半导体元件以及半导体元件的制造方法技术

本发明专利技术提供一种技术，能够提高利用了氮化镓衬底（ＧａＮ衬底）的半导体元件的制造性，同时在ＧａＮ衬底上形成平坦性及结晶性优越的氮化物类半导体层。准备上表面（１０ａ）相对于（０００１）面在＜１－１００＞方向具有大于等于０．１°小于等于１．０°的偏移角度θ的氮化镓衬底（１０）。并且，在ＧａＮ衬底（１０）的上表面（１０ａ）上层叠含有ｎ型半导体层（１１）的多个氮化物类半导体层，从而形成半导体激光器等的半导体元件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种在氮化镓(GaN)衬底上具有氮化物类半导体层的半导体元件及其制造方法。
技术介绍
氮化镓等的氮化物类半导体作为发光元件和其他的电子器件而被利用或者研究，利用其特性，蓝色发光二极管和绿色发光二极管已经被实用化。另外，利用氮化物类半导体，正在开发作为下一代的高密度光盘光源的蓝紫色半导体激光器。以往，在制作利用了氮化物类半导体的发光元件时，作为衬底，主要使用蓝宝石衬底。可是，蓝宝石衬底和其上所形成的氮化物类半导体的晶格不匹配率约为13％非常大，在该氮化物类半导体中高密度地存在位错等的缺陷，难于得到优质的氮化物类半导体。另外，近年来，正在开发缺陷密度较少的氮化镓衬底(以后称为“GaN衬底”)，与GaN衬底的利用方法相关的研究开发盛行。提出有主要利用GaN衬底来作为半导体激光器用衬底。在使氮化物类半导体在GaN衬底上生长的情况下，当使氮化物类半导体在C面、即(0001)面上生长时，就产生不能得到良好的结晶性这样的问题。对于该问题，在专利文献1中，提出了如下技术通过使GaN衬底的上表面相对于C面倾斜大于等于0.03°小于等于10°，就可以提高形成于该GaN衬底上的氮化物类半导体发光元件的结晶性，可实现长寿命化。此外，关于利用氮化物类半导体来形成半导体元件的技术，例如还公开在专利文献2、3中。专利文献1特开2000-223743号公报专利文献2特开2000-82676号公报专利文献3特开2003-60318号公报另外，在利用GaN衬底来形成半导体激光器等的半导体元件时，希望不仅是形成于GaN衬底上的氮化物类半导体层的结晶性良好，而且其表面的平坦性也良好。但是，在利用专利文献1的技术来使氮化物类半导体层在GaN衬底上生长时，该氮化物类半导体层的表面的平坦性不充分，进而不能充分确保其结晶性。因此，在利用该氮化物类半导体层来形成半导体元件时，存在其电特性恶化或可靠性降低这样的问题。另外，从半导体元件的制造性的观点出发，不希望使GaN衬底的上表面较大程度地倾斜。
技术实现思路
因此，本专利技术是鉴于上述的问题而提出的，其目的在于提供一种技术，能够提高利用了GaN衬底的半导体元件的制造性，同时在GaN衬底上形成平坦性及结晶性优越的氮化物类半导体层。本专利技术的半导体元件具有氮化镓衬底和在上述氮化镓衬底的上表面上形成的氮化物类半导体层，上述氮化镓衬底的上述上表面相对于(0001)面在<1-100>方向具有大于等于0.1°小于等于1.0°的偏移角度(off angle)。另外，本专利技术的半导体元件的制造方法具有如下工序工序(a)准备上表面相对于(0001)面在<1-100>方向具有大于等于0.1°小于等于1.0°的偏移角度的氮化镓衬底；以及工序(b)在上述氮化镓衬底的上述上表面上形成氮化物类半导体层。根据本专利技术的，因为氮化镓衬底的上表面相对于(0001)面在<1-100>方向具有大于等于0.1°小于等于1.0°的偏移角度，所以能够提高本专利技术的半导体元件的制造性，同时在氮化镓衬底上形成平坦性以及结晶性优越的氮化物类半导体层。附图说明图1是表示本专利技术实施方式的氮化镓衬底的结构的立体图。图2是表示本专利技术实施方式的半导体元件的结构的立体图。图3是表示本专利技术实施方式的半导体元件的结构的变形例的立体图。图4是表示本专利技术实施方式的半导体元件的制造方法的流程图。图5是表示在氮化镓衬底的上表面的偏移角度和在氮化物类半导体层的表面的最大高程差的关系的图。图6是表示氮化镓衬底的上表面在<1-100>方向具有偏移角度时的、<11-20>方向的偏移角度和在氮化物类半导体层的上表面的最大高程差的关系的图。图7是本专利技术实施方式的半导体元件的结构的变形例的立体图。图8是表示对氮化镓衬底的热处理时间和在该氮化镓衬底的上表面的最大高程差的关系的图。图9是表示对氮化镓衬底的热处理温度和在该氮化镓衬底的上表面的最大高程差的关系的图。图10是表示氮化物类半导体层的杂质浓度和在该氮化物类半导体层的上表面的最大高程差的关系的图。具体实施例方式图1是表示本专利技术实施方式的GaN衬底10的结构的立体图。本实施方式的GaN衬底10具有六方晶系的结晶结构，利用该GaN衬底10，来形成半导体激光器和发光二极管等的发光元件、高频电子器件等的半导体元件。如图1所示，GaN衬底10的上表面10a相对于C面、即(0001)面在<1-100>方向具有偏移角度θ。因此，GaN衬底10的上表面10a和以与<1-100>方向垂直且与C面平行的<11-20>方向为旋转轴、将与C面平行的面旋转偏移角度θ而获得的面平行。在本实施方式中，偏移角度θ设定为大于等于0.1°小于等于1.0°。包含本实施方式的GaN衬底10，如图1所示，一般在GaN衬底的表面，沿<11-20>方向交替排列有位错密度较高的区域21和位错密度较低的区域22。在利用这种GaN衬底形成半导体元件时，通常是利用位错密度较低的区域22。下面，针对利用GaN衬底10而形成的半导体元件的一例进行说明。图2是表示利用GaN衬底10而形成的氮化物类半导体激光器的结构的立体图。如图2所示，在GaN衬底10的上表面10a上层叠着多个氮化物类半导体层。具体地说，在GaN衬底10的上表面10a上依次层叠有n型半导体层11、n型包覆层12、n型光导层13、多重量子阱(MQW)活性层14、p型电子势垒层15、p型光导层16、p型包覆层17、p型接触层18。并且，在GaN衬底10的下表面设置有n电极19，在p型接触层18的上表面上设置有p电极20。n型半导体层11例如由厚度为1.0μm的、n型的GaN或n型的铝镓氮(AlGaN)构成。n型包覆层12例如由厚度为1.0μm的、n型的Al0.07Ga0.93N构成。n型光导层13例如由厚度为0.1μm的、n型的GaN构成。多重量子阱活性层14具有例如由氮化铟镓(In0.12Ga0.88N)构成的厚度为3.5nm的阱层和由GaN构成的厚度为7.0nm的势垒层交替层叠的多重量子阱结构。p型电子势垒层15例如由厚度为0.02μm的、p型的Al0.2Ga0.8N构成。p型光导层16例如由厚度为0.1μm的、p型的GaN构成。p型包覆层17例如由厚度为0.4μm的、p型的Al0.07Ga0.93N构成。并且，p型接触层18由厚度为0.1μm的、p型的GaN构成。具有这种结构的本实施方式的氮化物类半导体激光器在<1-100>面解离，在该<1-100>面具有谐振器反射镜。并且，当在n电极19和p电极20之间施加电压时，从多重量子阱活性层14输出激光。图3是表示本实施方式的半导体激光器的结构的变形例的立体图。图3所示的半导体激光器是脊状导波型的半导体激光器，在图1所示的半导体激光器中，改变p型包覆层17、p型接触层18以及p电极20的形状，还具有硅氧化膜52。下面，针对图3所示的半导体激光器的制造方法进行说明。此外，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体元件，其具有：氮化镓衬底；以及在上述氮化镓衬底的上表面上形成的氮化物类半导体层，上述氮化镓衬底的上述上表面相对于（０００１）面在＜１－１００＞方向具有大于等于０．１°小于等于１．０°的偏移角度。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：大野彰仁，竹见政义，富田信之，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]