[发明专利]GaN衬底、带外延层的衬底、半导体器件及GaN衬底制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及GaN衬底、具有外延层的衬底、半导体器件及制造GaN衬底的方法，更具体地说涉及具有可利用的半极性表面的GaN衬底、具有外延层的这种衬底以及半导体器件以及制造这种GaN衬底的方法。

背景技术

通常，GaN激光二极管(LD)和发光二极管(LED)是众所周知的。GaN LD和LED通过在蓝宝石、SiC或GaN衬底的(0001)表面上淀积外延层而形成。这样形成的LD和LED的问题是，因为GaN或其他衬底的(0001)面是极面，对于长于500nm波长的发射波长范围，LED发射效率降低。

″Press Release：Success in Developing LEDs on Semipolar Bulk GaNSubstrates，″[online]，June 30，2006，Kyoto University，[searched Junel，2007]，Internet，http://www.kyoto-u.ac.jp/notice/05_news/documents/060630_1.htm，报道为了解决该问题，不在GaN晶体中的常规(0001)面上形成量子阱结构，而是在(11-22)面上形成，(11-22)面是半极性晶面，这样以增强刚刚提到的较长波长范围的发射效率。此外，日本未审查专利申请公开号2005-298319提出了一种制造GaN衬底的方法，其中在主表面上露出半极性晶面。

Kyoto University新闻稿公开的LED利用自然地形成为微晶面的半极性晶面，该晶面被固定为(11-22)面，且因此是小规模的。但是，考虑到LED和LD的有效制造，利用2英寸或更大的大直径跨度GaN衬底制造这种发光器件将是有利的，该GaN衬底具有在主表面上露出的半极性晶面(亦即，具有所谓的离轴角，其中相对于主表面法线矢量，预定的平面取向——例如，[0001]方向——以预定角度在预定方向上倾斜)。此外，调整平面取向相对于主表面法线矢量倾斜的角度(亦即，改变衬底主表面上露出的晶面)可以提高LED和LD性能的可能性是可以想象到的。

发明内容

本发明的一个目的可用来解决上述问题：具有2英寸或更大的大直径的GaN衬底，由该GaN衬底可以以产业上的低成本制造增强其发射效率的半导体器件如发光器件；具有外延层的这种衬底，其中外延层形成在GaN衬底的主表面上；半导体器件；以及制造GaN衬底的方法。

利用日本未审查专利申请公开号2005-298319中公开的上述衬底制造方法，本发明的发明人制备具有不同离轴角的GaN衬底，以及在GaN衬底主表面上形成外延层，试验性地制造LED。作为检查它们性能的结果，本发明人发现，相对于GaN衬底的主表面的法线，使[0001]平面取向在一个平面取向(一个离轴方向)上倾斜，使GaN衬底表面上露出的晶面成半极性，以及进一步使[0001]平面取向在不同的平面取向(在不同的离轴方向)上倾斜，允许控制(减小)沿GaN衬底主表面的波长分布。更确切地说，本发明的一个方面中的GaN衬底是具有主表面的GaN衬底，相对于其法线矢量，[0001]平面取向在两个不同的离轴方向上倾斜。

这种GaN允许，通过使[0001]平面取向在第一离轴方向上倾斜，在主表面上形成外延层，使衬底主表面成半极性。因此，在已成为半极性的主表面上形成外延层，提高其发射波长被包括在500nm或更大的长波长范围中的发光器件的发射效率，以及与在GaN衬底极面如(0001)面上形成外延层以制造LED及其他发光器件相比较，使得由施加的电流量变化而引起的波长偏移量较小。附加地，使[0001]平面取向在第二离角方向上倾斜，允许控制GaN衬底主表面中的面内波长。结果，通过采用这种GaN衬底，优越地实现LED等，以及可以稳定地制造半导体器件。

本发明的另一方面中的具有外延层的衬底设有GaN衬底和在GaN衬底主表面上形成的外延生长层。在GaN衬底主表面上形成外延生长层意味着，在GaN衬底的半极性表面上形成外延生长层，使之可以提供具有外延层的衬底，由该衬底可以稳定地制造其发射波长被归入500nm或更大的长波长范围以及其发射效率已被增强的半导体器件如发光器件。

在本发明的再一方面中的半导体器件中，采用具有外延层的衬底。采用该具有外延层的衬底允许获得其发射波长被归入500nm以上的较长波长范围和其发射效率被增强的半导体器件如发光器件，根据施加的电流量，具有少量波长偏移。