[发明专利]氮化物系半导体元件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及氮化物系半导体元件及其制造方法。特别是，本发明涉及从紫外光到蓝色、绿色、橙色以及白色等可见光波段整个波段内的发光二极管、激光二极管等GaN系半导体发光元件。这样的发光元件在显示、照明以及光信息处理领域等中的应用备受瞩目。此外，本发明涉及在氮化物系半导体元件中使用的电极的制造方法。

背景技术

作为V族元素而具有氮(N)的氮化物半导体因为其带隙的大小，有望作为短波长发光元件的材料。其中，氮化镓系化合物半导体(GaN系半导体：Al_xGa_yIn_zN(0≤x、y、z≤1，x+y+z＝1)的研究正在盛行，蓝色发光二极管(LED)、绿色LED以及以GaN系半导体为材料的半导体激光器也正在被实用化(例如参照专利文献1、2)。

GaN系半导体具有纤锌矿型结晶结构。图1示意性示出GaN的单位晶格。在Al_xGa_yIn_zN(0≤x、y、z≤1、x+y+z＝1)半导体的结晶中，图1所示的Ga的一部分可被替换成Al和/或In。

图2示出为了用4指数标记(六方晶指数)表示纤锌矿型结晶结构的面而一般使用的4个基本向量a₁、a₂、a₃、c。基本向量c在[0001]方向上延伸，该方向被称为“c轴”。垂直于c轴的面(plane)被称为“c面”或者“(0001)面”。另外，“c轴”和“c面”有时也分别标记为“C轴”和“C面”。在附图中，为了便于观察，使用了大写的文字标记。

在使用GaN系半导体制作半导体元件的情况下，作为使GaN系半导体结晶生长的基板，使用c面基板，即在表面上具有(0001)面的基板。但是，由于在c面中，Ga原子层和氮原子层的位置稍微偏向c轴方向，因此形成极化(Electrical Polarization)。因此，有时将“c面”称作“极性面”。极化的结果，在活性层的InGaN量子阱中沿着c轴方向会产生压电电场。若在活性层中产生这种压电电场，则因载流子的量子限制斯塔克效应，在活性层内的电子和空穴的分布中会产生位置偏移，内部量子效率会降低。因此，若是半导体激光器，则会引起阈值电流的增大。若是LED，则会引起功耗的增大或发光效率的降低。此外，随着注入载流子密度的上升会引起压电电场的屏蔽，也会引起发光波长的变化。

因此，为了解决这些课题，研究了在表面上具有非极性面、即例如垂直于[10-10]方向的被称为m面的(10-10)面的基板。在此，在表示密勒指数的括号内的数字的左边所附加的“-”意味着横杠。如图2所示，m面是平行于c轴(基本向量c)的面，且与c面正交。由于在m面中，Ga原子和氮原子位于同一原子面上，因此在垂直于m面的方向上不会产生极化。其结果，若在垂直于m面的方向上形成半导体层叠结构，则在活性层中也不会产生压电电场，因此能够解决上述课题。

m面是(10-10)面、(-1010)面、(1-100)面、(-1100)面、(01-10)面以及(0-110)面的总称。另外，在本说明书中，“X面生长”是指在垂直于六方晶纤锌矿结构的X面(X＝c、m)的方向上产生外延生长。在X面生长中，有时将X面称为“生长面”。此外，有时将通过X面生长形成的半导体的层称为“X面半导体层”。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2001-308462号公报

专利文献2：日本特开2003-332697号公报

专利文献3：日本特开平8-64871号公报

专利文献4：日本特开平11-40846号公报

发明内容

(发明想要解决的课题)

如上所述，在m面基板上生长的GaN系半导体元件与在c面基板上生长的GaN系半导体元件相比，可发挥显著的效果，但是存在如下的问题。即，与在c面基板上生长的GaN系半导体元件相比，在m面基板上生长的GaN系半导体元件的接触电阻大，这在使用在m面基板上生长的GaN系半导体元件的方面成为很大的技术障碍。

在这种情形下，本申请的发明人为了解决在作为非极性面的m面上生长的GaN系半导体元件所具有的接触电阻较高这样的课题而进行研究的结果，发现了能够降低接触电阻的方法。

本发明鉴于上述情况而完成，其主要目的在于，提供一种能够降低在m面基板上结晶生长的GaN系半导体元件中的接触电阻的结构及制造方法。

(用于解决课题的手段)