[发明专利]III族氮化物半导体元件及外延晶片

说明书

技术领域

本发明涉及III族氮化物半导体元件及外延晶片。

背景技术

在专利文献1中，记载有一种半导体发光元件。半导体发光元件降低激光振荡所需的阈值电流密度，具有难以产生扭结的半导体层，并且，在面发光半导体激光器中固定光的振动面并抑制振动面的变动。

在专利文献2中，记载有由III族氮化物半导体制作的发光二极管元件、半导体激光元件、光接收元件、晶体管。在这些III族氮化物半导体中，要求具有较大的Al含量及高载体浓度的AlGaN层。在AlGaN层的生长中，Al原子的表面扩散虽小，但仍促进了Al原子的表面扩散。可以无损结晶品质地使具有较大的Al含量及高载体浓度的AlGaN层在1度至20度的GaN倾斜面的衬底上生长。

专利文献1：日本特开平10-135576号公报

专利文献2：日本特开2002-16000号公报

发明内容

在专利文献1中，有源层是包含具有单轴各向异性的半导体，而且有源层的膜厚方向为与单轴各向异性的轴不同的方向。该半导体发光元件是在具有(11-20)面或(1-100)面的主面的衬底上制作的。而且，衬底的主面虽然能自这些面以0度以上的倾斜角而倾斜，但为了抑制双晶的产生等，倾斜角的上限为10度。即，上述主面为a面、m面、以及自a面及m面形成较小的倾斜角的面。

理论上推测半极性面可提供显示优良特性的发光元件，但不供给大口径的晶片。在专利文献2中所揭示的倾斜角的范围内，报道有限定的成膜实验的结果。

自c面以大于专利文献1中所揭示的倾斜角的角度倾斜的结晶面与c面、a面及m面不同，即显示出半极性。在氮化镓基半导体中，为了利用半极性，要求相对于c面的倾斜角大于专利文献1中所揭示的角度范围。

然而，在GaN衬底之类的包含六方晶系化合物的衬底上生长氮化镓基半导体层时，由于六方晶系化合物的晶格常数与氮化镓基半导体层的晶格常数的差，导致氮化镓基半导体层中产生应变。在氮化镓基半导体层的生长中，若氮化镓基半导体层中发生应变缓和，则会生成位错。根据发明人的研究，与在六方晶系化合物的典型的结晶面，具体而言c面、a面及m面上的生长有所不同，在利用半极性的氮化镓基半导体元件中，存在应变缓和得到抑制且可降低位错产生的可能性。

本发明的目的在于，提供在利用半极性的氮化镓基半导体中抑制了因应变缓和而产生的位错的III族氮化物半导体元件，另外，本发明的目的还在于，提供用于该III族氮化物半导体元件的外延晶片。

根据本发明的一个方面，III族氮化物半导体元件具备：(a)支撑基体，其包含主面，该主面相对于六方晶系化合物的c面以大于10度且小于80度的倾斜角倾斜，且包含该六方晶系化合物；和(b)半导体区域，其包含半导体层，该半导体层设置在上述支撑基体的上述主面上，且包含与上述六方晶系化合物不同的六方晶系氮化镓基半导体。上述支撑基体的上述六方晶系化合物的(0001)面与上述半导体层的上述六方晶系氮化镓基半导体的(0001)面的倾斜角为+0.05度以上且+2度以下、-0.05度以下且-2度以上，上述半导体层的上述六方晶系氮化镓基半导体为AlGaN及InGaN中的任意一种。

根据该III族氮化物半导体元件，在上述倾斜角范围的支撑基体中，支撑基体的(0001)面与六方晶系氮化镓基半导体的(0001)面的倾斜角为0.05度以上且2度以下时，在六方晶系氮化镓基半导体中，应变缓和得到抑制，六方晶系氮化镓基半导体中的位错密度增加得到抑制。

本发明的III族氮化物半导体元件，在透射电子束衍射图像中，上述支撑基体的<0001>方向与上述六方晶系氮化镓基半导体的<0001>方向不同。在该III族氮化物半导体元件中，六方晶系氮化镓基半导体在与支撑基体的主面平行的面内弹性地应变，因此应变缓和的发生得到抑制，GaN的<0001>方向与六方晶系氮化镓基半导体的<0001>方向不同。

本发明的III族氮化物半导体元件具备：(a)支撑基体，其包含主面，该主面相对于六方晶系化合物的c面以大于10度且小于80度的倾斜角倾斜，且包含该六方晶系化合物；(b)半导体区域，其包含半导体层，该半导体层设置在上述支撑基体的上述主面上，且包含与上述六方晶系化合物不同的六方晶系氮化镓基半导体。在透射电子束衍射图像中，表示上述支撑基体的上述六方晶系化合物的<0001>方向的第1轴沿着与表示上述六方晶系氮化镓基半导体的<0001>方向的第2轴不同的方向延伸。