CN101515700B - Iii族氮化物发光器件及制造iii族氮化物基半导体发光器件的方法 - Google Patents

Iii族氮化物发光器件及制造iii族氮化物基半导体发光器件的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供III族氮化物发光器件及制造III族氮化物基半导体发光器件的方法。在氮化镓基半导体区域的基面上生长具有量子阱结构的有源层。该量子阱结构以具有410nm以上的发射峰值波长的方式形成。阱层的厚度为4nm以上10nm以下。该阱层由InXGa1-XN(0.15≤X＜1，其中X为应变组分)组成。所述氮化镓基半导体区域的基面关于六方晶系III族氮化物的{0001}面或{000-1}面以15度以上85度以下的范围内的倾斜角倾斜。该范围中的基面是半极性面。

Description

III族氮化物发光器件及制造III族氮化物基半导体发光器件的方法
技术领域
本发明涉及一种III族氮化物发光器件和一种用于制造III族氮化物基半导体发光器件的方法。
背景技术
日本Journal of Applied Physics 2006年第45卷No.26第L659-L662页(非专利文献1)描述了InGaN发光二极管。这些发光二极管在半极性(11-22)面(在a轴方向上离开c面58度)GaN衬底上形成。发光二极管具有由宽度为3nm的InGaN阱层组成的单量子阱结构。获得以下特性。关于蓝光发射(波长430nm)，光输出为1.76mW，且外量子效率为3.0％。关于绿光发射(波长530nm)，光输出为1.91mW，且外量子效率为4.1％。关于琥珀光发射(波长580nm)，光输出为0.54mW，且外量子效率为1.3％。已确定，发射光在[1-100]方向偏振。
日本Journal of Applied Physics 2007年第46卷No.19第L444-L445页(非专利文献2)描述了一种激光二极管。该激光二极管在具有位错密度为5×106cm-2以下的半极性(10-1-1)面(在m轴方向离开{000-1}面62度)GaN衬底上形成。该激光二极管具有有源层(active layer)，该有源层具有由5-nm InGaN阱层和8-nm GaN势垒层组成的5周期多量子阱结构。发射波长为405.9nm，并在18kA/cm2的阈值电流密度确定激射(lasing)。
日本Journal of Applied Physics 2005年第44卷No.30第L945-L947页(非专利文献3)描述了一种具有5周期多量子阱结构的发光二极管。这些发光二极管在半极性(10-1-1)面GaN模板和半极性(10-1-3)面GaN模板上形成。半极性(10-1-1)面在m轴方向以62度的角度从{000-1}面倾斜，且半极性(10-1-3)面在m轴方向以32度的角度从{000-1}面倾斜。在5周期多量子阱结构中，InGaN阱层的厚度为4nm，且铟的组分(composition)为0.14。硅掺杂GaN势垒层的厚度为15nm。半极性(10-1-1)面GaN模板上的发光二极管的发射波长为439nm。在20mA的电流下，晶片上光输出为0.19mW，且在50mA的电流下，外量子效率为0.41％。
Applied Physics Letter 2005年第87卷第231110页(非专利文献4)描述了一种具有5周期多量子阱结构的发光二极管。该发光二极管在半极性(10-1-3)面GaN模板上形成。该激光二极管包括厚度为4nm的InGaN阱层和厚度为8nm的GaN势垒层。在20mA的电流下发射波长为527.1nm，且在250mA的电流下为520.4nm。在20mA的电流下，晶片上光输出为0.264mW，且在20mA的电流下，外量子效率是0.052％。
日本未审查专利申请公开No.10-135576(专利文献1)描述了一种用于制造发光半导体器件的方法，该发光半导体器件包括在非导电衬底上形成的III族氮化物量子阱层。该III族氮化物量子阱层以具有关于纤锌矿晶体结构的{0001}方向以10度以上的角度倾斜的小平面取向的方式生长。该倾斜角可以在30度～50度的范围内、80度～100度的范围内、以及130度～150度的范围内。
日本未审查专利申请公开No.2003-158297(专利文献2)描述了一种在衬底上形成的半导体发光器件。该半导体发光器件在{1-100}面和以-5度～+5度范围内的偏角(off-angle)从该面倾斜的面上或{11-20}面和以-5度～+5度范围内的偏角从该面倾斜的面上形成。
在非专利文献3和4中，使用GaN模板。在非专利文献1和2及日本Applied Physics 2007年第46卷No.7第L129-L131页(非专利文献5)中，使用GaN衬底。在除了专利文献3之外的非专利文献中，未对阱层的铟组分作出描述。关于专利文献1，使用在a轴方向倾斜的面，关于非专利文献2～5，使用在m轴方向倾斜的面。非专利文献1、2和5中描述的发光器件包括小型GaN衬底，因此未涉及大直径GaN晶片的使用。
在专利文献1中，仅关注压电极化的效果，而未关注压电极化的降低与期望波长和光发射特性之间的关系。在专利文献2中，未实现期望的发射波长。
由于半极性面的压电极化小于(0001)面的压电极化，所以无法预期由于阱层的能带弯曲而引起的波长增加。因此，关于如非专利文献1和5中所述包括薄阱层的发光器件，需要增加铟组分以便形成具有例如410nm以上的长发射波长的发光器件。然而，具有高铟组分的阱层的晶体质量下降。结果，发射特性退化。在阱层的铟组分相对较高的情况下，阱层中包括的应变随着阱层厚度的增加而增加。因此，阱层的厚度与铟组分之间的关系对具有量子阱结构的有源层的发射特性有重要影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种包括有源层的III族氮化物发光器件，所述有源层具有410nm以上的发射峰值波长，在半极性面上生长，并具有量子阱结构。本发明的另一目的是提供一种用于制造上述III族氮化物基半导体发光器件的方法。
根据本发明实施例的III族氮化物发光器件包括(a)具有基面的III族氮化物衬底，(b)在上述III族氮化物衬底的上述基面上生长的氮化镓基半导体区域，以及(c)以具有410nm以上的发射峰值波长的方式在上述氮化镓基半导体区域的基面上生长的有源层。上述有源层包括阱层和垒层，并且它们交替地布置以便形成量子阱结构。上述阱层的厚度为4nm以上10nm以下。上述阱层由InXGa1-XN(0.15≤X＜1，其中X是应变组分(strained composition))组成且上述垒层由InYGa1-YN(0≤Y≤0.05，Y＜X，其中Y是应变组分)组成。上述氮化镓基半导体区域的基面是关于{0001}面或{000-1}面以15度以上85度以下的范围内的倾斜角倾斜的半极性面。
如果上述倾斜角小于15度，则未获得半极性面的效果，因此压电场不减小。因此，未获得提高量子效率的效果，且随着电流注入波长的蓝移变得显著。如果倾斜角超过85度，则InGaN阱层的生长变得困难。
由于压电场相对于半极性面受到抑制，所以无法预期由于量子阱有源层的能带弯曲而引起的波长增加。因此，厚度小于4nm的阱层的铟组分变得非常高以便获得410nm以上的发射波长。结果，InGaN阱层的晶体质量下降，且发射特性劣化。如果InGaN阱层的厚度超过10nm，则晶体质量下降且发射特性劣化。在阱层的厚度被指定为在4nm以上10nm以下的范围内的情况下，可以将阱层的铟组分控制在0.15以上0.4以下的范围内。
以上述倾斜角倾斜的半极性面上形成的有源层的阱层的膜厚度为4nm以上10nm以下，因此大于c面上形成的有源层的阱层的厚度。在这种情况下，压电场减小。由此，随着电流增大而产生的波长的显著蓝移和量子效率的下降减小。
在根据本发明实施例的III族氮化物发光器件中，优选地，上述氮化镓基半导体区域的基面关于{0001}面或{000-1}面以15度以上45度以下的范围内的角度倾斜。
在上述倾斜角为45度以下的情况下，容易地形成大直径的III族氮化物晶片。此外，在基面以上述范围内的倾斜角倾斜的情况下，相对容易地生长InGaN阱层。
在根据本发明实施例的III族氮化物发光器件中，优选地，上述氮化镓基半导体区域的基面关于{0001}面或{000-1}面以15度以上45度以下的范围内的角度倾斜，且上述阱层的铟组分X小于0.4。
根据本实施例，在基面以该范围内的倾斜角倾斜的情况下，相对容易地生长InGaN阱层。此外，如果铟组分超过0.4，则InGaN阱层的晶体质量下降，且发射特性劣化。
在根据本发明实施例的III族氮化物发光器件中，优选地，包括上述量子阱结构的上述有源层以具有550nm以下的发射峰值波长的方式在上述基面上生长。
关于以410nm以上550nm以下的波长发光的氮化物基半导体发光器件，通常，应变被施加到InGaN阱层并感生压电场从而引起量子效率的下降和发射波长的蓝移的增加。根据本发明实施例的III族氮化物发光器件，在发射波长的上述范围，能够改善InGaN晶体质量，能够降低发射特性的劣化，另外，可以降低显著的蓝移。
根据本发明另一实施例的III族氮化物发光器件还可以包括在上述有源层上生长的p型氮化镓基半导体区域和设置在上述p型氮化镓基半导体区域上的第二电极。在上述III族氮化物衬底的上述基面上生长的上述氮化镓基半导体区域具有n导电性。上述III族氮化物衬底的基面关于{0001}面或{000-1}面以15度以上85度以下的范围内的角度倾斜。上述氮化镓基半导体区域、上述有源层、以及上述p型氮化镓基半导体区域按照从上述衬底开始的顺序位于上述III族氮化物衬底的上述基面上。上述III族氮化物衬底由InSAlTGa1-S-TN(0≤S≤1，0≤T≤1，且0≤S+T≤1)组成。
根据该III族氮化物发光器件，能够在不使用模板的情况下在具有倾斜基面的III族氮化物衬底上形成发光器件。
根据本发明实施例的III族氮化物发光器件还可以包括设置在上述III族氮化物衬底的背面上的第一电极。优选地，上述III族氮化物衬底具有n导电性。
根据该III族氮化物发光器件，由于III族氮化物衬底具有导电性，所以可以在衬底的背面上形成电极。因此，不必要在III族氮化物衬底的基面上生长的外延层上形成p型和n型电极，并可以简化III族氮化物发光器件的结构。
在根据本发明实施例的III族氮化物发光器件中，在上述III族氮化物衬底的InSAlTGa1-S-TN的a轴方向中可以指定上述倾斜角，且上述倾斜角的偏角可以在关于m轴-1度以上+1度以下的范围内。
根据该III族氮化物发光器件，由于由InSAlTGa1-S-TN组成的III族氮化物衬底的基面在a轴方向上从{0001}面倾斜，所以与在m轴方向上倾斜的情况相比，增加铟原子到InGaN阱层中的引入。因此，能够在较高的生长温度下生长InGaN阱层。结果，可以改善发射特性。
根据本发明实施例的III族氮化物发光器件还可以包括与上述III族氮化物衬底的InSAlTGa1-S-TN的m轴方向交叉的第一和第二小平面。上述III族氮化物发光器件包括激光二极管，且上述第一和第二小平面包括解理面。
根据该III族氮化物发光器件，通过由InSAlTGa1-S-TN组成的衬底的解理而形成用于激光二极管的谐振面。该谐振面是m面。
在根据本发明实施例的III族氮化物发光器件中，可以在上述III族氮化物衬底的InSAlTGa1-S-TN的m轴方向中指定上述倾斜角。且上述倾斜角的偏角可以在关于a轴-1度以上+1度以下的范围内。
根据该III族氮化物发光器件，其中倾斜角被指定的方向的控制和调整变得容易。
优选地，根据本发明实施例的III族氮化物发光器件还包括上述有源层与上述III族氮化物衬底之间的InZGa1-ZN(0＜Z＜0.1，其中Z是应变组分)层。根据本实施例，InZGa1-ZN层设置在具有量子阱结构的层与III族氮化物晶片之间，从而，即使组成量子阱结构的阱层数目减少，也能够获得良好的发射特性。也可以增加量子阱结构中的阱层的数目以便改善发射特性。然而，由于在半极性面上形成有源层的阱层的铟组分高于在c面上形成的有源层的铟组分，所以有源层中的应变增加且InGaN阱层的晶体质量下降。如果InZGa1-ZN层的铟组分变为0.1以上，则InZGa1-ZN层的应变增加，InGaN阱层的晶体质量下降，且发射特性劣化。
在根据本发明实施例的III族氮化物发光器件中，优选地，上述III族氮化物衬底中的穿透位错沿着c轴延伸，上述III族氮化物衬底包括具有高于或等于预定穿透位错密度的穿透位错密度的第一区域和具有低于上述预定穿透位错密度的穿透位错密度的第二区域，且III族氮化物衬底的上述第一和第二区域出现在上述基面中。
根据该III族氮化物发光器件，可以通过在是衬底的低位错区域的第二区域中形成氮化物基半导体发光器件来改善发光器件的量子效率和可靠性。
在根据本发明实施例的III族氮化物发光器件，上述第二区域的穿透位错密度小于1×107cm-2。根据III族氮化物发光器件的穿透位错密度，获得在实践中表现出充分可靠性的激光二极管。
本发明的另一实施例涉及一种用于制造氮化物基半导体发光器件的方法。该方法包括以下步骤：(a)制备III族氮化物晶片，其具有关于{0001}面或{000-1}面以15度以上45度以下的范围内的倾斜角倾斜的基面，(b)在上述III族氮化物晶片的上述基面上形成第一导电类型氮化镓基半导体区域，(c)以具有410nm以上的发射峰值波长的方式在所述第一导电类型氮化镓基半导体区域的基面上形成具有量子阱结构的有源层，以及(d)在上述有源层上形成第二导电类型氮化镓基半导体区域。上述III族氮化物晶片由InSAlTGa1-s-TN(0≤S≤1，0≤T≤1，且0≤S+T≤1)组成，且上述有源层的上述形成包括以下步骤：在第一温度下生长由InXGa1-XN(0.15≤X＜1，其中X是应变组分)组成的第一半导体层，和在第二温度下生长由InYGa1-YN(0≤Y≤0.05，Y＜X，其中Y是应变组分)组成的第二半导体层。上述第一温度低于上述第二温度，且上述第一温度与上述第二温度之间的差为95摄氏度以上。
关于该方法，在半极性面上形成氮化物基半导体发光器件时，以差变为95摄氏度以上的方式使InGaN阱层的生长温度低于势垒层的生长温度，从而，能够增加铟原子到阱层中的引入。因此，可以容易地形成具有410nm以上的发射峰值波长的有源层。此外，以差变为95摄氏度以上的方式使垒层的生长温度高于阱层的生长温度，从而，可以改善势垒层的晶体质量。由此，可以改善发光器件的量子效率。因此，可以改善整个量子阱结构的晶体质量。
在根据本发明实施例的方法中，可以通过切割在关于{0001}面或{000-1}面以15度以上45度以下的范围内的倾斜角倾斜的轴的方向上生长的六方晶系InSAlTGa1-S-TN(0≤S≤1，0≤T≤1，且0≤S+T≤1)的晶体来形成上述III族氮化物晶片，且上述III族氮化物晶片的上述基面可以经受抛光处理并可以沿着关于{0001}面或{000-1}面以15度以上45度以下的范围内的倾斜角倾斜的基准面延伸。根据该方法，容易地形成具有以所述倾斜角倾斜的基面的III族氮化物晶片。
在根据本发明实施例的方法中，优选地，上述III族氮化物晶体中的穿透位错沿着c轴延伸，上述III族氮化物晶片包括具有高于或等于预定穿透位错密度的穿透位错密度的第一区域和具有低于上述预定穿透位错密度的穿透位错密度的第二区域，且上述III族氮化物晶片的上述第一和第二区域出现在上述基面处。根据该方法，能够通过在是衬底的低位错区域的第二区域中形成氮化物基半导体发光器件来改善发光器件的量子效率和可靠性。
在根据本发明实施例的方法中，上述第二区域的上述穿透位错密度可以小于1×107cm-2。根据该穿透位错密度，获得在实践中表现出充分可靠性的发光器件，例如激光二极管和发光二极管。
在根据本发明实施例的方法中，优选地，在上述衬底的InSAlTGa1-S-TN的a轴方向中指定上述倾斜角，且上述倾斜角的偏角在关于m轴-1度以上+1度以下的范围内。根据该方法，能够通过解理由InSAlTGa1-S-TN组成的衬底的步骤来形成用于激光二极管的谐振面。该谐振面是m面。
在根据本发明实施例的方法中，在上述衬底的InSAlTGa1-S-TN的m轴方向中可以指定上述倾斜角，且上述倾斜角的偏角可以是在关于a轴-1度以上+1度以下的范围内。根据该方法，指定了倾斜角的方向的控制变得容易。
在根据本发明实施例的方法中，上述III族氮化物晶片的边缘上的2个点之间的距离最大值可以是45mm以上。根据该方法，能够在具有半极性面的大直径晶片上形成发光器件。
根据本发明实施例的方法还可以包括这样的步骤：在上述第一导电类型氮化镓基半导体区域的形成之前，在供应包含氨和氢的气体的同时对上述III族氮化物晶片的上述基面进行热处理。
根据该方法，能够通过在形成之前在包含氨和氢的混合气体中对III族氮化物晶片进行热处理来获得平坦的半极性面。因此，能够获得具有更好发射特性的半导体发光器件。
稍后将参照附图来详细地描述本发明的上述目的、特征、以及优点。
根据本发明的氮化物基半导体发光器件在半极性面上形成并包括具有量子阱结构的有源层。能够通过该有源层提供410nm以上的发射峰值波长。此外，根据本发明，提供一种用于制造该氮化物基半导体发光器件的方法。
附图说明
图1A是示意地示出了根据实施例的III族氮化物发光器件的结构示例的图示。
图1B是示意地示出了根据实施例的III族氮化物发光器件的结构示例的图示。
图2是示出了包括衬底的外延晶片的图示，该衬底具有在被示为示例的倾斜方向上倾斜的基面和外延膜。
图3是示出了根据实施例的III族氮化物发光器件的结构的另一示例的图示。
图4是示出了用于形成发光器件的主要步骤的图示。
图5A是示出了实施例中发射波长与LED的电流之间的关系的图示。
图5B是示出了实施例中发射光谱的半峰全宽与电流之间的关系的图示。
图6是示出了用于形成激光二极管器件的主要步骤的图示。
图7是示出了激光二极管器件的外延晶片的图示。
图8是示出了晶片基面的倾斜角与峰值发射波长之间的关系的图示。
具体实施方式
下面将参照附图来描述III族氮化物发光器件和用于制造本发明的氮化物基半导体发光器件的方法。在附图中，在允许的情况下，相同的元件由相同的附图标记来表示。
图1是示意地示出了根据实施例的III族氮化物发光器件的示例的图示。III族氮化物发光器件的示例包括激光二极管和发光二极管(LED)。
如图1A中所示，III族氮化物发光器件11包括氮化镓基半导体区域13和有源层15。有源层15在氮化镓基半导体区域13的基面13a上生长。有源层15具有例如量子阱结构17，且量子阱结构17包括交替地布置的阱层19a和垒层19b。量子阱结构17以提供410nm以上的发射峰值波长的方式形成。阱层19a的厚度Dw为4nm以上。此外，阱层19a的厚度Dw为10nm以下。阱层19a由InXGa1-XN(0.15≤X，其中X是应变组分)组成。氮化镓基半导体区域13的基面13a关于六方晶系III族氮化物的{0001}面或{000-1}面以15度以上的倾斜角倾斜。此外，氮化镓基半导体区域13的基面13a关于{0001}面或{000-1}面以85度以下的倾斜角α倾斜。基面13a是具有上述范围内的角度的半极性面。此外，有源层15的基面是半极性面。阱层19a和垒层19b的基面也是半极性面。整个基面13a是半极性面。图1A进一步示出了沿着c轴延伸的矢量(Vc)，和基面的法向矢量(Vn)。氮化镓基半导体区域13的基面13a平行于III族氮化物衬底21的基面21a。
这里，所述基面指的是基本垂直于半导体层的生长方向的面。
关于该III族氮化物发光器件11，如果倾斜角小于15度，则未获得半极性面的效果，从而未减小压电场。因此，未获得提高量子效率的效果，且随着电流注入的波长蓝移变得显著。如果倾斜角超过85度，则InGaN阱层19a的生长变得困难。
由于压电场相对于半极性面受到抑制，所以无法预期由于具有量子阱结构的有源层的能带弯曲而引起的波长增加。关于具有小于4nm的厚度的阱层，阱层中的铟组分变得非常高以便获得410nm的发射波长。结果，InGaN阱层的晶体质量下降，且发射特性劣化。如果InGaN阱层的厚度超过10nm，则晶体质量下降且发射特性劣化。在阱层的厚度被指定为在4nm以上10nm以下的范围内的情况下，能够将阱层的铟组分控制在0.15以上0.4以下的范围内。
在以上述倾斜角倾斜的半极性面上形成的发光器件的阱层的膜厚度为4nm以上10nm以下。该膜厚度大于c面上形成的发光器件的阱层的厚度。因此，由于压电场的减小，使得随着电流的增大的波长的显著蓝移和量子效率的降低被减小。
势垒层19b由InYGa1-YN(0≤Y≤0.05，Y＜X，其中Y是应变组分)组成。垒层19b可以由GaN或InGaN组成。另一方面，阱层19a由InGaN组成。优选地，垒层19b的厚度DB为7nm以上。这是因为具有该厚度的垒层能够很好地限制载流子。此外，优选地，垒层19b的厚度为20nm以下。这是因为具有该厚度的垒层能够防止驱动电压增大并防止随着厚度增加的有源层的晶体质量的下降。
此外，优选地，阱层19a的厚度为5nm以上。这是因为能够使阱层的铟组分为0.35以下，另外，获得更好的晶体质量。
优选地，氮化镓基半导体区域13的基面13a关于{0001}面或{000-1}面以45度以下的范围内的角度倾斜。在倾斜角α为45度以下的情况下，容易地形成大直径的III族氮化物晶体。在基面的倾斜角在上述范围内的情况下，InGaN阱层的晶体生长变得相对容易。此外，优选地，在该基面13a上生长的阱层19a的铟组分X为0.4以下。在基面的倾斜角在上述范围内的情况下，InGaN阱层的晶体生长变得相对容易。如果铟组分超过0.4，则InGaN阱层的晶体质量下降，且发射特性劣化。此外，有源层15(量子阱结构17)可以以能够提供550nm以下的发射峰值波长的方式在基面13a上生长。
关于以410nm以上550nm以下的波长发光的氮化物基半导体发光器件11，总的来说，应变被施加到InGaN阱层并感生压电场从而引起量子效率的下降和发射波长的蓝移的增加。根据本发明实施例的III族氮化物发光器件11，在发射波长的上述范围内，抑制InGaN的晶体质量的下降，能够抑制发射特性的劣化，另外，能够抑制显著蓝移的发生。
III族氮化物衬底21的基面21a可以关于{0001}面或{000-1}面以15度以上85度以下的范围内的倾斜角倾斜。因此，能够在不使用模板的情况下在具有倾斜基面的III族氮化物衬底上形成发光器件。
可以在III族氮化物衬底21的基面21a上生长氮化镓基半导体区域13。III族氮化物衬底21可以由InSAlTGa1-S-TN(0≤S≤1，0≤T≤1，且0≤S+T≤1)组成。用于III族氮化物衬底21的材料可以由氮化镓基半导体、AlN等组成。上述氮化镓基半导体可以是例如GaN、A1GaN、InGaN等。用于III族氮化物发光器件11的衬底不限于III族氮化物衬底21的III族氮化物，并可以由蓝宝石、氧化镓等组成。
氮化镓基半导体区域13具有例如第一导电类型(例如n型导电性)。III族氮化物发光器件11还可以包括氮化镓基半导体区域25。该氮化镓基半导体区域25生长在有源层15之上。氮化镓基半导体区域25的表面是半极性面。氮化镓基半导体区域25具有例如第二导电类型(例如p型导电性)。在氮化镓基半导体区域25中生长第二电极27。
在一个示例中，III族氮化物衬底21可以具有n型导电性。III族氮化物衬底21的整个背面21b可以是半极性面，且可以在背面21b上设置电极23。因此，不必要在III族氮化物衬底21的基面21a上生长的外延层上形成p型和n型两种电极。此外，能够简化III族氮化物发光器件11的结构。第一电极23是与例如衬底21的背面21b欧姆接触的阴极并覆盖衬底21的整个背面21b。此外，第二电极27是与例如氮化镓基半导体区域25欧姆接触的阳极。
可以包括在III族氮化物衬底21的整个基面21a上生长的缓冲层35。在一个示例中，优选的是缓冲层35由A1GaN组成。这是因为能够抑制GaN衬底上的外延层的异常生长。此外，氮化镓基半导体区域13可以包括向有源层15提供异质垒的n导电氮化镓基半导体层37(例如n型覆层)。在一个示例中，优选地，氮化镓基半导体层37由例如n型GaN或n型A1GaN组成。
氮化镓基半导体区域25可以包括用于阻挡来自有源层15的电子的电子阻挡层29。电子阻挡层29可以由例如A1GaN组成。该AlGaN可以具有例如p型导电性。此外，氮化镓基半导体区域25可以包括向有源层15提供p型载流子的氮化镓基半导体层31(例如p型覆层)。氮化镓基半导体层31可以由例如p型GaN或p型AlGaN组成。此外，氮化镓基半导体区域25可以包括p型接触层33。p型接触层33可以由例如p型GaN组成。在III族氮化物发光器件11是LED的情况下，氮化镓基半导体区域25由用于不吸收来自有源层15的光的带隙的材料组成。
如果必要，III族氮化物发光器件11可以包括有源层15与氮化镓基半导体区域25之间的第一和第二氮化镓基半导体层39a和39b。第一氮化镓基半导体层39a设置在有源层15与氮化镓基半导体区域25之间。第一氮化镓基半导体层39a由例如未掺杂的InGaN组成并被设置用于引导光。第二氮化镓基半导体层39b由例如未掺杂的GaN组成并被设置为用于改善氮化镓基半导体区域25的晶体质量。
图1B示出了根据实施例的外延晶片41。外延晶片41包括对应于III族氮化物衬底21的III族氮化物晶片43和在III族氮化物晶片43的基面43a上生长的外延膜45。其基面43a可以关于{0001}面或{000-1}面以15度以上85度以下的范围内的倾斜角倾斜，或者优选地关于{0001}面或{000-1}面以15度以上45度以下的范围内的倾斜角倾斜。III族氮化物晶片43可以优选地具有其边缘上的2个点之间的最大值45mm以上的距离，例如，可以使用尺寸为2英寸的晶片。外延膜45可以包括对应于用于III族氮化物发光器件11的外延生长层的分层结构。用III族氮化物发光器件11的外延生长层的附图标记来指示该分层结构。
图1A和图1B中所示的矢量C表示III族氮化物衬底21的InSAlTGa1-S-TN的c轴的方向。III族氮化物衬底21中的穿透位错沿着c轴延伸。
III族氮化物衬底21可以包括沿着c轴从基面21a延伸到背面21b的第一区域和沿着该第一区域延伸的第二区域。因此，III族氮化物衬底21的第一和第二区域出现在基面21a中并分别形成第一和第二区(area)。此外，III族氮化物衬底21的第一和第二区域出现在背面21b中并分别形成第三和第四区(area)。所述第一区域是具有高于或等于预定穿透位错密度的穿透位错密度的高位错区域，且所述第二区域是具有低于预定穿透位错密度的穿透位错密度的低位错区域。在III族氮化物晶片43中，交替地布置第一区域和第二区域。根据该III族氮化物发光器件11，能够通过在是衬底21的低位错区域的第二区域中形成氮化物基半导体发光器件来改善发光器件的量子效率和可靠性。第一区域和第二区域能够以例如条形的形状延伸。在正交于c轴的面中，第二区域的穿透位错密度可以例如小于1×107cm-2。根据该穿透位错密度，获得在实践中表现出充分可靠性的激光二极管等。
图2是示出了包括下述衬底的外延晶片的图示，所述衬底具有在被示为示例的倾斜方向上倾斜的基面和外延膜。如图2所示，基准面RC1沿着倾斜的c面延伸。六方晶系的晶轴S被示在基准面RC1上。在基准面RC1中指定轴a1、a2以及a3，且轴a1、a2以及a3相互形成120度的角。轴C正交于基准面RC1。虚线指示的箭头N1是示出了衬底43的基面43a的法线的矢量。该法向矢量N1关于轴C以角α倾斜。在本示例中，倾斜的方向是由矢量A指示的a1轴的方向。即，在III族氮化物衬底21的InSAlTGa1-S-TN的a轴方向中指定倾斜角α。优选地，倾斜角α是在关于m轴-1度以上+1度以下的范围内。图2中所示的面47a和47b是下述m面，沿着该m面能够发生解理。在通过由InSAlTGa1-S-TN组成的衬底的解理来形成III族氮化物发光器件11的情况下，III族氮化物发光器件11具有与III族氮化物衬底21的InSAlTGa1-S-TN的m轴方向(由矢量M表示)交叉的第一和第二小平面(对应于上述面47a和47b)。这些第一和第二小平面适合于形成用于激光二极管的谐振器。
此外，在这种形式中，由于由InSAlTGa1-S-TN组成的III族氮化物衬底21的基面21a在a轴方向上从{0001}面或{000-1}面倾斜，所以与在m轴方向上的倾斜的情况相比，增加铟原子到InGaN阱层中的引入。因此，能够在高于在m轴方向上倾斜的面上的生长温度(例如650℃以上750℃以下)的生长温度(例如650℃以上780℃以下)下在a轴方向上倾斜的面上生长InGaN阱层。结果，能够改善发射特性。
关于本示例的修改示例，可以采用m轴方向的倾斜代替a轴方向的倾斜。而且这时，倾斜角α可以在关于a轴-1度以上+1度以下的范围内。根据该III族氮化物发光器件，在倾斜角被指定了的方向的控制变得容易。
图3示出了根据本发明另一实施例的III族氮化物发光器件的结构。优选地，III族氮化物发光器件11a还包括有源层15a与III族氮化物衬底21之间的InZGa1-ZN(0＜Z＜0.1，其中Z是应变组分)层49。InZGa1-ZN层49的铟组分小于阱层19a的铟组分。根据该III族氮化物发光器件11a，InZGa1-ZN层49设置在量子阱结构17a与n型氮化镓基半导体区域13之间。InZGa1-ZN层49的基面是半极性面。能够通过增加量子阱结构中的阱层的数目来增强发射强度。然而，由于半极性面上形成的有源层中的阱层19a的铟组分高于c面上形成的有源层的铟组分，所以有源层中的应变显著。因此，与c面上形成的有源层相比，InGaN阱层19a的晶体质量趋向于下降。量子阱结构17a中的阱层19a的数目小于量子阱结构17中的阱层19a的数目。然而，InZGa1-ZN层49减小量子阱结构17a中的应变并提供良好的发射特性。因此，能够减少量子阱结构17a中的阱层19a的数目。或者，能够在保持阱层的数目的同时改善晶体质量。
如果InZGa1-ZN层49的铟组分变为0.1以上，则InZGa1-ZN层的应变增加，InGaN阱层的晶体质量下降，且发射特性趋向于劣化。
示例1
下面将参照图4来描述用于制造发光器件的主要步骤的流程100a。在步骤S101中，制备GaN晶片。所得的GaN晶片表现出n型导电性并具有在m轴的方向以25度的倾斜角从c面倾斜的基面。如下所述地制造GaN晶片。制备2英寸尺寸的GaAs晶片。在具有在(100)方向偏离25度的(111)面的GaAs晶片上形成由二氧化硅组成的条状绝缘掩膜。然后，通过HVPE法在所得的晶片上生长GaN厚膜。该GaN厚膜包括交替地布置的低缺陷密度区域和高缺陷密度区域。所述低缺陷密度区域和高缺陷密度区域中的每一个采取条形的形状。低缺陷密度区域中的穿透位错在c轴的方向上延伸，在c面中其穿透位错密度小于1×106cm-2。切割该GaN厚膜以形成GaN片。另外，对该片的表面进行例如抛光的处理以便制造具有镜面加工面的GaN晶片。所得的GaN晶片具有在m轴方向上以25度的倾斜角从c面倾斜的基面。
基于下述过程通过有机金属化学气相沉积方法在GaN晶片上形成蓝光发光器件。至于用于有机金属化学气相沉积的源材料，使用三甲基镓、三甲基铝、三甲基铟、氨、单硅烷、以及茂基镁。在步骤S102中，将GaN晶片放置在生长反应器中的承受器上，在将反应器中的压力控制在30kPa的同时将氨和氢引入到反应器中，并在1050℃的衬底温度下进行热净化10分钟。然后，暂停生长，并将衬底温度提高到1100℃。在步骤S103中，生长n型GaN基半导体区域。将氢用作一次载气，并将三甲基镓(24μmol/min)、三甲基铝(4.3μmol/min)、氨(0.22mol/min)、以及单硅烷供应给生长反应器，从而生长膜厚度为50nm的n型Al0.12Ga0.88N层。随后，暂停生长，并将衬底温度提高到1150℃。将氢用作一次载气，并将三甲基镓(244μmol/min)、氨(0.22mol/min)、以及单硅烷供应给生长反应器，从而生长膜厚度为2μm的n型GaN层。
在步骤S104中，如下所述生长有源层。暂停生长，并将衬底温度降低至850℃。然后，将氮用作一次载气，并将三甲基镓(24μmol/min)、三甲基铟(1.6μmol/min)、以及氨(3.6mol/min)供应给生长反应器，从而生长膜厚度为15nm的未掺杂的In0.01Ga0.99N阻势垒层。随后，暂停生长，并将衬底温度降低至720℃。在步骤S104-2中，将氮用作一次载气，并将三甲基镓(24μmol/min)、三甲基铟(24μmol/min)、以及氨(0.36mol/min)供应给生长反应器，从而生长膜厚度为5nm的In0.30Ga0.70N阱层。在步骤S104-3中，重复这些步骤S104-1和步骤S104-2，从而形成包括例如6个阱层的量子阱结构。
优选地，适合于阱层生长的温度TW低于适合于势垒层生长的温度TB，且温度TW与温度TB之间的差为95摄氏度以上。关于这种方法，在半极性面上氮化物基半导体发光器件的制造中，以差变为95摄氏度以上的方式使InGaN阱层的生长温度TW低于垒层的生长温度TB，从而，能够在阱层的生长中增加铟原子的引入。因此，能够形成发射峰值波长为410nm以上的发光层。此外，以差变为95摄氏度以上的方式使势垒层的生长温度高于阱层的生长温度，从而能够改善垒层的晶体质量。由此，能够改善发光器件的量子效率。因此，能够改善整个量子阱结构的晶体质量。如果垒层的生长温度过低，则垒层的晶体质量下降。因此，优选的是温度TB为745℃或更高。如果垒层的生长温度过高，则阱层的晶体质量在势垒层的生长期间下降。因此，优选的是温度TB为900℃或更低。此外，如果阱层的生长温度过低，则阱层的晶体质量劣化。因此，优选的是温度TW为650℃或更高。如果阱层的生长温度过高，则铟的组分减低。所以，优选的是温度TW为805℃或更低。如果必要，在步骤S105中，可以将氮用作一次载气并可以在温度TB下生长未掺杂的GaN层(N2-GaN)。这样进行以防止在例如膜厚度为3nm时提高衬底温度的下面的步骤中有源层的质量下降。如果必要，在步骤S106中，可以将氢用作一次载气并可以在高于温度TB的温度下生长未掺杂的GaN层(HT-GaN)。这样进行以改善在例如膜厚度为10nm时下面的步骤中生长的p型GaN半导体的晶体质量。
接下来，再次暂停生长，并将衬底温度提高到1050℃。在步骤S107中，生长p型GaN基半导体区域。将氢用作一次载气，并将三甲基镓(24μmol/min)、三甲基铝(2.3μmol/min)、氨(0.22mol/min)、以及茂基镁供应给生长反应器，从而生长膜厚度为20nm的p型Al0.15Ga0.85N电子阻挡层。其后，将氢用作一次载气，并将三甲基镓(99μmol/min)、氨(0.22mol/min)、以及茂基镁供应给生长反应器，从而生长膜厚度为25nm的p型GaN层。随后，将氢用作一次载气，并供应三甲基镓(67μmol/min)、氨(0.22mol/min)、以及茂基镁，从而生长膜厚度为25nm的p型GaN接触层。以这种方式，制造具有LED外延结构的外延晶片。
从反应器中取出所得的外延晶片，在步骤S108，在该外延晶片的p型GaN层上形成半透明的p侧电极(电极面积：1.6×10-3cm2)400微米平方，另外，在GaN晶片的背面上形成n侧电极从而制造衬底产品。所得的衬底产品包括排成阵列的LED器件。
测量LED器件的电特性，而这样制造的衬底产品以“原样(as-is)”为基础。当在室温下施加脉冲电流时，发射峰值波长为466nm的纯蓝光。在20mA的电流值(电流密度：12.5A/cm2)下，光输出为1.0mW且外量子效率为1.6％。在200mA的电流值(电流密度：125A/cm2)下，光输出为7.0mW且外量子效率为1.2％。从衬底产品制造LED芯片，并用环氧树脂对芯片进行模塑封装以便制造LED灯。关于所得的LED灯，在20mA的电流值(电流密度：12.5A/cm2)下，峰值发射波长为466nm，光输出为3.0mW，且外量子效率为4.8％。
以与上述制造方法类似的方式，在具有以32度的倾斜角倾斜的半极性面的GaN晶片上形成LED结构，而且还形成电极。
图5A是示出了本示例中的LED的电流与发射波长之间的关系的图示。图5B是示出了本示例中发射光谱的半峰全宽与电流之间的关系的图示。半极性面上的发光器件的阱层厚度为5nm。
如图5A中所示，与极性面的c面上的发光器件相比，本示例中的半极性面上的发光器件的蓝移较小，虽然没有小到等于非极性面的m面上发光器件的蓝移的程度。在本示例中，由于在半极性面上压电场受到抑制，所以减小了随着电流的增加由压电场的屏蔽所引起的发射波长的蓝移。
如图5B中所示，本示例中半极性面上的发光器件的半峰全宽较小，与非极性面的m面上的发光器件和极性面的c面上的发光器件的半峰全宽处于同一水平。因此，很明显，在半极性面上获得与m面和c面上相同的有源层质量。
示例2
将再次参照图4来描述用于制造发光器件的主要步骤。在本示例的制造方法中，在步骤S103之后步骤S104之前进行步骤S109。
在步骤S109中，在n型GaN层上生长In0.02Ga0.98N层。在步骤S104中，在In0.02Ga0.98N层上形成包括3个阱层的量子阱结构。有源层的阱层和垒层分别具有5nm和15nm的厚度。随后，通过使用与示例1中相同的步骤来生长p型GaN基半导体区域，从而制造包括LED外延结构的外延晶片。
从反应器中取出所得的外延晶片，在步骤S108，在该外延晶片的p型GaN层上形成半透明的p侧电极400微米平方，另外，在GaN晶片的背面上形成n侧电极以便于制造衬底产品。所得的衬底产品包括排成阵列的LED器件。
测量LED器件的电特性，而这样制造的衬底产品以“原样(as-is)”为基础。当在室温下施加脉冲电流时，发射峰值波长为466nm的纯蓝光。在20mA的电流值(电流密度：12.5A/cm2)下，光输出为2.0mW且外量子效率为3.2％。在200mA的电流值(电流密度：125A/cm2)下，光输出为14.0mW且外量子效率为2.4％。从衬底产品制造LED芯片，并用环氧树脂对芯片进行模塑封装以便制造LED灯。关于所得的LED灯，在20mA的电流值(电流密度：12.5A/cm2)下，峰值发射波长为466nm，光输出为6.0mW，且外量子效率为9.6％。
示例3
将参照图6来描述用于制造激光二极管器件的主要步骤。制备如在示例1中那样制造的GaN晶片。所得的GaN晶片具有在a轴的方向上以25度的倾斜角从c面倾斜的基面。该GaN晶片包括交替地布置的低缺陷密度区域和高缺陷密度区域。所述低缺陷密度区域和高缺陷密度区域中的每一个采取条形的形状。低缺陷密度区域中的穿透位错在c轴的方向上延伸，且在c面中其穿透位错密度小于1×106cm-2。基于下述过程通过有机金属化学气相沉积方法在GaN晶片上形成激光二极管器件。在步骤S102中，将GaN晶片放置在生长反应器中的承受器上，在将反应器中的压力控制在30kPa的同时将氨和氢引入到反应器中，并在1050℃的衬底温度下进行热净化10分钟。
其后，暂停生长，并将衬底温度提高到1100℃。随后，在步骤S110中，生长n型GaN基半导体覆层。将氢用作一次载气，并将三甲基镓(118μmol/min)、三甲基铝(5.7μmol/min)、氨(0.27mol/min)、以及单硅烷供应给生长反应器，从而生长膜厚度为2300的n型Al0.04Ga0.96N层。
在步骤S111中，生长GaN基半导体光导层。所得的光导层的基面是半极性面。暂停生长，将氢用作一次载气，并在将衬底温度保持在1100℃下的同时将三甲基镓(99μmol/min)、氨(0.22mol/min)、以及单硅烷供应给生长反应器，从而生长膜厚度为50nm的n型GaN光导层。随后，暂停生长，并将衬底温度变为800℃。其后，将氢用作一次载气，并将三甲基镓(16μmol/min)、三甲基铟(0.87μmol/min)、以及氨(0.36mol/min)供应给生长反应器，从而生长膜厚度为50nm的未掺杂的In0.02Ga0.98N光导层。
在步骤S104中，生长有源层。在步骤S104-1中，暂停生长，并将衬底温度变为870℃。其后，将氮用作一次载气，并将三甲基镓(24μmol/min)、三甲基铟(1.6μmol/min)、以及氨(0.27mol/min)供应给生长反应器，从而生长膜厚度为15nm的未掺杂的In0.05Ga0.95N垒层。随后，在S104-2中，暂停生长，并将衬底温度降低至720℃。其后，将氮用作一次载气，并将三甲基镓(24μmol/min)、三甲基铟(24μmol/min)、以及氨(0.36mol/min)供应给生长反应器，从而生长膜厚度为5nm的In0.30Ga0.70N阱层。在步骤S104-3中，重复这些步骤，从而形成包括3个阱层的量子阱结构。通过指定氮作为一次载气，能够提高铟到InGaN膜中的引入的效率。
优选地，适合于阱层生长的温度TW低于适合于势垒层生长的温度TB，且温度TW与温度TB之间的差为95摄氏度以上。关于这种方法，在制造半极性面上的氮化物基半导体发光器件时，以差变为95摄氏度以上的方式使InGaN阱层的生长温度TW低于垒层的生长温度TB，从而，能够在阱层的生长中增加铟原子的引入。因此，能够形成发射峰值波长为410nm以上的发光层。此外，以差变为95摄氏度以上的方式使垒层的生长温度高于阱层的生长温度，从而，能够改善势垒层的晶体质量。由此，可以改善发光器件的量子效率。因此，能够改善整个量子阱结构的晶体质量。
接下来，再次暂停生长，并将衬底温度变为800℃。其后，在步骤S112中，生长GaN基半导体光导层。所得的光导层的基面是半极性面。将氢用作一次载气，并将三甲基镓(15.6μmol/min)、三甲基铟(0.87μmol/min)、以及氨(0.36mol/min)供应给生长反应器，从而生长膜厚度为50nm的未掺杂的In0.02Ga0.98N光导层。随后，暂停生长，并将衬底温度变为1050℃。将氢用作一次载气，并将三甲基镓(99μmol/min)和氨(0.22mol/min)供应给生长反应器，从而生长膜厚度为50nm的未掺杂的GaN光导层。
在步骤S113中，再次暂停生长，并在将衬底温度保持在1050℃的同时生长电子阻挡层。将氢用作一次载气，并将三甲基镓(24μmol/min)、三甲基铝(2.3μmol/min)、氨(0.22mol/min)、以及茂基镁供应给生长反应器，从而生长膜厚度为20nm的p型Al0.15Ga0.85N电子阻挡层。
随后，在步骤S114中，生长p型覆层。该p型覆层的表面是半极性面。将氢用作一次载气，并将三甲基镓(49μmol/min)、三甲基铝(4.0μmol/min)、氨(0.27mol/min)、以及茂基镁供应给生长反应器，从而生长膜厚度为400nm的p型Al0.07Ga0.93N覆层。
然后，在步骤S115中，生长p型接触层。该p型接触层的表面是半极性面。将氢用作一次载气，并引入三甲基镓(34μmol/min)、氨(0.22mol/min)、以及茂基镁，从而生长膜厚度为50nm的p型GaN层。
以这种方式，制造包括激光二极管外延结构的外延晶片E1。图7是示出了用于激光二极管器件的外延晶片的结构的图示。外延晶片E1包括下面描述的生长在是半极性面的GaN晶片51上的外延多层膜53。外延多层膜53包括n型覆层55、n侧光导层57(n型GaN层57a、未掺杂的InGaN层57b)、有源层59(InGaN阱层59a、InGaN垒层59b)、p侧光导层61(未掺杂的InGaN层61a、未掺杂的InGaN层61b)、电子阻挡层63、p型覆层65、以及p型接触层67。
在用例如二氧化硅膜的绝缘膜覆盖p型接触层之后，在该绝缘膜中形成条状窗口。在p型接触层和绝缘膜上形成p侧电极(例如Ni/Au)，另外，减小GaN晶片的厚度。其后，在具有减小的厚度的晶片背面上形成n侧电极(例如Ti/Al/Au)以便制造衬底产品。所得的衬底产品包括排成阵列的激光二极管器件。在步骤S117中，通过解理从该衬底产品形成激光带以便形成用于谐振器的小平面镜。激光带的长度为例如800μm。测量这样制造的激光带的电特性。当在室温下施加脉冲电流时，发生峰值波长为490nm的蓝绿激射。
基于在由本发明人进行的各种实验进一步示出以下内容。图8是示出了晶片基面的倾斜角与关于晶片基面的峰值发射波长之间的关系的图示。由测量点P1至P4表示的发光器件是在在a轴方向上倾斜的晶片基面上形成的，且InGaN阱层的生长温度是720℃。由测量点P5和P6表示的发光器件是在在m轴方向上倾斜的晶片基面上形成的，且InGaN阱层的生长温度为720℃。由测量点P7至P11表示的发光器件是在在a轴方向上倾斜的晶片基面上形成的，且InGaN层的生长温度为750℃。
如特性线Wa720和Wa750所示，峰值发射波长随着阱层的生长温度下降而移动到长波长侧。因此，通过降低阱层的生长温度增加铟的引入量。
如特性线Wa720和Wm720所示，峰值发射波长由于在a轴方向上的倾斜而移动到长波长侧。与在m轴方向上的倾斜角相比，能够通过增加在a轴方向上的倾斜角而获得较长的发射波长。具体数据如下所述。测量点        倾斜角        发射波长P1：          10            539P2：          32            474P3：          45            506P4：          90            524P5：          25            469P6：        32            452P7：        5             490P8：        10            435P9：        32            407P10：       45            410P11：       90            431倾斜角用单位“度(deg)”来表示，发射波长用单位“nm”来表示。
倾斜角为15度以上且小于45度的GaN晶片基面上的发光器件的峰值发射波长小于倾斜角小于15度的GaN晶片基面上的发光器件的峰值发射波长。因此，相信，降低了压电场对倾斜角为20度以上且小于45度的GaN晶片基面上的发光器件的影响。
此外，在以相同的温度生长InGaN阱层的情况下，其中基面在a轴方向上倾斜的GaN晶片上的发光器件的峰值发射波长大于其中基面在m轴方向上倾斜的GaN晶片上的发光器件的峰值发射波长。相信，基于在a轴方向上的倾斜程度有助于阱层的生长中的铟的引入。
通过在III族氮化物晶片上、特别是低位错密度区域中形成发光器件，能够改善晶体质量并能够改善发光器件的量子效率和可靠性。
与发射波长小于410nm的发光器件相比，在半极性面上的发射波长为410nm以上的发光器件的阱层的铟组分非常高。然而，能够通过将阱层的厚度指定为在4nm以上10nm以下的范围内而使阱层的铟组分在0.15以上0.4以下的范围内，从而能够抑制随着阱层的晶体质量的下降的发射特性的劣化。
已基于优选实施例参照附图描述了本发明的原理。然而，在本发明中，可以在上述原理的范围内改变安排等。本发明不限于本实施例中公开的特定构造。因此，本发明涵盖包括在所附权利要求的范围内的各种变化和修改。

Claims (19)

1.一种III族氮化物发光器件，包括：
III族氮化物衬底；
在所述III族氮化物衬底上生长的氮化镓基半导体区域；以及
生长在所述氮化镓基半导体区域的基面上的发射峰值波长为410nm以上的有源层，
其中，所述有源层包括以交替的方式布置阱层和势垒层的量子阱结构，
所述阱层的厚度为4nm以上10nm以下，
所述阱层由InXGa1-XN组成，其中0.15≤X＜1，X是应变组分，
所述势垒层由InYGa1-YN组成，其中0≤Y≤0.05，Y＜X，Y是应变组分，以及，
所述基面是相对于{0001}面或{000-1}面以15度以上85度以下的范围内的倾斜角倾斜的半极性面，
其中，所述III族氮化物发光器件进一步包括：
在所述有源层上生长的p型氮化镓基半导体区域；以及
设置在所述p型氮化镓基半导体区域上的第二电极，
其中，
在所述III族氮化物衬底上生长的所述氮化镓基半导体区域具有n型导电性，
所述III族氮化物衬底的基面相对于{0001}面或{000-1}面以15度以上85度以下的范围内的倾斜角倾斜，
从所述III族氮化物衬底开始，所述氮化镓基半导体区域、所述有源层以及所述p型氮化镓基半导体区域在所述III族氮化物衬底的基面上依序形成，以及，
所述III族氮化物衬底由InSAlTGa1-S-TN组成，其中0≤S≤1，0≤T≤1，并且0≤S+T≤1。
2.根据权利要求1所述的III族氮化物发光器件，其中，
所述基面相对于{0001}面或{000-1}面以15度以上45度以下的范围内的角度倾斜。
3.根据权利要求1所述的III族氮化物发光器件，其中，
所述基面相对于{0001}面或{000-1}面以15度以上45度以下的范围内的角度倾斜，以及，
所述阱层的铟组分X小于0.4，其中0.15≤X＜0.4。
4.根据权利要求1所述的III族氮化物发光器件，其中，
所述有源层的量子阱结构生长在所述基面上且具有550nm以下的发射峰值波长。
5.根据权利要求1所述的III族氮化物发光器件，进一步包括设置在所述III族氮化物衬底的背面上的第一电极，其中，
所述III族氮化物衬底具有n型导电性。
6.根据权利要求1所述的III族氮化物发光器件，其中，
所述III族氮化物衬底的基面相对于{0001}面或{000-1}面以15度以上85度以下的范围内的倾斜角倾斜，
在所述III族氮化物衬底的InSAlTGa1-S-TN的a轴方向上指定所述倾斜角，以及，
所述倾斜角相对于m轴的偏角在-1度以上+1度以下的范围内。
7.根据权利要求1所述的III族氮化物发光器件，其中，
所述III族氮化物衬底进一步包括与InSAlTGa1-S-TN的m轴方向交叉的第一小平面和第二小平面，
所述III族氮化物发光器件包括激光二极管，以及，
所述第一小平面和所述第二小平面包括解理面。
8.根据权利要求1所述的III族氮化物发光器件，其中，
所述III族氮化物衬底的基面相对于{0001}面或{000-1}面以15度以上85度以下的范围内的倾斜角倾斜，
在所述III族氮化物衬底的InSAlTGa1-S-TN的m轴方向上指定所述倾斜角，以及，
所述倾斜角相对于a轴的偏角在-1度以上+1度以下的范围内。
9.根据权利要求1所述的III族氮化物发光器件，进一步包括在所述有源层与所述III族氮化物衬底之间的InZGa1-ZN层，其中0＜Z＜0.1，Z是应变组分。
10.根据权利要求1所述的III族氮化物发光器件，其中，
所述III族氮化物衬底中的穿透位错沿着c轴延伸，
所述III族氮化物衬底包括第一区域和第二区域，所述第一区域具有高于或等于预定穿透位错密度的穿透位错密度，所述第二区域具有低于所述预定穿透位错密度的穿透位错密度，以及，
所述III族氮化物衬底的所述第一区域和所述第二区域出现在所述基面中。
11.根据权利要求10所述的III族氮化物发光器件，其中，
所述第二区域的穿透位错密度小于1×107cm-2。
12.一种用于制造III族氮化物基半导体发光器件的方法，所述方法包括以下步骤：
制备III族氮化物晶片，所述III族氮化物晶片具有相对于{0001}面或{000-1}面以15度以上45度以下的范围内的倾斜角倾斜的基面，
在所述III族氮化物晶片的基面上形成第一导电类型氮化镓基半导体区域；
形成具有量子阱结构的并在所述第一导电类型氮化镓基半导体区域的基面上生长的有源层以使得具有410nm以上的发射峰值波长；以及，
在所述有源层上形成第二导电类型氮化镓基半导体区域，其中，
所述III族氮化物晶片由InSAlTGa1-S-TN组成，其中0≤S≤1，0≤T≤1，并且0≤S+T≤1，
所述有源层的形成包括以下步骤：
以第一温度生长由InXGa1-XN组成的第一半导体层，其中0.15≤X＜0.4，X是应变组分，以及
以第二温度生长由InYGa1-YN组成的第二半导体层，其中0≤Y≤0.05，Y＜X，Y是应变组分，并且
所述第一温度低于所述第二温度，并且所述第一温度与所述第二温度之间的差为95摄氏度以上。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，
通过切割在相对于{0001}面或{000-1}面以15度以上45度以下的范围内的倾斜角倾斜的轴的方向上生长的六方晶系InSAlTGa1-S-TN的晶体来形成所述III族氮化物晶片，其中0≤S≤1，0≤T≤1，并且0≤S+T≤1，以及
所述III族氮化物晶片的所述基面被实施抛光处理，并且沿着相对于{0001}面或{000-1}面以15度以上45度以下的范围内的倾斜角倾斜的基准面延伸。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，
所述III族氮化物晶片中的穿透位错沿着c轴延伸，
所述III族氮化物晶片包括第一区域和第二区域，所述第一区域具有高于或等于预定穿透位错密度的穿透位错密度，所述第二区域具有低于所述预定穿透位错密度的穿透位错密度，并且所述III族氮化物晶片的所述第一区域和所述第二区域出现在所述基面处。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，
所述第二区域的穿透位错密度小于1×107cm-2。
16.根据权利要求12所述的方法，其中，
在所述III族氮化物晶片的InSAlTGa1-S-TN的a轴方向上指定所述倾斜角，以及，
所述倾斜角相对于m轴的偏角在-1度以上+1度以下的范围内。
17.根据权利要求12所述的方法，其中，
在所述III族氮化物晶片的InSAlTGa1-S-TN的m轴方向上指定所述倾斜角，以及
所述倾斜角相对于a轴的偏角在-1度以上+1度以下的范围内。
18.根据权利要求12所述的方法，其中，
所述III族氮化物晶片在其边缘上的两个点之间具有45mm以上的最大距离值。
19.根据权利要求12所述的方法，进一步包括以下步骤：
在形成所述第一导电类型氮化镓基半导体区域之前，在供应包含氨和氢的气体的同时对所述III族氮化物晶片的基面进行热处理。
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Families Citing this family (118)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7902545B2 (en) * 2008-05-14 2011-03-08 Baker Hughes Incorporated Semiconductor for use in harsh environments
US8847249B2 (en) 2008-06-16 2014-09-30 Soraa, Inc. Solid-state optical device having enhanced indium content in active regions
US8805134B1 (en) 2012-02-17 2014-08-12 Soraa Laser Diode, Inc. Methods and apparatus for photonic integration in non-polar and semi-polar oriented wave-guided optical devices
US8259769B1 (en) 2008-07-14 2012-09-04 Soraa, Inc. Integrated total internal reflectors for high-gain laser diodes with high quality cleaved facets on nonpolar/semipolar GaN substrates
US8143148B1 (en) 2008-07-14 2012-03-27 Soraa, Inc. Self-aligned multi-dielectric-layer lift off process for laser diode stripes
US8284810B1 (en) 2008-08-04 2012-10-09 Soraa, Inc. Solid state laser device using a selected crystal orientation in non-polar or semi-polar GaN containing materials and methods
US8124996B2 (en) 2008-08-04 2012-02-28 Soraa, Inc. White light devices using non-polar or semipolar gallium containing materials and phosphors
JP5316276B2 (ja) * 2009-01-23 2013-10-16 住友電気工業株式会社 窒化物半導体発光素子、エピタキシャル基板、及び窒化物半導体発光素子を作製する方法
US8422525B1 (en) * 2009-03-28 2013-04-16 Soraa, Inc. Optical device structure using miscut GaN substrates for laser applications
US8837545B2 (en) 2009-04-13 2014-09-16 Soraa Laser Diode, Inc. Optical device structure using GaN substrates and growth structures for laser applications
US8634442B1 (en) * 2009-04-13 2014-01-21 Soraa Laser Diode, Inc. Optical device structure using GaN substrates for laser applications
US8294179B1 (en) 2009-04-17 2012-10-23 Soraa, Inc. Optical device structure using GaN substrates and growth structures for laser applications
US8242522B1 (en) 2009-05-12 2012-08-14 Soraa, Inc. Optical device structure using non-polar GaN substrates and growth structures for laser applications in 481 nm
US8254425B1 (en) 2009-04-17 2012-08-28 Soraa, Inc. Optical device structure using GaN substrates and growth structures for laser applications
DE112010001615T5 (de) * 2009-04-13 2012-08-02 Soraa, Inc. Stuktur eines optischen Elements unter Verwendung von GaN-Substraten für Laseranwendungen
US8416825B1 (en) 2009-04-17 2013-04-09 Soraa, Inc. Optical device structure using GaN substrates and growth structure for laser applications
US8427590B2 (en) 2009-05-29 2013-04-23 Soraa, Inc. Laser based display method and system
US9829780B2 (en) 2009-05-29 2017-11-28 Soraa Laser Diode, Inc. Laser light source for a vehicle
US8247887B1 (en) 2009-05-29 2012-08-21 Soraa, Inc. Method and surface morphology of non-polar gallium nitride containing substrates
US8509275B1 (en) 2009-05-29 2013-08-13 Soraa, Inc. Gallium nitride based laser dazzling device and method
US9250044B1 (en) 2009-05-29 2016-02-02 Soraa Laser Diode, Inc. Gallium and nitrogen containing laser diode dazzling devices and methods of use
US9800017B1 (en) 2009-05-29 2017-10-24 Soraa Laser Diode, Inc. Laser device and method for a vehicle
US10108079B2 (en) 2009-05-29 2018-10-23 Soraa Laser Diode, Inc. Laser light source for a vehicle
JP5234022B2 (ja) * 2009-07-15 2013-07-10 住友電気工業株式会社 窒化物系半導体発光素子
US8314429B1 (en) 2009-09-14 2012-11-20 Soraa, Inc. Multi color active regions for white light emitting diode
US8355418B2 (en) 2009-09-17 2013-01-15 Soraa, Inc. Growth structures and method for forming laser diodes on {20-21} or off cut gallium and nitrogen containing substrates
DE102009041934A1 (de) 2009-09-17 2011-03-24 Osram Opto Semiconductors Gmbh Kantenemittierender Halbleiterlaser
US8750342B1 (en) 2011-09-09 2014-06-10 Soraa Laser Diode, Inc. Laser diodes with scribe structures
US8933644B2 (en) 2009-09-18 2015-01-13 Soraa, Inc. LED lamps with improved quality of light
US8502465B2 (en) 2009-09-18 2013-08-06 Soraa, Inc. Power light emitting diode and method with current density operation
US9293667B2 (en) 2010-08-19 2016-03-22 Soraa, Inc. System and method for selected pump LEDs with multiple phosphors
US9583678B2 (en) 2009-09-18 2017-02-28 Soraa, Inc. High-performance LED fabrication
US9293644B2 (en) 2009-09-18 2016-03-22 Soraa, Inc. Power light emitting diode and method with uniform current density operation
JP5233936B2 (ja) * 2009-09-24 2013-07-10 住友電気工業株式会社 窒化物半導体基板
JP4835741B2 (ja) * 2009-09-30 2011-12-14 住友電気工業株式会社 半導体発光素子を作製する方法
JP5515575B2 (ja) * 2009-09-30 2014-06-11 住友電気工業株式会社 Ｉｉｉ族窒化物半導体光素子、エピタキシャル基板、及びｉｉｉ族窒化物半導体光素子を作製する方法
JP2011103400A (ja) * 2009-11-11 2011-05-26 Sumitomo Electric Ind Ltd 化合物半導体素子
JP4793489B2 (ja) * 2009-12-01 2011-10-12 住友電気工業株式会社 Ｉｉｉ族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法
JP2011146639A (ja) 2010-01-18 2011-07-28 Sumitomo Electric Ind Ltd Ｉｉｉ族窒化物系半導体素子
JP4793494B2 (ja) * 2010-01-18 2011-10-12 住友電気工業株式会社 Ｉｉｉ族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法
JP2011146650A (ja) * 2010-01-18 2011-07-28 Sumitomo Electric Ind Ltd ＧａＮ系半導体発光素子およびその製造方法
JP2011146651A (ja) * 2010-01-18 2011-07-28 Sumitomo Electric Ind Ltd Ｉｉｉ族窒化物発光ダイオード
JP2011159771A (ja) * 2010-01-29 2011-08-18 Nec Corp 窒化物半導体発光素子、窒化物半導体発光素子の製造方法、および電子装置
US8905588B2 (en) 2010-02-03 2014-12-09 Sorra, Inc. System and method for providing color light sources in proximity to predetermined wavelength conversion structures
US10147850B1 (en) 2010-02-03 2018-12-04 Soraa, Inc. System and method for providing color light sources in proximity to predetermined wavelength conversion structures
JP4940317B2 (ja) * 2010-02-25 2012-05-30 株式会社東芝 半導体発光素子及びその製造方法
US9927611B2 (en) 2010-03-29 2018-03-27 Soraa Laser Diode, Inc. Wearable laser based display method and system
JP5549338B2 (ja) * 2010-04-09 2014-07-16 ウシオ電機株式会社 紫外光放射用窒素化合物半導体ｌｅｄおよびその製造方法
US8451876B1 (en) 2010-05-17 2013-05-28 Soraa, Inc. Method and system for providing bidirectional light sources with broad spectrum
CN101931037A (zh) * 2010-08-03 2010-12-29 上海半导体照明工程技术研究中心 GaN基LED外延片、芯片及器件
JP5319628B2 (ja) * 2010-08-26 2013-10-16 シャープ株式会社 窒化物半導体素子および半導体光学装置
EP2636077A2 (en) 2010-11-02 2013-09-11 Koninklijke Philips Electronics N.V. Light emitting device with improved extraction efficiency
US8816319B1 (en) 2010-11-05 2014-08-26 Soraa Laser Diode, Inc. Method of strain engineering and related optical device using a gallium and nitrogen containing active region
US8975615B2 (en) 2010-11-09 2015-03-10 Soraa Laser Diode, Inc. Method of fabricating optical devices using laser treatment of contact regions of gallium and nitrogen containing material
US9048170B2 (en) 2010-11-09 2015-06-02 Soraa Laser Diode, Inc. Method of fabricating optical devices using laser treatment
US9318875B1 (en) 2011-01-24 2016-04-19 Soraa Laser Diode, Inc. Color converting element for laser diode
US9595813B2 (en) 2011-01-24 2017-03-14 Soraa Laser Diode, Inc. Laser package having multiple emitters configured on a substrate member
US9025635B2 (en) 2011-01-24 2015-05-05 Soraa Laser Diode, Inc. Laser package having multiple emitters configured on a support member
US9093820B1 (en) 2011-01-25 2015-07-28 Soraa Laser Diode, Inc. Method and structure for laser devices using optical blocking regions
US9236530B2 (en) 2011-04-01 2016-01-12 Soraa, Inc. Miscut bulk substrates
US9287684B2 (en) 2011-04-04 2016-03-15 Soraa Laser Diode, Inc. Laser package having multiple emitters with color wheel
CN103931003A (zh) * 2011-04-29 2014-07-16 加利福尼亚大学董事会 在氮化镓衬底的半极化（20-2-1）面上制造的iii族氮化物光电子器件的高铟吸收和高极化率
JP5060637B1 (ja) * 2011-05-13 2012-10-31 株式会社東芝 半導体発光素子及びウェーハ
US20140203329A1 (en) * 2011-06-03 2014-07-24 Summitomo Electric Industries, Ltd. Nitride electronic device and method for fabricating nitride electronic device
US8686397B2 (en) 2011-06-10 2014-04-01 The Regents Of The University Of California Low droop light emitting diode structure on gallium nitride semipolar substrates
WO2012170996A1 (en) * 2011-06-10 2012-12-13 The Regents Of The University Of California High emission power and low efficiency droop semipolar blue light emitting diodes
US9646827B1 (en) 2011-08-23 2017-05-09 Soraa, Inc. Method for smoothing surface of a substrate containing gallium and nitrogen
JP5668647B2 (ja) * 2011-09-06 2015-02-12 豊田合成株式会社 Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子およびその製造方法
US8971370B1 (en) 2011-10-13 2015-03-03 Soraa Laser Diode, Inc. Laser devices using a semipolar plane
US8471366B2 (en) 2011-11-30 2013-06-25 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Nitride semiconductor substrate
JP5956604B2 (ja) * 2011-12-14 2016-07-27 ソウル バイオシス カンパニー リミテッドＳｅｏｕｌ Ｖｉｏｓｙｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． 発光ダイオード
KR101899479B1 (ko) * 2011-12-15 2018-09-20 서울바이오시스 주식회사 반극성 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법
WO2013089417A1 (en) * 2011-12-14 2013-06-20 Seoul Opto Device Co., Ltd. Semiconductor device and method of fabricating the same
DE112012005796T5 (de) * 2012-01-31 2014-10-16 Soitec Photoaktive Bauelemente mit einer verbesserten Verteilung von Ladungsträgern sowie Verfahren zum Ausbilden derselben
US8686398B2 (en) 2012-03-02 2014-04-01 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor light emitting device
US9020003B1 (en) 2012-03-14 2015-04-28 Soraa Laser Diode, Inc. Group III-nitride laser diode grown on a semi-polar orientation of gallium and nitrogen containing substrates
US9800016B1 (en) 2012-04-05 2017-10-24 Soraa Laser Diode, Inc. Facet on a gallium and nitrogen containing laser diode
US9343871B1 (en) 2012-04-05 2016-05-17 Soraa Laser Diode, Inc. Facet on a gallium and nitrogen containing laser diode
US10559939B1 (en) 2012-04-05 2020-02-11 Soraa Laser Diode, Inc. Facet on a gallium and nitrogen containing laser diode
US20130322481A1 (en) * 2012-05-31 2013-12-05 Rajaram Bhat Laser diodes including substrates having semipolar surface plane orientations and nonpolar cleaved facets
US9099843B1 (en) 2012-07-19 2015-08-04 Soraa Laser Diode, Inc. High operating temperature laser diodes
US8971368B1 (en) 2012-08-16 2015-03-03 Soraa Laser Diode, Inc. Laser devices having a gallium and nitrogen containing semipolar surface orientation
US9761763B2 (en) 2012-12-21 2017-09-12 Soraa, Inc. Dense-luminescent-materials-coated violet LEDs
US9166372B1 (en) 2013-06-28 2015-10-20 Soraa Laser Diode, Inc. Gallium nitride containing laser device configured on a patterned substrate
CN103325895B (zh) * 2013-07-04 2016-04-20 江苏中谷光电股份有限公司 氮化镓单晶非极性面衬底生长氮化镓发光二极管的方法
US9410664B2 (en) 2013-08-29 2016-08-09 Soraa, Inc. Circadian friendly LED light source
JP2015060978A (ja) * 2013-09-19 2015-03-30 株式会社東芝 半導体発光素子及びその製造方法
US9520695B2 (en) 2013-10-18 2016-12-13 Soraa Laser Diode, Inc. Gallium and nitrogen containing laser device having confinement region
US9362715B2 (en) 2014-02-10 2016-06-07 Soraa Laser Diode, Inc Method for manufacturing gallium and nitrogen bearing laser devices with improved usage of substrate material
US9379525B2 (en) 2014-02-10 2016-06-28 Soraa Laser Diode, Inc. Manufacturable laser diode
US9368939B2 (en) 2013-10-18 2016-06-14 Soraa Laser Diode, Inc. Manufacturable laser diode formed on C-plane gallium and nitrogen material
US9209596B1 (en) 2014-02-07 2015-12-08 Soraa Laser Diode, Inc. Manufacturing a laser diode device from a plurality of gallium and nitrogen containing substrates
US9520697B2 (en) 2014-02-10 2016-12-13 Soraa Laser Diode, Inc. Manufacturable multi-emitter laser diode
US9871350B2 (en) 2014-02-10 2018-01-16 Soraa Laser Diode, Inc. Manufacturable RGB laser diode source
JP6426359B2 (ja) * 2014-03-24 2018-11-21 株式会社東芝 半導体発光素子及びその製造方法
US9564736B1 (en) 2014-06-26 2017-02-07 Soraa Laser Diode, Inc. Epitaxial growth of p-type cladding regions using nitrogen gas for a gallium and nitrogen containing laser diode
JP5983684B2 (ja) * 2014-07-02 2016-09-06 ウシオ電機株式会社 Ｌｅｄ素子
US9246311B1 (en) 2014-11-06 2016-01-26 Soraa Laser Diode, Inc. Method of manufacture for an ultraviolet laser diode
US9666677B1 (en) 2014-12-23 2017-05-30 Soraa Laser Diode, Inc. Manufacturable thin film gallium and nitrogen containing devices
US9653642B1 (en) 2014-12-23 2017-05-16 Soraa Laser Diode, Inc. Manufacturable RGB display based on thin film gallium and nitrogen containing light emitting diodes
US10879673B2 (en) 2015-08-19 2020-12-29 Soraa Laser Diode, Inc. Integrated white light source using a laser diode and a phosphor in a surface mount device package
US11437775B2 (en) 2015-08-19 2022-09-06 Kyocera Sld Laser, Inc. Integrated light source using a laser diode
US10938182B2 (en) 2015-08-19 2021-03-02 Soraa Laser Diode, Inc. Specialized integrated light source using a laser diode
US11437774B2 (en) 2015-08-19 2022-09-06 Kyocera Sld Laser, Inc. High-luminous flux laser-based white light source
US9787963B2 (en) 2015-10-08 2017-10-10 Soraa Laser Diode, Inc. Laser lighting having selective resolution
US10199532B1 (en) * 2017-09-08 2019-02-05 Mikro Mesa Technology Co., Ltd. Light-emitting diode and method for manufacturing the same
US10771155B2 (en) 2017-09-28 2020-09-08 Soraa Laser Diode, Inc. Intelligent visible light with a gallium and nitrogen containing laser source
US10222474B1 (en) 2017-12-13 2019-03-05 Soraa Laser Diode, Inc. Lidar systems including a gallium and nitrogen containing laser light source
CN108198867B (zh) * 2017-12-29 2021-04-20 杭州电子科技大学 一种低功耗GaN/AlGaN共振隧穿二极管
US10551728B1 (en) 2018-04-10 2020-02-04 Soraa Laser Diode, Inc. Structured phosphors for dynamic lighting
US11421843B2 (en) 2018-12-21 2022-08-23 Kyocera Sld Laser, Inc. Fiber-delivered laser-induced dynamic light system
US11239637B2 (en) 2018-12-21 2022-02-01 Kyocera Sld Laser, Inc. Fiber delivered laser induced white light system
US11884202B2 (en) 2019-01-18 2024-01-30 Kyocera Sld Laser, Inc. Laser-based fiber-coupled white light system
US11228158B2 (en) 2019-05-14 2022-01-18 Kyocera Sld Laser, Inc. Manufacturable laser diodes on a large area gallium and nitrogen containing substrate
US10903623B2 (en) 2019-05-14 2021-01-26 Soraa Laser Diode, Inc. Method and structure for manufacturable large area gallium and nitrogen containing substrate
JP2021002574A (ja) * 2019-06-21 2021-01-07 古河機械金属株式会社 構造体、光デバイス、光デバイスの製造方法、および構造体の製造方法
FR3098019B1 (fr) * 2019-06-25 2022-05-20 Aledia Dispositif optoélectronique comprenant des éléments semi-conducteurs tridimensionnels et procédé pour sa fabrication
CN111525004A (zh) * 2020-05-09 2020-08-11 圆融光电科技股份有限公司 量子阱发光结构、GaN基绿光发光二极管及生长方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6670647B1 (en) * 1999-08-31 2003-12-30 Sharp Kabushiki Kaisha Semiconductor light emitting element, display device and optical information reproduction device using the same, and fabrication method of semiconductor light emitting element
US6835963B2 (en) * 1999-12-22 2004-12-28 Kabushiki Kaisha Toshiba Light-emitting element and method of fabrication thereof
TW200703464A (en) * 2005-06-01 2007-01-16 Univ California Technique for the growth and fabrication of semipolar (Ga,Al,In,B)N thin films, heterostructures, and devices
US7186302B2 (en) * 2002-12-16 2007-03-06 The Regents Of The University Of California Fabrication of nonpolar indium gallium nitride thin films, heterostructures and devices by metalorganic chemical vapor deposition

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3227661B2 (ja) * 1993-09-28 2001-11-12 キヤノン株式会社 歪量子井戸構造素子及びそれを有する光デバイス
JP3226069B2 (ja) * 1993-10-04 2001-11-05 キヤノン株式会社 半導体積層構造および半導体光素子
US6900465B2 (en) * 1994-12-02 2005-05-31 Nichia Corporation Nitride semiconductor light-emitting device
JP3816176B2 (ja) 1996-02-23 2006-08-30 富士通株式会社 半導体発光素子及び光半導体装置
JP3880683B2 (ja) * 1997-04-23 2007-02-14 シャープ株式会社 窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法
US6849472B2 (en) 1997-09-30 2005-02-01 Lumileds Lighting U.S., Llc Nitride semiconductor device with reduced polarization fields
EP1113485A3 (en) * 1999-12-27 2005-08-31 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method for producing a semiconductor device
US6977953B2 (en) * 2001-07-27 2005-12-20 Sanyo Electric Co., Ltd. Nitride-based semiconductor light-emitting device and method of fabricating the same
JP2005097045A (ja) * 2003-09-25 2005-04-14 Sumitomo Electric Ind Ltd Ｉｉｉ族窒化物ウエハの製造方法
JP5379973B2 (ja) * 2004-05-10 2013-12-25 ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア 有機金属気相成長法による非極性窒化インジウムガリウム薄膜、ヘテロ構造物およびデバイスの製作
US7858996B2 (en) * 2006-02-17 2010-12-28 The Regents Of The University Of California Method for growth of semipolar (Al,In,Ga,B)N optoelectronic devices
JP5048236B2 (ja) * 2005-11-10 2012-10-17 住友電気工業株式会社 半導体発光素子、および半導体発光素子を作製する方法
JP4899632B2 (ja) * 2006-05-19 2012-03-21 日立電線株式会社 窒化物半導体発光ダイオード
JP2008010835A (ja) * 2006-05-31 2008-01-17 Sumitomo Electric Ind Ltd 窒化物結晶の表面処理方法、窒化物結晶基板、エピタキシャル層付窒化物結晶基板および半導体デバイス、ならびにエピタキシャル層付窒化物結晶基板および半導体デバイスの製造方法
US7952109B2 (en) * 2006-07-10 2011-05-31 Alcatel-Lucent Usa Inc. Light-emitting crystal structures
JP5286723B2 (ja) * 2007-09-14 2013-09-11 国立大学法人京都大学 窒化物半導体レーザ素子

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6670647B1 (en) * 1999-08-31 2003-12-30 Sharp Kabushiki Kaisha Semiconductor light emitting element, display device and optical information reproduction device using the same, and fabrication method of semiconductor light emitting element
US6835963B2 (en) * 1999-12-22 2004-12-28 Kabushiki Kaisha Toshiba Light-emitting element and method of fabrication thereof
US7186302B2 (en) * 2002-12-16 2007-03-06 The Regents Of The University Of California Fabrication of nonpolar indium gallium nitride thin films, heterostructures and devices by metalorganic chemical vapor deposition
TW200703464A (en) * 2005-06-01 2007-01-16 Univ California Technique for the growth and fabrication of semipolar (Ga,Al,In,B)N thin films, heterostructures, and devices

Also Published As

Publication number Publication date
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