CN101647091B - 基于氮化镓的外延晶片和制造基于氮化镓的半导体发光器件的方法 - Google Patents

基于氮化镓的外延晶片和制造基于氮化镓的半导体发光器件的方法 Download PDF

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Abstract

原料气体流过有机金属气相生长炉(21)的流动通道(23)。在从一端至另一端横穿支撑台(25)主面(25a)的方向上供应所述原料气体。将GaN衬底(27a～27c)布置在所述支撑台主面(25a)上。斜角在从所述氮化镓衬底(27a～27c)的主面的边缘上的一个点向所述边缘上的另一个点的线段上单调变化。所述各个GaN衬底(27a～27c)的取向由所述取向平面的方向表示。通过根据所述取向将所述多个氮化镓衬底(27a～27c)布置在所述有机金属气相生长炉(21)的支撑台(25)上，通过利用归因于所述原料气体流动的影响能够降低所述斜角分布的影响。

Description

基于氮化镓的外延晶片和制造基于氮化镓的半导体发光器件的方法
技术领域
本发明涉及基于氮化镓的外延晶片和制造基于氮化镓的半导体发光器件的方法。
背景技术
专利文献1描述了一种基于氮化镓的半导体器件，其具有具备良好结晶品质的基于氮化镓的半导体层。在所述半导体发光器件的氮化镓支撑衬底的主面上设置所述基于氮化镓的半导体层。在氮化镓支撑衬底的主面的法线与氮化镓支撑衬底的C轴之间形成一个角(称为斜角)。随着所述氮化镓支撑衬底的斜角接近0°，在基于氮化镓的半导体层表面上更经常地看到呈六棱锥形的突起。所述角优选为小于2°。[专利文献1]日本未审查专利申请2005-159047号公报
发明内容
本发明要解决的问题
根据本发明人的发现，当在氮化镓衬底上形成具有包含铟作为III族元素的基于氮化镓的半导体阱层如InGaN阱层的有源层时，发射自基于氮化镓的半导体发光器件如发光二极管的光的峰值波长具有一种分布。当在蓝宝石衬底上制造包括具有相似的量子阱结构的有源层的发光二极管时，发射自这种发光二极管的光的峰值波长的分布宽度不大。总之，根据这种比较，发射自基于氮化镓的半导体发光器件的光的峰值波长因为使用了氮化镓衬底而具有宽的分布。
本发明人为了发现这种分布的原因而进行了多种实验。本发明人还为了降低这种分布而进行了研究。
在这些情况下完成了本发明。本发明的目的是提供一种制造基于氮化镓的半导体发光器件的方法，所述半导体发光器件具有如下结构，其中发射自氮化镓衬底上的有源层的光的波长分布能够被减少，所述有源层包括阱层。本发明的另一个目的是提供基于氮化镓的外延晶片，利用所述外延晶片提供这种半导体器件。解决所述问题的手段
根据本发明的一个方面，基于氮化镓的外延晶片包括：(a)具有主面的氮化镓衬底；(b)在氮化镓衬底主面上生长的一个以上的基于氮化镓的半导体膜；和(c)具有量子阱结构的有源层，所述有源层生长在所述基于氮化镓的半导体膜上。所述有源层包括阱层，所述阱层由含铟作为III族元素的基于氮化镓的半导体构成。在氮化镓衬底的主面的法线与C轴之间的斜角具有在整个主面上的分布，而且所述斜角在从主面的边缘上的一个点向所述边缘上的另一个点延伸的线段上单调变化。在主面上的第一点处的斜角比在主面上的第二点处的斜角小，在所述第一点上的阱层的厚度比在所述第二点上的阱层的厚度小。
本发明的另一个方面是制造氮化物半导体发光器件的方法。这种方法包括：(a)在多个氮化镓衬底的主面上同时生长基于氮化镓的半导体膜的步骤，所述多个氮化镓衬底布置在有机金属气相外延反应器的支撑台上；以及(b)通过供应原料气体，利用所述有机金属气相外延反应器在各个基于氮化镓的半导体膜上形成具有量子阱结构的有源层的步骤。所述有源层包括阱层，所述阱层由包含铟作为III族元素的基于氮化镓的半导体构成。在各个氮化镓衬底的主面的法线和所述氮化镓衬底的C轴之间的斜角具有在整个所述主面上的分布，并在从所述主面的边缘上的一个点向所述边缘上的另一个点延伸的线段上单调变化。在所述主面上的第一点处的斜角比在所述主面上的第二点处的斜角小，在所述第一点上的所述阱层的厚度比在所述第二点上的所述阱层的厚度小。
本发明人进行的研究，在衬底主面中的斜角分布影响铟的含量。当生长基于氮化镓的半导体时，斜角的影响是不可避免的。然而，已经发现，作为本发明人进行的实验的结果，当使用斜角在所述衬底主面上的分布受到控制的氮化镓衬底时，原料气体的流动的影响部分抵消斜角的影响。
当利用外延反应器进行晶体生长以用于基于氮化镓的外延晶片时，原料气体的流动的影响能够引起发射光波长的分布。然而，作为本发明人所进行的实验和研究的结果，已经证明，这不是引起分布的主要原因。在整个实验和研究中，本发明人把注意力集中在蓝宝石衬底和氮化镓衬底之间的差别并获得了如下发现。在晶片表面中，在蓝宝石衬底的主面的法线和所述主面的C轴之间形成的斜角分布在-0.1°～+0.1°的范围内，而在所述衬底中心部分处的斜角为0.15°。相比之下，在氮化镓衬底的主面的法线与所述主面的C轴之间形成的斜角因氮化镓衬底的制造方法而分布在整个主面上。
通过使用受控斜角分布和受控生长速率分布，利用斜角在从主面边缘上的一个点向所述边缘上的另一个点延伸的线段上单调变化的氮化镓衬底，能够提供一种在衬底主面上第一点处的斜角比在所述衬底主面上的第二点处的斜角小且在所述第一点上的阱层厚度比所述第二点上的阱层厚度小的结构。
利用这种基于氮化镓的外延晶片，能够提供具有发射自氮化镓衬底上的有源层的光的波长分布能够降低的结构的半导体器件，所述有源层包括阱层。
在本发明的基于氮化镓的外延晶片中，所述线段的取向与晶体取向<1-100>和<11-20>中的一个相对应。这些晶体取向适用于结合斜角分布和阱宽度分布。
在本发明的基于氮化镓的外延晶片的优选实施方案中，氮化镓衬底包括取向平面和基本上呈圆弧形状的边缘，所述取向平面的取向与晶体取向<1-100>和<11-20>中的一个相对应。按照本发明的基于氮化镓的外延晶片的另一个优选实施方案，氮化镓衬底包括基本上呈圆形的边缘，且所述氮化镓衬底包括与晶体取向<1-100>和<11-20>中的一个相对应的标记。
在本发明的基于氮化镓的外延晶片中，沿穿过氮化镓衬底主面中心的轴，斜角分布的最大值和最小值之差优选为0.7°以下。优选将该范围用于结合斜角分布和阱宽度分布。
在本发明的制造方法的优选实施方案中，在横穿有机金属气相外延反应器的支撑台主面的方向上供应用于形成有源层的原料气体，如此供应这种原料气体，使得有源层的阱层生长速度在原料气体流动的方向上分布。
能够将这种原料气体流动应用于如下氮化镓衬底，其中斜角在从衬底主面的边缘上的一个点向所述边缘的另一个点延伸的线段上单调变化。
本发明的制造方法还可以包括将氮化镓衬底布置在支撑台上的步骤。各个氮化镓衬底的线段以某一轴的方向取向。
作为将多个氮化镓衬底布置在有机金属气相外延反应器的支撑台上以使得以上述方式取向的结果，通过利用源自原料气体流动的影响能够降低斜角分布的影响。
在本发明制造方法的另一个优选实施方案中，在与支撑台主面相交的轴的方向上供应用于形成有源层的原料气体，如此供应这种原料气体，使得有源层的阱层生长速度在原料气体从上游向下游流动的方向分布。
能够将这种原料气体流动应用于如下氮化镓衬底，其中斜角在从衬底主面的边缘上的一个点向所述边缘的另一个点延伸的线段上单调变化。
本发明的制造方法还可以包括将氮化镓衬底布置在有机金属气相外延反应器的支撑台上的步骤。所述支撑台包括用于所述氮化镓衬底的多个导向装置，所述导向装置设置于在支撑台的主面上限定的圆周上。各个氮化镓衬底的线段以与所述支撑台的所述主面上的圆周的切线相交的方向取向。所述相交角为例如直角。
作为将多个氮化镓衬底布置在有机金属气相外延反应器的支撑台上以使得以上述方式取向的结果，通过利用源自原料气体流动的影响能够降低斜角分布的影响。
在本发明的制造方法中，在旋转支撑台的同时生长阱层。作为旋转所述支撑台的结果，能够提高晶体生长的均匀性。旋转所述支撑台还使得不对称或不均匀的原料气体流动的影响平均化。
参考附图，通过下面对本发明优选实施方案的详细描述将使本发明的上述目的、其它目的、特征和优势更加易于显而易见。发明优点
如上所述，根据本发明，提供了制造基于氮化镓的半导体发光器件的方法，所述发光器件具有能够降低发射自氮化镓衬底上的有源层的光的波长分布的结构，所述有源层包括阱层。根据本发明，还提供了基于氮化镓的外延晶片，利用所述外延晶片提供了这种半导体器件。
附图说明
图1A显示了在有机金属气相外延反应器的支撑台上的蓝宝石衬底的排列。图1B显示了InGaN有源层的铟的含量与生长速度。图2显示了外延衬底E1中在OF和AOF之间延伸的线段上PL波长的分布。图3显示了利用PL测绘系统测量的PL分布和PL分布的直方图。图4显示了外延衬底E2中穿过中心C在边缘上的点AP和点BP之间延伸的线段上PL波长的分布。图5显示了利用PL测绘系统测量的PL分布和PL分布的直方图。图6显示了外延衬底E3中穿过中心C在边缘上的点AP和点BP之间延伸的线段上的PL波长的分布。图7显示了利用PL测绘系统测量的PL分布和PL分布的直方图。图8显示了本发明实施方案的基于氮化镓的外延晶片。图9显示了包括本发明实施方案的制造氮化物半导体发光器件的方法的主要步骤的流程图。图10示意性显示了具有优选构型的有机金属气相外延反应器。图11显示了在支撑台上的GaN衬底的排列、半导体层的生长速度分布和所述半导体层的有效生长速度分布。图12示意性显示了具有另一种优选构型的有机金属气相外延反应器。图13显示了在支撑台上的GaN衬底的排列、半导体层的生长速度分布和所述半导体层的有效生长速度分布。附图标记
E1、E2、E3    外延晶片E4    基于氮化镓的外延晶片11    有机金属气相外延反应器13    支撑台15    蓝宝石衬底41    氮化镓衬底41a   氮化镓衬底的主面43    基于氮化镓的半导体膜45    有源层47    量子阱结构47a   阱层47b   阻挡层49    p型覆盖层51    p型接触层21    有机金属气相外延反应器23    流动通道25    支撑台25a   支撑台的主面27a、27b、27c   GaN衬底31    有机金属气相外延反应器33    流动通道35    支撑台35a   支撑台的主面37a、37b、37c   GaN衬底
具体实施方式
参考作为实例的附图，考虑到下列详细说明，能够使得本发明的发现易于理解。下文中，参考附图对本发明的基于氮化镓的外延晶片和制造基于氮化镓的半导体发光器件的方法的实施方案进行说明。如果可能，使用相同的附图标记来表示相同的元件。
第一实施方案图1A和1B显示了用于描述使用蓝宝石衬底的InGaN有源层生长的图。参考图1A，显示了布置在有机金属气相外延反应器11的支撑台13上的蓝宝石衬底15的排列。这样排列所述蓝宝石衬底15，使得所述蓝宝石衬底15的取向平面(下文中简称为“OF”)朝向支撑台13的边缘。参考图1B，显示了穿过中心点C从蓝宝石衬底15的“OF”延伸的轴上的五个测量点处铟的含量和InGaN层的生长速度。在图1B中，“AOF”表示所述轴与所述衬底边缘的交点。图1B显示，铟的含量在衬底的整个主面上基本上恒定，而它从衬底的中心点C向边缘E稍微升高。铟的含量的这种状态是缺少斜角在蓝宝石衬底主面上的分布的结果。InGaN的生长速度从AOF至OF单调增大。生长速度的这种状态与外延反应器中原料(从流动通道的上游部分流向下游部分的原料)的流动有关。当生长速度高时，铟的掺入水平增大，因此铟的含量升高。
生长速度增大导致阱层厚度增大。阱层厚度增大和铟的含量增加两者皆导致PL波长向更长波长移动。
如下所述，本发明人利用基于氮化镓的半导体通过有机金属气相外延制造了发光器件如发光二极管。所述有机金属气相外延所使用的原料为三甲基镓(TMGa)、三甲基铝(TMAl)、三甲基铟(TMIn)、氨(NH3)、硅烷(SiH4)和环戊二烯基镁(Cp2Mg)。在有机金属气相外延反应器11的支撑台13上以下列方式排列衬底。外延衬底    衬底类型                     衬底取向E1          蓝宝石衬底(0001)n-GaN样板    法线取向E2          GaN(0001)衬底，斜角分布为    法线取向0.1°～0.6°E3          GaN(0001)衬底，斜角分布为    从法线取向旋转90°01°～0.6°在蓝宝石衬底中，很好地控制所述斜角使得蓝宝石衬底表面中的斜角相对于衬底中心处的斜角为约-0.1°～+0.1°。因而，斜角(衬底的主面的法线与C轴之间的角)未分布在整个主面上。在GaN(0001)衬底中，尽管制造主面使得与(0001)面对准，但斜角仍分布在所述衬底的整个主面上。这样的斜角分布源自GaN晶体的制造方法。
对这些衬底进行热清洁。例如在1050℃下进行这种清洁，同时将反应器的内部压力控制为101kPa并向反应器内供应NH3和H2。所述清洁的时间为例如10分钟。
随后沉积AlGaN膜。具体地，通过向反应器内供应TMGa、TMAl、NH3和SiH4在各个衬底上生长n-A1GaN膜。所述膜的厚度为例如50nm。成膜温度为例如1050℃。所述A1GaN膜用来平坦化存在于GaN衬底表面上的微观粗糙度。
随后将反应器内的温度变至1100℃并沉积GaN膜。具体地，通过向反应器内供应TMGa、NH3和SiH4在各个衬底上生长n-GaN膜。所述膜的厚度为例如2000nm。膜的平均生长速度为例如4μm/小时。所得到的GaN膜充当例如覆盖层或缓冲层。
随后形成量子阱结构。为了形成所述量子阱结构，通过向反应器内供应TMGa、TMIn和NH3在各个衬底上形成InGaN膜。具体地，交替生长InGaN阻挡层和InGaN阱层。所述InGaN阻挡层的厚度为例如15nm且组成为In0.01Ga0.99N。所述InGaN阱层的厚度为例如3nm且组成为In0.14Ga0.86N。所述量子阱结构为例如六个周期的结构。
随后沉积AlGaN膜。具体地，通过向反应器内供应TMGa、TMAl、NH3和Cp2Mg在各个衬底上生长p-AlGaN膜。所述膜的厚度为例如20nm。成膜温度为例如1000℃。这种掺杂Mg的AlGaN膜能够充当覆盖层或电子阻挡层。再沉积GaN膜。具体地，通过向反应器内供应TMGa、NH3和Cp2Mg在各个衬底上生长p-GaN膜。所述膜的厚度为例如50nm。成膜温度为例如1000℃。这种掺杂Mg的GaN膜能够充当接触层。
对由此形成的外延衬底E1、E2和E3的光致发光(PL)波长的分布进行了测量。利用PL测绘系统进行这种测量。
图2显示了外延衬底E1中穿过中心在点OF和点AOF之间延伸的线段上PL波长的分布。在蓝宝石衬底主面中斜角基本上恒定为例如0.15°。图3显示了利用PL测绘系统测量的PL分布和所述PL分布的直方图。所述直方图显示了在测量点处波长和采样数之间的关系。PL波长的平均值为448.87nm，所述PL波长的标准偏差为2.84nm。尽管在所述蓝宝石衬底的主面中没有斜角分布，但是因阱层厚度相对大的分布与铟的含量相对小的分布之间的重叠而引起在所述蓝宝石衬底主面中PL波长的分布。
图4显示了外延衬底E2中穿过中心C在边缘上的点AP和点BP之间延伸的线段上PL波长的分布。斜角在GaN衬底主面中沿所述线段单调变化。例如，斜角的最小值为0.2°，斜角的最大值为0.4°。图5显示了利用PL测绘系统测量的PL分布和所述PL分布的直方图。所述直方图显示了在测量点处波长与采样数之间的关系。PL波长的平均值为469.17nm，所述PL波长的标准偏差为4.55nm。所述GaN衬底的主面不可避免地具有斜角分布。这种斜角分布影响了量子阱结构中InGaN层的铟的含量。当斜角大时，铟的含量变小。除了这种影响，原料在流动通道中从上游部分向下游部分的流动也会影响量子阱结构中InGaN层的厚度。
图6显示了外延衬底E3中穿过中心C在边缘上的点AP和点BP之间延伸的线段上PL波长的分布。斜角在GaN衬底主面中沿所述线段单调变化。例如，斜角的最小值为0.2°，斜角的最大值为0.4°。图7显示了利用PL测绘系统测量的PL分布和所述PL分布的直方图。所述直方图显示了在测量点处波长与采样数之间的关系。PL波长的平均值为466.91nm且所述PL波长的标准偏差为2.76nm。所述GaN衬底的主面不可避免地具有斜角分布。这种斜角分布影响了量子阱结构中InGaN层的铟的含量。除了这种影响，原料在流动通道中从上游部分向下游部分的流动也会影响量子阱结构中InGaN层的厚度。在斜角大的区域中，所述InGaN层的厚度大。
外延衬底E2和E3的GaN衬底具有相同的斜角分布。然而，外延衬底E3的PL波长的标准偏差(2.76nm)明显比外延衬底E2的PL波长的标准偏差(4.55nm)小。这是因为通过利用GaN衬底主面中斜角的分布和因原料流动而引起的生长速度的分布，降低了PL波长的分布。
图8显示了本发明实施方案的基于氮化镓的外延晶片。该基于氮化镓的外延晶片E4包括氮化镓衬底41、一个以上的基于氮化镓的半导体膜43以及有源层45。在氮化镓衬底的主面41a上生长基于氮化镓的半导体膜43。所述有源层45在基于氮化镓的半导体膜上生长并具有量子阱结构47。所述量子阱结构47包括交替设置的阱层47a和阻挡层47b。所述阱层47由包含铟作为III族元素的基于氮化镓的半导体构成。所述阱层47a的厚度分布在整个主面41a上。GaN衬底的氮化镓的C轴与GaN衬底的主面的法线之间的斜角分布在整个衬底主面41a上，而且如图6中所示，所述斜角在从衬底主面41a的边缘上的一个点向所述边缘上另一个点延伸的线段上单调变化。在衬底主面41a上第一点P1处的斜角(θ1)比在衬底主面41a上第二点P2处的斜角(θ2)小(θ2＞θ1)。在第一点P1上的阱层47a的厚度D1比在第二点P2上阱层47a的厚度D2小(D1＜D2)。所述基于氮化镓的半导体膜43可以为例如n型覆盖层或缓冲层。如果需要，基于氮化镓的外延晶片E4可包括在有源层45上设置的一个以上的基于氮化镓的半导体膜且所述基于氮化镓的半导体膜可包括例如p型覆盖层49和p型接触层51。
如上所述，当利用外延反应器进行晶体生长以形成基于氮化镓的外延晶片时，原料气体的流动导致发射光波长的分布。当把注意力集中在蓝宝石衬底和氮化镓衬底之间的差别时，蓝宝石衬底的主面具有均匀晶面，而氮化镓衬底具有在其整个上分布了斜角的主面。
根据本发明人所进行的研究，这样的斜角的分布影响了基于GaN的半导体的铟的含量。在基于氮化镓的半导体的制造中，不可避免地产生这种斜角的影响。然而，本发明人已经发现，作为实验的结果，当使用在衬底主面上斜角的分布受到控制的氮化镓衬底时，通过改变原料气体的流动的影响部分抵消所述斜角的影响。
具体地，利用斜角在从衬底主面的边缘上的一个点向所述边缘上的另一个点延伸的线段上单调变化的氮化镓衬底，能够提供主面上的第一点处的斜角比主面上的第二点处的斜角小且所述第一点上的阱层厚度比所述第二点上的阱层厚度小的结构。
利用这种基于氮化镓的外延晶片，能够提供具有发射自氮化镓衬底上的有源层的光的波长分布能够降低的结构的半导体器件，所述有源层包括阱层。
所述线段的取向与基于氮化镓的外延晶片中的晶体取向<1-100>和<11-20>中的一个相对应。这些晶体取向在将斜角分布和阱宽度分布结合时是适合的。
在基于氮化镓的外延晶片的优选实施方案中，氮化镓衬底包括取向平面和基本上呈圆弧形状的边缘，所述取向平面的取向与晶体取向<1-100>和<11-20>中的一个相对应。作为选择，在基于氮化镓的外延晶片的另一个优选实施方案中，氮化镓衬底包括基本上呈圆形的边缘，且所述氮化镓衬底包括与晶体取向<1-100>和<11-20>中的一个相对应的标记。
基于氮化镓的外延晶片在沿穿过氮化镓衬底主面中心的轴，斜角分布的最大值和最小值之差优选为0.7°以下。该范围适合于结合斜角分布和阱宽度分布。
第二实施方案图9显示了包括本发明实施方案的制造氮化物半导体发光器件的方法的主要步骤的流程图。参考流程图100，在步骤S101中，准备具有上述斜角分布的GaN衬底。所述斜角分布在各个衬底的整个主面上并在穿过主面中心点从主面的边缘上的一个点向所述边缘上的另一个点延伸的线段上单调变化。在衬底主面中既不存在斜角的最小点也不存在最大点。穿过具有相等斜角的点的等斜角线，从GaN衬底的边缘上的一个点延伸至另一个点，且所述等斜角线由曲线和/或线段构成。根据实施方案，所述等斜角线的曲率半径优选大于GaN衬底轮廓的曲率半径。在这种情况下，主面上的斜角分布相当缓和地变化。
图10示意性显示了具有优选构型的有机金属气相外延反应器。参考图11，在步骤S103中，在有机金属气相外延反应器的支撑台上以预定排列布置GaN衬底27a、27b和27c。如图11中所示，从各个衬底主面的边缘上的一个点向边缘上的另一个点延伸的各个线段朝向同一方向。所述GaN衬底27a、27b和27c的取向由图11中所示实例中的取向平面的取向表示。
在有机金属气相外延反应器21中，原料气体流过流动通道23。在支撑台25的主面25a上布置多个GaN衬底27a～27c。将这些GaN衬底27a～27c布置在主面25a的导向装置中。在横穿有机金属气相外延反应器21的支撑台25的主面25a的方向(由箭头A所示的方向)上供应原料气体(例如，用于形成有源层的原料气体)。如图11中所示，如此供应这种原料气体，使得半导体层的生长速度在原料流动方向上分布。取向平面根据生长速度分布取向。
在旋转支撑台25的同时生长半导体层。这样的支撑台25旋转提高了晶体生长的均匀性。旋转所述支撑台25使得不对称或不均匀的原料气体流动的影响平均化。该旋转将图11中所示的生长速度分布变为图11中所示的有效生长速度分布。
能够将这种原料气体流动应用于氮化镓衬底27a～27c，在所述衬底中，斜角在从衬底主面的边缘上的一个点向边缘上的另一个点延伸的线段上单调变化。所述氮化镓衬底27a～27c的线段以预定轴的方向取向。通过在有机金属气相外延反应器21的支撑台25上以这种取向布置多个氮化镓衬底27a～27c，通过利用原料气体流动的上述影响能够降低斜角分布的影响。
在步骤S105中，在GaN衬底上生长基于GaN的半导体膜。在形成量子阱结构之前，形成该基于GaN的半导体膜。通过沉积例如n型半导体来形成基于GaN的半导体膜以用于缓冲层或覆盖层。这种半导体的实例包括GaN、AlGaN或AlInGaN等。
在步骤S107中，形成量子阱结构。为了形成所述量子阱结构，在步骤S107a中生长阱层并在步骤S107b中生长阻挡层。如果需要，在步骤S107c中重复生长阱层和阻挡层。利用含铟作为III族元素的基于氮化镓的半导体能够生长阱层。这种基于氮化镓的半导体的实例包括InGaN和AlInGaN。利用含铟作为III族元素的基于氮化镓的半导体能够生长阻挡层。这种基于氮化镓的半导体的实例包括InGaN和AlInGaN。所述阱层的厚度因源自原料气体流动的影响而在主面上分布。铟的含量因斜角分布的影响而分布。
如上所述，斜角的这种分布影响了晶体生长速度。当制造基于氮化镓的半导体时，斜角的影响是不可避免的。然而，当使用衬底主面上的斜角分布受到控制的氮化镓衬底时，原料气体的流动的影响部分抵消斜角的影响。
当利用外延反应器21进行晶体生长以形成基于氮化镓的外延晶片时，发射光的波长因原料气体流动的影响而分布。通过使用斜角在从衬底主面的边缘上的一个点向边缘上的另一个点延伸的线段上单调变化的氮化镓衬底，并结合斜角在整个衬底主面上的分布与原料气体流动的影响，能够降低发射光的这种波长分布。结果，能够提供衬底主面上的第一点处的斜角比衬底主面上的第二点处的斜角小且所述第一点上的阱层厚度比所述第二点上的阱层厚度小的结构。因而，利用这样的基于氮化镓的外延晶片，能够提供具有发射自氮化镓衬底上的有源层的光的波长分布能够降低的结构的半导体器件，所述有源层包括阱层。
在步骤S109中，在量子阱结构上生长基于GaN的半导体膜。通过沉积例如p型半导体来形成基于GaN的半导体膜以用于覆盖层或接触层。这种半导体的实例包括GaN、AlGaN和AlInGaN。
在步骤S111中，在接触层上形成第一电极例如阳极并在GaN衬底背面上形成第二电极例如阴极。
图12示意性显示了具有另一种优选构型的有机金属气相外延反应器。参考图13，在步骤S103中，在有机金属气相外延反应器的支撑台上以预定排列布置GaN衬底37a、37b和37c。如图13中所示，从各个衬底主面的边缘上的一个点向边缘上的另一个点延伸的各个线段以原料气体流动的方向取向。所述GaN衬底37a、37b和37c的取向由图13中所示实例中的取向平面的取向表示。
在有机金属气相外延反应器31中，原料气体流过流动通道33。在支撑台35的主面35a上布置多个GaN衬底37a～37c。将这些GaN衬底37a～37c布置在主面35a的导向装置中。沿与支撑台35的主面35a相交的B轴(沿由箭头C所示的方向)供应原料气体(例如，用于形成有源层的原料气体)。如此供应这种原料气体，使得阱层生长速度在原料气体从上游部分流向下游部分的方向上分布。如图13中所示，通过如此供应这种原料气体，使得半导体层的生长速度在原料流动方向上分布。取向平面根据生长速度分布取向。
在旋转支撑台35的同时生长半导体层。这样的支撑台35旋转提高了晶体生长的均匀性。旋转所述支撑台35使得不对称或不均匀的原料气体流动的影响平均化。该旋转将图13中所示的生长速度分布变为图13中所示的有效生长速度分布。
能够将这种原料气体流动应用于氮化镓衬底37a～37c，在所述衬底中，斜角在从衬底主面的边缘上的一个点向边缘上的另一个点延伸的线段上单调变化。所述支撑台35包括多个用于氮化镓衬底的导向装置，所述导向装置设置于支撑台35的主面35a上限定的圆周D上。所述氮化镓衬底37a～37c的线段以与支撑台35的主面35a上的圆周D的切线相交的线段方向取向。
通过在有机金属气相外延反应器的支撑台上以上述取向布置多个氮化镓衬底37a～37c，通过利用源自原料气体流动的上述影响能够降低斜角分布的影响。通过在有机金属气相外延反应器31的支撑台35上以上述取向布置多个氮化镓衬底37a～37c，通过利用源自原料气体流动的上述影响能够降低斜角分布的影响。
已经参考附图利用优选实施方案对本发明的原理进行了说明。然而，对于本领域技术人员而言，在不背离原理的条件下能够对本发明的排列和细节方面进行改变是显而易见的。本发明不限于所述实施方案中所公开的具体构型。尽管在所述实施方案中对将三个衬底布置在支撑台上的实例进行了说明，但是还能够将更多的衬底布置在支撑台上。因此，本发明包括所附权利要求书的主旨和范围内的所有修改和变化。

Claims (11)

1.一种基于氮化镓的外延晶片，所述外延晶片包括：
具有主面的氮化镓衬底；
在所述氮化镓衬底的所述主面上生长的一个以上的基于氮化镓的半导体膜；和
具有量子阱结构的有源层，所述有源层生长在所述基于氮化镓的半导体膜上；
其中所述有源层包括阱层，所述阱层由包含铟作为III族元素的基于氮化镓的半导体构成，
在所述主面的法线和所述氮化镓衬底的C轴之间的斜角具有在整个所述主面上的分布，并在从所述主面的边缘上的一个点向所述边缘上的另一个点延伸的线段上单调变化，以及
在所述主面上的所述一个点处的斜角比在所述主面上的所述另一个点处的斜角小，在所述一个点上的阱层的厚度比在所述另一个点上的阱层的厚度小。
2.如权利要求1所述的基于氮化镓的外延晶片，其中限定所述线段，使得由晶轴<1-100>和<11-20>中的一个晶轴与所述线段限定的基准面与所述主面正交。
3.如权利要求1或2所述的基于氮化镓的外延晶片，其中所述氮化镓衬底包括取向平面和边缘，所述边缘的形状基本上呈由中心点限定的圆弧，并且
所述取向平面的取向与晶体取向<1-100>和<11-20>中的一个相对应。
4.如权利要求1或2所述的基于氮化镓的外延晶片，其中所述氮化镓衬底包括边缘，所述边缘的形状基本上呈由中心点限定的圆形，并且
所述氮化镓衬底包括与晶体取向<1-100>和<11-20>中的一个相对应的标记。
5.如权利要求1或2所述的基于氮化镓的外延晶片，其中沿穿过所述氮化镓衬底的所述主面的中心点的轴，斜角分布的最大值和最小值之差为0.7°以下。
6.一种制造氮化物半导体发光器件的方法，所述方法包括：
在多个氮化镓衬底的主面上同时生长基于氮化镓的半导体膜的步骤，所述多个氮化镓衬底布置在有机金属气相外延反应器的支撑台上；以及
通过供应原料气体，利用所述有机金属气相外延反应器在所述各个基于氮化镓的半导体膜上形成具有量子阱结构的有源层的步骤，
其中所述有源层包括阱层，所述阱层由包含铟作为III族元素的基于氮化镓的半导体构成，
在各个氮化镓衬底的主面的法线和所述氮化镓衬底的C轴之间的斜角具有在整个所述主面上的分布，并在从所述主面的边缘上的一个点向所述边缘上的另一个点延伸的线段上单调变化，以及
在所述主面上的所述一个点处的斜角比在所述主面上的所述另一个点处的斜角小，在所述一个点上的阱层的厚度比在所述另一个点上的阱层的厚度小。
7.如权利要求6所述的方法，其中在横穿所述支撑台主面的方向上供应用于形成所述有源层的所述原料气体，以及
如此供应所述原料气体，使得所述有源层的所述阱层的生长速度沿所述原料气体流动的方向分布。
8.如权利要求7所述的方法，还包括将所述氮化镓衬底布置在所述支撑台上的步骤，
其中各个氮化镓衬底的线段以某一轴的方向取向。
9.如权利要求6所述的方法，其中在与所述支撑台主面相交的轴的方向上供应用于形成所述有源层的所述原料气体，以及
如此供应所述原料气体，使得所述有源层的所述阱层的生长速度沿所述原料气体从上游向下游流动的方向分布。
10.如权利要求9所述的方法，还包括将所述氮化镓衬底布置在所述支撑台上的步骤，
其中所述支撑台包括多个用于所述氮化镓衬底的导向装置，所述导向装置设置于在所述支撑台的主面上限定的圆周上，以及
各个氮化镓衬底的线段以与所述支撑台的所述主面上的圆周的切线相交的方向取向。
11.如权利要求6～10中任一项所述的方法，其中在旋转所述支撑台的同时生长所述阱层。
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