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1、(10)申请公布号 CN 103560191 A (43)申请公布日 2014.02.05 CN 103560191 A (21)申请号 201310467660.6 (22)申请日 2009.08.03 2008-201039 2008.08.04 JP 2009-094335 2009.04.08 JP 2009-155208 2009.06.30 JP 200980101538.9 2009.08.03 H01L 33/16(2010.01) H01L 33/32(2010.01) H01L 21/02(2006.01) B82Y 20/00(2011.01) (71)申请人 住友电气工。
2、业株式会社 地址 日本大阪府大阪市 (72)发明人 盐谷阳平 善积祐介 上野昌纪 秋田胜史 京野孝史 住友隆道 中村孝夫 (74)专利代理机构 中原信达知识产权代理有限 责任公司 11219 代理人 杨海荣 穆德骏 (54) 发明名称 GaN 基半导体光器件、 GaN 基半导体光器件的 制作方法、 外延晶片及 GaN 基半导体膜的生长方 法 (57) 摘要 本发明涉及 GaN 基半导体光器件、 GaN 基半导 体光器件的制作方法、 外延晶片及 GaN 基半导体 膜的生长方法。 在 GaN 基半导体光器件(11a) 中， 衬底 (13) 的主面 (13a) 自与沿着第一 GaN 基半 导体的 c。
3、 轴延伸的基准轴 (Cx) 正交的面起， 以 63 度以上且小于80度的范围的倾斜角向该第一GaN 基半导体的 m 轴方向倾斜。GaN 基半导体外延区 域 (15) 设置在主面 (13a) 上。在 GaN 基半导体外 延区域 (15) 上， 设有有源层 (17)。有源层 (17) 含有至少一个半导体外延层 (19)。半导体外延层 (19)包含InGaN。 半导体外延层(19) 的膜厚方向 相对于基准轴 (Cx) 倾斜。该基准轴 (Cx) 朝向第 一 GaN 基半导体的 0001 轴的方向。由此， 提供 可抑制由有源层中的 In 偏析所引起的发光特性 降低的 GaN 基半导体发光器件。 (30)。
4、优先权数据 (62)分案原申请数据 (51)Int.Cl. 权利要求书 3 页 说明书 27 页 附图 25 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书3页 说明书27页 附图25页 (10)申请公布号 CN 103560191 A CN 103560191 A 1/3 页 2 1. 一种 GaN 基半导体光器件， 包含 ： 衬底， 其包含第一 GaN 基半导体， 且具有主面， 该主面自与沿着该第一 GaN 基半导体的 c轴延伸的基准轴正交的面起， 以63度以上且小于80度的范围的倾斜角向该第一GaN基半 导体的 m 轴方向倾斜 ； GaN 基半导体外延区域， 。
5、其设置在所述主面上 ； 及 半导体外延层， 其设置在所述 GaN 基半导体外延区域上， 用于有源层， 且 所述半导体外延层包含第二 GaN 基半导体， 所述第二 GaN 基半导体含有铟， 所述有源层以生成 480nm 以上、 600nm 以下的波长范围的光的方式设置， 所述基准轴的朝向为所述第一 GaN 基半导体的 0001 轴及 000-1 轴的任一方向， 所述主面沿与该主面的法线正交的第一方向及第二方向延伸， 所述第一方向与所述第 二方向不同。 2.如权利要求1所述的GaN基半导体光器件， 其中， 所述衬底的所述主面自与所述基准 轴正交的面起， 以 70 度以上的角度向该第一 GaN 基半。
6、导体的 m 轴方向倾斜。 3. 如权利要求 1 或 2 所述的 GaN 基半导体光器件， 其中， 所述衬底的所述主面自与所 述基准轴正交的面起， 以 71 度以上、 79 度以下的角度向该第一 GaN 基半导体的 m 轴方向倾 斜。 4.如权利要求1至3中任一项所述的GaN基半导体光器件， 其中， 所述第一GaN基半导 体的 a 轴方向的偏离角在 -3 度以上、 +3 度以下的范围内。 5.如权利要求1至4中任一项所述的GaN基半导体光器件， 其中， 包括设置在所述有源 层上的第二导电型 GaN 基半导体层， 所述 GaN 基半导体外延区域含有第一导电型 GaN 基半导体层， 所述有源层含有沿。
7、预定的轴方向交替配置的阱层及势垒层， 所述阱层包含所述半导体外延层， 且所述势垒层包含 GaN 基半导体， 所述第一导电型 GaN 基半导体层、 所述有源层及所述第二导电型 GaN 基半导体层沿预 定的轴方向排列， 且所述基准轴的方向与所述预定的轴方向不同。 6.如权利要求1至5中任一项所述的GaN基半导体光器件， 其中， 所述衬底的所述主面 为自该第一 GaN 基半导体的 (20-21) 面及 (20-2-1) 面中的任一面起， 以 -3 度以上、 +3 度 以下的范围的角度倾斜的半导体面。 7.如权利要求1至6中任一项所述的GaN基半导体光器件， 其中， 所述基准轴朝向所述 0001 轴的。
8、方向。 8.如权利要求1至7中任一项所述的GaN基半导体光器件， 其中， 所述基准轴朝向所述 000-1 轴的方向。 9. 如权利要求 1 至 8 中任一项所述的 GaN 基半导体光器件， 其中， 所述衬底包含 GaN。 10. 如权利要求 1 至 9 中任一项所述的 GaN 基半导体光器件， 其中， 所述衬底的所述主 面的表面形态含有多个微台阶， 该微台阶的主要的构成面至少包含 m 面及 (10-11) 面。 11. 一种制作 GaN 基半导体光器件的方法， 包括如下步骤 ： 对包含第一 GaN 基半导体的晶片进行热处理的步骤 ； 在所述晶片的主面上生长 GaN 基半导体外延区域的步骤 ； 。
9、及 在所述 GaN 基半导体外延区域的主面上， 形成用于有源层的半导体外延层的步骤， 且 权 利 要 求 书 CN 103560191 A 2 2/3 页 3 所述晶片的所述主面自与沿着该第一 GaN 基半导体的 c 轴延伸的基准轴正交的面起， 以 63 度以上且小于 80 度的范围的倾斜角向所述第一 GaN 基半导体的 m 轴方向倾斜， 所述半导体外延层包含第二 GaN 基半导体， 所述第二 GaN 基半导体含有铟作为构成元 素， 所述有源层以生成 480nm 以上、 600nm 以下的波长范围的光的方式设置， 所述基准轴朝向所述第一 GaN 基半导体的 0001 轴及 000-1 轴的任一。
10、方向， 所述主面沿与该主面的法线正交的第一方向及第二方向延伸， 所述第一方向与所述第 二方向不同。 12.如权利要求11所述的制作GaN基半导体光器件的方法， 其中， 所述晶片的所述主面 自与所述基准轴正交的面起， 以 70 度以上的范围的角度向所述第一 GaN 基半导体的 m 轴方 向倾斜。 13. 如权利要求 11 或 12 所述的制作 GaN 基半导体光器件的方法， 其中， 所述晶片的所 述主面自与所述基准轴正交的面起， 以 71 度以上、 79 度以下的角度向该第一 GaN 基半导体 的 m 轴方向倾斜。 14. 如权利要求 11 至 13 中任一项所述的制作 GaN 基半导体光器件的。
11、方法， 其中， 所述有源层具有包含沿预定的轴方向交替配置的阱层及势垒层的量子阱结构， 所述半导体外延层为所述阱层， 所述势垒层包含 GaN 基半导体， 该方法包括如下步骤 ： 在所述半导体外延层上形成所述势垒层的步骤 ； 及 在所述有源层上生长第二导电型 GaN 基半导体层的步骤， 所述 GaN 基半导体外延区域含有第一导电型 GaN 基半导体层， 所述第一导电型 GaN 基半导体层、 所述有源层及所述第二导电型 GaN 基半导体层沿预 定的轴方向排列， 且所述基准轴的方向与所述预定的轴方向不同。 15. 如权利要求 11 至 14 中任一项所述的制作 GaN 基半导体光器件的方法， 其中， 。
12、所述 第一 GaN 基半导体的 a 轴方向的偏离角在 -3 度以上、 +3 度以下的范围内。 16. 如权利要求 11 至 15 中任一项所述的制作 GaN 基半导体光器件的方法， 其中， 所述 晶片的所述主面的所述倾斜角分布在自该第一 GaN 基半导体的 (20-21) 面及 (20-2-1) 面 中的任一晶面起 -3 度以上、 +3 度以下的范围内。 17. 如权利要求 11 至 16 中任一项所述的制作 GaN 基半导体光器件的方法， 其中， 所述 晶片包含 InSAlTGa1-S-TN(0 S 1、 0 T 1、 0 S+T1)。 18. 如权利要求 11 至 17 中任一项所述的制作。
13、 GaN 基半导体光器件的方法， 其中， 所述 晶片包含 GaN。 19. 如权利要求 11 至 18 中任一项所述的制作 GaN 基半导体光器件的方法， 其中， 所 述晶片的所述主面的表面形态含有多个微台阶， 该微台阶的主要的构成面至少包含 m 面及 (10-11) 面。 20. 一种外延晶片， 用于 GaN 基半导体光器件， 包含 ： 衬底， 其包含第一 GaN 基半导体， 且具有主面， 该主面自与沿着该第一 GaN 基半导体的 c轴延伸的基准轴正交的面起， 以63度以上且小于80度的范围的倾斜角向该第一GaN基半 权 利 要 求 书 CN 103560191 A 3 3/3 页 4 导体。
14、的 m 轴方向倾斜 ； GaN 基半导体外延区域， 其设置在所述主面上 ； 及 半导体外延层， 其设置在所述 GaN 基半导体外延区域上， 用于有源层， 且 所述半导体外延层包含第二 GaN 基半导体， 所述第二 GaN 基半导体含有铟， 所述有源层以生成 480nm 以上、 600nm 以下的波长范围的光的方式设置， 所述基准轴的朝向为所述第一 GaN 基半导体的 0001 轴及 000-1 轴的任一方向。 21. 如权利要求 20 所述的外延晶片， 其中， 所述晶片的所述主面自与所述基准轴正交 的面起， 以 71 度以上、 79 度以下的角度向该第一 GaN 基半导体的 m 轴方向倾斜。 。
15、权 利 要 求 书 CN 103560191 A 4 1/27 页 5 GaN 基半导体光器件、 GaN 基半导体光器件的制作方法、 外 延晶片及 GaN 基半导体膜的生长方法 0001 本申请是申请日为 2009 年 8 月 3 日、 申请号为 200980101538.9 的中国国家专利 申请的分案申请。 技术领域 0002 本发明涉及 GaN 基半导体光器件、 GaN 基半导体光器件的制作方法、 外延晶片及 GaN 基半导体膜的生长方法。 背景技术 0003 专利文献 1 中记载了一种发光二极管。在该发光二极管中， 衬底表面的偏离角在 30 度 50 度、 80 度 100 度及 120。
16、 度 150 度的范围内。在这样的角度范围内， 发光层中 的压电电场与自发极化所产生的内部电场的和为接近于零的较小的值。另外， 非专利文献 1 3 中， 记载了 GaN 基半导体的发光二极管。非专利文献 1 的发光二极管在偏离角为 58 度的 GaN 衬底上制作。非专利文献 2 的发光二极管在偏离角为 62 度的 GaN 衬底上制作。非 专利文献 3 的发光二极管在 m 面 GaN 衬底上制作。非专利文献 4 及 5 中， 对压电电场的计 算进行了记载。 0004 专利文献 1 ： USP6849472 号 0005 非 专 利 文 献 1 ： Japanese Journal of Appl。
17、ied Physics vol.45No.26(2006) pp.L659 0006 非 专 利 文 献 2 ： Japanese Journal of Applied Physics vol.46No.7(2007) pp.L129 0007 非 专 利 文 献 3 ： Japanese Journal of Applied Physics vol.46No.40(2007) pp.L960 0008 非专利文献 4 ： Japanese Journal of Applied Physics vol.39(2000)pp.413 0009 非专利文献 5 ： Journal of Appli。
18、ed Physics vol.91No.12(2002)pp.9904 发明内容 0010 可获得的 GaN 基半导体光器件是在 c 面 GaN 衬底上制作的。近年来， 如非专利文 献 3 所述， GaN 基半导体光器件是在 GaN 的与 c 面不同的非极性面 (a 面、 m 面 ) 上制作的。 与极性面不同， 非极性面受压电电场的影响较小。另外， GaN 基半导体光器件的制作中， 与 极性面及非极性面不同、 自 GaN 的 c 面倾斜的半极性面也受到关注。非专利文献 1 及非专 利文献 2 的发光二极管是在具有特定偏离角的 GaN 衬底上制作的。 0011 在专利文献 1 中， 不仅着眼于依。
19、赖于 GaN 的晶面的压电电场， 而且也着眼于 GaN 的 自发极化。选择衬底表面的面方向， 使发光层中的压电电场与自发极化所产生的内部电场 的和为接近于零的较小的值。专利文献 1 解决了发光层的内部电场的课题。 0012 另一方面， GaN基半导体光器件的发光可在较广的波长范围内变化。 发光层可以使 说 明 书 CN 103560191 A 5 2/27 页 6 用含有铟的 GaN 基半导体层。发光波长的变化通过调节发光层中的铟含量来进行。作为该 GaN基半导体层的一例， 可以列举例如InGaN。 InGaN显示出较强的非混和性， 因此， 在InGaN 的生长中会自发地产生 In 含量的波动。
20、， 从而引起 In 的偏析。In 的偏析不仅在 InGaN 中， 而 且在其它含有铟的 GaN 基半导体中也可以观测到。另外， 在为改变发光波长而使 In 含量增 加时， In 的偏析明显。 0013 发光层中的 In 的偏析在半导体激光器中使阈值电流增加。另外， 发光层中的 In 的偏析在发光二极管中成为导致面发光不均匀的原因。因此， 在任何一种发光器件中均期 望减少 In 偏析。 0014 本发明是鉴于上述情况而完成的， 其目的在于提供可抑制由 In 偏析引起的发光 特性降低的 GaN 基半导体发光器件及外延晶片， 并且提供该 GaN 基半导体发光器件的制作 方法。另外， 本发明的目的在于。
21、提供显示较低 In 偏析的 GaN 基半导体区域的生长方法。 0015 本发明的一个方面的 GaN 基半导体光器件， 包括 ： (a) 衬底， 其包含第一 GaN 基半 导体， 且具有主面， 该主面自与沿着该第一 GaN 基半导体的 c 轴延伸的基准轴正交的面起， 以 63 度以上且小于 80 度的范围的倾斜角向该第一 GaN 基半导体的 m 轴方向倾斜 ； (b)GaN 基半导体外延区域， 其设置在所述主面上 ； 及 (c) 半导体外延层， 其设置在所述 GaN 基半导 体外延区域上， 用于有源层。所述半导体外延层包含第二 GaN 基半导体， 所述第二 GaN 基半 导体含有铟， 所述第二G。
22、aN基半导体的c轴相对于所述基准轴倾斜， 所述基准轴的朝向为所 述第一 GaN 基半导体的 0001 轴及 000-1 轴的任一方向。 0016 根据该 GaN 基半导体光器件， 在上述倾斜角的衬底中， 其主面包含宽度较窄的多 个阶面 (terrace)。另外， 在衬底上设有 GaN 基半导体外延区域， 故 GaN 基半导体外延区域 与衬底的晶轴相延续。因此， GaN 基半导体外延区域的主面也自与沿着其 c 轴延伸的基准 轴正交的面起， 以 63 度以上且小于 80 度的范围的角度向 m 轴方向倾斜。因此， GaN 基半导 体外延区域的主面也含有宽度较窄的多个阶面。该阶面排列构成微台阶。由于上。
23、述角度范 围的阶面宽度较窄， 因此在多个阶面中不易产生 In 含量的不均匀。因而， 由 In 偏析引起 的发光特性的降低得以抑制。另外， 阶面结构是根据自 c 轴起的倾斜角而规定的， 因此在以 第一 GaN 基半导体的 (0001) 面为基准而规定该倾斜角的衬底、 及以第一 GaN 基半导体的 (000-1) 面为基准而规定该倾斜角的衬底的任何一者中， 均可以抑制发光特性的降低。即， 无论基准轴朝向第一 GaN 基半导体的 0001 轴及 000-1 轴的任一方向， 均可抑制发光特 性的降低。 0017 本发明的 GaN 基半导体光器件中， 优选所述衬底的所述主面自与所述基准轴正交 的面起， 。
24、以 70 度以上的角度向该第一 GaN 基半导体的 m 轴方向倾斜。该 GaN 基半导体光器 件中， 该角度范围的衬底主面还含有宽度较窄的多个阶面。 0018 本发明的 GaN 基半导体光器件中， 所述第一 GaN 基半导体的 a 轴方向的偏离角可 以为有限的值， 且在 -3 度以上、 +3 度以下的范围内。根据该 GaN 基半导体光器件， a 轴方向 的偏离角使外延区域的表面形态良好。另外， 本发明的 GaN 基半导体光器件中， 优选所述衬 底的所述主面自与所述基准轴正交的面起， 以 71 度以上、 79 度以下的角度向该第一 GaN 基 半导体的 m 轴方向倾斜。根据该 GaN 基半导体光。
25、器件， 台阶端生长与阶面上生长的平衡良 好。 0019 本发明的GaN基半导体光器件可以包括设置在所述有源层上的第二导电型GaN基 说 明 书 CN 103560191 A 6 3/27 页 7 半导体层。所述 GaN 基半导体外延区域含有第一导电型 GaN 基半导体层， 所述有源层含有 沿预定的轴方向交替配置的阱层及势垒层， 所述阱层包含所述半导体外延层， 且所述势垒 层包含 GaN 基半导体， 所述第一导电型 GaN 基半导体层、 所述有源层及所述第二导电型 GaN 基半导体层沿预定的轴方向排列， 且所述基准轴的方向与所述预定的轴方向不同。 0020 根据该 GaN 基半导体光器件， 不仅。
26、在包含单层膜的半导体外延层中， 而且在量子 阱结构的有源层中也可以实现较小的 In 偏析。 0021 本发明的 GaN 基半导体光器件中， 优选所述有源层以生成 370nm 以上的发光波长 的方式设置。根据该 GaN 基半导体光器件， 在实现产生 370nm 以上的发光波长的有源层的 铟含量的范围内， 可以减少 In 偏析。另外， 优选所述有源层以生成 650nm 以下的发光波长 的方式设置。根据该 GaN 基半导体光器件， 在产生 650nm 以上的发光波长的有源层中， 半导 体外延层的铟含量较大， 因此难以获得所需晶体品质的半导体外延层。 0022 本发明的 GaN 基半导体光器件中， 优。
27、选所述有源层以生成 480nm 以上的发光波长 的方式设置。另外， 本发明的 GaN 基半导体光器件中， 优选所述有源层以生成 600nm 以下的 发光波长的方式设置。 根据该GaN基半导体光器件， 63度以上且小于80度的范围的倾斜角 在 480nm 以上、 600nm 以下的发光波长的范围内有效。 0023 本发明的 GaN 基半导体光器件中， 所述衬底的所述主面可以为自 (20-21) 面及 (20-2-1) 面中的任一面起， 以 -3 度以上、 +3 度以下的范围的角度向该第一 GaN 基半导体的 m 轴方向倾斜的半导体面。 0024 根据该 GaN 基半导体光器件， (20-21) 。
28、面及 (20-2-1) 面自与基准轴正交的面起以 约 75 度倾斜。在该角度附近显示出良好的发光特性。 0025 本发明的GaN基半导体光器件中， 所述基准轴朝向所述0001轴的方向， 或者， 本 发明的 GaN 基半导体光器件中， 所述基准轴朝向所述 000-1 轴的方向。 0026 本发明的 GaN 基半导体光器件中， 所述衬底可以包含 InSAlTGa1-S-TN(0 S 1、 0 T 1、 0 S+T1)。另外， 本发明的 GaN 基半导体光器件中， 优选所述衬底包含 GaN。 根据该 GaN 基半导体光器件， 由于 GaN 为二元化合物 GaN 基半导体， 因此可以提供良好的晶 体品。
29、质与稳定的衬底主面。 0027 本发明的 GaN 基半导体光器件中， 所述衬底的所述主面的表面形态含有多个微台 阶。该微台阶的主要的构成面至少包含 m 面及 (10-11) 面。该 GaN 基半导体光器件中， 在 上述构成面及台阶端， In 的结合良好。 0028 本发明的另一方面是一种 GaN 基半导体光器件的制作方法。该方法包括如下步 骤 ： (a) 利用生长炉对包含第一 GaN 基半导体的晶片进行热处理的步骤 ； (b) 在所述主面 上， 生长 GaN 基半导体外延区域的步骤 ； 及 (c) 在所述 GaN 基半导体外延区域的主面上， 形 成用于有源层的半导体外延层的步骤。所述晶片具有主。
30、面， 该主面自与沿着该第一 GaN 基 半导体的 c 轴延伸的基准轴正交的面起， 以 63 度以上且小于 80 度的范围的倾斜角向所述 第一 GaN 基半导体的 m 轴方向倾斜。所述半导体外延层包含含有铟的第二 GaN 基半导体， 所述第二 GaN 基半导体的 c 轴相对于所述基准轴倾斜， 所述基准轴的方向为所述第一 GaN 基半导体的 0001 轴及 000-1 轴的任一方向。 0029 根据该方法， 在上述倾斜角的晶片中， 其主面包含宽度较窄的多个阶面。另外， 在 晶片上设有 GaN 基半导体外延区域， 故 GaN 基半导体外延区域与晶片的晶轴相延续。因此， 说 明 书 CN 103560。
31、191 A 7 4/27 页 8 GaN 基半导体外延区域的主面也自与沿着其 c 轴延伸的基准轴正交的面起， 以 63 度以上且 小于 80 度的范围的角度向 m 轴方向倾斜。因此， GaN 基半导体外延区域的主面也含有宽度 较窄的多个阶面。由这些阶面的排列构成微台阶。上述角度范围的阶面宽度较窄。由于阶 面的宽度窄， 故而附着在各阶面上的 In 原子迁移的移动受到妨碍。因此， 在多个阶面中不 易产生 In 含量的不均匀。因而， 由 In 偏析引起的发光特性的降低得以抑制。另外， 阶面结 构是根据自 c 轴起的倾斜角而规定的， 因此在以第一 GaN 基半导体的 (0001) 面为基准而规 定该倾。
32、斜角的晶片、 及以第一GaN基半导体的(000-1)面为基准而规定该倾斜角的晶片中， 均可以抑制发光特性的降低。 即， 无论基准轴朝向第一GaN基半导体的0001轴及000-1 轴的任一方向， 均可抑制发光特性的降低。 0030 本发明的方法中， 优选所述晶片的所述主面自与所述基准轴正交的面起， 以 70 度 以上的范围的角度向所述第一 GaN 基半导体的 m 轴方向倾斜。在该方法中， 该角度范围的 衬底主面还含有宽度较窄的多个阶面。 另外， 在本发明的方法中， 优选所述晶片的所述主面 自与所述基准轴正交的面起， 以 71 度以上、 79 度以下的角度向该第一 GaN 基半导体的 m 轴 方向。
33、倾斜。根据该 GaN 基半导体光器件， 台阶端生长与阶面上生长的平衡良好。 0031 本发明的方法中， 优选所述有源层具有包含沿预定的轴方向交替配置的阱层及势 垒层的量子阱结构， 所述半导体外延层为所述阱层， 所述势垒层包含 GaN 基半导体。该方法 可以包括如下步骤 ： 在所述半导体外延层上形成所述势垒层的步骤、 及在所述有源层上生 长第二导电型 GaN 基半导体层的步骤。所述 GaN 基半导体外延区域含有第一导电型 GaN 基 半导体层， 所述第一导电型GaN基半导体层、 所述有源层及所述第二导电型GaN基半导体层 沿预定的轴方向排列， 且所述基准轴的方向与所述预定的轴方向不同。 0032。
34、 通过该方法， 不仅在包含单层膜的半导体外延层的生长中， 而且在量子阱结构的 有源层的生长中也可以实现较小的 In 偏析。 0033 本发明的方法中， 优选所述第一GaN基半导体的a轴方向的偏离角为有限的值， 且 在 -3 度以上、 +3 度以下的范围内。根据该方法， 通过自 a 轴方向偏离的偏离角， 可以生长 表面形态良好的外延区域。 0034 本发明的方法中， 所述晶片的所述主面的所述倾斜角分布在自该第一 GaN 基半导 体的 (20-21) 面及 (20-2-1) 面中的任一晶面起 -3 度以上、 +3 度以下的范围内。 0035 根据该方法， (20-21) 面及 (20-2-1) 面。
35、自基准轴以 75.09 度倾斜。在该角度附近 显示出良好的发光特性。 0036 本发明的方法中， 所述晶片可以包含 InSAlTTGa1-S-TN(0 S 1、 0 T 1、 0 S+T1)。另外， 本发明的方法中， 优选所述晶片包含 GaN。根据该方法， 由于 GaN 为二元 化合物 GaN 基半导体， 因此可以提供良好的晶体品质与稳定的衬底主面。 0037 本发明的方法中， 所述晶片的所述主面的表面形态含有多个微台阶。该微台阶的 主要的构成面至少包含 m 面及 (10-11) 面。该方法中， 在上述构成面及台阶端， In 的结合 良好。因此， 可以减少 In 的偏析。 0038 本发明的另。
36、一方面是一种 GaN 基半导体光器件的制作方法。该方法包括如下步 骤 ： (a) 对包含第一 GaN 基半导体的晶片进行热处理的步骤 ； (b) 在所述晶片的主面上， 生 长含有第一导电型 GaN 基半导体层的 GaN 基半导体外延区域的步骤 ； (c) 在所述 GaN 基半 导体外延区域的主面上， 生长用于有源层的半导体外延层的步骤 ； (d) 在所述有源层上形 说 明 书 CN 103560191 A 8 5/27 页 9 成第二导电型 GaN 基半导体层而制作外延晶片的步骤 ； (e) 在形成所述外延晶片后， 形成用 于所述 GaN 基半导体光器件的阳极及阴极而制作衬底产品的步骤 ； (。
37、f) 按照所述第一 GaN 基半导体的m轴方向， 对所述衬底产品的主面的表面进行划线的步骤 ； 及(g)在对所述衬底 产品进行划线后， 进行所述衬底产品的解理而形成解理面的步骤。所述衬底产品含有包含 GaN 基半导体外延区域、 半导体外延层及第二导电型 GaN 基半导体层的半导体层叠体， 所述 半导体层叠体位于所述衬底产品的所述主面与所述晶片的所述主面之间。 所述解理面包含 a面。 所述晶片具有主面， 该主面自与沿着该第一GaN基半导体的c轴延伸的基准轴正交的 面起， 以 63 度以上且小于 80 度的范围的倾斜角向所述第一 GaN 基半导体的 m 轴方向倾斜， 所述半导体外延层包含第二GaN。
38、基半导体， 所述第二GaN基半导体含有铟作为构成元素， 所 述第二 GaN 基半导体的 c 轴相对于所述基准轴倾斜， 所述基准轴朝向所述第一 GaN 基半导 体的 000-1 轴的方向。 0039 根据该方法， 当基准轴的方向为第一GaN基半导体的000-1轴的方向时， 如已经 说明的那样， 可以抑制发光特性的降低。划线对衬底产品的表面进行。在使用该划线法时， 解理成品率良好。 0040 本发明的再一方面是一种 GaN 基半导体光器件的制作方法。该方法包括如下步 骤 ： (a) 对包含第一 GaN 基半导体的晶片进行热处理的步骤 ； (b) 在所述晶片的主面上， 生 长含有第一导电型 GaN 。
39、基半导体层的 GaN 基半导体外延区域的步骤 ； (c) 在所述 GaN 基半 导体外延区域的主面上， 生长用于有源层的半导体外延层的步骤 ； (d) 在所述有源层上形 成第二导电型 GaN 基半导体层而制作外延晶片的步骤 ； (e) 在形成所述外延晶片后， 形成用 于所述 GaN 基半导体光器件的阳极及阴极而制作衬底产品的步骤 ； (f) 按照所述第一 GaN 基半导体的m轴方向， 对所述衬底产品的主面的相反侧的背面进行划线的步骤 ； 及(g)在对 所述衬底产品进行划线后， 进行所述衬底产品的解理而形成解理面的步骤。所述衬底产品 含有包含 GaN 基半导体外延区域、 半导体外延层及第二导电型。
40、 GaN 基半导体层的半导体层 叠体， 所述半导体层叠体位于所述衬底产品的所述主面与所述晶片的所述主面之间， 所述 解理面包含 a 面， 所述晶片的主面具有 (20-21) 面， 所述半导体外延层包含第二 GaN 基半导 体， 所述第二 GaN 基半导体含有铟作为构成元素， 所述第二 GaN 基半导体的 c 轴相对于沿着 该第一 GaN 基半导体的 c 轴延伸的基准轴倾斜， 所述基准轴朝向所述第一 GaN 基半导体的 0001 轴的方向。 0041 在 GaN 晶片的 (20-21) 面主面上生长 GaN 基半导体外延区域而制作外延晶片后， 由该外延晶片制作衬底产品。在使用 (20-21) 面。
41、的 GaN 晶片而制作的衬底产品中， 优选对 衬底产品的背面 ( 晶片的背面 ) 进行划线。即对 (20-2-1) 面进行划线。GaN 的 (20-2-1) 面为 Ga 面， GaN 的 (20-21) 面为 N 面。(20-2-1) 面比 (20-21) 面硬。通过对晶片背面的 (20-2-1) 面进行划线， 可以提高解理成品率。 0042 本发明的又一方面是一种用于 GaN 基半导体光器件的外延晶片。该外延晶片包 括 ： (a) 衬底， 其包含第一 GaN 基半导体， 且具有主面， 该主面自与沿着该第一 GaN 基半导体 的 c 轴延伸的基准轴正交的面起， 以 63 度以上且小于 80 度。
42、的范围的倾斜角向该第一 GaN 基半导体的m轴方向倾斜 ； (b)GaN基半导体外延区域， 其设置在所述主面上 ； 及(c)半导体 外延层， 其设置在所述 GaN 基半导体外延区域上， 用于有源层 ； 且所述半导体外延层包含第 二 GaN 基半导体， 所述第二 GaN 基半导体含有铟， 所述第二 GaN 基半导体的 c 轴相对于所述 说 明 书 CN 103560191 A 9 6/27 页 10 基准轴倾斜， 所述基准轴的朝向为所述第一 GaN 基半导体的 0001 轴及 000-1 轴的任一 方向。 0043 根据该外延晶片， 在上述倾斜角的衬底中， 其主面包含宽度较窄的多个阶面。另 外，。
43、 在衬底上设有 GaN 基半导体外延区域， 故 GaN 基半导体外延区域与衬底的晶轴相延续。 因此， GaN基半导体外延区域的主面也自与沿着其c轴延伸的基准轴正交的面起， 以63度以 上且小于 80 度的范围的角度向 m 轴方向倾斜。因此， GaN 基半导体外延区域的主面也含有 宽度较窄的多个阶面。 该阶面排列构成微台阶。 由于上述角度范围的阶面宽度较窄， 因此在 多个阶面中不易产生 In 含量的不均匀。因而， 在该外延晶片中， 由 In 偏析引起的发光特性 的降低得以抑制。另外， 阶面结构是根据自 c 轴起的倾斜角而规定的， 因此在以第一 GaN 基 半导体的 (0001) 面为基准而规定该。
44、倾斜角的衬底、 及以第一 GaN 基半导体的 (000-1) 面为 基准而规定该倾斜角的衬底中， 均可以抑制发光特性的降低。即， 无论基准轴朝向第一 GaN 基半导体的 0001 轴及 000-1 轴的任一方向， 均可抑制发光特性的降低。 0044 本发明的又一方面是一种 GaN 基半导体膜的生长方法。该方法包括如下步骤 ： 准 备GaN基半导体区域的步骤， 该GaN基半导体区域含有包含多个微台阶的表面， 所述多个微 台阶至少包含 m 面及 (10-11) 面作为主要的构成面 ； 及在所述 GaN 基半导体区域的所述表 面上， 生长含有 In 作为构成元素的 GaN 基半导体膜的步骤。所述 G。
45、aN 基半导体区域的所述 表面自与沿着该GaN基半导体区域的c轴延伸的基准轴正交的面起， 以63度以上且小于80 度的范围的倾斜角向该 GaN 基半导体区域的 m 轴方向倾斜。 0045 本发明的上述目的及其它目的、 特征以及优点， 由参考附图进行的本发明的优选 实施方式的以下详细说明更容易明白。 0046 发明效果 0047 如上所述， 根据本发明的一个方面， 可以提供能够抑制由有源层中的 In 偏析引起 的发光特性降低的 GaN 基半导体发光器件及外延晶片。另外， 根据本发明的另一方面， 可以 提供该 GaN 基半导体发光器件的制作方法。根据本发明的又一方面， 可以提供显示较低 In 偏析。
46、的 GaN 基半导体区域的生长方法。 附图说明 0048 图 1 是示意地表示本实施方式的 GaN 基半导体光器件的结构的图 ； 0049 图 2 是示意地表示本实施方式的 GaN 基半导体光器件的结构的图 ； 0050 图 3 是表示实施例 1 的外延晶片 E1、 E2 的图 ； 0051 图 4 是表示 X 射线衍射结果及理论计算的结果的图 ； 0052 图 5 是表示本实施方式的 GaN 基半导体光器件的制作方法的主要步骤的图 ； 0053 图 6 是表示实施例 2 的发光二极管结构 (LED1、 LED2) 的图 ； 0054 图 7 是表示发光二极管结构 LED1、 LED2 的电致。
47、发光光谱的图 ； 0055 图 8 是表示外延晶片 E3、 E4 的阴极发光 (CL， Cathodo Luminescence) 图像的图 ； 0056 图9是表示发光二极管结构LED1、 LED2中发光波长与电流注入量的关系的测定的 图 ； 0057 图 10 是表示关于压电电场的计算结果的图 ； 0058 图 11 是表示具有不同 In 含量的阱层的发光二极管结构的电致发光的图 ； 说 明 书 CN 103560191 A 10 7/27 页 11 0059 图 12 是表示 InGaN 阱层的发光二极管及 AlGaInP 阱层的外量子效率以及人的可 见度曲线的图 ； 0060 图 13。
48、 是表示实施例 4 的激光二极管结构 (LD1) 的图 ； 0061 图 14 是表示在具有自 c 轴向 m 轴方向倾斜的各种倾斜角 ( 偏离角 ) 的 GaN 主面 上淀积的 InGaN 的 In 含量与偏离角的关系的图 ； 0062 图 15 是示意地表示在具有 c 面及偏离角 的 GaN 基半导体面上的含有 In 的 GaN 基半导体的淀积的图 ； 0063 图 16 是示意地表示实施例 6 的半导体激光器的图 ； 0064 图 17 是示意地表示实施例 7 的半导体激光器的图 ； 0065 图 18 是示意地表示实施例 8 的半导体激光器的图 ； 0066 图 19 是表示 m 面偏离。
49、 +75 度的 GaN 衬底上的量子阱结构的光致发光 (PL， Photo Luminescence) 光谱 PL+75、 及 m 面偏离 -75 度的 GaN 衬底上的量子阱结构的 PL 光谱 PL-75 的图 ； 0067 图 20 是表示使用自 (000-1) 面以锐角的角度倾斜的半极性衬底制作半导体发光 器件的方法的主要流程的图 ； 0068 图 21 是表示使用自 (000-1) 面以锐角的角度倾斜的半极性衬底的半导体发光器 件的解理的主要步骤的图 ； 0069 图 22 是示意地表示生长温度较高时的生长模式及生长温度较低时的生长模式的 图 ； 0070 图 23 是表示通过台阶流生长及阶面上生长而生长的 GaN 的生长表面的 AFM 图像 的图 ； 0071 图 24 是示意地表示非稳定面上的 GaN 及 InGaN。