专利名称：Iii族氮化物半导体元件、制造iii族氮化物半导体元件的方法及外延基板的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种III族氮化物半导体元件、制造III族氮化物半导体元件的方法及外延基板。
背景技术：
在专利文献I中，记载有用于蓝色发光器件的InGaN层的生长方法。规定了 InGaN生长时的生长温度与生长速度。在先技术文献专利文献专利文献1:日本特开平6-209122号公报
发明内容
发明要解决的问题在专利文献I中的生长中，将蓝宝石基板配置在生长炉的基座上后，在摄氏510度的基板温度下使氨、TMG、作为载气的氢气流过，而生长GaN缓冲层。在该期间中，自锥形石英管持续流出氢气及氮气，并使基座缓慢地旋转。该GaN缓冲层的表面由c面构成。在GaN缓冲层的生长后，在摄氏1020度的基板温度下，同样地将氢气作为载气而使TMG流过，从而生长约2 μ m厚的GaN层。在该GaN层生长后，在摄氏805度的基板温度下，将载气切换为氮气，使TMG、TM1、氨、及硅烷流过，从而生长掺杂Si的InGaN。在该InGaN生长的期间中，自锥形石英管所供给的气体仅为氮气。根据专利文献1，当使GaN在c面上生长时使氢气及氮气流过，而在InGaN的生长时使氮气流过。根据发明人的研究，使III族氮化物在不是极性面的非极性面上生长时，与如上所述的c面GaN表面相比，未供给至生长炉中的氧容易因半极性表面的结晶状态不同而作为杂质混入。不含In的氮化镓系半导体、例如GaN或AlGaN是一边供给氢气一边生长的。在显现高还原性的氢气的环境下，氧自生长炉内的存留物、例如夹具或附着物上脱离。在容易混入氧的非极性面上的外延生长中，结果该氧混入至外延膜中。氧在P型氮化物半导体层中成为补偿杂质。因此，不含In的氮化镓系半导体的外延生长虽在含有氢气的环境下进行，但其会使外延层的电阻增大，使半导体元件的电气特性恶化。本发明的一个方式鉴在此种情况，其目的在于提供一种具有氧浓度降低的P型氮化镓系半导体层的III族氮化物半导体元件，此外，本发明的另一个方式的目的在于提供一种可降低氧杂质的混入量的制造III族氮化物半导体元件的方法，进而，本发明的又一个方式的目的在于提供一种用于该III族氮化物半导体元件的外延基板。用于解决问题的手段本发明的一个方式的III族氮化物半导体元件包括:(a)基板，其含有由第I氮化镓系半导体构成的主面、且具有导电性；以及(b)III族氮化物半导体区域，其包含第一 P型氮化镓系半导体层、且设置于上述主面上。上述基板的上述主面自与沿该第I氮化镓系半导体的c轴延伸的基准轴正交的面以50度以上且低于130度的范围的角度倾斜，上述第一P型氮化镓系半导体层的氧浓度为5 X IO17Cm-3以下，上述第一 P型氮化镓系半导体层的P型掺杂物浓度Npd与上述氧浓度Noxg之比(Noxg/Npd)为1/10以下。根据该III族氮化物半导体元件，第一 P型氮化镓系半导体层设置于基板的主面上，该主面自与沿基板的第I氮化镓系半导体的C轴延伸的基准轴正交的面以50度以上且低于130度的范围的角度倾斜。在该角度范围内，可使第一 P型氮化镓系半导体层中的氧浓度为5X IO17CnT3以下，因此可减少通过第一 P型氮化镓系半导体层中所含有的氧而补偿第一 P型氮化镓系半导体层中的P型掺杂物的情况。此外，由于比(Noxg/Npd)为1/10以下，因此可降低P型掺杂物浓度Npd。在本发明的一个方式的III族氮化物半导体元件中优选，上述第一 P型氮化镓系半导体层不含铟作为III族构成元素。根据该III族氮化物半导体元件，在不含铟作为III族构成元素的氮化镓系半导体中，可降低氧浓度，此外，可降低P型掺杂物浓度Npd。本发明的一个方式的III族氮化物半导体元件可还包括设置于上述主面上的η型氮化镓系半导体层、及用于发光层的氮化镓系半导体层。上述发光层可设置于上述第一 P型氮化镓系半导体层与上述η型氮化镓系半导体层之间，该III族氮化物半导体元件可为发光元件。根据该III族氮化物半导体元件，可在发光元件中提高P型氮化镓系半导体层的电气特性。在本发明的一个方式的III族氮化物半导体元件中，上述发光层的发光波长可为440nm以上600nm以下。根据该III族氮化物半导体元件，在产生上述发光波长范围的光的发光元件中，可提高P型氮化镓系半导体的电气特性。在本发明的一个方式的III族氮化物半导体元件中，上述发光层的发光波长可为490nm以上600nm以下。根据该III族氮化物半导体元件，在提供长波长的发光的发光元件中，可提高P型氮化镓系半导体的电气特性。本发明的一个方式的III族氮化物半导体元件可还包括与上述III族氮化物半导体区域形成接触的电极。优选，上述III族氮化物半导体区域包含与上述电极形成接触的接触层、及P型III族氮化物半导体积层，上述P型III族氮化物半导体积层设置于上述接触层与上述发光层之间，上述P型III族氮化物半导体积层与上述接触层形成接触与第I结，并且与上述发光层形成第2结，上述P型III族氮化物半导体积层的氧浓度为5X IO1W3以下，上述P型III族氮化物半导体积层的P型掺杂物浓度Npd与上述氧浓度Noxg 之比(Noxg/Npd)为 1/10 以下。根据该III族氮化物半导体元件，在自电极至发光层的电流路径中，P型III族氮化物半导体积层中的氧浓度降低，并且比(Noxg/Npd)降低至1/10以下。可提高构成该电流路径的P型III族氮化物半导体的电气特性。在本发明的一个方式的III族氮化物半导体元件中，上述第一 P型氮化镓系半导体层可由 GaN、InGaN、AlGaN 或 InAlGaN 构成。
根据该III族氮化物半导体元件，在生长于不是极性面的III族氮化物半导体表面上的GaN、InGaN、AlGaN或InAlGaN中，氧浓度降低，并且比(Noxg/Npd)降低至1/10以下。在本发明的一个方式的III族氮化物半导体元件中，上述第一 P型氮化镓系半导体层可由GaN或AlGaN构成。根据该III族氮化物半导体元件，在生长于不是极性面的III族氮化物半导体表面上的GaN或AlGaN中，氧浓度降低，并且比(Noxg/Npd)降低至1/10以下。在本发明的一个方式的III族氮化物半导体元件中，上述第一 P型氮化镓系半导体层的碳浓度可为lX1017cm_3以下。根据该III族氮化物半导体元件，尤其在制造长波长的发光的发光元件时，要求降低P层半导体的生长温度，因此碳杂质的浓度增加。根据发明人的见解，在氮气环境中生长的第一 P型氮化镓系半导体层中，不仅可降低氧浓度，还可降低碳浓度。在本发明的一个方式的III族氮化物半导体元件中，上述III族氮化物半导体区域可还包括设置于上述主面上的第二 P型氮化镓系半导体层，上述第二 P型氮化镓系半导体层的氧浓度可为5X IO17CnT3以下，上述第二 P型氮化镓系半导体层可含有铟作为III族构成元素，上述第二 P型氮化镓系半导体层的P型掺杂物浓度Npd与上述氧浓度Noxg之比(Noxg/Npd)可为 1/10 以下。根据该III族氮化物半导体元件，在含有铟作为III族构成元素的P型氮化镓系半导体层中也可降低氧浓度，并且也可将浓度比(Noxg/Npd)降低至1/10以下。因此，可提高该P型III族氮化物半导体的电气特性。本发明的另一个方式是一种制造III族氮化物半导体元件的方法。该方法包括:(a)准备含有由第I氮化镓系半导体构成的主面、且具有导电性的基板的步骤；以及(b)在上述主面上生长包含第一 P型氮化镓系半导体层的III族氮化物半导体区域的步骤。在上述第一 P型氮化镓系半导体层的生长中，将用于上述第一 P型氮化镓系半导体层的III族构成元素及V族构成元素的原料气体与第I环境气体供给至生长炉中，使用氮气作为上述第I环境气体，上述基板的上述主面自与沿该第I氮化镓系半导体的c轴延伸的基准轴正交的面以50度以上且低于130度的范围的角度倾斜，上述第一 P型氮化镓系半导体层的氧浓度为5 X IO17CnT3以下，上述第一 P型氮化镓系半导体层的P型掺杂物浓度Npd与上述氧浓度Noxg之比(Noxg/Npd)为1/10以下。根据该制造方法，第一 P型氮化镓系半导体层在基板的主面上生长，该主面自与沿基板的第I氮化镓系半导体的C轴延伸的基准轴正交的面以50度以上且低于130度的范围的角度倾斜。该生长是将用于第一P型氮化镓系半导体层的原料气体与第I环境气体供给至生长炉中，使用氮气作为该环境气体。因此，可使第一 P型氮化镓系半导体层中的氧浓度成为5 X IO17CnT3以下。可减少通过第一 P型氮化镓系半导体层中所含有的氧而补偿第一 P型氮化镓系半导体层中的P型掺杂物的情况。此外，由于浓度比(Noxg/Npd)为1/10以下，因此可降低P型掺杂物浓度Npd。在本发明的另一个方式的制造方法中，上述第一 P型氮化镓系半导体层可不含铟作为III族构成元素。根据该制造方法，在不含铟作为III族构成元素的氮化镓系半导体中，可降低氧浓度，此外，可降低上述浓度比。
本发明的另一个方式的制造方法可还包括:在上述主面上生长η型氮化镓系半导体层的步骤、及在上述主面上生长用于活性层的氮化镓系半导体层的步骤。上述活性层设置于上述P型氮化镓系半导体层与上述η型氮化镓系半导体层之间，该III族氮化物半导体元件为发光元件。根据该制造方法，在发光元件中可提高P型氮化镓系半导体层的电气特性。在本发明的另一个方式的制造方法中，上述活性层的发光波长可为440nm以上600nm以下。根据该制造方法，在产生上述发光波长范围的光的发光元件中，可提高P型氮化镓系半导体的电气特性。在本发明的另一个方式的制造方法中，上述活性层的发光波长可为490nm以上600nm以下。根据该制造方法，在提供长波长的发光的发光元件中，可提高P型氮化镓系半导体的特性。本发明的另一个方式的制造方法可还包括形成与上述III族氮化物半导体区域接触的电极的步骤。上述III族氮化物半导体区域可包含与上述电极形成接触的接触层、及P型III族氮化物半导体积层，上述P型III族氮化物半导体积层可设置于上述接触层与上述发光层之间，上述P型III族氮化物半导体积层可与上述接触层接触而形成第I结，并且与上述发光层形成第2结，在上述P型III族氮化物半导体积层内的一个或多个P型氮化镓系半导体层各自的生长中，可将用于该P型氮化镓系半导体层的III族构成元素及V族构成元素的原料气体与第2环境气体供给至生长炉中，可使用氮气作为上述第2环境气体，上述P型III族氮化物半导体积层的氧浓度可为5 X IO17CnT3以下，上述P型III族氮化物半导体积层的P型掺杂物浓度Npd与上述氧浓度Noxg之比(Noxg/Npd)可为1/10以下。根据该制造方法，在自电极至发光层的电流路径中，P型III族氮化物半导体积层的氧浓度降低，并且比(Noxg/Npd)降低至1/10以下。可提高构成该电流路径的P型III族氮化物半导体的电气特性。在本发明的另一个方式的制造方法中，上述第一 P型氮化镓系半导体层可由GaN、InGaN、AlGaN或InAlGaN构成。根据该制造方法，在生长于并非极性面的III族氮化物半导体表面上的GaN、InGaN、AlGaN或InAlGaN中，氧浓度降低，并且比(Noxg/Npd)降低至1/10以下。在本发明的另一个方式的制造方法中，上述第一 P型氮化镓系半导体层可由GaN或AlGaN构成。根据该制造方法，在生长于并非极性面的III族氮化物半导体表面上的GaN或AlGaN中，氧浓度降低，并且比(Noxg/Npd)降低至1/10以下。在本发明的另一个方式的制造方法中优选，上述第一 P型氮化镓系半导体层的碳浓度为IXlO17Cnr3以下。根据该制造方法，尤其在制造长波长的发光元件时，要求降低P层半导体的生长温度，因此碳杂质的浓度增加。根据发明人的见解，在氮气环境中生长的第一P型氮化镓系半导体层中，不仅可降低氧浓度，还可降低碳浓度。在本发明的另一个方式的制造方法中，上述III族氮化物半导体区域的表面粗糙度以算术平均粗糙度可为Inm以下。根据该制造方法，通过在氮气环境中的生长而实现低氧浓度的成膜时，可降低算术平均粗糙度。在本发明的另一个方式的制造方法中，上述III族氮化物半导体区域可还包含第
二P型氮化镓系半导体层，上述第二 P型氮化镓系半导体层可含有铟作为III族构成元素，在上述第二 P型氮化镓系半导体层的生长中，可将用于上述第二 P型氮化镓系半导体层的III族构成元素及V族构成元素的原料气体与第2环境气体供给至生长炉中，可使用氮气作为上述第2环境气体，上述第二 P型氮化镓系半导体层的氧浓度可为5 X IO17CnT3以下，上述第二 P型氮化镓系半导体层的P型掺杂物浓度Npd与上述氧浓度Noxg之比(Noxg/Npd)可为1/10以下。根据该制造方法，在含有铟作为III族构成元素的P型氮化镓系半导体层中，也可降低氧浓度，并且也可将浓度比(Noxg/Npd)降低至1/10以下。因此，可提高该P型III族氮化物半导体的电气特性。本发明的又一个方式涉及一种用于III族氮化物半导体元件的外延基板。该外延基板包括:(a)基板，其含有由第I氮化镓系半导体构成的主面、且具有导电性；以及(b)III族氮化物半导体区域，其包含第一 P型氮化镓系半导体层、且设置于上述主面上。上述基板的上述主面自与沿该第I氮化镓系半导体的c轴延伸的基准轴正交的面以50度以上且低于130度的范围的角度倾斜，上述第一 P型氮化镓系半导体层的氧浓度为5X IO17CnT3以下，上述第一 P型氮化镓系半导体层的P型掺杂物浓度Npd与上述氧浓度Noxg之比(Noxg/Npd)为 1/10 以下。根据该外延基板，将第一 P型氮化镓系半导体层设置于基板的主面上，该主面自与沿基板的第I氮化镓系半导体的c轴延伸的基准轴正交的面以50度以上且低于130度的范围的角度倾斜。在该角度范围内，第一 P型氮化镓系半导体层中的氧浓度为5 X IO17CnT3以下，因此可减少通过第一 P型氮化镓系半导体层中所含有的氧而补偿第一 P型氮化镓系半导体层中的P型掺杂物的情况。此外，由于浓度比(Noxg/Npd)为1/10以下，因此可降低P型掺杂物浓度Npd。在本发明的又一个方式的外延基板中，上述第一 P型氮化镓系半导体层不含铟作为III族构成元素。根据该外延基板，在不含铟作为III族构成元素的氮化镓系半导体中，可降低氧浓度，此外，可降低浓度比。本发明的又一个方式的外延基板可还包括设置于上述主面上的η型氮化镓系半导体层、及用于发光层的氮化镓系半导体层。上述发光层可设置于上述P型氮化镓系半导体层与上述η型氮化镓系半导体层之间，该III族氮化物半导体元件可为发光元件。根据该外延基板，在发光元件中可提高P型氮化镓系半导体层的电气特性。在本发明的又一个方式的外延基板中，上述发光层的发光波长可为440nm以上600nm以下。根据该外延基板，在产生上述发光波长范围的光的发光元件中，可提高P型氮化镓系半导体的电气特性。在本发明的又一个方式的外延基板中，上述发光层的发光波长可为490nm以上600nm以下。根据该外延基板，在提供长波长的发光的发光元件中，可提高P型氮化镓系半导体的电气特性。在本发明的又一个方式的外延基板中，上述III族氮化物半导体区域的整体可具有P型导电性，上述III族氮化物半导体区域的氧浓度可为5 X IO17CnT3以下，上述III族氮化物半导体区域的P型掺杂物浓度Npd与上述氧浓度Noxg之比(Noxg/Npd)可为1/10以下。
根据该外延基板，除作为高掺杂物浓度的P型半导体区域以外，在整个III族氮化物半导体区域中，氧浓度降低，并且比(Noxg/Npd)降低至1/10以下。可提高构成该电流路径的P型III族氮化物半导体的特性。在本发明的又一个方式的外延基板中，上述第一 P型氮化镓系半导体层可由GaN、InGaN、AlGaN或InAlGaN构成。根据该外延基板，在生长于并非极性面的III族氮化物半导体表面上的GaN、InGaN、AlGaN或InAlGaN中，氧浓度降低，并且比(Noxg/Npd)降低至1/10以下。在本发明的又一个方式的外延基板中，上述第一 P型氮化镓系半导体层可由GaN或AlGaN构成。根据该外延基板，在生长于并非极性面的III族氮化物半导体表面上的GaN或AlGaN中，氧浓度降低，并且比(Noxg/Npd)降低至1/10以下。在本发明的又一个方式的外延基板中，上述第一 P型氮化镓系半导体层的碳浓度可为IXlO17cnT3以下。根据该外延基板，尤其在制造长波长的发光元件时，要求降低P层半导体的生长温度，因此碳杂质的浓度增加。根据发明人的见解，在氮气环境中生长的第一 P型氮化镓系半导体层中，不仅可降低氧浓度，还可降低碳浓度。在本发明的又一个方式的外延基板中，上述III族氮化物半导体区域可还包含设置于上述主面上的第二 P型氮化镓系半导体层，上述第二 P型氮化镓系半导体层的氧浓度可为5X IO17CnT3以下，上述第二 P型氮化镓系半导体层可含有铟作为III族构成元素，上述第二 P型氮化镓系半导体层的P型掺杂物浓度Npd与上述氧浓度Noxg之比(Noxg/Npd)可为1/10以下。根据该外延基板，在含有铟作为III族构成元素的P型氮化镓系半导体层中，也可降低氧浓度，并且也可将浓度比(Noxg/Npd)降低至1/10以下。因此，可提高该P型III族氮化物半导体的特性。在本发明的又一个方式的外延基板中，上述外延基板的表面粗糙度以算术平均粗糙度可为Inm以下。根据该外延基板，实现低氧浓度的成膜条件可降低外延基板的表面的算术平均粗糖度。本发明的上述目的及其它目的、特征以及优点根据参照附图而进行的本发明的实施方式的以下详细记述而更容易变得明确。发明效果如以上所说明，根据本发明的一个方式，提供一种具有氧浓度降低的P型氮化镓系半导体层的III族氮化物半导体元件。此外，根据本发明的另一个方式，提供一种可降低氧杂质的混入量的制造III族氮化物半导体元件的方法。进而，根据本发明的又一个方式，提供一种用于III族氮化物半导体元件的外延基板。
图1是概略性地表示本实施方式的III族氮化物半导体元件的结构及用于III族氮化物半导体元件的外延基板的结构的图。图2是表示本实施方式的制造III族氮化物半导体元件及外延基板的方法中的主要步骤的图。图3是表示本实施方式的制造III族氮化物半导体元件及外延基板的方法中的主要步骤的图。图4是示意性地表示本实施方式的制造III族氮化物半导体元件及外延基板的方法中的主要步骤中的产物的图。图5是示意性地表示本实施方式的制造III族氮化物半导体元件及外延基板的方法中的主要步骤中的产物的图。图6是表示实施例1的激光二极管的元件结构、及用于该元件的外延构成层的环境气体、P型掺杂物浓度、氧浓度及Ο/Mg的图。图7是表示实施例2的激光二极管的元件结构、及用于该元件的外延构成层的环境气体、P型掺杂物浓度、氧浓度及Ο/Mg比的图。图8是表示实施例3的激光二极管的元件结构、及用于该元件的外延构成层的环境气体、P型掺杂物浓度、氧浓度及Ο/Mg比率的图。图9是表示实施例4的激光二极管的元件结构、及用于该元件的外延构成层的环境气体、P型掺杂物浓度、氧浓度及Ο/Mg比的图。图10是表示实施例5的激光二极管的元件结构、及外延结构的构成层的环境气体的图。
具体实施例方式本发明的知识见解可通过参照作为例示所示的附图，考虑以下详细的记述而容易地理解。以下，参照
III族氮化物半导体元件、外延基板、制造III族氮化物半导体元件的方法、及制造外延基板的方法的实施方式。在可能的情况下，对相同的部分附以相同的符号。图1是概略性地表示本实施方式的III族氮化物半导体元件的结构及用于III族氮化物半导体元件的外延基板的结构的图。在以下说明中，作为III族氮化物半导体元件11，例如对发光二极管、激光二极管等发光元件进行说明，但本实施方式可应用于包含P型III族氮化物半导体的III族氮化物半导体元件。在图1中，在图1的(a)部中表示III族氮化物半导体元件11，在图1的(b)部中表示用于III族氮化物半导体元件11的外延基板EP。外延基板EP具有与III族氮化物半导体元件11相同的外延层结构。在下述说明中，对构成III族氮化物半导体元件11的半导体层进行说明。外延基板EP含有与上述半导体层对应的半导体层(半导体膜)，用于III族氮化物半导体元件11的说明适用于对应的半导体层。参照图1，示有坐标系S及结晶坐标系CR。基板13的主面13a朝向Z轴的方向，此外，在X方向及Y方向延伸。X轴朝向a轴的方向。如图1的(a)部所示，III族氮化物半导体元件11包含基板13、η型III族氮化物半导体外延区域(以下记作“η型III族氮化物半导体区域”)15、发光层17、及P型III族氮化物半导体外延区域(以下记作“P型III族氮化物半导体区域”)19。基板13具有由第I氮化镓系半导体构成的主面13a，显示导电性。基板13的主面13a自与沿该第I氮化镓系半导体的c轴而延伸的基准轴Cx正交的面Sc，以50度以上且低于130度的范围的角度倾斜。η型III族氮化物半导体区域15可含有一个或多个η型氮化镓系半导体层，并可设置于主面13a上。η型III族氮化物半导体区域15例如可含有η型缓冲层、η型包覆层、η型光导层。P型III族氮化物半导体区域19可含有一个或多个P型氮化镓系半导体层。P型III族氮化物半导体区域19例如含有第一 P型氮化镓系半导体层21，且设置于主面13a上。第一 P型氮化镓系半导体层21的氧浓度为5X IO17CnT3以下。第一 P型氮化镓系半导体层21的P型掺杂物浓度Npd与氧浓度Noxg的浓度比(Noxg/Npd)为1/10以下。此外，在本实施例中，III族氮化物半导体区域19可含有第二 P型氮化镓系半导体层23。P型III族氮化物半导体区域19例如可含有P型电子阻挡层、P型光导层、P型包覆层、P型接触层。根据该III族氮化物半导体元件11，第一 P型氮化镓系半导体层21设置于基板13的主面13a上。该主面13a以与基准轴Cx正交的面Sc为基准，以50度以上且低于130度的范围的角度倾斜。第一 P型氮化镓系半导体层21中的氧浓度为5 X IO17CnT3以下，因此可降低通过第一 P型氮化镓系半导体层21中所含有的氧而补偿第一 P型氮化镓系半导体层21中的P型掺杂物的情况。此外，因浓度比(Noxg/Npd)为1/10以下，所以可降低P型掺杂物浓度Npd。第一及第二 P型氮化镓系半导体层21、23可由GaN、InGaN、AlGaN或InAlGaN构成。在本实施例中，在生长于并非极性面的III族氮化物半导体表面上的GaN、InGaN、AlGaN或InAlGaN中，氧浓度降低，并且浓度比(Noxg/Npd)降低至1/10以下。第一 P型氮化镓系半导体层21优选为不含铟作为III族构成元素。由此，在不含铟作为III族构成元素的氮化镓系半导体中，可降低氧浓度，可降低P型掺杂物浓度Npd。在更优选的实施例中，第一 P型氮化镓系半导体层21可由GaN或AlGaN等构成。在生长于并非极性面的III族氮化物半导体表面上的GaN或AlGaN中，氧浓度降低，并且浓度比(Noxg/Npd)降低至1/10以下。另一方面，第二 P型氮化镓系半导体层23优选为含有铟作为III族构成元素。由此，在含有铟作为III族构成元素的氮化镓系半导体中，可降低氧浓度，此外，可降低P型掺杂物浓度Npd。第二 P型氮化镓系半导体层23的氧浓度可为5X IO17CnT3以下。第二 p型氮化镓系半导体层23含有铟作为III族构成元素，此外，可由例如InGaN或InAlGaN等构成。在第二 P型氮化镓系半导体层23中，P型掺杂物浓度Npd与氧浓度Noxg的浓度比(Noxg/Npd)可为1/10以下。在含有铟作为III族构成元素的P型氮化镓系半导体层23中，也可降低氧浓度，并可将浓度比(Noxg/Npd)降低至1/10以下。因此，可提高该P型III族氮化物半导体的特性。在第一及第二 P型氮化镓系半导体层21、23中，可使用镁(Mg)、锌(Zn)等作为p型掺杂物，P型掺杂物浓度例如优选为lX1018cm_3以上，这是因为，若为这以下的掺杂浓度，则电阻增加，电气特性恶化。此外，P型掺杂物浓度例如优选为5X IO19CnT3以下，这是因为，若为这以上的掺杂浓度，则结晶性恶化，电气特性恶化。可使上述层21、23中的P型掺杂物浓度小于P型接触层25中的P型掺杂物浓度。P型III族氮化物半导体积层26在本实施例中由第一及第二 P型氮化镓系半导体层21、23两层构成。P型III族氮化物半导体积层26与接触层25形成第I结J1，并且与发光层17形成第2结J2。根据上述说明可理解，在P型III族氮化物半导体积层26的整体上，氧浓度优选为5X IO17CnT3以下。III族氮化物半导体积层26的p型掺杂物浓度Npd与该氧浓度Noxg的浓度比(Noxg/Npd)可为1/10以下。除作为高掺杂物浓度的P型半导体区域25以外，在整个III族氮化物半导体区域26中，氧浓度降低，并且比(Noxg/Npd)降低至1/10以下。可提高构成自阳极的电流路径的P型III族氮化物半导体的电气特性。第一 P型氮化镓系半导体层21的碳浓度可为IX IO17CnT3以下。尤其是在长波长的发光元件的制造中，要求降低P层半导体的生长温度，因此碳杂质的浓度增加。根据发明人的见解，在于氮气环境中生长的第一 P型氮化镓系半导体层21中，不仅可降低氧浓度，也可降低碳浓度。尤其是在长波长的发光元件的制造中，要求降低P层半导体的生长温度，因此碳杂质的浓度增加。根据发明人的见解，在氮气环境中生长的第二 P型氮化镓系半导体层23中，不仅可降低氧浓度，也可降低碳浓度。此外，第二 P型氮化镓系半导体层23的碳浓度可为I X IO17Cm 3以下。基板13由第I氮化镓系半导体构成，例如可为GaN、InGaN、AlGaN等。由于GaN是作为二元化合物的氮化镓系半导体，因此可提供良好的结晶质量与稳定的基板主面。此外，第I氮化镓系半导体例如可由AlN等构成。基板13的c面沿图1所示的平面Sc延伸。在平面Sc上示有用以表示六方晶体系氮化镓系半导体的结晶轴的坐标系CR(c轴、a轴、m轴)。基板13的主面13a以与基准轴Cx正交的面为基准，向该第I氮化镓系半导体的m轴或a轴的方向以倾斜角α倾斜。倾斜角α通过基板13的主面13a的法线向量VN与表示基准轴Cx的c轴部向量VC所成的角度规定。在主面13a上，活性层17设置于η型氮化镓系半导体区域15与ρ型氮化镓系半导体区域19之间，η型氮化镓系半导体区域15、活性层17及ρ型氮化镓系半导体区域19在法线轴Ax的方向排列。在优选的实施例中，倾斜角α的范围可分为显示半极性的特征的面取向的第I角度范围、与显示接近无极性的特征的面取向的第2角度范围。第I角度范围例如为50度以上80度以下，此外为100度以上且低于130度。在第I角度范围中，具有尤其是可提高In组成较高的InGaN的结晶性的优点，此外，在第2角度范围中，具有尤其是可抑制In组成较高的InGaN的压电电场的优点。发光层17含有活性层27，在需要的情形时可含有η侧光导层29及ρ侧光导层31。活性层27至少含有一个半导体外延层33。半导体外延层33设置于氮化镓系半导体外延区域15上。半导体外延层33例如由AlGaN、GaN、InGaN、InAlGaN等构成，此外，可由含有铟的第2氮化镓系半导体构成。活性层27可含有另一半导体外延层35。另一半导体外延层35例如由AlGaN、GaN、InGaN、InAlGaN等构成，此外，可由含有铟的第3氮化镓系半导体构成。另一半导体外延层35具有大于半导体外延层33的带隙的带隙。在一实施例中，半导体外延层33作为阱层而发挥作用，半导体外延层35作为势垒层而发挥作用。活性层27可具有单一或多重的量子阱结构。发光层17 (活性层27)的发光波长例如可为440nm以上600nm以下。在产生上述发光波长范围的光的发光元件中，可提高P型氮化镓系半导体的电气特性。此外，发光层17 (活性层27)的发光波长可为490nm以上600nm以下。由此，在提供长波长的发光的发光元件中，可提高P型氮化镓系半导体的特性。示出本实施方式中的一实施例。半导体层15:n型InAlGaN包覆层。半导体层21:p型GaN电子阻挡层。
半导体层23:p型InAlGaN包覆层。半导体层25:p型GaN接触层。半导体层29:n侧非掺杂InGaN光导层。半导体层31:p侧非掺杂InGaN光导层。在需要的情形时，η型III族氮化物半导体区域15可含有η侧光导层29及η型光导层，此外，P型III族氮化物半导体区域19可含有ρ侧光导层31及ρ型光导层。III族氮化物半导体元件11的外延基板EP含有与上述半导体层对应的半导体层(半导体膜)，用于III族氮化物半导体元件11的说明适用于对应的半导体层。该外延基板EP的表面粗糙度以算术平均粗糙度为Inm以下。III族氮化物半导体元件11可含有设置于接触层25上的第I电极37 (例如阳极)，第I电极37经由覆盖接触层25的绝缘膜39的开口 39a而与ρ型III族氮化物半导体区域19 (接触层25)形成接触JC。作为电极例如使用Ni/Au。III族氮化物半导体元件11可含有设置于基板13的背面13b上的第2电极41 (例如阴极)，第2电极41例如可由Ti/Al构成。图2及图3是表示本实施方式的制造III族氮化物半导体元件及外延基板的方法中的主要步骤的图。图4及图5是示意性地表示本实施方式的制造III族氮化物半导体元件及外延基板的方法中的主要步骤中的产物的图。根据图2及图3所示的步骤流程，通过有机金属气相沉积法，在基板上制造发光元件的结构的外延基板及III族氮化物半导体光元件。使用三甲基镓(TMG)、三甲基铟(TMI)、
三甲基铝(TMA)、氨(NH3)、硅烷(SiH4)、双环戊二烯基镁(Cp2Mg)作为用于外延生长的原料。在步骤SlOl中，准备具有由氮化镓系半导体构成的主面的基板(图4的(a)部所示的基板51)。该基板51的主面的法线轴相对于氮化镓系半导体的c轴，具有50度以上且低于130度的角度范围内的倾斜角。在本实施例中，基板51具有向六方晶体系GaN中的m轴方向自c面以75度的角度倾斜的主面，该倾斜面表示为{20-21}面。主面被镜面研磨。在基板51上在以下的条件下进行外延生长。首先，在步骤S102中，将基板51设置于生长炉10内。在生长炉10内例如配置有石英流道等石英制的夹具。在需要的情形时，在摄氏1050度的温度及27kPa的炉内压力下将含有NH3与H2的热处理气体供给至生长炉10中，并且进行10分钟热处理。通过该热处理，产生表面改性。在该热处理后，在步骤S103中，在基板51上生长III族氮化物半导体层，形成外延基板。首先，在步骤S104中，将用于III族构成元素及V族构成元素的原料、及含有η型掺杂物的原料气体以及环境气体供给至生长炉10中，外延地生长III族氮化物半导体区域53。III族氮化物半导体区域53的主面53a的倾斜角与基板51的主面51a的倾斜角对应。III族氮化物半导体区域53可含有一个或多个III族氮化物半导体层。环境气体含有载气、次流气体(Subflow Gas)。环境气体例如可含有氮气及/或氢气。在本实施例中，例如生长以下的氮化镓系半导体区域。在摄氏950度下，将TMG、NH3、SiH4及氮气及/或氢气供给至生长炉10中，生长掺杂Si的GaN层55a。继而，在摄氏870度的基板温度下，将TMG、TM1、TMA、NH3、SiH4及氮气供给至生长炉10中，生长掺杂Si的InAlGaN层55b。其后，在摄氏1050度下，将TMG、NH3> SiH4及氮气及/或氢气供给至生长炉10中，生长掺杂Si的GaN层55c。在具有还原性的氢气环境下，氧容易自生长炉内的夹具或夹具的附着物脱离。在步骤S105中，生长发光层57。在该步骤中，首先，在步骤S106中，在摄氏870度的基板温度下，将TMG、TM1、NH3及氮气供给至生长炉中，生长InGaN光导层59a。光导层59a的一部分或全部可为非掺杂或η型导电性。继而，生长活性层59b。在活性层59b的生长中，在步骤S107中，将TMG、TM1、NH3及环境气体的氮气供给至生长炉中，生长非掺杂InGaN势垒层61a。InGaN层61a的厚度为15nm。在该生长后，中断生长，将基板温度自势垒层的生长温度变更为阱层的生长温度。在变更后，在步骤S108中，将TMG、TM1、NH3及环境气体的氮气供给至生长炉10中，生长非掺杂InGaN阱层61b。InGaN阱层61b的厚度为3nm。在需要的情形时，可重复势垒层的生长、温度变更、阱层的生长，在本实施例中，量子阱结构含有3层阱层。在步骤S109中，在摄氏870度的基板温度下，将TMG、TM1、NH3及环境气体的氮气供给至生长炉10中，生长InGaN光导层59c。光导层59c的一部分或全部可为非掺杂或ρ型导电性。发光层57及活性层59b的主面的倾斜角与基板51的主面51a的倾斜角对应。在步骤SllO中，将III族原料、V族原料、及含有P型掺杂物的原料气体以及环境气体供给至生长炉10中，外延地生长III族氮化物半导体区域63。III族氮化物半导体区域63的主面63a的倾斜角与基板51的主面51a的倾斜角对应。III族氮化物半导体区域63可含有一个或多个III族氮化物半导体层。在本实施例中，生长以下的氮化镓系半导体区域。例如，在发光层57的生长后，停止TMG的供给，使基板温度上升。将TMG、NH3、Cp2Mg及环境气体供给至生长炉中，在摄氏840度的基板温度下生长ρ型GaN电子阻挡层65a。在该生长中，优选为供给环境气体的氮气。继而，将TMG、TM1、NH3、Cp2Mg及氮气供给至生长炉10中，在摄氏840度的基板温度下生长掺杂Mg的InGaN光导层65b。其后，在摄氏840度下，将TMG、NH3> Cp2Mg及环境气体供给至生长炉10中，生长掺杂Mg的GaN光导层65c。在该生长中，优选为供给氮气作为环境气体。并且，在摄氏870度的基板温度下，将TMG、TM1、TMA, NH3> Cp2Mg及氮气供给至生长炉10中，生长掺杂Mg的InAlGaN包覆层65d。继而，在摄氏870度下，将TMG、NH3> Cp2Mg及环境气体供给至生长炉10中，生长掺杂高浓度Mg的GaN接触层65e。在该生长中，优选为供给氮气作为环境气体。在上述步骤后，形成外延基板 EP1。在步骤Slll中，在外延基板EPl上形成电极。电极的形成以如下方式进行。例如，在P型GaN接触层65e上形成电极(Ni/Au)，并且在外延基板EPl的背面上形成电极(Ti/Al)。在形成电极前，可加工外延基板EPl，形成隆脊结构。在步骤SllO中的P型III族氮化物半导体区域63的外延生长时，可如图5所示以如下的方式进行。在一实施例中，III族氮化物半导体区域63可包含含有铟作为III族构成元素的一个或多个P型氮化镓系半导体层(称为“P型氮化镓系半导体层63A”)、及/或不含铟作为III族构成元素的一个或多个P型氮化镓系半导体层(称为“P型氮化镓系半导体层63B”)。如图5的(a)部所示，在步骤S112中，在氮气环境下形成所有ρ型氮化镓系半导体层63A。通过各生长，P型氮化镓系半导体层63A的氧浓度为5 X IO17CnT3以下，ρ型氮化镓系半导体层63Α的ρ型掺杂物浓度Npd与氧浓度Noxg之比(Noxg /Npd)为1/10以下。此外，如图5的(b)部所示，在步骤S113中，进行在氮气环境下形成ρ型氮化镓系半导体层63B中的一部分的层63C的步骤。通过该生长，ρ型氮化镓系半导体层63C的氧浓度为5 X IO17CnT3以下，P型氮化镓系半导体层63C的P型掺杂物浓度Npd与氧浓度Noxg之比(Noxg /Npd)为1/10以下。此外，如图5的(c)部所示，进行在氢气环境下形成ρ型氮化镓系半导体层63B中的剩余的层63D的步骤。在III族氮化物半导体区域63的生长中，可重新编排层63A、63C、63D的生长的顺序。在另一实施例中，III族氮化物半导体区域65可包含含有铟作为III族构成元素的一个或多个P型氮化镓系半导体层(称为“P型氮化镓系半导体层65A”)、与不含铟作为III族构成元素的一个或多个P型氮化镓系半导体层(称为“P型氮化镓系半导体层65B”)。如图5的(d)部所示，在步骤S114中，在氮气环境下形成所有ρ型氮化镓系半导体层65A。通过该生长，P型氮化镓系半导体层65A的氧浓度为5 X IO17CnT3以下，ρ型氮化镓系半导体层65Α的ρ型掺杂物浓度Npd与氧浓度Noxg之比(Noxg /Npd)为1/10以下。此外，如图5的(e)部所示，在步骤S115中，在氮气环境下形成ρ型氮化镓系半导体层65B。通过该生长，P型氮化镓系半导体层65B的氧浓度为5 X IO17CnT3以下，ρ型氮化镓系半导体层65Β的P型掺杂物浓度Npd与氧浓度Noxg之比(Noxg/Npd)为1/10以下。在III族氮化物半导体区域65的生长中，可重新编排层65A、65B的生长的顺序。在又一实施例中，III族氮化物半导体区域67可包含含有铟作为III族构成元素的一个或多个P型氮化镓系半导体层(称为“P型氮化镓系半导体层67A”)、不含铟作为III族构成元素的一个或多个P型氮化镓系半导体层(称为“P型氮化镓系半导体层67B”)、及P型接触层67C。如图5的(f)部所示，在步骤S116中，在氮气环境下形成所有ρ型氮化镓系半导体层67A，并且在氮气环境下形成所有P型氮化镓系半导体层67B。通过氮气环境中的P型氮化镓系半导体层67A、67B的生长，上述层67A、67B的氧浓度为5 X IO17CnT3以下，上述层67A、67B的ρ型掺杂物浓度Npd与氧浓度Noxg之比(Noxg/Npd)为1/10以下。在步骤SI 17中，形成ρ型氮化镓系半导体接触层67C。此外，该接触层67C也可在氮气环境下形成，在该生长中，接触层67C的氧浓度为5X IO17CnT3以下。向生长炉的石英管供给用于III族构成元素及V族构成元素的原料气体及环境气体。在不含铟作为III族构成元素的P型氮化镓系半导体层的生长中，环境气体的比例(环境气体/(环境气体+原料气体))可为60%以上。此处，百分率为体积百分数。以下，对本实施方式中的实施例进行说明。(实施例1)制造如图6的(a)部所示的元件结构的激光二极管。在图6的(b)部示有外延结构的构成层的环境气体。准备{20-21}面GaN基板。在该GaN基板上,利用有机金属气相沉积法形成外延积层。在P型氮化镓系半导体层的生长中，不含铟(In)的氮化镓系半导体层的生长在仅供给氢气作为环境气体而形成的氢气环境中生长。此外，含有铟(In)的氮化镓系半导体层的生长在仅供给氮气作为环境气体而形成的氮气环境中生长。在外延积层上形成具有宽IOym的条状窗口的绝缘膜(二氧化硅膜)。通过蒸镀形成Pd电极作为阳极电极。其后，通过蒸镀形成焊盘电极。以600 μ m间隔分离如此制造的基板产物,制造激光条(Laser Bar)。在激光条的谐振器端面上形成由电介质多层膜构成的反射膜。电介质多层膜由Si02/Ti02构成。前端面的反射率为80%，后端面的反射率为95%。在波长520nm下以阈值电流4kA/cm2振荡，动作电压为8.5伏。参照图6的(b)部，示有镁浓度、氧浓度、及它们的Ο/Mg比率(氧浓度/镁浓度)。在图6的(b)部中，例如“3e20”表示3X102°。含有铟(In)的氮化镓系半导体层、例如ρ型InGaN、p型InAlGaN的生长在仅供给氮气作为环境气体而形成的氮气环境中生长，该氧浓度为5X1017cm_3以下。此外，Ο/Mg比率为0.1以下。其成膜条件中，V/III比为5000至10000左右。另一方面，在仅供给氢气作为环境气体而形成的P型氮化镓系半导体层(不含铟(In)的氮化镓系半导体层)的生长中，氧浓度较高。(实施例2)制造图7的(a)部所示的元件结构的激光二极管。在图7的(b)部中，示有外延结构的构成层的环境气体。准备{20-21}面GaN基板。在该GaN基板上利用有机金属气相沉积法形成外延积层。在P型氮化镓系半导体层的生长中，不含铟(In)的氮化镓系半导体层的生长在供给氮气或氢气作为环境气体而形成的环境中生长。此外，含有铟(In)的氮化镓系半导体层的生长在仅供给氮气作为环境气体而形成的环境中生长。与实施例1同样地在外延积层上制造绝缘膜、阳极电极等，从而制造基板产物。以600 μ m间隔分离该基板产物，制造激光条。与实施例1同样地将由电介质多层膜构成的反射膜在激光条的谐振器端面成膜。在波长520nm下以阈值电流4kA/cm2振荡，动作电压为8.0伏。参照图7的(b)部，示有镁浓度、氧浓度、及它们的Ο/Mg比率(氧浓度/镁浓度)。含有铟(In)的氮化镓系半导体层、例如P型InGaN、p型InAlGaN的生长在仅供给氮气作为环境气体而形成的氮气环境中生长，Ο/Mg比率为0.1以下。其成膜条件中，V/III比为5000至10000左右。不含铟(In)的氮化镓系半导体层、例如ρ型GaN光导层的生长仅供给氮气作为环境气体而形成，另一方面，剩余的不含铟(In)的氮化镓系半导体层、例如P+型GaN接触层及P型GaN电子阻挡层的生长在氢气环境中生长。在仅供给氮气作为环境气体而形成的P型GaN层的生长中，氧浓度较低，Ο/Mg比率为0.1以下。然而，在仅供给氢气作为环境气体而形成的P型GaN电子阻挡层、p+GaN接触层的生长中，氧浓度较高。(实施例3)制造图8的(a)部所示的元件结构的激光二极管。在图8的(b)部中，示有外延结构的构成层的环境气体。准备{20-21}面GaN基板。在该GaN基板上利用有机金属气相沉积法形成外延积层。在P型氮化镓系半导体层的生长中，不含铟(In)的氮化镓系半导体层的生长是在供给氮气或氢气作为环境气体而形成的环境中生长。此外，含有铟(In)的氮化镓系半导体层的生长是在仅供给氮气作为环境气体而形成的氮气环境中生长。与实施例1同样地在外延积层上制造绝缘膜、阳极电极等而制造基板产物。以600 μ m间隔分离该基板产物，制造激光条。与实施例1同样地将由电介质多层膜构成的反射膜在激光条的谐振器端面上成膜。在波长520nm下以阈值电流4kA/cm2振荡，动作电压为7.5伏。参照图8的(b)部，示有镁浓度、氧浓度、及它们的Ο/Mg比率(氧浓度/镁浓度)。含有铟(In)的氮化镓系半导体层、例如P型InGaN、p型InAlGaN的生长是在仅供给氮气作为环境气体而形成的氮气环境中生长，Ο/Mg比率为0.1以下。不含铟(In)的氮化镓系半导体层、例如P型GaN光导层及ρ型GaN电子阻挡层的生长是仅供给氮气作为环境气体而形成，另一方面，剩余的不含铟(In)的氮化镓系半导体层、例如P+型GaN接触层的生长是在氢气环境中生长。在仅供给氮气作为环境气体而形成的P型GaN光导层及ρ型GaN电子阻挡层的生长中，氧浓度较低，Ο/Mg比率为0.1以下。其成膜条件中，V/III比为5000至10000左右。然而，在仅供给氢气作为环境气体而形成的p+GaN接触层的生长中，氧浓度较闻。(实施例4)制造图9的(a)部所示的元件结构的激光二极管。在图9的(b)部示有外延结构的构成层的环境气体。准备{20-21}面GaN基板。在该GaN基板上利用有机金属气相沉积法形成外延积层。在P型氮化镓系半导体层的生长中，不含铟(In)的氮化镓系半导体层的生长是在仅供给氮气作为环境气体而形成的氮气环境中生长。此外，含有铟(In)的氮化镓系半导体层的生长是在仅供给氮气作为环境气体而形成的氮气环境中生长。与实施例1同样地在外延积层上制造绝缘膜、阳极电极等而制造基板产物。以600 μ m间隔分离该基板产物，制造激光条。与实施例1同样地将由电介质多层膜构成的反射膜在激光条的谐振器端面上成膜。在波长520nm下以阈值电流4kA/cm2振荡，动作电压为7.0伏。参照图9的(b)部，示有镁浓度、氧浓度、及它们的Ο/Mg比率(氧浓度/镁浓度)。含有铟(In)的氮化镓系半导体层、例如P型InGaN、ρ型InAlGaN的生长是在仅供给氮气作为环境气体而形成的氮气环境中生长，Ο/Mg比率为0.1以下。其成膜条件中，V/III比为5000至10000左右。不含铟(In)的氮化镓系半导体层、例如ρ型GaN光导层、ρ型GaN电子阻挡层及P+GaN接触层的生长是仅供给氮气作为环境气体而形成，所有ρ型氮化镓系半导体层的生长均在氮气环境中生长。在仅供给氮气作为环境气体而形成的P型GaN光导层、P型GaN电子阻挡层及p+GaN接触层的生长中，氧浓度较低，Ο/Mg比率为0.1以下。(实施例5)制造图10的(a)部所示的元件结构的激光二极管。在图10的(b)部示有外延结构的构成层的环境气体。准备{20-21}面GaN基板。在该GaN基板上利用有机金属气相沉积法形成外延积层。不含铟(In)的氮化镓系半导体层的生长、及含有铟(In)的氮化镓系半导体层的生长是在供给氮气作为环境气体而形成的氮气环境中生长。外延基板的表面粗糙度以算术平均粗糙度为Inm以下。与实施例1同样地在外延积层上制造绝缘膜、阳极电极等而制造基板产物。以600 μ m间隔分离该基板产物,制造激光条。在激光条的谐振器端面上，与实施例1同样地将由电介质多层膜构成的反射膜成膜。在波长520nm下以阈值电流4kA/cm2振荡，动作电压为6.5伏。ρ型及η型氮化镓系半导体层的生长是供给氮气作为环境气体而形成。在仅供给氮气作为环境气体而形成的氮化镓系半导体层的生长中，氧浓度较低，Ο/Mg比率为0.1以下。除驱动电压降低之外，也可获得如下技术上的贡献。例如，载气的切换次数减少，生长中所生成的微粒等尘灰减少。此外，界面的杂质减少。由于使用氮气载气，因此外延表面平坦化，表面形态得到改善。由此，芯片成品率及元件可靠性提高。进而，可降低P型半导体层的生长温度，P型半导体层的生长中的阱层的劣化降低。根据实施例1 5的结果可理解，在不论含有或不含铟(In)的P型氮化镓系半导体层中，在仅供给氮气作为环境气体而形成的氮气环境中生长的P型氮化镓系半导体层的生长中，Ο/Mg比率为0.1以下。发明人虽尝试选定高纯度的原料、清洗外延生长前的基板、清洗夹具等用以降低氧浓度的各种方法，但均无充分的效果。根据发明人的研究显示，若比较作为极性面的c面与半极性面，则半极性面与c面相比，混入高I位数左右的氧。因此，在生长于c面上时，氧杂质的混入未对外延生长膜的质量产生大影响。然而，在生长于半极性面时，成为尤其是使P型半导体层的电气特性恶化的原因。然而，在进行如上所述的用以改善的实验时，发现使含有In的氮化镓系半导体层在氮气环境中生长，该氮化镓系半导体层的氧浓度与其它在氢气环境下生长的不含In的层相比，氧浓度较低。因此，在使不含In的氮化镓系半导体层在氮气环境下生长时，可降低该氮化镓系半导体层的氧浓度。由此，可降低半导体元件的内部电阻。根据实验，可降低在氮气环境下生长的氮化镓系半导体层的氧浓度，可制造低电阻的半导体元件。根据发明人的研究，认为作为氧的供给源，供给至生长炉的原料等气体中的杂质与这之外的夹具等为供给源。在原料中的杂质成为氧的供给源时，认为“原料中的氧浓度”与“结晶中的氧混入系数”成为因子。根据发明人的实验，在原料气体的纯度下降的成膜中，利用氢气环境、氮气环境的任一种，外延半导体结晶中的氧浓度均增加。根据其结果，认为“结晶中的氧混入系数”不取决于环境气体。另一方面，认为在氧源为原料以外时，因子为炉内的夹具、沉积物()、清洗剂残渣等“氧源”、“自氧源的氧脱离系数”、“结晶中的氧混入系数”。如上所述，“结晶中的氧混入系数”不取决于环境气体。因此，剩余的“结晶中的氧混入系数”因环境气体而变化。氢气为还原性的气体，使氧自沉积物等不希望的堆积物脱离。认为该氧混入外延结晶中。因此，优选为使用氮气作为环境气体(载气及次流气体)。在上述实施方式中图示说明了本发明的原理，但本领域技术人员可知，在不脱离该原理的情况下在配置及细节方面可进行变更。本发明并不限定于本实施方式所公开的特定构成。因此，对于由权利要求及其精神的范围而来的所有修正及变更请求专利权。
产业利用性根据本实施方式，提供一种具有氧浓度降低的ρ型氮化镓系半导体层的III族氮化物半导体元件。此外，根据本实施方式，提供一种可降低氧杂质的混入量的制造III族氮化物半导体元件的方法。进而，根据本实施方式，提供一种用于III族氮化物半导体元件的外延基板。符号说明EP外延基板10生长炉11III族氮化物半导体元件13基板15η型III族氮化物半导体区域17发光层19P型III族氮化物半导体区域Cx基准轴21第一 P型氮化镓系半导体层23第二 P型氮化镓系半导体层
25P型接触层26P型III族氮化物半导体积层J1、J2结27活性层29η侧光导层31P侧光导层33半导体外延层35半导体外延层37第I电极39绝缘膜JC接触41第2电极51基板53III族氮化物半导体区域55a掺杂 Si 的 GaN 层55b掺杂 Si 的 InAlGaN 层55c掺杂 Si 的 GaN 层59aInGaN 光导层59b活性层59cInGaN 光导层61a非掺杂InGaN势垒层61b非掺杂InGaN阱层65aP型GaN电子阻挡层65b掺杂Mg的InGaN光导层65c掺杂Mg的GaN光导层65d掺杂Mg的InAlGaN包覆层65e掺杂高浓度Mg的GaN接触层
EPl外延基板
权利要求
1.一种III族氮化物半导体元件，其特征在于， 包括:基板，其含有由第I氮化镓系半导体构成的主面、且具有导电性；以及III族氮化物半导体区域，其包含第一 P型氮化镓系半导体层、且设置于上述主面上，上述基板的上述主面自与沿该第I氮化镓系半导体的C轴延伸的基准轴正交的面以50度以上且低于130度的范围的角度倾斜， 上述第一 P型氮化镓系半导体层的氧浓度Noxg为5X IO17CnT3以下， 上述第一 P型氮化镓系半导体层的P型掺杂物浓度Npd与上述氧浓度Noxg之比(Noxg/Npd)为1/10以下。
2.如权利要求1所述的III族氮化物半导体元件，其中，上述第一P型氮化镓系半导体层不含铟作为III族构成元素。
3.如权利要求1或2所述的III族氮化物半导体元件，其中， 还包括:n型氮化镓系半导体层，其设置于上述主面上；以及 氮化镓系半导体层，其用于发光层， 上述发光层设置于上述P型氮化镓系半导体层与上述η型氮化镓系半导体层之间， 该III族氮化物半导 体元件为发光元件。
4.如权利要求3所述的III族氮化物半导体元件，其中，上述发光层的发光波长为440nm以上600nm以下。
5.如权利要求3或4所述的III族氮化物半导体元件，其中，上述发光层的发光波长为490nm以上600nm以下。
6.如权利要求3至5中任一项所述的III族氮化物半导体元件，其中， 还包括与上述III族氮化物半导体区域形成接触的电极， 上述III族氮化物半导体区域包含与上述电极形成接触的接触层以及P型III族氮化物半导体区域， 上述P型III族氮化物半导体区域设置于上述接触层与上述发光层之间， 上述P型III族氮化物半导体区域与上述接触层形成第I结，并且与上述发光层形成第2结， 上述P型III族氮化物半导体区域的氧浓度为5X IO17CnT3以下， 上述P型III族氮化物半导体区域的P型掺杂物浓度Npd与上述氧浓度Noxg之比(Noxg/Npd)为 1/10 以下。
7.如权利要求1至6中任一项所述的III族氮化物半导体元件，其中，上述第一P型氮化镓系半导体层由GaN、InGaN, AlGaN或InAlGaN构成。
8.如权利要求1至7中任一项所述的III族氮化物半导体元件，其中，上述第一P型氮化镓系半导体层由GaN或AlGaN构成。
9.如权利要求1至8中任一项所述的III族氮化物半导体元件，其中，上述第一P型氮化镓系半导体层的碳浓度为IXlO17Cnr3以下。
10.如权利要求1至9中任一项所述的III族氮化物半导体元件，其中， 上述III族氮化物半导体区域还包含设置于上述主面上的第二 P型氮化镓系半导体层， 上述第二 P型氮化镓系半导体层的氧浓度为5X IO17CnT3以下，上述第二 P型氮化镓系半导体层含有铟作为III族构成元素， 上述第二 P型氮化镓系半导体层的P型掺杂物浓度Npd与上述氧浓度Noxg之比(Noxg/Npd)为1/10以下。
11.一种制造III族氮化物半导体元件的方法，其特征在于， 包括:准备含有由第I氮化镓系半导体构成的主面、且具有导电性的基板的步骤；以及 在上述主面上生长包含第一 P型氮化镓系半导体层的III族氮化物半导体区域的步骤， 在上述第一 P型氮化镓系半导体层的生长中，将用于上述第一 P型氮化镓系半导体层的III族构成元素及V族构成元素的原料气体与第I环境气体供给至生长炉中， 使用氮气作为上述第I环境气体， 上述基板的上述主面自与沿该第I氮化镓系半导体的C轴延伸的基准轴正交的面以50度以上且低于130度的范围的角度倾斜， 上述第一 P型氮化镓系半导体层的氧浓度Noxg为5X IO17CnT3以下， 上述第一 P型氮化镓系半导体层的P型掺杂物浓度Npd与上述氧浓度Noxg之比(Noxg/Npd)为1/10以下。
12.如权利要求11所述的制造III族氮化物半导体元件的方法，其中，上述第一P型氮化镓系半导体层不含铟作为III族构成元素。
13.如权利要求11或12所述的制造III族氮化物半导体元件的方法，其中， 还包括:在上述主面上生长η型氮`化镓系半导体层的步骤；及 在上述主面上生长用于活性层的氮化镓系半导体层的步骤， 上述活性层设置于上述P型氮化镓系半导体层与上述η型氮化镓系半导体层之间， 该III族氮化物半导体元件为发光元件。
14.如权利要求13所述的制造III族氮化物半导体元件的方法，其中，上述活性层的发光波长为440nm以上600nm以下。
15.如权利要求13或14所述的制造III族氮化物半导体元件的方法，其中，上述活性层的发光波长为490nm以上600nm以下。
16.如权利要求13至15中任一项所述的制造III族氮化物半导体元件的方法，其中， 还包括形成与上述III族氮化物半导体区域形成接触的电极的步骤， 上述III族氮化物半导体区域包含与上述电极形成接触的接触层以及P型III族氮化物半导体积层， 上述P型III族氮化物半导体积层设置于上述接触层与上述活性层之间， 上述P型III族氮化物半导体积层与上述接触层形成第I结，并且与上述活性层形成第2结， 在上述P型III族氮化物半导体积层中的一个或多个P型氮化镓系半导体层的各生长中，将用于该P型氮化镓系半导体层的III族构成元素及V族构成元素的原料气体与第2环境气体供给至生长炉中， 使用氮气作为上述第2环境气体， 上述P型III族氮化物半导体积层的氧浓度为5X IO17CnT3以下， 上述P型III族氮化物半导体积层的P型掺杂物浓度Npd与上述氧浓度Noxg之比(Noxg/Npd)为 1/10 以下。
17.如权利要求11至16中任一项所述的制造III族氮化物半导体元件的方法，其中，上述第一 P型氮化镓系半导体层由GaN、InGaN, AlGaN或InAlGaN构成。
18.如权利要求11至17中任一项所述的制造III族氮化物半导体元件的方法，其中，上述第一 P型氮化镓系半导体层由GaN或AlGaN构成。
19.如权利要求11至18中任一项所述的制造III族氮化物半导体元件的方法，其中，上述第一 P型氮化镓系半导体层的碳浓度为I X IO17CnT3以下。
20.如权利要求11至19中任一项所述的制造III族氮化物半导体元件的方法，其中， 上述III族氮化物半导体区域还包含第二 P型氮化镓系半导体层， 上述第二 P型氮化镓系半导体层含有铟作为III族构成元素， 在上述第二 P型氮化镓系半导体层的生长中，将用于上述第二 P型氮化镓系半导体层的III族构成元素及V族构成元素的原料气体与第2环境气体供给至生长炉中， 使用氮气作为上述第2环境气体， 上述第二 P型氮化镓系半导体层的氧浓度为5X IO17CnT3以下， 上述第二 P型氮化镓系半导体层的P型掺杂物浓度Npd与上述氧浓度Noxg之比(Noxg/Npd)为1/10以下。
21.如权利要求11至20中任一项所述的制造III族氮化物半导体元件的方法，其中，上述III族氮化物半导体区域的表面粗糙度以算术平均粗糙度为Inm以下。
22.—种外延基板，用于III族氮化物半导体元件，其特征在于， 包括:基板，其含有由第I氮化镓系半导体构成的主面、且具有导电性；以及 III族氮化物半导体区域，其包含第一 P型氮化镓系半导体层、且设置于上述主面上，上述基板的上述主面自与沿该第I氮化镓系半导体的c轴延伸的基准轴正交的面以50度以上且低于130度的范围的角度倾斜， 上述第一 P型氮化镓系半导体层的氧浓度Noxg为5X IO17CnT3以下， 上述第一 P型氮化镓系半导体层的P型掺杂物浓度Npd与上述氧浓度Noxg之比(Noxg/Npd)为1/10以下。
23.如权利要求22所述的外延基板，其中，上述第一P型氮化镓系半导体层不含铟作为III族构成元素。
24.如权利要求22或23所述的外延基板，其中， 还包括:n型氮化镓系半导体层，其设置于上述主面上；以及 氮化镓系半导体层，其用于发光层， 上述发光层设置于上述P型氮化镓系半导体层与上述η型氮化镓系半导体层之间， 该III族氮化物半导体元件为发光元件。
25.如权利要求24所述的外延基板,其中，上述发光层的发光波长为440nm以上600nm以下。
26.如权利要求24或25所述的外延基板,其中，上述发光层的发光波长为490nm以上600nm以下。
27.如权利要求24至26中任一项所述的外延基板，其中， 上述III族氮化物半导体区域的整体具有P型导电性，上述III族氮化物半导体区域的氧浓度为5X IO17CnT3以下， 上述III族氮化物半导体区域的P型掺杂物浓度Npd与上述氧浓度Noxg之比(Noxg/Npd)为1/10以下。
28.如权利要求23至27中任一项所述的外延基板，其中，上述第一P型氮化镓系半导体层由 GaN、InGaN, AlGaN 或 InAlGaN 构成。
29.如权利要求22至28中任一项所述的外延基板，其中，上述第一P型氮化镓系半导体层由GaN或AlGaN构成。
30.如权利要求22至29中任一项所述的外延基板，其中，上述第一P型氮化镓系半导体层的碳浓度为I X 1017cm_3以下。
31.如权利要求22至3 0中任一项所述的外延基板，其中， 上述III族氮化物半导体区域还包含设置于上述主面上的第二 P型氮化镓系半导体层， 上述第二 P型氮化镓系半导体层的氧浓度为5X IO17CnT3以下， 上述第二 P型氮化镓系半导体层含有铟作为III族构成元素， 上述第二 P型氮化镓系半导体层的P型掺杂物浓度Npd与上述氧浓度Noxg之比(Noxg/Npd)为1/10以下。
32.如权利要求22至31中任一项所述的外延基板，其中，上述外延基板的表面粗糙度以算术平均粗糙度为Inm以下。
全文摘要
提供一种具有氧浓度降低的p型氮化镓系半导体层的III族氮化物半导体元件。III族氮化物半导体元件(11)包括基板(13)、n型III族氮化物半导体区域(15)、发光层(17)及p型III族氮化物半导体区域(19)。基板(13)的主面(13a)自与沿该第1氮化镓系半导体的c轴延伸的基准轴(Cx)正交的面(Sc)以50度以上且低于130度的范围的角度倾斜。p型III族氮化物半导体区域(19)包含第一p型氮化镓系半导体层(21)，第一p型氮化镓系半导体层(21)的氧浓度为5×1017cm-3以下。第一p型氮化镓系半导体层(21)的p型掺杂物浓度Npd与氧浓度Noxg的浓度比(Noxg/Npd)为1/10以下。
文档编号H01L21/205GK103190042SQ201180053428
公开日2013年7月3日 申请日期2011年10月28日 优先权日2010年11月5日
发明者盐谷阳平, 京野孝史, 住友隆道, 善积祐介, 西塚幸司 申请人:住友电气工业株式会社