08] 导电杂质的添加使0_Ga2O3基单晶基板51具有导电性，因此能够使用0_Ga 2O3 基单晶基板51形成在厚度方向上导电的LED元件50这样的垂直型半导体装置。另外， 0 -Ga203基单晶基板51对于宽范围波长的光是透明的。因此，在LED元件50这样的发光 装置中，能够在0 -Ga203基单晶基板51侧发出光。
[0109] 由半导体多层结构40的氮化物半导体层42形成的n型覆层53包含较少的丘状 缺陷。因此，通过外延生长形成在这种n型覆层53上的发光层54、p型覆层55和接触层56 也包含较少的缺陷。因此，LED元件50在漏电流特征、可靠性和驱动性能等方面是优良的。 [0110]发光层54例如由三层多量子阱结构及其上的10nm厚的GaN晶体膜构成。每个多 量子阱结构由8nm厚的GaN晶体膜和2nm厚的InGaN晶体膜构成。例如通过以750°C的生 长温度在n型覆层53上外延生长各晶体膜来形成发光层54。
[0111] P型覆层55例如是包含5. OX 1019/cm3浓度的Mg的150nm厚的GaN晶体膜。例如 通过以1000°C的生长温度在发光层54上外延生长含Mg的GaN晶体来形成p型覆层55。
[0112] 接触层56例如是包含1. 5X 102°/cm3浓度的Mg的10nm厚的GaN晶体膜。例如通 过以1000°C的生长温度在P型覆层55上外延生长含Mg的GaN晶体来形成接触层56。
[0113] 为了形成缓冲层52、n型覆层53、发光层54、p型覆层55和接触层56,可以使用作 为Ga原料的TMG(三甲基镓）气体、作为In原料的TMI (三甲基铟）气体、作为Si原料的 (C2H5)2SiH2(二乙基硅烷）气体、作为Mg原料的Cp2Mg(二（戊基）镁）气体和作为N原料 的NH 3(氨）气体。
[0114] 绝缘膜59由诸如SiOjA绝缘材料形成，并且例如通过溅射形成。
[0115] p侧电极57和n侧电极58是分别与接触层56和-Ga20 3基单晶基板51进行欧 姆接触的电极，并且是例如使用气相沉积设备形成的。
[0116] 缓冲层52、n型覆层53、发光层54、p型覆层55、接触层56、p侧电极57和n侧电 极58形成在晶片形式的f3-Ga 203基单晶基板51(f3-Ga203基单晶基板1)上，然后通过划片 法将0 _Ga203基单晶基板51切割成例如300 y m正方形尺寸的芯片，从而获得LED元件50。
[0117] LED元件50例如是配置为在-Ga203基单晶基板51侧发出光的LED芯片，并且 使用Ag胶安装在CAN型芯柱上。
[0118] 尽管作为包括第一实施方式的半导体多层结构40的半导体元件的例子描述了作 为发光元件的LED元件50,但是该半导体元件不局限于此，可以是其他发光元件，如激光二 极管，或者其他元件，如晶体管。即使使用半导体多层结构40形成另一种元件时，也可以获 得高质量的元件，因为通过外延生长形成在半导体多层结构40上的层与LED元件50同样 具有较少的缺陷。
[0119] 图12A、图12B和图12C是分别示出使用氮化物半导体层42的无丘状缺陷区域形 成的LED元件50 (下文称为LED元件50a)、使用有少量丘状缺陷的区域形成的LED元件 50 (下文称为LED元件50b)和使用有许多丘状缺陷的区域形成的LED元件50 (下文称为 LED元件50c)的表面的光学显微镜观察图像。
[0120] 图中的箭头指向LED元件50b和50c的表面（p侧电极57的表面）上主要丘状缺 陷的位置。LED元件50a、50b和50c具有ImmX1mm的正方形平面形状。LED元件50b和 50c的丘状缺陷密度分别为1. 2X103/cm2和2. 0X103/cm2。在观察和下述漏电流测量时， LED元件50a、50b和50c的0-Ga203基单晶基板51还未被分割为芯片尺寸。
[0121] 在 LED 元件 50a、50b 和 50c 中，0 -Ga203基单晶基板 51 是 400 ym 厚的 0 -Ga203 单晶基板，缓冲层52是5nm厚的A1N晶体层，n型覆层53是5 y m厚的GaN晶体层，发光层 54具有由8nm厚的GaN晶体膜和2nm厚的InGaN晶体膜构成的多量子阱结构，p型覆层55 是150nm厚的GaN晶体层，接触层56是10nm厚的GaN晶体层，p侧电极57具有通过层叠 500nm厚的Ag膜、1 y m厚的Pt膜和3 y m厚的AuSn膜形成的结构，n侧电极58具有通过 层叠50nm厚的Ti膜和1 y m厚的Au膜形成的结构。
[0122] 在p侧电极57和n侧电极58之间施加2.0V的正向电压时的电流值（漏电流的 大小）对于LED元件50a是3. 1 y A，对于LED元件50b是126 y A，对于LED元件50c是不 低于1000 y A(等于或大于测量装置的测量极限）。另外，当检测LED元件50a、50b和50c 的发光状态时，LED元件50a和50b发光，而LED元件50c不发光。
[0123] 图13是示出与LED元件50a、50b和50c具有相同结构的LED元件50中丘状缺 陷密度与漏电流的大小之间关系的图。在图13中，横轴表示LED元件50中的丘状缺陷密 度（/cm 2)，纵轴表不在p侧电极57和n侧电极58之间施加2. 0V正向电压时漏电流的大小 (yA)。图中的虚线表示测量装置的测量漏电流的极限值。
[0124] 图13示出当LED元件50中的丘状缺陷密度超过IX 103/cm2时漏电流急剧增加。 LED元件50中的丘状缺陷密度基本等于f3-Ga 203基单晶基板51的位错密度。因此，当 0 -Ga203基单晶基板51的位错密度不超过1 X 10 3/cm2时获得性能和可靠性都优良的LED元 件50。
[0125] (实施方式的效果）
[0126] 在第一实施方式中，通过对使用第一实施方式中描述的生长方法生长的具有较 少位错的高质量0_Ga 2O3基单晶进行处理，可以获得具有低位错密度和优良晶体质量的 0-Ga2O 3基单晶基板。另外，通过在这种具有低位错密度的0-Ga2O3基单晶基板上外延生 长氮化物半导体晶体，可以形成具有低丘状缺陷和优良晶体质量的氮化物半导体层，并可 由此获得高质量的半导体多层结构。
[0127] 在第二实施方式中，在第一实施方式中获得的高质量半导体多层结构的使用使得 可以在其上外延生长高质量的晶体膜，因此可以获得具有高晶体质量的高性能半导体元 件。
[0128] 应当指出，本发明不意图局限于上述实施方式，并且在不偏离本发明的要点的情 况下可以进行各种修改。
[0129] 另外，根据权利要求的发明不局限于实施方式。此外，应当指出，上述实施方式中 描述的特征的全部组合不是解决本发明的问题所必须的。
【主权项】
1. 一种半导体多层结构，包括： 0 -Ga2O3基单晶基板，其主面的位错密度不超过I X 10 3/cm2;以及 氮化物半导体层，其包括外延生长在所述0 -Ga2O3基单晶基板上的Al xGayInzN (0 < X < 1，0 < y < 1，0 < z < 1，x+y+z = 1)晶体。2. 根据权利要求1所述的半导体多层结构，在所述0 -Ga2O3基单晶基板和所述氮化物 半导体层之间还具有包括AlxGa yInzN(0彡X彡1,0彡y彡1,0彡z彡l，x+y+z = 1)晶体 的缓冲层。3. 根据权利要求1或2所述的半导体多层结构，其中所述氮化物半导体层包括GaN晶 体。4. 一种半导体元件，包括： 根据权利要求1或2所述的半导体多层结构。5. -种半导体元件，包括： 根据权利要求3所述的半导体多层结构。
【专利摘要】一种半导体多层结构包括：β-Ga2O3基单晶基板，其主面的位错密度不超过1×103/cm2；以及氮化物半导体层，其包括外延生长在所述β-Ga2O3基单晶基板上的AlxGayInzN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，x+y+z＝1)晶体。
【IPC分类】H01L33/32, H01L33/12, H01L33/02
【公开号】CN104882519
【申请号】CN201510089789
【发明人】佐藤慎九郎
【申请人】株式会社田村制作所, 株式会社光波
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年2月27日
【公告号】US20150249189