[发明专利]氮化物半导体元件及其制法

说明书

技术领域

本发明涉及使用氮化物半导体的发光二极管(LED)和激光二极管等的发光元件、HEMT等的晶体管元件等的使用氮化物半导体结晶层的半导体元件及其制法。更详细地，涉及通过在氧化锌系化合物基板上生长氮化物半导体层，减小基板和氮化物半导体层的晶格常数差，生长结晶性优异的氮化物半导体层，并且在除去基板的情况下，也能够很容易使用湿蚀刻除去的氮化物半导体元件及其制法。

背景技术

近年来，使用氮化物半导体的蓝色系发光二极管(LED)和激光二极管等的氮化物半导体发光元件逐渐被实用化。使用该氮化物半导体、发出蓝色系的光的LED是通过例如下述形成的：如图6所示，在蓝宝石基板31上，利用MOCVD法叠层由GaN等构成的低温缓冲层32、由GaN等构成的n型层33、决定带隙能量小于n型层33的发光波长的材料例如InGaN系(意味着In和Ga的比率可以进行种种改变，以下同)化合物半导体构成的活性层(发光层)34、和由GaN等构成的p型层35，形成半导体叠层部36，在其表面上经由透光性导电层37设置p侧电极38，在蚀刻叠层的半导体叠层部36的一部分露出的n型层33的表面上设置n侧电极39，由此形成LED。此外，为了提高n型层33和p型层35关闭载流子的效果，可以在活性层侧使用AlGaN系(意味着Al和Ga的比率可以进行种种改变，以下同)化合物等的带隙能量更大的半导体层。

当使用MOCVD法叠层该氮化物半导体的情况下，作为其的基板，在大多数的情况下，如图6所示的例子，使用蓝宝石基板或者使用SiC基板，使用与氮化物半导体晶格不匹配的材料(例如参照专利文献1)。其它也有使用Si基板的例子，但是在Si上生长的氮化物半导体层的晶体性进一步恶化，Si吸收发出的光而无法够提高亮度，因此不适合附加值高的高亮度产品。

专利文献1：日本特开平10-256662号公报(参照段落0002)

发明内容

如上所述，在使氮化物半导体层生长的情况下，在大多数情况下，使用蓝宝石基板或SiC基板。但是，蓝宝石基板、SiC基板都是非常硬的材料，存在着从晶片进行芯片化时难以切断，并且分割芯片降低了成品率，导致成本上升等问题。并且，在激光二极管的情况下，为了形成镜面的反射面，优选进行劈开，但是蓝宝石是特别稳定的化合物，因此不能够进行劈开。

此外，在SiC的情况下，基板吸收大，特别是在400nm附近吸收变得很大。进一步，为了易于获得接触而过多进行掺杂时，基板的吸收进一步变多。这样，当发光波长变短时，由基板吸收发出的光也增多，因此，从提升外部量子效率的观点出发，优选除去基板。此外，在蓝宝石基板的情况下，为了形成与下层的例如n型层电连接的电极，不以台面状蚀刻除去半导体叠层部的一部分，而能够在半导体叠层部的两面形成电极，由此优选除去基板。但是，为了将蓝宝石、SiC构成的基板从氮化物半导体层除去，只有从基板侧照射激光在表面进行剥离，或者通过研磨除去的方法。激光的照射只能每一枚进行处理，因此生产效率非常差。此外，研磨会存在下述问题：蓝宝石、SiC两者的基板都是与氮化物晶格不匹配的体系，并且热膨胀系数也不同，因此在研磨中晶片向后弯曲或破裂，难以手工操作。

本发明就是为了解决这种问题而提出的，本发明的目的是提供通过将加工性良好的氧化锌系化合物，具体地说Mg_xZn_1-xO(0≤x≤0.5)用作基板，使生长的氮化物半导体的结晶性良好、而且能够非常简单地进行基板剥离和芯片化的结构的氮化物半导体元件。

本发明的另一目的是提供一种氮化物半导体元件的制法，使用Mg_xZn_1-xO(0≤x≤0.5)那样的氧化锌系化合物作为基板，利用MOCVD法外延生长氮化物半导体层，并且不会由于升华损坏Mg_xZn_1-xO基板的表面，生长结晶性优异的氮化物半导体层，由此制造特性优异的氮化物半导体元件。

本发明的另一个目的在于提供使用上述氮化物半导体，具有容易进行加工、处理，能够提高外部量子效率等的发光特性的结构的LED、半导体激光等的半导体发光元件及其制法。