[發(fā)明專利]基底基板、氮化鎵晶體層疊基板及其制造方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201280008017.0
• 申請日: 2012-03-02
• 公開（公告）號: CN103348044A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 古家大士;東正信;只友一行;岡田成仁
• 申請（專利權(quán)）人: 株式會社德山;國立大學(xué)法人山口大學(xué)
• 主分類號: C30B29/38
• 分類號: C30B29/38;C23C16/34;C30B25/18;H01S5/323
• 代理公司: 北京林達(dá)劉知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇;李茂家

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基底基板、氮化鎵晶體層疊基板，具體地涉及在藍(lán)寶石基底基板上層疊有穿透位錯（threading?dislocation）密度小的氮化鎵（GaN）晶體層的層疊基板及其制造方法。

背景技術(shù)

作為發(fā)光二極管（LED）、半導(dǎo)體激光器（LD）等的半導(dǎo)體發(fā)光元件，具有在藍(lán)寶石基板上依次層疊形成有n型GaN層、多量子阱層（MultiQuantumWells：MQWs）以及p型GaN層的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光元件被量產(chǎn)化，所述多量子阱層是由InGaN層構(gòu)成的量子阱層及由GaN層構(gòu)成的勢壘層交替層疊而成的。這種已經(jīng)被量產(chǎn)化的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，任一GaN層均是GaN沿軸向結(jié)晶生長、且表面為c面（＜0001＞面）的GaN層。

然而，表面為c面的GaN晶體層中，只含Ga原子的Ga原子面稍帶正電，而只含N原子的N原子面稍帶負(fù)電，結(jié)果在c軸方向（層厚方向）出現(xiàn)自發(fā)極化。另外，在GaN晶體層上異質(zhì)外延生長異種半導(dǎo)體層的情況下，由于兩者的晶格常數(shù)不同，GaN晶體中產(chǎn)生壓縮應(yīng)變、拉伸應(yīng)變，GaN晶體內(nèi)在c軸方向發(fā)生壓電極化（piezoelectric?polarization）（參照專利文獻(xiàn)1和2）。

其結(jié)果，關(guān)于前述構(gòu)成的半導(dǎo)體發(fā)光元件，在多量子阱層中，InGaN量子阱層中的因固定電荷引發(fā)的自發(fā)極化與施加給InGaN量子阱層的壓縮應(yīng)變所產(chǎn)生的壓電極化重疊，由此在c軸方向產(chǎn)生較大的內(nèi)部極化電場。受到該內(nèi)部極化電場的影響，由于量子限制斯塔克效應(yīng)（Quantum-Confined?Stark?Effect：QCSE），認(rèn)為會出現(xiàn)下述問題：發(fā)光效率降低；必要的注入電流增大所伴隨的發(fā)光的峰值波長偏移等。

為了解決上述問題，研究了：使用GaN晶體的非極化面即a面：＜11-20＞面、m面：＜1-100＞面，在其上形成InGaN層，從而避免自發(fā)極化與壓電極化重疊的內(nèi)部電場的影響（參照專利文獻(xiàn)1～3）。

此外，還研究了：在c面沿a軸或m軸方向傾斜約60度的所謂半極化面的面、例如半極化的＜11-22＞面上形成InGaN量子阱層，由此避免內(nèi)部電極的影響（非專利文獻(xiàn)1、非專利文獻(xiàn)2）。

然而，現(xiàn)在能夠獲得的上述以GaN晶體的a面、m面這種非極化面為主面的基板或者以＜11-22＞面、＜10-11＞面等半極化面為主面的基板的穿透位錯密度為2～3×10⁸個/cm²左右，期望穿透位錯密度更低的高晶體品質(zhì)的晶體基板。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1:日本特開2008-53593號公報

專利文獻(xiàn)2:日本特開2008-53594號公報

專利文獻(xiàn)3:日本特開2007-243006號公報

非專利文獻(xiàn)

非專利文獻(xiàn)1:Japanese?Journal?of?Applied?Physics?Vol.45，2006，L659.

非專利文獻(xiàn)2:Applied?Physics?Letters?Vol.90，2007，261912.

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明要解決的問題

本發(fā)明的目的在于提供在藍(lán)寶石基底基板上層疊有以非極化面、半極化面為主面的GaN晶體層的GaN晶體層疊基板、其制造方法、以及該制造方法所使用的藍(lán)寶石基底基板，所述GaN晶體層疊基板是以GaN晶體的穿透位錯密度低的高晶體品質(zhì)的a面、m面為主面的基板或者以GaN晶體的＜11-22＞面、＜10-11＞面為主面的基板等。

用于解決問題的方案

本發(fā)明人等對于下述方法進(jìn)行了研究：使用具有多個凹形槽部的藍(lán)寶石基底基板，以該基底基板的槽部的側(cè)壁面為起點(diǎn)，生長具有期望晶面的GaN晶體。該過程中，發(fā)現(xiàn)槽部側(cè)壁面的晶體生長區(qū)域的大小對晶體品質(zhì)（穿透位錯密度）有較大影響，而對于生長的晶體的表面平坦性、由X射線衍射測定所評價的結(jié)晶性基本沒有影響，從而完成了本發(fā)明。

即，本發(fā)明的氮化鎵晶體層疊基板的特征在于，其包含藍(lán)寶石基底基板、及通過在該基底基板上結(jié)晶生長而形成的氮化鎵晶體層，該氮化鎵晶體層以形成在藍(lán)寶石基底基板主面的多個槽部的側(cè)壁為起點(diǎn)進(jìn)行橫向結(jié)晶生長，從而該氮化鎵晶體層的表面平行于該主面地形成，且該氮化鎵晶體的暗點(diǎn)密度小于2×10⁸個/cm²。

上述氮化鎵晶體層疊基板中，優(yōu)選的是，