專利名稱：氮化物半導(dǎo)體元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能夠應(yīng)用于例如發(fā)光二極管、半導(dǎo)體激光器等半導(dǎo)體元件的P型氮化物半導(dǎo)體層及其制造方法、以及采用了該P(yáng)型氮化物半導(dǎo)體層的氮化物半導(dǎo)體元件及其制造方法。
背景技術(shù)：
由GaN、InN, AlN及它們的混晶(mix crystal)構(gòu)成的所謂的氮化物半導(dǎo)體，具有與可視域到紫外域的波長(zhǎng)區(qū)域?qū)?yīng)的帶隙(band gap)，是能夠?qū)崿F(xiàn)在綠色或者藍(lán)色到紫外的波長(zhǎng)范圍內(nèi)高輸出的發(fā)光二極管的材料。其是在藍(lán)寶石基板上被高質(zhì)量化，實(shí)現(xiàn)P型GaN 以來(lái)，應(yīng)用于半導(dǎo)體激光器、高亮度的發(fā)光二極管(Light Emitting Diode =LED)并被實(shí)用化的材料系。提出了如下的技術(shù)在藍(lán)寶石基板或Si基板上使氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的構(gòu)造結(jié)晶生長(zhǎng)時(shí)，在形成C面(0001)作為生長(zhǎng)面的情況下，在氮化物半導(dǎo)體層中摻雜提供P型的雜質(zhì)Mg，并通過(guò)在400°C以上進(jìn)行退火，從而得到低電阻的ρ型氮化物半導(dǎo)體層(例如， 參照專利文獻(xiàn)1)。在該技術(shù)被發(fā)表之后，在各種研究機(jī)構(gòu)開(kāi)始研究P型氮化物半導(dǎo)體。例如在專利文獻(xiàn)2中示出了使結(jié)晶生長(zhǎng)后的冷卻速度變慢的技術(shù)，在專利文獻(xiàn)3中示出了同時(shí)進(jìn)行電極的退火和P層的退火的技術(shù)等。此外另一方面，也在研究代替Mg來(lái)提供ρ型的雜質(zhì)，并且有如下報(bào)告將與C面(0001)不同的(1-101)面作為生長(zhǎng)面而添加碳(C)后，形成淺的能級(jí)(準(zhǔn)位)，成為良好的P型氮化物半導(dǎo)體層(例如，參照非專利文獻(xiàn)1、2)。專利文獻(xiàn)1 日本專利第2540791號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開(kāi)平8-32113號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 日本特開(kāi)平8-51235號(hào)公報(bào)1 :T. Hikosaka> Τ. Narita> Y. Honda> Μ. Yamaguchi> and N. Sawakia> App 1. Phys. Lett. 84,4717 (2004)非專利文獻(xiàn)2 =Norikatsu KOIDE、Toshiki HIKOSAKA、Yoshio HONDA、Masahito YAMAGUCHI and Nobuhiko SAWAKI、Jpn.J.Appl.Phys.、45、7655 (2006) ·但是，雖然說(shuō)通過(guò)退火得到了 ρ型層，但其載流子濃度只不過(guò)是比lX1018/cm3還小的值，為了改善氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的電氣特性，還需要載流子濃度高的P型層。此外，若需要退火，則工時(shí)變多，制造成本增加。而且，存在添加的Mg擴(kuò)散到發(fā)光層的問(wèn)題。 若Mg擴(kuò)散，則在發(fā)光層發(fā)生結(jié)晶缺陷從而導(dǎo)致內(nèi)部量子效率降低，發(fā)光效率顯著降低。另一方面，作為上述發(fā)光元件的另一例，如非專利文獻(xiàn)1以及非專利文獻(xiàn)2中所述，在將與C 面(0001)不同的(1-101)面作為生長(zhǎng)面的GaN層中添加碳(C)并生長(zhǎng)的情況下，雖然得到低電阻的P型層，但是不能利用C面(0001)上的生長(zhǎng)條件，并且現(xiàn)狀下需要采用對(duì)使Si的 (001)面傾斜了 7°的傾斜基板等進(jìn)行了凹凸加工的基板，工時(shí)變多，制造成本增加
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是在不進(jìn)行退火或基板加工的情況下能夠形成載流子濃度高的低電阻的P型氮化物半導(dǎo)體層。為了實(shí)現(xiàn)所述目的，本發(fā)明所涉及的氮化物半導(dǎo)體元件具有第一氮化物半導(dǎo)體層，其將C面作為生長(zhǎng)面，并且在上表面具有凹凸；和第二氮化物半導(dǎo)體層，其在第一氮化物半導(dǎo)體層上按照與凹凸接觸的方式形成，并且為P型，位于凹凸的側(cè)壁正上方的第二氮化物半導(dǎo)體層的P型載流子濃度為lX1018/cm3以上。通過(guò)采用這種構(gòu)成，即使不采用現(xiàn)有技術(shù)中必須的用于使ρ型雜質(zhì)活性化的退火，也可以得到空穴濃度為IO18CnT3以上的高濃度的良好的ρ型氮化物半導(dǎo)體層。此外，因?yàn)椴恍枰獙?duì)基板進(jìn)行加工，所以工時(shí)減少，能夠低成本地進(jìn)行制造。在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體元件中，優(yōu)選在第二氮化物半導(dǎo)體層中，添加有碳(C) 作為提供P型的雜質(zhì)。在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體元件中，優(yōu)選作為提供ρ型的雜質(zhì)，除了 C之外，還添加有Mg、Zn、Ca以及Be中的至少一種。通過(guò)采用這種構(gòu)成，即使是在第一氮化物半導(dǎo)體層以及第二氮化物半導(dǎo)體的凹凸包含C面(0001)的構(gòu)成，第二氮化物半導(dǎo)體也可以高效地顯示低電阻的P型。這里，Mg,Zn, Ca以及Be等在III族位點(diǎn)的晶格中穩(wěn)定化，C在V族位點(diǎn)的晶格中穩(wěn)定化。因此，可以同時(shí)添加C和Mg、Zn、Ca以及Be等。在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體元件中，優(yōu)選在第一氮化物半導(dǎo)體層和第二氮化物半導(dǎo)體層之間的界面，沿凹凸的形狀分布提供P型的雜質(zhì)。在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體元件中，優(yōu)選凹凸的側(cè)壁表面主要是氮極性。通過(guò)采用這種構(gòu)成，變得容易向按照與凹凸的側(cè)壁接觸的方式形成的第二氮化物半導(dǎo)體層中添加C。 氮極性的表面以氮終止，所以與碳的置換變得容易，所以有利于添加碳。在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體元件中，優(yōu)選凹凸的側(cè)壁包括面方位為(1-101)、 (11-22)以及(1-102)中的任一個(gè)的面。通過(guò)采用這種構(gòu)成，第二氮化物半導(dǎo)體層更有效地顯示低電阻的P型。尤其在(1-101)以及(11-22)的情況下，因?yàn)槭堑獦O性所以能夠更有效地添加碳。另外，即使面方位的表記錯(cuò)誤，只要數(shù)學(xué)上實(shí)質(zhì)是同質(zhì)的面方位，則不局限于上述面方位表記。在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體元件中，優(yōu)選在第二氮化物半導(dǎo)體層中添加有Si以及 Ge中的至少一種。通過(guò)采用這種構(gòu)成，可以控制空穴(Hall)濃度。例如，因?yàn)樘?C)被包含在III族的原料即TMG(三甲基鎵)、TMI (三甲基銦)、TMA(三甲基鋁)等中，所以C被自然地添加。因此，不能說(shuō)空穴濃度的控制性一定良好。因此，通過(guò)在第二氮化物半導(dǎo)體層中添加Si以及Ge中的至少一種，產(chǎn)生基于Si或者Ge的η型的載流子(carrier)，與空穴相互補(bǔ)償，所以可以設(shè)定任意的空穴濃度。在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體元件中，優(yōu)選凹凸的形狀是六角錐形或者六角錐臺(tái)形。 通過(guò)采用這種構(gòu)成，C面(0001)的表面積減少、凹凸的側(cè)壁的表面積增加，所以第二氮化物半導(dǎo)體中顯示低電阻的P型的面積增加，必然使P型層的電阻值降低，可以使Vop、Vf降低。 尤其優(yōu)選六角錐形。在應(yīng)用于發(fā)光元件時(shí)，六角錐形的斜面還能夠同時(shí)期待提高光的取出性。本發(fā)明所涉及的他的氮化物半導(dǎo)體元件具有以C面為生長(zhǎng)面而依次形成的η型氮化物半導(dǎo)體層、發(fā)光層和第一 P型氮化物半導(dǎo)體層，在第一 P型氮化物半導(dǎo)體層上設(shè)置有凹
6凸，在第一P型氮化物半導(dǎo)體層上還具有按照與凹凸接觸的方式形成的第二P型氮化物半導(dǎo)體層，位于凹凸的側(cè)壁正上方的第二 P型氮化物半導(dǎo)體層的P型載流子濃度為IXlO18/ cm3以上。通過(guò)采用這種構(gòu)成，即使不采用現(xiàn)有技術(shù)中必須的用于使ρ型雜質(zhì)活性化的退火，也可以得到空穴濃度為IO18CnT3以上的高濃度的良好的ρ型氮化物半導(dǎo)體層。此外，因?yàn)椴恍枰獙?duì)基板進(jìn)行加工，所以工時(shí)減少，能夠低成本地進(jìn)行制造。此外，因?yàn)槟軌虻玫降碗娮璧腜型半導(dǎo)體層，所以能夠?qū)崿F(xiàn)正向電壓(Vf)比現(xiàn)有技術(shù)低的發(fā)光元件。在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體元件中，能夠采用在凹凸構(gòu)造的凹部正下方具有刃型位錯(cuò)的構(gòu)成。通過(guò)采用這種構(gòu)成，通過(guò)以刃型位錯(cuò)為起點(diǎn)的凹陷生長(zhǎng)，凹凸可以利用in-situ 形成，能夠降低成本。在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體元件中，優(yōu)選位于凹凸的凹部正下方的發(fā)光層中沒(méi)有刃型位錯(cuò)。通過(guò)采用這種構(gòu)成，即使電流集中在凹部正下方，因?yàn)榘疾空路降陌l(fā)光層中沒(méi)有位錯(cuò)，所以可以不使發(fā)光效率下降。在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體元件中，優(yōu)選還具有在第一 ρ型氮化物半導(dǎo)體層與發(fā)光層之間設(shè)置的由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的周期構(gòu)造，通過(guò)周期構(gòu)造，刃型位錯(cuò)的方向被歪曲。根據(jù)這種構(gòu)成，在發(fā)光層和第一P型氮化物半導(dǎo)體層之間使方向歪曲了的刃型位錯(cuò)的正上方形成凹部，所以可以得到在凹部正下方的發(fā)光層中沒(méi)有位錯(cuò)的構(gòu)成，能夠防止發(fā)光效率的降低。在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體元件中，優(yōu)選周期構(gòu)造是周期性地層疊了不同組成的氮化物半導(dǎo)體層的構(gòu)造，周期構(gòu)造的各層包括h、Al以及( 中的至少一種作為構(gòu)成元素。在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體元件中，可以采用如下構(gòu)成還具有設(shè)置在第一 P型氮化物半導(dǎo)體層與發(fā)光層之間的毫微掩模，凹凸的凹部位于毫微掩模的正上方。通過(guò)采用這種構(gòu)成，發(fā)生由晶格常數(shù)差引起的三維生長(zhǎng)，所以凹凸可以利用in-situ形成，能夠降低成本。此外，因?yàn)椴恍枰诲e(cuò)，所以能夠不使發(fā)光效率降低地形成凹凸。在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體元件中，優(yōu)選毫微掩模由AlxGiVxN (0 < χ彡1)、SiN或者SiC形成。通過(guò)采用這種構(gòu)成，能夠容易地進(jìn)行三維生長(zhǎng)，可以利用in-situ形成毫微掩模，可以降低成本。本發(fā)明所涉及的氮化物半導(dǎo)體元件的制造方法具有工序(a)，在基板上，以C面為生長(zhǎng)面形成第一氮化物半導(dǎo)體層；工序(b)，在第一氮化物半導(dǎo)體層的表面形成凹凸；和工序(C)，按照與第一氮化物半導(dǎo)體層的凹凸接觸的方式形成P型的第二氮化物半導(dǎo)體層。根據(jù)這種制造方法，即使不采用現(xiàn)有技術(shù)中必須的用于使P型雜質(zhì)活性化的退火，也可以得到空穴濃度為IO18CnT3以上的高濃度的良好的ρ型氮化物半導(dǎo)體層。此外，因?yàn)椴恍枰獙?duì)基板以及氮化物半導(dǎo)體元件進(jìn)行加工，所以工時(shí)減少，能夠低成本地進(jìn)行制造。本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體元件的制造方法，優(yōu)選在在工序(C)中，在第二氮化物半導(dǎo)體層中添加碳(C)，作為提供P型的雜質(zhì)。本發(fā)明所涉及的另一氮化物半導(dǎo)體元件的制造方法具有工序(a)，在基板上，以 C面為生長(zhǎng)面，依次形成η型氮化物半導(dǎo)體層、發(fā)光層以及P型的第一氮化物半導(dǎo)體層；工序(b)，在第一 P型氮化物半導(dǎo)體層的表面形成凹凸；和工序(C)，按照與第一 P型氮化物半導(dǎo)體層的凹凸接觸的方式形成第二 P型氮化物半導(dǎo)體層。
本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體元件的制造方法，可以在工序(C)之后，還具有如下工序 工序(d)，通過(guò)去除第二 ρ型氮化物半導(dǎo)體層以及發(fā)光層的一部分，露出η型氮化物半導(dǎo)體層；工序(e)，在第二 P型氮化物半導(dǎo)體層上形成能夠透過(guò)發(fā)光層的發(fā)光波長(zhǎng)的正電極；和工序(f)，在η型氮化物半導(dǎo)體層上的露出面上形成負(fù)電極。本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體元件的制造方法，可以在工序(C)之后，還具有如下工序 工序(g)，去除基板；和工序(h)，在通過(guò)去除基板而露出的η型氮化物半導(dǎo)體層的露出面， 形成反射發(fā)光層的發(fā)光波長(zhǎng)的由單層或者多層構(gòu)成的金屬膜。根據(jù)這種制造方法，能夠制造提高了發(fā)光效率并且改善了基板的光吸收、應(yīng)力、散熱的惡化等的發(fā)光元件。本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體元件的制造方法，優(yōu)選在工序(h)中，使金屬膜的厚度為 IOym以上。根據(jù)這種制造方法，散熱性進(jìn)一步改善。本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體元件的制造方法，優(yōu)選在工序(h)中，通過(guò)電鍍形成金屬膜的至少一部分。根據(jù)這種制造方法，能夠高速地形成金屬膜，能夠更加低成本地制造發(fā)光元件。本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體元件的制造方法，優(yōu)選在工序(h)中，金屬膜由Cu、Ag、Al 以及Au中的至少一種形成。根據(jù)這種制造方法，能夠形成對(duì)從發(fā)光層放射的光具有高反射率、并且散熱性優(yōu)異的金屬膜。(發(fā)明效果)與現(xiàn)有技術(shù)的在氮化物半導(dǎo)體層中添加Mg并通過(guò)退火而得到的ρ型氮化物半導(dǎo)體層相比，能夠獲得高載流子濃度的良好的P型氮化物半導(dǎo)體層。此外，即使不采用用于使 P型雜質(zhì)活性化的退火，也能夠得到高載流子濃度的P型氮化物半導(dǎo)體層，所以能夠減少工時(shí)，能夠大幅地降低成本。此外，在將如此得到的P型氮化物半導(dǎo)體層應(yīng)用于例如發(fā)光元件構(gòu)造時(shí)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠?qū)崿F(xiàn)正向電壓(Vf)低的發(fā)光元件，而且，即使不使用Mg也能夠得到高載流子濃度的P型氮化物半導(dǎo)體層，所以能夠降低向發(fā)光層的雜質(zhì)擴(kuò)散，高效率發(fā)光成為可能。


圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式1所涉及的半導(dǎo)體層疊構(gòu)造的模式剖視圖。圖2A是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1所涉及的半導(dǎo)體層疊構(gòu)造的制造方法的一工序的模式剖視圖。圖2B是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1所涉及的半導(dǎo)體層疊構(gòu)造的制造方法的一工序的模式剖視圖。圖2C是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1所涉及的半導(dǎo)體層疊構(gòu)造的制造方法的一工序的模式剖視圖。圖2D是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1所涉及的半導(dǎo)體層疊構(gòu)造的制造方法的一工序的模式剖視圖。圖2E是本發(fā)明的實(shí)施方式1所涉及的半導(dǎo)體層疊構(gòu)造的制造工序中的SEM鳥(niǎo)瞰圖。圖3是本發(fā)明的實(shí)施方式2所涉及的發(fā)光元件的模式剖視圖。
8
圖4A是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2所涉及的發(fā)光元件的制造方法的一工序的模式剖視圖。圖4B是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2所涉及的發(fā)光元件的制造方法的一工序的模式剖視圖。圖4C是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2所涉及的發(fā)光元件的制造方法的一工序的模式剖視圖。圖4D是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2所涉及的發(fā)光元件的制造方法的一工序的模式剖視圖。圖4E是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2所涉及的發(fā)光元件的制造方法的一工序的模式剖視圖。圖4F是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2所涉及的發(fā)光元件的制造方法的一工序的模式剖視圖。圖4G是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2所涉及的發(fā)光元件的制造方法的一工序的模式剖視圖。圖5是本發(fā)明的實(shí)施方式2所涉及的發(fā)光元件與現(xiàn)有發(fā)光元件的I-V特性比較圖。圖6是本發(fā)明的實(shí)施方式2的變形例1所涉及的發(fā)光元件的模式剖視圖。圖7是本發(fā)明的實(shí)施方式2的變形例2所涉及的發(fā)光元件的模式剖視圖。圖8是本發(fā)明的實(shí)施方式3所涉及的發(fā)光元件的剖視圖。圖9A是本發(fā)明的實(shí)施方式4所涉及的發(fā)光元件的模式剖視圖。圖9B是本發(fā)明的實(shí)施方式4所涉及的發(fā)光元件的TEM圖。圖10是本發(fā)明的實(shí)施方式5所涉及的發(fā)光元件的模式剖視圖。圖11是本發(fā)明的實(shí)施方式1所涉及的ρ型氮化物半導(dǎo)體層的低電阻化的示意圖。圖12是從A面(11-20)觀察(1-101)的模式剖視圖。圖13是現(xiàn)有構(gòu)造的發(fā)光元件的模式剖視圖。
具體實(shí)施例方式<實(shí)施方式1>對(duì)本申請(qǐng)發(fā)明的實(shí)施方式1進(jìn)行說(shuō)明。圖1是本申請(qǐng)發(fā)明的實(shí)施方式1所涉及的半導(dǎo)體層疊構(gòu)造的剖視圖。在實(shí)施方式1的半導(dǎo)體層疊構(gòu)造中，在以(111)面為主面的Si基板1上，以C面 (0001)面為生長(zhǎng)面依次形成由AlN構(gòu)成的緩沖層2、由不摻雜GaN構(gòu)成的第一氮化物半導(dǎo)體層103，在第一氮化物半導(dǎo)體層上形成由ρ型GaN構(gòu)成的第二氮化物半導(dǎo)體層104。這里，第一氮化物半導(dǎo)體層103具有凹凸，按照與該凹凸接觸的方式形成第二氮化物半導(dǎo)體層104。第一氮化物半導(dǎo)體層103的凹凸的側(cè)面的至少一部分由氮極性面構(gòu)成， 例如由(1-101)構(gòu)成。在第二氮化物半導(dǎo)體層104中添加碳(C)作為提供ρ型的雜質(zhì)，位于凹凸的側(cè)壁正上方的第二氮化物半導(dǎo)體層104的ρ型載流子濃度成為lX1018/cm3以上。在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體層疊構(gòu)造中，第二 ρ型氮化物半導(dǎo)體層2形成在作為氮極性面的(1-101)面上，并且添加了 C。據(jù)此，如圖11所示，在(1-101)面上生長(zhǎng)的第二氮化物半導(dǎo)體層104成為低電阻的ρ型。如圖12所示，(1-101)面是晶格表面以氮終止的氮極性面，與( 極性的C面(0001)面的表面相比，容易發(fā)生C元素和N元素的置換。因此，能夠高濃度地添加C元素。因?yàn)榈诙锇雽?dǎo)體層104的生長(zhǎng)面是氮極性即可，所以凹凸的側(cè)面不局限于(1-101)，即使是(11-22)等的面方位也可以高濃度地添加C元素。此外， 還可以使基板1為GaN，利用GaN基板的氮極性側(cè)(通?；宓谋趁?。因?yàn)樵诎纪箓?cè)面上生長(zhǎng)的第二氮化物半導(dǎo)體層中高濃度地添加C，所以在第一氮化物半導(dǎo)體層103與第二氮化物半導(dǎo)體層104之間的界面，能夠確認(rèn)C元素沿著凹凸形狀分布。這里，在第二氮化物半導(dǎo)體層中添加的元素不僅有C，還可以添加元素周期表第 IIA族、IIB族元素中的至少一種，例如Mg、Zn、Ca以及Be等。由此，在凹凸表面包含C面 (0001)面時(shí)，成為更加良好的ρ型層。Mg、ai、Ca以及Be等的元素在III族位點(diǎn)(site)的晶格穩(wěn)定化，C在V族位點(diǎn)的晶格穩(wěn)定化。因此，能夠同時(shí)添加C元素和Mg、Zn、Ca以及Be
等元素。另外，在本實(shí)施方式中，對(duì)于基板1采用了硅(Si)，但是不局限于此，還可以使用藍(lán)寶石、GaN、SiC或者GaAs等。此外，可以使用非導(dǎo)電性基板、高電阻基板、ρ型基板、η型基板等具有各種導(dǎo)電性的基板、或部分具有這些導(dǎo)電性的基板。這在以下所敘述的其他實(shí)施方式中也同樣。在本實(shí)施方式中，對(duì)緩沖層2使用了 Α1Ν，但不局限于此，此外根據(jù)基板材料不同， 也可以沒(méi)有緩沖層。作為緩沖層2的組成，優(yōu)選使用AlaGai_aN(0 <a^l),更優(yōu)選使用A1N。 這里AlN層的功能性作用是能夠防止由Si和( 的反應(yīng)引起的異常生長(zhǎng)。在Si基板上進(jìn)行GaN生長(zhǎng)的較大的問(wèn)題是所謂的回熔蝕刻(meltback etching)效應(yīng)。在生長(zhǎng)初期( 和 Si以高溫形成合金，并且引起Si基板和GaN層要被破壞的程度的較強(qiáng)的蝕刻反應(yīng)。因此， 需要一定厚度的AlN層?？紤]結(jié)晶性提高、生長(zhǎng)時(shí)間，從而5nm以上IOOOnm以下的AlN層最好。緩沖層的厚度優(yōu)選20nm以上，此時(shí)能夠充分抑制由Si和( 的反應(yīng)所引起的回熔蝕刻效應(yīng)。Si基板上的氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)的另一個(gè)問(wèn)題，是發(fā)生由熱膨脹系數(shù)的差異以及晶格常數(shù)的差異引起的裂紋(crack)。Si基板的(111)面和氮化物半導(dǎo)體的C面(0001)的 a軸的晶格不匹配的比例是GaN為20.4%、AlN為23. 4%左右。而且，熱膨脹系數(shù)的差異會(huì)給予氮化物半導(dǎo)體層拉伸應(yīng)力。因此，若在基板1和緩沖層2之間或者基板1和第一氮化物半導(dǎo)體層103之間進(jìn)一步插入AlN和AlaGai_aN(0<a< 1)的超晶格構(gòu)造作為緩沖層， 則能夠緩和由熱膨脹系數(shù)的差異、晶格常數(shù)的差異引起的應(yīng)力，所以裂紋變得難以發(fā)生。緩沖層優(yōu)選AlN和GaN的周期構(gòu)造，考慮到裂紋抑制以及生長(zhǎng)時(shí)間，周期數(shù)為10周期以上且 200周期以下為好。優(yōu)選需要為50周期以上。此外，為了作為η型層起作用，摻雜Si。AlN 和GaN的厚度分別為Inm以上且IOnm以下、IOnm以上且50nm以下。尤其，因?yàn)锳lN是半絕緣的，所以設(shè)為能夠利用隧道效應(yīng)的膜厚。這在以下所敘述的其他實(shí)施方式中也同樣。另外，在本實(shí)施方式中，第一氮化物半導(dǎo)體層為不摻雜，但是也可以是η型或ρ型的導(dǎo)電型。可以將以上那樣的包括低電阻ρ型半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體層疊構(gòu)造應(yīng)用于發(fā)光設(shè)備、 電子設(shè)備等各種半導(dǎo)體元件。<實(shí)施方式1的制造方法>
以下，示出圖1的LED的制造方法。圖2A 圖2E是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1所涉及的LED的制造方法的圖。氮化物半導(dǎo)體的結(jié)晶生長(zhǎng)使用MOCVD (有機(jī)金屬氣相生長(zhǎng)法)、熱CVD、HDVPE (鹵化物氣相生長(zhǎng)法)、MBE (分子束氣相生長(zhǎng)法)、或者M(jìn)OMBE (有機(jī)金屬分子束氣相生長(zhǎng)法)等的氣相生長(zhǎng)裝置。首先，如圖2A所示，在以(111)面為主面的Si基板1上，以C面(0001)面為主面依次形成由AlN構(gòu)成的緩沖層2、由不摻雜GaN構(gòu)成的第一氮化物半導(dǎo)體層103。接著，如圖2B所示，在第一氮化物半導(dǎo)體層103的表面形成凹凸。凹凸，例如能夠利用圖2D所示的方法通過(guò)結(jié)晶生長(zhǎng)來(lái)形成，利用刃型位錯(cuò)(edge dislocation)來(lái)進(jìn)行凹陷(Pit)生長(zhǎng)。此時(shí)，在刃型位錯(cuò)上形成凹凸的凹部。對(duì)于凹陷生長(zhǎng)，可以利用第一氮化物半導(dǎo)體層103的生長(zhǎng)溫度或者生長(zhǎng)速度進(jìn)行控制。利用生長(zhǎng)溫度進(jìn)行凹陷生長(zhǎng)時(shí)，GaN的情況下期望500°C 900°C的范圍。生長(zhǎng)溫度過(guò)低時(shí)引起結(jié)晶性的降低，所以更優(yōu)選800°C 900 0C。利用生長(zhǎng)速度進(jìn)行控制的情況下，期望1 μ m/h 6 μ m/h的范圍。更優(yōu)選4 μ m/h 6um/h0在圖2E中示出利用SEM觀察實(shí)際形成的結(jié)果的鳥(niǎo)瞰圖。第一氮化物半導(dǎo)體層103 的凹凸的側(cè)壁的面方位是(1-101)面。接著，如圖2C所示，按照與第一氮化物半導(dǎo)體層103的凹凸的側(cè)面接觸的方式， 形成由GaN構(gòu)成、并且添加了碳(C)作為ρ型雜質(zhì)的第二氮化物半導(dǎo)體層104。作為C的添加方法，有故意或者自然添加的方法。在故意添加的情況下，在使第二氮化物半導(dǎo)體層7 的(1-101)面生長(zhǎng)中使用碳?xì)浠衔?hydrocarbons)的C2H2、C2H4或者CH4、或者鹵代甲烷 (halomethane)的CC14、CHC13、CI4或者CBr4等氣體原料。在自然添加C的情況下，可以通過(guò)對(duì)III族原料使用有機(jī)金屬通過(guò)降低V/III比、或者降低生長(zhǎng)溫度。這里，對(duì)于III族原料，優(yōu)選TMG (三甲基鎵)、TMA (三甲基鋁)以及TMI (三甲基銦)。V族原料優(yōu)選使用NH3, 但是若單獨(dú)或與NH3混合地使用DMHy( 二甲胼)等有機(jī)化合物系的氮化物，則C的自然添加量變得更多。這里，第二氮化物半導(dǎo)體層104反映第一氮化物半導(dǎo)體層103的凹凸，在表面形成凹凸。根據(jù)以上的方法，位于凹凸的側(cè)壁正上方的第二氮化物半導(dǎo)體層104的ρ型載流子濃度可以為lX1018/cm3以上，所以可以得到低電阻的ρ型半導(dǎo)體層。<實(shí)施方式2>以下，對(duì)本申請(qǐng)發(fā)明的實(shí)施方式2進(jìn)行說(shuō)明。圖3是本申請(qǐng)發(fā)明的實(shí)施方式2所涉及的LED的剖視圖。在實(shí)施方式2的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，在以(111)面為主面的Si基板1上， 以C面(0001)面為主面依次形成由AlN構(gòu)成的緩沖層2、由η型GaN構(gòu)成的η型氮化物半導(dǎo)體層3、發(fā)光層4、由ρ型AWaN構(gòu)成的溢出(overflow)抑制層(以下稱為OFS層)5以及由ρ型GaN構(gòu)成的第一 ρ型氮化物半導(dǎo)體層6，在第一 ρ型氮化物半導(dǎo)體層6上形成由ρ 型GaN構(gòu)成的第二 ρ型氮化物半導(dǎo)體層7，在去除發(fā)光層4、OFS層5、第一 ρ型氮化物半導(dǎo)體層6、第二 ρ型氮化物半導(dǎo)體層7的一部分露出η型氮化物半導(dǎo)體層3的區(qū)域上形成負(fù)電極8。此外，在第二 ρ型氮化物半導(dǎo)體層7上形成正電極9，在正電極9上形成焊盤(pad) 電極10。發(fā)光層4是交互層疊由GaN構(gòu)成的阻擋層、和由Iribfe^bNO) < b < 1)構(gòu)成的阱層而形成的多重量子阱構(gòu)造。負(fù)電極8由依次層疊了 Ti/Al/Ni/Au的層疊膜構(gòu)成，正電極9由氧化銦錫(ITO)構(gòu)成，焊盤電極10由Ti/Al/Ni/Au構(gòu)成。這里，第一ρ型氮化物半導(dǎo)體層6具有凹凸，按照與該凹凸接觸的方式形成了第二 P型氮化物半導(dǎo)體層7。第一 P型氮化物半導(dǎo)體層6的凹凸的側(cè)面的至少一部分由氮極性面構(gòu)成，例如由(1-101)構(gòu)成。在第一 ρ型氮化物半導(dǎo)體層6中單獨(dú)添加了 C，或者除了 C 之外還添加了 Mg、Zn、Ca以及Be中的至少一種，作為提供ρ型的雜質(zhì)，在第二 ρ型氮化物半導(dǎo)體層7中添加了 C作為提供ρ型的雜質(zhì)，位于凹凸的側(cè)壁正上方的第二氮化物半導(dǎo)體層 7的ρ型載流子濃度成為lX1018/cm3以上。在本實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，第二 ρ型氮化物半導(dǎo)體層7形成在氮極性面即(1-101)面上，并且添加了 C。據(jù)此，如圖11所示，在(1-101)面上生長(zhǎng)的第二 P 型氮化物半導(dǎo)體層7成為低電阻的P型。如圖12所示，(1-101)面是晶格表面以氮終止的氮極性面，與( 極性的C面(0001)面的表面相比，容易發(fā)生C元素和N元素的置換。因此，能夠高濃度地添加C元素。因?yàn)榈诙?ρ型氮化物半導(dǎo)體層7的生長(zhǎng)面是氮極性即可，所以凹凸的側(cè)面不局限于(1-101)，即使是(11-22)等的面方位也可以高濃度地添加C元素。 此外，還可以使基板1為GaN，利用GaN基板的氮極性側(cè)(通?；宓谋趁?。因?yàn)樵诎纪箓?cè)面上生長(zhǎng)的第二 ρ型氮化物半導(dǎo)體層中高濃度地添加C，所以在第一 P型氮化物半導(dǎo)體層6與第二 P型氮化物半導(dǎo)體層7之間的界面，能夠確認(rèn)C元素沿著凹凸形狀分布。這里，在第二 ρ型氮化物半導(dǎo)體層7中添加的元素不僅有C，還可以添加元素周期表第IIA族、IIB族元素中的至少一種，例如Mg、Zn、Ca以及Be等。由此，在凹凸表面包含 C面(0001)面時(shí)，成為更加良好的ρ型層，能夠降低正向電壓(Vf)。Mg、Zn、Ca以及Be等的元素在III族位點(diǎn)的晶格穩(wěn)定化，C在V族位點(diǎn)的晶格穩(wěn)定化。因此，能夠同時(shí)添加C元素和Mg、Zn、Ca以及Be等元素。針對(duì)本實(shí)施方式的LED、和圖13所示的現(xiàn)有LED，進(jìn)行了 I-V特性的比較。在圖5 中示出I-V特性的比較結(jié)果。在分別用20mA驅(qū)動(dòng)本實(shí)施方式的LED以及現(xiàn)有LED時(shí)，驅(qū)動(dòng)電壓分別是3. 7V、3. 9V，可知利用20mA驅(qū)動(dòng)時(shí)降低了 0. 2V。在本實(shí)施方式中η型氮化物半導(dǎo)體層3采用了 GaN單層，但不局限于此，可以是單層也可以是多層。為了得到結(jié)晶缺陷少的氮化物半導(dǎo)體層，優(yōu)選GaN或者混晶比χ以及 y為0. 2以下的AlJr^GiimNa)彡χ < 1、0彡y < 1)。此外，考慮到裂紋發(fā)生或者生長(zhǎng)時(shí)間，η型氮化物半導(dǎo)體層3的膜厚優(yōu)選0. 1 μ m以上、10 μ m以下。尤其在向Si基板等的異種基板生長(zhǎng)的情況下，具有越厚結(jié)晶性越好的傾向。此外，在生長(zhǎng)Si基板上的氮化物半導(dǎo)體層時(shí)，使η型氮化物半導(dǎo)體層的厚度為3 μ m以下，從而發(fā)光元件中難以發(fā)生裂紋，具有成品率提高的傾向。η型氮化物半導(dǎo)體層3優(yōu)選將Si添加1 X IO18CnT3以上、1 X 1019cm_3以下。 在η型氮化物半導(dǎo)體層3中，為了緩和向發(fā)光層4的應(yīng)力，可以插入混晶比χ為0. 3以下的 InxGa1^xN的單層或者周期構(gòu)造。這在以下所敘述的其他實(shí)施方式中也同樣。在本實(shí)施方式中，對(duì)發(fā)光層4使用了由GaN* ^iaGai_aN(0 < a< 1)構(gòu)成的多重量子阱構(gòu)造，但不局限于此，可以使用單一量子阱構(gòu)造或多重量子阱構(gòu)造，利用含有h以及( 的氮化物半導(dǎo)體的haGai_aN(0彡a < 1)形成。在采用多重量子阱構(gòu)造時(shí)，成為發(fā)光層具有阻擋層以及阱層，但是阻擋層例如利用GaN使厚度為lOnm，阱層例如利用化力％_力(0 < a < 1)使厚度為3nm。另外，發(fā)光層整體的膜厚不受特別限定，考慮到發(fā)光波長(zhǎng)等，可以
12調(diào)整阻擋層以及阱層的各層疊數(shù)、層疊順序并設(shè)定發(fā)光層的各膜厚。上述是通過(guò)電流注入從而產(chǎn)生例如400nm到500nm之間的、尤其是470nm附近的藍(lán)色發(fā)光的構(gòu)成。此外，出于防止Mg向發(fā)光層4的擴(kuò)散的目的，可以在發(fā)光層4與添加了 Mg的ρ型層(例如OFS層5)之間插入不摻雜的AlJrvGh^NO)彡χ<1、0彡y<l)層。這在以下所敘述的其他實(shí)施方式中也同樣。在本實(shí)施方式中，在第一 ρ型氮化物半導(dǎo)體層6和發(fā)光層4之間插入了由 AlaGa1^aN(0 < a彡1)構(gòu)成的OFS層5。若在功能上進(jìn)行說(shuō)明，則可以防止來(lái)自η型氮化物半導(dǎo)體層側(cè)的電子的溢出，可以提高在發(fā)光層的發(fā)光再耦合的概率。例如，在發(fā)光層的阻擋層由GaN構(gòu)成、阱層由InGaN構(gòu)成的情況下，考慮到裂紋的抑制以及防止因Al原料帶來(lái)的雜質(zhì)增加所引起的結(jié)晶性降低，OFS層5的組成優(yōu)選Al為5%以上30%以下，厚度優(yōu)選20nm 以上IOOnm以下。另外，OFS層5不是一定需要，也可以沒(méi)有。這在以下所敘述的其他實(shí)施方式中也同樣。在本實(shí)施方式中，第一 ρ型氮化物半導(dǎo)體層6以及第二 ρ型氮化物半導(dǎo)體層7分別為單層的GaN，但不局限于此，也可以是多層。在η型氮化物半導(dǎo)體層和ρ型氮化物半導(dǎo)體層之間設(shè)置發(fā)光層的雙異質(zhì)接合的情況下，作為P側(cè)覆層，至少有帶隙能量比發(fā)光層的發(fā)光能量(發(fā)光波長(zhǎng))大的P型氮化物半導(dǎo)體層即可。作為P型氮化物半導(dǎo)體層6、7的組成，優(yōu)選3元混晶的氮化物半導(dǎo)體、更優(yōu)選不包含h、Al的2元混晶的由GaN構(gòu)成的氮化物半導(dǎo)體時(shí)，能夠使與正電極9的歐姆接觸比較好，能夠提高發(fā)光效率。這在以下所敘述的其他實(shí)施方式中也同樣。在本實(shí)施方式中，負(fù)電極8使用了依次層疊了 Ti/Al/Ni/Au的層疊膜，但是也可以是包含從由Ti、Zr、W、Al、Ni以及Au構(gòu)成的群中選擇的至少一種的金屬、合金、層疊構(gòu)造、 以及它們的化合物等。這在以下所敘述的其他實(shí)施方式中也同樣。在本實(shí)施方式中，作為正電極9使用了 ΙΤ0，但是作為ρ型氮化物半導(dǎo)體層用的正電極的材料，可以是包含從由 Ni、Pt、Pd、Rh, Ru、Os、Ir、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Co、Fe、Mn、 Mo、Cr、W、La、Cu、Ag以及Y構(gòu)成的群中選擇的至少一種的金屬、合金、層疊構(gòu)造，進(jìn)而可以是它們的化合物，例如，有導(dǎo)電性的氧化物等，作為導(dǎo)電性的金屬氧化物(氧化物半導(dǎo)體)， 可以列舉摻雜了錫的厚度5nm 10 μ m的氧化銦(Indium Tin Oxide :IT0)、ZnO, In2O3, 或者SnO2、或者在其中摻雜了 ( 等氮化物半導(dǎo)體的III族元素等的物質(zhì)等，作為具有透光性的電極而優(yōu)選。這在以下所敘述的其他實(shí)施方式中也同樣。另外，在本實(shí)施方式中，使位于凹凸的側(cè)壁正上方的第二氮化物半導(dǎo)體層104的ρ 型載流子濃度為lX1018/cm3以上，但是根據(jù)本發(fā)明，可以進(jìn)一步擴(kuò)大ρ型載流子濃度，優(yōu)選 IXlO1Vcm3以上。這在以下所敘述的其他實(shí)施方式中也同樣。<實(shí)施方式2的制造方法>以下示出圖3的LED的制造方法。圖4A 圖4G是示出本發(fā)明的實(shí)施方式2所涉及的LED的制造方法的圖。氮化物半導(dǎo)體的結(jié)晶生長(zhǎng)使用MOCVD(有機(jī)金屬氣相生長(zhǎng)法)、熱CVD、HDVPE(鹵化物氣相生長(zhǎng)法)、MBE (分子束氣相生長(zhǎng)法)或者M(jìn)OMBE (有機(jī)金屬分子束氣相生長(zhǎng)法)等的氣相生長(zhǎng)裝置。首先，如圖4A所示，在以(111)面為主面的Si基板1上，以C面(0001)面為主面
13依次形成由AlN構(gòu)成的緩沖層2、由η型GaN構(gòu)成的η型氮化物半導(dǎo)體層3、發(fā)光層4、由ρ 型AWaN構(gòu)成的溢出抑制層(以下稱為OFS層)5、由ρ型GaN構(gòu)成的第一 ρ型氮化物半導(dǎo)體層6。接著，如圖4Β所示，在第一 P型氮化物半導(dǎo)體層6的表面形成凹凸。凹凸，例如能夠利用圖4G所示的方法通過(guò)結(jié)晶生長(zhǎng)來(lái)形成，利用刃型位錯(cuò)來(lái)進(jìn)行凹陷生長(zhǎng)。此時(shí)，在刃型位錯(cuò)上形成凹凸的凹部。對(duì)于凹陷生長(zhǎng)，可以利用第一P型氮化物半導(dǎo)體層6的生長(zhǎng)溫度或者生長(zhǎng)速度進(jìn)行控制。利用生長(zhǎng)溫度進(jìn)行凹陷生長(zhǎng)時(shí)，GaN的情況下期望500°C 900°C 的范圍。生長(zhǎng)溫度過(guò)低時(shí)引起結(jié)晶性的降低，所以更優(yōu)選800°C 900°C。利用生長(zhǎng)速度進(jìn)行控制的情況下，期望1 μ m/h 6 μ m/h的范圍。更優(yōu)選4 μ m/h 6 μ m/h。第一 ρ型氮化物半導(dǎo)體層6的凹凸的側(cè)壁的面方位是(1-101)面。接著，如圖4C所示，按照與第一 ρ型氮化物半導(dǎo)體層6的凹凸的側(cè)面接觸的方式，形成由P型GaN構(gòu)成、并且添加了 C的第二 P型氮化物半導(dǎo)體層7。作為C的添加方法，有故意或者自然添加的方法。在故意添加的情況下，在使第二 P型氮化物半導(dǎo)體層7 的(1-101)面生長(zhǎng)中使用碳?xì)浠衔?hydrocarbons)的C2H2、C2H4以及CH4、或者鹵代甲烷 (halomethane)的CC14、CHC13、CI4以及CBr4等氣體原料。在自然添加C的情況下，可以通過(guò)對(duì)III族原料使用有機(jī)金屬通過(guò)降低V/III比、或者降低生長(zhǎng)溫度。這里，對(duì)于III族原料，優(yōu)選TMG (三甲基鎵)、TMA (三甲基鋁)以及TMI (三甲基銦)。V族原料優(yōu)選使用NH3, 但是若單獨(dú)或與NH3混合地使用DMHy( 二甲胼)等有機(jī)化合物系的氮化物，則C的自然添加量變得更多。這里，第二 P型氮化物半導(dǎo)體層7反映第一 ρ型氮化物半導(dǎo)體層6的凹凸， 在表面形成凹凸。接著，如圖4D所示，去除第二 ρ型氮化物半導(dǎo)體層7、第一 ρ型氮化物半導(dǎo)體層6、 OFS層5、發(fā)光層4的一部分，使η型氮化物半導(dǎo)體層3的一部分露出。為了形成在保留第二 P型氮化物半導(dǎo)體層7上的凹凸構(gòu)造的情況下露出η型氮化物半導(dǎo)體層3的一部分的構(gòu)造，可以選擇性地形成例如一邊的長(zhǎng)度為5 μ m到100 μ m的范圍的正方形狀的例如抗蝕劑或Ni金屬薄膜(未圖示)，并將其作為掩模(mask)通過(guò)使用了例如Cl2氣體的被稱為 ICP (Inductive Coupled Plasma，感應(yīng)耦合等離子體)蝕刻的干法蝕刻，選擇性地去除第二 P型氮化物半導(dǎo)體層7、第一 ρ型氮化物半導(dǎo)體層6、0FS層5、發(fā)光層4的一部分。而且，在露出的η型氮化物半導(dǎo)體層3的表面上選擇性地通過(guò)例如電子束蒸鍍和剝離(lift off) 形成按Ti/Al/Ni/Au順序進(jìn)行了層疊的負(fù)電極8。為了降低負(fù)電極8的接觸電阻，可以例如在N2氣氛中以550°C以上進(jìn)行燒結(jié)(sinter)。接著，如圖4E所示，沿第二 ρ型氮化物半導(dǎo)體層7的凹凸的(1-101)面形成由ITO 構(gòu)成的正電極9，在正電極9之上設(shè)置由Ti/Al/Ni/Au構(gòu)成的用于引線接合的焊盤電極10。如圖4F所示，在電極形成后，通過(guò)例如切割(dicing)，分割為芯片尺寸250μπι到 1000 μ m角的發(fā)光二極管芯片。例如在適當(dāng)?shù)闹位迳侠秒婂兺裹c(diǎn)安裝該芯片，使用 Ag糊來(lái)安裝到封裝表面，接著涂敷例如YAG熒光體，利用樹(shù)脂密封為炮彈形狀。<實(shí)施方式2的變形例1>以下，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式2的變形例1進(jìn)行說(shuō)明。圖6是本申請(qǐng)發(fā)明的實(shí)施方式1的變形例1所涉及的LED的剖視圖。對(duì)于與實(shí)施方式2相同的構(gòu)成，通過(guò)標(biāo)注相同的編號(hào)從而省略說(shuō)明。
在本變形例中，基板1被去除，在露出的η型氮化物半導(dǎo)體層3上具有依次層疊了 Al/Ti/Cu的反射膜11，在反射膜11之上具有由Cu構(gòu)成的金屬膜12。據(jù)此，從發(fā)光層4向 η型半導(dǎo)體層側(cè)放射的光通過(guò)反射膜11被反射，通過(guò)從ρ型層側(cè)取出，從而提高發(fā)光效率。 此外，通過(guò)金屬膜12提高散熱性。金屬膜12的膜厚優(yōu)選10 μ m以上。<實(shí)施方式1的變形例1的制造方法>對(duì)于實(shí)施方式2的變形例1的制造方法，可以通過(guò)在實(shí)施方式2的制造方法中，在形成正電極9之后，在第二 ρ型氮化物半導(dǎo)體層側(cè)粘貼例如由Si構(gòu)成的支撐基板13，通過(guò)濕法蝕刻(氟硝酸)或者氣體蝕刻(Cl2)去除基板1，在露出的η型氮化物半導(dǎo)體層3上蒸鍍Al/Ti/Cu的層疊膜作為反射膜11，通過(guò)電鍍形成Cu作為金屬膜12，移除用于粘貼的支撐基板13，在正電極9上形成電極墊10來(lái)制造。<實(shí)施方式2的變形例2>以下，對(duì)本申請(qǐng)發(fā)明的實(shí)施方式2的變形例2進(jìn)行說(shuō)明。圖3所示的LED是所謂的臥式構(gòu)造，但不局限于此，也可以是豎式構(gòu)造。圖7是本申請(qǐng)發(fā)明的實(shí)施方式2的變形例 2所涉及的豎式LED的剖視圖。對(duì)于與實(shí)施方式2相同的構(gòu)成，通過(guò)標(biāo)注相同的編號(hào)從而省略說(shuō)明。與實(shí)施方式2不同的點(diǎn)如下。在實(shí)施方式2中，負(fù)電極8通過(guò)去除第二 ρ型氮化物半導(dǎo)體層7、第一 ρ型氮化物半導(dǎo)體層6、0FS層5、發(fā)光層4的一部分，使η型氮化物半導(dǎo)體層3的一部分露出的基礎(chǔ)上形成。與此相對(duì)，在本變形例中，去除Si基板1，具有在露出的η型氮化物半導(dǎo)體層3上依次層疊了 Al/Ti/Cu的反射膜11、在反射膜11上形成的由Cu 構(gòu)成的金屬膜12，負(fù)電極8被省略。通過(guò)在正電極9與金屬膜12之間縱向地流過(guò)電流，能夠降低串聯(lián)電阻。對(duì)于由反射膜11帶來(lái)的發(fā)光效率的提高、由金屬膜12帶來(lái)的散熱性的提高的效果，與在變形例1中所敘述的相同。<實(shí)施方式2的變形例2的制造方法>對(duì)于實(shí)施方式2的變形例2的制造方法，可以通過(guò)在實(shí)施方式2的制造方法中，在形成第二 P型氮化物半導(dǎo)體層7之后，在第二 P型氮化物半導(dǎo)體層7上形成正電極9，與變形例1同樣地從支撐基板13粘貼依次進(jìn)行基板1的去除、反射膜11的形成、金屬膜12的形成、支撐基板13的去除，在正電極9之上形成電極墊10，從而來(lái)制造?！磳?shí)施方式3>對(duì)實(shí)施方式3進(jìn)行說(shuō)明。在實(shí)施方式2中說(shuō)明了 LED，但本發(fā)明的ρ型氮化物半導(dǎo)體層還可以應(yīng)用于LD。圖8是本申請(qǐng)發(fā)明的實(shí)施方式3所涉及的激光器二極管(以下稱為 LD)的剖視圖。在實(shí)施方式3的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，在以(0001)面為主面的由η型GaN構(gòu)成的基板201上，以C面(0001)面為主面依次形成由η型AlaGai_aN(0<a< 1)構(gòu)成的η型氮化物半導(dǎo)體層203、發(fā)光層204、由ρ型AWaN構(gòu)成的OFS層205、由ρ型AlaGai_aN(0 < a < 1)構(gòu)成的第一 P型氮化物半導(dǎo)體層6、由ρ型AlaGai_aN(0 < a < 1)構(gòu)成的第二 ρ型氮化物半導(dǎo)體層7。并且，通過(guò)在第二 ρ型氮化物半導(dǎo)體層7上形成正電極209、在基板1的背面形成負(fù)電極208，從而成為豎式構(gòu)造。發(fā)光層4是交互層疊由GaN構(gòu)成的阻擋層、和由 InbGa1^bN(0 < b < 1)構(gòu)成的阱層而形成的多重量子阱構(gòu)造。負(fù)電極208由依次層疊了 Ti/ Al/Ni/Au的層疊膜構(gòu)成，正電極209由 構(gòu)成。此外，在第一 ρ型氮化物半導(dǎo)體層6插入有用于控制向面內(nèi)的電流擴(kuò)散的由η型AlaGivaNO)彡a< 1)構(gòu)成的電流狹窄層214。由此， 可以向電流開(kāi)口部215選擇性地流過(guò)電流，劃出發(fā)光區(qū)域。這里，第一ρ型氮化物半導(dǎo)體層6具有凹凸，按照與該凹凸接觸的方式形成了第二 P型氮化物半導(dǎo)體層。第一 P型氮化物半導(dǎo)體層6的凹凸的側(cè)面的至少一部分由氮極性面構(gòu)成，例如由(1-101)構(gòu)成。在第一 P型氮化物半導(dǎo)體層6中添加了 作為提供ρ型的雜質(zhì)，在第二 P型氮化物半導(dǎo)體層中添加了 C作為提供ρ型的雜質(zhì)。此外，因?yàn)楸緦?shí)施方式是LD，所以為了將光較強(qiáng)地關(guān)閉在波導(dǎo)中，優(yōu)選分別在夾著發(fā)光層的η型層、P型層至少具有帶隙能量比發(fā)光層大的層作為覆層。例如，η型層、P型層優(yōu)選包括組成為AlaGa1^aN (0 < a < 1)的層?！磳?shí)施方式4>對(duì)實(shí)施方式4的發(fā)光元件進(jìn)行說(shuō)明。圖9A是本發(fā)明的實(shí)施方式4所涉及的LED 剖視圖，示出了從發(fā)光層到具有凹凸的P型層的部分。本實(shí)施方式的LED的構(gòu)造，基本上與實(shí)施方式2相同，但是如圖9A所示，在第一 ρ 型半導(dǎo)體層6中，在凹凸構(gòu)造和發(fā)光層之間插入了周期構(gòu)造(SLs層)316，這點(diǎn)與實(shí)施方式 1不同。周期構(gòu)造316是交互層疊了 GaN和AlaGai_aN (0<a< 1)的超晶格構(gòu)造。周期數(shù)是15周期，Al組成是20%。周期數(shù)、組成不局限于此。此外，不局限于交互層疊了 2層的構(gòu)造，可以是組成相互不同的3層以上的多層周期。周期構(gòu)造316的目的是改變?cè)诨搴偷锇雽?dǎo)體之間所發(fā)生的刃型位錯(cuò)的方向。如圖4G所示，電流容易在凹凸構(gòu)造的凹部的正下方流動(dòng)。所以若在凹部正下方的發(fā)光層中存在位錯(cuò)，則變?yōu)樵谌菀琢鬟^(guò)電流的部分的發(fā)光層中存在位錯(cuò)，發(fā)光效率降低。因此， 可以通過(guò)周期構(gòu)造316使從基板生長(zhǎng)氮化物半導(dǎo)體時(shí)所產(chǎn)生的位錯(cuò)的方向歪曲，通過(guò)在使方向歪曲了的位錯(cuò)上形成凹凸構(gòu)造的凹部，能夠得到凹部正下方的發(fā)光層中沒(méi)有位錯(cuò)的構(gòu)造。在這種構(gòu)造中，在容易流過(guò)電流的凹部正下方的發(fā)光層中不存在位錯(cuò)，所以能夠提高發(fā)光效率。圖9B中示出實(shí)際的TEM像，可知位錯(cuò)的方向被歪曲。在本實(shí)施方式中敘述了 LED，但是在實(shí)施方式3那樣的LD中也可以應(yīng)用周期構(gòu)造 316?！磳?shí)施方式5>對(duì)實(shí)施方式5的發(fā)光元件進(jìn)行說(shuō)明。圖10是本發(fā)明的實(shí)施方式5所涉及的LED 剖視圖，示出了從發(fā)光層到具有凹凸的P型層的部分。本實(shí)施方式的LED的構(gòu)造，基本上與實(shí)施方式2相同，但是如圖10所示，在第一 ρ 型半導(dǎo)體層6中在凹凸構(gòu)造與發(fā)光層之間插入了毫微掩模417，這點(diǎn)與實(shí)施方式1不同。作為毫微掩模417的材料，可以使用AlN、SiN、SiC等，并且優(yōu)選由in-situ形成。對(duì)于掩模尺寸，從生長(zhǎng)時(shí)間、向掩模上的生長(zhǎng)促進(jìn)的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選Inm到IOOnm的范圍。通過(guò)這種構(gòu)成，可以通過(guò)由晶格常數(shù)的差異引起的三維生長(zhǎng)來(lái)形成凹凸構(gòu)造。而且，可以利用in-situ形成凹凸構(gòu)造，可以降低成本。此外，因?yàn)椴恍枰诲e(cuò)，所以可以在不使發(fā)光效率降低的情況下形成凹凸。 在本實(shí)施方式中敘述了 LED，但是也可以將毫微掩模417應(yīng)用于實(shí)施方式3那樣的 LD。
16
以上所敘述的實(shí)施方式，在本發(fā)明的技術(shù)思想范圍內(nèi)可以自由地進(jìn)行變形。此外， 除了圖5的I-V特性圖之外，附圖是示意性表示本發(fā)明的一實(shí)施方式的圖，進(jìn)行了部分放大等，但是本發(fā)明不限定于這些附圖的構(gòu)造。(產(chǎn)業(yè)上的可利用性)本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的發(fā)光二極管、半導(dǎo)體激光器二極管等的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光設(shè)備的高亮度化、或者低成本化，在產(chǎn)業(yè)上具有很大的價(jià)值。本發(fā)明的發(fā)光元件針對(duì)P型氮化物半導(dǎo)體層具有(1-101)面的凹凸構(gòu)造進(jìn)行了說(shuō)明，但是作為其他元件，也可以形成在Si基板上使用了氮化物半導(dǎo)體的場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET :Field Effect Transistor)等，還可以利用氮化物半導(dǎo)體元件并設(shè)置其他元件來(lái)構(gòu)成集成元件的一部分。
0135]符號(hào)說(shuō)明0136]1,201基板0137]2緩沖層0138]103第一氮化物半導(dǎo)體層0139]104第二氮化物半導(dǎo)體層0140]3,203η型氮化物半導(dǎo)體層0141]4,204發(fā)光層0142]5,205OFS層0143]6,206第一 P型氮化物半導(dǎo)體層0144]7,207第二 P型氮化物半導(dǎo)體層0145]8,208負(fù)電極0146]9,209正電極0147]10焊盤電極(pad electrode)0148]11反射膜0149]12金屬膜0150]13支撐基板0151]214電流狹窄層0152]215電流開(kāi)口部0153]316SLs層0154]417毫微掩模(nano mask)
權(quán)利要求
1.一種氮化物半導(dǎo)體元件，具有第一氮化物半導(dǎo)體層，其將C面作為生長(zhǎng)面，并且在上表面具有凹凸；和第二氮化物半導(dǎo)體層，其在所述第一氮化物半導(dǎo)體層上按照與所述凹凸接觸的方式形成，并且為P型，位于所述凹凸的側(cè)壁正上方的所述第二氮化物半導(dǎo)體層的P型載流子濃度為1XIO18/ cm3以上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體元件，其中，在所述第二氮化物半導(dǎo)體層中添加有C作為提供ρ型的雜質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氮化物半導(dǎo)體元件，其中，作為所述提供P型的雜質(zhì)，除了所述C之外，還添加有Mg、Zn、Ca以及Be中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體元件，其中，在所述第一氮化物半導(dǎo)體層與所述第二氮化物半導(dǎo)體層之間的界面，沿所述凹凸的形狀分布提供P型的雜質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體元件，其中， 所述凹凸的側(cè)壁表面主要是氮極性。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體元件，其中，所述凹凸的側(cè)壁包括面方位為(1-101)、(11-22)以及(1-102)中的任一個(gè)的面。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氮化物半導(dǎo)體元件，其中，在所述第二氮化物半導(dǎo)體層中添加有Si以及Ge中的至少一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體元件，其中， 所述凹凸的形狀是六角錐形或者六角錐臺(tái)形。
9.一種氮化物半導(dǎo)體元件，具有以C面為生長(zhǎng)面而依次形成的η型氮化物半導(dǎo)體層、發(fā)光層和第一 P型氮化物半導(dǎo)體層，在所述第一 P型氮化物半導(dǎo)體層設(shè)置有凹凸，在所述第一P型氮化物半導(dǎo)體層上還具有按照與所述凹凸接觸的方式形成的第二P型氮化物半導(dǎo)體層，位于所述凹凸的側(cè)壁正上方的所述第二P型氮化物半導(dǎo)體層的P型載流子濃度為 1 X IO1Vcm3 以上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的氮化物半導(dǎo)體元件，其中，在所述第二 P型氮化物半導(dǎo)體層中添加有C，作為提供P型的雜質(zhì)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的氮化物半導(dǎo)體元件，其中，作為所述提供P型的雜質(zhì)，除了所述C之外，還添加有Mg、Zn、Ca以及Be中的至少一種。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的氮化物半導(dǎo)體元件，其中，在所述第一 P型氮化物半導(dǎo)體層與所述第二 P型氮化物半導(dǎo)體層之間的界面，沿所述凹凸的形狀分布提供P型的雜質(zhì)。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的氮化物半導(dǎo)體元件，其中， 所述凹凸的側(cè)壁表面主要是氮極性。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的氮化物半導(dǎo)體元件，其中，所述凹凸的側(cè)壁包括面方位為(1-101)、(11-22)以及(1-102)中的任一個(gè)的面。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的氮化物半導(dǎo)體元件，其中，在所述第二 P型氮化物半導(dǎo)體層中添加有Si或者Ge中的至少一種。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的氮化物半導(dǎo)體元件，其中， 所述凹凸的形狀是六角錐形或者六角錐臺(tái)形。
17.根據(jù)權(quán)利要求9所述的氮化物半導(dǎo)體元件，其中， 在所述凹凸的凹部正下方具有刃型位錯(cuò)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的氮化物半導(dǎo)體元件，其中，位于所述凹凸的凹部正下方的所述發(fā)光層中沒(méi)有所述刃型位錯(cuò)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的氮化物半導(dǎo)體元件，其中，還具有在所述第一P型氮化物半導(dǎo)體層與所述發(fā)光層之間設(shè)置的由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的周期構(gòu)造，通過(guò)所述周期構(gòu)造，所述刃型位錯(cuò)的方向被歪曲。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的氮化物半導(dǎo)體元件，其中，所述周期構(gòu)造是周期性地層疊了不同組成的氮化物半導(dǎo)體層的構(gòu)造， 所述周期構(gòu)造的各層包括h、Al以及( 中的至少一種作為構(gòu)成元素。
21.根據(jù)權(quán)利要求9所述的氮化物半導(dǎo)體元件，其中，還具有設(shè)置在所述第一 P型氮化物半導(dǎo)體層與所述發(fā)光層之間的毫微掩模， 所述凹凸的凹部位于所述毫微掩模的正上方。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的氮化物半導(dǎo)體元件，其中， 所述毫微掩模由AlxG _xN、SiN或者SiC形成，其中，0<X彡l。
23.一種氮化物半導(dǎo)體元件的制造方法，具有工序(a)，在基板上，以C面為生長(zhǎng)面形成第一氮化物半導(dǎo)體層； 工序(b)，在所述第一氮化物半導(dǎo)體層的表面形成凹凸；和工序(c)，按照與所述第一氮化物半導(dǎo)體層的凹凸接觸的方式形成P型的第二氮化物半導(dǎo)體層。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的氮化物半導(dǎo)體元件的制造方法，其中，在所述工序(c)中，在所述第二氮化物半導(dǎo)體層中添加C，作為提供ρ型的雜質(zhì)。
25.一種氮化物半導(dǎo)體元件的制造方法，具有工序(a)，在基板上，以C面為生長(zhǎng)面，依次形成η型氮化物半導(dǎo)體層、發(fā)光層以及第一 P型氮化物半導(dǎo)體層；工序(b)，在所述第一 ρ型氮化物半導(dǎo)體層的表面形成凹凸；和工序(c)，按照與所述第一ρ型氮化物半導(dǎo)體層的凹凸接觸的方式形成第二ρ型氮化物半導(dǎo)體層。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的氮化物半導(dǎo)體元件的制造方法，其中，在所述工序(c)中，在所述第二 ρ型氮化物半導(dǎo)體層中添加C，作為提供ρ型的雜質(zhì)。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的氮化物半導(dǎo)體元件的制造方法，其中， 在所述工序(c)之后，還具有如下工序工序(d)，通過(guò)去除所述第二 ρ型氮化物半導(dǎo)體層以及發(fā)光層的一部分，露出所述η型氮化物半導(dǎo)體層；工序(e)，在所述第二 P型氮化物半導(dǎo)體層上形成能夠透過(guò)所述發(fā)光層的發(fā)光波長(zhǎng)的正電極；和工序(f)，在所述η型氮化物半導(dǎo)體層上的露出面上形成負(fù)電極。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的氮化物半導(dǎo)體元件的制造方法，其中， 在所述工序(c)之后，還具有如下工序工序(g)，去除所述基板；和工序(h)，在通過(guò)去除所述基板而露出的所述η型氮化物半導(dǎo)體層的露出面，形成反射所述發(fā)光層的發(fā)光波長(zhǎng)的由單層或者多層構(gòu)成的金屬膜。
29.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的氮化物半導(dǎo)體元件的制造方法，其中， 在所述工序(h)中，使所述金屬膜的厚度為ΙΟμπι以上。
30.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的氮化物半導(dǎo)體元件的制造方法，其中， 在所述工序(h)中，通過(guò)電鍍形成所述金屬膜的至少一部分。
31.根據(jù)權(quán)利要求觀到30中的任意一項(xiàng)所述的氮化物半導(dǎo)體元件的制造方法，其中， 在所述工序(h)中，所述金屬膜由Cu、Ag、Al以及Au中的至少一種形成。
全文摘要
氮化物半導(dǎo)體元件具有以C面為生長(zhǎng)面并且在上表面具有凹凸的第一氮化物半導(dǎo)體層(103)；和在第一氮化物半導(dǎo)體層(103)之上按照與凹凸接觸的方式形成、并且為p型的第二氮化物半導(dǎo)體層(104)。位于凹凸的側(cè)壁正上方的第二氮化物半導(dǎo)體層(104)的p型載流子濃度是1×1018/cm3以上。
文檔編號(hào)H01L21/205GK102341922SQ20108001008
公開(kāi)日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2010年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月4日
發(fā)明者上田哲三, 福島康之 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社