[发明专利]氮化物半导体元件及其制造方法

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)及激光二极管(LD)等发光元件、HEMT(高电子迁移率晶体管)等晶体管元件等使用氮化物半导体结晶层的半导体元件及其制造方法。进一步详细而言，涉及一种氮化物半导体元件及其制造方法，该氮化物半导体元件及其制造方法在利用容易实现量产的MOCVD(Metal OrganicChemical Vapor Deposition：金属有机化学气相沉积)法的同时，防止因用于形成氮化物半导体层的VA族原料对基板的蚀刻而引起基板表面的品质恶化，并能够生长结晶性优异的氮化物半导体层。

背景技术

近年来，使用氮化物半导体的蓝色发光二极管(LED)、激光二极管等氮化物半导体发光元件被不断实用化。使用该氮化物半导体并发出蓝色光的LED例如如图5所示，按照以下方法形成，在蓝宝石基板31上通过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、由能隙(band gap energy)小于n型层33且发光波长确定的材料、例如InGaN类(指In与Ga的比例能够进行各种变化，以下相同)化合物半导体等构成的活性层(发光层)34、和由GaN等构成的p型层35，由此形成半导体叠层部36，然后在其表面隔着透光性导电层37设置p侧电极38，在叠层的半导体叠层部36的一部分因被蚀刻而露出的n型层33的表面设置n侧电极39。而且，为了提高n型层33和p型层35对载流子(carrier)的限制效果，还能够在活性层侧使用AlGaN类(指Al与Ga的比例能够进行各种变化，以下相同)化合物半导体等能隙更大的半导体层(例如参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开平10-173222号公报(参照图1)

发明内容

如上所述，在生长氮化物半导体层的情况中，大多数情况下均使用蓝宝石基板，但是蓝宝石基板与氮化物半导体材料的晶格常数的差异很大，难以得到高品质的半导体元件。因此，近年来，提出有使用晶格常数与氮化物半导体材料接近的ZnO基板来取代蓝宝石基板的结构的提案。

但是，实际上当使用ZnO基板并使用MOCVD装置在其上生长氮化物半导体层时，通常，就其原材料而言，使用有机金属化合物作为IIIA族原料并使用氨气作为VA族原料，在高温下，具体而言在600℃以上的温度下进行氮化物半导体层的生长，但氨气在高温下对ZnO基板的表面有蚀刻作用，在ZnO基板上生长氮化物半导体层之前，氨气会使ZnO基板的表面的品质恶化(表面荒わ)，这样就会使在ZnO基板上生长的氮化物半导体层的结晶性变差，或使氮化物半导体层与基板之间的膜发生崩落。另一方面，为了防止上述情况的发生，认为只有在表面的品质不恶化的极低的温度下、具体而言在600℃以下进行生长，但是，当在低温下生长氮化物半导体层时，氮化物半导体层的结晶性变差，进而，生长的膜的电阻增大，存在不能实用化的问题。如上所述，如果使用MOCVD法在ZnO基板上生长氮化物半导体层，则无论是高温还是低温，均存在不能得到优质的氮化物半导体层的问题。

进一步，假设即使是在ZnO基板上作为氮化物半导体层直接生长有GaN、InGaN类化合物，但是由于ZnO基板与GaN、InGaN类化合物的热膨胀系数的差过大，在生长的由GaN构成的层、由InGaN类化合物构成的层中会发生裂纹，产生漏电电流等，因此存在发光效率下降、漏电的问题。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种高性能的氮化物半导体元件，该氮化物半导体元件以Mg_xZn_1-xO(0≤x≤0.5)这样的氧化锌类化合物作为基板，其上部生长的氮化物半导体层的结晶性良好，并且能够防止膜的脱落和裂纹的发生，漏电电流少。

本发明的另一目的在于，提供一种制造具有高性能的氮化物半导体元件的方法，该方法使用Mg_xZn_1-xO(0≤x≤0.5)这样的氧化锌类化合物作为基板，在使用MOCVD法外延生长氮化物半导体层时，能够生长Mg_xZn_1-xO基板的表面不会因氨气的蚀刻而品质恶化并具有优异的结晶性的氮化物半导体层。

本发明的又一目的在于，提供一种使用上述氮化物半导体并能够提高外部量子效率等发光特性的结构的LED、半导体激光器等半导体发光元件及其制造方法。