TWI396781B - A gallium nitride-based epitaxial wafer, and a gallium nitride-based semiconductor light-emitting element - Google Patents

A gallium nitride-based epitaxial wafer, and a gallium nitride-based semiconductor light-emitting element Download PDF

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TWI396781B
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Takao Nakamura
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Sumitomo Electric Industries
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Description

氮化鎵系磊晶晶圓、及氮化鎵系半導體發光元件之製作方法
本發明係關於一種氮化鎵系磊晶晶圓、及氮化鎵系半導體發光元件之製作方法。
於專利文獻1中記載有具有良好結晶品質之氮化鎵系半導體層之氮化鎵系半導體元件。於半導體發光元件之氮化鎵支持基體之主面上，設置有氮化鎵系半導體層。氮化鎵支持基體主面之法線與氮化鎵支持基體之C軸形成有角度(稱為傾斜角)。隨著氮化鎵支持基體之傾斜角接近零度，於氮化鎵系半導體層之表面上六角錐狀突起變得醒目。又，較好的是該角度未滿2度。
專利文獻1：日本專利特開2005－159047號公報
根據發明者們之知識見解，於氮化鎵基板上製作含有銦作為III族元素之氮化鎵系半導體井層，例如包含InGaN井層之活性層時，該等氮化鎵系半導體發光元件，例如發光二極體之發光峰值波長產生分布。於藍寶石基板上製作具有相同量子井構造之活性層之發光二極體時，該等發光二極體之發光峰值波長並未表現出較大之分布寬度。即，根據該比較，藉由使用氮化鎵基板，而擴大氮化鎵系半導體發光元件之發光峰值波長之分布。
發明者們為了調查該分布之原因而進行各種實驗，並且 亦進行用以縮小該分布之研究。
本發明係鑒於如此情況而形成者，其目的在於提供一種製作氮化鎵系半導體發光元件之方法，該氮化鎵系半導體發光元件具有可縮小包含氮化鎵基板上所設置之井層之活性層之發光波長之分布的構造，又，其目的在於提供一種用以提供如此半導體元件之氮化鎵系磊晶晶圓。
本發明之一側面之氮化鎵系磊晶晶圓包括：(a)具有主面之氮化鎵基板；(b)成長於上述氮化鎵基板之上述主面上之一或複數氮化鎵系半導體膜、及(c)成長於上述氮化鎵系半導體膜上且具有量子井構造之活性層。上述活性層包含井層，該井層含有包含銦作為III族元素之氮化鎵系半導體，上述主面之法線與上述氮化鎵基板之C軸所成之傾斜角分布於上述主面上，並且於自上述主面邊緣上之一點朝向該邊緣上之另一點之某線段上單調地變化。上述主面上之第1點之傾斜角小於上述主面上之第2點之傾斜角，且上述第1點上之井層之膜厚薄於上述第2點上之井層之膜厚。
又，本發明之其他側面係製作氮化物半導體發光元件之方法。該方法包括如下步驟：(a)於有機金屬氣相成長爐之基座上所配置之複數個氮化鎵基板之主面上，總括成長氮化鎵系半導體膜；及(b)供給原料氣體，使用有機金屬氣相成長爐於上述氮化鎵系半導體膜上形成具有量子井構造之活性層。上述活性層包含井層，該井層含有包含銦作為III族元素之氮化鎵系半導體，各氮化鎵基板之上述主面之法 線與上述氮化鎵基板之C軸所成之傾斜角遍及上述主面而分布，並且於自上述主面邊緣上之一點朝向該邊緣上之另一點之某線段上單調地變化，上述主面上之第1點之傾斜角小於上述主面上之第2點之傾斜角，且上述第1點上之井層之膜厚薄於上述第2點上之井層之膜厚。
根據發明者們之研究，因基板主面上之傾斜角分布而使銦組成受到影響。於成長氮化鎵系半導體時不可避免地受到傾斜角之影響。然而，根據發明者們之實驗發現如下情況，即，藉由準備主面上之傾斜角分布受到控制之氮化鎵基板，而利用原料氣體流之影響來部分性地抵消傾斜角之影響。
於使用成長爐進行用於氮化鎵系磊晶晶圓之結晶成長時，可能會因原料氣體流之影響而產生發光波長之分布。然而，發明者們進行實驗及研究之結果表明，如此原因並非為主要原因。於反覆進行實驗及研究之過程中著眼於藍寶石基板與氮化鎵基板之不同時，發現如下事項。藍寶石基板中主面之法線與該C軸所成之傾斜角，相對於基板中心部之0.15度之傾斜角而於晶圓面內於－0.1度~＋0.1度之範圍內分布。然而，氮化鎵基板中，因其製造方法而導致氮化鎵基板主面之法線與該C軸所成之傾斜角遍及整個主面而分布。
使用如下氮化鎵基板可實現如下構造，即上述氮化鎵基板藉由利用受到控制之傾斜角分布與成長速度之分布，而於自主面之邊緣上之一點朝向該邊緣上之另一點之線段上 傾斜角單調地變化，上述構造為基板主面上之第1點之傾斜角小於第2點之傾斜角，且第1點上之井層之膜厚薄於第2點上之井層之膜厚。
根據該氮化鎵系磊晶晶圓，可提供可縮小包含氮化鎵基板上所設置之井層之活性層之發光波長之分布的構造之半導體元件。
本發明之氮化鎵系磊晶晶圓中，上述線段之方向對應於<1－100>及<11－20>之任一結晶方位。該等結晶方位適於組合傾斜角分布與井寬分布。
本發明之氮化鎵系磊晶晶圓之較佳之一形態中，上述氮化鎵基板具有定向平面及包含實質圓弧之邊緣，且上述定向平面之方位對應於<1－100>及<11－20>之任一結晶方位。或者，本發明之氮化鎵系磊晶晶圓之較佳之其他形態中，上述氮化鎵基板具有實質圓形之邊緣，且上述氮化鎵基板包含對應於<1－100>及<11－20>之任一結晶方位之標記。
本發明之氮化鎵系磊晶晶圓中，較好的是，沿著通過上述氮化鎵基板之上述主面之中心點之軸的傾斜角分布之最大值與最小值之差為0.7度以下。該範圍適於組合傾斜角分布與井寬分布。
又，本發明之製作方法之較佳之一形態中，將用以形成上述活性層之原料氣體，於自上述有機金屬氣相成長爐之基座之主面之一端橫越另一端之方向上供給，藉由供給該原料氣體，而產生與上述流動方向對應之上述活性層之上述井層之成長速度分布。
就該原料氣體流而言，可使用傾斜角於自主面之邊緣上之一點朝向該邊緣上之另一點之線段上單調地變化之氮化鎵基板。
本發明之製作方法可進而包括將上述氮化鎵基板配置於上述基座上之步驟。各氮化鎵基板之上述線段定向於特定軸方向上。
以上述定向將複數個氮化鎵基板配置於有機金屬氣相成長爐之基座上，藉此可利用上述原料氣體流所產生之影響來縮小傾斜角分布之影響。
本發明之製作方法之較佳之其他形態中，將用以形成上述活性層之原料氣體，於與上述基座之主面交叉之軸之方向上供給，藉由供給該原料氣體，而產生上述活性層之上述井層之成長速度分布，上述井層之成長速度分布係與該原料氣體流自上游朝下游之流動方向對應。
就該原料氣體流而言，可使用傾斜角於自主面之邊緣上之一點朝向該邊緣上之另一點之線段上單調地變化之氮化鎵基板。
本發明之製作方法可進而包括將上述氮化鎵基板配置於有機金屬氣相成長爐之基座上之步驟。上述基座具有氮化鎵基板用之複數個導件，該等導件設置於該基座之上述主面上所規定之圓周上，且於上述基座之上述主面中，各氮化鎵之上述線段定向於與上述圓周之切線交叉之方向上。交叉角例如為直角。
以上述定向將複數個氮化鎵基板配置於有機金屬氣相成 長爐之基座上，藉此可利用上述原料氣體流所產生之影響來縮小傾斜角分布之影響。
本發明之製作方法中，一面使上述基座旋轉一面進行上述井層之成長。藉由基座之旋轉而可提高結晶成長之均勻性。又，藉由基座之公轉而可使非對稱或不均勻之原料氣體流之影響平均化。
根據參照隨附圖式而展開之本發明之較佳實施形態之以下詳細敘述，可更容易明確本發明之上述目的及其他目的、特徵、及優點。
如以上所說明般，根據本發明，可提供如下構造之氮化鎵系半導體發光元件之製作方法，上述構造可縮小包含氮化鎵基板上所設置之井層之活性層之發光波長的分布。又，根據本發明，可提供用以提供如此半導體元件之氮化鎵系磊晶晶圓。
可藉由參照作為例示而表示之隨附圖式並考慮以下之詳細敘述而容易地理解本發明之知識見解。繼而，一面參照隨附圖式，一面說明本發明之氮化鎵系磊晶晶圓、及製作氮化鎵系半導體發光元件之方法之實施形態。於可能之情形時，對相同部分附上相同符號。
(第1實施形態)
圖1A及圖1B係說明使用藍寶石基板之InGaN活性層之成長之圖式。參照圖1A，則表示配置於有機金屬氣相成長爐 11之基座13上之藍寶石基板15之配置。藍寶石基板15之定向平面(以下，記為「OF」)朝向基座13之邊緣而配置。參照圖1B，則表示自藍寶石基板15之「OF」通過中心點C之軸上之5點之測定點上的銦組成及InGaN層之成長速度。於圖1B中，「AOF」表示上述軸與基板邊緣之交點。如圖1B所示，可看到銦組成自基板中心點C朝向邊緣E稍微增加，但於基板主面上大致固定。銦組成之該行為起因於藍寶石基板主面上無傾斜角分布。另一方面，InGaN之成長速度自AOF朝向OF單調地增加。成長速度之該行為與成長爐中之原料(自流道之上游向下游流動之原料)之流動相關聯，且若成長速度迅速則銦之取入量增加。因此，銦組成增加。
成長速度之增加與井層厚度之增加相關聯。井層膜厚之增加及銦組成之增加均使PL(photoluminescence，光致發光)波長向長波長移位。
發明者們如以下所說明般，使用氮化鎵系半導體，利用有機金屬氣相成長法，製作例如發光二極體之類之發光元件。作為有機金屬氣相成長用之原料，使用三甲基鎵(TMGa)、三甲基鋁(TMAl)、三甲基銦(TMIn)、氨(NH3 )、矽烷(SiH4 )、環成二烯基鎂(Cp2Mg)。於有機金屬氣相成長爐11之基座13上以如下方式配置基板。
磊晶基板 基板之種類 基板之方向 E1：藍寶石基板(0001)n－GaN模板：通常 E2：GaN(0001)基板、傾斜角分布0.1－0.6度：通常 E3：GaN(0001)基板、傾斜角分布0.1－0.6度：自通常旋轉90度
藍寶石基板中，相對於藍寶石基板中心之傾斜角，基板面內之傾斜角以－0.1度~＋0.1度左右受到非常好地控制。因此，傾斜角(基板主面之法線與C軸所成之角)未遍及主面內而分布。GaN(0001)基板中，雖使基板表面與(0001)面對準來製作基板主面，傾斜角仍遍及主面內而分布。該傾斜角分布係因製作GaN結晶之方法所導致。
對該等基板進行進行熱清洗。例如，一面將爐內壓力控制為101 kPa，一面於攝氏1050度將NH3 及H2 供給至爐內而進行該清洗。清洗時間為例如10分鐘。
其次，進行AlGaN膜之沈積。將TMGa、TMAl、NH3 、SiH4 供給至爐內，於基板上成長n－AlGaN膜。膜厚為例如50 nm，且成膜溫度例如為攝氏1050度。該AlGaN膜可使存在於GaN基板表面上之微觀之粗糙程度變得平坦。
此後，將爐內溫度變更為攝氏1100度。繼而，進行GaN膜之沈積。為了成長該膜，將TMGa、NH3 、SiH4 供給至爐內，於基板上成長n－GaN膜。膜厚為例如2000 nm，平均成膜速度為例如每小時4微米。該GaN膜作為例如覆蓋層或緩衝層而發揮作用。
繼而，形成量子井構造。為了形成量子井構造，將TMGa、TMIn、NH3 供給至爐內，於基板上成長InGaN膜。使InGaN障壁層及InGaN井層交替成長。InGaN障壁層為例如15 nm，其組成為例如In0.01 Ga0.99 N。InGaN井層為例如3 nm，其組成為例如In0.14 Ga0.86 N。量子井構造例如由6個週期形成。
其次，進行AlGaN膜之沈積。將TMGa、TMAl、NH3 、Cp2Mg供給至爐內，於基板上成長p－AlGaN膜。膜厚為例如20 nm，且成膜溫度為例如攝氏1000度。該Mg摻雜AlGaN膜可作為覆蓋層或電子阻擋層而發揮作用。又，進行GaN膜之沈積。將TMGa、NH3 、Cp2Mg供給至爐內，於基板上成長p－GaN膜。膜厚為例如50 nm，且成膜溫度為例如攝氏1000度。該Mg摻雜GaN膜可作為接觸層而發揮作用。
測定以上述方式形成之磊晶基板E1、E2、E3之光致發光(PL)波長之分布。進行該測定時使用光致螢光光譜儀裝置。
圖2係表示通過中心且連接點OF與點AOF之線段上之磊晶基板E1之PL波長之分布的圖式。藍寶石基板之主面上之傾斜角大致固定，例如為0.15度。圖3係表示使用光致螢光光譜儀裝置測定之PL分布、及PL分布之分布圖之圖式。分布圖表示測定點之波長與樣品數之關係。PL波長之平均值為448.87 nm，標準偏差為2.84 nm。於藍寶石基板主面上，雖無傾斜角分布，但因較大之井層膜厚分布與較小之銦組成分布之重疊而產生PL波長之分布。
圖4係表示通過中心C且連接邊緣上之點AP與點BP之線段上之磊晶基板E2之PL波長之分布的圖式。GaN基板主面上之傾斜角沿著上述線段而單調地變化，例如最小值為 0.2度，最大值為0.4度。圖5係表示使用光致螢光光譜儀裝置而測定之PL分布、及PL分布之分布圖之圖式。分布圖表示測定點之波長與樣品數之關係。PL波長之平均值為469.17 nm，標準偏差為4.55 nm。於GaN基板主面中不可避免地存在傾斜角分布，且因該傾斜角分布，而使量子井構造中之InGaN層之銦組成受到影響，且若傾斜角較大則銦組成較小。又，除了該影響以外，由於自流道之上游朝向下游之原料之流動，而使量子井構造中之InGaN層之膜厚受到影響。
圖6係表示通過中心C且連接邊緣上之點AP與點BP之線段上的磊晶基板E3之PL波長之分布的圖式。GaN基板主面上之傾斜角沿著上述線段而單調地變化，例如最小值為0.2度，最大值為0.4度。圖7係表示使用光致螢光光譜儀裝置而測定之PL分布、及PL分布之分布圖的圖式。分布圖表示測定點之波長與樣品數之關係。PL波長之平均值為466.91 nm，標準偏差為2.76 nm。因GaN基板主面上不可避免地存在之傾斜角分布，而使量子井構造中之InGaN層之銦組成受到影響。又，除了該影響以外，由於自流道之上游朝向下游之原料之流動，而使量子井構造中之InGaN層之膜厚受到影響，且於傾斜角較大之區域膜厚較厚。
磊晶基板E2、E3之GaN基板均具有相同傾斜角分布，但磊晶基板E3之PL波長之標準偏差(2.76 nm)，較之磊晶基板E2之PL波長之標準偏差(4.55 nm)非常小。其原因在於利用GaN基板主面上之傾斜角分布及原料流動所導致之成 長速度分布，而縮小PL波長之分布。
圖8係表示本發明之實施形態用之氮化鎵系磊晶晶圓之圖式。該氮化鎵系磊晶晶圓E4包括：氮化鎵基板41、一個或複數個氮化鎵系半導體膜43、及活性層45。氮化鎵系半導體膜43成長於氮化鎵基板主面41a上。活性層45成長於氮化鎵系半導體膜上，又具有量子井構造47。量子井構造47包含交替配置之井層47a及障壁層47b。井層47a由包含銦作為III族元素之氮化鎵系半導體形成。井層47a之膜厚遍及整個主面41a而分布。GaN基板之氮化鎵之C軸與GaN基板主面之法線所成之傾斜角，於基板主面41a上分布，並且如圖6所示，於自基板主面41a之邊緣上之一點朝向該邊緣上之另一點的線段上單調地變化。基板主面41a上之第1點P1之傾斜角(THETA1)小於基板主面41a上之第2點P2之傾斜角(THETA2)(THETA2>THETA1)，又，第1點P1上之井層41a之膜厚D1薄於第2點P2上之井層47a之膜厚D2(D1<D2)。氮化鎵系半導體膜43可為例如n型覆蓋層或緩衝層。於必要之情形時，氮化鎵系磊晶晶圓E4可包含設置於活性層45上之一個或複數個氮化鎵系半導體膜，且氮化鎵系半導體膜可包含例如p型覆蓋層49及P型接觸層51。
如上所說明般，使用成長爐進行氮化鎵系磊晶晶圓用之結晶成長時，因原料氣體流之影響而產生發光波長之分布。於著眼於藍寶石基板與氮化鎵基板之不同時，於藍寶石基板之主面上呈現出均勻之結晶面，而氮化鎵基板中傾斜角遍及整個主面而分布。
根據發明者們之研究，由於該傾斜角之分布而使GaN系半導體之銦組成受到影響。於製作氮化鎵系半導體時傾斜角之影響係不可避免的。然而，根據發明者們之實驗發現如下情況，即，藉由準備主面上之傾斜角分布受到控制之氮化鎵基板，而利用原料氣體流之影響部分性地抵消傾斜角之影響。
亦即，使用傾斜角於自主面之邊緣上之一點朝向該邊緣上之另一點之線段上單調地變化之氮化鎵基板，可實現如下構造，即主面上之第1點之傾斜角小於第2點之傾斜角，並且第1點上之井層之膜厚薄於第2點上之井層之膜厚。
根據該氮化鎵系磊晶晶圓，可提供可縮小包含氮化鎵基板上所設置之井層之活性層之發光波長的分布之構造之半導體元件。
氮化鎵系磊晶晶圓中，線段之方向對應於<1－100>及<11－20>中之任一結晶方位。該等結晶方位適於組合傾斜角分布與井寬分布。
氮化鎵系磊晶晶圓之較佳之一形態中，氮化鎵基板具有定向平面及實質上由圓弧形成之邊緣，且定向平面之方位對應於<1－100>及<11－20>中之任一結晶方位。或者，氮化鎵系磊晶晶圓之較佳之其他形態中，氮化鎵基板具有實質上為圓形之邊緣，且氮化鎵基板包含對應於<1－100>及<11－20>中之任一結晶方位之標記。
氮化鎵系磊晶晶圓中，較好的是，沿著通過氮化鎵基板主面中心之軸之傾斜角分布之最大值與最小值之差為0.7 度以下。該範圍適於組合傾斜角分布與井寬分布。
(第2實施形態)
圖9表示包含本發明實施形態之製作氮化物半導體發光元件之方法之主要步驟之流程圖。參照流程圖100，於步驟S101中，準備具有如上說明般之傾斜角分布之GaN基板。傾斜角於主面上分布，並且於自主面之邊緣上之某一點通過中心點而朝向該邊緣上之另一點之線段上單調地變化。傾斜角之極小點及極大點不存在於基板主面內。連接某值之傾斜角相等之點的等傾斜角線，自GaN基板之邊緣之一點延伸至另一點為止，又係曲線及/或線段。一實施例中，較好的是，等傾斜角線之曲率半徑大於GaN基板之外形之曲率半徑。因此，主面之傾斜角分布非常緩慢地變化。
圖10係概略性地表示較佳之一形態之有機金屬氣相成長爐之圖式。步驟S103中，如圖11般，於有機金屬氣相成長爐之基座上以特定配置而放置GaN基板27a、27b、27c。如圖11所示，自基板主面之邊緣上之某一點朝向該邊緣上之另一點之上述線段，定向於相同方向上。GaN基板27a、27b、27c之各定向，於圖11所示之例中，藉由定向平面之方向而表示。
有機金屬氣相成長爐21中，原料氣體於流道23中流動。於基座25之主面25a上配置有複數個GaN基板27a~27c。該等GaN基板27a~27c放置於主面25a之導件上。將原料氣體(例如，用以形成活性層之原料氣體)於自有機金屬氣相成 長爐21之基座25之主面25a之一端橫穿過另一端之方向(箭頭A之方向)上供給，藉由供給該原料氣體，而如圖11所示，產生與所成長之半導體層之原料流動方向對應之成長速度分布。定向平面相關聯於成長速度分布而定向。
一面使基座25旋轉一面進行半導體層之成長。藉由基座25之旋轉而可提高結晶成長之均勻性。又，藉由基座25之公轉而可使非對稱或不均勻之原料氣體流之影響平均化。如圖11所示之成長速度分布，藉由該旋轉而成為如圖11所示之實效之成長速度分布。
就該原料氣體流而言，可使用傾斜角於自基板主面之邊緣上之一點朝向該邊緣上之另一點之線段上單調地變化的氮化鎵基板27a~27c。各氮化鎵基板27a~27c之線段，定向於特定軸方向上。以該定向將複數個氮化鎵基板27a~27c配置於有機金屬氣相成長爐21之基座25上，藉此可利用上述原料氣體流所產生之影響來縮小傾斜角分布之影響。
於步驟S105中，於GaN基板上成長GaN系半導體膜。該GaN系半導體膜之成長係於形成量子井構造之前而進行者，沈積例如緩衝層或覆蓋層用之n型半導體作為GaN系半導體膜。可使用GaN、AlGaN、AlInGaN等作為該半導體。
於步驟S107中，形成量子井構造。為了形成量子井構造，而於步驟S107a中成長井層，並且於步驟S107b成長障壁層。於必要之情形時，於步驟S107c中反覆成長井層及障壁層。可成長包含銦作為III族之氮化鎵系半導體而形成 井層，且該氮化鎵系半導體例如係InGaN、AlInGaN等。又，可由包含銦作為III族之氮化鎵系半導體成長成障壁層，且該氮化鎵系半導體例如係InGaN、AlInGaN等。因原料氣體流所產生之影響，井層之膜厚於主面上分布，且銦組成因傾斜角分布之影響而分布。
如上說明般，因該傾斜角之分布而使結晶成長速度受到影響。於製作氮化鎵系半導體時傾斜角之影響係不可避免的。然而，藉由準備主面上之傾斜角分布受到控制之氮化鎵基板，而利用原料氣體流之影響部分性地抵消傾斜角之影響。
使用成長爐21進行氮化鎵系磊晶晶圓用之結晶成長時，因原料氣體流之影響，而產生發光波長之分布。使用傾斜角於自基板主面之邊緣上之一點朝向該邊緣上之另一點之線段上單調地變化之氮化鎵基板，使遍及基板整個主面之傾斜角分布與原料氣體流之影響相組合，藉此可降低上述發光波長分布。其結果為，可實現如下構造，即基板主面上之第1點之傾斜角小於第2點之傾斜角，並且第1點上之井層之膜厚薄於第2點上之井層之膜厚。因此，根據該氮化鎵系磊晶晶圓，可提供可縮小包含氮化鎵基板上所設置之井層之活性層之發光波長之分布之構造之半導體元件。
於步驟S109中，於量子井構造上成長GaN系半導體膜。沈積例如覆蓋層及接觸層用之p型半導體作為GaN系半導體膜。可使用GaN、AlGaN、AlInGaN等作為該半導體。
於步驟S111中，於接觸層上形成例如陽極之類之第1電 極，並且於GaN基板之背面上形成例如陰極之類之第2電極。
圖12係概略性地表示較佳之其他形態之有機金屬氣相成長爐之圖式。於步驟S103中，如圖13般，於有機金屬氣相成長爐之基座上以特定配置而放置GaN基板37a、37b、37c。如圖13所示，自基板主面之邊緣上之某一點朝向該邊緣上之另一點之線段，定向於原料氣體流之方向上。GaN基板37a、37b、37c之各定向，於圖13所示之例中，藉由定向平面之方向而表示。
有機金屬氣相成長爐31中，原料氣體於流道33中流動。於基座35之主面35a上配置有複數個GaN基板37a~37c。該等GaN基板37a~37c放置於主面35a之導件上。將原料氣體(例如，用以形成活性層之原料氣體)沿著與基座35之主面35a交叉之軸B(箭頭C之方向)進行供給。藉由供給該原料氣體，而相應於自該原料氣體流之上游朝向下游之流動方向產生井層之成長速度分布。藉由供給該原料氣體，而如圖13所示，產生與所成長之半導體層之原料流動方向相對應之成長速度分布。定向平面相關聯於成長速度分布而定向。
一面使基座35旋轉一面進行半導體層之成長。藉由基座35之旋轉而可提高結晶成長之均勻性。又，藉由基座35之公轉而可使非對稱或不均勻之原料氣體流之影響平均化。如圖13所示之成長速度分布藉由該旋轉而成為如圖13所示之實效之成長速度分布。
就該原料氣體流而言，可使用傾斜角於自基板主面之邊緣上之一點朝向該邊緣上之另一點之線段上單調地變化之氮化鎵基板37a~37c。基座35具有氮化鎵基板用之複數個導件，該等導件設置於該基座35之主面35a上所規定之圓周D上。於基座35之主面35a中各氮化鎵37a~37c之線段，定向於與圓周D之切線交叉之線段之方向上。
以上述定向將複數個氮化鎵基板37a~37c配置於有機金屬氣相成長爐之基座上，藉此可利用上述原料氣體流所產生之影響來縮小傾斜角分布之影響。以該定向將複數個氮化鎵基板37a~37c配置於有機金屬氣相成長爐31之基座35上，藉此可利用上述原料氣體流所產生之影響來縮小傾斜角分布之影響。
於較佳之實施形態中圖示並說明了本發明之原理，但熟悉此技藝者知道本發明可不脫離上述原理而對配置及詳細內容加以變更。本發明並非限定於本實施形態所揭示之特定構成者。又，於本實施形態中，就於基座上配置有3塊基板之例進行了說明，但是亦可於基座上配置有較之此更多之基板。因此，對來自申請專利範圍及其精神範圍內之所有修正及變更請求權利。
11、21、31‧‧‧有機金屬氣相成長爐
13、25、35‧‧‧基座
15‧‧‧藍寶石基板
23、33‧‧‧流道
25a、35a‧‧‧基座主面
27a、27b、27c、37a、37b、37c‧‧‧GaN基板
41‧‧‧氮化鎵基板
41a‧‧‧氮化鎵基板主面
43‧‧‧氮化鎵系半導體膜
45‧‧‧活性層
47‧‧‧量子井構造
47a‧‧‧井層
47b‧‧‧障壁層
49‧‧‧p型覆蓋層
51‧‧‧p型接觸層
E1、E2、E3‧‧‧磊晶晶圓
E4‧‧‧氮化鎵系磊晶晶圓
圖1A係表示有機金屬氣相成長爐之基座上之藍寶石基板之配置的圖式。
圖1B係表示InGaN活性層之銦組成及成長速度之圖式。
圖2係表示連接OF與AOF之線段上之磊晶基板E1之PL波 長之分布的圖式。
圖3係表示使用光致螢光光譜儀裝置而測定之PL分布與PL分布之分布圖的圖式。
圖4係表示通過中心C並連接邊緣上之A點與B點之線段上之磊晶基板E2之PL波長之分布的圖式。
圖5係表示使用光致螢光光譜儀裝置而測定之PL分布與PL分布之分布圖的圖式。
圖6係表示通過中心C並連接邊緣上之A點與B點之線段上之磊晶基板E3之PL波長之分布的圖式。
圖7係表示使用光致螢光光譜儀裝置而測定之PL分布與PL分布之分布圖的圖式。
圖8係表示用於本發明實施形態之氮化鎵系磊晶晶圓之圖式。
圖9表示包含本發明實施形態之製作氮化物半導體發光元件之方法之主要步驟的流程圖。
圖10係概略性地表示較佳之一形態之有機金屬氣相成長爐之圖式。
圖11係表示基座上之GaN基板之配置、半導體層之成長速度分布及實效之成長速度分布的圖式。
圖12係概略性地表示較佳之其他形態之有機金屬氣相成長爐之圖式。
圖13係表示基座上之GaN基板之配置、半導體層之成長速度分布及實效之成長速度分布的圖式。
41‧‧‧氮化鎵基板
41a‧‧‧氮化鎵基板主面
43‧‧‧氮化鎵系半導體膜
45‧‧‧活性層
47‧‧‧量子井構造
47a‧‧‧井層
47b‧‧‧障壁層
49‧‧‧p型覆蓋層
51‧‧‧p型接觸層
E4‧‧‧氮化鎵系磊晶晶圓

Claims (11)

  1. 一種氮化鎵系磊晶晶圓，其特徵在於包括：具有主面之氮化鎵基板；成長於上述氮化鎵基板之上述主面上之一或複數氮化鎵系半導體膜、及成長於上述氮化鎵系半導體膜上且具有量子井構造之活性層；上述活性層包含井層，該井層含有包含銦作為III族元素之氮化鎵系半導體，且上述主面之法線與上述氮化鎵基板之C軸所成之傾斜角分布於上述主面上，並且於自上述主面之邊緣上之一點朝向該邊緣上之另一點之線段上單調地變化，上述主面上之第1點之傾斜角小於上述主面上之第2點之傾斜角，且上述第1點上之井層之膜厚薄於上述第2點上之井層之膜厚。
  2. 如請求項1之氮化鎵系磊晶晶圓，其中規定上述線段，使由<1-100>及<11-20>之任一結晶軸與上述線段所規定之基準平面與上述主面正交。
  3. 如請求項1或2之氮化鎵系磊晶晶圓，其中上述氮化鎵基板具有定向平面、及包含由中心點所規定之實質圓弧之邊緣，且上述定向平面之方位對應於<1-100>及<11-20>之任一結晶方位。
  4. 如請求項1或2之氮化鎵系磊晶晶圓，其中上述氮化鎵基 板具有由中心點所規定之實質圓形之邊緣，且上述氮化鎵基板包含對應於<1-100>及<11-20>中之任一結晶方位之標記。
  5. 如請求項1或2之氮化鎵系磊晶晶圓，其中沿著通過上述氮化鎵基板之上述主面中心點之軸之傾斜角分布的最大值與最小值之差為0.7度以下。
  6. 一種氮化物半導體發光元件之製作方法，其特徵在於包括如下步驟：於有機金屬氣相成長爐之基座上所配置之複數個氮化鎵基板之主面上，總括成長氮化鎵系半導體膜；及供給原料氣體，並使用有機金屬氣相成長爐於上述氮化鎵系半導體膜上形成具有量子井構造之活性層；上述活性層包含井層，該井層含有包含銦作為III族元素之氮化鎵系半導體，各氮化鎵基板之上述主面之法線與上述氮化鎵基板之C軸所成之傾斜角遍及上述主面而分布，並且於自上述主面之邊緣上之一點朝向該邊緣上之另一點之線段上單調地變化，上述主面上之第1點之傾斜角小於上述主面上之第2點之傾斜角，且上述第1點上之井層之膜厚薄於上述第2點上之井層之膜厚。
  7. 如請求項6之方法，其中將用以形成上述活性層之原料氣體，於自上述基座主面之一端橫越另一端之方向上供給， 藉由供給該原料氣體，而產生與上述原料氣體之流動方向相對應之上述活性層之上述井層之成長速度分布。
  8. 如請求項7之方法，其進而包括將上述氮化鎵基板配置於上述基座上之步驟，且各氮化鎵基板之上述線段定向於特定軸之方向上。
  9. 如請求項6之方法，其中將用以形成上述活性層之原料氣體，於與上述基座主面交叉之軸之方向上供給，藉由供給該原料氣體，而產生上述活性層之上述井層之成長速度分布，上述井層之成長速度分布係與該原料氣體流之自上游朝下游之流動方向相對應。
  10. 如請求項9之方法，其進而包括將上述氮化鎵基板配置於上述基座上之步驟，上述基座具有氮化鎵基板用之複數個導件，該等導件設置於該基座之上述主面上所規定之圓周上，且於上述基座之上述主面中，各氮化鎵之上述線段定向於與上述圓周之切線交叉之方向上。
  11. 如請求項6至10中任一項之方法，其中一面使上述基座旋轉一面進行上述井層之成長。
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