長(zhǎng)用于發(fā)光器件的半導(dǎo)體層疊體。有源層具有量子阱結(jié)構(gòu)，阱層包含InGaN，勢(shì)壘層 包含GaN。有源層的生長(zhǎng)溫度使用800度。圖19是表示m面偏離+75度的GaN襯底上的量子阱結(jié)構(gòu)的光致發(fā)光(PL)光譜 PL+75、及m面偏離-75度的GaN襯底上的量子阱結(jié)構(gòu)的PL光譜PL_75的圖。PL光譜PL+75的 峰值波長(zhǎng)為424nm，PL光譜PL_75的峰值波長(zhǎng)為455nm。峰值波長(zhǎng)差為約30nm，這表示與自 Ga面傾斜的(20-21)面相比，自N面傾斜的(20_2_1)面的In納入更大。當(dāng)襯底主面的法 線相對(duì)于選作圖1所示的基準(zhǔn)軸Cx的朝向的
軸向m軸方向形成63度以上且小于 80度的范圍的傾斜角時(shí)，該襯底主面顯示良好的In納入能力。在上述實(shí)施例中，襯底主面的法線相對(duì)于
軸及W001]軸的任何一個(gè)以63 度以上且小于80度的范圍的傾斜角傾斜。因此，實(shí)施例中的半導(dǎo)體激光器不能選擇m面作 為解理面，而使用a面作為解理面。迄今為止，主要是在自(0001)面以銳角的角度傾斜的 半極性襯底上制作半導(dǎo)體激光器用外延層疊結(jié)構(gòu)。該半導(dǎo)體激光器用外延層疊結(jié)構(gòu)例如在 GaN襯底的主面(例如(20-21)面)上制作。該GaN襯底主面的法線相對(duì)于W001]軸以 63度以上且小于80度的范圍的傾斜角傾斜。根據(jù)發(fā)明人的見(jiàn)解，a面解理的成品率例如比 m面解理的成品率低。圖20是表示使用自(000-1)面以銳角的角度傾斜的半極性襯底制作半導(dǎo)體發(fā)光 器件的方法的主要流程的圖。在步驟S201中，進(jìn)行例如已經(jīng)說(shuō)明過(guò)的步驟SlOl S113，制 作襯底產(chǎn)品141。襯底產(chǎn)品141具有主面141a及背面141b。繼續(xù)進(jìn)行說(shuō)明，襯底產(chǎn)品141 包含在相對(duì)于
軸以63度以上且小于80度的范圍的傾斜角傾斜的GaN襯底的主面 上形成的用于半導(dǎo)體激光器的層疊結(jié)構(gòu)。為了容易理解，圖21 (a)中，將實(shí)施例8中的層疊 結(jié)構(gòu)ELS表示為矩形的虛線。在圖21(a)所示的示意圖中，絕緣膜138的接觸開(kāi)口沿a軸 方向延伸，電極139a也沿a軸方向延伸。因此，襯底產(chǎn)品141包含例如含有(20_2_1)面的 主面的GaN襯底130。在圖20中的步驟202中，如圖21 (b)所示，按照GaN襯底130的m軸方向，在襯底 產(chǎn)品141的主面141a的表面141a進(jìn)行劃線。該劃線例如使用劃線器143進(jìn)行。使用該劃 線器143，在表面141a的邊緣形成劃刻線145。劃刻線145的間隔與激光諧振器長(zhǎng)一致。劃 刻線145各自沿著根據(jù)GaN襯底130的m軸及c軸所規(guī)定的平面與表面141a的交叉線的 延伸方向而延伸。在圖20中的步驟203中，對(duì)襯底產(chǎn)品141進(jìn)行劃線后，如圖21(c)所示，進(jìn)行襯 底產(chǎn)品141的解理而形成解理面147。該解理面147包含a面。該解理例如通過(guò)使用板 (plate)等按壓裝置149按壓襯底產(chǎn)品141來(lái)進(jìn)行。將按壓裝置149對(duì)準(zhǔn)引起解理的特定 的劃刻線145后，在襯底產(chǎn)品141的背面141b進(jìn)行按壓。通過(guò)選擇劃刻線145，可以控制解 理面的位置。由于半導(dǎo)體層疊體(131 137)外延生長(zhǎng)在GaN襯底130的主面131a上，因 此可以制作含有與襯底背面的劃刻線145的方向相對(duì)應(yīng)的解理面的激光棒LDB。根據(jù)該方法，對(duì)在相對(duì)于
軸以63度以上且小于80度的范圍的傾斜角向m 軸方向傾斜的主面上外延生長(zhǎng)而制作的襯底產(chǎn)品141的表面141a進(jìn)行劃線。在使用該劃 線方法時(shí)，解理成品率良好。另外，如已經(jīng)說(shuō)明的那樣，在基準(zhǔn)軸的方向?yàn)?br> 軸的方向時(shí)，可抑制發(fā)光特性的降低。(實(shí)施例9)使用形成在上述襯底產(chǎn)品141的表面141a上的劃線槽來(lái)進(jìn)行襯底產(chǎn)品141的解 理而制作激光棒(以下稱為“_劃線”)。另外，使用形成在上述晶片E5表面上的劃線槽來(lái) 進(jìn)行晶片E5的解理而制作激光棒(以下稱為“+劃線”)。根據(jù)本發(fā)明人的實(shí)驗(yàn)，_劃線的 成品率為+劃線的成品率的1.4倍。-劃線可提供優(yōu)良的解理成品率。(實(shí)施例10)準(zhǔn)備兩片在GaN襯底的(20_21)面進(jìn)行外延生長(zhǎng)而得到的外延晶片。在一片外延 晶片的表面形成劃線槽后，進(jìn)行該外延晶片的解理而制作激光棒(“+劃線”)。另外，在另 一片外延晶片的背面形成劃線槽后，進(jìn)行該外延晶片的解理而制作激光棒(“_劃線”)。與 使用“+劃線”的表面解理的成品率相比，使用“_劃線”的背面解理的成品率提高至1. 4倍。在含有(20-21)面的主面的GaN晶片中，在該主面上生長(zhǎng)GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域 而制作外延晶片后，由該外延晶片制作襯底產(chǎn)品。在使用(20-21)面的GaN晶片制作的襯 底產(chǎn)品中，優(yōu)選對(duì)襯底產(chǎn)品的背面(晶片的背面)進(jìn)行劃線。即，對(duì)(20-2-1)面進(jìn)行劃線。 GaN 的(20-2-1)面為 Ga 面，GaN 的(20-21)面為 N 面。(20-2-1)面比(20-21)面硬。通 過(guò)對(duì)晶片背面的(20-2-1)面進(jìn)行劃線，可提高解理成品率。接著，對(duì)GaN基半導(dǎo)體的生長(zhǎng)進(jìn)行說(shuō)明。1. GaN及InGaN的生長(zhǎng)機(jī)制(穩(wěn)定面)對(duì)GaN及InGaN的生長(zhǎng)機(jī)制進(jìn)行說(shuō)明。GaN基半導(dǎo)體的生長(zhǎng)中，具有在晶體生長(zhǎng)中 在原子水平上形成平坦的生長(zhǎng)表面的面取向、例如c面，該面取向被稱為“穩(wěn)定面”。穩(wěn)定面 上的GaN的生長(zhǎng)機(jī)制如下。在穩(wěn)定面上的GaN生長(zhǎng)中，生長(zhǎng)表面由具有數(shù)IOOnm級(jí)的較大 階面寬度的巨大原子層臺(tái)階形成。該GaN的生長(zhǎng)機(jī)制從其生長(zhǎng)溫度的角度而言分為三種。圖22是示意地表示生長(zhǎng)溫度較高時(shí)的生長(zhǎng)模式及生長(zhǎng)溫度較低時(shí)的生長(zhǎng)模式的 圖。在生長(zhǎng)爐中的超過(guò)攝氏900度的生長(zhǎng)溫度下，產(chǎn)生圖22(a)所示的生長(zhǎng)模式。在較高 的生長(zhǎng)溫度下，生長(zhǎng)表面的GaN分子的遷移較大，因此幾乎不存在在階面上結(jié)合至晶體中 的情況，GaN分子在到達(dá)稱為扭結(jié)面(# >々)的活化能較大的臺(tái)階端的時(shí)刻才開(kāi)始結(jié)合 至晶體中。其結(jié)果是，在該生長(zhǎng)中臺(tái)階端以層疊狀延伸。將該生長(zhǎng)模式稱為所謂的“臺(tái)階流 生長(zhǎng)”。圖23是表示GaN的生長(zhǎng)表面的AFM(AtomicForce Microscope，原子力顯微鏡)像 的圖。參考圖23(a)，可以較好地理解原子層臺(tái)階在某一定方向上形成的情況。另一方面，在生長(zhǎng)爐中的攝氏700度至攝氏900度左右的生長(zhǎng)溫度下，產(chǎn)生圖 22(b)所示的生長(zhǎng)模式。在較低的生長(zhǎng)溫度下，生長(zhǎng)表面的分子遷移較小，因此分子不會(huì)到 達(dá)臺(tái)階端而是在較大的階面上被結(jié)合至晶體中。已結(jié)合分子的部分成為核，進(jìn)行使臺(tái)階擴(kuò) 大的生長(zhǎng)。將該生長(zhǎng)模式稱為“階面上生長(zhǎng)”。圖23(b)是表示通過(guò)階面上生長(zhǎng)所生長(zhǎng)的 GaN的生長(zhǎng)表面的AFM像的圖。在該生長(zhǎng)的形態(tài)中，形成有多個(gè)生成核，且臺(tái)階自多個(gè)核而 擴(kuò)大。因此，臺(tái)階不是向一個(gè)方向延伸，而是全取向地形成。在攝氏700度以下的生長(zhǎng)溫度下，產(chǎn)生與上述生長(zhǎng)模式不同的生長(zhǎng)模式。在非常 低的生長(zhǎng)溫度下，幾乎不存在分子遷移，因此GaN分子在到達(dá)生長(zhǎng)表面的時(shí)刻立刻被結(jié)合 至晶體中。因此，非常容易導(dǎo)入晶體缺陷，難以生長(zhǎng)高品質(zhì)的GaN膜。將該生長(zhǎng)模式稱為 “島狀生長(zhǎng)”。
接著，說(shuō)明自c面向m軸方向傾斜的各種面取向的晶面上的生長(zhǎng)。在攝氏1100度 的生長(zhǎng)溫度下，在自c面向m軸方向傾斜的各種面取向的晶面上生長(zhǎng)GaN。利用AFM觀察其 表面后發(fā)現(xiàn)，可觀察到如圖22(a)所示的巨大原子層臺(tái)階的面取向僅為包含以下三種面的 臺(tái)階。即，這些面為c面、m面及自c面以約62度傾斜的{10-11}面。即，在c面向m軸方 向傾斜的晶面上的生長(zhǎng)中，能稱為穩(wěn)定面的面僅為上述三種面。將三種穩(wěn)定面以外的面統(tǒng) 稱為“非穩(wěn)定面”。接著，說(shuō)明穩(wěn)定面上的InGaN的生長(zhǎng)機(jī)制。認(rèn)為InGaN的生長(zhǎng)機(jī)制基本上與GaN 相同。不同點(diǎn)在于，InGaN生長(zhǎng)中，InN在生長(zhǎng)表面上的停留時(shí)間比GaN更短，容易產(chǎn)生InN 的脫離。因此，當(dāng)欲將某種程度大小的In含量的In添加至晶體中時(shí)，需要降低生長(zhǎng)溫度， 該溫度大致為攝氏900度以下。S卩，穩(wěn)定面上的InGaN的生長(zhǎng)成為階面上生長(zhǎng)。2. GaN及InGaN的生長(zhǎng)機(jī)制(非穩(wěn)定面)說(shuō)明非穩(wěn)定面上的GaN及InGaN的生長(zhǎng)機(jī)制。根據(jù)在攝氏1100度的生長(zhǎng)溫度下 在非穩(wěn)定面的面上生長(zhǎng)的GaN表面的AFM觀察，在自穩(wěn)定面呈較小的傾斜角(稱為“次偏 離角(寸7才7角)”)的面取向上的生長(zhǎng)中，觀察到從接近該偏離角的穩(wěn)定面形成的細(xì)小 的臺(tái)階。該階面寬度與正好在穩(wěn)定面的面取向上的生長(zhǎng)相比較小，次偏離角越大，則該階面 寬度越小。如果使面取向相對(duì)于穩(wěn)定面傾斜約2度，則在AFM像中觀察不到原子層臺(tái)階。 根據(jù)這些結(jié)果可知，在穩(wěn)定面附近，在生長(zhǎng)中容易出現(xiàn)穩(wěn)定面，從而形成階面寬度較大的臺(tái) 階。圖24(a)是示意地表示非穩(wěn)定面上的GaN及InGaN的高溫生長(zhǎng)中的臺(tái)階流生長(zhǎng)的生長(zhǎng) 機(jī)制的圖。箭頭表示生長(zhǎng)方向。另一方面，認(rèn)為在自穩(wěn)定面有較大傾斜時(shí)，階面寬度變小，并且形成在AFM像中無(wú) 法觀察到的微小的臺(tái)階。另外，由于穩(wěn)定面僅為上述三種，因此認(rèn)為該微小的臺(tái)階也由包含 穩(wěn)定面的微小的階面形成，在高溫下生長(zhǎng)的GaN的表面上，進(jìn)行使臺(tái)階向某一方向延伸的 生長(zhǎng)。說(shuō)明生長(zhǎng)溫度較低時(shí)的GaN的生長(zhǎng)機(jī)制。在穩(wěn)定面附近，容易形成包含穩(wěn)定面的 較寬的階面，生長(zhǎng)表面上的分子遷移較小，因此階面上生長(zhǎng)占主導(dǎo)地位。圖24(b)是示意地 表示非穩(wěn)定面上的GaN及InGaN的低溫生長(zhǎng)中的階面上生長(zhǎng)的生長(zhǎng)機(jī)制的圖。另一方面，在自穩(wěn)定面起的次偏離角較大的面取向的晶面上的生長(zhǎng)中，表面的臺(tái) 階密度增大，階面寬度微小至數(shù)nm級(jí)。在自穩(wěn)定面起的次偏離角較大時(shí)，由于階面寬度較 窄，因此難以引起階面上生長(zhǎng)的生長(zhǎng)機(jī)制。即使在生長(zhǎng)表面上的分子遷移較小的生長(zhǎng)溫度 時(shí)，原子也容易到達(dá)活化能較高的臺(tái)階端。即，認(rèn)為如果自穩(wěn)定面起的次偏離角變大，則在 更低的溫度下進(jìn)行臺(tái)階端延伸的生長(zhǎng)。該生長(zhǎng)與臺(tái)階流生長(zhǎng)相比，階面寬度的尺度小了近 兩位數(shù)，因此此處稱為“臺(tái)階端生長(zhǎng)”。圖24(c)是示意地表示非穩(wěn)定面上的GaN及InGaN 的低溫生長(zhǎng)中的臺(tái)階端生長(zhǎng)的生長(zhǎng)機(jī)制的圖。根據(jù)以上說(shuō)明可以認(rèn)為生長(zhǎng)溫度較低時(shí)，在穩(wěn)定面及穩(wěn)定面附近，階面上生長(zhǎng)占 主導(dǎo)地位。如果自穩(wěn)定面起的次偏離角變大，則階面上生長(zhǎng)逐漸減弱，臺(tái)階端生長(zhǎng)占主導(dǎo)地 位。另外，該情況也與生長(zhǎng)溫度較低的InGaN的生長(zhǎng)機(jī)制一致。3.關(guān)于In納入說(shuō)明InGaN生長(zhǎng)中的各生長(zhǎng)面上的In納入。為了考察In含量而進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn) 在自c面以各種傾斜角度向m軸方向傾斜的GaN襯底上，于攝氏760度在全部相同的條件下生長(zhǎng)InGaN。圖25表示其實(shí)驗(yàn)結(jié)果，橫軸表示自c軸向m軸方向的傾斜角(偏離角)，縱 軸表示生長(zhǎng)的InGaN的In含量。角度In含量021.61011. 216. 69. 3625. 97. 54354.33434. 346222. 768297519.67818. 59023. 1參考圖25可知，c面的In納入良好。如果增大自c面起的偏離角，則In的結(jié)合 降低。如果進(jìn)一步增大偏離角，則從傾斜角超過(guò)40度的附近起In納入開(kāi)始升高。穩(wěn)定面 {10-11}面的In納入與c面成為相同的程度。如果進(jìn)一步增大偏離角，則In納入升高，在 68度附近顯示極大值。當(dāng)超過(guò)該角度時(shí)，In納入轉(zhuǎn)而減少。In納入在偏離角80度附近顯 示極小值。當(dāng)超過(guò)該角度而向m面接近時(shí)，In納入升高。m面顯示與c面相同程度的In納 入。根據(jù)項(xiàng)目1及2中的InGaN的生長(zhǎng)機(jī)制，說(shuō)明該In納入的行為。首先，當(dāng)如圖22(b)所示在穩(wěn)定面附近階面上生長(zhǎng)占主導(dǎo)地位時(shí)，如圖25所示，In 被良好地結(jié)合。根據(jù)晶體表面的原子排列可對(duì)在包含穩(wěn)定面的階面上In納入良好的理由 進(jìn)行如下說(shuō)明。圖26表示作為示例的{10-11}面的表面原子排列。參考圖26，顯示有c面 cO及(10-11)面。如圖26所示，In原子與箭頭Y(In)所示的兩個(gè)N原子通過(guò)兩個(gè)鍵進(jìn)行 鍵合。兩個(gè)N原子沿圖26的正交坐標(biāo)系T中的X軸方向排列。這兩個(gè)N原子可沿圖26的 正交坐標(biāo)系T中的X軸的正(近前)方向及負(fù)(進(jìn)深)方向位移，該配置處于容易結(jié)合原 子半徑較大的In原子的狀況。認(rèn)為該原子排列給出了階面上生長(zhǎng)中容易結(jié)合In的理由。以同樣的觀點(diǎn)來(lái)說(shuō)明臺(tái)階端生長(zhǎng)時(shí)的In納入。圖27表示作為示例的向m軸方向 傾斜約45度的面的生長(zhǎng)表面的原子排列。參考圖27，顯示有c面CO、自c面以45度傾斜 的傾斜面m45及(10-11)面。著眼于臺(tái)階端觀察時(shí)可見(jiàn)，In原子與箭頭Bl (In)所示的兩 個(gè)N原子通過(guò)兩個(gè)鍵合鍵進(jìn)行鍵合，并與箭頭R(In)所示的一個(gè)N原子通過(guò)一個(gè)鍵合鍵進(jìn) 行鍵合。此時(shí)，與In原子的鍵合相關(guān)的箭頭Bl (In)所示的N原子及箭頭R(In)所示的N 原子的可位移的方向?yàn)榇怪钡年P(guān)系，且為了結(jié)合原子半徑較大的In需要三個(gè)N原子發(fā)生位 移，因此該原子排列處于難以結(jié)合In的狀態(tài)。因此，認(rèn)為在臺(tái)階端生長(zhǎng)中In納入較差。綜 合考慮這樣情況，可以較好地說(shuō)明圖25的結(jié)果的一部分。即，對(duì)于c面與{10-11}面之間 的面取向，在穩(wěn)定面附近階面上生長(zhǎng)占主導(dǎo)地位，因此In的結(jié)合良好。另一方面，隨著自穩(wěn) 定面起的次偏離角變大，階面上生長(zhǎng)減弱，臺(tái)階端生長(zhǎng)占主導(dǎo)地位，因此In納入變小。另一方面，認(rèn)為在{10-11}面與m面之間同樣的觀點(diǎn)也成立。
但是，在自c面向{10-11}面與m面之間的偏{10-11}面的偏離角為63度以上且 小于80度的范圍內(nèi)，顯示通過(guò)上述說(shuō)明無(wú)法理解的行為。因此，在進(jìn)一步研究該角度范圍 的表面原子排列時(shí)發(fā)現(xiàn)，僅在該角度范圍內(nèi)，即使在臺(tái)階端也可良好地結(jié)合In。圖28示意 地表示作為示例的使c面以75度的偏離角向m軸方向傾斜的面的表面臺(tái)階的狀態(tài)。在上 述角度范圍內(nèi)，如圖28所示，生長(zhǎng)表面包含由{10-11}面與m面形成的微小的臺(tái)階。進(jìn)行 使其臺(tái)階端向m軸方向延伸的臺(tái)階端生長(zhǎng)。圖29表示作為示例的向m軸方向傾斜約75度 的面的生長(zhǎng)表面的原子排列。參考圖29，顯示有m面m0、自c面以75度傾斜的傾斜面m75 及(10-11)面。此時(shí)，所結(jié)合的銦與箭頭R2 (In)所示的一個(gè)N原子通過(guò)一個(gè)鍵合鍵進(jìn)行鍵 合，并與箭頭B2(In)所示的一個(gè)N原子通過(guò)一個(gè)鍵合鍵進(jìn)行鍵合。該配置中，兩個(gè)N原子 的可位移的方向處于相對(duì)的狀態(tài)，且為了結(jié)合原子半徑較大的In，僅使兩個(gè)N原子位移即 可，因此，認(rèn)為在該臺(tái)階端容易結(jié)合In原子。另外，對(duì)于其它角度范圍的臺(tái)階端也研究了其 表面原子排列。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，可進(jìn)行顯示良好In納入的臺(tái)階端的生長(zhǎng)的角度僅為上述范 圍。根據(jù)以上考察，對(duì)In納入的偏離角依賴性進(jìn)行了估算。圖30是表示In納入與偏 離角的關(guān)系的圖。估算了階面上生長(zhǎng)成分和臺(tái)階端生長(zhǎng)成分兩者的In納入，通過(guò)它們的和 表示總In納入。在縱軸上，將In納入量標(biāo)準(zhǔn)化為c面上的In納入。實(shí)線T表示通過(guò)階面 上生長(zhǎng)結(jié)合的In量，實(shí)線S表示通過(guò)臺(tái)階端生長(zhǎng)結(jié)合的In量，實(shí)線SUM表示其和。這樣， 在階面上生長(zhǎng)中，在階面上生長(zhǎng)占主導(dǎo)地位的穩(wěn)定面附近In納入較高，離穩(wěn)定面越遠(yuǎn)，則 階面上生長(zhǎng)的主導(dǎo)地位越消失，越不會(huì)結(jié)合In。另一方面，臺(tái)階端生長(zhǎng)在離穩(wěn)定面越遠(yuǎn)時(shí)臺(tái)階密度越高從而越占主導(dǎo)地位。但是， 在自c面的傾斜角為63度以上且小于80度的角度范圍的外側(cè)，幾乎不存在臺(tái)階端生長(zhǎng)產(chǎn) 生的In納入。僅在傾斜角為63度以上且小于80度的角度范圍內(nèi)，才在臺(tái)階端產(chǎn)生較大的 In納入，因此顯示出隨著臺(tái)階端生長(zhǎng)變活躍In納入變大的行為。結(jié)果，形成如實(shí)線SUM所 示的偏離角依賴性，圖30所示的估算較好地說(shuō)明了圖25所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。4.關(guān)于In偏析，根據(jù)以上結(jié)果來(lái)說(shuō)明InGaN膜中的In偏析。在含有c面襯底上 的InGaN有源層的光器件中，特別是有源層的發(fā)光波長(zhǎng)越長(zhǎng)，即InGaN晶體中的In含量越 高，則InGaN晶體中的In偏析越大。其結(jié)果是，InGaN的晶體品質(zhì)降低，從而觀察到發(fā)光強(qiáng) 度的降低及發(fā)光波長(zhǎng)半高寬的增大。另一方面，根據(jù)本發(fā)明人的實(shí)驗(yàn)，當(dāng)c軸向m軸方向的 傾斜角為63度以上且小于80度的范圍時(shí)，與c面及其它穩(wěn)定面上的InGaN層相比，長(zhǎng)波長(zhǎng) 區(qū)域發(fā)光的InGaN層的發(fā)光強(qiáng)度的降低較小，且半高寬的增大也較小。本發(fā)明人根據(jù)生長(zhǎng)機(jī)制及In納入研究了其理由。認(rèn)為穩(wěn)定面上生長(zhǎng)的InGaN膜 顯示較大In偏析的理由如下。如圖22(b)所示，在階面上生長(zhǎng)的In納入中，GaN及InN的 分子在到達(dá)階面上之后、結(jié)合至晶體中之前，在較寬的階面上進(jìn)行遷移。該遷移時(shí)，因GaN 與InN的非混和性而使InN自發(fā)地凝聚。認(rèn)為通過(guò)該凝聚在InGaN晶體中產(chǎn)生In的偏析。另一方面，如圖30所示，當(dāng)自穩(wěn)定面起的次偏離角較大時(shí)，In在臺(tái)階端被結(jié)合。到 達(dá)生長(zhǎng)表面的GaN及InN的分子在較窄的階面上幾乎不遷移而立即被結(jié)合至晶體中。因此， 認(rèn)為在InGaN晶體中，結(jié)合的In幾乎隨機(jī)分布，In偏析較小。認(rèn)為該傾向在臺(tái)階密度越大 時(shí)越明顯。因此，自穩(wěn)定面起的次偏離角越大，越可獲得均勻的InGaN膜。但是，如已經(jīng)說(shuō) 明的那樣，在臺(tái)階端生長(zhǎng)中，在除特定的角度范圍以外的傾斜角的情況下In納入較差。因此，為了獲得所需的In含量，需要降低生長(zhǎng)溫度。在生長(zhǎng)溫度的降低過(guò)程中，占主導(dǎo)地位的 生長(zhǎng)模式由臺(tái)階端生長(zhǎng)變?yōu)閸u狀生長(zhǎng)，結(jié)果晶體缺陷等增加，InGaN膜質(zhì)顯著惡化。如上所述，認(rèn)為In納入與In偏析為權(quán)衡關(guān)系。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了同時(shí)滿足In納入 與In偏析的范圍。該角度范圍為自c軸向m軸方向的傾斜角為63度以上且小于80度的 范圍。在該角度范圍內(nèi)時(shí)，即使在臺(tái)階端生長(zhǎng)中，也可有效地結(jié)合In，且InGaN膜中的In偏 析較小。尤其是在70度以上且小于80度的角度范圍內(nèi)時(shí)，臺(tái)階密度增大，因此可生長(zhǎng)In 偏析更小且均質(zhì)性更高的InGaN膜。進(jìn)而，考慮到In納入時(shí)，尤其在71度以上、79度以下 的角度范圍內(nèi)，臺(tái)階端生長(zhǎng)與階面上生長(zhǎng)的平衡良好。其中，在72度以上、78度以下的角度 時(shí)，臺(tái)階端生長(zhǎng)與階面上生長(zhǎng)的平衡最好。因此，為了獲得所需的含量可提高InGaN膜的生 長(zhǎng)溫度，且可生長(zhǎng)晶體缺陷少的均勻的InGaN膜。圖31及圖32是從以上說(shuō)明的In納入、In偏析及壓電電場(chǎng)的方面表示各面及角 度范圍的特征的圖。在圖31及圖32中，雙圓圈符號(hào)表示特別好的特性，單圓圈符號(hào)表示良 好的特性，三角符號(hào)表示特別一般的特性，交叉符號(hào)表示較差的特性。作為特征性的角度， 顯示有自c軸向m軸方向的傾斜角為63度、70度、71度、72度、78度、79度、80度的角度。 向m方向傾斜63度以上且小于80度的角度范圍，特別是70度以上且小于80度的角度范 圍，進(jìn)而71度以上、79度以下的角度范圍，其中特別是72度以上、78度以下的角度范圍，在 制作長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)域的光器件、特別是發(fā)光二極管器件及激光二極管器件方面，由于其發(fā)光效 率與發(fā)光半高寬較小，因此非常有利。在上述說(shuō)明中，例如使用面取向(20-21)、(10-11)的記載方法。本領(lǐng)域技術(shù)人員 認(rèn)為，在考慮本實(shí)施方式的說(shuō)明時(shí)，在晶體學(xué)上等效的面上可獲得本實(shí)施方式中所述的發(fā) 明效果。因此，可認(rèn)為例如“(20-21)”的面取向包含等效的(2-201)、(-2201)、(20-21)、 (-2021)、 (02-21)、 (0-221)。在優(yōu)選的實(shí)施方式中圖示說(shuō)明了本發(fā)明的原理，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到， 本發(fā)明可在不脫離上述原理的范圍內(nèi)對(duì)配置及詳細(xì)內(nèi)容進(jìn)行變更。本發(fā)明并不限定于本實(shí) 施方式中所公開(kāi)的特定的構(gòu)成。因此，要求保護(hù)由專利權(quán)利要求及其精神范圍而得到的所 有修正及變更。產(chǎn)業(yè)實(shí)用性近年來(lái)，對(duì)于GaN基的發(fā)光器件期待長(zhǎng)波長(zhǎng)的發(fā)光，自c面起具有傾斜角的半極性 面和以m面及a面為代表的非極性面受到關(guān)注。其理由如下為了獲得長(zhǎng)波長(zhǎng)的發(fā)光而增 加阱層的In含量，因此阱層與勢(shì)壘層的晶格常數(shù)差變大，發(fā)光層中產(chǎn)生較大的應(yīng)變。此時(shí)， 在c面等極性面上，由于壓電電場(chǎng)的作用，發(fā)光器件的量子效率降低。為避免該情況，正在 推進(jìn)非極性面(a面、m面)等各種晶面的研究。但是，現(xiàn)狀是尚未發(fā)現(xiàn)超出c面上的效率 的晶面。由于襯底的主面形成包含自c面以約62度的角度向m軸方向傾斜的(10-11)面 與m面的微臺(tái)階結(jié)構(gòu)，因此本發(fā)明人關(guān)注自c面以63度以上且小于80度的角度向m軸方 向傾斜的面。尤其關(guān)注自c面向m軸方向傾斜75度的傾斜面即(20-21)面、和以該面為中 心的自c面向m軸方向的傾斜角為63度以上進(jìn)而為70度以上且小于80度的區(qū)域。該區(qū) 域中，在襯底的主面上包含(10-11)面的階面的寬度與包含m面的階面的寬度較小，因此臺(tái) 階密度變大，In偏析變小。
權(quán)利要求
一種GaN基半導(dǎo)體光器件，其特征在于，包括襯底，其包含第一GaN基半導(dǎo)體，且具有主面，該主面自與沿著該第一GaN基半導(dǎo)體的c軸延伸的基準(zhǔn)軸正交的面起，以63度以上且小于80度的范圍的傾斜角向該第一GaN基半導(dǎo)體的m軸方向傾斜；GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域，其設(shè)置在所述主面上；及半導(dǎo)體外延層，其設(shè)置在所述GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域上，用于有源層，且所述半導(dǎo)體外延層包含第二GaN基半導(dǎo)體，所述第二GaN基半導(dǎo)體含有銦，所述第二GaN基半導(dǎo)體的c軸相對(duì)于所述基準(zhǔn)軸傾斜，所述基準(zhǔn)軸的朝向?yàn)樗龅谝籊aN基半導(dǎo)體的
軸及
軸的任一方向。
2.如權(quán)利要求1所述的GaN基半導(dǎo)體光器件，其特征在于，所述襯底的所述主面自與所 述基準(zhǔn)軸正交的面起，以70度以上的角度向該第一 GaN基半導(dǎo)體的m軸方向傾斜。
3.如權(quán)利要求1或2所述的GaN基半導(dǎo)體光器件，其特征在于，所述襯底的所述主面自 與所述基準(zhǔn)軸正交的面起，以71度以上、79度以下的角度向該第一 GaN基半導(dǎo)體的m軸方 向傾斜。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的GaN基半導(dǎo)體光器件，其特征在于，所述第一GaN 基半導(dǎo)體的a軸方向的偏離角為有限的值，且在_3度以上、+3度以下的范圍內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的GaN基半導(dǎo)體光器件，其特征在于，包括設(shè)置在所 述有源層上的第二導(dǎo)電型GaN基半導(dǎo)體層，所述GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域含有第一導(dǎo)電型GaN基半導(dǎo)體層， 所述有源層含有沿預(yù)定的軸方向交替配置的阱層及勢(shì)壘層， 所述阱層包含所述半導(dǎo)體外延層，且所述勢(shì)壘層包含GaN基半導(dǎo)體， 所述第一導(dǎo)電型GaN基半導(dǎo)體層、所述有源層及所述第二導(dǎo)電型GaN基半導(dǎo)體層沿預(yù) 定的軸方向排列，且所述基準(zhǔn)軸的方向與所述預(yù)定的軸方向不同。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的GaN基半導(dǎo)體光器件，其特征在于，所述有源層以 生成370nm以上、650nm以下的波長(zhǎng)范圍的光的方式設(shè)置。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的GaN基半導(dǎo)體光器件，其特征在于，所述有源層以 生成480nm以上、600nm以下的波長(zhǎng)范圍的光的方式設(shè)置。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的GaN基半導(dǎo)體光器件，其特征在于，所述襯底的所 述主面為自該第一 GaN基半導(dǎo)體的(20-21)面及(20_2_1)面中的任一面起，以_3度以上、 +3度以下的范圍的角度傾斜的半導(dǎo)體面。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的GaN基半導(dǎo)體光器件，其特征在于，所述基準(zhǔn)軸朝 向所述
軸的方向。
10.如權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的GaN基半導(dǎo)體光器件，其特征在于，所述基準(zhǔn)軸 朝向所述W00-1]軸的方向。
11.如權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的GaN基半導(dǎo)體光器件，其特征在于，所述襯底包 含 GaN。
12.如權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的GaN基半導(dǎo)體光器件，其特征在于，所述襯底的 所述主面的表面形態(tài)含有多個(gè)微臺(tái)階，該微臺(tái)階的主要的構(gòu)成面至少包含m面及(10-11)
13.一種方法，用于制作GaN基半導(dǎo)體光器件，其特征在于，包括如下步驟 對(duì)包含第一 GaN基半導(dǎo)體的晶片進(jìn)行熱處理的步驟；在所述主面上生長(zhǎng)GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域的步驟；及在所述GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域的主面上，形成用于有源層的半導(dǎo)體外延層的步驟，且 所述晶片具有主面，該主面自與沿著該第一 GaN基半導(dǎo)體的c軸延伸的基準(zhǔn)軸正交的 面起，以63度以上且小于80度的范圍的傾斜角向所述第一 GaN基半導(dǎo)體的m軸方向傾斜， 所述半導(dǎo)體外延層包含第二 GaN基半導(dǎo)體，所述第二 GaN基半導(dǎo)體含有銦作為構(gòu)成元素，所述第二 GaN基半導(dǎo)體的c軸相對(duì)于所述基準(zhǔn)軸傾斜，所述基準(zhǔn)軸朝向所述第一 GaN基半導(dǎo)體的W001]軸及W00-1]軸的任一方向。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述晶片的所述主面自與所述基準(zhǔn)軸正 交的面起，以70度以上的范圍的角度向所述第一 GaN基半導(dǎo)體的m軸方向傾斜。
15.如權(quán)利要求13或14所述的方法，其特征在于，所述晶片的所述主面自與所述基準(zhǔn) 軸正交的面起，以71度以上、79度以下的角度向該第一 GaN基半導(dǎo)體的m軸方向傾斜。
16.如權(quán)利要求13至15中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述有源層具有包含沿預(yù)定的軸方向交替配置的阱層及勢(shì)壘層的量子阱結(jié)構(gòu)， 所述半導(dǎo)體外延層為所述阱層， 所述勢(shì)壘層包含GaN基半導(dǎo)體， 該方法包括如下步驟在所述半導(dǎo)體外延層上形成所述勢(shì)壘層的步驟；及 在所述有源層上生長(zhǎng)第二導(dǎo)電型GaN基半導(dǎo)體層的步驟， 所述GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域含有第一導(dǎo)電型GaN基半導(dǎo)體層， 所述第一導(dǎo)電型GaN基半導(dǎo)體層、所述有源層及所述第二導(dǎo)電型GaN基半導(dǎo)體層沿預(yù) 定的軸方向排列，且所述基準(zhǔn)軸的方向與所述預(yù)定的軸方向不同。
17.如權(quán)利要求13至16中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述第一GaN基半導(dǎo)體的 a軸方向的偏離角為有限的值，且在_3度以上、+3度以下的范圍內(nèi)。
18.如權(quán)利要求13至17中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述晶片的所述主面的所 述傾斜角分布在自該第一 GaN基半導(dǎo)體的(20-21)面及(20_2_1)面中的任一晶面起_3度 以上、+3度以下的范圍內(nèi)。
19.如權(quán)利要求13至18中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述晶片包含 InsAlTGai_s_TN(0 彡 S 彡 1、0 彡 T 彡 1、0 彡 S+T < 1)。
20.如權(quán)利要求13至19中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述晶片包含GaN。
21.如權(quán)利要求13至20中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述晶片的所述主面的表 面形態(tài)含有多個(gè)微臺(tái)階，該微臺(tái)階的主要的構(gòu)成面至少包含m面及(10-11)面。
22.—種外延晶片，用于GaN基半導(dǎo)體光器件，其特征在于，包括襯底，其包含第一 GaN基半導(dǎo)體，且具有主面，該主面自與沿著該第一 GaN基半導(dǎo)體的 c軸延伸的基準(zhǔn)軸正交的面起，以63度以上且小于80度的范圍的傾斜角向該第一 GaN基半 導(dǎo)體的m軸方向傾斜；GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域，其設(shè)置在所述主面上；及半導(dǎo)體外延層，其設(shè)置在所述GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域上，用于有源層，且 所述半導(dǎo)體外延層包含第二 GaN基半導(dǎo)體，所述第二 GaN基半導(dǎo)體含有銦，所述第二 GaN基半導(dǎo)體的c軸相對(duì)于所述基準(zhǔn)軸傾斜，所述基準(zhǔn)軸的朝向?yàn)樗龅谝?GaN基半導(dǎo)體的W001]軸及
軸的任一方向。
23.如權(quán)利要求22所述的外延晶片，其特征在于，所述襯底的所述主面自與所述基準(zhǔn) 軸正交的面起，以71度以上、79度以下的角度向該第一 GaN基半導(dǎo)體的m軸方向傾斜。
24.一種方法，用于生長(zhǎng)GaN基半導(dǎo)體膜，其特征在于，包括如下步驟形成GaN基半導(dǎo)體區(qū)域的步驟，該GaN基半導(dǎo)體區(qū)域具有包含多個(gè)微臺(tái)階的表面，所述 多個(gè)微臺(tái)階至少包含m面及(10-11)面作為主要的構(gòu)成面；及在所述GaN基半導(dǎo)體區(qū)域的所述表面上，生長(zhǎng)含有In作為構(gòu)成元素的GaN基半導(dǎo)體膜 的步驟，且所述GaN基半導(dǎo)體區(qū)域的所述表面自與沿著該GaN基半導(dǎo)體區(qū)域的c軸延伸的基準(zhǔn)軸 正交的面起，以63度以上且小于80度的范圍的傾斜角向該GaN基半導(dǎo)體區(qū)域的m軸方向 傾斜。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述GaN基半導(dǎo)體區(qū)域的所述表面自與所 述基準(zhǔn)軸正交的面起，以71度以上、79度以下的角度向該GaN基半導(dǎo)體區(qū)域的m軸方向傾 斜。
26.一種方法，用于制作GaN基半導(dǎo)體光器件，其特征在于，包括如下步驟 對(duì)包含第一 GaN基半導(dǎo)體的晶片進(jìn)行熱處理的步驟；在所述晶片的主面上生長(zhǎng)包含第一導(dǎo)電型GaN基半導(dǎo)體層的GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域的 步驟；在所述GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域的主面上，生長(zhǎng)用于有源層的半導(dǎo)體外延層的步驟； 在所述有源層上形成第二導(dǎo)電型GaN基半導(dǎo)體層而制作外延晶片的步驟； 在形成所述外延晶片后，形成用于所述GaN基半導(dǎo)體光器件的陽(yáng)極及陰極而制作襯底 產(chǎn)品的步驟；按照所述第一 GaN基半導(dǎo)體的m軸方向，在所述襯底產(chǎn)品的主面的表面進(jìn)行劃線的步 驟；及在對(duì)所述襯底產(chǎn)品進(jìn)行劃線后，進(jìn)行所述襯底產(chǎn)品的解理而形成解理面的步驟，且 所述襯底產(chǎn)品含有包含GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域、半導(dǎo)體外延層及第二導(dǎo)電型GaN基半 導(dǎo)體層的半導(dǎo)體層疊體，所述半導(dǎo)體層疊體位于所述襯底產(chǎn)品的所述主面與所述晶片的所述主面之間， 所述解理面包含a面，所述晶片具有主面，該主面自與沿著該第一 GaN基半導(dǎo)體的c軸延伸的基準(zhǔn)軸正交的 面起，以63度以上且小于80度的范圍的傾斜角向所述第一 GaN基半導(dǎo)體的m軸方向傾斜， 所述半導(dǎo)體外延層包含第二 GaN基半導(dǎo)體，所述第二 GaN基半導(dǎo)體含有銦作為構(gòu)成元素，所述第二 GaN基半導(dǎo)體的c軸相對(duì)于所述基準(zhǔn)軸傾斜， 所述基準(zhǔn)軸朝向所述第一 GaN基半導(dǎo)體的
軸的方向。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，所述晶片的所述主面自與所述基準(zhǔn)軸正交的面起，以71度以上、79度以下的角度向該第一 GaN基半導(dǎo)體的m軸方向傾斜。
28. 一種方法，用于制作GaN基半導(dǎo)體光器件，其特征在于，包括如下步驟 對(duì)包含第一 GaN基半導(dǎo)體的晶片進(jìn)行熱處理的步驟；在所述晶片的主面上生長(zhǎng)包含第一導(dǎo)電型GaN基半導(dǎo)體層的GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域的 步驟；在所述GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域的主面上，生長(zhǎng)用于有源層的半導(dǎo)體外延層的步驟； 在所述有源層上形成第二導(dǎo)電型GaN基半導(dǎo)體層而制作外延晶片的步驟； 在形成所述外延晶片后，形成用于所述GaN基半導(dǎo)體光器件的陽(yáng)極及陰極而制作襯底 產(chǎn)品的步驟；按照所述第一 GaN基半導(dǎo)體的m軸方向，在所述襯底產(chǎn)品的主面的相反側(cè)的背面進(jìn)行 劃線的步驟；及在對(duì)所述襯底產(chǎn)品進(jìn)行劃線后，進(jìn)行所述襯底產(chǎn)品的解理而形成解理面的步驟，且 所述襯底產(chǎn)品含有包含GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域、半導(dǎo)體外延層及第二導(dǎo)電型GaN基半 導(dǎo)體層的半導(dǎo)體層疊體，所述半導(dǎo)體層疊體位于所述襯底產(chǎn)品的所述主面與所述晶片的所述主面之間，所述解理面包含a面，所述晶片的主面具有(20-21)面，所述半導(dǎo)體外延層包含第二 GaN基半導(dǎo)體，所述第二 GaN基半導(dǎo)體含有銦作為構(gòu)成元素，所述第二 GaN基半導(dǎo)體的c軸相對(duì)于沿著該第一 GaN基半導(dǎo)體的c軸延伸的基準(zhǔn)軸傾斜，所述基準(zhǔn)軸朝向所述第一 GaN基半導(dǎo)體的W001]軸的方向。
全文摘要
在GaN基半導(dǎo)體光器件(11a)中，襯底(13)的主面(13a)自與沿著第一GaN基半導(dǎo)體的c軸延伸的基準(zhǔn)軸(Cx)正交的面起，以63度以上且小于80度的范圍的傾斜角向該第一GaN基半導(dǎo)體的m軸方向傾斜。GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域(15)設(shè)置在主面(13a)上。在GaN基半導(dǎo)體外延區(qū)域(15)上，設(shè)有有源層(17)。有源層(17)含有至少一個(gè)半導(dǎo)體外延層(19)。半導(dǎo)體外延層(19)包含InGaN。半導(dǎo)體外延層(19)的膜厚方向相對(duì)于基準(zhǔn)軸(Cx)傾斜。該基準(zhǔn)軸(Cx)朝向第一GaN基半導(dǎo)體的
軸的方向。由此，提供可抑制由有源層中的In偏析所引起的發(fā)光特性降低的GaN基半導(dǎo)體發(fā)光器件。
文檔編號(hào)H01L21/205GK101911322SQ200980101538
公開(kāi)日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2009年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月4日
發(fā)明者上野昌紀(jì), 中村孝夫, 京野孝史, 住友隆道, 善積祐介, 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