氮化物半导体元件结构体及其制造方法
氮化物半导体元件结构体及其制造方法
【专利摘要】一种氮化物半导体元件结构体(10)，具有：在表面具有多个凸部(1a)且表面被氮化物半导体中间层(2)覆盖的基板(1)，在基板(1)上的凸部(1a)与凸部(1a)之间以使包括凸部(1a)中心的至少一部分表面露出的方式依次设置的第一氮化物半导体基础层(3)、覆盖第一氮化物半导体基础层(3)整体的第二氮化物半导体基础层(4)、覆盖第二氮化物半导体基础层(4)整体的第三氮化物半导体基础层(5)，覆盖凸部(1a)所露出的表面及第三氮化物半导体基础层(5)整体的第四氮化物半导体基础层(6)，第一氮化物半导体基础层(3)具有第一小斜面，第二氮化物半导体基础层(4)具有第二小斜面和第二基板平行面，第三氮化物半导体基础层(5)具有第三小斜面和第三基板平行面。
【专利说明】氮化物半导体元件结构体及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及氮化物半导体元件结构体及其制造方法。
【背景技术】
[0002]因为含氮的II1-V族化合物半导体(III族氮化物半导体)所具有带隙相当于具有从红外线到紫外线区域波长的光的能量，所以含氮的II1-V族化合物半导体(III族氮化物半导体)作为发出具有从红外线到紫外线区域波长的光的发光元件，或者接受具有从红外线到紫外线区域波长的光的受光元件的材料是有用的。
[0003]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。
[0004]进而，III族氮化物半导体几乎不会破坏环境，作为容易处理的材料也备受瞩目。
[0005]为了使用如上所述的优异的材料即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积由III族氮化物半导体的薄膜形成的III族氮化物半导体层来形成规定的元件结构。
[0006]在此，作为基板，最适合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和热膨胀系数的III族氮化物半导体形成的基板，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。
[0007]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，所以不实用。
[0008]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和热膨胀系数差较大的蓝宝石基板或碳化硅(SiC)基板等。
[0009]在蓝宝石基板与典型的III族氮化物半导体即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。
[0010]于是，通常在基板与III族氮化物半导体之间，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所谓缓冲层的层。
[0011]例如，在专利文献I中记载了一种在蓝宝石基板上通过金属有机物气相外延法(M0VPE法)形成AlN缓冲层后，使由AlxGahN形成的III族氮化物半导体生长的方法。
[0012]然而，即使在日本专利第3026087号公报(专利文献I)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缓冲层。这可以认为是因为在通过MOVPE法形成AlN缓冲层的情况下，作为原料气所使用的三甲基铝(TMA)气体和氨气(NH3)容易在气相中发生反应。[0013]因此，在专利文献I所述的方法中，难以在AlN缓冲层上使由表面平坦且缺陷密度小的高品质AlxGapxN形成的III族氮化物半导体再现性良好地生长。
[0014]另外，例如在日本特公平5-86646号公报(专利文献2)中公开了一种通过在蓝宝石基板上施加直流偏压的高频溅射法形成AlxGahN(O < X < I)缓冲层的方法。然而，在通过上述方法形成的缓冲层上也难以形成具有非常良好的结晶度的III族氮化物半导体层。
[0015]于是，在日本专利第3440873号公报(专利文献3)中提出了一种在氢气和氨气的混合气体环境下，对通过DC磁控溅射法形成的由III族氮化物半导体形成的缓冲层进行热处理的方法。另外，在日本专利第3700492号公报(专利文献4)中提出了一种在升温至4000C以上的蓝宝石基板上，通过DC磁控溅射法形成由膜厚为50埃以上且3000埃以下的III族氮化物半导体形成的缓冲层的方法。
[0016]此外，在日本特开2008-34444号公报(专利文献5)中提出了一种在加热至750°C的蓝宝石基板上，通过高频溅射法形成由AlN的柱状晶体形成的缓冲层的方法。
[0017]而且，在日本专利第3950471号公报(专利文献6)中记载了为了使晶体缺陷少的III族氮化物半导体生长，在基板表面设置凹凸结构，并在其上使III族氮化物半导体横向生长的技术内容。
[0018]此外，在日本特开2006-352084号公报(专利文献7)中记载了在设有凹凸结构的蓝宝石基板上，通过以下两个阶段的生长形成氮化物半导体的技术内容，其中两个阶段分别是指使GaN层生长使得剖面形状为在斜面上具有倾斜小平面的等腰三角形的阶段，之后将生长条件设定为横向生长为主导的条件，使生长继续，使GaN层横向生长，直至其表面形成为与蓝宝石基板的主面平行的平坦面的阶段。
[0019]现有技术文献
[0020]专利文献
[0021]专利文献1:(日本)特许第3026087号公报
[0022]专利文献2:(日本)特公平5-86646号公报
[0023]专利文献3:(日本)特许第3440873号公报
[0024]专利文献4:(日本)特许第3700492号公报
[0025]专利文献5:(日本)特开2008-34444号公报
[0026]专利文献6:(日本)特许第3950471号公报
[0027]专利文献7:(日本)特开2006-352084号公报
【发明内容】
[0028]发明所要解决的课题
[0029]为了成品率较闻地制造闻品质的III族氣化物半导体,需要使晶体缺陷少的闻品质III族氮化物半导体生长。为此，对于作为基础的氮化物半导体基础层，也要求晶体缺陷少且具有较高的结晶度。
[0030]而且，在III族氮化物半导体的发光元件中，为了提高基板的光提取效率，有时使用设有凹凸结构的基板，但是难以制作晶体缺陷少且具有较高结晶度的基础层。
[0031] 例如在专利文献7所述的方法中，虽然在凹部使氮化物半导体层生长后，将生长条件设定为以横向生长为主导的生长条件，使氮化物半导体层生长，但是在与蓝宝石等氮化物半导体的晶格失配率较高的基板的情况下，或者在设有凹凸结构的基板等情况下，在凹部最初形成的氮化物半导体中容易生成大量的纵向缺陷，其成为接着在以横向生长为主导的条件下所要生长的氮化物半导体的横向缺陷的起点。所述横向缺陷与在凸部上形成的纵向缺陷汇合，或者通过在晶体的光滑面从横向生长变化为纵向生长，使纵向缺陷大量出现。在此，纵向缺陷为在与基板的主面垂直的方向上产生的缺陷，横向缺陷为在与基板的主面平行的方向上产生的缺陷。
[0032]本发明是鉴于上述问题而提出的，目的在于提供具有高结晶度的氮化物半导体基础层的氮化物半导体结构体及其制造方法。
[0033]本发明提供一种氮化物半导体结构体，其具有:基板，由三方晶刚玉或六方晶的晶体构成，并且其在表面上具有多个凸部且表面被氮化物半导体中间层覆盖；在基板上的凸部与凸部之间，以露出包括凸部中心的至少一部分表面的方式依次设置的第一氮化物半导体基础层、覆盖第一氮化物半导体基础层整体的第二氮化物半导体基础层、覆盖第二氮化物半导体基础层整体的第三氮化物半导体基础层；覆盖凸部所露出的所述表面和所述第三氮化物半导体基础层的整体的第四氮化物半导体基础层；第一氮化物半导体基础层具有第一小斜面；第二氮化物半导体基础层具有第二小斜面和第二基板平行面；第三氮化物半导体基础层具有第三小斜面和第三基板平行面。
[0034]在上述本发明的氮化物半导体结构体中，第一氮化物半导体基础层还可以具有第一基板平行面，在该情况下，优选在从与基板的主面垂直的方向的俯视中，第一小斜面的面积比例大于第一基板平行 面的面积比例。
[0035]在上述本发明的氮化物半导体结构体中，第二氮化物半导体基础层优选在从与基板的主面垂直的方向的俯视中，第二小斜面的面积比例小于第二基板平行面的面积比例。
[0036]在上述本发明的氮化物半导体结构体中，第三氮化物半导体基础层优选在从与基板的主面垂直的方向的俯视中，第三小斜面的面积比例大于第三基板平行面的面积比例。
[0037]在上述本发明的氮化物半导体结构体中，将第一小斜面相对于基板的主面的角度设为Θ 1，且将第二小斜面相对于基板的主面的角度设为Θ 2时，优选满足Θ1< Θ2的关系。而且，将第三小斜面相对于基板的主面的角度设为Θ 3时，进而优选满足Θ1< Θ3〈Θ 2的关系。
[0038]而且，本发明提供一种氮化物半导体发光元件，其具有上述氮化物半导体结构体及形成在氮化物半导体结构体上的层积结构。
[0039]此外，本发明提供一种氮化物半导体晶体管元件，其具有上述氮化物半导体结构体及形成在氮化物半导体结构体上的层积结构。
[0040]本发明提供一种氮化物半导体结构体的制造方法，包括:在由三方晶刚玉或六方晶的晶体构成且表面具有多个凸部的基板的表面上形成氮化物半导体中间层以反映表面形状的工序；
[0041]在基板表面上的凸部与所述凸部之间，以露出包括凸部中心的至少一部分表面的方式形成具有第一小斜面的第一氮化物半导体基础层的工序；
[0042]在基板表面上的凸部与所述凸部之间，以覆盖第一氮化物半导体基础层的整体且露出包括凸部中心的至少一部分表面的方式形成具有第二小斜面及第二基板平行面的第二氮化物半导体基础层的工序；[0043]在基板表面上的凸部与凸部之间，以覆盖第二氮化物半导体基础层的整体且露出包括凸部中心的至少一部分表面的方式形成具有第三小斜面及第三基板平行面的第三氮化物半导体基础层的工序；
[0044]以覆盖凸部的未被第三氮化物半导体基础层覆盖的表面及第三氮化物半导体基础层的整体的方式形成第四氮化物半导体基础层的工序。
[0045]在上述本发明的制造方法中，通过金属有机物气相外延法形成第一氮化物半导体基础层、第二氮化物半导体基础层、第三氮化物半导体基础层及第四氮化物半导体基础层；在金属有机物气相外延装置内，一边对基板加热并且使基板旋转，一边与含有氢气的载气一起供给V族元素用原料气和III族元素用原料气，提高金属有机物气相外延装置内的压力来进行金属有机物气相外延法；形成第一氮化物半导体基础层的条件与形成第二氮化物半导体基础层的条件优选满足以下Al、B1、Cl、DI及EI关系中的至少一个关系:
[0046]Al.形成第一氮化物半导体基础层时基板的加热温度低于形成第二氮化物半导体基础层时基板的加热温度；
[0047]B1.形成第一氮化物半导体基础层时金属有机物气相外延装置内的压力高于形成第二氮化物半导体基础层时金属有机物气相外延装置内的压力；
[0048]Cl.形成第一氮化物半导体基础层时单位时间被供给的V族元素用原料气的摩尔量相对于III族元素用原料气的摩尔量的比高于形成第二氮化物半导体基础层时的所述比；
[0049]D1.形成第一氮化物半导体基础层时基板的单位时间旋转数小于形成第二氮化物半导体基础层时基板的单位时间旋转数；
[0050]E1.形成第一氮化物半导体基础层时氢气相对于载气整体体积的体积比高于形成第二氮化物半导体基础层时氢气相对于载气整体体积的体积比。
[0051]在上述本发明的制造方法中，通过金属有机物气相外延法形成第一氮化物半导体基础层、第二氮化物半导体基础层、第三氮化物半导体基础层及第四氮化物半导体基础层；在金属有机物气相外延装置内，一边对基板加热并且使基板旋转，一边与含有氢气的载气一起供给V族元素用原料气和III族元素用原料气、提高金属有机物气相外延装置内的压力来进行金属有机物气相外延法；形成第一氮化物半导体基础层的条件与形成第三氮化物半导体基础层的条件优选满足以下AU、BH、CU、DII及EII关系中的至少一个关系:
[0052]AU.形成第一氮化物半导体基础层时基板的加热温度高于形成第三氮化物半导体基础层时基板的加热温度；
[0053]BH.形成第一氮化物半导体基础层时金属有机物气相外延装置内的压力低于形成第三氮化物半导体基础层时金属有机物气相外延装置内的压力；
[0054]CU.形成第一氮化物半导体基础层时单位时间被供给的V族元素用原料气的摩尔量相对于III族元素用原料气的摩尔量的比低于形成第三氮化物半导体基础层时的所述比；
[0055]DI1.形成第一氮化物半导体基础层时基板的单位时间旋转数大于形成第三氮化物半导体基础层时的基板的单位时间旋转数；
[0056]EU.形成第一氮化物半导体基础层时氢气相对于载气整体体积的体积比低于形成第三氮化物半导体基础层时氢气相对于载气整体体积的体积比。[0057]在上述本发明的制造方法中，通过金属有机物气相外延法形成第一氮化物半导体基础层、第二氮化物半导体基础层、第三氮化物半导体基础层及第四氮化物半导体基础层；在金属有机物气相外延装置内，一边对基板加热并且使基板旋转，一边与含有氢气的载气一起供给V族元素用原料气和III族元素用原料气，提高金属有机物气相外延装置内的压力来进行金属有机物气相外延法；形成第二氮化物半导体基础层的条件与形成第四氮化物半导体基础层的条件优选满足以下AII1、Bill、CII1、DIII及EIII关系中的至少一个关系:
[0058]Am.形成第四氮化物半导体基础层时基板的加热温度高于形成第二氮化物半导体基础层时基板的加热温度；
[0059]BII1.形成第四氮化物半导体基础层时金属有机物气相外延装置内的压力低于形成第二氮化物半导体基础层时金属有机物气相外延装置内的压力；
[0060]cm.形成第四氮化物半导体基础层时单位时间被供给的V族元素用原料气的摩尔量相对于III族元素用原料气的摩尔量的比低于形成第二氮化物半导体基础层时的所述比；
[0061]DII1.形成第四氮化物半导体基础层时基板的单位时间旋转数大于形成第二氮化物半导体基础层时基板的单位时间旋转数；
[0062]EII1.形成第四氮化物半导体基础层时氢气相对于载气整体体积的体积比低于形成第二氮化物半导体基础层时氢气相对于载气整体体积的体积比。
[0063]发明效果 [0064]根据本发明，能够提供具有高结晶度的氮化物半导体基础层的氮化物半导体结构体及其制造方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0065]图1是表示第一实施方式的氮化物半导体结构体的剖面示意图；
[0066]图2是氮化物结构体的局部剖面放大图；
[0067]图3是表示氮化物半导体结构体的基板准备工序的剖面示意图；
[0068]图4是表示氮化物半导体结构体的基板加工工序的剖面示意图；
[0069]图5是基板表面的俯视不意图；
[0070]图6表示沿图5的B-B线的剖面示意图；
[0071]图7是表示氮化物半导体结构体的氮化物半导体中间层的形成工序的剖面示意图；
[0072]图8是表示第一氮化物半导体基础层的形成工序的剖面示意图；
[0073]图9是表示第二氮化物半导体基础层的形成工序的剖面示意图；
[0074]图10是表示第三氮化物半导体基础层的形成工序的剖面示意图；
[0075]图11是表示第四氮化物半导体基础层的形成工序的剖面示意图；
[0076]图12是氮化物半导体结构体的局部剖面放大图；
[0077]图13是表示第二实施方式的氮化物半导体发光二极管元件的剖面示意图；
[0078]图14是表示第三实施方式的发光装置的剖面示意图；
[0079]图15是表示第四实施方式的氮化物半导体晶体管元件的剖面示意图；【具体实施方式】
[0080]下面，利用【专利附图】
【附图说明】本发明的实施方式。需要说明的是，在各附图中，相同的符号表示相同的部分或相当的部分。
[0081]〈第一实施方式〉
[0082][氮化物半导体结构体的结构]
[0083]本实施方式涉及氮化物半导体结构体。图1是表示本实施方式的氮化物半导体结构体的剖面示意图。本实施方式的氮化物半导体结构体10具有:在表面具有多个凸部Ia且表面被氮化物半导体中间层2覆盖的基板1，在基板I上 的凸部Ia与凸部Ia之间以露出包括凸部Ia中心的至少一部分表面的第一氮化物半导体基础层3、第二氮化物半导体基础层4及第三氮化物半导体基础层5。在第三氮化物半导体基础层5上进而具有第四氮化物半导体基础层6。
[0084]图2是氮化物半导体结构体的局部剖面放大图。第一氮化物半导体基础层3具有第一小斜面3a和第一基板平行面3b。第二氮化物半导体基础层4设置为覆盖第一氮化物半导体基础层3整体且具有第二小斜面4a和第二基板平行面4b。第三氮化物半导体基础层5设置为覆盖第二氮化物半导体基础层4整体且具有第三小斜面5a和第三基板平行面5b。第四氮化物半导体基础层6设置为覆盖凸部Ia的未被第三氮化物半导体基础层5覆盖的所露出的表面和第三氮化物半导体基础层5整体且具有第四基板平行面6a。在此，所谓“小斜面”表示与基板的主面倾斜的结晶面，“基板平行面”表示与基板的主面平行的结晶面。
[0085]本实施方式的氮化物半导体结构体10构成为在上述第一至第三氮化物半导体基础层3，4，5上具有第四氮化物半导体基础层6的结构，具有结晶度高、缺陷少的第四基板平行面6a。具体地说，为了得到结晶度高、缺陷少的第四基板平行面6a，优选减少第三氮化物半导体基础层5在纵向(与基板的主面垂直的方向)上的晶体缺陷V5。如果晶体缺陷V5减少，则在第四氮化物半导体基础层6上横向上的晶体缺陷H6减少，结果能够也使纵向上的晶体缺陷V6减少。为此，优选减少朝向第二氮化物半导体基础层4的第二基板平行面4b的纵向上的晶体缺陷。为此，在第二氮化物半导体基础层4上，为了容易产生横向(与基板的主面平行的方向)上的晶体缺陷H4，在第一氮化物半导体基础层3上形成纵向晶体缺陷V3是有效的。
[0086]第一氮化物半导体基础层3通过具有第一小斜面3a，能够构成为容易产生纵向晶体缺陷3的结构。第一氮化物半导体基础层3优选构成为在从与基板I的主面垂直的方向上的俯视中，第一小斜面3a的面积比例大于第一基板平行面3b的面积比例的结构。需要说明的是，第一氮化物半导体基础层3也可以构成为不具有第一基板平行面3b的结构。因为第一氮化物半导体基础层3不在第二氮化物半导体基础层4上产生纵向缺陷，所以优选制作成覆盖凹区域Ib的大致整个面。而且，因为以第一氮化物半导体基础层3的纵向缺陷V3为起点产生第二氮化物半导体基础层4的横向缺陷H4，所以第一小斜面3a的角度Θ I (第一小斜面3a与基板的主面形成的角度Θ I)越是锐角，在一个横向缺陷H4上纵向缺陷V3越容易集中，并且具有减少横向缺陷H4的数量的效果，因而优选之。
[0087]第二氮化物半导体基础层4通过构成为具有第二小斜面4a和第二基板平行面4b的结构，能够构成为容易产生横向(与基板的主面平行的方向)缺陷H4的结构。第二氮化物半导体基础层4为了使第三氮化物半导体基础层5的纵横方向上的缺陷V5减少，优选第二基板平行面4b越大越好。即第二氮化物半导体基础层4优选构成为在从与基板I的主面垂直的方向的俯视中，第二小斜面4a的面积比例小于第二基板平行面4b的面积比例的结构，进而优选为第二小斜面4a的面积是第二基板平行面4b面积的40%以上且不足100%。而且，因为第三氮化物半导体基础层5的纵向缺陷V5以第二氮化物半导体基础层4的横向缺陷H4为起点而产生，所以第二小斜面4a的角度Θ 2(第二小斜面4a与基板的主面形成的角度Θ2)越是接近直角的值，在一个纵向缺陷V5上横向缺陷H4越容易集中，并且能够减少纵向缺陷V5的数量，因而优选之。
[0088]第三氮化物基础层5通过构成为具有第三小斜面5a和第三基板平行面5b的结构，能够使纵向的晶体缺陷减少。第三氮化物半导体基础层5优选为了以低位错制作第四氮化物半导体基础层6而减小第三基板平行面5b，从第二氮化物半导体基础层4开始增大第三小斜面5a。即第三氮化物半导体基础层5优选构成为在与基板I的主面垂直的方向上的俯视中，第三小斜面5a的面积比例大于第三基板平行面5b的面积比例的结构，进而优选为第三小斜面5a的面积是第三基板平行面5b面积的750~2000%。而且，第三小斜面5a的角度Θ3(第三小斜面5a与基板的主面形成的角度Θ3)越是锐角，越能够形成具有晶体缺陷少且平坦的第四基板平行面6a的第四氮化物半导体基础层6。
[0089]为了形成所述的晶体缺陷少且平坦的第四基板平行面6a，优选为第一小斜面3a相对于基板的主面的角度Θ I与第二小斜面4a相对于基板的主面的角度Θ2满足Θ1< Θ 2的关系。进而优选为第三小斜面5a相对于基板的主面的角度Θ3与角度Θ1、角度Θ 2满足Θ I < Θ 3 < Θ 2的关系。
[0090][氮化物半导体结构体的制造方法]
[0091]接着，说明本实施方式的氮化物半导体结构体的制造方法。氮化物半导体结构体10通过依次具有以下工序的制造方法来制造:在表面具有多个凸部Ia的基板I的表面上以反映表面形状的方式形成氮化物半导体中间层2的工序、形成第一氮化物半导体基础层3的工序、形成第二氮化物半导体基础层4的工序、形成第三氮化物半导体基础层5的工序、形成第四氮化物半导体基础层6的工序。需要说明的是，在本发明的氮化物半导体结构的制造方法中，除了上述各工序以外，当然也可以包括其他工序。
[0092](基板的准备)
[0093]首先，如图3的剖面示意图所示，准备基板I。基板I由三方晶刚玉或六方晶的晶体形成。作为三方晶刚玉，可以使用例如蓝宝石(Al2O3)单晶，作为六方晶的晶体，可以使用例如AlN单晶、GaN单晶等(AlGaIn)N类氮化物半导体晶体。蓝宝石晶体虽然是三方晶刚玉，但可以用六方晶的表示法表示。于是，在蓝宝石基板及氮化物半导体晶体中都将c轴方向表示为[0001]，将al轴方向表示为[-2110]，将a2轴方向表示为[1-210]，将a3轴方向表不为[11-20],将al轴方向、a2轴方向及a3轴方向这三个方向合并表不为a轴方向或〈11-20〉方向。而且,将与c轴方向及〈11-20〉方向分别垂直且等价的三个方向表不为m轴方向(最典型的是〈1-100〉方向)。
[0094] 需要说明的是，在表示结晶面及方向时，本来应该在必要的数字上方附加横线来表现的，但在本说明书中，在必要的数字前面附加“取代在必要的数字上方附加横线而进行表现。例如，根据结晶学的表示法，将I的反向记为在I的上方附加横线，但为了方便起见表示为“-1”。
[0095]基板I的表面40可以是c面或与c面具有5°以内的倾斜的表面，倾斜的方向例如可以只是m(sub)轴(〈1-100〉)方向，也可以只是a(sub)轴(〈11-20〉)方向，或者也可以是这两个方向合成的方向。例如，作为基板1，可以准备基板I的表面40从c面(法线为c轴的面)向基板的m(sub)轴〈1-100〉方向倾斜0.15°~0.35°的基板等。
[0096]需要说明的是，在氮化物半导体结构体10中，因为基板I的结晶方向与基板I上的氮化物半导体层的结晶方向不同，所以在本说明书中，对基板I的结晶方向附注“sub”，对氮化物半导体层的结晶方向附注“layer”。在此，关于基板I的结晶轴与氮化物半导体层的结晶轴的关系，在基板I为蓝宝石单晶的情况下，基板I的a(sub)轴方向与氮化物半导体层的m(layer)轴方向一致,基板I的m(sub)轴方向与氮化物半导体层的a(layer)轴方向一致。另一方面，在基板I为AlN单晶或GaN单晶的情况下，基板I的a(sub)轴方向与氮化物半导体层的a(layer)轴方向一致,基板I的m(sub)轴方向与氮化物半导体层的m (layer)轴方向一致。
[0097]而且，虽然未特别限定基板I的口径，但可以为例如150mm(约6英寸)。作为基板1，目前通常使用50.8mm(2英寸)左右口径的基板，但为了提高生产性，优选使用大口径的基板。需要说明的是，在使用大口径的基板I的情况下，因为在基板I上形成氮化物半导体层后积累了应变，所以基板I容易开裂或容易在氮化物半导体层的表面产生裂纹。但是，根据本发明，即使在使用100mm(约4英寸)以上大口径的基板I的情况下，也能够抑制基板I开裂或在氮化物半导体层的表面产生裂纹。
[0098]接着，如 图4的剖面示意图所示，对基板I的表面40进行加工，使之具有多个凸部la。在此，在表面上未形成凸部Ia的区域为凹区域lb。对基板I表面的上述加工，例如可以通过包括以下工序的工序来完成:在基板I的表面40上形成规定凸部Ia的平面配置的掩模的构图工序，以及使用通过该构图工序形成的掩模对基板I的表面40进行蚀刻来形成凹区域Ib的工序。构图工序可以采用通常的光刻工序，蚀刻工序可以采用例如干式蚀刻法或湿式蚀刻法。为了使凸部Ia的形状形成为后述的具有前端部的形状，优选采用容易控制凸部Ia形状的干式蚀刻法。而且，对基板I的表面40的加工，也可以利用SiO2等电介质来进行加工。虽然未限定凹区域Ib的表面形状，但为了使第一氮化物半导体基础层3容易从凹区域Ib开始生长而优选为平面。
[0099]图5表不图4所不的基板I表面的一例的俯视不意图。在图5所不的基板I的表面的俯视中，凸部Ia为圆形的俯视形状，各凸部Ia分别位于假设的三角形It的顶点，并且沿着假设的三角形It三个边的各边方向排列。在本实施方式中，凸部Ia排列在基板I的表面的a(sub)轴方向(〈11-20〉方向)上，并且也分别排列在与基板I的表面的a(sub)轴方向形成+60°倾斜的方向及与基板I的表面的a(sub)轴方向形成一 60°倾斜的方向上。需要说明的是，在本说明书中，在基板I的表面的俯视中，将与a(sub)轴方向形成+60°倾斜的方向及与a(sub)轴方向形成一 60°倾斜的方向分别称为u方向。
[0100]需要说明的是，凸部Ia的俯视形状即圆形圆的中心不必与三角形It的顶点完全一致，只要符合实际上的一致即可。具体地说，在圆中心偏离为该圆的半径以下的情况下，在后述的第一氮化物半导体基础层3的形成工序中,第一氮化物半导体基础层3倾向于在基板I表面上比形成有凸部Ia的区域更加稳定地使凹区域Ib的生长开始。然后，如果生长进一步进行，则如后文所述，以凸部Ia为中心，在凸部Ia的外侧容易形成具有环绕凸部Ia的至少六个小斜面的第一氮化物半导体基础层3。
[0101]凸部Ia底面的俯视形状不限于圆形，例如也可以是六角形或三角形等多角形。
[0102]而且，在基板I的表面的俯视中，优选在顶点配置凸部Ia的假设三角形It的各内角的角度为50°以上且70°以下。在该情况下，第一氮化物半导体基础层3的形成倾向于比形成有凸部Ia的区域更加稳定地使凹区域Ib的生长开始。然后，如果生长进一步进行，则如后文所述，以凸部Ia为中心，在凸部Ia的外侧容易形成具有环绕凸部Ia的至少六个小斜面的第一氮化物半导体基础层3。
[0103]此外，在基板I的表面的俯视中，相邻凸部Ia的间隔(凸部Ia的中心之间的距离)可以例如为2 μ m。相邻凸部Ia的间隔不限定为2 μ m,优选为0.2 μ m以上且7 μ m以下，进而优选为0.2 μ m以上且2 μ m以下。在相邻凸部Ia的间隔为0.2 μ m以上且7 μ m以下的情况下，具有处理过程中的问题减少的倾向。处理过程中的问题是:如果相邻凸部Ia的间隔超过7 μ m，则用来增加凸部Ia高度的干式蚀刻时间增加，使后述的第二氮化物半导体基础层4的上表面直到与基板的主面平行所需要的生长时间增加等问题。而且，如果相邻凸部Ia的间隔不足0.2 μ m，则第二氮化物半导体基础层4的第二基板平行面4b的密度增大，在目前的晶体生长条件下缺陷将增多。
[0104]而且，在基板I的表面的俯视中，凸部Ia的圆形圆的直径优选为相邻凸部Ia的间隔的1/2以上且3/4以下。例如，在相邻凸部Ia的间隔为2μπι的情况下，凸部Ia的圆形圆的直径优选为1.0~1.5 μ m,例如可以为1.2 μ m。在凸部Ia的圆形圆的直径为相邻凸部Ia的间隔的1/2以上且3/4以下的情况下，后述的第二氮化物半导体基础层4倾向于比形成有凸部Ia的区域更 加稳定地使凹区域Ib的生长开始。然后，如果生长进一步进行，则以凸部Ia为中心，在凸部Ia的外侧容易形成具有环绕凸部Ia的至少六个小斜面的第二氮化物半导体基础层4。
[0105]另外，凸部Ia的高度优选为凸部Ia的圆形圆直径的1/4以上且I以下。例如在凸部Ia的圆形圆直径为1.2 μ m的情况下，凸部Ia的高度优选为0.3~1.2 μ m,例如可以为0.6μπι左右。在该情况下，后述的第三氮化物半导体基础层5倾向于比形成有凸部Ia的区域更加稳定地使凹区域Ib的生长开始。然后，如果生长进一步进行，则以凸部Ia为中心，在凸部Ia的中心的外侧容易形成具有环绕凸部Ia中心的至少六个小斜面的第三氮化物半导体基础层5。
[0106]图6表示沿通过图5所示的凸部Ia中心的B-B线的剖面示意图。如图6所示，凸部Ia优选形成为在中心或中心附近具有前端部Ic的形状。在本说明书中，所谓“凸部Ia为具有前端部Ic的形状”，是指在凸部Ia的剖面形状中凸部中心附近的上表面未形成为平坦的形状。在凸部Ia中心附近的上表面平坦的情况下，在此存在第一氮化物半导体基础层3易于生长且在凹区域Ib上第一氮化物半导体基础层3难以开始生长的情况。另一方面，在凸部Ia为具有前端部Ic的形状的情况下，后述的第一氮化物半导体基础层3、第二氮化物半导体基础层4、第三氮化物半导体基础层5都易于从凹区域Ib开始生长，并且上述各层以不覆盖包括凸部Ia前端部Ic的至少一部分表面的方式容易形成。
[0107]通过按照上述说明形成上述各层，接续生长的后述第四氮化物半导体基础层6在凸部Ia的前端部Ic的上方会合，所以可以认为能够限制晶体缺陷产生的区域，整体上减少缺陷的数量。而且，在凸部Ia中心附近的上表面平坦的情况下，在从第一氮化物半导体基础层3到第三氮化物半导体基础层5的生长中，以覆盖凸部Ia整体的方式容易进行晶体生长，并且第四氮化物半导体基础层6生长时成为缺陷的起因。
[0108]在形成后述的氮化物半导体中间层2之前也可以对基板I的表面进行前处理。作为基板I的表面的前处理的一例，例如能够举出通过进行RCA清洗(依次进行稀释的氢氟酸溶液(HF)处理、氨(NH4OH)与过氧化氢(H2O2)处理、盐酸(HCl)与过氧化氢(H2O2)处理、超纯水清洗的清洗)而对基板I的表面进行氢终端化(水素終端化)的处理。由此，具有能够在基板I的表面上再现性良好地层积结晶度良好的氮化物半导体中间层2的倾向。
[0109]另外，作为基板I的表面的前处理的另一例，可以举出将基板I的表面暴露于氮气等离子体中的处理。由此，具有能够除去附着于基板I的表面的有机物及氧化物等异物而整理基板I的表面状态的倾向。特别是在基板I为蓝宝石基板的情况下，通过将基板I的表面暴露于氮气等离子体中，使氮化基板I的表面氮化，从而具有容易在面内均匀地形成层积于基板I的表面的氮化物半导体中间层2的倾向。
[0110](氮化物半导体中间层的形成)
[0111]图7是表示氮化物半导体中间层的形成工序的剖面示意图。如图7的剖面图所示，在基板I的表面上以反映基板I的表面形状的方式形成氮化物半导体中间层2。在此，氮化物半导体中间层2例如通过在N2与Ar的混合环境中通过溅射Al靶材的反应性溅射法来形成。
[0112]氮化物半导体中间层2例如由以分子式AlxtlGaytlN(O兰xO 1、0兰y0兰1、x0+y0 Φ O)所表示的氮 化物半导体形成。其中，作为形成氮化物半导体中间层2的氮化物半导体，优选以分子式AlN或AlxlGai_xlN(0.5<Xl I)所表示的氮化物半导体(氮化铝)。在该情况下，具有能够获得由沿基板I的表面的法线方向延伸的晶粒整齐的柱状晶体集合体形成的结晶度良好的氮化物半导体中间层2的倾向。氮化物半导体中间层2也可以含有微量氧。
[0113]氮化物半导体中间层2的厚度优选为5nm以上且IOOnm以下。在氮化物半导体中间层2的厚度不足5nm的情况下，氮化物半导体中间层2有可能不能作为缓冲层充分发挥作用。在氮化物半导体中间层2的厚度超过IOOnm的情况下，作为缓冲层的作用可能提高，而只延长氮化物半导体中间层2的形成时间。氮化物半导体中间层2的厚度更优选为IOnm以上且50nm以下。在该情况下，具有能够在面内均匀地发挥氮化物半导体中间层2作为缓冲层的作用的倾向。作为氮化物半导体中间层2的一例，能够以约30nm的厚度形成含有少量氧的AlN膜。
[0114]形成氮化物半导体中间层2时基板I的温度优选为300°C以上且1000°C以下。在形成氮化物半导体中间层2时基板I的温度不足300°C的情况下，氮化物半导体中间层2不能覆盖基板I的整个表面，基板I的表面的一部分可能会从氮化物半导体中间层2中露出。而且，在层积氮化物半导体中间层2时基板I的温度超过1000°C的情况下，原料在基板I的表面上的迁移变得过于活跃，不是由柱状晶体的集合体形成氮化物半导体中间层2，而是形成了接近于单晶膜的氮化物半导体中间层2，从而可能会降低氮化物半导体中间层2作为缓冲层的作用。[0115](氮化物半导体基础层的形成)
[0116]图8~图11是表示氮化物半导体基础层的形成工序的剖面示意图。首先，如图8的剖面图所示，在与基板I的凹区域Ib对应的氮化物半导体中间层2上形成第一氮化物半导体基础层3，第一氮化物半导体基础层3具有小斜面(第一小斜面)3a和基板平行面(第一基板平行面)3b。对于第一氮化物半导体基础层3，不限定其形成范围，只要露出包括凸部Ia中心的至少一部分表面即可，但为了在第二氮化物半导体基础层4上不产生纵向缺陷，所以优选为以覆盖凹区域Ib的大致整个面的方式制作第一氮化物半导体基础层3。
[0117]接着，如图9的剖面图所示，在基板I的凹区域Ib上形成第二氮化物半导体基础层4以覆盖第一氮化物 半导体基础层3的整体，第二氮化物半导体基础层4具有小斜面(第二小斜面)4a和基板平行面(第二基板平行面)4b。对于第二氮化物半导体基础层4不限定其形成范围，只要露出包括凸部Ia中心的至少一部分表面即可。
[0118]然后，如图10的剖面图所示，在基板I的凹区域Ib上形成第三氮化物半导体基础层5以覆盖第二氮化物半导体基础层4整体。第三氮化物半导体基础层5也可以与凸部Ia的表面相接地形成，但这里以露出包括凸部Ia中心的至少一部分表面的方式形成第三氮化物半导体基础层5，即以不覆盖凸部Ia整体的方式形成。第三氮化物半导体基础层5具有小斜面(第三小斜面)5a和基板平行面(第三基板平行面)5b。
[0119]然后，如图11的剖面图所示，形成第四氮化物半导体基础层6以覆盖第三氮化物半导体基础层5整体以及凸部Ia所露出的表面。第四氮化物半导体基础层6以使其表面(第四基板平行面)6a与基板I的主面平行的方式形成。由此，制造出在基板I上依次层积有氮化物半导体中间层2、第一氮化物半导体基础层3、第二氮化物半导体基础层4、第三氮化物半导体基础层5及第四氮化物半导体基础层6的氮化物半导体结构体10。
[0120]在此,第一氮化物半导体基础层3、第二氮化物半导体基础层4、第三氮化物半导体基础层5及第四氮化物半导体基础层6能够通过例如MOCVD (Metal Organic ChemicalVapor Deposition:金属有机物化学气相沉积)法依次形成在氮化物半导体中间层2的表面上。
[0121]各层的厚度例如如图11的剖面图所示，在凹区域Ib于氮化物半导体中间层2的表面上形成厚度t3为200nm的第一氮化物半导体基础层3,然后,形成厚度t4为300nm的第二氮化物半导体基础层4,接着形成厚度t5为1800nm的第三氮化物半导体基础层5以覆盖第二氮化物半导体基础层4整体,之后,形成厚度t6为6000nm的第四氮化物半导体基础层6以覆盖第三氮化物半导体基础层5整体。对各基础层的厚度虽然不限定于上述值，但优选以第四氮化物半导体基础层6的厚度在3000~9000nm的范围内的方式调整各基础层的厚度。
[0122]第一氮化物半导体基础层3、第二氮化物半导体基础层4、第三氮化物半导体基础层5及第四氮化物半导体基础层6在MOCVD法中分别按照适合的生长模式生长。在本说明书中，如下所示简单地对生长模式进行定义。
[0123]二维生长模式:容易获得基板平行面的生长模式；
[0124]三维生长模式:容易形成小斜面的生长模式；
[0125]二维半生长模式:介于二维生长模式与三维生长模式的中间生长模式。
[0126]在MOCVD法中，在MOCVD装置内放置表面被氮化物半导体中间层2覆盖的基板1，将基板I加热至所希望的温度并使之旋转。然后，使V族元素用原料气NH3(氨气)和III族元素用原料气TMGa(三甲基镓)、TMIn(三甲基铟)及TMAl (三甲基铝)适当组合，与含氢的载气一起供给，提高MOCVD装置内的压力，形成氮化物半导体基础层的各层。此时，适当地选择五个生长参数即㈧基板的加热温度、(B)MOCVD装置内的压力、(C)单位时间被供给的V族元素用原料气的摩尔比相对于III族元素用原料气的摩尔比的比(以下也表示为“V/III比”)、⑶基板的旋转数及(E)氢气相对于载气整体体积的体积比，对各氮化物半导体基础层的生长模式进行切换。
[0127]在此，本发明的
【发明者】们专心研究的结果，发现了上述生长参数与氮化物半导体基础层的生长模式之间存在以下的关系。
[0128](A)基板的加热温度
[0129]基板的加热温度越高则越容易成为二维生长模式，基板的加热温度越低则越容易成为三维生长模式。
[0130](B) MOCVD装置内的压力
[0131]MOCVD装置内的压力越低则越容易成为二维生长模式，压力越高则越容易成为三维生长模式。
[0132](C) V/III 比
[0133]V/III比越小则越容易成为二维生长模式，V/III比越大则越容易成为三维生长模式。
[0134](D)基板的旋转数
[0135] 基板的单位时间旋转数越大则越容易成为二维生长模式，基板的单位时间旋转数越小则越容易成为三维生长模式。
[0136](E)氢气相对于载气整体体积的体积比
[0137]氢气相对于载气整体体积的体积比越小则越容易成为二维生长模式，氢气相对于载气整体体积的体积比越大则越容易成为三维生长模式。
[0138]根据上述发现，确定各氮化物半导体基础层生长时的各参数值以便成为所希望的生长模式。各氮化物半导体基础层生长时基板I的温度优选为800°C以上且1250°C以下，更优选为900°C以上且1150°C以下。在氮化物半导体基础层生长时基板I的温度为800°C以上且1250°C以下的情况下，特别是在900°C以上且1150°C以下的情况下，具有能够使晶体缺陷少且结晶度良好的氮化物半导体基础层生长的倾向。形成各氮化物半导体基础层时MOCVD装置内的压力例如可以为100~500Torr，V/III比例如可以为500~1400，基板的旋转数例如可以为600~1200rpm，氢气相对于载气整体体积的体积比例可以为50~90%。
[0139]图12表示氮化物半导体结构体的局部剖面放大图。参照图12的剖面图，说明对于具有晶体缺陷少且结晶度高的平坦的第四基板平行面6a的第四氮化物半导体基础层6的制造所适合的各氮化物半导体基础层的生长模式。
[0140]为了形成具有晶体缺陷少且结晶度高的平坦的基板平行面6a的第四氮化物半导体基础层6，需要减少第三氮化物半导体基础层5的纵向晶体缺陷V5，为此，需要减少第二氮化物半导体基础层4的纵向晶体缺陷V4。为此，为了使第二氮化物半导体基础层4容易产生横向晶体缺陷H4，使第一氮化物半导体基础层3生成纵向晶体缺陷V3是有效的。所以，首先优选使第一氮化物半导体基础层3在容易产生小斜面3a的“三维生长模式”下生长，由此，第一氮化物半导体基础层3的表面能够形成为具有第一小斜面3a的结构。
[0141]然后，优选使第二氮化物半导体基础层4在“二维生长模式”或“二维半生长模式”下生长以便形成第二基板平行面4b，由此，能够形成具有第二小斜面4a和第二基板平行面4b的第二氮化物半导体基础层4。
[0142]接着，优选使第三氮化物半导体基础层5在“三维生长模式”下生长以便形成第三小斜面5a，由此，能够形成具有第三小斜面5a和第三基板平行面5b的第三氮化物半导体基础层5。
[0143]进而，为了填充第三小斜面5a与凸部Ia的空间而形成平坦的第四基板平行面6a，优选使第四氮化物半导体基础层6在“二维生长模式”下生长，由此，能够形成晶体缺陷少、结晶度高且具有平坦上表面6a的第四氮化物半导体基础层6。
[0144]也就是说，通过在第一氮化物半导体基础层3的表面设置第一小斜面3a并且设置第二氮化物半导体基础层4，使在氮化物半导体层的c(layer)轴方向上延伸的位错向第二小斜面4a的方向弯曲，由此减少在第二氮化物半导体基础层4的c(layer)轴方向上延伸的位错。
[0145]而且，通过设置第三小斜面5a,使在氮化物半导体层的c(layer)轴方向上延伸的位错向第三小斜面5a的方向弯曲，从而进一步减少位错的数量。
[0146]这样在减少了于氮化物半导体层的c(layer)轴方向上延伸的位错数量的第三氮化物半导体基础层5的表面上，在促进具有平坦表面的氮化物半导体层生长的二维生长模式下使第四氮化物半导体基础层6生长，由此能够形成晶体缺陷少、结晶度良好且具有平坦基板平行面6a的第四氮 化物半导体基础层6。
[0147]尽管第一氮化物半导体基础层3为三维生长模式，但与第三氮化物半导体基础层5相比偏向二维生长模式的条件更好，尽管第二氮化物半导体基础层4为二维生长模式，但与第四氮化物半导体基础层6相比偏向三维生长的条件更好，第三氮化物半导体基础层5最适合三维生长的条件，第四氮化物半导体基础层6最适合二维生长的条件，通过这样设定条件，能够制作出晶体缺陷少的氮化物半导体基础层。
[0148]考虑上述各基础层的优选生长条件，调整上述(A)基板的温度、(B)MOCVD装置内的压力、(C)V/III比、(D)基板的旋转数及(E)氢气相对于载气整体体积的体积比这五个参数，能够形成各基础层。
[0149]第一氮化物半导体基础层3与第二氮化物半导体基础层4的生长条件优选满足以下生长条件群(I)即Al、B1、Cl、D1、EI中的至少一个关系。
[0150]Al.形成第一氮化物半导体基础层3时基板的加热温度低于形成第二氮化物半导体基础层4时基板的加热温度；
[0151]B1.形成第一氮化物半导体基础层3时MOCVD装置内的压力高于形成第二氮化物半导体基础层4时MOCVD装置内的压力；
[0152]Cl.形成第一氮化物半导体基础层3时单位时间被供给的V族元素用原料气的摩尔量相对于III族元素用原料气的摩尔量的比高于形成第二氮化物半导体基础层4时的所述比；
[0153]D1.形成第一氮化物半导体基础层3时基板的单位时间旋转数小于形成第二氮化物半导体基础层4时基板的单位时间旋转数；[0154]E1.形成第一氮化物半导体基础层3时氢气相对于载气整体体积的体积比高于形成第二氮化物半导体基础层4时氢气相对于载气整体体积的体积比。
[0155]第一氮化物半导体基础层3与第三氮化物半导体基础层5的生长条件优选满足以下生长条件群(II)即All、BI1、CI1、DI1、EII中的至少一个关系。
[0156]AU.形成第一氮化物半导体基础层3时基板的加热温度高于形成第三氮化物半导体基础层5时基板的加热温度；
[0157]BH.形成第一氮化物半导体基础层3时MOCVD装置内的压力低于形成第三氮化物半导体基础层5时MOCVD装置内的压力；
[0158]CU.形成第一氮化物半导体基础层3时被供给的气体的V/III比低于形成第三氮化物半导体基础层5时被供给的气体的V/III比；
[0159]DI1.形成第一氮化物半导体基础层3时基板单位时间的旋转数大于形成第三氮化物半导体基础层5时基板单位时间的旋转数；
[0160]EU.形成第一氮化物半导体基础层3时氢气相对于载气整体体积的体积比低于形成第三氮化物半导体基础层5时氢气相对于载气整体体积的体积比。
[0161]第二氮化物半导体基础层4与第四氮化物半导体基础层6的生长条件优选满足以下生长条件群(III)即AII1、BII1、CII1、DII1、EIII中的至少一个关系。
[0162]Am.形成第四氮化物半导体基础层6时基板的加热温度高于形成第二氮化物半导体基础层4时基板的加热温度；
[0163] BII1.形成第四氮化物半导体基础层6时MOCVD装置内的压力低于形成第二氮化物半导体基础层4时MOCVD装置内的压力；
[0164]CII1.形成第四氮化物半导体基础层6时被供给的气体的V/III比低于形成第二氮化物半导体基础层4时被供给的气体的V/III比；
[0165]DII1.形成第四氮化物半导体基础层6时基板的单位时间旋转数大于形成第二氮化物半导体基础层4时基板的单位时间旋转数；
[0166]EU.形成第四氮化物半导体基础层6时氢气相对于载气整体体积的体积比低于形成第二氮化物半导体基础层4时氢气相对于载气整体体积的体积比。
[0167]作为形成第一氮化物半导体基础层3、第二氮化物半导体基础层4、第三氮化物半导体基础层5及第四氮化物半导体基础层6的氮化物半导体，例如可以使用由分子式Alx2Gay2Inz2N(O ^ x2 ^ 1、0 ^ y2 ^ 1、0 ^ z2 ^ 1、x2+y2+z2 幸 O)所表示的 III 族氮化物半导体。而且，第一氮化物半导体基础层3、第二氮化物半导体基础层4、第三氮化物半导体基础层5及第四氮化物半导体基础层6优选使用相同成分作为材料，只改变生长条件来形成。
[0168]在从第一氮化物半导体基础层3生长时的生长模式切换为第二氮化物半导体基础层4生长时的生长模式、从第二氮化物半导体基础层4生长时的生长模式切换为第三氮化物半导体基础层5生长时的生长模式、从第三氮化物半导体基础层5生长时的生长模式切换为第四氮化物半导体基础层6生长时的生长模式时，优选分别设置例如2秒~60秒左右的生长中断时间，并且在其间改变生长条件，但也可以连续地改变条件。
[0169]作为第一氮化物半导体基础层3、第二氮化物半导体基础层4、第三氮化物半导体基础层5及第四氮化物半导体基础层6，为了使各个层不延续由柱状晶体的集合体形成的氮化物半导体中间层2中的位错等晶体缺陷，优选使用含有作为III族元素的Ga的氮化物半导体层。
[0170]在此，虽然为了不延续氮化物半导体中间层2中的位错而需要在与氮化物半导体中间层2的界面附近使位错成环，但在第一氮化物半导体基础层3由含有Ga的III族氮化物半导体形成的情况下位错容易成环。
[0171]如上所述，通过分别使用由含有Ga的III族氮化物半导体形成的第一氮化物半导体基础层3、第二氮化物半导体基础层4、第三氮化物半导体基础层5及第四氮化物半导体基础层6，在与氮化物半导体中间层2的界面附近使位错成环而闭锁，从而能够抑制位错从氮化物半导体中间层2向第二氮化物半导体基础层4延续。
[0172]虽然优选第一氮化物半导体基础层3、第二氮化物半导体基础层4、第三氮化物半导体基础层5及第四氮化物半导体基础层6分别为无掺杂，但也可以使第一氮化物半导体基础层3、第二氮化物半导体基础层4、第三氮化物半导体基础层5及第四氮化物半导体基础层6分别为η型掺杂。如果是η型掺杂,η型掺杂剂可以在I X IO17CnT3以上且I X IO19CnT3以下的范围内进行掺杂。
[0173]作为η型掺杂剂，例如可以使用从由硅、锗及锡组成的群中所选择的至少一种元素等，其中优选使用硅。在作为η型掺杂剂使用硅的情况下，作为η型掺杂气体，优选使用硅烷气或乙硅烷气。
[0174]本实施方式的氮化物半导体结构体10能够作为氮化物半导体发光二极管元件等氮化物半导体发光元件、 氮化物半导体晶体管元件等电子器件的构成部件加以使用。如果使用本实施方式的氮化物半导体结构体10，则能够制作结晶度高的氮化物半导体发光元件，具有提高内部量子效率、减少泄漏故障等效果。如果使用本实施方式的氮化物半导体结构体10，则能够制作出结晶度高的氮化物半导体晶体管元件，具有减少泄漏故障等效果。
[0175]〈第二实施方式〉
[0176][氮化物半导体发光二极管元件的结构]
[0177]本实施方式提示一种具有第一实施方式的氮化物半导体结构体及形成在氮化物结构体上的层积结构的氮化物半导体发光二极管元件。图13是表示本实施方式的氮化物半导体发光二极管元件的剖面示意图。图13所示的氮化物半导体发光二极管元件100在第一实施方式的氮化物半导体结构体10的平坦的第四基板平行面6a上依次层积η型氮化物半导体接触层7、η型氮化物半导体包覆层9、氮化物半导体活性层11、ρ型氮化物半导体包覆层13、ρ型氮化物半导体接触层15及透光性电极层19，在透光性电极层19上设有P侧电极21，而且在η型氮化物半导体接触层7表面的一部分设有η侧电极20，ρ侧电极21及η侧电极以外其他露出的表面由绝缘保护膜23覆盖。下面，说明本实施方式的氮化物半导体发光二极管元件100的制造方法。在后述的工序之间当然可以包括其他的工序。
[0178][氮化物半导体发光二极管元件的制造方法]
[0179]首先，例如通过MOCVD法，在氮化物半导体结构体10的第四基础层6的平坦的第四基板平行面6a上形成η型氮化物半导体接触层7。然后，在η型氮化物半导体接触层7的表面上形成η型氮化物半导体包覆层9。接着，在η型氮化物半导体包覆层9的表面上形成氮化物半导体活性层11。然后，在氮化物半导体活性层11的表面上形成P型氮化物半导体包覆层13。接着，在ρ型氮化物半导体包覆层13的表面上形成ρ型氮化物半导体接触层15。
[0180]接着，在p型氮化物半导体接触层15的表面上形成例如由IT0(Indium TinOxide:氧化铟锡)形成的透光性电极层19后，在透光性电极层19的表面上形成P侧电极21。作为P侧电极21，例如可以形成镍层、铝层、钛层及金层的层积膜。
[0181]接着，通过蚀刻除去形成P侧电极21后的层积体的一部分，由此使η型氮化物半导体接触层7的表面的一部分露出。
[0182]然后，在η型氮化物半导体接触层7露出的表面上形成η侧电极20。作为η侧电极20，例如可以形成镍层、铝层、钛层及金层的层积膜。
[0183]之后，在形成η侧电极20后的层积体的整个面上形成SiO2等绝缘保护膜23，在绝缘保护膜23上设置开口部以露出P侧电极21及η侧电极20，并且将形成有多个氮化物半导体发光二极管元件100的晶片分割成个别的元件，由此，能够制作出第一实施方式的氮化物半导体发光二极管元件100。
[0184]在此，例如对在基板I上形成上述结构的晶片的背面进行研磨与抛光而形成镜状表面后，将晶片分割成一边为100 μ m~1000 μ m的长方形状的芯片，由此，能够对晶片进行分割。
[0185]按照上述方法制作的第一实施方式的氮化物半导体发光二极管元件100在结晶度良好且平坦的第四基板平行面6a上依次层积η型氮化物半导体接触层7、η型氮化物半导体包覆层9、氮化物半导体活性层11、P型氮化物半导体包覆层13及P型氮化物半导体接触层15。
[0186]为此，对于η型氮化物半导体接触层7、η型氮化物半导体包覆层9、氮化物半导体活性层11、Ρ型氮化物半导体包覆层13及P型氮化物半导体接触层15，能够形成为位错密度降低、具有良好结晶度的结构。
[0187]因此，由上述具有良好结晶度的氮化物半导体层所形成的第二实施方式的氮化物半导体发光二极管元件100是动作电压低且发光输出高的元件，进而能够有效地进行制造。
[0188]〈第三实施方式〉
[0189][发光装置]
[0190]本实施方式提供一种作为构成部件具有第二实施方式的氮化物半导体发光二极管元件的发光装置。图14是表示本实施方式的发光装置的剖面示意图。图14所示的发光装置110将第二实施方式的氮化物半导体发光二极管元件100作为构成部件。发光装置110将氮化物半导体发光二极管元件100设置在第二引线框架31上，通过第一金属细线33将氮化物半导体发光二极管元件100的P侧电极21与第一引线框架30电连接，并且通过第二金属细线34将氮化物半导体发光二极管元件100的η侧电极20与第二引线框架31电连接。然后，利用透明成型树脂35模制出氮化物半导体发光二极管元件100，由此，能够制造出炮弹状的发光装置110。
[0191]因为图14所示结构的第三实施方式的发光装置110使用了第二实施方式的氮化物半导体发光二极管元件100，所以能够成为动作电压低、发光输出高且可有效制造的发光
>j-U ρ?α装直。
[0192]〈第四实施方式〉[0193][氮化物半导体晶体管元件]
[0194]第四实施方式是具有第一实施方式的氮化物半导体结构体10以及形成在氮化物半导体结构体10上的层积结构的氮化物半导体晶体管元件。图15是表示本实施方式的氮化物半导体晶体管元件的剖面示意图。作为氮化物半导体晶体管元件300的构成部件被使用的氮化物半导体结构体10的结构包括:由将在等价的三个a (sub)轴方向上配置凸部Ia的c面作为主面的蓝宝石基板形成的基板1、在基板I的表面上依次层积的由AlN等形成的氮化物半导体中间层2、由无掺杂GaN等形成的第一氮化物半导体基础层3、由无掺杂GaN等形成的第二氮化物半导体基础层4、由无掺杂GaN等形成的第三氮化物半导体基础层5及由无掺杂GaN等形成的第四氮化物半导体基础层6。
[0195]然后，在晶体缺陷少且具有良好结晶度的第四氮化物半导体基础层6的平坦的第四基板平行面6a上层积由无掺杂GaN等形成的氮化物半导体电子传输层71，在氮化物半导体电子传输层71的表面上层积由η型AlGaN等形成的η型氮化物半导体电子供给层73。
[0196]在η型氮化物半导体电子供给层73的表面上设置栅极电极77，在栅极电极77的两侧设置由η型GaN等形成的源极接触层75S和漏极接触层75D。而且，在源极接触层75S上设置源极电极78S，在漏极接触层7?上设置漏极78D。
[0197]在第四实施方式的氮化物半导体晶体管元件300中，在结晶度高的第四氮化物半导体基础层6的平坦的第四基板平行面6a上层积氮化物半导体电子传输层71及η型氮化物半导体电子供给层73等氮化物半导体层。由此，特别能够减少氮化物半导体电子传输层71最上面的二维电子传输区域的晶体缺陷，所以能够提高电子的移动度。
[0198]符号说明 [0199]I基板；Ia凸部；Ib凹区域；2氮化物半导体中间层；3第一氮化物半导体基础层；3a第一小斜面；3b第一基板平行面；4第二氮化物半导体基础层；4a第二小斜面；4b第二基板平行面；5第三氮化物半导体基础层；5a第三小斜面；5b第三基板平行面；6第四氮化物半导体基础层；6a第四基板平行面；7 η型氮化物半导体接触层；9 η型氮化物半导体包覆层；10氮化物半导体结构体；11氮化物半导体活性层；13 ρ型氮化物半导体包覆层；15 P型氮化物半导体接触层；19透光性电极层；20 η侧电极；21 ρ侧电极；23绝缘保护膜；30第一引线框架；31第二引线框架；33第一金属细线；34第二金属细线；71氮化物半导体电子传输层；73 η型氮化物半导体电子供给层；77栅极电极；75S源极接触层；7?漏极接触层；78S源极电极；78D漏极电极；100半导体发光二极管元件；110发光装置；300氮化物半导体晶体管。
【权利要求】
1.一种氮化物半导体结构体，其特征在于，具有: 基板，由三方晶刚玉或六方晶的晶体形成，其表面具有多个凸部且表面被氮化物半导体中间层覆盖； 在所述基板上的所述凸部与所述凸部之间，以露出包括所述凸部的中心的至少一部分表面的方式依次设置的第一氮化物半导体基础层、覆盖所述第一氮化物半导体基础层整体的第二氮化物半导体基础层、覆盖所述第二氮化物半导体基础层整体的第三氮化物半导体基础层； 第四氮化物半导体基础层，其覆盖所述凸部所露出的所述表面及所述第三氮化物半导体基础层的整体； 所述第一氮化物半导体基础层具有第一小斜面； 所述第二氮化物半导体基础层具有第二小斜面和第二基板平行面； 所述第三氮化物半导体基础层具有第三小斜面和第三基板平行面。
2.如权利要求1所述的氮化物半导体结构体，其特征在于，所述第一氮化物半导体基础层还具有第一基板平行面。
3.如权利要求2所述的氮化物半导体结构体，其特征在于，所述第一氮化物半导体基础层在从与所述基板 的主面垂直的方向的俯视中，所述第一小斜面的面积比例大于所述第一基板平行面的面积比例。
4.如权利要求1~3中任一项所述的氮化物半导体结构体，其特征在于，所述第二氮化物半导体基础层在从与所述基板的主面垂直的方向的俯视中，所述第二小斜面的面积比例小于所述第二基板平行面的面积比例。
5.如权利要求1~4中任一项所述的氮化物半导体结构体，其特征在于，所述第三氮化物半导体基础层在从与所述基板的主面垂直的方向的俯视中，所述第三小斜面的面积比例大于所述第三基板平行面的面积比例。
6.如权利要求1~5中任一项所述的氮化物半导体结构体，其特征在于，将所述第一小斜面相对于所述基板的主面的角度设为Θ 1，且将所述第二小斜面相对于所述基板的主面的角度设为Θ 2时，满足Θ I < Θ 2的关系。
7.如权利要求6所述的氮化物半导体结构体，其特征在于，将所述第三小斜面相对于所述基板的主面的角度设为Θ 3时，满足Θ I < Θ 3 < Θ 2的关系。
8.一种氮化物半导体发光元件，其特征在于，具有权利要求1所述的氮化物半导体结构体及形成在所述氮化物半导体结构体上的层积结构。
9.一种氮化物半导体晶体管元件，其特征在于，具有权利要求1所述的氮化物半导体结构体及形成在所述氮化物半导体结构体上的层积结构。
10.一种氮化物半导体结构体的制造方法，其特征在于，包括: 在由三方晶刚玉或六方晶的晶体形成且表面具有多个凸部的基板的所述表面上以反映所述表面的形状的方式形成氮化物半导体中间层的工序； 在所述基板的表面上的所述凸部与所述凸部之间，以露出包括所述凸部的中心的至少一部分表面的方式形成具有第一小斜面的第一氮化物半导体基础层的工序； 在所述基板的表面上的所述凸部与所述凸部之间，以覆盖所述第一氮化物半导体基础层的整体且露出包括所述凸部的中心的至少一部分表面的方式形成具有第二小斜面和第二基板平行面的第二氮化物半导体基础层的工序； 在所述基板的表面上的所述凸部与所述凸部之间，以覆盖所述第二氮化物半导体基础层的整体且露出包括所述凸部的中心的至少一部分表面的方式形成具有第三小斜面和第三基板平行面的第三氮化物半导体基础层的工序； 以覆盖所述凸部的未被所述第三氮化物半导体基础层覆盖的表面和所述第三氮化物半导体基础层的整体的方式形成第四氮化物半导体基础层的工序。
11.如权利要求10所述的氮化物半导体结构体的制造方法，其特征在于，通过金属有机物气相外延法形成所述第一氮化物半导体基础层、所述第二氮化物半导体基础层、所述第三氮化物半导体基础层及所述第四氮化物半导体基础层； 在金属有机物气相外延装置内，一边对所述基板进行加热并且使所述基板旋转，一边与含有氢气的载气一起供给V族元素用原料气和III族元素用原料气，提高金属有机物气相外延装置内的压力来进行所述金属有机物气相外延法； 形成第一氮化物半导体基础层的条件与形成第二氮化物半导体基础层的条件满足以下Al、B1、Cl、DI及EI关系中的至少一个关系: Al.形成第一氮化物半导体基础层时基板的加热温度低于形成第二氮化物半导体基础层时基板的加热温度； B1.形成第一氮化物半导体基础层时金属有机物气相外延装置内的压力高于形成第二氮化物半导体基础层时金属有机物气相外延装置内的压力； Cl.形成第一氮化物半导体基础层时单位时间被供给的V族元素用原料气的摩尔量相对于III族元素用原料气的摩尔量的比高于形成第二氮化物半导体基础层时的所述比； D1.形成第一氮化物半导体基础层时基板的单位时间旋转数小于形成第二氮化物半导体基础层时基板的单位时间旋转数； E1.形成第一氮化物半导体基础层时氢气相对于载气整体体积的体积比高于形成第二氮化物半导体基础层时氢气相对于载气整体体积的体积比。
12.如权利要求10或11所述的氮化物半导体结构体的制造方法，其特征在于，通过金属有机物气相外延法形成所述第一氮化物半导体基础层、所述第二氮化物半导体基础层、所述第三氮化物半导体基础层及所述第四氮化物半导体基础层； 在金属有机物气相外延装置内，一边对所述基板进行加热并且使所述基板旋转，一边与含有氢气的载气一起供给V族元素用原料气和III族元素用原料气，提高金属有机物气相外延装置内的压力来进行所述金属有机物气相外延法； 形成第一氮化物半导体基础层的条件与形成第三氮化物半导体基础层的条件满足以下AI1、BI1、CI1、DII及EII关系中的至少一个关系: AU.形成第一氮化物半导体基础层时基板的加热温度高于形成第三氮化物半导体基础层时基板的加热温度； BH.形成第一氮化物半导体基础层时金属有机物气相外延装置内的压力低于形成第三氮化物半导体基础层时金属有机物气相外延装置内的压力；CU.形成第一氮化物半导体基础层时单位时间被供给的V族元素用原料气的摩尔量相对于III族元素用原料气的摩尔量的比低于形成第三氮化物半导体基础层时的所述比；DI1.形成第一氮化物半导体基础层时基板的单位时间旋转数大于形成第三氮化物半导体基础层时基板的单位时间旋转数； EU.形成第一氮化物半导体基础层时氢气相对于载气整体体积的体积比低于形成第三氮化物半导体基础层时氢气相对于载气整体体积的体积比。
13.如权利要求10~12中任一项所述的氮化物半导体结构体的制造方法，其特征在于，通过金属有机物气相外延法形成所述第一氮化物半导体基础层、所述第二氮化物半导体基础层、所述第三氮化物半导体基础层及所述第四氮化物半导体基础层； 在金属有机物气相外延装置内，一边对所述基板进行加热并且使所述基板旋转，一边与含有氢气的载气一起供给V族元素用原料气和III族元素用原料气，提高金属有机物气相外延装置内的压力来进行所述金属有机物气相外延法； 形成第二氮化物半导体基础层的条件与形成第四氮化物半导体基础层的条件满足以下AII1、BII1、CII1、DIII及EIII关系中的至少一个关系: Am.形成第四氮化物半导体基础层时基板的加热温度高于形成第二氮化物半导体基础层时基板的加热温度； BII1.形成第四氮化物半导体基础层时金属有机物气相外延装置内的压力低于形成第二氮化物半导体基础层时金属有机物气相外延装置内的压力； Cm.形成第四氮化物半导体基础层时单位时间被供给的V族元素用原料气的摩尔量相对于III族元素用原料气的摩尔量的比低于形成第二氮化物半导体基础层时的所述比；DII1.形成第四氮化物 半导体基础层时基板的单位时间旋转数大于形成第二氮化物半导体基础层时基板的单位时间旋转数； EII1.形成第四氮化物半导体基础层时氢气相对于载气整体体积的体积比低于形成第二氮化物半导体基础层时氢气相对于载气整体体积的体积比。
【文档编号】H01L29/778GK104025260SQ201380003707
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2013年7月29日 优先权日:2012年8月3日
【发明者】浦田章纮, 村田彻 申请人:夏普株式会社
【专利摘要】一种氮化物半导体元件结构体(10)，具有：在表面具有多个凸部(1a)且表面被氮化物半导体中间层(2)覆盖的基板(1)，在基板(1)上的凸部(1a)与凸部(1a)之间以使包括凸部(1a)中心的至少一部分表面露出的方式依次设置的第一氮化物半导体基础层(3)、覆盖第一氮化物半导体基础层(3)整体的第二氮化物半导体基础层(4)、覆盖第二氮化物半导体基础层(4)整体的第三氮化物半导体基础层(5)，覆盖凸部(1a)所露出的表面及第三氮化物半导体基础层(5)整体的第四氮化物半导体基础层(6)，第一氮化物半导体基础层(3)具有第一小斜面，第二氮化物半导体基础层(4)具有第二小斜面和第二基板平行面，第三氮化物半导体基础层(5)具有第三小斜面和第三基板平行面。
【专利说明】氮化物半导体元件结构体及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及氮化物半导体元件结构体及其制造方法。
【背景技术】
[0002]因为含氮的II1-V族化合物半导体(III族氮化物半导体)所具有带隙相当于具有从红外线到紫外线区域波长的光的能量，所以含氮的II1-V族化合物半导体(III族氮化物半导体)作为发出具有从红外线到紫外线区域波长的光的发光元件，或者接受具有从红外线到紫外线区域波长的光的受光元件的材料是有用的。
[0003]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。
[0004]进而，III族氮化物半导体几乎不会破坏环境，作为容易处理的材料也备受瞩目。
[0005]为了使用如上所述的优异的材料即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积由III族氮化物半导体的薄膜形成的III族氮化物半导体层来形成规定的元件结构。
[0006]在此，作为基板，最适合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和热膨胀系数的III族氮化物半导体形成的基板，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。
[0007]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，所以不实用。
[0008]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和热膨胀系数差较大的蓝宝石基板或碳化硅(SiC)基板等。
[0009]在蓝宝石基板与典型的III族氮化物半导体即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。
[0010]于是，通常在基板与III族氮化物半导体之间，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所谓缓冲层的层。
[0011]例如，在专利文献I中记载了一种在蓝宝石基板上通过金属有机物气相外延法(M0VPE法)形成AlN缓冲层后，使由AlxGahN形成的III族氮化物半导体生长的方法。
[0012]然而，即使在日本专利第3026087号公报(专利文献I)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缓冲层。这可以认为是因为在通过MOVPE法形成AlN缓冲层的情况下，作为原料气所使用的三甲基铝(TMA)气体和氨气(NH3)容易在气相中发生反应。[0013]因此，在专利文献I所述的方法中，难以在AlN缓冲层上使由表面平坦且缺陷密度小的高品质AlxGapxN形成的III族氮化物半导体再现性良好地生长。
[0014]另外，例如在日本特公平5-86646号公报(专利文献2)中公开了一种通过在蓝宝石基板上施加直流偏压的高频溅射法形成AlxGahN(O < X < I)缓冲层的方法。然而，在通过上述方法形成的缓冲层上也难以形成具有非常良好的结晶度的III族氮化物半导体层。
[0015]于是，在日本专利第3440873号公报(专利文献3)中提出了一种在氢气和氨气的混合气体环境下，对通过DC磁控溅射法形成的由III族氮化物半导体形成的缓冲层进行热处理的方法。另外，在日本专利第3700492号公报(专利文献4)中提出了一种在升温至4000C以上的蓝宝石基板上，通过DC磁控溅射法形成由膜厚为50埃以上且3000埃以下的III族氮化物半导体形成的缓冲层的方法。
[0016]此外，在日本特开2008-34444号公报(专利文献5)中提出了一种在加热至750°C的蓝宝石基板上，通过高频溅射法形成由AlN的柱状晶体形成的缓冲层的方法。
[0017]而且，在日本专利第3950471号公报(专利文献6)中记载了为了使晶体缺陷少的III族氮化物半导体生长，在基板表面设置凹凸结构，并在其上使III族氮化物半导体横向生长的技术内容。
[0018]此外，在日本特开2006-352084号公报(专利文献7)中记载了在设有凹凸结构的蓝宝石基板上，通过以下两个阶段的生长形成氮化物半导体的技术内容，其中两个阶段分别是指使GaN层生长使得剖面形状为在斜面上具有倾斜小平面的等腰三角形的阶段，之后将生长条件设定为横向生长为主导的条件，使生长继续，使GaN层横向生长，直至其表面形成为与蓝宝石基板的主面平行的平坦面的阶段。
[0019]现有技术文献
[0020]专利文献
[0021]专利文献1:(日本)特许第3026087号公报
[0022]专利文献2:(日本)特公平5-86646号公报
[0023]专利文献3:(日本)特许第3440873号公报
[0024]专利文献4:(日本)特许第3700492号公报
[0025]专利文献5:(日本)特开2008-34444号公报
[0026]专利文献6:(日本)特许第3950471号公报
[0027]专利文献7:(日本)特开2006-352084号公报
【发明内容】
[0028]发明所要解决的课题
[0029]为了成品率较闻地制造闻品质的III族氣化物半导体,需要使晶体缺陷少的闻品质III族氮化物半导体生长。为此，对于作为基础的氮化物半导体基础层，也要求晶体缺陷少且具有较高的结晶度。
[0030]而且，在III族氮化物半导体的发光元件中，为了提高基板的光提取效率，有时使用设有凹凸结构的基板，但是难以制作晶体缺陷少且具有较高结晶度的基础层。
[0031] 例如在专利文献7所述的方法中，虽然在凹部使氮化物半导体层生长后，将生长条件设定为以横向生长为主导的生长条件，使氮化物半导体层生长，但是在与蓝宝石等氮化物半导体的晶格失配率较高的基板的情况下，或者在设有凹凸结构的基板等情况下，在凹部最初形成的氮化物半导体中容易生成大量的纵向缺陷，其成为接着在以横向生长为主导的条件下所要生长的氮化物半导体的横向缺陷的起点。所述横向缺陷与在凸部上形成的纵向缺陷汇合，或者通过在晶体的光滑面从横向生长变化为纵向生长，使纵向缺陷大量出现。在此，纵向缺陷为在与基板的主面垂直的方向上产生的缺陷，横向缺陷为在与基板的主面平行的方向上产生的缺陷。
[0032]本发明是鉴于上述问题而提出的，目的在于提供具有高结晶度的氮化物半导体基础层的氮化物半导体结构体及其制造方法。
[0033]本发明提供一种氮化物半导体结构体，其具有:基板，由三方晶刚玉或六方晶的晶体构成，并且其在表面上具有多个凸部且表面被氮化物半导体中间层覆盖；在基板上的凸部与凸部之间，以露出包括凸部中心的至少一部分表面的方式依次设置的第一氮化物半导体基础层、覆盖第一氮化物半导体基础层整体的第二氮化物半导体基础层、覆盖第二氮化物半导体基础层整体的第三氮化物半导体基础层；覆盖凸部所露出的所述表面和所述第三氮化物半导体基础层的整体的第四氮化物半导体基础层；第一氮化物半导体基础层具有第一小斜面；第二氮化物半导体基础层具有第二小斜面和第二基板平行面；第三氮化物半导体基础层具有第三小斜面和第三基板平行面。
[0034]在上述本发明的氮化物半导体结构体中，第一氮化物半导体基础层还可以具有第一基板平行面，在该情况下，优选在从与基板的主面垂直的方向的俯视中，第一小斜面的面积比例大于第一基板平行 面的面积比例。
[0035]在上述本发明的氮化物半导体结构体中，第二氮化物半导体基础层优选在从与基板的主面垂直的方向的俯视中，第二小斜面的面积比例小于第二基板平行面的面积比例。
[0036]在上述本发明的氮化物半导体结构体中，第三氮化物半导体基础层优选在从与基板的主面垂直的方向的俯视中，第三小斜面的面积比例大于第三基板平行面的面积比例。
[0037]在上述本发明的氮化物半导体结构体中，将第一小斜面相对于基板的主面的角度设为Θ 1，且将第二小斜面相对于基板的主面的角度设为Θ 2时，优选满足Θ1< Θ2的关系。而且，将第三小斜面相对于基板的主面的角度设为Θ 3时，进而优选满足Θ1< Θ3〈Θ 2的关系。
[0038]而且，本发明提供一种氮化物半导体发光元件，其具有上述氮化物半导体结构体及形成在氮化物半导体结构体上的层积结构。
[0039]此外，本发明提供一种氮化物半导体晶体管元件，其具有上述氮化物半导体结构体及形成在氮化物半导体结构体上的层积结构。
[0040]本发明提供一种氮化物半导体结构体的制造方法，包括:在由三方晶刚玉或六方晶的晶体构成且表面具有多个凸部的基板的表面上形成氮化物半导体中间层以反映表面形状的工序；
[0041]在基板表面上的凸部与所述凸部之间，以露出包括凸部中心的至少一部分表面的方式形成具有第一小斜面的第一氮化物半导体基础层的工序；
[0042]在基板表面上的凸部与所述凸部之间，以覆盖第一氮化物半导体基础层的整体且露出包括凸部中心的至少一部分表面的方式形成具有第二小斜面及第二基板平行面的第二氮化物半导体基础层的工序；[0043]在基板表面上的凸部与凸部之间，以覆盖第二氮化物半导体基础层的整体且露出包括凸部中心的至少一部分表面的方式形成具有第三小斜面及第三基板平行面的第三氮化物半导体基础层的工序；
[0044]以覆盖凸部的未被第三氮化物半导体基础层覆盖的表面及第三氮化物半导体基础层的整体的方式形成第四氮化物半导体基础层的工序。
[0045]在上述本发明的制造方法中，通过金属有机物气相外延法形成第一氮化物半导体基础层、第二氮化物半导体基础层、第三氮化物半导体基础层及第四氮化物半导体基础层；在金属有机物气相外延装置内，一边对基板加热并且使基板旋转，一边与含有氢气的载气一起供给V族元素用原料气和III族元素用原料气，提高金属有机物气相外延装置内的压力来进行金属有机物气相外延法；形成第一氮化物半导体基础层的条件与形成第二氮化物半导体基础层的条件优选满足以下Al、B1、Cl、DI及EI关系中的至少一个关系:
[0046]Al.形成第一氮化物半导体基础层时基板的加热温度低于形成第二氮化物半导体基础层时基板的加热温度；
[0047]B1.形成第一氮化物半导体基础层时金属有机物气相外延装置内的压力高于形成第二氮化物半导体基础层时金属有机物气相外延装置内的压力；
[0048]Cl.形成第一氮化物半导体基础层时单位时间被供给的V族元素用原料气的摩尔量相对于III族元素用原料气的摩尔量的比高于形成第二氮化物半导体基础层时的所述比；
[0049]D1.形成第一氮化物半导体基础层时基板的单位时间旋转数小于形成第二氮化物半导体基础层时基板的单位时间旋转数；
[0050]E1.形成第一氮化物半导体基础层时氢气相对于载气整体体积的体积比高于形成第二氮化物半导体基础层时氢气相对于载气整体体积的体积比。
[0051]在上述本发明的制造方法中，通过金属有机物气相外延法形成第一氮化物半导体基础层、第二氮化物半导体基础层、第三氮化物半导体基础层及第四氮化物半导体基础层；在金属有机物气相外延装置内，一边对基板加热并且使基板旋转，一边与含有氢气的载气一起供给V族元素用原料气和III族元素用原料气、提高金属有机物气相外延装置内的压力来进行金属有机物气相外延法；形成第一氮化物半导体基础层的条件与形成第三氮化物半导体基础层的条件优选满足以下AU、BH、CU、DII及EII关系中的至少一个关系:
[0052]AU.形成第一氮化物半导体基础层时基板的加热温度高于形成第三氮化物半导体基础层时基板的加热温度；
[0053]BH.形成第一氮化物半导体基础层时金属有机物气相外延装置内的压力低于形成第三氮化物半导体基础层时金属有机物气相外延装置内的压力；
[0054]CU.形成第一氮化物半导体基础层时单位时间被供给的V族元素用原料气的摩尔量相对于III族元素用原料气的摩尔量的比低于形成第三氮化物半导体基础层时的所述比；
[0055]DI1.形成第一氮化物半导体基础层时基板的单位时间旋转数大于形成第三氮化物半导体基础层时的基板的单位时间旋转数；
[0056]EU.形成第一氮化物半导体基础层时氢气相对于载气整体体积的体积比低于形成第三氮化物半导体基础层时氢气相对于载气整体体积的体积比。[0057]在上述本发明的制造方法中，通过金属有机物气相外延法形成第一氮化物半导体基础层、第二氮化物半导体基础层、第三氮化物半导体基础层及第四氮化物半导体基础层；在金属有机物气相外延装置内，一边对基板加热并且使基板旋转，一边与含有氢气的载气一起供给V族元素用原料气和III族元素用原料气，提高金属有机物气相外延装置内的压力来进行金属有机物气相外延法；形成第二氮化物半导体基础层的条件与形成第四氮化物半导体基础层的条件优选满足以下AII1、Bill、CII1、DIII及EIII关系中的至少一个关系:
[0058]Am.形成第四氮化物半导体基础层时基板的加热温度高于形成第二氮化物半导体基础层时基板的加热温度；
[0059]BII1.形成第四氮化物半导体基础层时金属有机物气相外延装置内的压力低于形成第二氮化物半导体基础层时金属有机物气相外延装置内的压力；
[0060]cm.形成第四氮化物半导体基础层时单位时间被供给的V族元素用原料气的摩尔量相对于III族元素用原料气的摩尔量的比低于形成第二氮化物半导体基础层时的所述比；
[0061]DII1.形成第四氮化物半导体基础层时基板的单位时间旋转数大于形成第二氮化物半导体基础层时基板的单位时间旋转数；
[0062]EII1.形成第四氮化物半导体基础层时氢气相对于载气整体体积的体积比低于形成第二氮化物半导体基础层时氢气相对于载气整体体积的体积比。
[0063]发明效果 [0064]根据本发明，能够提供具有高结晶度的氮化物半导体基础层的氮化物半导体结构体及其制造方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0065]图1是表示第一实施方式的氮化物半导体结构体的剖面示意图；
[0066]图2是氮化物结构体的局部剖面放大图；
[0067]图3是表示氮化物半导体结构体的基板准备工序的剖面示意图；
[0068]图4是表示氮化物半导体结构体的基板加工工序的剖面示意图；
[0069]图5是基板表面的俯视不意图；
[0070]图6表示沿图5的B-B线的剖面示意图；
[0071]图7是表示氮化物半导体结构体的氮化物半导体中间层的形成工序的剖面示意图；
[0072]图8是表示第一氮化物半导体基础层的形成工序的剖面示意图；
[0073]图9是表示第二氮化物半导体基础层的形成工序的剖面示意图；
[0074]图10是表示第三氮化物半导体基础层的形成工序的剖面示意图；
[0075]图11是表示第四氮化物半导体基础层的形成工序的剖面示意图；
[0076]图12是氮化物半导体结构体的局部剖面放大图；
[0077]图13是表示第二实施方式的氮化物半导体发光二极管元件的剖面示意图；
[0078]图14是表示第三实施方式的发光装置的剖面示意图；
[0079]图15是表示第四实施方式的氮化物半导体晶体管元件的剖面示意图；【具体实施方式】
[0080]下面，利用【专利附图】
【附图说明】本发明的实施方式。需要说明的是，在各附图中，相同的符号表示相同的部分或相当的部分。
[0081]〈第一实施方式〉
[0082][氮化物半导体结构体的结构]
[0083]本实施方式涉及氮化物半导体结构体。图1是表示本实施方式的氮化物半导体结构体的剖面示意图。本实施方式的氮化物半导体结构体10具有:在表面具有多个凸部Ia且表面被氮化物半导体中间层2覆盖的基板1，在基板I上 的凸部Ia与凸部Ia之间以露出包括凸部Ia中心的至少一部分表面的第一氮化物半导体基础层3、第二氮化物半导体基础层4及第三氮化物半导体基础层5。在第三氮化物半导体基础层5上进而具有第四氮化物半导体基础层6。
[0084]图2是氮化物半导体结构体的局部剖面放大图。第一氮化物半导体基础层3具有第一小斜面3a和第一基板平行面3b。第二氮化物半导体基础层4设置为覆盖第一氮化物半导体基础层3整体且具有第二小斜面4a和第二基板平行面4b。第三氮化物半导体基础层5设置为覆盖第二氮化物半导体基础层4整体且具有第三小斜面5a和第三基板平行面5b。第四氮化物半导体基础层6设置为覆盖凸部Ia的未被第三氮化物半导体基础层5覆盖的所露出的表面和第三氮化物半导体基础层5整体且具有第四基板平行面6a。在此，所谓“小斜面”表示与基板的主面倾斜的结晶面，“基板平行面”表示与基板的主面平行的结晶面。
[0085]本实施方式的氮化物半导体结构体10构成为在上述第一至第三氮化物半导体基础层3，4，5上具有第四氮化物半导体基础层6的结构，具有结晶度高、缺陷少的第四基板平行面6a。具体地说，为了得到结晶度高、缺陷少的第四基板平行面6a，优选减少第三氮化物半导体基础层5在纵向(与基板的主面垂直的方向)上的晶体缺陷V5。如果晶体缺陷V5减少，则在第四氮化物半导体基础层6上横向上的晶体缺陷H6减少，结果能够也使纵向上的晶体缺陷V6减少。为此，优选减少朝向第二氮化物半导体基础层4的第二基板平行面4b的纵向上的晶体缺陷。为此，在第二氮化物半导体基础层4上，为了容易产生横向(与基板的主面平行的方向)上的晶体缺陷H4，在第一氮化物半导体基础层3上形成纵向晶体缺陷V3是有效的。
[0086]第一氮化物半导体基础层3通过具有第一小斜面3a，能够构成为容易产生纵向晶体缺陷3的结构。第一氮化物半导体基础层3优选构成为在从与基板I的主面垂直的方向上的俯视中，第一小斜面3a的面积比例大于第一基板平行面3b的面积比例的结构。需要说明的是，第一氮化物半导体基础层3也可以构成为不具有第一基板平行面3b的结构。因为第一氮化物半导体基础层3不在第二氮化物半导体基础层4上产生纵向缺陷，所以优选制作成覆盖凹区域Ib的大致整个面。而且，因为以第一氮化物半导体基础层3的纵向缺陷V3为起点产生第二氮化物半导体基础层4的横向缺陷H4，所以第一小斜面3a的角度Θ I (第一小斜面3a与基板的主面形成的角度Θ I)越是锐角，在一个横向缺陷H4上纵向缺陷V3越容易集中，并且具有减少横向缺陷H4的数量的效果，因而优选之。
[0087]第二氮化物半导体基础层4通过构成为具有第二小斜面4a和第二基板平行面4b的结构，能够构成为容易产生横向(与基板的主面平行的方向)缺陷H4的结构。第二氮化物半导体基础层4为了使第三氮化物半导体基础层5的纵横方向上的缺陷V5减少，优选第二基板平行面4b越大越好。即第二氮化物半导体基础层4优选构成为在从与基板I的主面垂直的方向的俯视中，第二小斜面4a的面积比例小于第二基板平行面4b的面积比例的结构，进而优选为第二小斜面4a的面积是第二基板平行面4b面积的40%以上且不足100%。而且，因为第三氮化物半导体基础层5的纵向缺陷V5以第二氮化物半导体基础层4的横向缺陷H4为起点而产生，所以第二小斜面4a的角度Θ 2(第二小斜面4a与基板的主面形成的角度Θ2)越是接近直角的值，在一个纵向缺陷V5上横向缺陷H4越容易集中，并且能够减少纵向缺陷V5的数量，因而优选之。
[0088]第三氮化物基础层5通过构成为具有第三小斜面5a和第三基板平行面5b的结构，能够使纵向的晶体缺陷减少。第三氮化物半导体基础层5优选为了以低位错制作第四氮化物半导体基础层6而减小第三基板平行面5b，从第二氮化物半导体基础层4开始增大第三小斜面5a。即第三氮化物半导体基础层5优选构成为在与基板I的主面垂直的方向上的俯视中，第三小斜面5a的面积比例大于第三基板平行面5b的面积比例的结构，进而优选为第三小斜面5a的面积是第三基板平行面5b面积的750~2000%。而且，第三小斜面5a的角度Θ3(第三小斜面5a与基板的主面形成的角度Θ3)越是锐角，越能够形成具有晶体缺陷少且平坦的第四基板平行面6a的第四氮化物半导体基础层6。
[0089]为了形成所述的晶体缺陷少且平坦的第四基板平行面6a，优选为第一小斜面3a相对于基板的主面的角度Θ I与第二小斜面4a相对于基板的主面的角度Θ2满足Θ1< Θ 2的关系。进而优选为第三小斜面5a相对于基板的主面的角度Θ3与角度Θ1、角度Θ 2满足Θ I < Θ 3 < Θ 2的关系。
[0090][氮化物半导体结构体的制造方法]
[0091]接着，说明本实施方式的氮化物半导体结构体的制造方法。氮化物半导体结构体10通过依次具有以下工序的制造方法来制造:在表面具有多个凸部Ia的基板I的表面上以反映表面形状的方式形成氮化物半导体中间层2的工序、形成第一氮化物半导体基础层3的工序、形成第二氮化物半导体基础层4的工序、形成第三氮化物半导体基础层5的工序、形成第四氮化物半导体基础层6的工序。需要说明的是，在本发明的氮化物半导体结构的制造方法中，除了上述各工序以外，当然也可以包括其他工序。
[0092](基板的准备)
[0093]首先，如图3的剖面示意图所示，准备基板I。基板I由三方晶刚玉或六方晶的晶体形成。作为三方晶刚玉，可以使用例如蓝宝石(Al2O3)单晶，作为六方晶的晶体，可以使用例如AlN单晶、GaN单晶等(AlGaIn)N类氮化物半导体晶体。蓝宝石晶体虽然是三方晶刚玉，但可以用六方晶的表示法表示。于是，在蓝宝石基板及氮化物半导体晶体中都将c轴方向表示为[0001]，将al轴方向表示为[-2110]，将a2轴方向表示为[1-210]，将a3轴方向表不为[11-20],将al轴方向、a2轴方向及a3轴方向这三个方向合并表不为a轴方向或〈11-20〉方向。而且,将与c轴方向及〈11-20〉方向分别垂直且等价的三个方向表不为m轴方向(最典型的是〈1-100〉方向)。
[0094] 需要说明的是，在表示结晶面及方向时，本来应该在必要的数字上方附加横线来表现的，但在本说明书中，在必要的数字前面附加“取代在必要的数字上方附加横线而进行表现。例如，根据结晶学的表示法，将I的反向记为在I的上方附加横线，但为了方便起见表示为“-1”。
[0095]基板I的表面40可以是c面或与c面具有5°以内的倾斜的表面，倾斜的方向例如可以只是m(sub)轴(〈1-100〉)方向，也可以只是a(sub)轴(〈11-20〉)方向，或者也可以是这两个方向合成的方向。例如，作为基板1，可以准备基板I的表面40从c面(法线为c轴的面)向基板的m(sub)轴〈1-100〉方向倾斜0.15°~0.35°的基板等。
[0096]需要说明的是，在氮化物半导体结构体10中，因为基板I的结晶方向与基板I上的氮化物半导体层的结晶方向不同，所以在本说明书中，对基板I的结晶方向附注“sub”，对氮化物半导体层的结晶方向附注“layer”。在此，关于基板I的结晶轴与氮化物半导体层的结晶轴的关系，在基板I为蓝宝石单晶的情况下，基板I的a(sub)轴方向与氮化物半导体层的m(layer)轴方向一致,基板I的m(sub)轴方向与氮化物半导体层的a(layer)轴方向一致。另一方面，在基板I为AlN单晶或GaN单晶的情况下，基板I的a(sub)轴方向与氮化物半导体层的a(layer)轴方向一致,基板I的m(sub)轴方向与氮化物半导体层的m (layer)轴方向一致。
[0097]而且，虽然未特别限定基板I的口径，但可以为例如150mm(约6英寸)。作为基板1，目前通常使用50.8mm(2英寸)左右口径的基板，但为了提高生产性，优选使用大口径的基板。需要说明的是，在使用大口径的基板I的情况下，因为在基板I上形成氮化物半导体层后积累了应变，所以基板I容易开裂或容易在氮化物半导体层的表面产生裂纹。但是，根据本发明，即使在使用100mm(约4英寸)以上大口径的基板I的情况下，也能够抑制基板I开裂或在氮化物半导体层的表面产生裂纹。
[0098]接着，如 图4的剖面示意图所示，对基板I的表面40进行加工，使之具有多个凸部la。在此，在表面上未形成凸部Ia的区域为凹区域lb。对基板I表面的上述加工，例如可以通过包括以下工序的工序来完成:在基板I的表面40上形成规定凸部Ia的平面配置的掩模的构图工序，以及使用通过该构图工序形成的掩模对基板I的表面40进行蚀刻来形成凹区域Ib的工序。构图工序可以采用通常的光刻工序，蚀刻工序可以采用例如干式蚀刻法或湿式蚀刻法。为了使凸部Ia的形状形成为后述的具有前端部的形状，优选采用容易控制凸部Ia形状的干式蚀刻法。而且，对基板I的表面40的加工，也可以利用SiO2等电介质来进行加工。虽然未限定凹区域Ib的表面形状，但为了使第一氮化物半导体基础层3容易从凹区域Ib开始生长而优选为平面。
[0099]图5表不图4所不的基板I表面的一例的俯视不意图。在图5所不的基板I的表面的俯视中，凸部Ia为圆形的俯视形状，各凸部Ia分别位于假设的三角形It的顶点，并且沿着假设的三角形It三个边的各边方向排列。在本实施方式中，凸部Ia排列在基板I的表面的a(sub)轴方向(〈11-20〉方向)上，并且也分别排列在与基板I的表面的a(sub)轴方向形成+60°倾斜的方向及与基板I的表面的a(sub)轴方向形成一 60°倾斜的方向上。需要说明的是，在本说明书中，在基板I的表面的俯视中，将与a(sub)轴方向形成+60°倾斜的方向及与a(sub)轴方向形成一 60°倾斜的方向分别称为u方向。
[0100]需要说明的是，凸部Ia的俯视形状即圆形圆的中心不必与三角形It的顶点完全一致，只要符合实际上的一致即可。具体地说，在圆中心偏离为该圆的半径以下的情况下，在后述的第一氮化物半导体基础层3的形成工序中,第一氮化物半导体基础层3倾向于在基板I表面上比形成有凸部Ia的区域更加稳定地使凹区域Ib的生长开始。然后，如果生长进一步进行，则如后文所述，以凸部Ia为中心，在凸部Ia的外侧容易形成具有环绕凸部Ia的至少六个小斜面的第一氮化物半导体基础层3。
[0101]凸部Ia底面的俯视形状不限于圆形，例如也可以是六角形或三角形等多角形。
[0102]而且，在基板I的表面的俯视中，优选在顶点配置凸部Ia的假设三角形It的各内角的角度为50°以上且70°以下。在该情况下，第一氮化物半导体基础层3的形成倾向于比形成有凸部Ia的区域更加稳定地使凹区域Ib的生长开始。然后，如果生长进一步进行，则如后文所述，以凸部Ia为中心，在凸部Ia的外侧容易形成具有环绕凸部Ia的至少六个小斜面的第一氮化物半导体基础层3。
[0103]此外，在基板I的表面的俯视中，相邻凸部Ia的间隔(凸部Ia的中心之间的距离)可以例如为2 μ m。相邻凸部Ia的间隔不限定为2 μ m,优选为0.2 μ m以上且7 μ m以下，进而优选为0.2 μ m以上且2 μ m以下。在相邻凸部Ia的间隔为0.2 μ m以上且7 μ m以下的情况下，具有处理过程中的问题减少的倾向。处理过程中的问题是:如果相邻凸部Ia的间隔超过7 μ m，则用来增加凸部Ia高度的干式蚀刻时间增加，使后述的第二氮化物半导体基础层4的上表面直到与基板的主面平行所需要的生长时间增加等问题。而且，如果相邻凸部Ia的间隔不足0.2 μ m，则第二氮化物半导体基础层4的第二基板平行面4b的密度增大，在目前的晶体生长条件下缺陷将增多。
[0104]而且，在基板I的表面的俯视中，凸部Ia的圆形圆的直径优选为相邻凸部Ia的间隔的1/2以上且3/4以下。例如，在相邻凸部Ia的间隔为2μπι的情况下，凸部Ia的圆形圆的直径优选为1.0~1.5 μ m,例如可以为1.2 μ m。在凸部Ia的圆形圆的直径为相邻凸部Ia的间隔的1/2以上且3/4以下的情况下，后述的第二氮化物半导体基础层4倾向于比形成有凸部Ia的区域更 加稳定地使凹区域Ib的生长开始。然后，如果生长进一步进行，则以凸部Ia为中心，在凸部Ia的外侧容易形成具有环绕凸部Ia的至少六个小斜面的第二氮化物半导体基础层4。
[0105]另外，凸部Ia的高度优选为凸部Ia的圆形圆直径的1/4以上且I以下。例如在凸部Ia的圆形圆直径为1.2 μ m的情况下，凸部Ia的高度优选为0.3~1.2 μ m,例如可以为0.6μπι左右。在该情况下，后述的第三氮化物半导体基础层5倾向于比形成有凸部Ia的区域更加稳定地使凹区域Ib的生长开始。然后，如果生长进一步进行，则以凸部Ia为中心，在凸部Ia的中心的外侧容易形成具有环绕凸部Ia中心的至少六个小斜面的第三氮化物半导体基础层5。
[0106]图6表示沿通过图5所示的凸部Ia中心的B-B线的剖面示意图。如图6所示，凸部Ia优选形成为在中心或中心附近具有前端部Ic的形状。在本说明书中，所谓“凸部Ia为具有前端部Ic的形状”，是指在凸部Ia的剖面形状中凸部中心附近的上表面未形成为平坦的形状。在凸部Ia中心附近的上表面平坦的情况下，在此存在第一氮化物半导体基础层3易于生长且在凹区域Ib上第一氮化物半导体基础层3难以开始生长的情况。另一方面，在凸部Ia为具有前端部Ic的形状的情况下，后述的第一氮化物半导体基础层3、第二氮化物半导体基础层4、第三氮化物半导体基础层5都易于从凹区域Ib开始生长，并且上述各层以不覆盖包括凸部Ia前端部Ic的至少一部分表面的方式容易形成。
[0107]通过按照上述说明形成上述各层，接续生长的后述第四氮化物半导体基础层6在凸部Ia的前端部Ic的上方会合，所以可以认为能够限制晶体缺陷产生的区域，整体上减少缺陷的数量。而且，在凸部Ia中心附近的上表面平坦的情况下，在从第一氮化物半导体基础层3到第三氮化物半导体基础层5的生长中，以覆盖凸部Ia整体的方式容易进行晶体生长，并且第四氮化物半导体基础层6生长时成为缺陷的起因。
[0108]在形成后述的氮化物半导体中间层2之前也可以对基板I的表面进行前处理。作为基板I的表面的前处理的一例，例如能够举出通过进行RCA清洗(依次进行稀释的氢氟酸溶液(HF)处理、氨(NH4OH)与过氧化氢(H2O2)处理、盐酸(HCl)与过氧化氢(H2O2)处理、超纯水清洗的清洗)而对基板I的表面进行氢终端化(水素終端化)的处理。由此，具有能够在基板I的表面上再现性良好地层积结晶度良好的氮化物半导体中间层2的倾向。
[0109]另外，作为基板I的表面的前处理的另一例，可以举出将基板I的表面暴露于氮气等离子体中的处理。由此，具有能够除去附着于基板I的表面的有机物及氧化物等异物而整理基板I的表面状态的倾向。特别是在基板I为蓝宝石基板的情况下，通过将基板I的表面暴露于氮气等离子体中，使氮化基板I的表面氮化，从而具有容易在面内均匀地形成层积于基板I的表面的氮化物半导体中间层2的倾向。
[0110](氮化物半导体中间层的形成)
[0111]图7是表示氮化物半导体中间层的形成工序的剖面示意图。如图7的剖面图所示，在基板I的表面上以反映基板I的表面形状的方式形成氮化物半导体中间层2。在此，氮化物半导体中间层2例如通过在N2与Ar的混合环境中通过溅射Al靶材的反应性溅射法来形成。
[0112]氮化物半导体中间层2例如由以分子式AlxtlGaytlN(O兰xO 1、0兰y0兰1、x0+y0 Φ O)所表示的氮 化物半导体形成。其中，作为形成氮化物半导体中间层2的氮化物半导体，优选以分子式AlN或AlxlGai_xlN(0.5<Xl I)所表示的氮化物半导体(氮化铝)。在该情况下，具有能够获得由沿基板I的表面的法线方向延伸的晶粒整齐的柱状晶体集合体形成的结晶度良好的氮化物半导体中间层2的倾向。氮化物半导体中间层2也可以含有微量氧。
[0113]氮化物半导体中间层2的厚度优选为5nm以上且IOOnm以下。在氮化物半导体中间层2的厚度不足5nm的情况下，氮化物半导体中间层2有可能不能作为缓冲层充分发挥作用。在氮化物半导体中间层2的厚度超过IOOnm的情况下，作为缓冲层的作用可能提高，而只延长氮化物半导体中间层2的形成时间。氮化物半导体中间层2的厚度更优选为IOnm以上且50nm以下。在该情况下，具有能够在面内均匀地发挥氮化物半导体中间层2作为缓冲层的作用的倾向。作为氮化物半导体中间层2的一例，能够以约30nm的厚度形成含有少量氧的AlN膜。
[0114]形成氮化物半导体中间层2时基板I的温度优选为300°C以上且1000°C以下。在形成氮化物半导体中间层2时基板I的温度不足300°C的情况下，氮化物半导体中间层2不能覆盖基板I的整个表面，基板I的表面的一部分可能会从氮化物半导体中间层2中露出。而且，在层积氮化物半导体中间层2时基板I的温度超过1000°C的情况下，原料在基板I的表面上的迁移变得过于活跃，不是由柱状晶体的集合体形成氮化物半导体中间层2，而是形成了接近于单晶膜的氮化物半导体中间层2，从而可能会降低氮化物半导体中间层2作为缓冲层的作用。[0115](氮化物半导体基础层的形成)
[0116]图8~图11是表示氮化物半导体基础层的形成工序的剖面示意图。首先，如图8的剖面图所示，在与基板I的凹区域Ib对应的氮化物半导体中间层2上形成第一氮化物半导体基础层3，第一氮化物半导体基础层3具有小斜面(第一小斜面)3a和基板平行面(第一基板平行面)3b。对于第一氮化物半导体基础层3，不限定其形成范围，只要露出包括凸部Ia中心的至少一部分表面即可，但为了在第二氮化物半导体基础层4上不产生纵向缺陷，所以优选为以覆盖凹区域Ib的大致整个面的方式制作第一氮化物半导体基础层3。
[0117]接着，如图9的剖面图所示，在基板I的凹区域Ib上形成第二氮化物半导体基础层4以覆盖第一氮化物 半导体基础层3的整体，第二氮化物半导体基础层4具有小斜面(第二小斜面)4a和基板平行面(第二基板平行面)4b。对于第二氮化物半导体基础层4不限定其形成范围，只要露出包括凸部Ia中心的至少一部分表面即可。
[0118]然后，如图10的剖面图所示，在基板I的凹区域Ib上形成第三氮化物半导体基础层5以覆盖第二氮化物半导体基础层4整体。第三氮化物半导体基础层5也可以与凸部Ia的表面相接地形成，但这里以露出包括凸部Ia中心的至少一部分表面的方式形成第三氮化物半导体基础层5，即以不覆盖凸部Ia整体的方式形成。第三氮化物半导体基础层5具有小斜面(第三小斜面)5a和基板平行面(第三基板平行面)5b。
[0119]然后，如图11的剖面图所示，形成第四氮化物半导体基础层6以覆盖第三氮化物半导体基础层5整体以及凸部Ia所露出的表面。第四氮化物半导体基础层6以使其表面(第四基板平行面)6a与基板I的主面平行的方式形成。由此，制造出在基板I上依次层积有氮化物半导体中间层2、第一氮化物半导体基础层3、第二氮化物半导体基础层4、第三氮化物半导体基础层5及第四氮化物半导体基础层6的氮化物半导体结构体10。
[0120]在此,第一氮化物半导体基础层3、第二氮化物半导体基础层4、第三氮化物半导体基础层5及第四氮化物半导体基础层6能够通过例如MOCVD (Metal Organic ChemicalVapor Deposition:金属有机物化学气相沉积)法依次形成在氮化物半导体中间层2的表面上。
[0121]各层的厚度例如如图11的剖面图所示，在凹区域Ib于氮化物半导体中间层2的表面上形成厚度t3为200nm的第一氮化物半导体基础层3,然后,形成厚度t4为300nm的第二氮化物半导体基础层4,接着形成厚度t5为1800nm的第三氮化物半导体基础层5以覆盖第二氮化物半导体基础层4整体,之后,形成厚度t6为6000nm的第四氮化物半导体基础层6以覆盖第三氮化物半导体基础层5整体。对各基础层的厚度虽然不限定于上述值，但优选以第四氮化物半导体基础层6的厚度在3000~9000nm的范围内的方式调整各基础层的厚度。
[0122]第一氮化物半导体基础层3、第二氮化物半导体基础层4、第三氮化物半导体基础层5及第四氮化物半导体基础层6在MOCVD法中分别按照适合的生长模式生长。在本说明书中，如下所示简单地对生长模式进行定义。
[0123]二维生长模式:容易获得基板平行面的生长模式；
[0124]三维生长模式:容易形成小斜面的生长模式；
[0125]二维半生长模式:介于二维生长模式与三维生长模式的中间生长模式。
[0126]在MOCVD法中，在MOCVD装置内放置表面被氮化物半导体中间层2覆盖的基板1，将基板I加热至所希望的温度并使之旋转。然后，使V族元素用原料气NH3(氨气)和III族元素用原料气TMGa(三甲基镓)、TMIn(三甲基铟)及TMAl (三甲基铝)适当组合，与含氢的载气一起供给，提高MOCVD装置内的压力，形成氮化物半导体基础层的各层。此时，适当地选择五个生长参数即㈧基板的加热温度、(B)MOCVD装置内的压力、(C)单位时间被供给的V族元素用原料气的摩尔比相对于III族元素用原料气的摩尔比的比(以下也表示为“V/III比”)、⑶基板的旋转数及(E)氢气相对于载气整体体积的体积比，对各氮化物半导体基础层的生长模式进行切换。
[0127]在此，本发明的
【发明者】们专心研究的结果，发现了上述生长参数与氮化物半导体基础层的生长模式之间存在以下的关系。
[0128](A)基板的加热温度
[0129]基板的加热温度越高则越容易成为二维生长模式，基板的加热温度越低则越容易成为三维生长模式。
[0130](B) MOCVD装置内的压力
[0131]MOCVD装置内的压力越低则越容易成为二维生长模式，压力越高则越容易成为三维生长模式。
[0132](C) V/III 比
[0133]V/III比越小则越容易成为二维生长模式，V/III比越大则越容易成为三维生长模式。
[0134](D)基板的旋转数
[0135] 基板的单位时间旋转数越大则越容易成为二维生长模式，基板的单位时间旋转数越小则越容易成为三维生长模式。
[0136](E)氢气相对于载气整体体积的体积比
[0137]氢气相对于载气整体体积的体积比越小则越容易成为二维生长模式，氢气相对于载气整体体积的体积比越大则越容易成为三维生长模式。
[0138]根据上述发现，确定各氮化物半导体基础层生长时的各参数值以便成为所希望的生长模式。各氮化物半导体基础层生长时基板I的温度优选为800°C以上且1250°C以下，更优选为900°C以上且1150°C以下。在氮化物半导体基础层生长时基板I的温度为800°C以上且1250°C以下的情况下，特别是在900°C以上且1150°C以下的情况下，具有能够使晶体缺陷少且结晶度良好的氮化物半导体基础层生长的倾向。形成各氮化物半导体基础层时MOCVD装置内的压力例如可以为100~500Torr，V/III比例如可以为500~1400，基板的旋转数例如可以为600~1200rpm，氢气相对于载气整体体积的体积比例可以为50~90%。
[0139]图12表示氮化物半导体结构体的局部剖面放大图。参照图12的剖面图，说明对于具有晶体缺陷少且结晶度高的平坦的第四基板平行面6a的第四氮化物半导体基础层6的制造所适合的各氮化物半导体基础层的生长模式。
[0140]为了形成具有晶体缺陷少且结晶度高的平坦的基板平行面6a的第四氮化物半导体基础层6，需要减少第三氮化物半导体基础层5的纵向晶体缺陷V5，为此，需要减少第二氮化物半导体基础层4的纵向晶体缺陷V4。为此，为了使第二氮化物半导体基础层4容易产生横向晶体缺陷H4，使第一氮化物半导体基础层3生成纵向晶体缺陷V3是有效的。所以，首先优选使第一氮化物半导体基础层3在容易产生小斜面3a的“三维生长模式”下生长，由此，第一氮化物半导体基础层3的表面能够形成为具有第一小斜面3a的结构。
[0141]然后，优选使第二氮化物半导体基础层4在“二维生长模式”或“二维半生长模式”下生长以便形成第二基板平行面4b，由此，能够形成具有第二小斜面4a和第二基板平行面4b的第二氮化物半导体基础层4。
[0142]接着，优选使第三氮化物半导体基础层5在“三维生长模式”下生长以便形成第三小斜面5a，由此，能够形成具有第三小斜面5a和第三基板平行面5b的第三氮化物半导体基础层5。
[0143]进而，为了填充第三小斜面5a与凸部Ia的空间而形成平坦的第四基板平行面6a，优选使第四氮化物半导体基础层6在“二维生长模式”下生长，由此，能够形成晶体缺陷少、结晶度高且具有平坦上表面6a的第四氮化物半导体基础层6。
[0144]也就是说，通过在第一氮化物半导体基础层3的表面设置第一小斜面3a并且设置第二氮化物半导体基础层4，使在氮化物半导体层的c(layer)轴方向上延伸的位错向第二小斜面4a的方向弯曲，由此减少在第二氮化物半导体基础层4的c(layer)轴方向上延伸的位错。
[0145]而且，通过设置第三小斜面5a,使在氮化物半导体层的c(layer)轴方向上延伸的位错向第三小斜面5a的方向弯曲，从而进一步减少位错的数量。
[0146]这样在减少了于氮化物半导体层的c(layer)轴方向上延伸的位错数量的第三氮化物半导体基础层5的表面上，在促进具有平坦表面的氮化物半导体层生长的二维生长模式下使第四氮化物半导体基础层6生长，由此能够形成晶体缺陷少、结晶度良好且具有平坦基板平行面6a的第四氮 化物半导体基础层6。
[0147]尽管第一氮化物半导体基础层3为三维生长模式，但与第三氮化物半导体基础层5相比偏向二维生长模式的条件更好，尽管第二氮化物半导体基础层4为二维生长模式，但与第四氮化物半导体基础层6相比偏向三维生长的条件更好，第三氮化物半导体基础层5最适合三维生长的条件，第四氮化物半导体基础层6最适合二维生长的条件，通过这样设定条件，能够制作出晶体缺陷少的氮化物半导体基础层。
[0148]考虑上述各基础层的优选生长条件，调整上述(A)基板的温度、(B)MOCVD装置内的压力、(C)V/III比、(D)基板的旋转数及(E)氢气相对于载气整体体积的体积比这五个参数，能够形成各基础层。
[0149]第一氮化物半导体基础层3与第二氮化物半导体基础层4的生长条件优选满足以下生长条件群(I)即Al、B1、Cl、D1、EI中的至少一个关系。
[0150]Al.形成第一氮化物半导体基础层3时基板的加热温度低于形成第二氮化物半导体基础层4时基板的加热温度；
[0151]B1.形成第一氮化物半导体基础层3时MOCVD装置内的压力高于形成第二氮化物半导体基础层4时MOCVD装置内的压力；
[0152]Cl.形成第一氮化物半导体基础层3时单位时间被供给的V族元素用原料气的摩尔量相对于III族元素用原料气的摩尔量的比高于形成第二氮化物半导体基础层4时的所述比；
[0153]D1.形成第一氮化物半导体基础层3时基板的单位时间旋转数小于形成第二氮化物半导体基础层4时基板的单位时间旋转数；[0154]E1.形成第一氮化物半导体基础层3时氢气相对于载气整体体积的体积比高于形成第二氮化物半导体基础层4时氢气相对于载气整体体积的体积比。
[0155]第一氮化物半导体基础层3与第三氮化物半导体基础层5的生长条件优选满足以下生长条件群(II)即All、BI1、CI1、DI1、EII中的至少一个关系。
[0156]AU.形成第一氮化物半导体基础层3时基板的加热温度高于形成第三氮化物半导体基础层5时基板的加热温度；
[0157]BH.形成第一氮化物半导体基础层3时MOCVD装置内的压力低于形成第三氮化物半导体基础层5时MOCVD装置内的压力；
[0158]CU.形成第一氮化物半导体基础层3时被供给的气体的V/III比低于形成第三氮化物半导体基础层5时被供给的气体的V/III比；
[0159]DI1.形成第一氮化物半导体基础层3时基板单位时间的旋转数大于形成第三氮化物半导体基础层5时基板单位时间的旋转数；
[0160]EU.形成第一氮化物半导体基础层3时氢气相对于载气整体体积的体积比低于形成第三氮化物半导体基础层5时氢气相对于载气整体体积的体积比。
[0161]第二氮化物半导体基础层4与第四氮化物半导体基础层6的生长条件优选满足以下生长条件群(III)即AII1、BII1、CII1、DII1、EIII中的至少一个关系。
[0162]Am.形成第四氮化物半导体基础层6时基板的加热温度高于形成第二氮化物半导体基础层4时基板的加热温度；
[0163] BII1.形成第四氮化物半导体基础层6时MOCVD装置内的压力低于形成第二氮化物半导体基础层4时MOCVD装置内的压力；
[0164]CII1.形成第四氮化物半导体基础层6时被供给的气体的V/III比低于形成第二氮化物半导体基础层4时被供给的气体的V/III比；
[0165]DII1.形成第四氮化物半导体基础层6时基板的单位时间旋转数大于形成第二氮化物半导体基础层4时基板的单位时间旋转数；
[0166]EU.形成第四氮化物半导体基础层6时氢气相对于载气整体体积的体积比低于形成第二氮化物半导体基础层4时氢气相对于载气整体体积的体积比。
[0167]作为形成第一氮化物半导体基础层3、第二氮化物半导体基础层4、第三氮化物半导体基础层5及第四氮化物半导体基础层6的氮化物半导体，例如可以使用由分子式Alx2Gay2Inz2N(O ^ x2 ^ 1、0 ^ y2 ^ 1、0 ^ z2 ^ 1、x2+y2+z2 幸 O)所表示的 III 族氮化物半导体。而且，第一氮化物半导体基础层3、第二氮化物半导体基础层4、第三氮化物半导体基础层5及第四氮化物半导体基础层6优选使用相同成分作为材料，只改变生长条件来形成。
[0168]在从第一氮化物半导体基础层3生长时的生长模式切换为第二氮化物半导体基础层4生长时的生长模式、从第二氮化物半导体基础层4生长时的生长模式切换为第三氮化物半导体基础层5生长时的生长模式、从第三氮化物半导体基础层5生长时的生长模式切换为第四氮化物半导体基础层6生长时的生长模式时，优选分别设置例如2秒~60秒左右的生长中断时间，并且在其间改变生长条件，但也可以连续地改变条件。
[0169]作为第一氮化物半导体基础层3、第二氮化物半导体基础层4、第三氮化物半导体基础层5及第四氮化物半导体基础层6，为了使各个层不延续由柱状晶体的集合体形成的氮化物半导体中间层2中的位错等晶体缺陷，优选使用含有作为III族元素的Ga的氮化物半导体层。
[0170]在此，虽然为了不延续氮化物半导体中间层2中的位错而需要在与氮化物半导体中间层2的界面附近使位错成环，但在第一氮化物半导体基础层3由含有Ga的III族氮化物半导体形成的情况下位错容易成环。
[0171]如上所述，通过分别使用由含有Ga的III族氮化物半导体形成的第一氮化物半导体基础层3、第二氮化物半导体基础层4、第三氮化物半导体基础层5及第四氮化物半导体基础层6，在与氮化物半导体中间层2的界面附近使位错成环而闭锁，从而能够抑制位错从氮化物半导体中间层2向第二氮化物半导体基础层4延续。
[0172]虽然优选第一氮化物半导体基础层3、第二氮化物半导体基础层4、第三氮化物半导体基础层5及第四氮化物半导体基础层6分别为无掺杂，但也可以使第一氮化物半导体基础层3、第二氮化物半导体基础层4、第三氮化物半导体基础层5及第四氮化物半导体基础层6分别为η型掺杂。如果是η型掺杂,η型掺杂剂可以在I X IO17CnT3以上且I X IO19CnT3以下的范围内进行掺杂。
[0173]作为η型掺杂剂，例如可以使用从由硅、锗及锡组成的群中所选择的至少一种元素等，其中优选使用硅。在作为η型掺杂剂使用硅的情况下，作为η型掺杂气体，优选使用硅烷气或乙硅烷气。
[0174]本实施方式的氮化物半导体结构体10能够作为氮化物半导体发光二极管元件等氮化物半导体发光元件、 氮化物半导体晶体管元件等电子器件的构成部件加以使用。如果使用本实施方式的氮化物半导体结构体10，则能够制作结晶度高的氮化物半导体发光元件，具有提高内部量子效率、减少泄漏故障等效果。如果使用本实施方式的氮化物半导体结构体10，则能够制作出结晶度高的氮化物半导体晶体管元件，具有减少泄漏故障等效果。
[0175]〈第二实施方式〉
[0176][氮化物半导体发光二极管元件的结构]
[0177]本实施方式提示一种具有第一实施方式的氮化物半导体结构体及形成在氮化物结构体上的层积结构的氮化物半导体发光二极管元件。图13是表示本实施方式的氮化物半导体发光二极管元件的剖面示意图。图13所示的氮化物半导体发光二极管元件100在第一实施方式的氮化物半导体结构体10的平坦的第四基板平行面6a上依次层积η型氮化物半导体接触层7、η型氮化物半导体包覆层9、氮化物半导体活性层11、ρ型氮化物半导体包覆层13、ρ型氮化物半导体接触层15及透光性电极层19，在透光性电极层19上设有P侧电极21，而且在η型氮化物半导体接触层7表面的一部分设有η侧电极20，ρ侧电极21及η侧电极以外其他露出的表面由绝缘保护膜23覆盖。下面，说明本实施方式的氮化物半导体发光二极管元件100的制造方法。在后述的工序之间当然可以包括其他的工序。
[0178][氮化物半导体发光二极管元件的制造方法]
[0179]首先，例如通过MOCVD法，在氮化物半导体结构体10的第四基础层6的平坦的第四基板平行面6a上形成η型氮化物半导体接触层7。然后，在η型氮化物半导体接触层7的表面上形成η型氮化物半导体包覆层9。接着，在η型氮化物半导体包覆层9的表面上形成氮化物半导体活性层11。然后，在氮化物半导体活性层11的表面上形成P型氮化物半导体包覆层13。接着，在ρ型氮化物半导体包覆层13的表面上形成ρ型氮化物半导体接触层15。
[0180]接着，在p型氮化物半导体接触层15的表面上形成例如由IT0(Indium TinOxide:氧化铟锡)形成的透光性电极层19后，在透光性电极层19的表面上形成P侧电极21。作为P侧电极21，例如可以形成镍层、铝层、钛层及金层的层积膜。
[0181]接着，通过蚀刻除去形成P侧电极21后的层积体的一部分，由此使η型氮化物半导体接触层7的表面的一部分露出。
[0182]然后，在η型氮化物半导体接触层7露出的表面上形成η侧电极20。作为η侧电极20，例如可以形成镍层、铝层、钛层及金层的层积膜。
[0183]之后，在形成η侧电极20后的层积体的整个面上形成SiO2等绝缘保护膜23，在绝缘保护膜23上设置开口部以露出P侧电极21及η侧电极20，并且将形成有多个氮化物半导体发光二极管元件100的晶片分割成个别的元件，由此，能够制作出第一实施方式的氮化物半导体发光二极管元件100。
[0184]在此，例如对在基板I上形成上述结构的晶片的背面进行研磨与抛光而形成镜状表面后，将晶片分割成一边为100 μ m~1000 μ m的长方形状的芯片，由此，能够对晶片进行分割。
[0185]按照上述方法制作的第一实施方式的氮化物半导体发光二极管元件100在结晶度良好且平坦的第四基板平行面6a上依次层积η型氮化物半导体接触层7、η型氮化物半导体包覆层9、氮化物半导体活性层11、P型氮化物半导体包覆层13及P型氮化物半导体接触层15。
[0186]为此，对于η型氮化物半导体接触层7、η型氮化物半导体包覆层9、氮化物半导体活性层11、Ρ型氮化物半导体包覆层13及P型氮化物半导体接触层15，能够形成为位错密度降低、具有良好结晶度的结构。
[0187]因此，由上述具有良好结晶度的氮化物半导体层所形成的第二实施方式的氮化物半导体发光二极管元件100是动作电压低且发光输出高的元件，进而能够有效地进行制造。
[0188]〈第三实施方式〉
[0189][发光装置]
[0190]本实施方式提供一种作为构成部件具有第二实施方式的氮化物半导体发光二极管元件的发光装置。图14是表示本实施方式的发光装置的剖面示意图。图14所示的发光装置110将第二实施方式的氮化物半导体发光二极管元件100作为构成部件。发光装置110将氮化物半导体发光二极管元件100设置在第二引线框架31上，通过第一金属细线33将氮化物半导体发光二极管元件100的P侧电极21与第一引线框架30电连接，并且通过第二金属细线34将氮化物半导体发光二极管元件100的η侧电极20与第二引线框架31电连接。然后，利用透明成型树脂35模制出氮化物半导体发光二极管元件100，由此，能够制造出炮弹状的发光装置110。
[0191]因为图14所示结构的第三实施方式的发光装置110使用了第二实施方式的氮化物半导体发光二极管元件100，所以能够成为动作电压低、发光输出高且可有效制造的发光
>j-U ρ?α装直。
[0192]〈第四实施方式〉[0193][氮化物半导体晶体管元件]
[0194]第四实施方式是具有第一实施方式的氮化物半导体结构体10以及形成在氮化物半导体结构体10上的层积结构的氮化物半导体晶体管元件。图15是表示本实施方式的氮化物半导体晶体管元件的剖面示意图。作为氮化物半导体晶体管元件300的构成部件被使用的氮化物半导体结构体10的结构包括:由将在等价的三个a (sub)轴方向上配置凸部Ia的c面作为主面的蓝宝石基板形成的基板1、在基板I的表面上依次层积的由AlN等形成的氮化物半导体中间层2、由无掺杂GaN等形成的第一氮化物半导体基础层3、由无掺杂GaN等形成的第二氮化物半导体基础层4、由无掺杂GaN等形成的第三氮化物半导体基础层5及由无掺杂GaN等形成的第四氮化物半导体基础层6。
[0195]然后，在晶体缺陷少且具有良好结晶度的第四氮化物半导体基础层6的平坦的第四基板平行面6a上层积由无掺杂GaN等形成的氮化物半导体电子传输层71，在氮化物半导体电子传输层71的表面上层积由η型AlGaN等形成的η型氮化物半导体电子供给层73。
[0196]在η型氮化物半导体电子供给层73的表面上设置栅极电极77，在栅极电极77的两侧设置由η型GaN等形成的源极接触层75S和漏极接触层75D。而且，在源极接触层75S上设置源极电极78S，在漏极接触层7?上设置漏极78D。
[0197]在第四实施方式的氮化物半导体晶体管元件300中，在结晶度高的第四氮化物半导体基础层6的平坦的第四基板平行面6a上层积氮化物半导体电子传输层71及η型氮化物半导体电子供给层73等氮化物半导体层。由此，特别能够减少氮化物半导体电子传输层71最上面的二维电子传输区域的晶体缺陷，所以能够提高电子的移动度。
[0198]符号说明 [0199]I基板；Ia凸部；Ib凹区域；2氮化物半导体中间层；3第一氮化物半导体基础层；3a第一小斜面；3b第一基板平行面；4第二氮化物半导体基础层；4a第二小斜面；4b第二基板平行面；5第三氮化物半导体基础层；5a第三小斜面；5b第三基板平行面；6第四氮化物半导体基础层；6a第四基板平行面；7 η型氮化物半导体接触层；9 η型氮化物半导体包覆层；10氮化物半导体结构体；11氮化物半导体活性层；13 ρ型氮化物半导体包覆层；15 P型氮化物半导体接触层；19透光性电极层；20 η侧电极；21 ρ侧电极；23绝缘保护膜；30第一引线框架；31第二引线框架；33第一金属细线；34第二金属细线；71氮化物半导体电子传输层；73 η型氮化物半导体电子供给层；77栅极电极；75S源极接触层；7?漏极接触层；78S源极电极；78D漏极电极；100半导体发光二极管元件；110发光装置；300氮化物半导体晶体管。
【权利要求】
1.一种氮化物半导体结构体，其特征在于，具有: 基板，由三方晶刚玉或六方晶的晶体形成，其表面具有多个凸部且表面被氮化物半导体中间层覆盖； 在所述基板上的所述凸部与所述凸部之间，以露出包括所述凸部的中心的至少一部分表面的方式依次设置的第一氮化物半导体基础层、覆盖所述第一氮化物半导体基础层整体的第二氮化物半导体基础层、覆盖所述第二氮化物半导体基础层整体的第三氮化物半导体基础层； 第四氮化物半导体基础层，其覆盖所述凸部所露出的所述表面及所述第三氮化物半导体基础层的整体； 所述第一氮化物半导体基础层具有第一小斜面； 所述第二氮化物半导体基础层具有第二小斜面和第二基板平行面； 所述第三氮化物半导体基础层具有第三小斜面和第三基板平行面。
2.如权利要求1所述的氮化物半导体结构体，其特征在于，所述第一氮化物半导体基础层还具有第一基板平行面。
3.如权利要求2所述的氮化物半导体结构体，其特征在于，所述第一氮化物半导体基础层在从与所述基板 的主面垂直的方向的俯视中，所述第一小斜面的面积比例大于所述第一基板平行面的面积比例。
4.如权利要求1~3中任一项所述的氮化物半导体结构体，其特征在于，所述第二氮化物半导体基础层在从与所述基板的主面垂直的方向的俯视中，所述第二小斜面的面积比例小于所述第二基板平行面的面积比例。
5.如权利要求1~4中任一项所述的氮化物半导体结构体，其特征在于，所述第三氮化物半导体基础层在从与所述基板的主面垂直的方向的俯视中，所述第三小斜面的面积比例大于所述第三基板平行面的面积比例。
6.如权利要求1~5中任一项所述的氮化物半导体结构体，其特征在于，将所述第一小斜面相对于所述基板的主面的角度设为Θ 1，且将所述第二小斜面相对于所述基板的主面的角度设为Θ 2时，满足Θ I < Θ 2的关系。
7.如权利要求6所述的氮化物半导体结构体，其特征在于，将所述第三小斜面相对于所述基板的主面的角度设为Θ 3时，满足Θ I < Θ 3 < Θ 2的关系。
8.一种氮化物半导体发光元件，其特征在于，具有权利要求1所述的氮化物半导体结构体及形成在所述氮化物半导体结构体上的层积结构。
9.一种氮化物半导体晶体管元件，其特征在于，具有权利要求1所述的氮化物半导体结构体及形成在所述氮化物半导体结构体上的层积结构。
10.一种氮化物半导体结构体的制造方法，其特征在于，包括: 在由三方晶刚玉或六方晶的晶体形成且表面具有多个凸部的基板的所述表面上以反映所述表面的形状的方式形成氮化物半导体中间层的工序； 在所述基板的表面上的所述凸部与所述凸部之间，以露出包括所述凸部的中心的至少一部分表面的方式形成具有第一小斜面的第一氮化物半导体基础层的工序； 在所述基板的表面上的所述凸部与所述凸部之间，以覆盖所述第一氮化物半导体基础层的整体且露出包括所述凸部的中心的至少一部分表面的方式形成具有第二小斜面和第二基板平行面的第二氮化物半导体基础层的工序； 在所述基板的表面上的所述凸部与所述凸部之间，以覆盖所述第二氮化物半导体基础层的整体且露出包括所述凸部的中心的至少一部分表面的方式形成具有第三小斜面和第三基板平行面的第三氮化物半导体基础层的工序； 以覆盖所述凸部的未被所述第三氮化物半导体基础层覆盖的表面和所述第三氮化物半导体基础层的整体的方式形成第四氮化物半导体基础层的工序。
11.如权利要求10所述的氮化物半导体结构体的制造方法，其特征在于，通过金属有机物气相外延法形成所述第一氮化物半导体基础层、所述第二氮化物半导体基础层、所述第三氮化物半导体基础层及所述第四氮化物半导体基础层； 在金属有机物气相外延装置内，一边对所述基板进行加热并且使所述基板旋转，一边与含有氢气的载气一起供给V族元素用原料气和III族元素用原料气，提高金属有机物气相外延装置内的压力来进行所述金属有机物气相外延法； 形成第一氮化物半导体基础层的条件与形成第二氮化物半导体基础层的条件满足以下Al、B1、Cl、DI及EI关系中的至少一个关系: Al.形成第一氮化物半导体基础层时基板的加热温度低于形成第二氮化物半导体基础层时基板的加热温度； B1.形成第一氮化物半导体基础层时金属有机物气相外延装置内的压力高于形成第二氮化物半导体基础层时金属有机物气相外延装置内的压力； Cl.形成第一氮化物半导体基础层时单位时间被供给的V族元素用原料气的摩尔量相对于III族元素用原料气的摩尔量的比高于形成第二氮化物半导体基础层时的所述比； D1.形成第一氮化物半导体基础层时基板的单位时间旋转数小于形成第二氮化物半导体基础层时基板的单位时间旋转数； E1.形成第一氮化物半导体基础层时氢气相对于载气整体体积的体积比高于形成第二氮化物半导体基础层时氢气相对于载气整体体积的体积比。
12.如权利要求10或11所述的氮化物半导体结构体的制造方法，其特征在于，通过金属有机物气相外延法形成所述第一氮化物半导体基础层、所述第二氮化物半导体基础层、所述第三氮化物半导体基础层及所述第四氮化物半导体基础层； 在金属有机物气相外延装置内，一边对所述基板进行加热并且使所述基板旋转，一边与含有氢气的载气一起供给V族元素用原料气和III族元素用原料气，提高金属有机物气相外延装置内的压力来进行所述金属有机物气相外延法； 形成第一氮化物半导体基础层的条件与形成第三氮化物半导体基础层的条件满足以下AI1、BI1、CI1、DII及EII关系中的至少一个关系: AU.形成第一氮化物半导体基础层时基板的加热温度高于形成第三氮化物半导体基础层时基板的加热温度； BH.形成第一氮化物半导体基础层时金属有机物气相外延装置内的压力低于形成第三氮化物半导体基础层时金属有机物气相外延装置内的压力；CU.形成第一氮化物半导体基础层时单位时间被供给的V族元素用原料气的摩尔量相对于III族元素用原料气的摩尔量的比低于形成第三氮化物半导体基础层时的所述比；DI1.形成第一氮化物半导体基础层时基板的单位时间旋转数大于形成第三氮化物半导体基础层时基板的单位时间旋转数； EU.形成第一氮化物半导体基础层时氢气相对于载气整体体积的体积比低于形成第三氮化物半导体基础层时氢气相对于载气整体体积的体积比。
13.如权利要求10~12中任一项所述的氮化物半导体结构体的制造方法，其特征在于，通过金属有机物气相外延法形成所述第一氮化物半导体基础层、所述第二氮化物半导体基础层、所述第三氮化物半导体基础层及所述第四氮化物半导体基础层； 在金属有机物气相外延装置内，一边对所述基板进行加热并且使所述基板旋转，一边与含有氢气的载气一起供给V族元素用原料气和III族元素用原料气，提高金属有机物气相外延装置内的压力来进行所述金属有机物气相外延法； 形成第二氮化物半导体基础层的条件与形成第四氮化物半导体基础层的条件满足以下AII1、BII1、CII1、DIII及EIII关系中的至少一个关系: Am.形成第四氮化物半导体基础层时基板的加热温度高于形成第二氮化物半导体基础层时基板的加热温度； BII1.形成第四氮化物半导体基础层时金属有机物气相外延装置内的压力低于形成第二氮化物半导体基础层时金属有机物气相外延装置内的压力； Cm.形成第四氮化物半导体基础层时单位时间被供给的V族元素用原料气的摩尔量相对于III族元素用原料气的摩尔量的比低于形成第二氮化物半导体基础层时的所述比；DII1.形成第四氮化物 半导体基础层时基板的单位时间旋转数大于形成第二氮化物半导体基础层时基板的单位时间旋转数； EII1.形成第四氮化物半导体基础层时氢气相对于载气整体体积的体积比低于形成第二氮化物半导体基础层时氢气相对于载气整体体积的体积比。
【文档编号】H01L29/778GK104025260SQ201380003707
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2013年7月29日 优先权日:2012年8月3日
【发明者】浦田章纮, 村田彻 申请人:夏普株式会社
相关技术
网友询问留言
已有0条留言
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！
1