氮化物半导体元件及其制造方法技术

氮化物半导体元件具有：以Ｃ面为生长面并且在上表面具有凹凸的第一氮化物半导体层（１０３）；和在第一氮化物半导体层（１０３）之上按照与凹凸接触的方式形成、并且为ｐ型的第二氮化物半导体层（１０４）。位于凹凸的侧壁正上方的第二氮化物半导体层（１０４）的ｐ型载流子浓度是１×１０１８／ｃｍ３以上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及能够应用于例如发光二极管、半导体激光器等半导体元件的P型氮化物半导体层及其制造方法、以及采用了该P型氮化物半导体层的。
技术介绍
由GaN、InN, AlN及它们的混晶(mix crystal)构成的所谓的氮化物半导体，具有与可视域到紫外域的波长区域对应的带隙(band gap)，是能够实现在绿色或者蓝色到紫外的波长范围内高输出的发光二极管的材料。其是在蓝宝石基板上被高质量化，实现P型GaN 以来，应用于半导体激光器、高亮度的发光二极管(Light Emitting Diode =LED)并被实用化的材料系。提出了如下的技术在蓝宝石基板或Si基板上使氮化物半导体发光元件的构造结晶生长时，在形成C面(0001)作为生长面的情况下，在氮化物半导体层中掺杂提供P型的杂质Mg，并通过在400°C以上进行退火，从而得到低电阻的ρ型氮化物半导体层(例如， 参照专利文献1)。在该技术被发表之后，在各种研究机构开始研究P型氮化物半导体。例如在专利文献2中示出了使结晶生长后的冷却速度变慢的技术，在专利文献3中示出了同时进行电极的退火和P层的退火的技术等。此外另一方面，也在研究代替Mg来提供ρ型的杂质，并且有如下报告将与C面(0001)不同的(1-101)面作为生长面而添加碳(C)后，形成浅的能级(準位)，成为良好的P型氮化物半导体层(例如，参照非专利文献1、2)。专利文献1 日本专利第2540791号公报专利文献2 日本特开平8-32113号公报专利文献3 日本特开平8-51235号公报1 :T. Hikosaka> Τ. Narita> Y. Honda> Μ. Yamaguchi> and N. Sawakia> App 1. Phys. Lett. 84,4717 (2004)非专利文献2 =Norikatsu KOIDE、Toshiki HIKOSAKA、Yoshio HONDA、Masahito YAMAGUCHI and Nobuhiko SAWAKI、Jpn.J.Appl.Phys.、45、7655 (2006) ·但是，虽然说通过退火得到了 ρ型层，但其载流子浓度只不过是比lX1018/cm3还小的值，为了改善氮化物半导体发光元件的电气特性，还需要载流子浓度高的P型层。此外，若需要退火，则工时变多，制造成本增加。而且，存在添加的Mg扩散到发光层的问题。 若Mg扩散，则在发光层发生结晶缺陷从而导致内部量子效率降低，发光效率显著降低。另一方面，作为上述发光元件的另一例，如非专利文献1以及非专利文献2中所述，在将与C 面(0001)不同的(1-101)面作为生长面的GaN层中添加碳(C)并生长的情况下，虽然得到低电阻的P型层，但是不能利用C面(0001)上的生长条件，并且现状下需要采用对使Si的 (001)面倾斜了 7°的倾斜基板等进行了凹凸加工的基板，工时变多，制造成本增加
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是在不进行退火或基板加工的情况下能够形成载流子浓度高的低电阻的P型氮化物半导体层。为了实现所述目的，本专利技术所涉及的氮化物半导体元件具有第一氮化物半导体层，其将C面作为生长面，并且在上表面具有凹凸；和第二氮化物半导体层，其在第一氮化物半导体层上按照与凹凸接触的方式形成，并且为P型，位于凹凸的侧壁正上方的第二氮化物半导体层的P型载流子浓度为lX1018/cm3以上。通过采用这种构成，即使不采用现有技术中必须的用于使ρ型杂质活性化的退火，也可以得到空穴浓度为IO18CnT3以上的高浓度的良好的ρ型氮化物半导体层。此外，因为不需要对基板进行加工，所以工时减少，能够低成本地进行制造。在本专利技术的氮化物半导体元件中，优选在第二氮化物半导体层中，添加有碳(C) 作为提供P型的杂质。在本专利技术的氮化物半导体元件中，优选作为提供ρ型的杂质，除了 C之外，还添加有Mg、Zn、Ca以及Be中的至少一种。通过采用这种构成，即使是在第一氮化物半导体层以及第二氮化物半导体的凹凸包含C面(0001)的构成，第二氮化物半导体也可以高效地显示低电阻的P型。这里，Mg,Zn, Ca以及Be等在III族位点的晶格中稳定化，C在V族位点的晶格中稳定化。因此，可以同时添加C和Mg、Zn、Ca以及Be等。在本专利技术的氮化物半导体元件中，优选在第一氮化物半导体层和第二氮化物半导体层之间的界面，沿凹凸的形状分布提供P型的杂质。在本专利技术的氮化物半导体元件中，优选凹凸的侧壁表面主要是氮极性。通过采用这种构成，变得容易向按照与凹凸的侧壁接触的方式形成的第二氮化物半导体层中添加C。 氮极性的表面以氮终止，所以与碳的置换变得容易，所以有利于添加碳。在本专利技术的氮化物半导体元件中，优选凹凸的侧壁包括面方位为(1-101)、 (11-22)以及(1-102)中的任一个的面。通过采用这种构成，第二氮化物半导体层更有效地显示低电阻的P型。尤其在(1-101)以及(11-22)的情况下，因为是氮极性所以能够更有效地添加碳。另外，即使面方位的表记错误，只要数学上实质是同质的面方位，则不局限于上述面方位表记。在本专利技术的氮化物半导体元件中，优选在第二氮化物半导体层中添加有Si以及 Ge中的至少一种。通过采用这种构成，可以控制空穴(Hall)浓度。例如，因为碳(C)被包含在III族的原料即TMG(三甲基镓)、TMI (三甲基铟)、TMA(三甲基铝)等中，所以C被自然地添加。因此，不能说空穴浓度的控制性一定良好。因此，通过在第二氮化物半导体层中添加Si以及Ge中的至少一种，产生基于Si或者Ge的η型的载流子(carrier)，与空穴相互补偿，所以可以设定任意的空穴浓度。在本专利技术的氮化物半导体元件中，优选凹凸的形状是六角锥形或者六角锥台形。 通过采用这种构成，C面(0001)的表面积减少、凹凸的侧壁的表面积增加，所以第二氮化物半导体中显示低电阻的P型的面积增加，必然使P型层的电阻值降低，可以使Vop、Vf降低。 尤其优选六角锥形。在应用于发光元件时，六角锥形的斜面还能够同时期待提高光的取出性。本专利技术所涉及的他的氮化物半导体元件具有以C面为生长面而依次形成的η型氮化物半导体层、发光层和第一 P型氮化物半导体层，在第一 P型氮化物半导体层上设置有凹6凸，在第一P型氮化物半导体层上还具有按照与凹凸接触的方式形成的第二P型氮化物半导体层，位于凹凸的侧壁正上方的第二 P型氮化物半导体层的P型载流子浓度为IXlO18/ cm3以上。通过采用这种构成，即使不采用现有技术中必须的用于使ρ型杂质活性化的退火，也可以得到空穴浓度为IO18CnT3以上的高浓度的良好的ρ型氮化物半导体层。此外，因为不需要对基板进行加工，所以工时减少，能够低成本地进行制造。此外，因为能够得到低电阻的P型半导体层，所以能够实现正向电压(Vf)比现有技术低的发光元件。在本专利技术的氮化物半导体元件中，能够采用在凹凸构造的凹部正下方具有刃型位错的构成。通过采用这种构成，通过以刃型位错为起点的凹陷生长，凹凸可以利用in-situ 形成，能够降低成本。在本专利技术的氮化物半导体元件中，优选位于凹凸的凹部正下方的发光层中没有刃型位错。通过采用这种构成，即使电流集中在凹部正下方，因为凹部正下方的发光层中本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种氮化物半导体元件，具有：第一氮化物半导体层，其将Ｃ面作为生长面，并且在上表面具有凹凸；和第二氮化物半导体层，其在所述第一氮化物半导体层上按照与所述凹凸接触的方式形成，并且为ｐ型，位于所述凹凸的侧壁正上方的所述第二氮化物半导体层的ｐ型载流子浓度为１×１０１８／ｃｍ３以上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：福岛康之，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP