[发明专利]氮化物半导体元件的制造方法、氮化物半导体发光元件及发光装置

说明书

技术领域

本发明涉及氮化物半导体元件的制造方法、氮化物半导体发光元件及发光装置。

背景技术

因为含氮的III-V族化合物半导体（III族氮化物半导体）具有相当于波长为从红外线到紫外线区域光能的带隙，所以，作为发出波长为从红外线到紫外线区域的光的发光元件、或接受具有该区域的波长的光的受光元件的材料是有用的。

而且，III族氮化物半导体因为构成III族氮化物半导体的原子间的键合强，绝缘击穿电压高，饱和电子速度大，所以作为耐高温、高输出、高频晶体管等电子器件的材料也是有用的。

进而，III族氮化物半导体几乎不会危害环境，所以也作为容易处理的材料也备受瞩目。

为了使用如上所述的、作为良好材料的III族氮化物半导体制作实用的氮化物半导体元件，需要在规定的基板上层叠由III族氮化物半导体的薄膜形成的III族氮化物半导体层，从而形成规定的元件结构。

在此，作为基板，使用由具有能够在基板上使III族氮化物半导体直接生长的晶格系数及热膨胀系数的III族氮化物半导体形成的基板是最合适的，作为由III族氮化物半导体形成的基板，例如优选使用氮化镓（GaN）基板等。

然而，GaN基板在现有状况下其尺寸较小，直径为2英寸以下，而且价格昂贵，所以是不实用的。

因此，在现有状况下，作为用于制作氮化物半导体元件的基板，可以使用与III族氮化物半导体的晶格系数差及热膨胀系数差较大的蓝宝石基板或碳化硅（SiC）基板等。

在蓝宝石基板与作为典型的III族氮化物半导体的GaN之间存在大约16%左右的晶格系数差。而且，在SiC基板与GaN之间存在大约6%左右的晶格系数差。在基板和在该基板上生长的III族氮化物半导体之间存在这样大的晶格系数差的情况下，通常难以在基板上使由III族氮化物半导体形成的晶体外延生长。例如，在蓝宝石基板上使GaN晶体直接外延生长的情况下，无法避免GaN晶体在三维上的生长，存在不能得到具有平坦表面的GaN晶体的问题。

因此，在基板与III族氮化物半导体之间，一般都形成用来消除基板与III族氮化物半导体之间的晶格系数差的、被称为所谓缓冲层的层。

例如，在专利文献1（日本专利第3026087号公报）中记述一种方法，即在蓝宝石基板上通过金属有机化合物气相外延（MOVPE）法形成氮化铝（AlN）的缓冲层后，使由Al_xGa_1-xN形成的III族氮化物半导体生长。

然而，即使在专利文献1中所述的方法中，也难以再现性良好地得到具有平坦表面的AlN的缓冲层。这可以认为是因为在通过MOVPE法形成AlN的缓冲层的情况下，作为原料气使用的三甲基铝（TMA）气体和氨气（NH₃）容易在气相中发生反应。

因此，在专利文献1中所述的方法中，难以在AlN的缓冲层上使由表面平坦、且缺陷密度小的高品质Al_xGa_1-xN形成的III族氮化物半导体再现性良好地生长。

而且，例如在专利文献2（日本特公平5-86646号公报）中公开了在蓝宝石基板上通过施加直流偏压的高频溅射法形成Al_xGa_1-xN（0＜x≦1）缓冲层的方法。

然而，通过专利文献2所述的方法在Al_xGa_1-xN（0＜x≦1）缓冲层上形成的III族氮化物半导体正如专利文献3的段落[0004]及专利文献4的段落[0004]所述，不具有良好的结晶度。

因此，在专利文献3（日本专利第3440873号公报）中提出在氢气和氨气的混合气体环境气氛下对由DC磁控溅射法形成的III族氮化物半导体形成的缓冲层进行热处理的方法，而且在专利文献4（日本专利第3700492号公报）中提出在升温至400℃以上的蓝宝石基板上通过DC磁控溅射法形成由膜厚为50埃以上、3000埃以下的III族氮化物半导体形成的缓冲层的方法。