專利名稱：氮化物系半導(dǎo)體元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種半導(dǎo)體元件，尤其是關(guān)于一種氮化物系半導(dǎo)體元件。
背景技術(shù)：
在氮化物系半導(dǎo)體元件中，大多是使用藍(lán)寶石作為其基板，但由于藍(lán)寶石價格高昂， 所以如果使用藍(lán)寶石作為基板，則難以削減氮化物系半導(dǎo)體元件的成本。而且，由于藍(lán) 寶石是絕緣體，因此當(dāng)使用藍(lán)寶石作為基板時，必須使某氮化物系半導(dǎo)體層的一部分露 出于基板上，并于此處形成電極，以取代在基板的背面設(shè)置電極(這樣，氮化物系半導(dǎo) 體元件的面積變大，因而難以削減成本)。因此，先前提出一種在n型Si基板上將n型 氮化物半導(dǎo)體層、p型氮化物半導(dǎo)體層(或者活性層及p型氮化物半導(dǎo)體層)依次層疊 而成的氮化物系半導(dǎo)體元件(參照專利文獻(xiàn)l、專利文獻(xiàn)2、專利文獻(xiàn)3)。而且，專利 文獻(xiàn)3中揭示出，當(dāng)使用p型硅基板時，必須依次制作p型及n型氮化物結(jié)晶，以形成 半導(dǎo)體發(fā)光元件。另外，相對于價格高于藍(lán)寶石的SiC基板而言，Si基板較為廉價，因 此如專利文獻(xiàn)1或3所示，提出將氮化物半導(dǎo)體層在各種Si基板上層疊而成的氮化物 半導(dǎo)體元件。而且專利文獻(xiàn)3揭示出，在n型硅基板上依次制作n型與p型氮化物半導(dǎo) 體，以形成半導(dǎo)體發(fā)光元件。
另外，提出在Si基板上形成GaN系發(fā)光元件，并在此Si基板側(cè)設(shè)置有PD (專利 文獻(xiàn)4)等的集成元件。
而且，關(guān)于在發(fā)光元件構(gòu)造中設(shè)置隧道接合的構(gòu)造，在專利文獻(xiàn)5中有所提示。
進(jìn)一步，在專利文獻(xiàn)6中提出使p-SiC層在p-SiC基板上成長，且將InGaN活性層、 AlGaN包覆層在此p-SiC層上層疊而成的發(fā)光元件構(gòu)造。
此外，在專利文獻(xiàn)7等中提出，將n-GaN/活性層/p-GaN的元件構(gòu)造在Si基板上介 隔BP、 Al、 ZnO等層疊而成的構(gòu)造。
另外，在專利文獻(xiàn)8中，作為使用Si基板的化合物半導(dǎo)體的結(jié)晶成長方法，即在 Si基板上形成p型雜質(zhì)摻雜層，并在p型雜質(zhì)摻雜層上使砷化鎵等p型外延層成長。
而且，先前為了防止發(fā)生龜裂，提出有如下所述的緩沖層(參照專利文獻(xiàn)9)。艮P, 所述緩沖層是在由6H-SiC (0001)構(gòu)成的基板上，使A1N薄膜成長為第1初始層，并
在此第1初始層即A1N薄膜上，使Al(M5Gao.75N成長為膜厚200 nm的第2初始層(參 照專利文獻(xiàn)9的段落"0035"及圖l等)。此專利文獻(xiàn)9中揭示出可使用Si作為基板。而 且，此專利文獻(xiàn)9中提出一發(fā)明，在Si (硅)或SiC (碳化硅)、AI203 (藍(lán)寶石)等基 板上，將第1層與第2層在基板上以特定數(shù)量交替層疊而形成超晶格構(gòu)造。
提出在Si基板上形成GaN系發(fā)光元件，并在此Si基板側(cè)設(shè)置MOS (專利文獻(xiàn)10) 或PD (專利文獻(xiàn)4)等的集成元件。
而且，關(guān)于在相同材料系的發(fā)光元件構(gòu)造中設(shè)置隧道接合的構(gòu)造，在專利文獻(xiàn)5中 有所提示。
此外，在專利文獻(xiàn)6中提出使p-SiC層在p-SiC基板上成長，且將InGaN活性層、 AlGaN包覆層在此p-SiC層上層疊而成的發(fā)光元件構(gòu)造。 專利文獻(xiàn)1:日本專利特開2003—1792587公報 專利文獻(xiàn)2:日本專利特開2003_ 1427297公報 專利文獻(xiàn)3:日本專利特開2003 — 8061號公報
專利文獻(xiàn)4:日本專利特開2000 — 004047號公報、類似于專利文獻(xiàn)4的日本專利特 開2000 — 269542號公報
專利文獻(xiàn)5:日本專利特開2002 — 050790號公報、類似于專利文獻(xiàn)5的日本專利特 開2003 — 60236號公報
專利文獻(xiàn)6:日本專利特開平11—224958號公報、類似于專利文獻(xiàn)6的日本專利特 開平11 — 243228號公報、日本專利特開平11 — 251635號公報
專利文獻(xiàn)7:日本專利特開2000—031535號公報、類似于專利文獻(xiàn)7的日本專利特 開平10—107317號公報、日本專利特開2000 —036617號公報、日本專利特開2000 — 082842號公報、日本專利特開2001 — 007395號公報、日本專利特開2001— 007396號公 報、日本專利特開2001 — 053338號公報、日本專利特開2001-308381號公報
專利文獻(xiàn)8:日本專利特開平8 — 236453號公報
專利文獻(xiàn)9:日本專利特開2002—170776號公報
專利文獻(xiàn)10:日本專利特開平7-321051號公報、類似于專利文獻(xiàn)1的日本專利特 開平6-334168號公報、日本專利特開2000—183325號公報
專利文獻(xiàn)11:日本專利特開平9一213918號公報、類似于專利文獻(xiàn)5的日本專利特 開平9—148625號公報、日本專利特開平10 — 200159號公報
然而，在專利文獻(xiàn)1 3中，如圖24所示，認(rèn)為當(dāng)Si基板與氮化物半導(dǎo)體層接合 時，會在兩者之間(界面)存在較高的電子障壁，因此在所述先前的氮化物系半導(dǎo)體元
件中，具有正向電壓(Vf， forward voltage)非常高的問題。
而且，存在如專利文獻(xiàn)4等所揭示的方法，即，在Si基板上以擴(kuò)散層等形成pn接 合并形成受光元件等，并且設(shè)置層疊在此基板上的LED元件，但在Si基板與LED元件 的化合物半導(dǎo)體的異種接合界面上，無法實現(xiàn)適于元件操作的接合，從而難以充分驅(qū)動 各元件(Si基板、LED元件)。具體而言，在異種接合界面上，難以很適當(dāng)?shù)貙崿F(xiàn)該界 面上的帶階等，且難以很適當(dāng)?shù)貙崿F(xiàn)偏壓時的能帶等。而且，在使GaN系半導(dǎo)體成長 于異種材料面上時，有時會產(chǎn)生晶格失配、熱膨脹系數(shù)差等結(jié)晶性惡化的問題，由此也 加劇了所述異種材料接合部的問題而使其進(jìn)一步惡化。除此之外，當(dāng)與GaN層的接合 部的Si基板表面為雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域等時，該區(qū)域會產(chǎn)生結(jié)晶性惡化，且會在此區(qū)域上使 GaN層成長，從而使所述的異種接合界面的問題更為嚴(yán)重。
在專利文獻(xiàn)5等中提出一方法，在LED元件p-n接合時，使逆導(dǎo)電型層插入p側(cè)/n 側(cè)的一個區(qū)域，利用p-n接合使其穿隧，并分別對p側(cè)/n側(cè)供給電荷，使電荷注入發(fā)光 層中。然而，此方法的目的是在同一導(dǎo)電型層上，利用同一材料、步驟等形成陽極/陰極 電極。
專利文獻(xiàn)6中揭示有由SiC基板、SiC基板上的SiC層以及SiC層上的GaN系層形 成LED元件構(gòu)造，但由于將異種材料界面上的pn接合設(shè)于LED構(gòu)造內(nèi)，因此會在所 述異種材料界面的能帶間產(chǎn)生障礙，因而難以獲得較好的LED元件。而且，在發(fā)光元 件中，pn接合部在決定發(fā)光元件的性能方面是最為重要的部分，所以在此部分設(shè)置異種 接合界面會使發(fā)光元件的性能嚴(yán)重下降。
專利文獻(xiàn)7中提出，為了在Si基板上形成GaN系半導(dǎo)體的發(fā)光元件構(gòu)造而插入所 述異種材料(BP、 ZnO、 Si02)的方案，但由于異種材料與Si基板、GaN層分別具有 異種接合界面，因此會導(dǎo)致所述相同的問題。
而且，在專利文獻(xiàn)9的緩沖層中，形成在Si基板上的氮化物半導(dǎo)體層的結(jié)晶性并 不十分良好。另外，尤其當(dāng)在Si基板上形成氮化物半導(dǎo)體層時，存在難以獲得結(jié)晶性 好的氮化物半導(dǎo)體層的傾向。因此，在此專利文獻(xiàn)9的超晶格構(gòu)造中，尤其在將Si基 板作為基板而形成氮化物半導(dǎo)體層時，仍處于無法獲得結(jié)晶性好的氮化物半導(dǎo)體層的狀 況。
對于所述集成元件而言，例如在專利文獻(xiàn)10中，在基板面內(nèi)配置有LED部分及 MOS部分，因此每1個元件的面積變大，導(dǎo)致制造成本增高。另一方面，對于在面內(nèi) 集成的元件而言，必須對各元件部進(jìn)行布線，因而工時增多，制造成本增大。而且，發(fā) 光元件部分在面內(nèi)所占的面積比小，因此在將發(fā)光元件安裝于發(fā)光裝置等中時，與元件
的安裝面積的大小相比，發(fā)光部分較小，故難以獲得較好的光輸出。而且，由于在面內(nèi) 配置發(fā)光元件部分及MOS部分，因此元件面內(nèi)的LED即光源的位置受到制約，在發(fā)光 裝置等中進(jìn)行安裝時，難以調(diào)整點光源的位置，除此之外難以對發(fā)光裝置中的反射板等 進(jìn)行光學(xué)設(shè)計，因此難以獲得具有較好的光輸出的發(fā)光裝置。
另一方面，作為所述集成元件的另一例，如專利文獻(xiàn)4等所揭示之方法，即，在 Si基板上以擴(kuò)散層等形成pn接合并形成受光元件等，并且設(shè)置層疊在此基板上的LED 元件，但在Si基板與LED元件的化合物半導(dǎo)體的異種接合界面上，無法實現(xiàn)適于元件 操作的接合，從而難以充分驅(qū)動各元件(Si基板、LED元件)。具體而言，在異種接合 界面上，難以很適當(dāng)?shù)貙崿F(xiàn)該界面上的帶階等，且難以很適當(dāng)?shù)貙崿F(xiàn)偏壓時的能帶等。 本發(fā)明者們考察后發(fā)現(xiàn)，如圖25所示，在Si基板與氮化物半導(dǎo)體層的接合中，當(dāng)兩者 接合后，在兩者之間(界面)存在較高的電子障壁，所以在所述先前的使用Si基板的 氮化物系半導(dǎo)體元件中，存在正向電壓(Vf)非常高的問題。因此，本發(fā)明之一形態(tài)的 目的在于提供一種半導(dǎo)體元件，此半導(dǎo)體元件使用Si作為基板，且此Si/GaN異種接合 中正向電壓(Vf)低于先前。
而且，專利文獻(xiàn)11中揭示出，在基板上層疊相同材料系(GaN系化合物半導(dǎo)體) 的半導(dǎo)體層(p型、n型)，面內(nèi)由槽等分離，并利用露出層(電極形成層)的組合，將 一方用作LED，而將另一方用作保護(hù)/補(bǔ)償二極管，但使用基板上的相同材料將保護(hù)元 件、發(fā)光元件層疊、集成，且以相同材料系而形成，因此各元件尤其是保護(hù)元件具有難 以充分發(fā)揮其特性的傾向。而且，由于是面內(nèi)集成，因此與所述情況相同，存在光輸出、 在發(fā)光裝置中的安裝及制造成本的問題。
在專利文獻(xiàn)5等中提出有一方法，在LED元件p-n接合時，使逆導(dǎo)電型層插入p 側(cè)/n側(cè)的一個區(qū)域，利用p-n接合使其穿隧，并分別對p側(cè)/n側(cè)供給電荷，使電荷注入 發(fā)光層中。然而，此方法的目的是在相同材料系的半導(dǎo)體發(fā)光元件構(gòu)造中，在同一導(dǎo)電 型層上，利用同一材料、步驟等形成陽極/陰極電極。
專利文獻(xiàn)6中揭示有由SiC基板、SiC基板上的SiC層以及SiC層上的GaN系層形 成LED元件構(gòu)造，但由于將異種材料界面設(shè)于LED構(gòu)造內(nèi)，因此會在所述異種材料界 面的能帶間產(chǎn)生障礙，故難以獲得較好的LED元件。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種氮化物系半導(dǎo)體元件，其在使用Si作為基板的 氮化物系半導(dǎo)體元件中，正向電壓(Vf)低于先前。
本發(fā)明者們考察后發(fā)現(xiàn)，如圖24所示，在Si基板與氮化物半導(dǎo)體層的接合中，認(rèn) 為當(dāng)兩者接合后，在兩者之間(界面)存在較高的電子障壁，所以在所述先前的使用
Si基板的氮化物系半導(dǎo)體元件中，存在正向電壓(Vf)非常高的問題。因此，本發(fā)明之 一形態(tài)的目的在于提供一種半導(dǎo)體元件，此半導(dǎo)體元件使用Si作為基板，且此Si/GaN 異種接合中正向電壓(Vf)低于先前。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，所述問題通過以下方法來解決。
第1發(fā)明是一種氮化物系半導(dǎo)體元件，其在Si基板上具有氮化物半導(dǎo)體層，此氮 化物系半導(dǎo)體元件的特征在于，所述Si基板的至少一部分及所述氮化物半導(dǎo)體層包含 于主動區(qū)域，所述Si基板的主動區(qū)域的導(dǎo)電型為p型。
第1發(fā)明中，使Si基板中設(shè)為主動區(qū)域的部分的導(dǎo)電型為p型，這樣，對于使用 Si作為基板的氮化物系半導(dǎo)體元件而言，能夠在小于先前電壓的情況下流過較大的電 流，且能夠使正向電壓(Vf)低于先前。
第2發(fā)明是一種氮化物系半導(dǎo)體元件，其在Si基板上具有氮化物半導(dǎo)體層，此氮 化物系半導(dǎo)體元件的特征在于，所述Si基板的至少一部分及所述氮化物半導(dǎo)體層包含 于主動區(qū)域，所述Si基板的主動區(qū)域的多數(shù)載體為空穴。
第2發(fā)明中，使Si基板中設(shè)為主動區(qū)域的部分的多數(shù)載體為空穴，這樣，對于使 用Si作為基板的氮化物系半導(dǎo)體元件而言，能夠在小于先前電壓的情況下流過較大的 電流，且能夠使正向電壓(Vf)低于先前。
第3發(fā)明是第1發(fā)明或第2發(fā)明的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述Si基 板的主動區(qū)域的空穴濃度為約lxlO"cm'3以上、約lxlO"cm—3以下。
第3發(fā)明中，使Si基板中設(shè)為主動區(qū)域的部分的空穴濃度為約lxlO"cnT3以上、約 lxlO"cn^以下，這樣，對于使用Si作為基板的氮化物系半導(dǎo)體元件而言，可使正向電 壓(Vf)更低。
第4發(fā)明是第l發(fā)明至第3發(fā)明的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述Si基 板的主動區(qū)域的雜質(zhì)濃度為約lxl018cm—3以上、約lxl(Pcm—3以下。
第4發(fā)明中，Si基板中設(shè)為主動區(qū)域的部分的雜質(zhì)濃度為約lxl018cnT3以上、約 lxl(Pcm—s以下，這樣，對于使用Si作為基板的氮化物系半導(dǎo)體元件而言，可使正向電 壓(Vf)更低。
第5發(fā)明是第1發(fā)明至第4發(fā)明的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述Si基 板的主動區(qū)域的電阻率約為0.05 Qcm以下。
根據(jù)第5發(fā)明，使Si基板中設(shè)為主動區(qū)域的部分的全部或一部分的電阻率約為0.05 Qcm以下，因此對于使用Si作為基板的氮化物系半導(dǎo)體元件而言，可使正向電壓(Vf)
更低。
第6發(fā)明是第l發(fā)明至第5發(fā)明中任一發(fā)明的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于， 所述氮化物半導(dǎo)體層從所述Si基板側(cè)起依次具有n型氮化物半導(dǎo)體層及p型氮化物半 導(dǎo)體層，所述n型氮化物半導(dǎo)體層與所述Si基板的主動區(qū)域相鄰接。
根據(jù)第6發(fā)明，在Si基板上，使氮化物系半導(dǎo)體元件依次具有n型氮化物半導(dǎo)體 層及p型氮化物半導(dǎo)體層，或者依次具有n型氮化物半導(dǎo)體層、活性層及p型氮化物半 導(dǎo)體層，由此可使正向電壓(Vf)低于先前的氮化物系半導(dǎo)體元件。
第7發(fā)明是第6發(fā)明的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述n型氮化物半導(dǎo)體 層中最靠近所述Si基板的層為n型GaN層。
根據(jù)第7發(fā)明，與Si基板相鄰接的n型氮化物半導(dǎo)體層包含n型GaN層，因此可 獲得正向電壓(Vf)低于先前的氮化物系半導(dǎo)體元件。
第8發(fā)明是第6發(fā)明或第7發(fā)明的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于，與所述Si 基板的主動區(qū)域鄰接的n型氮化物半導(dǎo)體層的電子濃度為約lxlOncm-3以上、約 lxlO"cm—3以下。
第8發(fā)明中，使與Si基板的主動區(qū)域鄰接的n型氮化物半導(dǎo)體層的電子濃度為約 lxlO"cn^以上、約lxlO"cn^以下，這樣，對于使用Si作為基板的氮化物系半導(dǎo)體元 件而言，可使正向電壓(Vf)更低。
第9發(fā)明是第6發(fā)明至第8發(fā)明中任一發(fā)明的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于， 與所述Si基板的主動區(qū)域鄰接的n型氮化物半導(dǎo)體層的n型雜質(zhì)濃度為約lxl017cin-3 以上、約lxl()22cnr3以下。
第9發(fā)明中，使與Si基板的主動區(qū)域鄰接的n型氮化物半導(dǎo)體層的n型雜質(zhì)濃度 為約lxlO卩cn^以上、約lxl(Pcrr^以下，這樣，對于使用Si作為基板的氮化物系半導(dǎo) 體元件而言，可使正向電壓(Vf)更低。
第IO發(fā)明是第1發(fā)明至第9發(fā)明中任一發(fā)明的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于， 所述Si基板與所述氮化物半導(dǎo)體層的界面以使載體可利用隧道效應(yīng)而通過的方式相鄰 接。
第u發(fā)明是第1發(fā)明至第io發(fā)明中任一發(fā)明的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于，
所述Si基板與所述氮化物半導(dǎo)體層經(jīng)縮退而形成。
如果應(yīng)用本發(fā)明，則可實驗性確認(rèn)正向電壓(Vf)低于先前，但其理論性的理由并
不明確。然而，以下將描述一假說，作為本發(fā)明的理論性說明的嘗試。由于是假說，因 此以下的說明當(dāng)然不能限定本發(fā)明。
本發(fā)明中，使Si基板的主動區(qū)域的導(dǎo)電型為p型，而且從載體的觀點考慮，使Si 基板的主動區(qū)域的多數(shù)載體為空穴。這樣，Si基板的主動區(qū)域中的費米能級會接近價電 子帶。以Si基板與氮化物半導(dǎo)體層的接合界面的能帶圖來表示所述情況時，可考慮如
圖2所示。進(jìn)一步通過高濃度的摻雜后，如圖3所示，Si基板的主動區(qū)域的全部或一部 分縮退，使得費米能級存在于價電子帶中。而且，當(dāng)?shù)锇雽?dǎo)體層的主動區(qū)域中存在 許多電子時，氮化物半導(dǎo)體層的主動區(qū)域中的費米能級接近導(dǎo)帶。可認(rèn)為此時的能帶圖 也同樣如圖2所示，再通過高濃度的摻雜后，如圖4所示，所述主動區(qū)域縮退而使得費 米能級存在于導(dǎo)帶中。并且，當(dāng)Si基板側(cè)的費米能級存在于價電子帶中，且氮化物半 導(dǎo)體層側(cè)的費米能級存在于導(dǎo)帶中時，成為圖5所示的情況。在本發(fā)明中，當(dāng)對氮化物 系半導(dǎo)體元件施加正向電壓(Vf)時，Si/氮化物半導(dǎo)體層接合面上施有逆偏壓，因此 Si基板的主動區(qū)域中的價電子帶高于氮化物半導(dǎo)體層的主動區(qū)域中的導(dǎo)帶，且形成在接 合部的耗盡層變窄。用圖來表示此情況時，如圖6所示，由此可認(rèn)為，Si基板的價電子 帶中的多數(shù)電子穿隧較窄的耗盡層后注入氮化物半導(dǎo)體層的導(dǎo)帶中。因此可認(rèn)為，根據(jù) 本發(fā)明，對于使用Si作為基板的氮化物系半導(dǎo)體元件而言，能夠在小于先前電壓的情 況下流過較大的電流，因此可使正向電壓(Vf)低于先前。此處，用作能帶圖的圖2 圖6是使用n型GaN層作為n型氮化物半導(dǎo)體層的例，此例表示最佳形態(tài)，但最靠近 Si基板一側(cè)的n型氮化物半導(dǎo)體層并不限定于此，也可使用n型AlInGaN層。在這點 上，從可形成良好結(jié)晶性的觀點出發(fā)，尤以使用n型AlaGa卜aN (O^a^O.5)層為佳， 且最好是使用二元混晶的n型GaN層。
本發(fā)明的主動區(qū)域是指決定氮化物系半導(dǎo)體元件的基本構(gòu)造的區(qū)域，是在對元件中 的正電極與負(fù)電極之間施加電壓后電流所通過的區(qū)域。因此，例如負(fù)電荷移動的區(qū)域(負(fù) 電荷移動區(qū)域)包含在主動區(qū)域中。
而且，在第3發(fā)明及第4發(fā)明中，Si的價電子帶的能量位置相對較高，且在接通電 流時Si基板與氮化物半導(dǎo)體層之間的耗盡層變薄。并且費米能級存在于價電子帶中的 更低處，更多的電子從Si基板注入到氮化物半導(dǎo)體層中，因而可使正向電壓(Vf)更 低。
另外，在第8發(fā)明及第9發(fā)明中，氮化物半導(dǎo)體層的導(dǎo)帶的能量位置相對較低，且 在接通電流時Si基板與氮化物半導(dǎo)體層之間的耗盡層變薄。并且費米能級存在于導(dǎo)帶 中的更高處，更多的電子從Si基板注入到氮化物半導(dǎo)體層中，因而可使正向電壓(Vf) 更低。
第12發(fā)明是第1發(fā)明至第11發(fā)明中任一發(fā)明的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于，
所述Si基板與所述氮化物半導(dǎo)體層的界面上的I-V特性呈大致線形。
在第12發(fā)明中，由于Si基板與氮化物半導(dǎo)體層的界面上的I-V特性呈大致線形，
歐姆特性良好，因此可降低氮化物系半導(dǎo)體元件的正向電壓(Vf)。
第13發(fā)明是一種氮化物系半導(dǎo)體元件，其是第l發(fā)明至第12發(fā)明中任一發(fā)明的氮
化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述氮化物半導(dǎo)體層包含可發(fā)光的活性層。
根據(jù)第13發(fā)明，對于雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)的氮化物系半導(dǎo)體元件而言，可使正向電壓(Vf)
低于先前。
第14發(fā)明是一種氮化物系半導(dǎo)體元件，其是第1發(fā)明至第13發(fā)明中任一發(fā)明的氮 化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于，具有正電極和負(fù)電極，所述正電極是與所述氮化物半 導(dǎo)體層中包含的p型氮化物半導(dǎo)體層相鄰接，所述負(fù)電極是與所述Si基板相鄰接。
根據(jù)第14發(fā)明，由于負(fù)電極與Si基板鄰接，所以可使負(fù)電極的形成位置為各種位 置，從而可制成在與正電極相反的面或者與正電極垂直的面上形成負(fù)電極等符合所需形 狀的氮化物半導(dǎo)體元件。
第15發(fā)明是第14發(fā)明的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述正電極與所述負(fù) 電極設(shè)在相對的面上。
根據(jù)第15發(fā)明，與將正電極和負(fù)電極設(shè)在相同面?zhèn)壬系那闆r相比較，可實現(xiàn)氮化 物系半導(dǎo)體元件的小型化。進(jìn)一步，當(dāng)在與正電極相同面?zhèn)壬显O(shè)置負(fù)電極時，電子分別
在縱方向及橫方向上移動，但與此相比，本發(fā)明的電子僅在縱方向上移動，因此其效率 高于在相同面?zhèn)仍O(shè)置正電極和負(fù)電極的元件。
此外，也可將負(fù)電極形成在與正電極相同面?zhèn)鹊腟i基板上，此時，與先前使n型 氮化物半導(dǎo)體層露出表面而設(shè)置負(fù)電極的情況相比，可使需要一定程度膜厚以便露出的 n型氮化物半導(dǎo)體層的膜厚變薄。通過減小n型氮化物半導(dǎo)體層的膜厚，可進(jìn)一步減少 Vf，而且也可削減制造成本。
第16發(fā)明是一種氮化物系半導(dǎo)體元件，其是第l發(fā)明至第13發(fā)明中任一發(fā)明的氮 化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于，具有正電極和負(fù)電極，所述正電極是與所述氮化物半 導(dǎo)體層中包含的p型氮化物半導(dǎo)體層相鄰接，所述負(fù)電極是與所述氮化物半導(dǎo)體層中包 含的n型氮化物半導(dǎo)體層相鄰接。
根據(jù)第16發(fā)明，可獲得將負(fù)電極設(shè)在與正電極相同面?zhèn)鹊臉?gòu)造的氮化物半導(dǎo)體元 件。而且，當(dāng)在相同面?zhèn)仍O(shè)置正電極和負(fù)電極時，使負(fù)電極形成面因反應(yīng)性離子蝕刻 (R正)而從例如p型氮化物半導(dǎo)體層側(cè)露出，但當(dāng)負(fù)電極形成面位于n型氮化物半導(dǎo) 體層時，無需改變RIE所使用的氣體，從而可提高制造效率。
第17發(fā)明是第14發(fā)明或第16發(fā)明的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述正 電極與所述負(fù)電極設(shè)在相同面?zhèn)取?br> 根據(jù)第17發(fā)明，例如在藍(lán)寶石等絕緣性基板上形成有氮化物半導(dǎo)體元件構(gòu)造的氮 化物半導(dǎo)體元件，可公用在與正電極相同面?zhèn)仍O(shè)有負(fù)電極的元件，對使用該元件的發(fā)光 裝置等的更換變得容易，與使用藍(lán)寶石基板時相比更可提高散熱性，而且也可對Si基 板另外附加可獲得電子效果的功能。
第18發(fā)明是第l發(fā)明至第17發(fā)明中任一發(fā)明的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于， 在所述Si基板的至少主動區(qū)域上包含p型雜質(zhì)，該p型雜質(zhì)較好的是元素周期表的第 13族元素，更好的是硼或鋁的至少一者。
在第1發(fā)明 第17發(fā)明中，作為Si基板的主動區(qū)域的全部或一部分的p型雜質(zhì)， 可較好地使用元素周期表的第13族元素。尤其好的是使用硼或鋁的至少一者，通過使 用這些元素，氮化物半導(dǎo)體元件可從負(fù)電極適當(dāng)?shù)厮腿腚娮印?br> 第19發(fā)明是第1發(fā)明至第18發(fā)明中任一發(fā)明的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于， 所述Si基板的(111)面與所述氮化物半導(dǎo)體層的(0001)面相鄰接。
根據(jù)第19發(fā)明，可使Si基板與氮化物半導(dǎo)體層之間的晶格常數(shù)差縮小，因此可將 因晶格常數(shù)不一致而導(dǎo)致的位錯數(shù)量抑制得較小。
根據(jù)第1發(fā)明 第19發(fā)明，對于使用Si作為基板的氮化物系半導(dǎo)體元件而言，可 使正向電壓(Vf)低于先前。
第20發(fā)明是一種氮化物系半導(dǎo)體元件，其在Si基板上具有氮化物半導(dǎo)體層，此氮 化物系半導(dǎo)體元件的特征在于，具有p型雜質(zhì)濃度大于所述Si基板的Si結(jié)晶層，且具 有與該Si結(jié)晶層上相鄰接的作為所述氮化物半導(dǎo)體層的n型氮化物半導(dǎo)體層。
另外，例如對于在Si基板上具有氮化物半導(dǎo)體層的氮化物系半導(dǎo)體元件而言，當(dāng) 所述Si基板的至少一部分及所述氮化物半導(dǎo)體層包含于主動區(qū)域，且所述Si基板的主 動區(qū)域的導(dǎo)電型為p型時，所述氮化物系半導(dǎo)體元件具有p型雜質(zhì)濃度大于所述Si基 板的Si結(jié)晶層，且具有與該Si結(jié)晶層上相鄰接的作為所述氮化物半導(dǎo)體層的n型氮化 物半導(dǎo)體層，由此可使所述Si基板的主動區(qū)域的導(dǎo)電型為p型。而且，例如對于在Si 基板上具有氮化物半導(dǎo)體層的氮化物系半導(dǎo)體元件而言，當(dāng)所述Si基板的至少一部分
及所述氮化物半導(dǎo)體層包含于主動區(qū)域，且所述Si基板的主動區(qū)域的多數(shù)載體為空穴 時，所述氮化物系半導(dǎo)體元件具有p型雜質(zhì)濃度大于所述Si基板的Si結(jié)晶層，且具有 與該Si結(jié)晶層上相鄰接的作為所述氮化物半導(dǎo)體層的n型氮化物半導(dǎo)體層，由此可使 所述Si基板的主動區(qū)域的多數(shù)載體為空穴。
第21發(fā)明是一種氮化物系半導(dǎo)體元件，其在Si基板上具有氮化物半導(dǎo)體層，此氮 化物系半導(dǎo)體元件的特征在于，在所述Si基板與所述氮化物半導(dǎo)體層的接合部及其附 近區(qū)域，具有p型雜質(zhì)濃度高于該接合部附近區(qū)域外側(cè)的所述基板側(cè)區(qū)域的Si層或Si 區(qū)域、以及n型雜質(zhì)濃度高于該接合部附近區(qū)域外側(cè)的氮化物半導(dǎo)體區(qū)域的n型氮化物 半導(dǎo)體層。
另外，例如對于在Si基板上具有氮化物半導(dǎo)體層的氮化物系半導(dǎo)體元件而言，當(dāng) 所述Si基板的至少一部分及所述氮化物半導(dǎo)體層包含于主動區(qū)域，且所述Si基板的主 動區(qū)域的導(dǎo)電型為p型時，在所述Si基板與所述氮化物半導(dǎo)體層的接合部及其附近區(qū) 域，具有p型雜質(zhì)濃度高于該接合部附近區(qū)域外側(cè)的所述基板側(cè)區(qū)域的Si層或Si區(qū)域、 以及n型雜質(zhì)濃度高于該接合部附近區(qū)域外側(cè)的氮化物半導(dǎo)體區(qū)域的n型氮化物半導(dǎo)體 層，由此，可使所述Si基板的主動區(qū)域的導(dǎo)電型為p型。而且，例如對于在Si基板上 具有氮化物半導(dǎo)體層的氮化物系半導(dǎo)體元件而言，當(dāng)所述Si基板的至少一部分及所述 氮化物半導(dǎo)體層包含于主動區(qū)域，且所述Si基板的主動區(qū)域的多數(shù)載體為空穴時，在 所述Si基板與所述氮化物半導(dǎo)體層的接合部及其附近區(qū)域，具有p型雜質(zhì)濃度高于該 接合部附近區(qū)域外側(cè)的所述基板側(cè)區(qū)域的Si層或Si區(qū)域、以及n型雜質(zhì)濃度高于該接 合部附近區(qū)域外側(cè)的氮化物半導(dǎo)體區(qū)域的n型氮化物半導(dǎo)體層，由此，可使所述Si基 板的主動區(qū)域的多數(shù)載體為空穴。
第22發(fā)明是第20發(fā)明或第21發(fā)明的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述Si 層或Si區(qū)域以及所述n型氮化物半導(dǎo)體層設(shè)置在n型導(dǎo)電區(qū)域上。
第23發(fā)明是第20發(fā)明或第21發(fā)明的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述氮 化物系半導(dǎo)體元件具有發(fā)光元件構(gòu)造，在具有所述Si層或Si區(qū)域及所述n型氮化物半 導(dǎo)體層的n型區(qū)域、與具有p型氮化物半導(dǎo)體層的p型區(qū)域之間，具有氮化物半導(dǎo)體的 活性層。
第24發(fā)明是一種氮化物系半導(dǎo)體元件，具有在Si基板上包含氮化物半導(dǎo)體層的元 件構(gòu)造，此氮化物系半導(dǎo)體元件的特征在于，所述元件構(gòu)造的第1導(dǎo)電型區(qū)域具有位于 所述Si基板上的Si層或Si基板表面?zhèn)鹊腟i區(qū)域以及位于其上的氮化物半導(dǎo)體層。
另外，例如對于在Si基板上具有氮化物半導(dǎo)體層的氮化物系半導(dǎo)體元件而言，當(dāng) 所述Si基板的至少一部分及所述氮化物半導(dǎo)體層包含于主動區(qū)域，且所述Si基板的主 動區(qū)域的導(dǎo)電型為p型時，較好的是，元件構(gòu)造包含Si基板上的氮化物半導(dǎo)體層的第1 導(dǎo)電型區(qū)域具有位于所述Si基板上的Si層或Si基板表面?zhèn)鹊腟i區(qū)域以及位于其上的 氮化物半導(dǎo)體層。
而且，例如對于在Si基板上具有氮化物半導(dǎo)體層的氮化物系半導(dǎo)體元件而言，當(dāng) 所述Si基板的至少一部分及所述氮化物半導(dǎo)體層包含于主動區(qū)域，且所述Si基板的主 動區(qū)域的多數(shù)載體為空穴時，較好的是，元件構(gòu)造包含Si基板上的氮化物半導(dǎo)體層的
第1導(dǎo)電型區(qū)域具有位于所述Si基板上的Si層或Si基板表面?zhèn)鹊腟i區(qū)域以及位于其
上的氮化物半導(dǎo)體層。
第25發(fā)明是第24發(fā)明的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于，在所述第l導(dǎo)電型區(qū) 域，在Si層或Si基板表面?zhèn)鹊腟i區(qū)域上具有p型雜質(zhì)，所述氮化物半導(dǎo)體層具有n型 雜質(zhì)，并且該第l導(dǎo)電型區(qū)域為n型導(dǎo)電區(qū)域。
第26發(fā)明是第24發(fā)明或第25發(fā)明的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述元 件構(gòu)造具有第2導(dǎo)電型區(qū)域，該第2導(dǎo)電型區(qū)域的導(dǎo)電型與第1導(dǎo)電型不同，且該第2 導(dǎo)電型區(qū)域設(shè)在第1導(dǎo)電型區(qū)域上，所述元件構(gòu)造是具有氮化物半導(dǎo)體層的發(fā)光元件構(gòu) 造。
第27發(fā)明是第24發(fā)明至第26發(fā)明中任一發(fā)明的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在 于，所述Si基板上的Si層或Si基板表面?zhèn)鹊腟i區(qū)域是p型雜質(zhì)濃度大于該基板內(nèi)部 及/或基板背面?zhèn)鹊膒+層，在此Si結(jié)晶層上，具有作為氮化物半導(dǎo)體層的n型導(dǎo)電層， 此n型導(dǎo)電層至少包含n+型氮化物半導(dǎo)體層及位于其上的ii型氮化物半導(dǎo)體層，此n 型氮化物半導(dǎo)體層的n型雜質(zhì)濃度小于所述n+型層。
第28發(fā)明是一種氮化物系半導(dǎo)體元件，其在Si基板上具有氮化物半導(dǎo)體層，此氮 化物系半導(dǎo)體元件的特征在于，在n型或p型Si基板上，具有p型雜質(zhì)濃度大于該基 板的p+型Si結(jié)晶層，在此Si結(jié)晶層上，具有作為氮化物半導(dǎo)體層的n型導(dǎo)電層，此n 型導(dǎo)電層至少包含n+型氮化物半導(dǎo)體層及位于其上的n型氮化物半導(dǎo)體層，此n型氮化 物半導(dǎo)體層的n型雜質(zhì)濃度小于所述n+型層。
另外，例如對于在Si基板上具有氮化物半導(dǎo)體層的氮化物系半導(dǎo)體元件而言，當(dāng) 所述Si基板的至少一部分及所述氮化物半導(dǎo)體層包含于主動區(qū)域，且所述Si基板的主 動區(qū)域的導(dǎo)電型為p型時，較好的是，在n型或p型Si基板上，具有p型雜質(zhì)濃度大 于該基板的p+型Si結(jié)晶層，在此Si結(jié)晶層上，具有作為氮化物半導(dǎo)體層的n型導(dǎo)電層， 此n型導(dǎo)電層至少包含n+型氮化物半導(dǎo)體層及位于其上的n型氮化物半導(dǎo)體層，此n 型氮化物半導(dǎo)體層的n型雜質(zhì)濃度小于所述n+型層。而且，例如對于在Si基板上具有 氮化物半導(dǎo)體層的氮化物系半導(dǎo)體元件而言，當(dāng)所述Si基板的至少一部分及所述氮化 物半導(dǎo)體層包含于主動區(qū)域，且所述Si基板的主動區(qū)域的多數(shù)載體為空穴時，對于在 Si基板上具有氮化物半導(dǎo)體層的氮化物系半導(dǎo)體元件而言，較好的是，在n型或p型
Si基板上，具有p型雜質(zhì)濃度大于該基板的p+型Si結(jié)晶層，且在此Si結(jié)晶層上，具有 作為氮化物半導(dǎo)體層的n型導(dǎo)電層，該n型導(dǎo)電層至少包含n+型氮化物半導(dǎo)體層及位于 其上的n型氮化物半導(dǎo)體層，此n型氮化物半導(dǎo)體層的n型雜質(zhì)濃度小于所述n+型層。
第29發(fā)明是一種氮化物系半導(dǎo)體元件，其在Si基板上具有氮化物半導(dǎo)體層，此氮 化物系半導(dǎo)體元件的特征在于，在n型或p型Si基板的基板表面?zhèn)?，具有p型雜質(zhì)濃 度大于該基板的p+型Si區(qū)域，在此Si區(qū)域上，具有作為氮化物半導(dǎo)體層的n型導(dǎo)電層， 此n型導(dǎo)電層至少包含n+型氮化物半導(dǎo)體層及位于其上的n型氮化物半導(dǎo)體層。
另外，例如對于在Si基板上具有氮化物半導(dǎo)體層的氮化物系半導(dǎo)體元件而言，當(dāng) 所述Si基板的至少一部分及所述氮化物半導(dǎo)體層包含于主動區(qū)域，且所述Si基板的主 動區(qū)域的導(dǎo)電型為p型時，較好的是，在n型或p型Si基板的基板表面?zhèn)?，具有p型 雜質(zhì)濃度大于該基板的p+型Si區(qū)域，在此Si區(qū)域上，具有作為氮化物半導(dǎo)體層的n型 導(dǎo)電層，此n型導(dǎo)電層至少包含n+型氮化物半導(dǎo)體層及位于其上的n型氮化物半導(dǎo)體層。 而且，例如對于在Si基板上具有氮化物半導(dǎo)體層的氮化物系半導(dǎo)體元件而言，當(dāng)所述 Si基板的至少一部分及所述氮化物半導(dǎo)體層包含于主動區(qū)域，且所述Si基板的主動區(qū) 域的多數(shù)載體為空穴時，較好的是，在n型或p型Si基板的基板表面?zhèn)?，具有p型雜 質(zhì)濃度大于該基板的p+型Si區(qū)域，在此Si區(qū)域上，具有作為氮化物半導(dǎo)體層的n型導(dǎo) 電層，此n型導(dǎo)電層至少包含n+型氮化物半導(dǎo)體層及位于其上的n型氮化物半導(dǎo)體層。
第30發(fā)明是第20發(fā)明至第23發(fā)明、第25發(fā)明以及第27發(fā)明至第29發(fā)明中任一 發(fā)明的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述Si層或Si區(qū)域上包含元素周期表的第 13族元素，所述第13族元素的濃度隨著遠(yuǎn)離氮化物半導(dǎo)體層而增加，且隨著進(jìn)一步的 遠(yuǎn)離而減少。
根據(jù)第30發(fā)明，可將作為載體的電子從Si基板較好地供給至氮化物半導(dǎo)體元件構(gòu) 造，從而可獲得Vf較低的氮化物半導(dǎo)體元件。
第31發(fā)明是第20發(fā)明至第30發(fā)明中任一發(fā)明的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在 于，在氮化物系半導(dǎo)體元件的主動區(qū)域中，具有所述氮化物半導(dǎo)體層及所述Si層或Si區(qū)域。
第32發(fā)明是第28發(fā)明至第31發(fā)明中任一發(fā)明所述的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特 征在于，此氮化物系半導(dǎo)體元件是在所述n型導(dǎo)電層上具有p型導(dǎo)電層的發(fā)光元件構(gòu)造， 此p型導(dǎo)電層具有p型氮化物半導(dǎo)體層。
第33發(fā)明是第20發(fā)明至第32發(fā)明中任一發(fā)明的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在 于，所述Si層或Si區(qū)域的雜質(zhì)濃度為約lxl0"cm—3 約lxl022cm—3。
根據(jù)以上所說明的第20發(fā)明 第33發(fā)明，對于使用Si作為基板的氮化物系半導(dǎo) 體元件而言，可使正向電壓(Vf)低于先前。除此之外，對于Si基板上的氮化物半導(dǎo) 體的元件構(gòu)造、發(fā)光元件構(gòu)造而言，可使其元件特性較好。
而且，當(dāng)?shù)?0發(fā)明 第33發(fā)明的Si層是在Si基板上成長的同質(zhì)外延成長的結(jié)晶 層時，可維持結(jié)晶性而實現(xiàn)厚膜化，因而量產(chǎn)性優(yōu)良。而且，當(dāng)基板表面有結(jié)晶損傷時， 例如為了賦予良好的導(dǎo)電性而含有雜質(zhì)從而導(dǎo)致結(jié)晶性惡化時，可利用Si層成長而實 現(xiàn)結(jié)晶性改善。通過厚膜化，在表面附近，即與GaN的異種接合界面附近部，可較其 他Si層區(qū)域(基板側(cè))更好地進(jìn)行高濃度摻雜。在Si區(qū)域，由于可在高濃度化時維持 基板結(jié)晶性，因此同樣可使GaN結(jié)晶成長良好，故可獲得優(yōu)良的元件特性。而且，如 果在Si區(qū)域的因摻雜源氣體的熱擴(kuò)散而形成的物質(zhì)與Si層上使用相同的爐、裝置，例 如有機(jī)金屬氣相成長裝置(MOVPE)，連續(xù)地形成接下來的氮化物半導(dǎo)體層時，基板不 會暴露，因此可使GaN的結(jié)晶成長良好，且成長結(jié)晶的不均勻現(xiàn)象較少，故量產(chǎn)性、 制造良率優(yōu)秀。
在第20發(fā)明 第33發(fā)明之一形態(tài)中，將氮化物半導(dǎo)體的元件構(gòu)造，例如將n型氮 化物半導(dǎo)體、氮化物半導(dǎo)體的活性層及p型氮化物半導(dǎo)體層疊而成的發(fā)光元件構(gòu)造中的 導(dǎo)電型區(qū)域的一個，形成為設(shè)置有氮化物半導(dǎo)體，具體而言n型氮化物半導(dǎo)體及Si半 導(dǎo)體的構(gòu)造。艮卩，當(dāng)在元件構(gòu)造中設(shè)置Si/GaN系半導(dǎo)體(以下稱為Si/GaN)異種界面 時，將該異種界面配置在元件構(gòu)造中的一個導(dǎo)電型區(qū)域內(nèi)，由此可解決所述的先前問題。 具體而言，將Si基板上的Si層或基板表面?zhèn)鹊腟i區(qū)域并入Si基板上設(shè)置的氮化物半 導(dǎo)體的元件構(gòu)造中，在其中一個導(dǎo)電型層中形成Si/GaN異種界面。因此，在元件構(gòu)造 的一個導(dǎo)電型層中，當(dāng)其電荷，具體而言負(fù)電荷移動時，所述Si/GaN異種界面并不設(shè) 置在基板表面、pn接合部等處，故可將異種接合界面的問題控制得較低。
另一方面，如果Si基板上的Si層符合第20發(fā)明 第33發(fā)明的一形態(tài)，則不會出 現(xiàn)如下各種GaN成長時的問題，即，先前的Si基板與GaN層的異種材料間的GaN成 長；隔著與兩者不同材料的介在層的GaN成長；以及導(dǎo)電性Si基板上的因添加雜質(zhì)而 導(dǎo)致結(jié)晶性惡化的Si基板表面上的GaN成長，因為是與Si基板/Si層同種材料系的同 質(zhì)外延成長，所以可形成結(jié)晶性良好的Si層，并且在其上形成GaN層時，可發(fā)揮優(yōu)良 的效果，即可進(jìn)行結(jié)晶性良好的成長。進(jìn)一步，就該Si層的良好結(jié)晶性而言，在高摻 雜Si層時，可抑制結(jié)晶性惡化，除此之外，對于結(jié)晶性良好的Si層上的GaN，亦可抑 制高摻雜時的結(jié)晶性惡化，在形成下述Si/GaN不同的導(dǎo)電型間的異種材料接合界面時， 可較好地發(fā)揮作用。具體而言，使表面?zhèn)葹楦邼舛?，以提供給Si/GaN接合部，并且使
表面?zhèn)扰c基板之間為低濃度，由此可提高結(jié)晶性。
在第20發(fā)明 第33發(fā)明的一形態(tài)中，使Si基板上的Si層或Si基板表面?zhèn)鹊腟i 區(qū)域為p型雜質(zhì)高濃度，且于Si層上設(shè)置n型雜質(zhì)高濃度的氮化物半導(dǎo)體。由此，在 Si/GaN的異種接合部，可使下述電荷的移動良好，故可降低該界面的正向電壓Vf。而 且，利用使所述結(jié)晶性提高的效果，可降低整個半導(dǎo)體元件的串聯(lián)電阻。除此之外，由 于高濃度層為Si成長層，因此當(dāng)存在Si晶片表面的損傷、結(jié)晶性惡化等現(xiàn)象以及該固 體不均勻時，也可利用在其上同質(zhì)外延成長的層而改善其結(jié)晶性，由此，可對該結(jié)晶層 進(jìn)行高濃度摻雜，而且，在層內(nèi)的表面附近部，即與GaN系半導(dǎo)體的接合部附近，也 可為部分性高摻雜。對于Si區(qū)域，可利用下述擴(kuò)散摻雜而進(jìn)行p型雜質(zhì)的高濃度摻雜， 尤其在表面附近部，即與GaN系半導(dǎo)體的接合部附近，可再進(jìn)行高濃度的摻雜。進(jìn)一 步，在形成高濃度的Si區(qū)域后，接下來的GaN系半導(dǎo)體成長也可在相同爐內(nèi)進(jìn)行連續(xù) 處理，因此也可避免先前的Si基板表面的結(jié)晶性惡化問題。
作為第20發(fā)明 第33發(fā)明的一形態(tài)，在使GaN系半導(dǎo)體成長于Si基板上時，并 不設(shè)置先前的ZnO之類的異種材料的介在層，而是利用在Si基板上的同質(zhì)外延成長， 來排除、降低阻礙Si基板表面的GaN系半導(dǎo)體結(jié)晶的主要因素。另一方面，利用摻雜 物的熱擴(kuò)散而使雜質(zhì)向Si基板擴(kuò)散，由此可保持Si基板或基板表面?zhèn)鹊慕Y(jié)晶性，從而 可進(jìn)行高濃度摻雜，且可使所述Si/GaN異種界面的主動區(qū)域中的電荷移動順滑。具體 而言，如果在Si基板中且在Si錠成長中添加高濃度的雜質(zhì)，則Si錠及由其制成的Si 基板的結(jié)晶性會整體性惡化，即便實現(xiàn)高濃度化，也難以進(jìn)行GaN系半導(dǎo)體的結(jié)晶成 長。然而，如本形態(tài)所說明，在形成Si層及形成Si區(qū)域時，可使原本Si基板中與Si 層、Si區(qū)域的摻雜物具有相同導(dǎo)電型的雜質(zhì)為低濃度，且可不添加雜質(zhì)，使Si基板的 結(jié)晶性良好，并且在形成Si基板上的Si層及形成Si基板表面?zhèn)鹊腟i區(qū)域時，可維持 其良好的結(jié)晶性，實現(xiàn)雜質(zhì)的高濃度化，故可提供給Si/GaN異種界面。除此之外，即 使在Si基板中添加導(dǎo)電型與所述Si層、Si區(qū)域相反的雜質(zhì)，也可將所述Si層、Si區(qū)域 控制為所需的導(dǎo)電型及雜質(zhì)濃度，即，可通過高設(shè)計自由度而形成所述Si層、Si區(qū)域， 因此可應(yīng)用于各種元件。
作為第20發(fā)明 第33發(fā)明的一形態(tài)，在所述Si/GaN異種接合部，使Si側(cè)為p型， 并使多數(shù)載體為空穴，或者使含有p型雜質(zhì)的層/區(qū)域的GaN側(cè)為含有n型或n型雜質(zhì) 的層/區(qū)域，因此更好的是，可高濃度地含有各導(dǎo)電型雜質(zhì)，具體而言，使各導(dǎo)電型雜質(zhì) 濃度高于接合部附近以外的區(qū)域?？赏ㄟ^實驗來確認(rèn)正向電壓(Vf)低于先前，但其理 論性的理由并不明確。然而，以下將描述一假說，作為本發(fā)明的理論性說明的嘗試。由
于是假說，因此以下的說明當(dāng)然不能限定本發(fā)明。
在第20發(fā)明 第33發(fā)明的一形態(tài)中，使所述Si層、Si區(qū)域中的主動區(qū)域的導(dǎo)電 型為p型，而且從載體的觀點考慮，使所述Si層、Si區(qū)域中的主動區(qū)域的多數(shù)載體為 空穴。這樣，所述Si層、Si區(qū)域的主動區(qū)域中的費米能級會接近價電子帶。以所述Si 層、Si區(qū)域與氮化物半導(dǎo)體層的接合界面的能帶圖來表示所述情況時，可考慮如圖13A 所示。進(jìn)一步通過高濃度的摻雜后，如圖13B所示，所述主動區(qū)域的全部或一部分縮退， 使得費米能級存在于價電子帶中。而且，當(dāng)?shù)锇雽?dǎo)體層的主動區(qū)域中存在許多電子 時，氮化物半導(dǎo)體層的主動區(qū)域中的費米能級接近導(dǎo)帶。可認(rèn)為此時的能帶圖也同樣如 圖13A所示，再通過高濃度的摻雜后，如圖13C所示，所述主動區(qū)域縮退而使得費米 能級存在于導(dǎo)帶中。并且，當(dāng)所述Si層、Si區(qū)域側(cè)的費米能級存在于價電子帶中，且 氮化物半導(dǎo)體層側(cè)的費米能級存在于導(dǎo)帶中時，成為圖13D所示的情況。在本發(fā)明中， 當(dāng)對氮化物系半導(dǎo)體元件施加正向電壓(Vf)時，Si/GaN異種接合面上施有逆偏壓， 因此所述Si層、Si區(qū)域的主動區(qū)域中的價電子帶高于氮化物半導(dǎo)體層的主動區(qū)域中的 導(dǎo)帶，且形成在接合部的耗盡層變窄。用圖來表示此情況時，如圖13E所示，由此可認(rèn) 為，所述Si層、Si區(qū)域的價電子帶中的多數(shù)電子穿隧較窄的耗盡層后注入氮化物半導(dǎo) 體層的導(dǎo)帶中。因此可認(rèn)為，根據(jù)本發(fā)明，對于使用Si作為基板的氮化物系半導(dǎo)體元 件而言，能夠在小于先前電壓的情況下流過較大的電流，因此可使正向電壓(Vf)低于 先前。此處，用作能帶圖的圖13A 圖13E是使用n型GaN層作為n型氮化物半導(dǎo)體 層的例，此例表示最佳形態(tài)，但最靠近所述Si層、Si區(qū)域一側(cè)的n型氮化物半導(dǎo)體層 并不限定于此，也可使用n型AlInGaN層。在這點上，從可形成良好結(jié)晶性的觀點出發(fā)， 尤以使用n型AlaGa卜aN (O^aSO.5)層為佳，且最好是使用二元混晶的n型GaN層。
第20發(fā)明 第33發(fā)明的一形態(tài)中的主動區(qū)域，是指決定氮化物系半導(dǎo)體元件的基 本構(gòu)造的區(qū)域，是在對元件中的正電極與負(fù)電極之間施加電壓后電流所通過的區(qū)域。因 此，例如負(fù)電荷移動的區(qū)域(負(fù)電荷移動區(qū)域)包含在主動區(qū)域中。
而且，在第20發(fā)明 第33發(fā)明的一形態(tài)中，使所述Si層、Si區(qū)域的空穴濃度為 約lxlO"cm—3以上、約lxl021cm-3以下，或者使雜質(zhì)濃度為約lxlO"cnT3以上、約 lxl(^cm—s以下，因此Si的價電子帶的能量位置相對較高，且在接通電流時所述Si層、 Si區(qū)域與氮化物半導(dǎo)體層之間的耗盡層變薄。并且費米能級存在于價電子帶中的更低 處，更多的電子從所述Si層、Si區(qū)域注入到氮化物半導(dǎo)體層，因而可使正向電壓(Vf) 更低。使與所述Si層、Si區(qū)域鄰接的氮化物半導(dǎo)體層的電子濃度為約lxl(^cii^以上、 約lxlO"cm—3以下，或者使n型雜質(zhì)濃度為約lxl0^m'3以上、約lxl022cnT3以下，因此氮化物半導(dǎo)體層的導(dǎo)帶的能量位置相對較低，且在接通電流時所述Si層、Si區(qū)域與 氮化物半導(dǎo)體層之間的耗盡層變薄。并且費米能級存在于導(dǎo)帶中的更高處，更多的電子 從所述Si層、Si區(qū)域注入到氮化物半導(dǎo)體層，因而可使正向電壓(Vf)更低。
第34發(fā)明是第1發(fā)明 第33發(fā)明中任一發(fā)明的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于， 在所述Si基板與所述氮化物半導(dǎo)體層之間具備緩沖區(qū)域，在所述Si基板的表面具備第 1結(jié)晶區(qū)域及第2結(jié)晶區(qū)域，所述第l結(jié)晶區(qū)域具有包含Al及Si的第l結(jié)晶，所述第 2結(jié)晶區(qū)域具有包含GaN系半導(dǎo)體的第2結(jié)晶，該GaN系半導(dǎo)體包含Si。
使具有包含Al及Si的第1結(jié)晶的第1結(jié)晶區(qū)域與包含具有Si的GaN系半導(dǎo)體的 第2結(jié)晶區(qū)域分布在Si基板的表面，由此可使結(jié)晶性良好的氮化物半導(dǎo)體層在Si基板 上形成。
第35發(fā)明是第1發(fā)明 第34發(fā)明中任一發(fā)明的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于， 在所述Si基板與所述氮化物半導(dǎo)體層之間具備緩沖區(qū)域，所述緩沖區(qū)域具有基板側(cè)的 第1區(qū)域及與所述第1區(qū)域相比較遠(yuǎn)離所述Si基板的第2區(qū)域，所述第1區(qū)域及所述 第2區(qū)域分別具有由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的第1層及由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的第2層交替層 疊而成的多層膜構(gòu)造，所述第1區(qū)域具有的第1層的膜厚大于所述第2區(qū)域具有的第1 層的膜厚。
根據(jù)第35發(fā)明，與Si基板的晶格常數(shù)差較大的層(第2層)形成為厚度薄于與Si 基板的晶格常數(shù)差較小的層(第1層)。由于第1層是氮化物半導(dǎo)體層，因此晶格常數(shù) 小于Si基板。即，當(dāng)在Si基板上形成氮化物半導(dǎo)體層時，由于晶格常數(shù)存在差異，因 此在Si基板與氮化物半導(dǎo)體層的界面上壓縮應(yīng)力及拉伸應(yīng)力分別發(fā)揮作用。詳細(xì)而言， 當(dāng)在Si基板上形成由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的第l層時，在晶格常數(shù)較大的Si基板上，壓 縮應(yīng)力發(fā)揮作用，與此相對，在晶格常數(shù)較小的第l層上，拉伸應(yīng)力發(fā)揮作用。由于在 第1層上拉伸應(yīng)力發(fā)揮作用，因此如果該第1層繼續(xù)成長，則在其成長面上會產(chǎn)生龜裂。 而且此龜裂的產(chǎn)生會使氮化物半導(dǎo)體層的進(jìn)一步成長變得困難。此處，如果使相對于 Si基板的晶格常數(shù)差大于第1層的第2層形成得較薄，此第2層是由氮化物半導(dǎo)體而構(gòu) 成，則在第l層與第2層的界面上，在第2層上拉伸應(yīng)力發(fā)揮作用，而在第l層上壓縮 應(yīng)力發(fā)揮作用。即，在持續(xù)具有拉伸應(yīng)力的第1層的成長面上壓縮應(yīng)力發(fā)揮作用，因此 可抑制龜裂的產(chǎn)生。也就是說，可在抑制產(chǎn)生龜裂的情況下形成第l層，并且形成使第 1層及第2層交替層疊而成的多層膜構(gòu)造，故可獲得由龜裂得以抑制的由氮化物半導(dǎo)體 構(gòu)成的緩沖區(qū)域。
進(jìn)一步，在Si基板上，在第1層與第2層產(chǎn)生的龜裂得以抑制的第1區(qū)域上，形
成將第1層及第2層交替層疊而成的第2區(qū)域，由此可形成結(jié)晶性良好的氮化物半導(dǎo)體 層。此處，根據(jù)第35發(fā)明，第1區(qū)域具有的第1層的膜厚大于第2區(qū)域具有的第1層 的膜厚，即，第2區(qū)域具有的第l層的膜厚薄于第1區(qū)域具有的第l層的膜厚。由此可 獲得結(jié)晶性良好的氮化物半導(dǎo)體層。由于該第2區(qū)域位于第1區(qū)域上，因此可發(fā)揮其功 能。例如，即使以相同的膜厚在Si基板上直接形成第2區(qū)域，也無法獲得結(jié)晶性良好 的氮化物半導(dǎo)體層。S卩，使第2區(qū)域形成在Si基板上的龜裂得以抑制的膜上時，可發(fā) 揮其效果。
由上所述，根據(jù)第35發(fā)明，可獲得結(jié)晶性良好的氮化物半導(dǎo)體層。
另外，當(dāng)在所述Si基板與所述氮化物半導(dǎo)體層之間具備緩沖區(qū)域，在所述Si基板 的表面具備第1結(jié)晶區(qū)域及第2結(jié)晶區(qū)域，并且在所述第1結(jié)晶區(qū)域具有包含Al及Si 的第l結(jié)晶，所述第2結(jié)晶區(qū)域具有包含GaN系半導(dǎo)體的第2結(jié)晶，且該GaN系半導(dǎo) 體包含Si時，較好的是，所述緩沖區(qū)域具有基板側(cè)的第1區(qū)域及與所述第1區(qū)域相比 較遠(yuǎn)離所述Si基板的第2區(qū)域，所述第1區(qū)域及所述第2區(qū)域分別具有由氮化物半導(dǎo) 體構(gòu)成的第l層以及由與所述第l層具有不同組成的氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的第2層交替層 疊而成的多層膜構(gòu)造，所述第2層的膜厚小于所述第l層的膜厚，所述第l區(qū)域具有的 第1層的膜厚大于所述第2區(qū)域具有的第1層的膜厚。
第36發(fā)明是第1發(fā)明 第35發(fā)明中任一發(fā)明的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于， 此氮化物系半導(dǎo)體元件具有包含Si基板的Si半導(dǎo)體的保護(hù)元件部、以及將氮化物半導(dǎo) 體層在此基板上層疊而成的發(fā)光元件構(gòu)造部，所述保護(hù)元件部與發(fā)光元件構(gòu)造部的接合 部是由p型Si半導(dǎo)體及n型氮化物半導(dǎo)體層所形成。
由于層疊在Si基板上的氮化物半導(dǎo)體的發(fā)光元件部及Si保護(hù)元件是由n型氮化物 半導(dǎo)體與p-Si接合而成的半導(dǎo)體元件，因而在此n-GaN/p-Si界面上，能夠在小于先前 電壓的情況下流過電流，且能夠使各元件即LED、保護(hù)元件良好地驅(qū)動，故可提高各元 件的特性。
第37發(fā)明是第36發(fā)明的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述半導(dǎo)體元件為三 端子元件，此三端子為所述發(fā)光構(gòu)造部的p、 n電極以及保護(hù)元件部的n電極，該保護(hù) 元件部設(shè)置在所述基板的與設(shè)有所述發(fā)光元件構(gòu)造部的主面相對的主面上。
第38發(fā)明是第36發(fā)明的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述半導(dǎo)體元件具有 在半導(dǎo)體元件內(nèi)設(shè)有布線的內(nèi)部電路，使設(shè)置在所述基板的設(shè)有所述發(fā)光元件構(gòu)造部的 主面上的n電極與發(fā)光構(gòu)造部的p電極相連接。
第39發(fā)明是第36發(fā)明的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述半導(dǎo)體元件為二
端子元件，此二端子為所述發(fā)光構(gòu)造部的n電極、及設(shè)置在與設(shè)有發(fā)光構(gòu)造部的基板主 面相對的主面上的保護(hù)元件部的n電極。
第40發(fā)明是一種氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法，此氮化物系半導(dǎo)體元件是在Si
基板上具有氮化物半導(dǎo)體層，此氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法的特征在于包括第1
步驟，在Si基板上，使具有p型雜質(zhì)的Si層成長；以及第2步驟，在此Si層上，使n 型氮化物半導(dǎo)體層成長。
另外，例如對于在Si基板上具有氮化物半導(dǎo)體層的氮化物系半導(dǎo)體元件而言，當(dāng) 所述Si基板的至少一部分及所述氮化物半導(dǎo)體層包含于主動區(qū)域，且所述Si基板的主 動區(qū)域的導(dǎo)電型為p型時，其具有p型雜質(zhì)濃度大于所述Si基板的Si結(jié)晶層，且具有 與該Si結(jié)晶層上相鄰接的作為所述氮化物半導(dǎo)體層的n型氮化物半導(dǎo)體層，由此可使 所述Si基板的主動區(qū)域的導(dǎo)電型為p型。而且，例如對于在Si基板上具有氮化物半導(dǎo) 體層的氮化物系半導(dǎo)體元件而言，當(dāng)所述Si基板的至少一部分及所述氮化物半導(dǎo)體層 包含于主動區(qū)域，且所述Si基板的主動區(qū)域的多數(shù)載體為空穴時，所述氮化物系半導(dǎo) 體元件具有p型雜質(zhì)濃度大于所述Si基板的Si結(jié)晶層，且具有與該Si結(jié)晶層上相鄰接 的作為所述氮化物半導(dǎo)體層的n型氮化物半導(dǎo)體層，由此可使所述Si基板的主動區(qū)域 的多數(shù)載體為空穴。
第41發(fā)明是一種氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法，此氮化物系半導(dǎo)體元件是在Si 基板上具有氮化物半導(dǎo)體層，此氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法的特征在于包括第1 步驟，在Si基板上，利用擴(kuò)散的方式添加p型雜質(zhì)，使添加有p型雜質(zhì)的Si區(qū)域在此 Si基板表面?zhèn)刃纬?；以及?步驟，在所述Si區(qū)域上，使n型氮化物半導(dǎo)體層成長。
另外，例如對于在Si基板上具有氮化物半導(dǎo)體層的氮化物系半導(dǎo)體元件而言，當(dāng) 所述Si基板的至少一部分及所述氮化物半導(dǎo)體層包含于主動區(qū)域，且所述Si基板的主 動區(qū)域的導(dǎo)電型為p型時，在所述Si基板與所述氮化物半導(dǎo)體層的接合部及其附近區(qū) 域，具有p型雜質(zhì)濃度高于該接合部附近區(qū)域外側(cè)的所述基板側(cè)區(qū)域的Si層或Si區(qū)域、 以及n型雜質(zhì)濃度高于該接合部附近區(qū)域外側(cè)的氮化物半導(dǎo)體區(qū)域的n型氮化物半導(dǎo)體 層，由此可使所述Si基板的主動區(qū)域的導(dǎo)電型為p型。而且，例如對于在Si基板上具 有氮化物半導(dǎo)體層的氮化物系半導(dǎo)體元件而言，當(dāng)所述Si基板的至少一部分及所述氮 化物半導(dǎo)體層包含于主動區(qū)域，且所述Si基板的主動區(qū)域的多數(shù)載體為空穴時，在所 述Si基板與所述氮化物半導(dǎo)體層的接合部及其附近區(qū)域，具有p型雜質(zhì)濃度高于該接 合部附近區(qū)域外側(cè)的所述基板側(cè)區(qū)域的Si層或Si區(qū)域、以及n型雜質(zhì)濃度高于該接合 部附近區(qū)域外側(cè)的氮化物半導(dǎo)體區(qū)域的n型氮化物半導(dǎo)體層，由此可使所述Si基板的
主動區(qū)域的多數(shù)載體為空穴。
第42發(fā)明是第40發(fā)明或第41發(fā)明的氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在 于，在所述氮化物半導(dǎo)體層的元件中，使所述Si層或Si區(qū)域為負(fù)電荷移動的主動區(qū)域。
第43發(fā)明是第40發(fā)明 第42發(fā)明中任一發(fā)明的氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法， 其特征在于包括以下步驟在所述第2步驟之后，至少層疊p型氮化物半導(dǎo)體層，以形 成發(fā)光元件的層疊構(gòu)造。
第44發(fā)明是一種氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法，此氮化物系半導(dǎo)體元件具有在 Si基板上包含氮化物半導(dǎo)體層的元件構(gòu)造，此氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法的特征在 于包括Si成長步驟，在所述Si基板上，使Si半導(dǎo)體層成長為所述元件構(gòu)造的第1導(dǎo) 電型區(qū)域的層；第1氮化物半導(dǎo)體層成長步驟，在所述Si層上，使第l氮化物半導(dǎo)體 層成長為所述第1導(dǎo)電型區(qū)域的層；以及第2氮化物半導(dǎo)體層成長步驟，使第2氮化物 半導(dǎo)體層成長為所述元件構(gòu)造的第2導(dǎo)電型區(qū)域的層。
第45發(fā)明是一種氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法，此氮化物系半導(dǎo)體元件具有在 Si基板上包含氮化物半導(dǎo)體層的元件構(gòu)造，此氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法的特征在 于包括Si成長步驟，在所述Si基板的表面?zhèn)?，使不同于?導(dǎo)電型區(qū)域的第2導(dǎo)電 型Si區(qū)域成長為所述元件構(gòu)造的第1導(dǎo)電型區(qū)域的層；第1氮化物半導(dǎo)體層成長步驟， 在所述Si區(qū)域上，使第1氮化物半導(dǎo)體層成長為所述第1導(dǎo)電型區(qū)域的層；以及第2 氮化物半導(dǎo)體層成長步驟，使第2氮化物半導(dǎo)體層成長為所述元件構(gòu)造的第2導(dǎo)電型區(qū) 域的層。
第46發(fā)明是第44發(fā)明或第45發(fā)明的氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在 于，在使所述第l氮化物半導(dǎo)體層成長的步驟中，摻雜n型雜質(zhì)使其成長，且所述第l 導(dǎo)電型區(qū)域為n型區(qū)域。
第47發(fā)明是第44發(fā)明 第46發(fā)明中任一發(fā)明的氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法， 其特征在于，所述第l導(dǎo)電型區(qū)域為n型區(qū)域，所述第2導(dǎo)電型區(qū)域為p型區(qū)域，且所 述元件為發(fā)光元件構(gòu)造。
第48發(fā)明是第41發(fā)明或第45發(fā)明的氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在 于，在所述第l步驟中，以含有Si半導(dǎo)體的p型雜質(zhì)的膜被覆Si基板表面，使該p型 雜質(zhì)在基板內(nèi)擴(kuò)散，以形成所述Si區(qū)域。
第49發(fā)明是第41發(fā)明或第45發(fā)明的氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在 于，在所述第l步驟中，在熱處理的情況下向所述Si基板表面供給Si半導(dǎo)體的p型雜 質(zhì)源氣體，以形成所述Si區(qū)域。
第50發(fā)明是第40發(fā)明 第49發(fā)明中任一發(fā)明的氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法， 其特征在于，所述Si基板具有p型雜質(zhì)，且在所述第l步驟中，Si層或Si區(qū)域的p型 雜質(zhì)濃度大于該Si基板的p型雜質(zhì)濃度。
第51發(fā)明是第50發(fā)明的氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于，所述第1 步驟中的p型雜質(zhì)為硼(B， boron)。


圖1是表示本發(fā)明實施形態(tài)的氮化物系半導(dǎo)體元件的一部分的圖。
圖2是說明本發(fā)明實施形態(tài)的氮化物系半導(dǎo)體元件的一部分的能帶圖。
圖3是說明本發(fā)明實施形態(tài)的氮化物系半導(dǎo)體元件的一部分的能帶圖。
圖4是說明本發(fā)明實施形態(tài)的氮化物系半導(dǎo)體元件的一部分的能帶圖。
圖5是說明本發(fā)明實施形態(tài)的氮化物系半導(dǎo)體元件的一部分的能帶圖。
圖6是說明本發(fā)明實施形態(tài)的氮化物系半導(dǎo)體元件的一部分的能帶圖。
圖7是表示本發(fā)明實施形態(tài)的氮化物系半導(dǎo)體元件的電流一電壓特性(I一V特性)圖。
圖8是本發(fā)明一實施形態(tài)的半導(dǎo)體元件的示意截面圖。 圖9A是本發(fā)明一實施形態(tài)的半導(dǎo)體元件的示意截面圖。
圖9B是本發(fā)明一實施形態(tài)(圖2A的另一形態(tài))的半導(dǎo)體元件的示意截面圖。 圖IO是說明本發(fā)明一實施形態(tài)的半導(dǎo)體元件的制造步驟的示意截面圖。 圖11是說明本發(fā)明一實施形態(tài)的半導(dǎo)體元件的制造步驟的示意截面圖。 圖12是本發(fā)明一實施形態(tài)的半導(dǎo)體元件的示意截面圖。
圖13A是表示本發(fā)明一實施形態(tài)的半導(dǎo)體元件一部分的「Si/GaN接合部附近的Si、 氮化物均未縮退」的能帶構(gòu)造的示意圖。
圖13B是表示本發(fā)明一實施形態(tài)的半導(dǎo)體元件一部分的「僅Si/GaN接合部附近的 Si縮退」的能帶構(gòu)造的示意圖。
圖13C是表示本發(fā)明一實施形態(tài)的半導(dǎo)體元件一部分的「僅Si/GaN接合部附近的 氮化物縮退」的能帶構(gòu)造的示意圖。
圖13D是表示本發(fā)明一實施形態(tài)的半導(dǎo)體元件一部分的「Si/GaN接合部附近的Si、 氮化物均縮退」的能帶構(gòu)造的示意圖。
圖13E是表示本發(fā)明一實施形態(tài)的半導(dǎo)體元件一部分的「Si/GaN接合部附近的正 向施加(LED驅(qū)動)時」的能帶構(gòu)造的示意圖。
圖14是表示本發(fā)明一實施形態(tài)的實驗例的電流一電壓特性圖。
圖15是表示本發(fā)明的Si/GaN異種接合部的能帶構(gòu)造的示意圖。 圖16是本發(fā)明一實施形態(tài)的半導(dǎo)體元件的示意截面圖及與此大致等價的電路圖(右 上插圖)。
圖17A是本發(fā)明一實施形態(tài)的半導(dǎo)體元件的示意截面圖。
圖17B是本發(fā)明一實施形態(tài)(圖2A的另一形態(tài))的半導(dǎo)體元件的示意截面圖。 圖18A是本發(fā)明一實施形態(tài)的半導(dǎo)體元件的示意截面圖。
圖18B是本發(fā)明一實施形態(tài)(圖3A的另一形態(tài))的半導(dǎo)體元件的示意截面圖。 圖19A是本發(fā)明一實施形態(tài)的半導(dǎo)體元件的示意截面圖及與此大致等價的電路圖 (右上插圖)。
圖19B是本發(fā)明一實施形態(tài)的半導(dǎo)體元件(圖4A)的示意平面圖。
圖20是表示本發(fā)明實施例1的氮化物系半導(dǎo)體元件圖。
圖21是表示本發(fā)明實施例2的氮化物系半導(dǎo)體元件圖。
圖22是表示本發(fā)明實施例3的氮化物系半導(dǎo)體元件圖。
圖23是表示本發(fā)明實施例4的氮化物系半導(dǎo)體元件圖。
圖24是表示先前的氮化物系半導(dǎo)體元件的能帶圖。
圖25是表示本發(fā)明的Si/GaN異種接合部的能帶構(gòu)造的示意圖。
1001氮化物系半導(dǎo)體元件
lOOl — l氮化物系半導(dǎo)體元件
1001 — 2氮化物系半導(dǎo)體元件
1001 — 3氮化物系半導(dǎo)體元件
100卜4氮化物系半導(dǎo)體元件
1002Si基板
1003氮化物半導(dǎo)體層
1004n型氮化物半導(dǎo)體層
1005活性層
1006p型氮化物半導(dǎo)體層
1007正電極
1008負(fù)電極
2010Si基板
2010an-Si基板 2010b p-Si基板
2010c 非導(dǎo)電性Si基板
2011 p-Si層(區(qū)域)
2012 n-Si區(qū)域
2015 n電極(Si基板電極)
2020 異種接合部(Si/GaN接合部)
2021 n型層(n型氮化物半導(dǎo)體層)
2022 活性層(GaN系半導(dǎo)體)
2023 p型層(p型氮化物半導(dǎo)體層)
2025 n電極
2025a Si基板2010的層疊構(gòu)造2140側(cè)電極
2025b Si層/區(qū)域2011的電極
2026 p電極
2027 p平頭電極(發(fā)光元件部)
2030 Si基板(Si層2031 (2011)形成前、2030'
元件形成后的Si基板2010)
2031 Si層(2031a基板側(cè)為[低濃度]，2031b半
導(dǎo)體的層疊構(gòu)造2140側(cè)為[高濃度]，2031' 元件形成后的Si層2011)
2040 Si基板(Si區(qū)域2042 (2011)形成前)
2041 Si擴(kuò)散區(qū)域(背面?zhèn)?041a,表面?zhèn)?041b)
2042 Si擴(kuò)散區(qū)域(Si形成后[2042'層疊2140形成后])
2045 雜質(zhì)源氣體
2046 堆積物
2047 擴(kuò)散雜質(zhì)(2047a氣體供給時，2047b氣體停止時)
2050 Si基板(Si區(qū)域2053 (2011 )形成前，2050'Si
區(qū)域2053形成后，2050"層疊構(gòu)造2140形成 后的Si基板2010)
2051 雜質(zhì)源被膜
2053 雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域(背面?zhèn)?053a，表面?zhèn)?053b、
2053'層疊2140形成后的Si區(qū)域2011)
2045雜質(zhì)源氣體
2046堆積物
2047擴(kuò)散雜質(zhì)(2047a氣體供給時，2047b氣體停止時)
2060 (2070)、2063 (2073)、 2066Si區(qū)域/層形成時的p型雜質(zhì)分布
2062 (2072)、2065Si區(qū)域形成(擴(kuò)散)中途的p型雜質(zhì)分布
2061 (2071)、2064 (2074)、 2067層疊構(gòu)造2140形成后的p型雜質(zhì)分布
2080、 2081、2082n型雜質(zhì)分布(層疊構(gòu)造2140形成后，n型 氮化物半導(dǎo)體層中)
2090—2096n型氮化物半導(dǎo)體層
2100發(fā)光元件
2110第1導(dǎo)電型區(qū)域
2120第2導(dǎo)電型區(qū)域
2130發(fā)光元件的層疊構(gòu)造體
2140氮化物半導(dǎo)體的層疊構(gòu)造
3110保護(hù)元件部
3020異種接合部
3025電極
3026電極
3027平頭電極
3040布線
3200布線
具體實施例方式
以下，參照附圖來詳細(xì)說明用于實施本發(fā)明的最佳形態(tài)。
圖1是表示本發(fā)明第1實施形態(tài)的氮化物系半導(dǎo)體元件的一部分的圖。
如圖1所示，本發(fā)明第1實施形態(tài)的氮化物系半導(dǎo)體元件1001是在Si基板1002 上具有氮化物半導(dǎo)體層1003。氮化物半導(dǎo)體層1003中包含n型氮化物半導(dǎo)體層1004、 活性層1005、以及p型氮化物半導(dǎo)體層1006，其中的n型氮化物半導(dǎo)體層1004與Si 基板1002鄰接。如圖1所示，Si基板1002上的主動區(qū)域的導(dǎo)電型為p型。
另外，在第l實施形態(tài)中，為了讓本發(fā)明容易理解，對氮化物半導(dǎo)體層1003具有 活性層1005的情況進(jìn)行說明，但在本發(fā)明中，氮化物半導(dǎo)體層1002也可不具有活性層 1005，此時，在n型氮化物半導(dǎo)體層1004與p型氮化物半導(dǎo)體層1006的界面上，成為
發(fā)光的發(fā)光區(qū)域。
在第1實施形態(tài)的氮化物系半導(dǎo)體元件1000中，將Si基板1002的主動區(qū)域設(shè)為p 型而非n型，但這樣對于使用Si作為基板的氮化物系半導(dǎo)體元件而言，可使正向電壓 (Vf)低于先前的n型Si基板。此處，如果使Si基板1002的主動區(qū)域的費米能級存在 于價電子帶中，且使氮化物半導(dǎo)體層1003的主動區(qū)域的費米能級存在于導(dǎo)帶中，則可 認(rèn)為處于縮退狀態(tài)，且可認(rèn)為尤其是處于縮退狀態(tài)時可使Vf較先前下降。此縮退狀態(tài) 較好的是Si基板完全縮退，更好的是Si基板與氮化物半導(dǎo)體層這兩者均縮退。而且可 推測，即便接合時費米能級在Si基板側(cè)不存在于價電子帶中，且在氮化物半導(dǎo)體層側(cè) 不存在于導(dǎo)帶中，但對于通過增加電場而形成與縮退情況相同的能帶構(gòu)造，也具有同樣 的效果。這樣，根據(jù)第l實施形態(tài)，對于使用Si作為基板的氮化物系半導(dǎo)體元件而言， 認(rèn)為可在電壓小于先前的情況下流過較大的電流，且可使正向電壓(Vf)低于先前。然 而，本實施形態(tài)的效果需通過實驗而確認(rèn)，此處的理論性說明僅為假說。此假說的理論 并不對本發(fā)明作任何限定。
以下將更詳細(xì)地說明本發(fā)明第1實施形態(tài)的氮化物系半導(dǎo)體元件1001。
Si基板1002的主動區(qū)域為p型或者其多數(shù)載體為空穴。
本發(fā)明并不限定Si基板1002的主動區(qū)域的空穴濃度，但較好的是，此空穴濃度為 約lxl018cm-3以上、約lxlO"cm—3以下，更好的是約1 xl019cnT3以上、約2xl02Qcm—3以下。
而且，本發(fā)明并不限定Si基板1002的主動區(qū)域的p型雜質(zhì)(硼或鋁等)的濃度， 但較好的是，此p型雜質(zhì)(硼或鋁等)的濃度為約lxlO"cm—s以上、約lxlO、m's以下， 更好的是約lxl019cnT3以上、約2xl021cm—3以下。
根據(jù)第i實施形態(tài)的Si基板1002，在其主動區(qū)域上產(chǎn)生有大量的空穴(hole), Si 基板1002的主動區(qū)域的費米能級存在于價電子帶中的更低電位處，可認(rèn)為Si基板1002 的主動區(qū)域的費米能級與n型氮化物半導(dǎo)體層1004的主動區(qū)域的費米能級一致。
而且可認(rèn)為，Si基板1002的主動區(qū)域與氮化物半導(dǎo)體層1003的主動區(qū)域之間的空 乏層也變薄。這樣，更多的電子從Si基板的價電子帶注入至n型氮化物半導(dǎo)體層1004 的導(dǎo)帶，對于使用Si作為基板的氮化物系半導(dǎo)體元件1001而言，可使正向電壓(Vf) 更低。
而且，本發(fā)明并不限定Si基板1002的主動區(qū)域的電阻率，此電阻率較好的是約為 0.05 Qcm以下，更好的是約為0.02 Qcm以下。這樣，對于氮化物系半導(dǎo)體元件1001
而言，可在電壓更小的情況下流過較大的電流，且可使正向電壓(Vf)更低。
另外，如下所述，在本發(fā)明中，可將整個Si基板1002設(shè)為主動區(qū)域，而且也可將 Si基板1002的一部分設(shè)為主動區(qū)域，所述主動區(qū)域是根據(jù)例如負(fù)電極的形成位置來適 當(dāng)選擇。而且，Si基板1002的主動區(qū)域的至少一部分取所述空穴濃度、p型雜質(zhì)濃度、 電阻率的值即可，無須使Si基板1002的整個主動區(qū)域取所述值。因此，在本發(fā)明中，
包含以下(1) (4)的所有情況
(1) 整個Si基板1002為主動區(qū)域，此主動區(qū)域全部取所述空穴濃度、p型雜質(zhì)濃 度、電阻率的值。
(2) 整個Si基板1002為主動區(qū)域，此主動區(qū)域的一部分取所述空穴濃度、p型雜 質(zhì)濃度、電阻率的值。
(3) Si基板1002的一部分為主動區(qū)域，此主動區(qū)域全部取所述空穴濃度、p型雜 質(zhì)濃度、電阻率的值。
(4) Si基板1002的一部為主動區(qū)域，此主動區(qū)域的一部分取所述空穴濃度、p型 雜質(zhì)濃度、電阻率的值。
而且，為了讓本發(fā)明容易理解，所述說明中列舉了最能發(fā)揮本發(fā)明效果的條件，即 便p型雜質(zhì)的種類、濃度或空穴濃度或者電阻率不同于所述情況時，也包含于本發(fā)明中， 且能夠獲得本發(fā)明的效果。另外，在所述內(nèi)容中，p型雜質(zhì)的種類、濃度或空穴濃度或 者電阻率所取的數(shù)值為「大約數(shù)值」，這意味著不僅理所當(dāng)然地包含p型雜質(zhì)的種類、 濃度或空穴濃度或者電阻率嚴(yán)格地取所述數(shù)值的情況，也包含不嚴(yán)格地取所述數(shù)值的情 況。
另外，如果Si基板1002的(111)面與氮化物半導(dǎo)體層1003的(0001)面鄰接， 則可將Si基板2與氮化物半導(dǎo)體層1003之間因晶格常數(shù)不一致而導(dǎo)致的位錯抑制到最 小程度。
另外，本發(fā)明并不限定雜質(zhì)濃度的測定方法，但雜質(zhì)濃度例如可利用二次離子質(zhì)量 分析法(SIMS， Secondary Ion Mass Spectrometry)來測定。 [氮化物半導(dǎo)體層1003]
(n型氮化物半導(dǎo)體層1004) n型氮化物半導(dǎo)體層1004例如可由以通式IneAlfGaN卜e-f (0^e、 0^f、 e+f蕓l) 表示的材料而構(gòu)成，并且可以是單層，也可以是多層，但為了獲得結(jié)晶缺陷少的氮化物 半導(dǎo)體層1003，較好的是GaN或者f值為0.2以下的AlfGa卜fN。而且，為了一方面防 止龜裂的產(chǎn)生， 一方面降低電阻值以使氮化物系半導(dǎo)體元件1的正向電壓(Vf)降低，n型氮化物半導(dǎo)體層1004的膜厚較好的是為0.1 pm以上、5 pm以下，由此可獲得Vf 較低的氮化物半導(dǎo)體元件。而且，n型氮化物半導(dǎo)體層1004的膜厚更好的是為0.3 pm 以上、lpm以下，使所述膜厚為0.3nm以上時，可獲得結(jié)晶性良好的氮化物半導(dǎo)體元 件構(gòu)造(至少n型氮化物半導(dǎo)體層及p型氮化物半導(dǎo)體層)，而且，使所述膜厚為lpm 以下時，氮化物半導(dǎo)體元件構(gòu)造難以產(chǎn)生龜裂，從而提高良品率。而且n型氮化物半導(dǎo) 體層中，最靠近Si基板的一側(cè)的層設(shè)為膜厚是10nm以上的層，因而可將電子從Si基 板較合適地注入到n型氮化物半導(dǎo)體層。從導(dǎo)電性及結(jié)晶性方面考慮，較好的是設(shè)置膜 厚為10 nm以上、300 nm以下的層，再在其上設(shè)置n側(cè)包覆層等其他層。而且較好的是， 最靠近該Si基板的一側(cè)的層為n型GaN層，這樣可將電子從Si基板最合適地注入到n 型氮化物半導(dǎo)體層中。
而且，當(dāng)具有在n型氮化物半導(dǎo)體層與p型氮化物半導(dǎo)體層之間設(shè)置活性層的雙異 質(zhì)接合的氮化物半導(dǎo)體元件構(gòu)造時，較好的是，在活性層側(cè)具有帶隙能量大于活性層的 n型氮化物半導(dǎo)體層以作為n側(cè)包覆層，從功能方面而言，可防止空穴從p型氮化物半 導(dǎo)體層側(cè)溢出以提高活性層的發(fā)光再結(jié)合的概率。
此外，當(dāng)設(shè)置多個n型氮化物半導(dǎo)體層時，在任一位置上，較好的是在較n側(cè)包覆 層更靠近Si基板側(cè)，也可設(shè)置將A1N與AlaGai—aN (0<a<l)反復(fù)層疊而成的多層膜、 或者將AlN與GaN反復(fù)層疊而成的多層膜等，并可在此層的作用下緩和應(yīng)力，從而可 獲得其上的結(jié)晶性良好的氮化物半導(dǎo)體層。
另外，為便于說明而作了省略，在Si基板1002與n型氮化物半導(dǎo)體層1004之間 具備緩沖層(未圖示)，從而可獲得結(jié)晶性良好的氮化物半導(dǎo)體元件構(gòu)造，因此較好。 作為緩沖層的材料，較好的是使用以AlaGai—aN (O^aSl)表示的氮化物半導(dǎo)體，更好 的是使用A1N。通過形成這些緩沖層，可緩和Si基板1002與n型氮化物半導(dǎo)體層1004 的晶格失配。此緩沖層的膜厚至少需薄于n型氮化物半導(dǎo)體層的最靠近Si基板一側(cè)的 層，較好的是0.25nm以上(1原子層以上)且不足10nm。將緩沖層的膜厚設(shè)為0.25nm 以上，可使緩沖層較好地發(fā)揮功能，而將緩沖層的膜厚設(shè)為不足10nm，可使Si基板與 n型氮化物半導(dǎo)體層之間獲得的電氣特性與不設(shè)置緩沖層時相同。即，通過在所述膜厚 的范圍內(nèi)設(shè)置緩沖層，可使其上的氮化物半導(dǎo)體層的結(jié)晶性良好，并且可獲得與不設(shè)置 緩沖層時相同的電氣特性，就其他方面而言，Si基板中的電子被實質(zhì)性地注入到n型氮 化物半導(dǎo)體層中。
本發(fā)明中，并不限定n型氮化物半導(dǎo)體層1004的電子濃度，但較好的是，n型氮化 物半導(dǎo)體層1004的主動區(qū)域的電子濃度為約1x10卩cii^以上、約lxlO"cn^以下，更
好的是約2xl0"crr^以上、約lxl(^cm^以下。而且，本發(fā)明并不限定n型氮化物半導(dǎo) 體層1004的n型雜質(zhì)濃度，但較好的是，n型氮化物半導(dǎo)體層1004的主動區(qū)域的n型 雜質(zhì)濃度為約lxl017cm-3以上、約lxl022cnr3以下，更好的是約2xl018cm-3以上、約 lxl021cm—3以下。這時可認(rèn)為，在11型氮化物半導(dǎo)體層1004的主動區(qū)域中產(chǎn)生大量電子， n型氮化物半導(dǎo)體層1004的主動區(qū)域的費米能級存在于導(dǎo)帶中。而且可認(rèn)為，Si基板 1002的主動區(qū)域與氮化物半導(dǎo)體層1003的主動區(qū)域之間的空乏層變薄。其結(jié)果使得更 多的電子從Si基板1002的價電子帶注入到n型氮化物半導(dǎo)體層1004的導(dǎo)帶中，從而 認(rèn)為可使正向電壓(Vf)更低。
而且，為了讓本發(fā)明容易理解，所述說明中列舉了最能發(fā)揮本發(fā)明效果的條件，即 便n型雜質(zhì)的種類、濃度或電子濃度不同于所述情況，也包含于本發(fā)明中，且可取得本 發(fā)明的效果。另外，在所述內(nèi)容中，n型雜質(zhì)的種類、濃度或電子濃度所取的數(shù)值為「大 約數(shù)值」，這意味著不僅理所當(dāng)然地包含n型雜質(zhì)的種類、濃度或電子濃度嚴(yán)格地取所 述數(shù)值的情況，也包含不嚴(yán)格地取所述數(shù)值的情況。 (活性層1005)
對于活性層5，可使用單一量子阱結(jié)構(gòu)或多重量子阱結(jié)構(gòu)，含有In及Ga的氮化物 半導(dǎo)體較好的是由InaGai—aN (0^a<l)所形成。在使用多重量子阱結(jié)構(gòu)時，活性層5 會具有障壁層及阱層，障壁層例如可設(shè)為非摻雜GaN，阱層例如可設(shè)為非摻雜 Ino.35Gao.65N。而且，活性層整體的膜厚并無特別限定，考慮到發(fā)光波長等，可調(diào)整障壁 層及阱層的各層疊數(shù)或?qū)盈B順序來設(shè)定活性層的各膜厚。 (p型氮化物半導(dǎo)體層1006)
p型氮化物半導(dǎo)體層1006至少具有AlxInyGai-x—yN (OSx、 OSy、 x+y<l)，即可
為單層，也可為多層，當(dāng)在n型氮化物半導(dǎo)體層與p型氮化物半導(dǎo)體層之間具有設(shè)置活 性層的雙異質(zhì)接合的氮化物半導(dǎo)體元件構(gòu)造時，以至少具有帶隙能量大于活性層的p型 氮化物半導(dǎo)體層作為p側(cè)包覆層即可，從功能方面而言，可至少具有防止電子從n型氮 化物半導(dǎo)體層側(cè)溢出以提高活性層上的發(fā)光再結(jié)合概率的層。
而且較好的是，從Si基板1002側(cè)依次具有p型包覆層(未圖示)及形成有正電極 的p型接觸層(未圖示)。
p型包覆層是多層膜構(gòu)造(超晶格構(gòu)造)或單一膜構(gòu)造。當(dāng)將p型包覆層設(shè)為超晶 格構(gòu)造時，可使結(jié)晶性良好，且可降低電阻率，因此可降低正向電壓(Vf)。作為對p 型包覆層摻雜的p型雜質(zhì)，可選擇Mg、 Zn、 Ca、 Be等元素周期表第IIA族、IIB族元 素，較好的是將Mg、 Ca等設(shè)為p型雜質(zhì)。而且，當(dāng)p型雜質(zhì)摻雜的p型包覆層是由包
含p型雜質(zhì)且由AltGai-tN (O^t^l)構(gòu)成的單一層所構(gòu)成時，發(fā)光輸出會稍有降低， 但靜電耐壓性可與超晶格的情況大致同等良好。
p型接觸層可使用以通式InrAlsGa卜r—SN (0^r<l、 0^s<l、 r+s<l)表示的氮化 物半導(dǎo)體而形成，但為了形成結(jié)晶性良好的層，較好的是三元混晶的氮化物半導(dǎo)體，更 好的是不含In、 Al的二元混晶的由GaN構(gòu)成的氮化物半導(dǎo)體。進(jìn)一步將p型接觸層設(shè) 為不含有In、 Al的二元混晶時，可使與正電極的歐姆接觸更為良好，因而可提高發(fā)光 效率。作為p型接觸層的p型雜質(zhì)，可使用與p型包覆層相同的各種p型雜質(zhì)，但較好 的是使用Mg。如果對p型接觸層摻雜的p型雜質(zhì)使用Mg，則可容易獲得作為氮化物半 導(dǎo)體層的p型特性，而且可容易形成歐姆接觸。
圖7是對本發(fā)明第1實施形態(tài)的氮化物系半導(dǎo)體元件(p型Si基板)的Vf與先前 氮化物系半導(dǎo)體元件(n型Si基板)的Vf進(jìn)行比較的圖。本實驗中的LED芯片尺寸為 lOOtimxlOOpm,約為目前一般LED面積的10分之1。
使電流為5 mA (50A/cm2)進(jìn)行實驗，并對Vf進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)，如圖7所示，先 前的氮化物系半導(dǎo)體元件(n型Si基板)的Vf為5.1V，而本發(fā)明第1實施形態(tài)的氮化 物系半導(dǎo)體元件(p型Si基板)的Vf為4.0V。因此，僅限于本實驗而言，本發(fā)明的第 1實施形態(tài)使Vf取得了 1.1 V的改善。
而且，如圖7所示，本發(fā)明第1實施形態(tài)的氮化物系半導(dǎo)體元件的上升電壓為3.2 V， 先前氮化物系半導(dǎo)體元件的上升電壓為4.2V。因此，僅限于本實驗而言，本發(fā)明的第l 實施形態(tài)使上升電壓取得了約1 V的改善。這樣，利用第1實施形態(tài)可獲得Vf低于先 前的氮化物半導(dǎo)體元件。而且，氮化物半導(dǎo)體層與Si基板的接合部上的I-V特性呈大致 線形，因而可獲得良好的歐姆特性。另外，此處所謂「大致線性j，意味著不僅理所當(dāng) 然地包含I-V特性嚴(yán)格地為線性的情況，而且也包含不嚴(yán)格地為線形的情況。
圖8是表示本發(fā)明第2實施形態(tài)的氮化物系半導(dǎo)體元件的圖。
如圖8所示，本發(fā)明第2實施形態(tài)的氮化物系半導(dǎo)體元件2100是在Si基板2010 上隔著Si層或Si區(qū)域2011而具有氮化物半導(dǎo)體層(層疊體)2140。氮化物半導(dǎo)體層 2140中包含n型氮化物半導(dǎo)體層2021、活性層2022及p型氮化物半導(dǎo)體層2023，其中 的n型氮化物半導(dǎo)體層2022與Si層或Si區(qū)域2011鄰接。在圖8的例中，Si基板2010b、 Si層或Si區(qū)域2011上的導(dǎo)電型為p型。
另外，在第2實施形態(tài)中，為了讓本發(fā)明容易理解，對氮化物半導(dǎo)體層(層疊體) 2140具有活性層2022的情況進(jìn)行了說明，但在本發(fā)明的半導(dǎo)體元件的發(fā)光元件中，氮 化物半導(dǎo)體層2140也可不具有活性層2022，此時，在n型氮化物半導(dǎo)體層2021與p
型氮化物半導(dǎo)體層2023的界面上，成為發(fā)光的發(fā)光區(qū)域。
在第2實施形態(tài)的氮化物系半導(dǎo)體元件中，將Si基板2010b、 Si層或Si區(qū)域2011 設(shè)為p型而非n型，但這樣對于使用Si作為基板的氮化物系半導(dǎo)體元件的具體是在 Si/GaN異種接合界面2020中，可使正向電壓(Vf)低于先前的n型Si基板或者Si層 或Si區(qū)域。此處，如果使Si基板2010b、 Si層或Si區(qū)域2011的主動區(qū)域的費米能級 存在于價電子帶中，且使氮化物半導(dǎo)體層2140的主動區(qū)域的費米能級存在于導(dǎo)帶中， 則可認(rèn)為處于縮退狀態(tài)，且可認(rèn)為尤其是處于縮退狀態(tài)時可使Vf較先前下降。此縮退 狀態(tài)較好的是Si基板完全縮退，更好的是Si基板與氮化物半導(dǎo)體層這兩者均縮退。而 且可推測，即便接合時費米能級在Si基板側(cè)存在于價電子帶中，而在氮化物半導(dǎo)體層 側(cè)存在于導(dǎo)帶中，但對于通過增加電場而形成與縮退情況相同的能帶構(gòu)造，也具有同樣 的效果。這樣，根據(jù)第2實施形態(tài)，對于使用Si作為基板且具有Si/GaN異種接合界面 的半導(dǎo)體元件而言，可在電壓小于先前的情況下流過較大的電流，且可使正向電壓(Vf) 低于先前。然而，本實施形態(tài)的效果需通過實驗而確認(rèn)，此處的理論性說明僅為假說。 此假說的理論并不對本發(fā)明作任何限定。
以下將更詳細(xì)地說明本發(fā)明第2實施形態(tài)的半導(dǎo)體元件2100。
Si基板2010上的半導(dǎo)體元件的構(gòu)造例如圖8、圖9的發(fā)光元件的例所示，由于是 電極構(gòu)造，因而可使用p型基板2010a、 n型基板2010b、非導(dǎo)電性基板2010c等具有導(dǎo) 電性或者一部分具有導(dǎo)電性的基板。
另外，如果使Si基板2010的(111)面與氮化物半導(dǎo)體層2140的(0001)面鄰接， 則可將Si基板10或Si層或者Si區(qū)域2011與氮化物半導(dǎo)體層2140之間因晶格常數(shù)不 一致而導(dǎo)致的位錯抑制到最小程度。
本發(fā)明的Si基板上的Si層2011或Si區(qū)域2011或者至少Si/GaN異種接合界面附 近或元件的第1導(dǎo)電型區(qū)域為p型，或者多數(shù)載體為空穴。此空穴濃度并無限定，但較 好的是，此空穴濃度為約lxl018cnT3以上、約lxlO"cm—3以下，更好的是約lxl019cm—3 以上、約2xl0"cn^以下。而且，此p型雜質(zhì)(硼或鋁等)的濃度并無限定，但較好的 是，此p型雜質(zhì)(硼或鋁等)的濃度為約lxlO"cn^以上、約lxl(Pcn^以下，更好的 是約lxl019cm'3以上、約2xl021cm—3以下。
在本發(fā)明中，為了將Si半導(dǎo)體，例如圖中(Si半導(dǎo)體)基板2010中的例如n型基 板2010a、 p型基板2010b、 Si (半導(dǎo)體)層/區(qū)域2011設(shè)為各導(dǎo)電型而進(jìn)行雜質(zhì)摻雜，
可以5B族作為n型雜質(zhì)，具體而言可列舉P(磷)、As (砷)、Sb (銻)，并且可以3B 族作為p型雜質(zhì)，具體而言可列舉B (硼)、Al、 Ga、 Ti等，較好的是B。 [Si層2011的形成]
以下，使用圖10 圖12來說明本發(fā)明的Si層/區(qū)域2011的形成，各圖的(b_2)、 (c_2)、 (d — 2)分別對應(yīng)于各層/區(qū)域的截面圖中的(b—l)、 (c一1)、 (d—l)并示意 性地表示n型(左側(cè))、p型(右側(cè))雜質(zhì)量，但此僅表示一例，所述雜質(zhì)分布并不限定 于和截面圖的對應(yīng)關(guān)系，可采取各種分布。
本發(fā)明中，為了在Si基板2010上形成Si半導(dǎo)體層，可使用先前已知的方法，例如 有機(jī)金屬氣相成長法(MOVPE)、熱CVD法等。以下對有機(jī)金屬氣相成長法進(jìn)行描述， 但本發(fā)明并不限定于此，也可利用濺鍍等物理蒸鍍法、(熱)CVD和MBE等化學(xué)蒸鍍 法等各種方法來形成層。如上所述，本發(fā)明之一形態(tài)的Si半導(dǎo)體層2011的形成是Si 基板上的同種材料的結(jié)晶成長，即同質(zhì)外延成長。由此可形成厚膜層，提高結(jié)晶性，并 可通過結(jié)晶性的提高來實現(xiàn)更高摻雜。
以下利用圖12進(jìn)行具體說明。在Si基板2030上使Si半導(dǎo)體結(jié)晶成長(圖12(a))， 形成Si層2031,此時摻雜所需的雜質(zhì)，具體而言摻雜p型雜質(zhì)，使Si層表面?zhèn)刃纬蔀?高濃度的雜質(zhì)層(圖12(b))，接著，層疊第1導(dǎo)電型區(qū)域的氮化物半導(dǎo)體層2091、 2092 等，以作為氮化物半導(dǎo)體的層疊構(gòu)造2140 (圖12 (c))。
在Si層成長時，雜質(zhì)分布可以是如圖12 (b — 2)的所示的使層2031內(nèi)的濃度大致 均勻的分布(分布2060)，也可以是如圖12 (b—l)所示的分布2070，此分布2070是 在層的中途使?jié)舛茸兓纬蓾舛炔煌?個層2031a、 2031b，并使表層側(cè)2031b的濃 度高于深層側(cè)2031a。即，通過任意變更層成長時的摻雜量，可形成所需的雜質(zhì)分布。 尤其如分布2070所示，以使表面?zhèn)?031b的濃度高于基板背面?zhèn)?氮化物半導(dǎo)體的與 設(shè)有層疊構(gòu)造2140的面相對的面?zhèn)?區(qū)域2031a的方式進(jìn)行摻雜，由此可在成長的最 初階段提高結(jié)晶性，并在結(jié)晶成長的最后階段，即在表面附近進(jìn)行高濃度摻雜，以使 Si/GaN接合部的電荷移動順利。
此時，對于除Si/GaN異種接合部附近以外的區(qū)域例如區(qū)域2031a的摻雜量而言， 如圖9A所示，當(dāng)Si層2011的表面?zhèn)?011b為主動區(qū)域，即第1導(dǎo)電型區(qū)域2110的深 層側(cè)2011a并非主動區(qū)域時，在元件構(gòu)造的情況下，可無添加地形成所述區(qū)域，也可摻 雜逆導(dǎo)電型的雜質(zhì)。此時較好的是，在成長的最初階段，為了發(fā)揮改善結(jié)晶、提高結(jié)晶 性的作用，較好的是雜質(zhì)量盡可能低，最好是無添加。
而且，在形成氮化物半導(dǎo)體的層疊構(gòu)造2140時的熱的作用下，根據(jù)Si層形成時的
分布2060 (2070)(圖12 (b—2))，通過熱擴(kuò)散而形成層疊構(gòu)造2140，其后如圖12 (c 一2)所示，雜質(zhì)向深層側(cè)，即低濃度區(qū)域側(cè)擴(kuò)散，使得Si層2031的表層側(cè)的濃度也 下降。由此，當(dāng)使所述表層側(cè)2031b、深層側(cè)2031a之間設(shè)有較大的雜質(zhì)濃度差時，擴(kuò)
散性也有提高的傾向，因而可將Si層膜厚內(nèi)的平均濃度設(shè)定得較高，或者使高濃度表 層區(qū)域具有一定程度的膜厚。
Si層膜厚較好的是，整體膜厚在O.l pm以上、10nm以下的范圍內(nèi)，如果膜厚不足 0.1 nm，則在雜質(zhì)擴(kuò)散尤其是形成層疊構(gòu)造2140之后難以控制，如果膜厚超過10pm， 則會導(dǎo)致Si層的結(jié)晶性惡化。較好的是整體膜厚在0.2nm以上、lpm以下的范圍內(nèi)， 這樣可在適當(dāng)?shù)慕Y(jié)晶性下控制雜質(zhì)擴(kuò)散，從而可形成良好的元件構(gòu)造，尤其是可形成第 l導(dǎo)電型區(qū)域。具體而言，形成具有一定程度膜厚的表面?zhèn)?011b區(qū)域后，可接著補(bǔ)償 形成層疊構(gòu)造2140時的熱擴(kuò)散，并通過將高濃度區(qū)域設(shè)置得較深，而將表面區(qū)域2011b 的濃度梯度抑制得較低，因此在元件形成后，適當(dāng)高濃度的Si層2011尤其是表面?zhèn)?2011a也可得到保持。特別是該膜厚范圍成為表面?zhèn)萐i層2011b的高濃度層形成時的適 當(dāng)?shù)哪ず穹秶?。而且，如下所述，?dāng)在Si基板及/或Si層/區(qū)域的Si半導(dǎo)體上設(shè)置其他 元件構(gòu)造(集成電路)時，將Si層的膜厚設(shè)為5nm以上、10pm以下的范圍內(nèi)，這樣 會使各導(dǎo)電型的劃分及邊界部的p、 n雜質(zhì)(導(dǎo)電型)分布具有急劇變化的傾向。
而且，Si層的雜質(zhì)濃度較好的是在lxlO"/cn^以上、"1022/(^3以下的范圍內(nèi)，更 好的是在1><1019/ 113以上、2xl(P的范圍內(nèi)，如果雜質(zhì)濃度較高，則結(jié)晶性惡化現(xiàn)象會 嚴(yán)重，GaN系半導(dǎo)體成長將變得困難，若雜質(zhì)濃度較低，則如上所述，在Si/GaN異種 接合時具有電荷移動的障壁變大的傾向。尤其好的是將表層側(cè)llb的濃度設(shè)為所述范圍內(nèi)。
對于以上的膜厚及雜質(zhì)濃度，以下的Si區(qū)域也可同樣適用。 [Si區(qū)域2011的形成]
本發(fā)明中，在原始Si基板2030上形成Si區(qū)域，可使用Si半導(dǎo)體技術(shù)中先前已知 的方法，例如有離子注入、雜質(zhì)熱擴(kuò)散(熱處理爐、電磁波照射，例如激光退火、燈退 火)，尤其對于雜質(zhì)擴(kuò)散而言，使用以下說明的氣相擴(kuò)散、固相擴(kuò)散中的任一個，最好 是使用氣相擴(kuò)散。與形成Si層相比而言有利的是，在原始基板2030上形成Si區(qū)域時容 易形成局部區(qū)域。具體而言，為了局部形成所述Si層2031，可利用從被局部包覆的區(qū) 域的露出部選擇性地成長的選擇成長法或者成長后的蝕刻、加工，以使所述Si層2031 成為局部性的層，但這樣會增加工時，而且會根據(jù)層的有無而產(chǎn)生表面凹凸，從而導(dǎo)致 難以進(jìn)行接下來的GaN系半導(dǎo)體的結(jié)晶成長，因此不佳。另一方面，Si區(qū)域的形成是
在基板內(nèi)進(jìn)行的，為了將基板面大致維持原始狀態(tài)，可使接下來的GaN系半導(dǎo)體的結(jié) 晶成長與基板上的成長大致相同。S卩，可形成各種元件構(gòu)造，而局部的Si區(qū)域幾乎不 會影響GaN系半導(dǎo)體的結(jié)晶成長。 (氣相雜質(zhì)擴(kuò)散)
在本發(fā)明中，作為氣相的雜質(zhì)擴(kuò)散，其基本構(gòu)成為，在熱處理下，將氣相雜質(zhì)源， 具體而言是將p型雜質(zhì)源氣體供給到Si基板2040，從而在Si基板2040上形成所需的 Si區(qū)域2041。氣相雜質(zhì)源的原料并無特別限定，可為雜質(zhì)元素的金屬或其化合物，例 如為B (硼)，其氫化物具體而言可列舉氫化硼化合物或有機(jī)金屬等，并且使用以上物
質(zhì)的氣相狀態(tài)(所述鹵化物、有機(jī)金屬氣體等)。較好的是可列舉氫化物B2H6。
使用圖10來具體說明。將雜質(zhì)源氣體2045供給到Si基板2040的表面后，雜質(zhì)被 吸附而形成堆積物2046，并從該堆積物2046擴(kuò)散，或者直接向表面擴(kuò)散，例如與雜質(zhì) 的吸附幾乎同時向基板2040內(nèi)部擴(kuò)散，通過以上任一者或兩者，使雜質(zhì)向基板內(nèi)擴(kuò)散 而形成擴(kuò)散區(qū)域2041等(圖10 (a))。接著，停止供給雜質(zhì)源，進(jìn)一步進(jìn)行熱處理，引 起雜質(zhì)從堆積物2046擴(kuò)散(圖10 (b))，從而形成作為Si區(qū)域2011的擴(kuò)散區(qū)域2041 (圖10 (c))。接著，使第1導(dǎo)電型區(qū)域2110的氮化物半導(dǎo)體，具體而言使n型氮化物 半導(dǎo)體層2093、 2094等層疊為氮化物半導(dǎo)體的層疊構(gòu)造2140 (圖10 (d))。此處是將 雜質(zhì)源氣體供給及供給停止?fàn)顟B(tài)下的熱處理分開進(jìn)行了說明，但只要所述供給狀態(tài)下的 雜質(zhì)擴(kuò)散充分，則可省略供給停止?fàn)顟B(tài)下的熱處理，另一方面，當(dāng)在雜質(zhì)源氣體供給狀 態(tài)下無充分的雜質(zhì)擴(kuò)散時，例如當(dāng)供給雜質(zhì)源時不滿足擴(kuò)散所需的充足的溫度時，則必 須進(jìn)行供給停止?fàn)顟B(tài)下的熱處理，在本發(fā)明中，可選擇任何一個適合反應(yīng)條件的方法。 而且，雜質(zhì)源氣體供給及供給停止?fàn)顟B(tài)下的熱處理可采用以下方法根據(jù)該步驟的條件， 例如當(dāng)堆積物2046的堆積速度變大時，反復(fù)進(jìn)行雜質(zhì)源氣體的供給與停止操作，通過 其中任一個或者兩個步驟的熱處理使雜質(zhì)熱擴(kuò)散。
在以上說明中，堆積物依賴于雜質(zhì)源氣體的材料、供給條件，尤其依賴于溫度，在 低溫時，可形成堆積物，在高溫時，在堆積物變大之前，會依次引起吸附、內(nèi)部擴(kuò)散， 因而可在氣體供給時不堆積而是形成擴(kuò)散區(qū)域。而且，另一方面，在暫時形成堆積物的 條件下，可期待在基板表面?zhèn)冗M(jìn)行高濃度摻雜。較好的是，當(dāng)形成堆積物時，如實施例 所示，將有機(jī)金屬化合物用于雜質(zhì)源氣體，而當(dāng)不形成堆積物時，將氫化物(BzH6等) 用于雜質(zhì)源氣體。
在以上說明中，省略了去除堆積物2046的說明，為了去除堆積物，也可從氣相反 應(yīng)環(huán)境例如反應(yīng)爐中取出后，利用適當(dāng)?shù)娜コ椒?，例如利用化學(xué)蝕刻液等去除堆積物，
如上所述，當(dāng)在雜質(zhì)源氣體供給時的環(huán)境、供給停止?fàn)顟B(tài)下的熱處理環(huán)境下，雜質(zhì)源材 料(堆積物2046)因在雜質(zhì)源或載體、環(huán)境氣體中溶解、再吸附、化學(xué)反應(yīng)等而釋放到
環(huán)境中時，可由此而在雜質(zhì)堆積時、擴(kuò)散時及擴(kuò)散后去除堆積物。在擴(kuò)散后，可利用蝕 刻性氣體取代環(huán)境氣體而去除堆積物。
以下將例示本實施例中所說明的MOVPE，對本發(fā)明的氣相熱擴(kuò)散進(jìn)行詳細(xì)描述。 如圖10 (a)所示，將作為雜質(zhì)源氣體2045的TEB (三乙硼)及作為載體氣體(環(huán) 境氣體)的氫氣(H2)供給到反應(yīng)爐內(nèi)的Si基板2040上，使硼或硼化合物等被吸附到 所述Si基板的表面，其中一部分成為堆積物2046， 一部分則在供給狀態(tài)下擴(kuò)散成為擴(kuò) 散區(qū)域2041。另外，停止供給雜質(zhì)源氣體，利用反應(yīng)爐內(nèi)的熱處理引起熱擴(kuò)散(圖10 (b—l))，最終形成作為Si區(qū)域2011的擴(kuò)散區(qū)域2042。此時，為了避免在雜質(zhì)源氣體 供給及停止供給時的反應(yīng)中因與Si基板2040的Si的化學(xué)反應(yīng)而形成表面部的變質(zhì)層， 基板上的Si不發(fā)生反應(yīng)的環(huán)境較理想，較好的是Ar等單原子氣體環(huán)境、氫氣等還原環(huán) 境，具體而言較好的是氫氣環(huán)境。就供給停止時對熱處理環(huán)境的控制而言，多數(shù)情況下 堆積物不會充分包覆基板表面，這是由于可能成為多孔質(zhì)狀等表面局部露出的狀態(tài)，當(dāng) 堆積物作為充分致密的膜而包覆基板表面以使Si基板不會暴露在環(huán)境中時，并不限于 所述環(huán)境，也可為擴(kuò)散性良好的環(huán)境。例如圖10 (b—2)、圖10 (c — 2)的分布2061 一2062、 2071 — 2072所示，擴(kuò)散區(qū)域2041 (2042)從表層側(cè)2041b (2042b)開始擴(kuò)散， 深層側(cè)2041a (2042a)依賴于從表層側(cè)開始的擴(kuò)散，因此，表面?zhèn)葏^(qū)域2041b (2042b) 的濃度高于深層側(cè)，表面附近形成為濃度最高的雜質(zhì)區(qū)域。此分布在Si/GaN異種接合 部可較好地發(fā)揮功能。
而且，與所述Si層的形成相同，在形成氮化物半導(dǎo)體的層疊構(gòu)造2140時，Si擴(kuò)散 區(qū)域2042經(jīng)熱擴(kuò)散而形成最終的Si區(qū)域2042'，因此形成Si擴(kuò)散區(qū)域2042時必須考慮 到所述熱擴(kuò)散。
作為本發(fā)明中用于氣相擴(kuò)散的p型雜質(zhì)源氣體的材料，除了 TEB以外，還可列舉 B2H6 (乙硼烷)、TMB (三甲硼)等。當(dāng)為氫化物(例如乙硼烷)時，熱CVD法成為較 好的氣相擴(kuò)散方法。 (固相雜質(zhì)擴(kuò)散)
如圖11所示，作為本發(fā)明的雜質(zhì)擴(kuò)散的第2方法，是在Si基板2050的表面形成 作為雜質(zhì)源的構(gòu)件，并進(jìn)行熱處理，以使雜質(zhì)擴(kuò)散到基板2050內(nèi)，在基板2050上形成 擴(kuò)散區(qū)域2053。此時，將雜質(zhì)源構(gòu)件2051去除，并進(jìn)行接下來的步驟，形成氮化物半 導(dǎo)體的層疊構(gòu)造2140。
上述固相雜質(zhì)擴(kuò)散可使用Si半導(dǎo)體技術(shù)中先前己知的方法，具體而言，利用添加 (摻雜)有p型雜質(zhì)的材料，形成p型雜質(zhì)元素的化合物等的被覆膜51，并在熱處理環(huán) 境下進(jìn)行熱擴(kuò)散。熱處理溫度及環(huán)境與所述氣相雜質(zhì)擴(kuò)散時相同，依賴于所述材料及其 膜質(zhì)等。具體例為，當(dāng)為硼硅酸鹽玻璃(BSG)時，在氧化環(huán)境下[]XM溫度例或 溫度范圍}下進(jìn)行熱處理，形成熱擴(kuò)散區(qū)域。雜質(zhì)分布與所述氣相擴(kuò)散時相同，表層側(cè) 2053b的濃度高于深層側(cè)2053a，尤其在表面附近的濃度最大，并且通過接下來的形成 氮化物半導(dǎo)體的層疊構(gòu)造2140的步驟，使該雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域2053進(jìn)一步熱擴(kuò)散，最終形 成作為Si區(qū)域2011的擴(kuò)散區(qū)域53。
作為本發(fā)明中用于固相擴(kuò)散的p型雜質(zhì)源的膜材料，具有摻雜有硼的材料、硼化合 物等，具體而言，前者可列舉BSG，后者可列舉HBCb等。 (Si/GaN異種接合部)
較好的是，用來提供使氮化物半導(dǎo)體層2021 2023成長的表面的異種接合部2020 的表面上的Si層/區(qū)域(基板表面)2011，可提供適合于氮化物半導(dǎo)體成長的結(jié)晶表面。
圖14是為了讓人理解本發(fā)明的接合部2020而對元件進(jìn)行Vf測定的實驗，此元件 是在Si基板上設(shè)置n型層、活性層、p型層的氮化物系半導(dǎo)體發(fā)光元件，并能夠?qū)⒒?制作為p型Si基板、n型Si基板。圖14是對p型Si基板，即p-Si基板/n型GaN系半 導(dǎo)體層/活性層/p型GaN系半導(dǎo)體層的層疊構(gòu)造的Vf，與先前的氮化物系半導(dǎo)體元件(n 型Si基板，即n-Si基板/n型GaN系半導(dǎo)體層/活性層/p型GaN系半導(dǎo)體層的層疊構(gòu)造) 的Vf進(jìn)行比較的圖。本實驗中的LED芯片尺寸為100pmxl00pm，約為目前一般LED (□300 pm)面積的10分之1。
使電流為5 mA (50 A/cm2)進(jìn)行實驗，并對Vf進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)，如圖13所示， 先前的氮化物系半導(dǎo)體元件(n型Si基板)的Vf為5.1 V，而本發(fā)明之一形態(tài)的氮化物 系半導(dǎo)體元件(p型Si基板)的Vf為4.0V。因此，僅限于本實驗而言，本發(fā)明之一形 態(tài)的p型Si基板的Vf取得了 1.1 V改善，g卩，可知在具有本發(fā)明之部分結(jié)構(gòu)的p型Si/GaN 的異種接合的元件中，異種接合部的Vf會降低。
而且，如圖14所示，上升電壓在本發(fā)明之一形態(tài)的p型Si基板的氮化物系半導(dǎo)體 元件中為3.2V，在先前的氮化物系半導(dǎo)體元件中為4.2V。因此，僅限于本實驗而言， 本發(fā)明之一形態(tài)的p型Si基板的Vf取得了 1 V的改善，B卩，可知在具有本發(fā)明之部分 結(jié)構(gòu)的p型Si/GaN的異種接合的元件中，異種接合部的Vf會降低。
這樣，利用本實驗而可獲得Vf低于先前的氮化物半導(dǎo)體元件。而且，氮化物半導(dǎo)
體層與Si層/區(qū)域2011的接合部上的I-V特性呈大致線形，因而可獲得良好的歐姆特性。 另外，此處所謂「大致線形」，意味著不僅理所當(dāng)然地包含I-V特性嚴(yán)格地為線性的情 況，而且也包含不嚴(yán)格地為線形的情況。
(Si側(cè)接合部2020附近區(qū)域、第1導(dǎo)電型區(qū)域2110)
如上所說明，在本發(fā)明的Si/GaN異種接合部2020上，較好的是，在該接合部附近， Si半導(dǎo)體側(cè)含有p型雜質(zhì)或者為p型層/區(qū)域，氮化物半導(dǎo)體側(cè)含有n型雜質(zhì)或者為n 型氮化物半導(dǎo)體層(區(qū)域)。
本發(fā)明的元件構(gòu)造之一實施形態(tài)中，至少具有第l導(dǎo)電型區(qū)域，由此形成在該第l 導(dǎo)電型區(qū)域上具有Si/GaN異種接合部的構(gòu)造。也可以是在第1導(dǎo)電型區(qū)域上附加有與 此不同的導(dǎo)電型的第2導(dǎo)電型區(qū)域的元件構(gòu)造。具體而言，如圖8、圖9所示，是具有 第1導(dǎo)電型區(qū)域2110 (n型氮化物半導(dǎo)體)及其上的第2導(dǎo)電型區(qū)域2120 (p型氮化物 半導(dǎo)體)的構(gòu)造。就其他方面而言，在異種接合部2020的上方設(shè)置氮化物半導(dǎo)體的層 疊構(gòu)造2140，將異種接合部側(cè)的氮化物半導(dǎo)體2021分配到第1導(dǎo)電型區(qū)域的一部分中， 與異種接合部側(cè)的Si層/區(qū)域2011形成第1導(dǎo)電型區(qū)域。
這樣，當(dāng)在元件構(gòu)造中設(shè)置具有異種接合部2020的第1導(dǎo)電型區(qū)域時，如圖10 圖12的雜質(zhì)分布圖(c一l)、 (d—l)所示，氮化物半導(dǎo)體的n型雜質(zhì)的分布可采用各 種形態(tài)，但其基本的結(jié)構(gòu)為，在靠近異種接合部2020的附近區(qū)域為高濃度，在遠(yuǎn)離異 種接合部2020的區(qū)域為低濃度。當(dāng)由所述高濃度的n型氮化物半導(dǎo)體形成異種接合部 時，該異種接合界面上的電荷移動情況良好，而另一方面，高濃度摻雜及從異種表面開 始的GaN系半導(dǎo)體成長會導(dǎo)致結(jié)晶性惡化，因此重要的是，使異種接合部附近區(qū)域上 方的氮化物半導(dǎo)體的層疊構(gòu)造2140區(qū)域為低濃度，以使結(jié)晶性改善、提高。這是因為， 尤其是活性層、第2導(dǎo)電型區(qū)域等元件構(gòu)造的其他導(dǎo)電型區(qū)域、主動區(qū)域，特別對于發(fā) 光元件而言，成為發(fā)光再結(jié)合區(qū)域的活性層的結(jié)晶性是決定元件特性的重要因素。而且， 在圖12 (d — 2)所示的n型雜質(zhì)分布2080的情況下，具有附近部的高濃度區(qū)域及濃度 低于此的低濃度區(qū)域，該低濃度區(qū)域內(nèi)的濃度分布表示一例，但考慮到導(dǎo)電性、元件正 向電壓的上升等情況時，表示以局部高濃度的方式進(jìn)行摻雜的形態(tài)。此時較好的是，形 成濃度至少高于膜厚內(nèi)的平均濃度的高濃度附近部。 (Si半導(dǎo)體區(qū)域)
在本發(fā)明的元件構(gòu)造中，如圖8、圖9所示，Si層/區(qū)域11可用于各種功能，尤其 是在電荷的移動方向上。如果進(jìn)行分類，則如圖8、圖9B所示，可分為如下構(gòu)造Si 層/區(qū)域2011及Si基板2010或者Si基板2010的一部分區(qū)域及圖9B的虛線部2130、
2140所示的區(qū)域均為主動區(qū)域，即設(shè)置在第1導(dǎo)電型區(qū)域內(nèi)的形態(tài)；如圖9A所示，Si
層/區(qū)域2011或者其一部分區(qū)域，例如氮化物半導(dǎo)體的層疊構(gòu)造2140側(cè)的表層側(cè)區(qū)域 2011a為主動區(qū)域，即設(shè)置在第1導(dǎo)電型區(qū)域內(nèi)的形態(tài)。
當(dāng)為后者時，主動區(qū)域外的一部分Si層/區(qū)域2011b (深層側(cè))及/或Si基板的導(dǎo)電 性或?qū)щ娦筒o特別限定，例如圖9A的基板IO所示，可為p型2010a、 n型2010b、 非導(dǎo)電性或i型2010c中的任一個。作為Si半導(dǎo)體區(qū)域的具體濃度分布，如圖10 圖 12的分布圖(b—2)、 (c一2)、 (d—2)所示，可在與Si層/區(qū)域2011具有相同導(dǎo)電型的 基板的濃度分布2060、 2070 (圖12)、 2062 (圖12)的例中觀察到，如果原始Si基板 2030、 2040含有p型雜質(zhì)或者為p型基板，則在Si層/區(qū)域2011形成時及形成后的熱 擴(kuò)散中，擴(kuò)散的雜質(zhì)具有一定程度的濃度，因此擴(kuò)散性降低，可使Si層/區(qū)域2011保持 為高濃度。即，可實現(xiàn)p型Si基板的高濃度化，從而大大有助于良好的Si/GaN異種接 合部。
另一方面，當(dāng)使前者的導(dǎo)電性例如設(shè)為逆導(dǎo)電型、非導(dǎo)電性時，如圖10 圖12的 濃度分布2072 (圖10中非導(dǎo)電性)、2065 (圖11中逆導(dǎo)電型的n型基板)中所觀察到， 形成在基板深度方向上Si層/區(qū)域2011的p型雜質(zhì)分布呈現(xiàn)急劇變化的基板及Si層/區(qū) 域2011。作為利用所述濃度分布急劇變化的元件，可使用基板背面?zhèn)扰c元件構(gòu)造2140 側(cè)的絕緣性得到提高的元件，例如將其安裝面作為基板背面?zhèn)炔⑹拱惭b面與元件絕緣的 形態(tài)較為有利。而且，如圖9A所示，在Si層/區(qū)域2011中，當(dāng)元件構(gòu)造為電荷向橫方 向移動的移動區(qū)域時，可較好地控制電荷移動區(qū)域甚至主動區(qū)域的深度。而且，由于可 在Si基板2010與Si層/區(qū)域2011的Si半導(dǎo)體內(nèi)形成p型、n型區(qū)域，因此如在先前例 中所觀察，也可形成利用Si半導(dǎo)體的各種元件來形成電路構(gòu)造。另一方面，如果使用 非導(dǎo)電性的Si基板，即濃度(無論導(dǎo)電型如何，作為Si中的雜質(zhì)濃度)低于Si層/區(qū) 域ll，且較好為無添加的Si基板，則在其上的Si層成長、Si區(qū)域的形成過程中，基板 的雜質(zhì)量較小，因此可提高結(jié)晶性。 (第2導(dǎo)電型區(qū)域)
作為第2導(dǎo)電型區(qū)域，主要由導(dǎo)電型與第l導(dǎo)電型區(qū)域不同的氮化物半導(dǎo)體所形成， 具體而言形成為p型區(qū)域。
對于以上說明的第1導(dǎo)電型區(qū)域、第2導(dǎo)電型區(qū)域并無限制，也可在層疊構(gòu)造2140 內(nèi)或者其外部附加設(shè)置其他導(dǎo)電型區(qū)域，例如將先前例中觀察到的使穿隧接合部設(shè)置在 氮化物半導(dǎo)體的層疊構(gòu)造2140內(nèi)的構(gòu)造等。
以圖8、圖9所示的發(fā)光元件構(gòu)造為例來具體說明以下各半導(dǎo)體層。 (n型氮化物半導(dǎo)體層2021)
n型氮化物半導(dǎo)體層2021例如可為單層，也可為多層，但為了獲得結(jié)晶缺陷較少的 氮化物半導(dǎo)體層2021，較好的是GaN或混晶比f為0.2以下的AlfGa卜fN。而且，對于 n型氮化物半導(dǎo)體層2021的膜厚而言，考慮到結(jié)晶性，尤其考慮到因Si基板上的異種 基板成長而引起的龜裂產(chǎn)生、電阻值、元件的正向電壓(Vf)，較好的是將所述膜厚設(shè) 為0.1 nm以上、5nm以下，由此可獲得Vf較低的氮化物半導(dǎo)體元件。而且更好的是設(shè) 為0.3 pm以上、1 pm以下，將所述膜厚設(shè)為0.3 pm以上時，n型層2021的結(jié)晶性良好， 從而可獲得其上的活性層2022、 p型層2023，另外，將所述膜厚設(shè)為1 pm以下時，氮 化物半導(dǎo)體元件構(gòu)造中難以產(chǎn)生龜裂，從而提高良品率。通過在n型層中設(shè)置n側(cè)包覆 層的載體密閉等各種元件功能層等層，可提高發(fā)光元件特性，因而較理想，但較好的是 在該層與基板或者層/區(qū)域2011之間設(shè)置緩沖層、基底層，較好的是，將結(jié)晶成長得較 厚且可適當(dāng)提高結(jié)晶性的GaN層的一部分作為周期構(gòu)造的一部分而設(shè)置基底層，這樣 可將電子從Si基板最合適地注入到n型氮化物半導(dǎo)體層中。
而且，當(dāng)在n型層與p型層之間具有設(shè)置活性層的雙異質(zhì)接合的氮化物半導(dǎo)體元件 構(gòu)造時，較好的是，在n型層2022中的活性層側(cè)具有帶隙能量大于活性層的層，以作 為n側(cè)包覆層。
更好的是，如果設(shè)置使A1N及AlaGai-aN (OSa<l)反復(fù)層疊而成的多層膜來作為 較n側(cè)包覆層更偏向Si基板側(cè)的基底層，則可緩和因Si與GaN系半導(dǎo)體的晶格常數(shù)差、 成長步驟中的熱膨脹系數(shù)差等引起的應(yīng)力，因而可獲得其上的結(jié)晶性良好的氮化物半導(dǎo)體層。
另外，在Si層/區(qū)域20U的表面即GaN系半導(dǎo)體的成長初期具備緩沖層(未圖示) 時，可緩和Si/GaN異種間的晶格失配而使結(jié)晶性良好。其組成較好的是使用AlaGanN (OSaSl)，更好的是使用A1N。其膜厚較好的是設(shè)為0.25 nm以上(l原子層以上) 且不足10nm。將所述膜厚設(shè)為0.25 nm以上時，可作為緩沖層而適合地發(fā)揮功能，將 所述膜厚設(shè)為不足10 nm時，可將Si基板與n型氮化物半導(dǎo)體層之間的電氣特性維持 為與無緩沖層的元件相同。
當(dāng)p型層設(shè)置在基板側(cè)時，所述緩沖層、基底層被設(shè)置在p型層中。 本發(fā)明的n型氮化物半導(dǎo)體層2021，尤其是p型Sill的Si/GaN接合部2020附近 的n型層的電子濃度較好的是設(shè)為約2x1018 crn^以上、約lxlOM cnT3以下。此時，雜 質(zhì)濃度較好的是設(shè)為約2xl018 crr^以上、約lxl021 cn^以下。這時可認(rèn)為，在n型氮
化物半導(dǎo)體層2021，尤其是在p型Si20U的Si/GaN接合部2020附近產(chǎn)生大量電子，n 型氮化物半導(dǎo)體層2021的主動區(qū)域的費米能級存在于導(dǎo)帶中。而且可認(rèn)為，Si層/區(qū)域 2011的主動區(qū)域與氮化物半導(dǎo)體層2021的主動區(qū)域之間的空乏層變薄。其結(jié)果使得更 多的電子從Si層/區(qū)域2011的價電子帶注入到n型氮化物半導(dǎo)體層2021的導(dǎo)帶中，從 而認(rèn)為可使正向電壓(Vf)更低。 (活性層2022)
對于活性層2022，可使用單一量子阱結(jié)構(gòu)或多重量子阱結(jié)構(gòu)，含有In及Ga的氮化 物半導(dǎo)體較好的是由InaGai-aN (OSa<l)所形成。在使用多重量子阱結(jié)構(gòu)時，活性層 5會具有障壁層及阱層，障壁層例如可設(shè)為非摻雜GaN，阱層例如可設(shè)為非摻雜 Ino.35GaQ.65N。而且，活性層整體的膜厚并無特別限定，考慮到發(fā)光波長等，可調(diào)整障壁 層及阱層的各層疊數(shù)或?qū)盈B順序來設(shè)定活性層的各膜厚。 (p型氮化物半導(dǎo)體層2023)
p型氮化物半導(dǎo)體層2023可為單層，也可為多層，當(dāng)在n型氮化物半導(dǎo)體層與p 型氮化物半導(dǎo)體層之間具有設(shè)置活性層的雙異質(zhì)接合的氮化物半導(dǎo)體元件構(gòu)造時，以至 少具有帶隙能量大于活性層的p型層作為p側(cè)包覆層即可，從功能方面而言，可至少具 有防止電子從n型氮化物半導(dǎo)體層側(cè)溢出以提高活性層上的發(fā)光再結(jié)合概率的層。
而且較好的是，從Si基板2010側(cè)依次具有p型包覆層(未圖示)及形成有正電極 的p型接觸層(未圖示)。
p型包覆層是多層膜構(gòu)造(超晶格構(gòu)造)或單一膜構(gòu)造。當(dāng)將p型包覆層設(shè)為超晶 格構(gòu)造時，可使結(jié)晶性良好，且可降低電阻率，因此可降低正向電壓(Vf)。作為對p 型包覆層摻雜的p型雜質(zhì)，可選擇Mg、 Zn、 Ca、 Be等元素周期表第IIA族、IIB族元 素，較好的是將Mg、 Ca等設(shè)為p型雜質(zhì)。而且，當(dāng)p型雜質(zhì)摻雜的p型包覆層是由包 含p型雜質(zhì)且由AltGa卜tN (OSt^l)構(gòu)成的單一層所構(gòu)成時，發(fā)光輸出會稍有降低， 但靜電耐壓性可與超晶格的情況大致同等良好。
p型接觸層的組成較好的是三元混晶的氮化物半導(dǎo)體，更好的是不含In、 Al的二元 混晶的由GaN構(gòu)成的氮化物半導(dǎo)體。進(jìn)一步將p型接觸層設(shè)為不含In、 Al的2元混晶 時，可使與正電極的歐姆接觸更為良好，因而可提高發(fā)光效率。作為p型接觸層的p型 雜質(zhì)，可使用與p型包覆層相同的各種p型雜質(zhì)，但較好的是使用Mg。如果對p型接 觸層摻雜的p型雜質(zhì)使用Mg，則可容易獲得作為氮化物半導(dǎo)體層的p型特性，而且可 容易形成歐姆接觸。
另外，作為本發(fā)明的第3實施形態(tài)，所述Si基板可使第1區(qū)域上的所述第13族元
素的濃度隨著遠(yuǎn)離氮化物半導(dǎo)體層而增加，且隨著進(jìn)一步遠(yuǎn)離而減少。Si基板可獲得通 過離子注入而較好地向氮化物半導(dǎo)體元件構(gòu)造供給電子的氮化物半導(dǎo)體元件，但較好的 是，該離子注入并非是瞄準(zhǔn)Si基板的與氮化物半導(dǎo)體鄰接的面(與氮化物半導(dǎo)體元件 構(gòu)造的界面)而注入，而是瞄準(zhǔn)偏離面的位置而注入的。如果瞄準(zhǔn)鄰接的面而注入，使 鄰接的面(界面)上元素周期表的第13族元素的濃度最高，則難以形成結(jié)晶性良好的 氮化物半導(dǎo)體元件構(gòu)造，且元件構(gòu)造自身的特性降低，從而難以獲得Vf低的氮化物半 導(dǎo)體元件。此處較好的是，偏離面的位置是在深度方向上與具有氮化物半導(dǎo)體的一側(cè)的 Si基板的表面距離為100 nm以上的位置。
與此相對，如果對偏離與氮化物半導(dǎo)體元件構(gòu)造接觸的面的位置進(jìn)行離子注入，則 所注入的元素會擴(kuò)散而包含在Si基板中，使得該濃度輪廓的底邊位于與氮化物半導(dǎo)體 元件構(gòu)造鄰接的面上，在該面上，成為較好的p型Si，并且可獲得結(jié)晶性良好的氮化物 半導(dǎo)體元件構(gòu)造，且可獲得Vf較低的氮化物半導(dǎo)體元件。即，Si基板形成為使所述第 13族元素的濃度隨著遠(yuǎn)離氮化物半導(dǎo)體層而增加，更好的是，第13族元素的濃度隨著 遠(yuǎn)離氮化物半導(dǎo)體層而增加，且隨著進(jìn)一步遠(yuǎn)離而減少。
進(jìn)一步，較好的是在離子注入后進(jìn)行加熱處理，通過加熱處理使得所注入的第13 族元素在Si內(nèi)擴(kuò)散，在濃度輪廓中從高濃度向低濃度移動。
而且，通過使用離子注入，可容易摻雜A1，并且容易獲得本實施形態(tài)所示的濃度輪廓。
而且，作為本發(fā)明的第4實施形態(tài)，在所述Si基板與所述氮化物半導(dǎo)體層之間具 備緩沖區(qū)域，在所述Si基板的表面具備第1結(jié)晶區(qū)域及第2結(jié)晶區(qū)域，所述第1結(jié)晶 區(qū)域具有包含Al及Si的第1結(jié)晶，所述第2結(jié)晶區(qū)域具有包含GaN系半導(dǎo)體的第2 結(jié)晶，該GaN系半導(dǎo)體包含Si。使具有包含Al及Si的第1結(jié)晶的第1結(jié)晶區(qū)域與包 含具有Si的GaN系半導(dǎo)體的第2結(jié)晶區(qū)域分布在Si基板的表面，由此可在Si基板上 形成結(jié)晶性良好的氮化物半導(dǎo)體層。
此處，較好的是，所述第1結(jié)晶區(qū)域具有第1結(jié)晶，該第1結(jié)晶包含Al及Si，并 且包含所述Al及Si的至少一者的氮化物，更具體而言，第1結(jié)晶具有含有Al、 Si 的結(jié)晶體；含有Si且由A1N構(gòu)成的結(jié)晶體；含有Al且由SiN構(gòu)成的結(jié)晶體；以及由 SiAlN構(gòu)成的結(jié)晶體等。使具有第1結(jié)晶的第1結(jié)晶區(qū)域與具有第2結(jié)晶的第2結(jié)晶區(qū) 域分布在Si基板的表面時，可在Si基板上形成結(jié)晶性良好的氮化物半導(dǎo)體層，其中， 所述第l結(jié)晶包含Al及Si，且包含至少一者的氮化物，所述第2結(jié)晶包含GaN系半導(dǎo) 體，該GaN系半導(dǎo)體含有Si。
而且，較好的是，所述Si基板的表面上具有層狀的所述第1結(jié)晶，并在所述第1
結(jié)晶上具有所述第2結(jié)晶。在Si基板的表面，形成層狀的第1結(jié)晶區(qū)域，在該第1結(jié) 晶區(qū)域上形成第2結(jié)晶區(qū)域，在該第2結(jié)晶區(qū)域上形成氮化物半導(dǎo)體層。
而且，較好的是，在所述Si基板的表面，所述第1結(jié)晶區(qū)域及所述第2結(jié)晶區(qū)域 中的一者為島狀，該島狀的一部分由另一部分包圍。在Si基板的表面，第1結(jié)晶區(qū)域 與第2結(jié)晶區(qū)域相鄰并共存，因此位于Si基板上的膜成為適合載體的注入、移動的結(jié) 晶構(gòu)造，可在Si基板上較好地形成氮化物半導(dǎo)體層。
而且，較好的是，對于所述第2結(jié)晶區(qū)域而言，在從所述Si基板的表面形成的部 分與從所述第1結(jié)晶區(qū)域的表面形成的部分上的第2結(jié)晶的結(jié)晶方位不同。通過使第2 結(jié)晶的結(jié)晶方位在從Si基板的表面形成的部分與從第1結(jié)晶的表面形成的部分上不同， 則可在Si基板上形成結(jié)晶性良好的氮化物半導(dǎo)體層。
而且，較好的是，從所述Si基板的表面形成的部分的第2結(jié)晶的結(jié)晶方位為(111)， 從所述第l結(jié)晶區(qū)域的表面形成的部分的第2結(jié)晶的結(jié)晶方位為(0001)。對于第2結(jié) 晶區(qū)域，將從Si基板的表面形成的部分的第2結(jié)晶的結(jié)晶方位設(shè)為(111)，將從第1 結(jié)晶區(qū)域的表面形成的部分的第2結(jié)晶的結(jié)晶方位設(shè)為(0001)，由此可在Si基板上形 成結(jié)晶性良好的氮化物半導(dǎo)體層。
而且，較好的是，所述第1結(jié)晶區(qū)域由所述第2結(jié)晶區(qū)域包覆。可使形成在Si基 板上的氮化物半導(dǎo)體層的結(jié)晶性良好。
而且，較好的是，第2結(jié)晶由包含Si的GaN構(gòu)成。
另外，Si基板1的導(dǎo)電型并無特別限定，但如果將Si基板1的至少表面的導(dǎo)電型 設(shè)為p型，則可在Si基板1與氮化物半導(dǎo)體層之間更好地進(jìn)行載體注入，從而與n型 Si基板相比，能夠以較高效率向氮化物半導(dǎo)體層注入載體。
對上述氮化物系半導(dǎo)體元件的形成方法進(jìn)行說明。
首先，在Si基板l上，導(dǎo)入A1或其原料、Si或其原料，在Si基板上形成結(jié)晶(第 1結(jié)晶)(第1步驟)。該結(jié)晶(第1結(jié)晶)可形成為層狀，或者形成為島狀。這樣，可 使形成在Si基板1上的氮化物半導(dǎo)體層的結(jié)晶性提高。
接著，以覆蓋形成為層狀的結(jié)晶(第1結(jié)晶)上或者形成為島狀的結(jié)晶(第1結(jié)晶) 的方式，形成GaN系氮化物半導(dǎo)體的結(jié)晶(第2結(jié)晶)(第2步驟)。另外，第1結(jié)晶 也可并非為島狀，而是所述倒島狀。此時，第1結(jié)晶形成為具有使島顛倒成凹陷的層狀， 第2結(jié)晶從該凹陷處形成。另外包括如下情況，即，在GaN系氮化物半導(dǎo)體的結(jié)晶(第 2結(jié)晶)與第l結(jié)晶之間，GaN系氮化物半導(dǎo)體的結(jié)晶是包含Al的GaN系氮化物半導(dǎo)
體，但此時，第1結(jié)晶區(qū)域的Al濃度高于第2結(jié)晶區(qū)域的Al濃度，這樣可使氮化物半
導(dǎo)體層的結(jié)晶性進(jìn)一步提高，因而較好。
而且，作為第5實施形態(tài)，在所述Si基板與所述氮化物半導(dǎo)體層之間具備緩沖區(qū) 域，所述緩沖區(qū)域具有基板側(cè)的第1區(qū)域及與所述第1區(qū)域相比較遠(yuǎn)離所述Si基板的 第2區(qū)域，所述第1區(qū)域及所述第2區(qū)域分別具有由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的第1層及由與 所述第1層具有不同組成的氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的第2層交替層疊而成的多層膜構(gòu)造，所 述第2層的膜厚小于所述第1層的膜厚，所述第1區(qū)域具有的第1層的膜厚可大于所述 第2區(qū)域具有的第l層的膜厚。
與Si基板的晶格常數(shù)差較大的層(第2層)形成為厚度薄于與Si基板的晶格常數(shù) 差較小的層(第l層)。由于第l層是氮化物半導(dǎo)體層，所以晶格常數(shù)小于Si基板。艮卩， 當(dāng)在Si基板上形成氮化物半導(dǎo)體層時，由于晶格常數(shù)存在差異，因此在Si基板與氮化 物半導(dǎo)體層的界面上壓縮應(yīng)力與拉伸應(yīng)力分別發(fā)揮作用。詳細(xì)而言，當(dāng)在Si基板上形 成由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的第l層時，在晶格常數(shù)較大的Si基板上，壓縮應(yīng)力發(fā)揮作用， 與此相對，在晶格常數(shù)較小的第l層上，拉伸應(yīng)力發(fā)揮作用。由于在第l層上拉伸應(yīng)力 發(fā)揮作用，因此如果該第l層繼續(xù)成長，則在其成長面上會產(chǎn)生龜裂。而且此龜裂的產(chǎn) 生會使氮化物半導(dǎo)體層的進(jìn)一步成長變得困難。此處，如果使相對于Si基板的晶格常 數(shù)差大于第l層的第2層形成得較薄，此第2層是由氮化物半導(dǎo)體而構(gòu)成，則在第l層 與第2層的界面上，在第2層上拉伸應(yīng)力發(fā)揮作用，而在第l層上壓縮應(yīng)力發(fā)揮作用。 即，在持續(xù)具有拉伸應(yīng)力的第1層的成長面上壓縮應(yīng)力發(fā)揮作用，故可抑制龜裂的產(chǎn)生。 也就是說，可在抑制產(chǎn)生龜裂的情況下形成第l層，并且形成使第l層及第2層交替層 疊而成的多層膜構(gòu)造，因此可獲得龜裂得以抑制的由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的緩沖區(qū)域。
進(jìn)一步，在Si基板上，在第1層與第2層產(chǎn)生的龜裂得以抑制的第1區(qū)域上，形 成將第1層與第2層交替層疊而成的第2區(qū)域，由此可形成結(jié)晶性良好的氮化物半導(dǎo)體 層。此處，根據(jù)第12發(fā)明，第1區(qū)域具有的第1層的膜厚大于第2區(qū)域具有的第1層 的膜厚，g卩，第2區(qū)域具有的第l層的膜厚薄于第1區(qū)域具有的第l層的膜厚。由此可 獲得結(jié)晶性良好的氮化物半導(dǎo)體層。由于該第2區(qū)域位于第1區(qū)域上，因此可發(fā)揮其功 能。例如，即便以相同的膜厚在Si基板上直接形成第2區(qū)域，也無法獲得結(jié)晶性良好 的氮化物半導(dǎo)體層。即，第2區(qū)域形成在Si基板上的龜裂的得以抑制的膜上時，可發(fā) 揮其效果。
由上所述，根據(jù)第5實施形態(tài)，可獲得結(jié)晶性良好的氮化物半導(dǎo)體層。 此處，較好的是，所述緩沖區(qū)域中的所述第2層的膜厚大致相同。由于第2層的膜
厚大致相同，因此容易設(shè)計多層膜的周期性或膜厚比變化等。
而且，較好的是，所述第1層包含A1，且該層的Al混晶比小于所述第2層。在多 層膜中，如果不使構(gòu)成多層膜的兩種層的組成比之差較大，則各組成特有的結(jié)晶性質(zhì)、 機(jī)械性質(zhì)之差異會變小，從而難以得出雙方的組成性質(zhì)而達(dá)到實現(xiàn)結(jié)晶成長的目的，根 據(jù)以上所述，由于第1層的Al混晶比小于第2層，因此可得出第1層及第2層雙方的
性質(zhì)，從而實現(xiàn)結(jié)晶成長。
而且，較好的是，所述第l層是AlxGanN (0蕓xS0.5)，所述第2層是AlyGa卜yN (0.5<y^l)，且(y—x)〉0.5。由于第1層是AlxGa卜xN(0蕓x蕓0.5)，第2層是AlyGai -yN (0.5<y^l)，且(y—x) 〉0.5，因此可增大上述兩種層的組成比之差，從而作為 抑制龜裂的層而充分發(fā)揮功能。
而且，較好的是，所述第l層包含氮化物半導(dǎo)體的n型雜質(zhì)。通過使第l層中包含 氮化物半導(dǎo)體的n型雜質(zhì)，可使緩沖區(qū)域成為較好的電荷移動層。而且，在Si基板與 多層膜的界面上，會產(chǎn)生因能帶構(gòu)造的不同而引起的能帶不連續(xù)，從而會在該界面上形 成電位障壁。因此，通過使緩沖區(qū)域的第l層包含氮化物半導(dǎo)體的n型雜質(zhì)，可使電位 障壁的厚度變薄，從而實現(xiàn)Vf的降低。尤其通過使第1層包含n型雜質(zhì)，可有效地實 現(xiàn)Vf的降低。
另外，較好的是，所述緩沖區(qū)域中，所述Si基板側(cè)含有較所述氮化物半導(dǎo)體層側(cè) 更多的氮化物半導(dǎo)體的n型雜質(zhì)。通過使多層膜構(gòu)造的第1層包含n型雜質(zhì)，可使Vf 降低，但此效果受到Si基板與多層膜的界面上產(chǎn)生的電位障壁的影響，因此較好的是， 包含n型雜質(zhì)的層是Si基板側(cè)的第1層，相反，如果包含n型雜質(zhì)的層位于與Si基板 側(cè)相反的氮化物半導(dǎo)體層側(cè)，則難以獲得顯著的效果。而且，就結(jié)晶性的觀點而言，包 含n型雜質(zhì)時，會使多層膜構(gòu)造上的氮化物半導(dǎo)體層的結(jié)晶性下降。因此，通過使氮化 物半導(dǎo)體層側(cè)的n型雜質(zhì)少于Si基板側(cè)，可使Vf降低，除此以外，可獲得結(jié)晶性良好 的氮化物半導(dǎo)體層。進(jìn)一步，通過使最靠近Si基板側(cè)的第1層包含較其他第1層更多 的n型雜質(zhì)，可使Si基板與多層膜構(gòu)造之間的電位障壁的厚度變薄，且可抑制結(jié)晶性 的下降，從而成為良好的電荷移動層。
根據(jù)以上所述，可使形成在Si基板上的氮化物半導(dǎo)體層的結(jié)晶性與導(dǎo)電性一起提高。
在第5實施形態(tài)中，在持續(xù)具有拉伸應(yīng)力的第1層的成長面上壓縮應(yīng)力發(fā)揮作用， 因此可抑制龜裂的產(chǎn)生。B卩，可在抑制產(chǎn)生龜裂的情況下形成第1層，并且形成使第l 層與第2層交替層疊而成的多層膜構(gòu)造，故可獲得龜裂得以抑制的由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成
的緩沖區(qū)域。
進(jìn)一步，在Si基板上，在第1層與第2層產(chǎn)生的龜裂得以抑制的第1區(qū)域上，形 成將第l層與第2層交替層疊而成的第2區(qū)域，由此可形成結(jié)晶性良好的氮化物半導(dǎo)體 層。此處，根據(jù)第2實施形態(tài)，第1區(qū)域具有的第l層的膜厚大于第2區(qū)域具有的第1 層的膜厚，即，第2區(qū)域具有的第1層的膜厚薄于第1區(qū)域具有的第1層的膜厚。由此 可獲得結(jié)晶性良好的氮化物半導(dǎo)體層。由于該第2區(qū)域位于第1區(qū)域上，因此可發(fā)揮其 功能。
而且，實現(xiàn)第5實施形態(tài)的所述第1層與第2層的膜厚較好的是，第1層為5 nm 以上、100nm以下，更好的是10nm以上、40nm以下，第2層薄于第1層，且為1 nm 以上、10nm以下，更好的是lnm以上、5nm以下。
而且，作為本發(fā)明的第6實施形態(tài)，較好的是，在氮化物系半導(dǎo)體元件中，具有包 含Si基板的Si半導(dǎo)體的保護(hù)元件部、以及將氮化物半導(dǎo)體層在此基板上層疊而成的發(fā) 光元件構(gòu)造部，該保護(hù)元件部與發(fā)光元件構(gòu)造部的接合部是由p型Si半導(dǎo)體及n型氮 化物半導(dǎo)體層所形成。
此處，較好的是，第6實施形態(tài)的氮化物系半導(dǎo)體元件為三端子元件，此三端子元 件為所述發(fā)光構(gòu)造部的p、 n電極以及保護(hù)元件部的n電極，此保護(hù)元件部設(shè)置在所述 基板的與設(shè)有所述發(fā)光元件構(gòu)造部的主面相對的主面上。
而且，較好的是，在第6實施形態(tài)中，具有在氮化物系半導(dǎo)體元件內(nèi)設(shè)有布線的內(nèi) 部電路，使設(shè)置在所述基板的設(shè)有所述發(fā)光元件構(gòu)造部的主面上的n電極與發(fā)光構(gòu)造部 的p電極相連接。
而且，較好的是，第6實施形態(tài)的氮化物系半導(dǎo)體元件為二端子元件，此二端子為 所述發(fā)光構(gòu)造部的n電極、及設(shè)置在與設(shè)有發(fā)光構(gòu)造部的基板主面相對的主面上的保護(hù) 元件部的n電極。
作為第6實施形態(tài)之一形態(tài)，是使發(fā)光元件部與保護(hù)元件部縱向?qū)盈B的多層集成元 件，而非先前在面內(nèi)集成的電路構(gòu)造。通過設(shè)為所述將發(fā)光元件部與保護(hù)元件部層疊而 成的的元件，可使相對于芯片面積的發(fā)光層面積甚至發(fā)光元件部的面積較大。
例如，如圖16 圖18所示，層疊在Si基板上的氮化物半導(dǎo)體的發(fā)光元件部與Si 保護(hù)元件是由n型氮化物半導(dǎo)體與p-Si接合而成的半導(dǎo)體元件，因而在此n-GaN/p-Si 界面上，能夠在電壓小于先前的情況下流過電流，且能夠使各元件即LED、保護(hù)元件良 好地驅(qū)動，故可提高各元件的特性。
使層疊構(gòu)造體為在Si基板側(cè)層疊Si半導(dǎo)體的保護(hù)元件部，進(jìn)一步在該基板上層疊
氮化物半導(dǎo)體的發(fā)光元件部，這樣，可成為能夠保護(hù)發(fā)光元件部的半導(dǎo)體元件，不會遮 蔽發(fā)光元件部的發(fā)光，且不會損害發(fā)光特性。
而且，保護(hù)元件部與發(fā)光元件部的接合部是p-Si及n型氮化物半導(dǎo)體，因而可解決 該接合部的能帶障壁的問題，通過使電荷、電流在接合部中較好地移動，可提高各元件 的動作功能。
發(fā)光元件部的共通電極3025的形成位置如圖16、圖17A、 B所示，可具有各種形 態(tài)。在圖16中，在發(fā)光元件部的一個導(dǎo)電型區(qū)域(此處為n型層)上設(shè)置共通電極， 這樣，異種接合部3020設(shè)置在該電極3025的基板側(cè)，即設(shè)置在保護(hù)元件部3110上， 且該接合部3020在保護(hù)元件部驅(qū)動時穿隧接合。
在第6實施形態(tài)的氮化物系半導(dǎo)體元件具有以下構(gòu)造當(dāng)保護(hù)元件部與發(fā)光元件部 逆并聯(lián)連接時，將所連接的一者設(shè)置在半導(dǎo)體元件構(gòu)造中。如圖19所示，利用布線3040 將發(fā)光元件部的一個電極(此處為設(shè)置在p電極上的平頭電極3027)與露出設(shè)置于基板 的發(fā)光元件部側(cè)的電極形成面的電極以圖19B所示的方式連接。這樣，在半導(dǎo)體元件構(gòu) 造內(nèi)，如果通過進(jìn)行逆并列的一者的連接而使基板電極位于安裝面?zhèn)龋瑒t可形成能夠通 過安裝面上的連接及與發(fā)光元件部的電極間的導(dǎo)線連接來進(jìn)行驅(qū)動的半導(dǎo)體元件，從而 可實現(xiàn)l根導(dǎo)線的安裝、驅(qū)動，減少導(dǎo)線根數(shù)，在搭載有半導(dǎo)體元件的發(fā)光裝置中，可 減少因密封部件的熱膨脹等所導(dǎo)致的導(dǎo)線切斷不良。而且，考慮到在由布線部覆蓋發(fā)光 元件部所引起的遮光作用下，光取出效率會降低，另一方面，在與發(fā)光元件部的電極的 導(dǎo)線連接中，需要小50 100^im的接合區(qū)域(平頭電極)，因而存在遮光現(xiàn)象。 一方面， 在實施形態(tài)4的示例中，平頭電極3027 (電極3026)是布線3040的連接，因此可使形 成的面積小于導(dǎo)線連接的情況，從而不會出現(xiàn)光取出效率大幅降低的傾向。
在圖16及圖19A中，右上方插入有等價電路圖來說明實施形態(tài)1、 4的半導(dǎo)體元件 構(gòu)造，以便于理解，但并不限定為嚴(yán)格的等價電路。由該等價電路圖可知，在圖16及 實施形態(tài)中，逆并聯(lián)連接電路的一者必須在半導(dǎo)體元件構(gòu)造的外部設(shè)置布線3200，但在 圖19的實施形態(tài)4中，成為在發(fā)光元件構(gòu)造中由所述布線3040連接而成的二端子元件。 由圖可知，另一個端子是從發(fā)光元件部與保護(hù)元件部之間取出的所述共通電極3025，逆 并聯(lián)連接的另一者是多層型的層疊體，即形成由層疊界面的異種接合部3020而連接的 構(gòu)造。
實施例1
圖20是表示作為第1實施形態(tài)之一例的實施例1的氮化物系半導(dǎo)體元件1001_1 的圖。
實施例1中，在氮化物系半導(dǎo)體元件lOOl — l中，將正電極1007設(shè)置在p型氮化 物半導(dǎo)體層1006的Si基板背側(cè)，將負(fù)電極1008設(shè)置在Si基板1002的氮化物半導(dǎo)體層 背側(cè)。由于正電極1007與負(fù)電極1008設(shè)置在相對的面上，因此與將正電極1007和負(fù) 電極1008設(shè)置在相同面?zhèn)鹊那闆r相比較，可實現(xiàn)氮化物系半導(dǎo)體元件1001的小型化。 另外，正電極1007也可設(shè)置在p型氮化物半導(dǎo)體層1006的側(cè)面，負(fù)電極1008也可設(shè) 置在Si基板2的側(cè)面，這樣也可降低氮化物系半導(dǎo)體元件1001 —1的正向電壓(Vf)。 而且，正電極1007及負(fù)電極1008的材料及大小在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)上并無特別限定，例如 正電極1007可使用Ni/Au、 ITO (氧化銦錫)等，負(fù)電極1008可使用W/A1。
在圖20所示的實施例1中，整個Si基板1002均為主動區(qū)域，此整個主動區(qū)域的 導(dǎo)電型為p型，且空穴濃度、p型雜質(zhì)濃度及電阻率取所述值。
實施例2
圖21是表示作為第1實施形態(tài)之一例的實施例2的氮化物系半導(dǎo)體元件1001 — 2 的圖。
實施例2中，在氮化物系半導(dǎo)體元件1001 — 2中，將正電極1007設(shè)置在p型氮化 物半導(dǎo)體層1006的表面，將負(fù)電極1008設(shè)置在Si基板1002的與正電極相對的面上。 由于正電極1007與負(fù)電極1008設(shè)置在相對的面上，因此與將正電極1007和負(fù)電極1008 設(shè)置在相同面?zhèn)鹊那闆r相比較，可實現(xiàn)氮化物系半導(dǎo)體元件1001 — 2的小型化。另外， 正電極1007也可設(shè)置在p型氮化物半導(dǎo)體層1006的側(cè)面，負(fù)電極1008也可設(shè)置在Si 基板1002的側(cè)面，這樣也可降低氮化物系半導(dǎo)體元件1001 — 2的正向電壓(Vf)。而且， 正電極1007及負(fù)電極1008的材料及大小在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)上并無特別限定，例如正電極 1007可使用Ni/Au、 ITO (氧化銦錫)等，負(fù)電極1008可使用W/A1。
在圖21所示的實施例2中，整個Si基板1002 (區(qū)域#1及區(qū)域井2)均為主動區(qū) 域，其導(dǎo)電型為p型。但是，其中區(qū)域#2 (主動區(qū)域的一部分，n型氮化物半導(dǎo)體層側(cè) 的區(qū)域)的空穴濃度、p型雜質(zhì)濃度、電阻率取所述值，而區(qū)域弁1 (主動區(qū)域的一部分， n型氮化物半導(dǎo)體層側(cè)的相反側(cè)的區(qū)域)的空穴濃度、p型雜質(zhì)濃度、電阻率并不取所 述值。然而，這時也可取得本發(fā)明的效果，因此也包含在本發(fā)明中。如該實施例2的例 示，整個Si基板1002均為主動區(qū)域，該主動區(qū)域中與n型氮化物半導(dǎo)體層鄰接的區(qū)域 的一部分的空穴濃度、p型雜質(zhì)濃度、電阻率取所述值，而該主動區(qū)域的其他部分的空 穴濃度、p型雜質(zhì)濃度、電阻率并不取所述值，此情況也包含在本發(fā)明中。
實施例3
圖22是表示作為第1實施形態(tài)之一例的實施例3的氮化物系半導(dǎo)體元件1001 — 3
的圖。
實施例3中，在氮化物系半導(dǎo)體元件1001 — 3中，將正電極1007設(shè)置在p型氮化 物半導(dǎo)體層1006的Si基板背側(cè)，將負(fù)電極1008設(shè)置在Si基板1002上。另外，正電極 1007也可設(shè)置在p型氮化物半導(dǎo)體層1006的側(cè)面，負(fù)電極1008也可設(shè)置在Si基板1002 的側(cè)面，這樣也可降低氮化物系半導(dǎo)體元件1001_3的正向電壓(Vf)。而且，正電極 1007及負(fù)電極1008的材料及大小在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)上并無特別限定，例如正電極1007 可使用ITO (氧化銦錫)等，負(fù)電極1008可使用W/A1。
在圖22所示的實施例3中，在Si基板1002上，區(qū)域#2 (Si基板1002的一部分) 為主動區(qū)域，但區(qū)域#1 (Si基板1002的一部分)并非為主動區(qū)域。整個區(qū)域#2 (Si 基板1002的一部分，主動區(qū)域)的導(dǎo)電型均為p型，且空穴濃度、p型雜質(zhì)濃度、電阻 率取所述值。實施例3中，區(qū)域#1的導(dǎo)電型并無特別限定，但這時也可取得本發(fā)明的 效果，因此也包含在本發(fā)明中。如該實施例3所示，整個Si基板1002均為主動區(qū)域， 該主動區(qū)域中與n型氮化物半導(dǎo)體層鄰接的區(qū)域的一部分的空穴濃度、p型雜質(zhì)濃度、 電阻率取所述值，而該主動區(qū)域的其他部分的空穴濃度、p型雜質(zhì)濃度、電阻率并不取 所述值，此情況也包含在本發(fā)明中。
實施例4
圖23是表示作為第1實施形態(tài)之一例的實施例4的氮化物系半導(dǎo)體元件1001—4的圖。
實施例4中，在氮化物系半導(dǎo)體元件1001_4中，將正電極1007設(shè)置在p型氮化 物半導(dǎo)體層1006的表面，將負(fù)電極1008設(shè)置在與正電極1007相同面?zhèn)鹊膎型氮化物 半導(dǎo)體層1004的表面。由于正電極1007與負(fù)電極1008設(shè)置在相同面?zhèn)?，因此無需考 慮Si基板1002的導(dǎo)電性。另外，正電極1007也可設(shè)置在p型氮化物半導(dǎo)體層1006的 側(cè)面，負(fù)電極1008也可設(shè)置在n型氮化物半導(dǎo)體層1004的側(cè)面，這樣也可降低氮化物 系半導(dǎo)體元件1001_4的正向電壓(Vf)。而且，正電極1007及負(fù)電極1008的材料及 大小在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)上并無特別限定，例如正電極1007可使用Ni/Au等，負(fù)電極1008 可使用Ti/Pt。
在圖23所示的實施例4中，在Si基板1002中，區(qū)域#2 (Si基板1002的一部分) 為主動區(qū)域，而區(qū)域#1 (Si基板1002的一部分)并非為主動區(qū)域。整個區(qū)域#2 (Si 基板1002的一部分，主動區(qū)域)的導(dǎo)電型均為p型，且空穴濃度、p型雜質(zhì)濃度、電阻 率取所述值。實施例4中，區(qū)域弁l的導(dǎo)電型并無特別限定，但這時也可獲得本發(fā)明的 效果，因此也包含在本發(fā)明中。如該實施例4中所示，整個Si基板1002均為主動區(qū)域，
該主動區(qū)域中與n型氮化物半導(dǎo)體層鄰接的區(qū)域的一部分的空穴濃度、p型雜質(zhì)濃度、 電阻率取所述值，而主動區(qū)域的其他部分的空穴濃度、p型雜質(zhì)濃度、電阻率并不取所 述值，此情況也包含在本發(fā)明中。 實施例5
實施例1 實施例4的氮化物系半導(dǎo)體元件1001 —1、 1001—2、 1001_3、 1001—4 例如可按以下方式制造。
首先，將Si基板1002放置在反應(yīng)容器內(nèi)，讓氫氣流過的情況下使Si基板1002的 溫度上升，對Si基板1002進(jìn)行清洗。
接著，在特定的溫度下使n型氮化物半導(dǎo)體層1004成長。
接著，按障壁+阱+障壁+阱...+障壁的順序交替層疊5層障壁層、4層阱層，使 多重量子阱結(jié)構(gòu)的活性層5成長。
然后，使由超晶格構(gòu)造的多層膜構(gòu)成的p型多層膜包覆層成長。 然后，使p型接觸層成長。其次，將溫度降低至室溫，再在氮氣環(huán)境中，使Si基板1002在反應(yīng)容器內(nèi)退火， 以使p型氮化物半導(dǎo)體層1006進(jìn)一步低電阻化。
此處，當(dāng)正電極1007與負(fù)電極1008設(shè)置在相同面?zhèn)葧r，從反應(yīng)容器中取出Si基 板1002，在最上層的p型接觸層上，在形成正電極7的位置上形成厚度為lpm且具有 特定形狀的Si02掩膜，并在RIE (反應(yīng)性離子蝕刻)裝置中從p型接觸層側(cè)開始進(jìn)行蝕 刻。接著，在所形成的Si02掩膜上，保留一部分以進(jìn)一步形成光阻膜，并通過RIE而 使Si基板1002或n型氮化物半導(dǎo)體層1004的一部分表面露出。
接著，在位于最上層的p型接觸層的大致整個面上，形成由膜厚300 nm的ITO構(gòu) 成的正電極1007、以及該正電極1007上的膜厚0.5 pm的接合用的平頭電極(未圖示)， 此平頭電極由Au構(gòu)成，以作為透光性電極。另一方面，在與正電極相同面?zhèn)鹊腟i基板 1002的表面(或者通過蝕刻而露出的Si基板1002或n型氮化物半導(dǎo)體層1004的表面) 上，形成包含W及Al的負(fù)電極1008。
將按以上方式形成的Si基板1002進(jìn)行研磨而使之芯片化，則可獲得氮化物系半導(dǎo) 體元件1001 — 1、 1001 — 2、 1001 — 3、 1001 — 4。
將這樣獲得的氮化物半導(dǎo)體元件lOOl — l、 1001_2、 1001_3、 1001 — 4安裝在引
線框(未圖示)等中并接合之后，用密封部件(未圖示)密封。此處，密封部件可使用 能使所需波長的光透過的透光性樹脂，例如適合使用環(huán)氧樹脂、硅樹脂或丙烯酸樹脂等。 另外，也可在密封部件中混入使光擴(kuò)散的光擴(kuò)散材料，或者混入因氮化物系半導(dǎo)體元件 lOOl — l、 1001—2、 1001—3、 1001—4發(fā)出的光激發(fā)而能夠使發(fā)出光的波長較所述光的 波長更長的熒光物質(zhì)等。密封部件的形狀可任意設(shè)計，例如可設(shè)為半圓柱狀或直線狀等。 實施例6
對本發(fā)明的第2實施形態(tài)之一例的實施例6進(jìn)行說明。
準(zhǔn)備2inchcp (的p型Si基板2010 (載體濃度8xl018/cm3， B [硼]摻雜)，將其搬 送到MOVPE裝置的爐內(nèi)，在載體氣體為H2的氫氣環(huán)境下進(jìn)行熱清潔洗處理(1150°C ) 之后，在800'C的溫度下供給p型雜質(zhì)(此處為硼)源氣體的TEB (20sccm， 5分鐘)， 在氫氣還原環(huán)境下，使硼堆積后，停止供給TEB，在氫氣環(huán)境下，在108(TC的溫度下 保持5分鐘以進(jìn)行熱擴(kuò)散處理。此處使用的是TEB，但也可適當(dāng)使用通過熱CVD進(jìn)行 氣相擴(kuò)散的方法。
在這樣獲得的Si基板的表面區(qū)域上，p型雜質(zhì)(此處為硼)的濃度可上升至 2xlO，cm3左右。
在熱擴(kuò)散處理之后，使同一爐內(nèi)連續(xù)進(jìn)行層疊以下氮化物半導(dǎo)體層的反應(yīng)處理，形 成層疊構(gòu)造2140。
將由Si摻雜GaN的n型層2021 (接觸層)、InGaN/GaN多對層疊而成的多重量子 阱結(jié)構(gòu)的活性層2022、 Mg摻雜GaN的p型層2023 (接觸層)等進(jìn)行層疊。此處，也 可在n型層及p型層的各接觸層與活性層之間(n型層內(nèi)、p型層內(nèi))設(shè)置包覆層、介 在層等。而且，如上所述，可在Si基板與氮化物半導(dǎo)體尤其是活性層之間設(shè)置基底層、 介在層。
這樣，如圖8所示，可獲得以下層疊構(gòu)造體2130，即，在Si基板2010 (p型Si基 板2010a)的表面?zhèn)?，設(shè)置具有p+區(qū)域20U的基板，以作為發(fā)光元件2100的第1導(dǎo)電 型區(qū)域2110的一部分，并且在此基板表面，將成為發(fā)光元件2100的第1導(dǎo)電型區(qū)域2110 一部分的n型層2021、活性層2022、 p型層2023 (第2導(dǎo)電型區(qū)域2120)層疊，以形
成為GaN系半導(dǎo)體層疊構(gòu)造2140。此時，如圖10 (c—2)示意性所示，p+型區(qū)域20U 的p型雜質(zhì)濃度分布因氮化物半導(dǎo)體的層疊構(gòu)造2140的形成而進(jìn)一步擴(kuò)散，由此分布
發(fā)生變化，更深的區(qū)域呈現(xiàn)高濃度化，表面區(qū)域的濃度也降低至3 10xlO力cmS左右。
然后，在p型層2023的表面形成正電極2026 (透光性電極，例如ITO)，在Si基 板10的背面形成負(fù)電極2015 (例如W/A1)，以獲得半導(dǎo)體元件(發(fā)光元件)2100。在 正電極2026上設(shè)置導(dǎo)線接合用的平頭電極(例如Cr/Au)(未圖示)。
此處，作為p型氮化物半導(dǎo)體層用的電極材料，具有包含選自由Ni、 Pt、 Pd、 Rh、 Ru、 Os、 Ir、 Ti、 Zr、 Hf、 V、 Nb、 Ta、 Co、 Fe、 Mn、 Mo、 Cr、 W、 La、 Cu、 Ag、 Y 組成的群中的至少一種金屬、合金、層疊構(gòu)造，而且具有這些金屬的化合物例如導(dǎo)電性 氧化物等，導(dǎo)電性金屬氧化物(氧化物半導(dǎo)體)可列舉摻雜有錫的厚度為5rnn 10pm 的氧化銦錫(Indium Tin Oxide， ITO)、 ZnO、 InO或SnO，或者在這些氧化物中摻雜有 Ga等氮化物半導(dǎo)體的III族元素等的氧化物等，從而可較好地用作具有透光性的電極。 當(dāng)為氧化物半導(dǎo)體材料時，形成具有介于各導(dǎo)電型層2021、 2023與其電極2025、 2026 (圖9)之間的中間功能的形態(tài)，也可使導(dǎo)電型層2021、 2023的導(dǎo)電性與金屬氧化物的 導(dǎo)電性相同，當(dāng)將不同導(dǎo)電型的氧化物半導(dǎo)體層設(shè)為電極時，也可在層疊構(gòu)造2140之 間再隔著某些介在層(逆導(dǎo)電型層、氧化物半導(dǎo)體、金屬層)而使用，而且從可作為電 流擴(kuò)散導(dǎo)體而發(fā)揮功能的角度考慮，也可使用所述半導(dǎo)體層、電極材料來作為第l導(dǎo)電 型區(qū)域2021側(cè)的擴(kuò)散導(dǎo)體。另外，如以下實施例所示，當(dāng)在n型層(第l導(dǎo)電型區(qū)域 2120) 2021上設(shè)置電極時，也可使用與正電極相同的透光性電極材料。
這樣獲得的發(fā)光元件也能夠以氮化物半導(dǎo)體的層疊構(gòu)造2140側(cè)為主要的光取出側(cè)， 從層疊構(gòu)造2140側(cè)面發(fā)光。而且，與在參考例l所示的p型Si基板上直接設(shè)置層疊構(gòu) 造2140的情況相比，發(fā)光元件的Vf降低0.2 0.4V左右，例如約為3.1V。
實施例7
對本發(fā)明第2實施形態(tài)之一例的實施例7進(jìn)行說明。
準(zhǔn)備與實施例6相同的2inch(()的p型Si基板2010，將其搬送到熱CVD裝置中，在 H2環(huán)境下，在1100。C的溫度下供給Si源氣體SiH4 (或SiH2Cl2)及p型雜質(zhì)(此處為 硼)源氣體B2H6，形成300 nm的Si層作為Si半導(dǎo)體層2011，并使深度方向上的摻雜 量大致均勻。
接著，以與實施例1相同的方式形成氮化物半導(dǎo)體的層疊構(gòu)造2140，并設(shè)置電極以 制作發(fā)光元件。
實施例8
對本發(fā)明第2實施形態(tài)之一例的實施例8進(jìn)行說明。
準(zhǔn)備與實施例1相同的2inch())的p型Si基板2010，在其表面形成BSG以作為p型 雜質(zhì)(此處為硼)的擴(kuò)散源的膜，將所述基板搬送到氧化爐中進(jìn)行熱處理，并在此基板 表面形成p+區(qū)域2011，利用BHF等將膜去除，使基板表面的p+型區(qū)域2011露出。
接著，與實施例l相同，將基板搬送到MOVPE裝置中，形成氮化物半導(dǎo)體的層疊 構(gòu)造2"0，并設(shè)置電極以制作發(fā)光元件。
實施例9
對本發(fā)明第2實施形態(tài)之一例的實施例9進(jìn)行說明。
使用非導(dǎo)電性的Si基板2010c，以與實施例l相同的方式形成Si區(qū)域2011，其后 形成層疊構(gòu)造2140，如圖9A所示，以使Si基板的Si區(qū)域2011的一部分露出的深度進(jìn) 行蝕刻，由此使電極形成面露出，形成與實施例1相同的正電極2026、及在露出的基板 表面的Si區(qū)域2011上的負(fù)電極2025 (例如W/Pt/Au)，以制作發(fā)光元件。在氮化物半 導(dǎo)體層2140表面?zhèn)龋瑸榱朔乐苟搪?形成絕緣構(gòu)造)且保護(hù)表面，也可使透光性絕緣 膜例如Si02在從電極露出的區(qū)域上形成(未圖示)。
所獲得的發(fā)光元件2100中，n型區(qū)域的第1導(dǎo)電型區(qū)域2110包含p+型Si區(qū)域2011， 且Si基板2010c為非導(dǎo)電性，因此成為電流幾乎不會流過的區(qū)域。
參考例1
對本發(fā)明第2實施形態(tài)的參考例l進(jìn)行說明。
準(zhǔn)備與實施例7相同的2inch(l)的p型Si基板2010，并且不形成Si區(qū)域2011 ，除此 以外，以與實施例1相同的方式形成n型氮化物半導(dǎo)體層、活性層、p型氮化物半導(dǎo)體 層的層疊構(gòu)造2140，并形成電極等，以制作發(fā)光元件。與實施例7相比，除了不具有 Si區(qū)域2011，即不具有熱擴(kuò)散步驟以外，均以與實施例7相同的方式而制作，因此該 發(fā)光元件的發(fā)光特性可與實施例7大致相同，而且可使Vf良好，為3.6V左右。
對本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體元件為發(fā)光元件的情況進(jìn)行了說明，但本發(fā)明的氮化物半 導(dǎo)體元件也可適用于至少層疊有n型氮化物半導(dǎo)體層及p型氮化物半導(dǎo)體層的受光元件 等，而且也可適用于使用有氮化物半導(dǎo)體的場效應(yīng)晶體管(FET: Field Effect Transistor)等。
以上所有說明均與本發(fā)明的實施形態(tài)相關(guān)，但并不對本發(fā)明作任何限定。只要不改 變本發(fā)明的宗旨，則本發(fā)明包含所有的氮化物系半導(dǎo)體元件及其制造方法。
權(quán)利要求
1.一種氮化物系半導(dǎo)體元件，其在Si基板上具有氮化物半導(dǎo)體層，此氮化物系半導(dǎo)體元件的特征在于，所述Si基板的至少一部分及所述氮化物半導(dǎo)體層包含于主動區(qū)域，所述Si基板的主動區(qū)域的導(dǎo)電型為p型。
2. —種氮化物系半導(dǎo)體元件，其在Si基板上具有氮化物半導(dǎo)體層，此氮化物系半導(dǎo) 體元件的特征在于，所述Si基板的至少一部分及所述氮化物半導(dǎo)體層包含于主動區(qū)域， 所述Si基板的主動區(qū)域的多數(shù)載體為空穴。
3. 如權(quán)利要求l或2所述的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述Si基板的主動區(qū)域的空穴濃度為約1x10"cii^以上、約lxlO"cn^以下。
4. 如權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述Si基板的主動區(qū)域的雜質(zhì)濃度為約lxlO"cn^以上、約lxl(^cn^以下。
5. 如權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求所述的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述Si基板的主動區(qū)域的電阻率約為0.05 Qcm以下。
6. 如權(quán)利要求1至5中任一權(quán)利要求所述的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述氮化物半導(dǎo)體層從所述Si基板側(cè)起依次具有n型氮化物半導(dǎo)體層及p型 氮化物半導(dǎo)體層，所述n型氮化物半導(dǎo)體層與所述Si基板的主動區(qū)域相鄰接。
7. 如權(quán)利要求6所述的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述n型氮化物半導(dǎo)體層的至少最靠近所述Si基板的一側(cè)為n型GaN層。
8. 如權(quán)利要求6或7所述的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于，與所述Si基板的主動區(qū)域鄰接的n型氮化物半導(dǎo)體層的電子濃度為約 lxl017cm-3以上、約lxl0"cm-3以下。
9. 如權(quán)利要求6至8中任一權(quán)利要求所述的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于，與所述Si基板的主動區(qū)域鄰接的n型氮化物半導(dǎo)體層的n型雜質(zhì)濃度為約 lxl017cm-3以上、約lxl022cm—3以下。
10. 如權(quán)利要求1至9中任一權(quán)利要求所述的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述Si基板與所述氮化物半導(dǎo)體層的界面以使載體可利用隧道效應(yīng)而通過的 方式相鄰接。
11. 如權(quán)利要求1至IO中任一權(quán)利要求所述的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于， 所述Si基板與所述氮化物半導(dǎo)體層經(jīng)縮退而形成。
12. 如權(quán)利要求1至11中任一權(quán)利要求所述的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述Si基板與所述氮化物半導(dǎo)體層的界面上的I-V特性呈大致線形。
13. —種氮化物系半導(dǎo)體元件，其是權(quán)利要求1至12中任一權(quán)利要求所述的氮化物系 半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述氮化物半導(dǎo)體層包含可發(fā)光或可受光的活性層。
14. 一種氮化物系半導(dǎo)體元件，其是權(quán)利要求1至13中任一權(quán)利要求所述的氮化物系 半導(dǎo)體元件，其特征在于，具有正電極和負(fù)電極，所述正電極是與所述氮化物半導(dǎo)體層中包含的p型氮化物半導(dǎo)體層相鄰接， 所述負(fù)電極是與所述Si基板相鄰接。
15. 如權(quán)利要求14所述的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述正電極與所述負(fù)電極設(shè)在相對的面上。
16. —種氮化物系半導(dǎo)體元件，其是權(quán)利要求1至13中任一權(quán)利要求所述的氮化物系 半導(dǎo)體元件，其特征在于，具有正電極和負(fù)電極，所述正電極是與所述氮化物半導(dǎo)體層中包含的P型氮化物半導(dǎo)體層相鄰接， 所述負(fù)電極是與所述氮化物半導(dǎo)體層中包含的n型氮化物半導(dǎo)體層相鄰接。
17. 如權(quán)利要求14或16所述的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述正電極與所述負(fù)電極設(shè)在相同面?zhèn)取?br> 18. 如權(quán)利要求1至17中任一權(quán)利要求所述的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于，在所述Si基板的至少主動區(qū)域上包含p型雜質(zhì)，且所述p型雜質(zhì)為硼或鋁的 至少一者。
19. 如權(quán)利要求1至18中任一權(quán)利要求所述的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述Si基板的(111)面與所述氮化物半導(dǎo)體層的(0001)面相鄰接。
20. —種氮化物系半導(dǎo)體元件，其Si基板上具有氮化物半導(dǎo)體層，此氮化物系半導(dǎo)體 元件的特征在于，具有p型雜質(zhì)濃度大于所述Si基板的Si結(jié)晶層，且具有與該Si結(jié)晶層表面相 鄰接的作為所述氮化物半導(dǎo)體層的n型氮化物半導(dǎo)體層。
21. —種氮化物系半導(dǎo)體元件，其在Si基板上具有氮化物半導(dǎo)體層，此氮化物系半導(dǎo) 體元件的特征在于，在所述Si基板與所述氮化物半導(dǎo)體層的接合部及其附近區(qū)域，具有高于該接 合部附近區(qū)域外側(cè)的所述基板側(cè)區(qū)域的p型雜質(zhì)濃度的Si層或Si區(qū)域、以及具有 高于該接合部附近區(qū)域外側(cè)的氮化物半導(dǎo)體區(qū)域的n型雜質(zhì)濃度的n型氮化物半導(dǎo) 體層。
22. 如權(quán)利要求20或21所述的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述Si層或Si區(qū)域以及所述n型氮化物半導(dǎo)體層設(shè)置在n型導(dǎo)電區(qū)域上。
23. 如權(quán)利要求20或21所述的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述氮化物系半導(dǎo)體元件具有發(fā)光元件構(gòu)造，其在具有所述Si層或Si區(qū)域及 所述n型氮化物半導(dǎo)體層的n型區(qū)域、與具有p型氮化物半導(dǎo)體層的p型區(qū)域之間， 具有氮化物半導(dǎo)體的活性層。
24. —種氮化物系半導(dǎo)體元件，具有在Si基板上包含氮化物半導(dǎo)體層的元件構(gòu)造，此 氮化物系半導(dǎo)體元件的特征在于，所述元件構(gòu)造的第1導(dǎo)電型區(qū)域具有位于所述Si基板上的Si層或Si基板表面 側(cè)的Si區(qū)域，以及位于其上的氮化物半導(dǎo)體層。
25. 如權(quán)利要求24所述的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于，在所述第1導(dǎo)電型區(qū)域，在Si層或Si基板表面?zhèn)鹊腟i區(qū)域上具有p型雜質(zhì)， 所述氮化物半導(dǎo)體層具有n型雜質(zhì)，并且該第1導(dǎo)電型區(qū)域為n型導(dǎo)電區(qū)域。
26. 如權(quán)利要求24或25所述的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述元件構(gòu)造具有第2導(dǎo)電型區(qū)域，該第2導(dǎo)電型區(qū)域的導(dǎo)電型與第1導(dǎo)電型 不同，且該第2導(dǎo)電型區(qū)域設(shè)在第1導(dǎo)電型區(qū)域上，所述元件構(gòu)造是具有氮化物半 導(dǎo)體層的發(fā)光元件構(gòu)造。
27. 如權(quán)利要求24至26中任一權(quán)利要求所述的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述Si基板上的Si層或Si基板表面?zhèn)鹊腟i區(qū)域是p型雜質(zhì)濃度大于該基板 內(nèi)部及/或基板背面?zhèn)鹊膒+層，在此Si結(jié)晶層上，具有作為氮化物半導(dǎo)體層的n型 導(dǎo)電層，此n型導(dǎo)電層至少包含n+型氮化物半導(dǎo)體層及位于其上的n型氮化物半 導(dǎo)體層，此n型氮化物半導(dǎo)體層的n型雜質(zhì)濃度小于所述n+型層。
28. —種氮化物系半導(dǎo)體元件，其在Si基板上具有氮化物半導(dǎo)體層，此氮化物系半導(dǎo) 體元件的特征在于，在n型或p型Si基板上，具有p型雜質(zhì)濃度大于該基板的p+型Si結(jié)晶層，在 此Si結(jié)晶層上，具有作為氮化物半導(dǎo)體層的n型導(dǎo)電層，此n型導(dǎo)電層至少包含n +型氮化物半導(dǎo)體層及位于其上的n型氮化物半導(dǎo)體層，此n型氮化物半導(dǎo)體層的n型雜質(zhì)濃度小于所述n+型層。
29. —種氮化物系半導(dǎo)體元件，其在Si基板上具有氮化物半導(dǎo)體層，此氮化物系半導(dǎo) 體元件的特征在于，在n型或p型Si基板的基板表面?zhèn)?，具有p型雜質(zhì)濃度大于該基板的p+型Si 區(qū)域，在此Si區(qū)域上，具有作為氮化物半導(dǎo)體層的n型導(dǎo)電層，此n型導(dǎo)電層至 少包含n+型氮化物半導(dǎo)體層及位于其上的n型氮化物半導(dǎo)體層。
30. 如權(quán)利要求20至23、25以及27至29中任一權(quán)利要求所述的氮化物系半導(dǎo)體元件， 其特征在于，所述Si層或Si區(qū)域上包含元素周期表的第13族元素，所述第13族元素的濃 度隨著遠(yuǎn)離氮化物半導(dǎo)體層而增加，且隨著進(jìn)一步的遠(yuǎn)離而減少。
31. 如權(quán)利要求20至30中任一權(quán)利要求所述的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于，在氮化物系半導(dǎo)體元件的主動區(qū)域中，具有所述氮化物半導(dǎo)體層及所述Si層 或Si區(qū)域。
32. 如權(quán)利要求28至31中任一權(quán)利要求所述的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于，此氮化物系半導(dǎo)體元件是在所述n型導(dǎo)電層上具有p型導(dǎo)電層的發(fā)光元件構(gòu) 造，此p型導(dǎo)電層具有p型氮化物半導(dǎo)體層。
33. 如權(quán)利要求20至32中任一權(quán)利要求所述的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述Si層或Si區(qū)域的雜質(zhì)濃度為約lxlO"cm-3 約lxl022cm'3。
34. 如權(quán)利要求1至33中任一權(quán)利要求所述的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于，在所述Si基板與所述氮化物半導(dǎo)體層之間具備緩沖區(qū)域，在所述Si基板的表 面具備第1結(jié)晶區(qū)域及第2結(jié)晶區(qū)域，所述第1結(jié)晶區(qū)域具有包含Al及Si的第1 結(jié)晶，所述第2結(jié)晶區(qū)域具有包含GaN系半導(dǎo)體的第2結(jié)晶，該GaN系半導(dǎo)體包 含Si。
35. 如權(quán)利要求1至34中任一權(quán)利要求所述的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于，在所述Si基板與所述氮化物半導(dǎo)體層之間具備緩沖區(qū)域，所述緩沖區(qū)域具有 基板側(cè)的第1區(qū)域及與所述第1區(qū)域相比較遠(yuǎn)離所述Si基板的第2區(qū)域，所述第1 區(qū)域及所述第2區(qū)域分別具有由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的第1層，及由與所述第1層具 有不同組成的氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的第2層交替層疊而成的多層膜構(gòu)造，所述第2層 的膜厚小于所述第l層的膜厚，所述第1區(qū)域具有的第1層的膜厚大于所述第2區(qū) 域具有的第1層的膜厚。
36. 如權(quán)利要求l至35中任一權(quán)利要求所述的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于，此氮化物系半導(dǎo)體元件具有包含Si基板的Si半導(dǎo)體的保護(hù)元件部、以及將氮 化物半導(dǎo)體層在此基板上層疊而成的發(fā)光元件構(gòu)造部，所述保護(hù)元件部與發(fā)光元件 構(gòu)造部的接合部是由p型Si半導(dǎo)體及n型氮化物半導(dǎo)體層所形成。
37. 如權(quán)利要求36所述的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述半導(dǎo)體元件為三端子元件，此三端子為所述發(fā)光構(gòu)造部的p、 n電極以及 保護(hù)元件部的n電極，該保護(hù)元件部設(shè)置在所述基板的與設(shè)有所述發(fā)光元件構(gòu)造部 的主面相對的主面上。
38. 如權(quán)利要求36所述的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述半導(dǎo)體元件具有在半導(dǎo)體元件內(nèi)設(shè)有布線的內(nèi)部電路，使設(shè)置在所述基板 的設(shè)有所述發(fā)光元件構(gòu)造部的主面上的n電極與發(fā)光構(gòu)造部的p電極相連接。
39. 如權(quán)利要求36所述的氮化物系半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述半導(dǎo)體元件為二端子元件，此二端子為所述發(fā)光構(gòu)造部的n電極、及設(shè)置 在與設(shè)有發(fā)光構(gòu)造部的基板主面相對的主面上的保護(hù)元件部的n電極。
40. —種氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法，此氮化物系半導(dǎo)體元件是在Si基板上具有 氮化物半導(dǎo)體層，此氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法的特征在于包括-第l步驟，在Si基板上，使具有p型雜質(zhì)的Si層成長；以及 第2步驟，在此Si層上，使n型氮化物半導(dǎo)體層成長。
41. 一種氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法，此氮化物系半導(dǎo)體元件是在Si基板上具有 氮化物半導(dǎo)體層，此氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法的特征在于包括第1步驟，在Si基板上，利用擴(kuò)散的方式添加p型雜質(zhì)，使添加有p型雜質(zhì) 的Si區(qū)域在此Si基板表面?zhèn)刃纬?；以及?步驟，在所述Si區(qū)域上，使n型氮化物半導(dǎo)體層成長。
42. 如權(quán)利要求40或41所述的氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于，在所述氮化物半導(dǎo)體層的元件中，使所述Si層或Si區(qū)域為負(fù)電荷移動的主動 區(qū)域。
43. 如權(quán)利要求40至42中任一權(quán)利要求所述的氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法，其特 征在于包括以下步驟在所述第2步驟之后，至少層疊p型氮化物半導(dǎo)體層，以形成發(fā)光元件的層疊 構(gòu)造。
44. 一種氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法，此氮化物系半導(dǎo)體元件具有在Si基板上包 含氮化物半導(dǎo)體層的元件構(gòu)造，此氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法的特征在于包 括Si成長步驟，在所述Si基板上，使Si半導(dǎo)體層成長為所述元件構(gòu)造的第1導(dǎo) 電型區(qū)域的層；第1氮化物半導(dǎo)體層成長步驟，在所述Si層上，使第l氮化物半導(dǎo)體層成長 為所述第1導(dǎo)電型區(qū)域的層；以及第2氮化物半導(dǎo)體層成長步驟，使第2氮化物半導(dǎo)體層成長為所述元件構(gòu)造的 第2導(dǎo)電型區(qū)域的層。
45. —種氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法，此氮化物系半導(dǎo)體元件具有在Si基板上包 含氮化物半導(dǎo)體層的元件構(gòu)造，此氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法的特征在于包 括Si成長步驟，在所述Si基板的表面?zhèn)?，使不同于?導(dǎo)電型區(qū)域的第2導(dǎo)電 型Si區(qū)域成長為所述元件構(gòu)造的第1導(dǎo)電型區(qū)域的層；第1氮化物半導(dǎo)體層成長步驟，在所述Si區(qū)域上，使第1氮化物半導(dǎo)體層成 長為所述第1導(dǎo)電型區(qū)域的層；以及第2氮化物半導(dǎo)體層成長步驟，使第2氮化物半導(dǎo)體層成長為所述元件構(gòu)造的 第2導(dǎo)電型區(qū)域的層。
46. 如權(quán)利要求44或45所述的氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于，在使所述第l氮化物半導(dǎo)體層成長的步驟中，摻雜n型雜質(zhì)使其成長，且所述 第l導(dǎo)電型區(qū)域為n型區(qū)域。
47. 如權(quán)利要求44至46中任一權(quán)利要求所述的氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法，其特 征在于，所述第1導(dǎo)電型區(qū)域為n型區(qū)域，所述第2導(dǎo)電型區(qū)域為p型區(qū)域，且所述元 件為發(fā)光元件構(gòu)造。
48. 如權(quán)利要求41或45所述的氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于，在所述第l步驟中，以含有Si半導(dǎo)體的p型雜質(zhì)的膜被覆Si基板表面，使該 p型雜質(zhì)在基板內(nèi)擴(kuò)散，以形成所述Si區(qū)域。
49. 如權(quán)利要求41或45所述的氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于，在所述第1步驟中，在熱處理的情況下向所述Si基板表面供給Si半導(dǎo)體的p 型雜質(zhì)源氣體，以形成所述Si區(qū)域。
50. 如權(quán)利要求40至49中任一權(quán)利要求所述的氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法，其特 征在于，所述Si基板具有p型雜質(zhì)，且在所述第l步驟中，Si層或Si區(qū)域的p型雜質(zhì) 濃度大于該Si基板的p型雜質(zhì)濃度。 51.如權(quán)利要求50所述的氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于， 所述第1步驟中的p型雜質(zhì)為硼(B， boron)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種氮化物系半導(dǎo)體元件，其使用Si作為基板，可使正向電壓(Vf)低于先前。該氮化物系半導(dǎo)體元件1001是在Si基板1002上具有氮化物半導(dǎo)體層1003，并且Si基板1002的至少一部分及氮化物半導(dǎo)體層1003包含于主動區(qū)域，Si基板1002的主動區(qū)域的導(dǎo)電型為p型。而且，該氮化物系半導(dǎo)體元件1001是在Si基板1002上具有氮化物半導(dǎo)體層1003，并且Si基板1002的至少一部分及氮化物半導(dǎo)體層1003包含于主動區(qū)域，Si基板1002的主動區(qū)域的多數(shù)載體為空穴。
文檔編號H01L33/00GK101189733SQ200680015180
公開日2008年5月28日 申請日期2006年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月2日
發(fā)明者三崎貴生, 三谷友次, 北野彰, 市川將嗣, 成川幸男 申請人:日亞化學(xué)工業(yè)株式會社