[发明专利]氮化物类半导体元件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及氮化物类半导体元件及其制造方法。本发明特别涉及从紫外光谱至蓝色、绿色、橙色及白色等的可见光整体波段的发光二极管、激光器二极管等的GaN类半导体发光元件。这种发光元件被期待应用于显示、照明以及光信息处理领域等。此外，本发明还涉及氮化物类半导体元件中所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，由于其带隙的大小，因此有望作为短波长发光元件的材料。其中，氮化镓类化合物半导体(GaN类半导体：Al_xGa_yIn_zN(0≤x，y，z≤1、x+y+z＝1)的研究被积极进行，蓝色发光二极管(LED)、绿色LED、以及以GaN类半导体为材料的半导体激光器已被实际使用。

GaN类半导体具有纤维锌矿型结晶构造。图1示意地表示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的一部分可置换为Al和/或In。

图2表示为了以4指数表记(六方晶指数)来表示纤维锌矿型结晶构造的面而一般采用的四个基本向量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”。其中，“c轴”及“c面”有时也分别表记为“C轴”及“C面”。

在使用GaN类半导体制作半导体元件时，作为使GaN类半导体结晶生长的基板，使用c面基板也就是在表面具有(0001)面的基板。但是，由于在c面Ga的原子层和氮的原子层的位置与c轴方向有些许偏离，因此形成了极化(Electrical Polarization)。为此，“c面”被称为“极性面”。极化的结果，在活性层中的InGaN的量子阱沿着c轴方向产生压电电场。当在活性层中产生这种压电电场时，由于在活性层内的电子及空穴的分布中出现位置偏离，因此根据载流子的量子限制斯塔克效应，内部量子效率下降。因而，如果是半导体激光器，则会引起阈值电流的增大。如果是LED，会引起耗电的增大和发光效率的下降。此外，随着注入载流子密度的上升会引起压电电场的屏蔽，发光波长会发生变化。

因此，为了解决这些课题，正在研究使用在表面具有非极性面、例如与[10-10]方向垂直的被称为m面的(10-10)面的基板(m面GaN类基板)。在此，在表示米勒指数(Miller indices)的括号内的数字左边被附于“-”意味着“bar”。如图2所示，m面是平行于c轴(基本向量c)的面，与c面正交。由于在m面Ga原子和氮原子存在于同一原子面上，因此在垂直于m面的方向上不会发生极化。其结果，如果在垂直于m面的方向上形成半导体叠层构造，那么由于在活性层中不会产生压电电场，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、(0-110)面的总称。

此外，在本说明书中，将在与六方晶纤维锌矿构造的X面(X＝c、m)相垂直的方向上进行外延生长表述为“X面生长”。在X面生长中，将X面称为“生长面”，将通过X面生长所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：JP特开2006-24750号公报

专利文献2：JP特许第3821128号公报

发明内容

发明要解决的课题

如上述，尽管在m面基板上生长的GaN类半导体元件与在c面基板上生长的元件相比，可发挥出显著的效果，但也存在如下的问题。即，与在c面基板上生长的半导体元件相比，在m面基板上生长的GaN类半导体元件的p型电极的接触电阻较高，这在使用在m面基板上生长的GaN类半导体元件方面将成为很大的技术障碍。

再者，特别在发光元件的电极中，除了要求降低接触电阻以外，还要求通过降低电极部的光吸收损耗由此提高外部量子效率。对于作为GaN类半导体发光元件的p型电极而通常使用的功函数较大的金属(Pd、Au、Pt等)，其光吸收损耗非常大，若采用这些金属作为电极，将无法实现高的外部量子效率。其中，所谓的外部量子效率是去往发光元件外部的放射光子数相对于对发光元件的注入载流子数的比例。