半导体元件以及半导体元件的制造方法

专利名称：半导体元件以及半导体元件的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种在氮化镓(GaN)衬底上具有氮化物类半导体层的半导体元件及其制造方法。
背景技术：
氮化镓等的氮化物类半导体作为发光元件和其他的电子器件而被利用或者研究，利用其特性，蓝色发光二极管和绿色发光二极管已经被实用化。另外，利用氮化物类半导体，正在开发作为下一代的高密度光盘光源的蓝紫色半导体激光器。
以往，在制作利用了氮化物类半导体的发光元件时，作为衬底，主要使用蓝宝石衬底。可是，蓝宝石衬底和其上所形成的氮化物类半导体的晶格不匹配率约为13％非常大，在该氮化物类半导体中高密度地存在位错等的缺陷，难于得到优质的氮化物类半导体。
另外，近年来，正在开发缺陷密度较少的氮化镓衬底(以后称为“GaN衬底”)，与GaN衬底的利用方法相关的研究开发盛行。提出有主要利用GaN衬底来作为半导体激光器用衬底。
在使氮化物类半导体在GaN衬底上生长的情况下，当使氮化物类半导体在C面、即(0001)面上生长时，就产生不能得到良好的结晶性这样的问题。对于该问题，在专利文献1中，提出了如下技术通过使GaN衬底的上表面相对于C面倾斜大于等于0.03°小于等于10°，就可以提高形成于该GaN衬底上的氮化物类半导体发光元件的结晶性，可实现长寿命化。
此外，关于利用氮化物类半导体来形成半导体元件的技术，例如还公开在专利文献2、3中。
专利文献1特开2000-223743号公报专利文献2特开2000-82676号公报专利文献3特开2003-60318号公报另外，在利用GaN衬底来形成半导体激光器等的半导体元件时，希望不仅是形成于GaN衬底上的氮化物类半导体层的结晶性良好，而且其表面的平坦性也良好。但是，在利用专利文献1的技术来使氮化物类半导体层在GaN衬底上生长时，该氮化物类半导体层的表面的平坦性不充分，进而不能充分确保其结晶性。因此，在利用该氮化物类半导体层来形成半导体元件时，存在其电特性恶化或可靠性降低这样的问题。另外，从半导体元件的制造性的观点出发，不希望使GaN衬底的上表面较大程度地倾斜。

发明内容
因此，本发明是鉴于上述的问题而提出的，其目的在于提供一种技术，能够提高利用了GaN衬底的半导体元件的制造性，同时在GaN衬底上形成平坦性及结晶性优越的氮化物类半导体层。
本发明的半导体元件具有氮化镓衬底和在上述氮化镓衬底的上表面上形成的氮化物类半导体层，上述氮化镓衬底的上述上表面相对于(0001)面在<1-100>方向具有大于等于0.1°小于等于1.0°的偏移角度(off angle)。
另外，本发明的半导体元件的制造方法具有如下工序工序(a)准备上表面相对于(0001)面在<1-100>方向具有大于等于0.1°小于等于1.0°的偏移角度的氮化镓衬底；以及工序(b)在上述氮化镓衬底的上述上表面上形成氮化物类半导体层。
根据本发明的半导体元件以及半导体元件的制造方法，因为氮化镓衬底的上表面相对于(0001)面在<1-100>方向具有大于等于0.1°小于等于1.0°的偏移角度，所以能够提高本发明的半导体元件的制造性，同时在氮化镓衬底上形成平坦性以及结晶性优越的氮化物类半导体层。


图1是表示本发明实施方式的氮化镓衬底的结构的立体图。
图2是表示本发明实施方式的半导体元件的结构的立体图。
图3是表示本发明实施方式的半导体元件的结构的变形例的立体图。
图4是表示本发明实施方式的半导体元件的制造方法的流程图。
图5是表示在氮化镓衬底的上表面的偏移角度和在氮化物类半导体层的表面的最大高程差的关系的图。
图6是表示氮化镓衬底的上表面在<1-100>方向具有偏移角度时的、<11-20>方向的偏移角度和在氮化物类半导体层的上表面的最大高程差的关系的图。
图7是本发明实施方式的半导体元件的结构的变形例的立体图。
图8是表示对氮化镓衬底的热处理时间和在该氮化镓衬底的上表面的最大高程差的关系的图。
图9是表示对氮化镓衬底的热处理温度和在该氮化镓衬底的上表面的最大高程差的关系的图。
图10是表示氮化物类半导体层的杂质浓度和在该氮化物类半导体层的上表面的最大高程差的关系的图。
具体实施例方式
图1是表示本发明实施方式的GaN衬底10的结构的立体图。本实施方式的GaN衬底10具有六方晶系的结晶结构，利用该GaN衬底10，来形成半导体激光器和发光二极管等的发光元件、高频电子器件等的半导体元件。
如图1所示，GaN衬底10的上表面10a相对于C面、即(0001)面在<1-100>方向具有偏移角度θ。因此，GaN衬底10的上表面10a和以与<1-100>方向垂直且与C面平行的<11-20>方向为旋转轴、将与C面平行的面旋转偏移角度θ而获得的面平行。在本实施方式中，偏移角度θ设定为大于等于0.1°小于等于1.0°。
包含本实施方式的GaN衬底10，如图1所示，一般在GaN衬底的表面，沿<11-20>方向交替排列有位错密度较高的区域21和位错密度较低的区域22。在利用这种GaN衬底形成半导体元件时，通常是利用位错密度较低的区域22。
下面，针对利用GaN衬底10而形成的半导体元件的一例进行说明。图2是表示利用GaN衬底10而形成的氮化物类半导体激光器的结构的立体图。如图2所示，在GaN衬底10的上表面10a上层叠着多个氮化物类半导体层。具体地说，在GaN衬底10的上表面10a上依次层叠有n型半导体层11、n型包覆层12、n型光导层13、多重量子阱(MQW)活性层14、p型电子势垒层15、p型光导层16、p型包覆层17、p型接触层18。并且，在GaN衬底10的下表面设置有n电极19，在p型接触层18的上表面上设置有p电极20。
n型半导体层11例如由厚度为1.0μm的、n型的GaN或n型的铝镓氮(AlGaN)构成。n型包覆层12例如由厚度为1.0μm的、n型的Al0.07Ga0.93N构成。n型光导层13例如由厚度为0.1μm的、n型的GaN构成。多重量子阱活性层14具有例如由氮化铟镓(In0.12Ga0.88N)构成的厚度为3.5nm的阱层和由GaN构成的厚度为7.0nm的势垒层交替层叠的多重量子阱结构。
p型电子势垒层15例如由厚度为0.02μm的、p型的Al0.2Ga0.8N构成。p型光导层16例如由厚度为0.1μm的、p型的GaN构成。p型包覆层17例如由厚度为0.4μm的、p型的Al0.07Ga0.93N构成。并且，p型接触层18由厚度为0.1μm的、p型的GaN构成。
具有这种结构的本实施方式的氮化物类半导体激光器在<1-100>面解离，在该<1-100>面具有谐振器反射镜。并且，当在n电极19和p电极20之间施加电压时，从多重量子阱活性层14输出激光。
图3是表示本实施方式的半导体激光器的结构的变形例的立体图。图3所示的半导体激光器是脊状导波型的半导体激光器，在图1所示的半导体激光器中，改变p型包覆层17、p型接触层18以及p电极20的形状，还具有硅氧化膜52。下面，针对图3所示的半导体激光器的制造方法进行说明。
此外，在n型半导体层11、n型包覆层12等的氮化物类半导体层的结晶生长方法中，存在有机金属气相沉积法(MOCVD法)、分子束外延法(MBE法)、氢化物气相外延生长法(HVPE)等，在下面的例子中，使用MOCVD法。在III族原料中，使用三甲基镓(以下称为“TMG”)、三甲基铝(以下称为“TMA”)或者三甲基铟(以下称为“TMI”)，在V族原料中，使用氨(NH3)气。另外，在n型杂质原料中例如使用硅烷(SiH4)，在p型杂质原料中例如使用二茂镁(CP2Mg)。并且，在运载这些原料气体的运载气体中，使用氢(H2)气以及氮气(N2)。
图4是表示图3所示的半导体激光器的制造方法的流程图。首先，在步骤s1中，准备例如偏移角度θ设定为0.5°的图1所示的GaN衬底10。并且，在步骤s2中对GaN衬底10进行热处理。在步骤s2中，首先将GaN衬底10设置在MOCVD装置内。接着，向装置内供给NH3气，并将装置内的温度升温到1000℃。升温后，向装置内供给含有NH3气、N2气以及H2气的混和气体，在该混合气体环境中，对GaN衬底10进行热处理15分钟。此时，在混和气体中H2气所占的比例例如设定为5％。
接着，在步骤s3中，在GaN衬底10上层叠含有n型半导体层11等的多个氮化物类半导体层。在步骤s3中，首先，开始向MOCVD装置内供给TMG气和SiH4气，使由n型GaN构成的n型半导体层11在GaN衬底10的上表面10a上生长。并且，进而开始供给TMA气，使由n型的Al0.07Ga0.93N构成的n型包覆层12在n型半导体层11上生长。
接着，停止供给TMA气，使由n型的GaN构成的n型光导层13在n型包覆层12上生长。其后，停止供给TMG气和SiH4气，将装置内的温度降温到700℃。然后，使多重量子阱活性层14在n型光导层13上生长。具体地说，通过供给TMG气、TMI气以及NH3气，生长由In0.12Ga0.88N构成的阱层，通过供给TMG气和NH3气，生长由GaN构成的势垒层。通过反复执行该处理，形成具有3对的阱层和势垒层的对的多重量子阱活性层14。
其后，供给NH3气的同时将装置内的温度又升温到1000℃后，开始供给TMG气、TMA气、CP2Mg气，使由p型的Al0.2Ga0.8N构成的p型电子势垒层15在多重量子阱活性层14上生长。接着，停止供给TMA气，使由p型的GaN构成的p型光导层16在p型电子势垒层15上生长。接着，再次开始供给TMA气，使由p型的Al0.07Ga0.93N构成的厚度为0.4μm的p型包覆层17在p型光导层16上生长。
接着，停止供给TMA气，使由p型的GaN构成的厚度为0.1μm的p型接触层18在p型包覆层17上生长。其后，停止供给TMG气以及CP2Mg气，将装置内的温度冷却到室温。
像以上那样，当所有的氮化物类半导体层的结晶生长结束、步骤s3完成时，在步骤s4中，形成成为光导波路的脊部51。在步骤s4中，首先，在整个晶片上涂敷抗蚀剂，执行光刻工序，从而形成对应于台面部形状的规定形状的抗蚀剂图形。将该抗蚀剂图形作为掩模，例如通过反应性离子刻蚀(RIE)法，依次刻蚀p型接触层18以及p型包覆层17。由此，形成成为光导波路的脊部51。此外，作为此时的刻蚀气，例如使用氯系气体。
接着，在步骤s5中形成p电极20以及n电极19。在步骤s5中，首先，残留着在步骤s4中作为掩模使用的抗蚀剂图形，利用CVD法、真空蒸镀法、或者喷镀法等，在整个晶片上形成例如厚度为0.2μm的氧化硅膜(SiO2膜)52，除去抗蚀图形的同时，除去处在脊部51上的氧化硅膜52。该处理被称为“剥离(lift-off)”。由此，在氧化硅膜52上形成露出脊部51的开口部53。
接着，在整个晶片上例如通过真空蒸镀法依次形成由铂(Pt)构成的金属膜和由金(Au)构成的金属膜后，执行抗蚀剂涂敷工序以及光刻工序，之后，执行湿式刻蚀或干式刻蚀，从而在开口部53内形成p电极20。
之后，在整个GaN衬底10的下表面，例如通过真空蒸镀法依次形成由钛(Ti)构成的金属膜和由铝(Al)构成的金属膜，对所形成的层叠膜进行刻蚀来形成n电极19。并且，进行用于使n电极19欧姆接触到GaN衬底10的熔合处理。
将上面所形成的结构通过解离等加工成条状，在该结构形成两谐振器端面。并且，对这些谐振器端面实施了端面镀膜后，将该条状结构通过解离等分割成芯片状。由此，完成图3所示的半导体激光器。
像以上那样，在本实施方式中，因为GaN衬底10的上表面10a相对于(0001)面在<1-100>方向具有大于等于0.1°的偏移角度θ，所以在该上表面10a上所形成的n型半导体层11的平坦性以及结晶性提高。其结果是，利用n型半导体层11而形成的本实施方式的半导体元件的电特性提高，可靠性提高。
图5是表示GaN衬底10的上表面10a的偏移角度θ和在形成于该上表面10a上的n型半导体层11的上表面的最大高程差的关系的图。图5中的菱形符号是如本实施方式那样GaN衬底10的上表面10a在<1-100>方向具有偏移角度θ时的数据，方形符号和本实施方式不同，是GaN衬底10的上表面10a在<11-20>方向具有偏移角度θ时的数据。后面所述的图9、10中的菱形符号以及方形符号也是同样。
此外，图5中的纵轴的最大高程差表示使n型半导体层11生长到厚度为4μm、使用原子间力显微镜(Atomic Force MicroscopyAFM)在纵向200μm×横向200μm的范围对该n型半导体层11进行表面观察时的值。对后面所述的图6、10也是同样。
如图5所示，当偏移角度θ为大于等于0.1°时，在n型半导体层11的上表面的最大高程差大幅度地变小，表面形态良好。并且，在<1-100>方向倾斜GaN衬底10的上表面10a的情况下，当偏移角度θ为大于等于0.25°时，在n型半导体层11的最大高程差进一步减少，该n型半导体层11的表面形态良好。另一方面，如图5所示，当偏移角度θ比1.0°大时，在n型半导体层11的上表面的最大高程差就变大。
此外，在偏移角度θ为小于等于0.05°时，因为在n型半导体层11的表面产生六角小丘，所以在其表面的凹凸增大，不能得到平坦的形态。
另外，在偏移角度θ大于等于0.05°小于0.25°时，沿着与偏移角度θ的方向垂直的方向、即与<1-100>方向或者<11-20>方向垂直的方向产生台阶状的阶差。但是，在偏移角度θ的方向沿<1-100>方向的情况下，当偏移角度θ为大于等于0.25°时，台阶状的阶差减少，得到更平坦的形态。此时，在n型半导体层11的平均表面粗糙度可抑制在小于等于0.5nm。
另一方面，在偏移角度θ的方向沿<11-20>方向的情况下，即使偏移角度θ为大于等于0.25°，也因为图1示出的GaN衬底10的表面上的位错密度较高的区域21，阻碍台阶流(step flow)生长，所以台阶状的阶差残留着，不能得到良好的表面形态。这种表面的凹凸产生如下问题在制作例如像本实施方式的半导体激光器时，不仅在n型半导体层11，而且在多重量子阱活性层14也产生阶差，在激光器的谐振器内的损失变大，阈值电流密度恶化等。
如以上那样，GaN衬底10的上表面10a的偏移角度θ和其方向给予形成于该上表面10a的生长层的表面凹凸和结晶性较大的影响。像本实施方式，在沿<1-100>方向倾斜了大于等于0.1°的GaN衬底10的上表面10a上制作半导体激光器时，能得到平坦性及结晶性良好且稳定的元件特性。并且，在沿<1-100>方向倾斜了大于等于0.25°的GaN衬底10的上表面10a上制作半导体激光器时，平坦性及结晶性变得更好，在沿<1-100>方向倾斜了大于等于0.3°的GaN衬底10的上表面10a上制作半导体激光器时，平坦性及结晶性进一步变好。
进而，在本实施方式中，因为偏移角度θ设定为小于等于1.0°，所以加工GaN衬底10并设置偏移角度θ时的加工性提高，进而，容易形成在GaN衬底10上所层叠的多个氮化物类半导体层。因此，利用了GaN衬底10的半导体元件的制造性提高。
此外，通常在半导体激光器的(1-100)面具有谐振器反射镜，但是，此时，当沿<1-100>方向的偏移角度θ变大时，反射镜损失就变大。因此，从降低在半导体激光器的反射镜损失这一观点出发也优选偏移角度θ设定在小于等于1.0°。
在图1所示的GaN衬底10中，只在<1-100>方向设置了偏移角度θ，但是也可以在<11-20>方向设置偏移角度θ1。图6是表示在GaN衬底10的上表面10a在<1-100>方向具有0.25°的偏移角度θ并还在<11-20>方向具有偏移角度θ1时的、该偏移角度θ1和在形成于该上表面10a上的n型半导体层11的上表面的最大高程差的关系的图。
如图6所示，在GaN衬底10的上表面10a沿<1-100>方向倾斜0.25°的状态中，当将<11-20>方向的偏移角度θ1设定在大于等于0°小于等于0.1°时，在n型半导体层11的上表面的最大高程差几乎不变化，该n型半导体层11的表面形态良好。图6示出的结果是偏移角度θ为0.25°时的结果，可是，如果偏移角度θ大于等于0.25°也是同样的结果。此外，图7表示在图2所示的氮化物类半导体激光器中利用了分别在<1-100>方向具有偏移角度θ、在<11-20>方向具有偏移角度θ1的GaN衬底10时的该氮化物类半导体激光器的结构。
图8是将混合气体中的H2气的比例作为参数来表示在生长炉内在含有NH3气、N2气以及H2气、或者含有NH3气以及N2气的混合气体环境中用1000°对GaN衬底10进行热处理时的、在GaN衬底10的上表面10a的最大高程差和热处理时间的关系的图。
图8中的圆形符号表示H2气的分压为0％时、即混合气体中不含H2气时的数据，图8中的方形符号、三角符号、叉符号、*符号以及菱形符号分别表示H2气的分压设定为5％、10％、20％、30％、以及40％时的数据。另外，图8中的纵轴的最大高程差表示使用AFM在纵向10μm×横向10μm的范围对GaN衬底10的上表面10a进行表面观察时的值。对后面所述的图9也是同样。
如图8所示，在上述的步骤2中，当H2气的分压为小于等于30％、进行大于等于5分钟的热处理时，GaN衬底10的上表面10a的凹凸较大程度地减少。
另外，通过H2气的分压为大于等于0％小于等于10％、进行大于等于10分钟的热处理，GaN衬底10的上表面10a的凹凸可以降低到小于等于1nm。像本发明，在沿<1-100>方向倾斜了大于等于0.1°的GaN衬底10的上表面10a上形成氮化物类半导体层的情况下，当在GaN衬底10的上表面10a上有大于等于2nm的凹凸时，就不能最大限度地发挥提高平坦性以及提高结晶品质的效果。因此，为了使本发明的效果最大限地、确实地发挥，在氮化物类半导体层生长前，通过热处理使GaN衬底10的上表面10a的凹凸降低到小于等于1nm是非常重要的。
另外，当长时间进行对GaN衬底10的热处理时，促进在GaN衬底10中的氮化镓的分解，氮从该GaN衬底10脱离，其结果是，GaN衬底10的上表面10a的平坦性没什么提高。从图8可知，当热处理时间超过30分钟时，GaN衬底10的上表面10a的凹凸急剧变大。因此，为了使GaN衬底10的平坦性可靠地提高，热处理时间小于等于30分钟是比较理想的。
另外，关于热处理温度，只要是大于等于800℃小于等于1200℃，就产生同样的效果，GaN衬底10的上表面10a的凹凸减少。并且，通过将热处理温度设定在大于等于1000℃小于等于1200℃，GaN衬底10的上表面10a的凹凸进一步减少。图9是表示在含有NH3气、N2气以及H2气且H2气的分压设定在20％的混合气体环境中，在生长炉内对GaN衬底10进行5分钟的热处理时的、在GaN衬底10的上表面10a的最大高程差和热处理温度的关系的图。如图9所示，在热处理温度为小于等于700℃的情况下，在GaN衬底10的上表面10a的Ga原子的大量迁移几乎不发生，所以看不到在该上表面10a的凹凸的降低，但是，当热处理温度为大于等于800度时，在该上表面10a的凹凸较大程度地降低。并且，当热处理温度为大于等于1000℃时，在GaN衬底10的上表面10a的最大高程差进一步变小。另一方面，当将热处理温度设定比1200℃还高时，对MOCVD装置内的衬底加热用加热器的负荷显著增高，需要频繁地更换加热器，是不希望的。进而，氮原子从GaN衬底10的上表面10a的再蒸发的概率相对于加热温度以指数函数方式增加，所以在用比1200℃还高的温度进行加热时，为了防止氮原子的再蒸发，就需要使必要的NH3气的流量增加，因此从生产性的观点出发也不理想。
此外，在H2气的分压为小于等于30％的情况下，在GaN衬底10中，因为促进镓(Ga)原子的迁移，所以GaN衬底10的上表面10a的凹凸减少。
在H2气的分压为大于等于30％的情况下，由热处理引起的对衬底表面的热刻蚀具有较强的作用，所以GaN衬底10的上表面10a的凹凸几乎不变化。
像以上那样，在步骤s2中，在含NH3的气体、或者H2的比例设定在小于等于30％的含NH3和H2的气体的环境中，通过对GaN衬底10在大于等于800℃小于等于1200℃执行大于等于5分钟的热处理，该GaN衬底10的上表面10a的平坦性就提高。因此，在GaN衬底10的上表面10a上所形成的氮化物类半导体层的平坦性也进一步提高，从而能够利用该氮化物类半导体层形成电特性良好的半导体元件。
另外，通过将热处理时间设定为小于等于30分钟，就能确实提高GaN衬底10的平坦性。
此外，在对GaN衬底10进行热处理时，在上述例中使用的混合气体中所包含的N2气具有载气的功能，该N2气对该GaN衬底10的上表面10a的平坦性的提高几乎没有贡献，所以，N2气未必一定需要包含在混合气体中。
图10是表示本实施方式的n型半导体层11的杂质浓度和在该n型半导体层11的上表面的最大高程差的关系的图。如图10所示，通过将n型半导体层11的杂质浓度设定在大于等于1×1016cm-3小于等于1×1020cm-3，在其上表面的最大高程差就变小，n型半导体层11的表面形态进一步变得良好。另外，通过将n型半导体层11的杂质浓度设定在大于等于1×1017cm-3小于等于1×1019cm-3，在其上表面的最大高程差为比10nm还小的值，n型半导体层11的表面形态进一步变得良好。并且，通过将n型半导体层11的杂质浓度设定在大于等于1×1017cm-3小于等于5×1018cm-3，在其上表面的最大高程差为更小的值，n型半导体层11的表面形态进一步变得良好。
本发明不仅适用于半导体激光器以外的其它的半导体发光元件，还可以使用于其它的电子器件。
如上所述，根据本发明，能够在GaN衬底上形成平坦性以及结晶性优越的氮化物类半导体层。这里所说的结晶性是指起因于结晶的原子排列的规则性、即结晶的结构规则性的该结晶的电光学特性。在不能确保在氮化物类半导体层的结构规则性时，在氮化物类半导体层形成不依赖GaN衬底的平坦性的异常结构。异常结构主要能大致区分为在氮化物类半导体层的表面的不规则的凹凸和被称为小丘的、认可了反应衬底的结晶学对称性的规则性的表面形状，通常认为小丘在本质上是小平面(facet)的一种。不规则的凹凸在结晶生长的过程中，因为III族原子的表面迁移不充分而形成。在表面迁移不充分时，该III族原子位于在结晶学上本来应配置III族原子的地方的概率减少。因此，原子级的微观结构规定的特性恶化。具体地说，根据原子空穴和晶格间原子等的晶格缺陷，作为电特性，由载流子的扩散概率规定的载流子移动率降低。另外，形成由杂质引起的发光中心的结果是，光学特性恶化。另一方面，小平面的形成引起III族原子的表面迁移的微观各向异性。因此，对半导体激光器的多重量子阱活性层的膜厚引起空间上的波动。此波动即使是纳米级，也给予发光波长以重大的影响。
因此，实现不使异常结构形成在氮化物类半导体层的结晶生长在获得良好的半导体激光器特性方面在本质上是重要的。为了防止异常结构的形成，像本发明那样，预先对GaN衬底设置适当的偏移角度，使所谓的台阶流生长产生是有效的。特别是像图1所示的GaN衬底10，只在一个方向设置偏移角度，通过使单向性的台阶流生长产生，能够可靠地抑制异常结构的形成。因为结晶生长这样动态的物理化学现象极其复杂，所以在理论上定量地预测理想的偏移角度非常困难。通常认为像本实施方式那样，通过实验的手法来调查适当的偏移角度是现实性较高的手法。
权利要求
1.一种半导体元件，其具有氮化镓衬底；以及在上述氮化镓衬底的上表面上形成的氮化物类半导体层，上述氮化镓衬底的上述上表面相对于(0001)面在<1-100>方向具有大于等于0.1°小于等于1.0°的偏移角度。
2.如权利要求1所述的半导体元件，其中，上述偏移角度为大于等于0.25°小于等于1.0°。
3.如权利要求2所述的半导体元件，其中，上述偏移角度为大于等于0.3°小于等于1.0°。
4.如权利要求2和权利要求3的任意一项所述的半导体元件，其中，上述氮化镓衬底的上述上表面相对于(0001)面在<11-20>方向具有大于等于0°小于等于0.1°的偏移角度。
5.如权利要求1至权利要求3的任意一项所述的半导体元件，其中，上述氮化物类半导体层是杂质浓度为大于等于1×1016cm-3小于等于1×1020cm-3的n型半导体层。
6.如权利要求5所述的半导体元件，其中，上述氮化物类半导体层是杂质浓度为大于等于1×1017cm-3小于等于1×1019cm-3的n型半导体层。
7.如权利要求6所述的半导体元件，其中，上述氮化物类半导体层是杂质浓度为大于等于1×1017cm-3小于等于5×1018cm-3的n型半导体层。
8.一种半导体元件的制造方法，其具有下述工序工序(a)，准备上表面相对于(0001)面在<1-100>方向具有大于等于0.1°小于等于1.0°的偏移角度的氮化镓衬底；以及工序(b)，在上述氮化镓衬底的上述上表面上形成氮化物类半导体层。
9.如权利要求8所述的半导体元件的制造方法，其中，还具有工序(c)，在上述工序(a)、(b)之间，在至少含有NH3的气体或者至少含有NH3和H2的气体环境中，对上述氮化镓衬底在大于等于800℃小于等于1200℃的温度下执行大于等于5分钟的热处理，在上述工序(c)中，在使用至少含有NH3和H2的气体时，该气体中H2的比例设定为小于等于30％。
10.如权利要求9所述的半导体元件的制造方法，其中，在上述工序(c)中，对上述氮化镓衬底执行大于等于5分钟小于等于30分钟的热处理。
11.如权利要求9和权利要求10的任意一项所述的半导体元件的制造方法，其中，在上述工序(c)中，对上述氮化镓衬底在大于等于1000℃小于等于1200℃的温度下执行热处理。
12.如权利要求9和权利要求10的任意一项所述的半导体元件的制造方法，其中，在上述工序(c)中，对上述氮化镓衬底在1000℃下执行大于等于10分钟的热处理，进而，在使用至少含有NH3和H2的气体时，该气体中的H2的比例设定为小于等于10％。
全文摘要
本发明提供一种技术，能够提高利用了氮化镓衬底(GaN衬底)的半导体元件的制造性，同时在GaN衬底上形成平坦性及结晶性优越的氮化物类半导体层。准备上表面(10a)相对于(0001)面在<1－100>方向具有大于等于0.1°小于等于1.0°的偏移角度θ的氮化镓衬底(10)。并且，在GaN衬底(10)的上表面(10a)上层叠含有n型半导体层(11)的多个氮化物类半导体层，从而形成半导体激光器等的半导体元件。
文档编号H01L21/20GK1783525SQ20051011851
公开日2006年6月7日 申请日期2005年10月27日 优先权日2004年10月27日
发明者大野彰仁, 竹见政义, 富田信之 申请人:三菱电机株式会社