JP4692602B2 - 窒化ガリウム系エピタキシャルウエハ、およびエピタキシャルウエハを作製する方法 - Google Patents
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Description
図1は、サファイア基板を用いたInGaN活性層の成長を説明する図面である。図1(a)を参照すると、有機金属気相成長炉11のサセプタ13上に配置されたサファイア基板15の配置が示されている。サファイア基板15は、オリエンテーションフラット(以下、「OF」と記す)をサセプタ13のエッジに向けて配置されている。図1(b)を参照すると、サファイア基板15の「OF」から中心点Cを通る軸上における5点の測定点でのインジウム組成およびInGaN層の成長速度が示されている。図1(b)において、「AOF」は、上記軸と基板エッジとの交点を示す。図1(b)に示されるように、インジウム組成は、基板の中心点CからエッジEに向けて僅かな増加が見られるが、基板主面上においてほぼ一定である。インジウム組成におけるこの振る舞いは、サファイア基板主面においてオフ角分布がないことに起因している。一方、InGaNの成長速度は、AOFからOFに向けて単調に増加している。成長速度におけるこの振る舞いは、成長炉における原料(フォローチャネルの上流から下流に流れる原料)の流れに関連している。
エピタキシャル基板 基板の種類 基板の向き
E1:サファイア基板(0001)n−GaNテンプレート :通常
E2:GaN(0001)基板、オフ角分布0.1−0.6度:通常
E3:GaN(0001)基板、オフ角分布0.1−0.6度:通常から90度回転
サファイア基板では、サファイア基板中心のオフ角に対して、基板面内のオフ角が−0.1度〜+0.1度程度で非常によく制御されている。このため、オフ角(基板主面の法線とC軸との成す角)が主面内に亘って分布していない。GaN(0001)基板では、基板表面を(0001)面に合わせて基板主面を作製するけれども、オフ角が主面内に亘って分布する。このオフ角分布は、GaN結晶を作製法に由来する。
図9は、本発明の実施の形態に係る、窒化物半導体発光素子を作製する方法の主要な工程を含むフローチャートを示す。フローチャート100を参照すると、工程S101では、既に説明されたようなオフ角分布を有するGaN基板を準備する。オフ角は、主面において分布すると共に、主面のエッジ上のある一点から中心点を通り該エッジ上の他点に向かう線分上において単調に変化している。オフ角の極小点および極大点が基板主面内に存在しない。ある値のオフ角の等しい点を結ぶ等オフ角線は、GaN基板のエッジの一点から他点まで伸びており、また曲線および/または線分である。一実施例では、等オフ角線の曲率半径は、GaN基板の外形の曲率半径のよりも大きいことが好ましい。これに、主面におけるオフ角分布は非常に緩やかに変化する。
つまり、原料ガスの供給及びサセプタの回転により、原料ガス流の上流から下流に向かう流れ方向に応じた、活性層の井戸層の成長速度分布が生じる。GaN基板27a〜27cの各々は、そのエッジ上の一点が成長速度分布の大きい側に、且つ他点が成長速度分布の小さい側に位置するように、向きづけられている。これによって、オフ角の分布が、成長速度分布による井戸層の膜厚の分布により部分的に補償される。
Claims (15)
- 窒化ガリウム系エピタキシャルウエハであって、
主面を有する窒化ガリウム基板と、
前記窒化ガリウム基板の前記主面上に成長された一または複数の窒化ガリウム系半導体膜と、
前記窒化ガリウム系半導体膜上に成長されており量子井戸構造を有する活性層とを備え、
前記活性層は、III族元素としてインジウムを含む窒化ガリウム系半導体からなる井戸層を含んでおり、
前記主面の法線と前記窒化ガリウム基板のC軸との成すオフ角は、前記主面において分布すると共に、前記主面のエッジ上の一点から該エッジ上の他点に向かい前記窒化ガリウム基板の前記主面の中心点を通る線分上において単調に増加しており、
前記窒化ガリウム基板の前記主面内には前記オフ角の極小値及び極大値が存在せず、
ある値のオフ角の等しい点を結ぶ等オフ角線は、前記窒化ガリウム基板の前記エッジの第1点から該エッジ上の第2点まで伸びており、
前記窒化ガリウム基板の前記主面の前記中心点を通る軸に沿ったオフ角分布の最大値と最小値との差は、0.7度以下であり、
前記井戸層を含む前記活性層の発光波長の分布が縮小されるように、
前記一点から前記他点に向けて前記線分上に順に配列されたn個の点における前記井戸層のn個のインジウム組成は、前記線分上において単調に減少し、
前記n個の点における前記井戸層のn個の膜厚は、前記線分上において単調に増加している、ことを特徴とする窒化ガリウム系エピタキシャルウエハ。 - 前記線分上に、複数の窒化物半導体発光素子が配列されており、
前記複数の窒化物半導体発光素子は、前記n個の点のいずれか一個を含む、ことを特徴とする請求項1に記載された窒化ガリウム系エピタキシャルウエハ。 - 前記膜厚は、前記n個の点において規定された平均値であり、
前記平均値は、前記窒化ガリウム基板から前記活性層に向かう軸に垂直な方向に所定の幅Lで前記井戸層の断面写真において規定された井戸層の断面積Sと、前記所定の幅Lとから、値(S/L)によって規定される、ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載された窒化ガリウム系エピタキシャルウエハ。 - 前記主面上の第1の点におけるオフ角は、前記主面上の第2の点におけるオフ角より小さいと共に、前記第1の点上における井戸層の膜厚は、前記第2の点上における井戸層の膜厚より薄く、前記第1の点と前記第2の点は、互いに別の窒化物半導体発光素子に位置する、ことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載された窒化ガリウム系エピタキシャルウエハ。
- 前記線分は、<1−100>および<11−20>のいずれか一の結晶軸と前記線分とによって規定される基準平面が前記主面に直交するように規定される、ことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載された窒化ガリウム系エピタキシャルウエハ。
- 前記窒化ガリウム基板は、オリエンテーションフラットと、前記中心点により規定される実質的な円弧からなる縁を有しており、
前記オリエンテーションフラットの方位は、<1−100>および<11−20>のいずれか一の結晶方位に対応する、ことを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載された窒化ガリウム系エピタキシャルウエハ。 - 前記窒化ガリウム基板は、前記中心点により規定される実質的な円形の縁を有しており、
前記窒化ガリウム基板は、<1−100>および<11−20>のいずれか一の結晶方位に対応するマーカを含む、ことを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載された窒化ガリウム系エピタキシャルウエハ。 - 前記窒化ガリウム基板は円形の縁を有しており、
前記等オフ角線の曲率半径は、前記窒化ガリウム基板の外形の曲率半径より大きい、ことを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載された窒化ガリウム系エピタキシャルウエハ。 - 窒化物半導体発光素子のためのエピタキシャルウエハを作製する方法であって、
有機金属気相成長炉のサセプタ上に配置された複数の窒化ガリウム基板の主面上に窒化ガリウム系半導体膜を一括して成長する工程と、
原料ガスを供給して、量子井戸構造を有する活性層を前記窒化ガリウム系半導体膜上に有機金属気相成長炉を用いて形成する工程と、
前記活性層上に、別の窒化ガリウム系半導体膜を有機金属気相成長炉を用いて形成する工程と
を備え、
前記窒化ガリウム系半導体膜及び前記別の窒化ガリウム系半導体膜の一方には、n型ドーパントが添加されると共に、他方にはp型ドーパントが添加されており、
前記活性層は、III族元素としてインジウムを含む窒化ガリウム系半導体からなる井戸層を含んでおり、
各窒化ガリウム基板の前記主面の法線と前記窒化ガリウム基板のC軸との成すオフ角は、前記主面に亘って分布すると共に、前記主面のエッジ上の一点から該エッジ上の他点に向かい前記窒化ガリウム基板の前記主面の中心点を通る線分上において単調に変化しており、前記エッジ上の前記一点におけるオフ角は該エッジ上の前記他点におけるオフ角より大きく、
前記窒化ガリウム基板の前記主面内には前記オフ角の極小値及び極大値が存在せず、
ある値のオフ角の等しい点を結ぶ等オフ角線は、前記窒化ガリウム基板の前記エッジの第1点から該エッジ上の第2点まで伸びており、
前記窒化ガリウム基板の前記主面の前記中心点を通る軸に沿ったオフ角分布の最大値と最小値との差は、0.7度以下であり、
前記井戸層を含む前記活性層の発光波長の分布が縮小されるように、前記井戸層の成長は、前記サセプタを回転させながら行われ、前記原料ガスの供給及び前記サセプタの回転により、当該原料ガス流の上流から下流に向かう流れ方向に応じた、前記活性層の前記井戸層の成長速度分布が生じており、前記エッジ上の前記一点が前記成長速度分布の大きい側に、且つ前記他点が前記成長速度分布の小さい側に位置する、ことを特徴とする方法。 - 前記線分上に順に配列されたn個の点における前記井戸層のn個の膜厚は、前記n個の点において規定された平均値であり、
前記膜厚は、前記線分上において単調に増加しており、
前記平均値は、前記窒化ガリウム基板から前記活性層に向かう軸に垂直な方向に所定の幅Lで前記井戸層の断面写真において規定された井戸層の断面積Sと前記所定の幅Lとから、値(S/L)によって規定される、ことを特徴とする請求項9に記載された方法。 - 前記主面上の第1の点におけるオフ角は前記主面上の第2の点におけるオフ角より小さいと共に、前記第1の点上における井戸層の膜厚は前記第2の点上における井戸層の膜厚より薄く、前記第1の点と前記第2の点は、互いに別の窒化物半導体発光素子に位置する、ことを特徴とする請求項9または請求項10に記載された方法。
- 前記活性層を形成するための原料ガスは、前記サセプタの主面の一端から他端を横切る方向に供給される、ことを特徴とする請求項9〜請求項11のいずれか一項に記載された方法。
- 前記活性層を形成するための原料ガスは、前記サセプタの主面に交差する軸の方向に供給される、ことを特徴とする請求項9〜請求項12のいずれか一項に記載された方法。
- 前記サセプタは、該サセプタの前記主面上に規定される円周上に設けられ窒化ガリウム基板のための複数のガイドを有しており、
前記サセプタの前記主面において各窒化ガリウムの前記線分は、前記円周の接線と交差する方向に向きづけられている、ことを特徴とする請求項9〜請求項13のいずれか一項に記載された方法。 - 前記窒化ガリウム基板を前記サセプタ上に配置する工程を更に備える、ことを特徴とする請求項9〜請求項14のいずれか一項に記載された方法。
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