專利名稱：Iii族氮化物半導(dǎo)體元件、外延襯底及制作iii族氮化物半導(dǎo)體元件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及III族氮化物半導(dǎo)體元件、外延襯底及制作III族氮化物半導(dǎo)體元件的方法。
背景技術(shù)：
在非專利文獻(xiàn)1中，記載了斜切在m面GaN襯底中的影響。實(shí)驗(yàn)使用在W00-1] 方向上具有斜切角度的(1-100)面GaN襯底進(jìn)行。斜切角為0.45、0.75、5.4及9.6度。表面形態(tài)隨著斜切角度的增大而得到改善。在非專利文獻(xiàn)2中，記載了 m面GaN上的棱錐形狀的凸起(t > 口 ^夕)。若使斜切角在從a軸朝向C-軸的方向上從0度改變至10度，則可減少凸起。在非專利文獻(xiàn)3中，關(guān)于在m面GaN襯底上制作的hGaN/GaN發(fā)光二極管的光學(xué)特性，記載了 GaN襯底的晶軸的傾斜。在非專利文獻(xiàn)4中，記載了在半極性(11-22)面GaN襯底上形成的hGaN/GaN量子阱結(jié)構(gòu)。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)非專利文獻(xiàn)非專利文獻(xiàn) 1 :Hisashi Yamada et al.，Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 46, No. 46， (2007)，pp.L1117-L1119非專利文獻(xiàn)2 :A. Hirai et al.，Appl. Phys. Lett. 91，191906(2007)非專禾Ij 文獻(xiàn) 3 :Hisashi Yamada et al. , J. Crystal Growth, 310, (2008), pp.4968-4971非專利文獻(xiàn)4 :Μ· Ueda et al. , Appl. Phys. Lett. 89211907 (2006)

發(fā)明內(nèi)容
在GaN等III族氮化鎵基半導(dǎo)體襯底的半極性面GaN上外延生長(zhǎng)的GaN膜，其表面形態(tài)并不良好。根據(jù)本發(fā)明人的發(fā)現(xiàn)，半極性氮化鎵基半導(dǎo)體上的外延生長(zhǎng)顯示出與c 面、m面、a面等面取向的結(jié)晶面上的生長(zhǎng)不同的狀態(tài)。根據(jù)本發(fā)明人的實(shí)驗(yàn)，半極性氮化鎵基半導(dǎo)體的外延膜的表面形態(tài)出現(xiàn)凹坑等較大的凹部。半極性面上的凹坑具有與c面上的凹坑不同的形狀。外延膜的半極性面上的凹坑，其形狀不具有對(duì)稱性，開口形狀為顯示出較大縱橫比的橫長(zhǎng)或縱長(zhǎng)的形狀。因此，半極性面上的凹坑在外延膜表面上對(duì)較大的區(qū)域造成影響。根據(jù)本發(fā)明人的研究，半極性面上的凹坑在半導(dǎo)體元件中使漏電流增加。此外，如果電極形成在包含上述凹坑的表面形態(tài)的外延膜上，則正向及逆向施加電壓時(shí)，會(huì)由于該形態(tài)異常而產(chǎn)生漏電。進(jìn)而，發(fā)光元件中發(fā)光的波長(zhǎng)半高寬增大。本發(fā)明的目的在于提供包含具有良好的表面形態(tài)的半極性外延膜的III族氮化物半導(dǎo)體元件，此外，本發(fā)明的目的在于提供用于該III族氮化物半導(dǎo)體元件的外延襯底， 進(jìn)而，本發(fā)明的目的在于提供制作該III族氮化物半導(dǎo)體元件的方法。本發(fā)明的一個(gè)方面的III族氮化物半導(dǎo)體元件包括(a)支撐基體，其包含III族氮化物半導(dǎo)體，且具有沿著與基準(zhǔn)軸正交的第一基準(zhǔn)平面延伸的主面，所述基準(zhǔn)軸相對(duì)于該III族氮化物半導(dǎo)體的C軸以規(guī)定的角度ALPHA傾斜；和(b)外延半導(dǎo)體區(qū)域，其設(shè)置在所述支撐基體的所述主面上。所述外延半導(dǎo)體區(qū)域包含多個(gè)氮化鎵基半導(dǎo)體層，所述基準(zhǔn)軸沿著從該III族氮化物半導(dǎo)體的c軸朝向m軸及a軸中的任意一軸的第一晶軸的方向以 10度以上且小于80度的范圍的第一角度ALPHAl傾斜，所述基準(zhǔn)軸沿著從該III族氮化物半導(dǎo)體的c軸朝向m軸及a軸中的任意另一軸的第一晶軸的方向以-0. 30度以上且+0. 30 度以下的范圍的第二角度ALPHA2傾斜，所述規(guī)定的角度、所述第一角度及所述第二角度具有ALPHA = (ALPHA12+ALPHA22)1/2的關(guān)系，所述外延半導(dǎo)體區(qū)域的最表面的形態(tài)包含多個(gè)凹坑，所述凹坑的凹坑密度為5X IO4CnT2以下。本發(fā)明的另一方面為一種用于III族氮化物半導(dǎo)體元件的外延襯底。該外延襯底包括(a)襯底，其包含III族氮化物半導(dǎo)體，且具有沿著與基準(zhǔn)軸正交的第一基準(zhǔn)平面延伸的主面，所述基準(zhǔn)軸相對(duì)于該III族氮化物半導(dǎo)體的c軸以規(guī)定的角度ALPHA傾斜；和 (b)外延半導(dǎo)體區(qū)域，其設(shè)置在所述襯底的所述主面上。所述外延半導(dǎo)體區(qū)域包含多個(gè)氮化鎵基半導(dǎo)體層，所述基準(zhǔn)軸沿著從該III族氮化物半導(dǎo)體的c軸朝向m軸及a軸中的任意一軸的第一晶軸的方向以10度以上且小于80度的范圍的第一角度ALPHAl傾斜，所述基準(zhǔn)軸沿著從該III族氮化物半導(dǎo)體的c軸朝向m軸及a軸中的任意另一軸的第二晶軸的方向以-0. 30度以上且+0. 30度以下的范圍的第二角度ALPHA2傾斜，所述規(guī)定的角度、所述第一角度及所述第二角度具有ALPHA = (ALPHA12+ALPHA22)1/2的關(guān)系，所述外延半導(dǎo)體區(qū)域的最表面形態(tài)包含多個(gè)凹坑，所述凹坑的凹坑密度為5X IO4CnT2以下。在上述方面的III族氮化物半導(dǎo)體元件及外延襯底中，第二角度ALPHA2的值在-0. 30度以上且+0. 30度以下的范圍內(nèi)。在設(shè)置于半極性面的基底上的外延半導(dǎo)體區(qū)域中，因c軸相對(duì)于上述晶軸的傾斜方向發(fā)生少許變化而引起的凹坑生成及其擴(kuò)大得到抑制。因此，外延半導(dǎo)體區(qū)域可向半極性的外延膜提供良好的表面形態(tài)。本發(fā)明的再一方面為一種制作III族氮化物半導(dǎo)體元件的方法。該方法包括(a) 準(zhǔn)備襯底的步驟，所述襯底包含III族氮化物半導(dǎo)體，且具有沿著與基準(zhǔn)軸正交的第一基準(zhǔn)平面延伸的主面，所述基準(zhǔn)軸相對(duì)于該III族氮化物半導(dǎo)體的C軸以規(guī)定的角度ALPHA 傾斜；和(b)在所述襯底的所述主面上生長(zhǎng)包含多個(gè)氮化鎵基半導(dǎo)體層的外延半導(dǎo)體區(qū)域的步驟。所述外延半導(dǎo)體區(qū)域包含多個(gè)氮化鎵基半導(dǎo)體層，所述基準(zhǔn)軸沿著從該III族氮化物半導(dǎo)體的c軸朝向m軸及a軸中的任意一軸的第一晶軸的方向以10度以上且小于80度的范圍的第一角度ALPHAl傾斜，所述基準(zhǔn)軸沿著從該III族氮化物半導(dǎo)體的c軸朝向m軸及a軸中的任意另一軸的第二晶軸的方向以-0. 30度以上且+0. 30度以下的范圍的第二角度ALPHA2傾斜，所述規(guī)定的角度、所述第一角度及所述第二角度具有ALPHA = (ALPHA12+ALPHA22)"2的關(guān)系，所述外延半導(dǎo)體區(qū)域的最表面的形態(tài)包含多個(gè)凹坑，所述凹坑的凹坑密度為5X IO4CnT2以下。根據(jù)該方面，第二角度ALPHA2的值在-0.30度以上且+0.30度以下的范圍內(nèi)。在半極性面的基底上生長(zhǎng)外延半導(dǎo)體區(qū)域時(shí)，可抑制因c軸相對(duì)于所述晶軸的傾斜方向發(fā)生少許變化而引起的凹坑生成及其擴(kuò)大。因此，在III族氮化物半導(dǎo)體元件的制作中，可向半極性的外延膜提供良好的表面形態(tài)。在上述方面的發(fā)明中，在所述凹坑的開口中，第一方向上的第一開口寬度小于與該第一方向正交的第二方向上的第二開口寬度，所述第一方向由第二基準(zhǔn)平面與該凹坑的交叉規(guī)定，所述第二基準(zhǔn)平面由該III族氮化物半導(dǎo)體的C軸與所述第一晶軸規(guī)定。根據(jù)本發(fā)明，半極性面上的凹坑具有與c面上的凹坑不同的形狀。外延膜的半極性面上的凹坑， 其形狀不具有對(duì)稱性，形成為顯示出較大縱橫比的橫長(zhǎng)或縱長(zhǎng)的形狀。因此，半極性面上的凹坑在外延膜表面上對(duì)較大的區(qū)域造成影響，因此，凹坑密度的降低可有效地?cái)U(kuò)大良好形態(tài)的表面。在上述方面的發(fā)明中，所述外延半導(dǎo)體區(qū)域的膜厚為2μπι以上。根據(jù)本發(fā)明，認(rèn)為半極性面上的上述凹坑的原因在于以穿透位錯(cuò)等結(jié)晶缺陷為起點(diǎn)而產(chǎn)生的生長(zhǎng)異常。當(dāng)外延半導(dǎo)體區(qū)域的膜厚達(dá)到上述值左右時(shí)，生長(zhǎng)異常的頻率會(huì)對(duì)凹坑密度的增大造成影響。多數(shù)生長(zhǎng)異常會(huì)在外延半導(dǎo)體區(qū)域的最表面引起形態(tài)異常。穿透位錯(cuò)有從例如基底的氮化物區(qū)域延續(xù)而來(lái)的穿透位錯(cuò)。在上述方面的發(fā)明中，所述多個(gè)凹坑中的一部分具有IOOnm以上的深度。根據(jù)本發(fā)明，凹坑是生長(zhǎng)異常在生長(zhǎng)中延續(xù)至外延半導(dǎo)體區(qū)域的表面而產(chǎn)生的。深凹坑會(huì)對(duì)半導(dǎo)體元件的電特性造成影響。在上述方面的發(fā)明中，所述第一角度可為63度以上且小于80度。根據(jù)本發(fā)明，在上述角度范圍的外延半導(dǎo)體區(qū)域的表面上，與其他角度范圍相比，凹坑密度具有增加的傾向。在上述方面的發(fā)明中，所述第一角度優(yōu)選在-0. 10度以上且+0. 10度以下的范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明，第一角度在上述范圍內(nèi)時(shí)，有利于凹坑密度的降低。在上述方面的發(fā)明中，所述凹坑密度可為5Χ IO3CnT2以下。根據(jù)本發(fā)明，可提供具有良好凹坑密度的外延半導(dǎo)體區(qū)域。在上述方面的發(fā)明中，所述外延半導(dǎo)體區(qū)域可包含InGaN層，且所述第一角度可為70度以上且小于80度。根據(jù)本發(fā)明，可制作高h(yuǎn)組成的InGaN層，并且在該InGaN層中可降低凹坑密度。在上述方面的發(fā)明中，所述第一角度可為72度以上且小于78度。根據(jù)本發(fā)明，可制作高h(yuǎn)組成及低h偏析的InGaN層，并且在該InGaN層中可降低凹坑密度。在上述方面的III族氮化物半導(dǎo)體元件中，還可包括與所述外延半導(dǎo)體區(qū)域形成接觸的電極。根據(jù)本發(fā)明，可向III族氮化物半導(dǎo)體元件提供能減少由上述凹坑所引起的漏電流的電極。在上述方面的發(fā)明中，所述外延半導(dǎo)體區(qū)域可包含第一導(dǎo)電型氮化鎵基半導(dǎo)體層、第二導(dǎo)電型氮化鎵基半導(dǎo)體層及發(fā)光層，且所述發(fā)光層可設(shè)置在所述第一導(dǎo)電型氮化鎵基半導(dǎo)體層與所述第二導(dǎo)電型氮化鎵基半導(dǎo)體層之間。根據(jù)本發(fā)明，在外延半導(dǎo)體區(qū)域的生長(zhǎng)中，凹坑由某小面構(gòu)成，用于外延半導(dǎo)體區(qū)域的氮化鎵基半導(dǎo)體不僅生長(zhǎng)在原來(lái)的生長(zhǎng)面上，還生長(zhǎng)在凹坑的小面上。由于小面中構(gòu)成元素的摻入與原來(lái)的生長(zhǎng)面中該構(gòu)成元素的摻入不同，因此，在凹坑的附近，構(gòu)成元素的組成產(chǎn)生變化。尤其是在發(fā)光層的生長(zhǎng)中，由于小面中構(gòu)成元素(例如銦)的摻入與原來(lái)的生長(zhǎng)面中的摻入不同，因此，在凹坑的附近，構(gòu)成元素的組成產(chǎn)生變化，這使發(fā)射光譜的半高寬增加。在上述方面的發(fā)明中，所述支撐基體或襯底的所述III族氮化物半導(dǎo)體優(yōu)選為 GaN。根據(jù)本發(fā)明，可在GaN區(qū)域上設(shè)置外延半導(dǎo)體區(qū)域，并可減少凹坑密度以外的結(jié)晶質(zhì)量的下降。在上述方面的發(fā)明中，所述支撐基體或襯底的位錯(cuò)密度優(yōu)選為1 X IO6CnT2以下。根據(jù)本發(fā)明，可減少由基底的位錯(cuò)密度所引起的凹坑生成。本發(fā)明的再一方面的III族氮化物半導(dǎo)體元件的制作方法，可還包括形成與所述外延半導(dǎo)體區(qū)域形成接觸的電極的步驟。根據(jù)該方法，可降低凹坑密度，因此可減少位于電極正下方的凹坑的數(shù)量。本發(fā)明的上述目的及其他目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)參照附圖進(jìn)行的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的以下詳細(xì)敘述可更易理解。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，其目的在于提供包含具有良好表面形態(tài)的半極性外延膜的III族氮化物半導(dǎo)體元件，此外，其目的在于提供用于該III族氮化物半導(dǎo)體元件的外延襯底，進(jìn)而，其目的在于提供制作該III族氮化物半導(dǎo)體元件的方法。


圖1是概略性地表示本實(shí)施方式的III族氮化物半導(dǎo)體元件及外延襯底的共同要素的圖。圖2是概略性地表示作為III族氮化物半導(dǎo)體元件的發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)的圖。圖3是表示包括制作本實(shí)施方式的III族氮化物半導(dǎo)體元件的方法中的主要步驟的步驟流程的圖。圖4是示意性地表示制作本實(shí)施方式的III族氮化物半導(dǎo)體元件的方法中的主要步驟的圖。圖5是表示半極性襯底上的GaN外延膜的最表面上出現(xiàn)的凹坑的圖。圖6是表示半極性襯底上的GaN外延膜的最表面上出現(xiàn)的凹坑的圖。圖7是表示生長(zhǎng)在具有若干第二角度的主面的GaN襯底上的GaN外延膜的表面形態(tài)的圖。圖8是表示包含InGaN層的氮化鎵基外延半導(dǎo)體區(qū)域的發(fā)光的面分布的圖。圖9是表示使生長(zhǎng)溫度發(fā)生變化時(shí)的GaN外延膜的表面形態(tài)的圖。圖10是示意性地表示從c軸向m軸方向以75度的角度傾斜的(20_21)面等半極性面上的GaN生長(zhǎng)的圖。圖11是示意性地表示制作本實(shí)施方式的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的方法中的主要步驟的圖。圖12是概略性地表示實(shí)施例2中的半導(dǎo)體激光器的圖。標(biāo)號(hào)說(shuō)明Ila III族氮化物半導(dǎo)體元件lib外延襯底13支撐基體
13a支撐基體主面13b支撐基體背面15外延半導(dǎo)體區(qū)域ALPHA、ALPHA 1、ALPHA2 角度Ax基準(zhǔn)軸Rsub、Rgm 基準(zhǔn)平面Sc c HVC c軸向量15外延半導(dǎo)體區(qū)域15a最表面16a、16b、16c氮化鎵基半導(dǎo)體層J1、J2、J3 結(jié)17第一導(dǎo)電型氮化鎵基半導(dǎo)體層19第二導(dǎo)電型氮化鎵基半導(dǎo)體層21發(fā)光層23有源層25光導(dǎo)層27光導(dǎo)層23a勢(shì)壘層23b 阱層29a 電極51 襯底51a襯底主面53外延半導(dǎo)體區(qū)域55η型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域57發(fā)光層59ρ型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域
具體實(shí)施例方式通過(guò)參照作為例示給出的附圖來(lái)考慮以下詳細(xì)敘述，可容易地理解本發(fā)明的發(fā)現(xiàn)。接下來(lái)，參照附圖，對(duì)本發(fā)明的III族氮化物半導(dǎo)體元件及外延襯底、以及制作III族氮化物半導(dǎo)體元件及外延襯底的方法的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明?？赡艿那闆r下，對(duì)于同一部分附注同一標(biāo)號(hào)。圖1是概略性地表示本實(shí)施方式的III族氮化物半導(dǎo)體元件及外延襯底的共同要素的圖。III族氮化物半導(dǎo)體元件Ila包括支撐基體13及外延半導(dǎo)體區(qū)域15，此外，在外延襯底lib中使用襯底14代替支撐基體13。在后續(xù)說(shuō)明中，參照III族氮化物半導(dǎo)體元件 11a，對(duì)III族氮化物半導(dǎo)體元件Ila及外延襯底lib進(jìn)行說(shuō)明。支撐基體13可包含III 族氮化物半導(dǎo)體，例如包含GaN、InGaN, AlGaN, AlN等。支撐基體13具有主面13a及背面 13b，背面1 為主面13a的相反側(cè)的面。支撐基體13的主面13a沿著與基準(zhǔn)軸Ax正交的第一基準(zhǔn)平面延伸，所述基準(zhǔn)軸Ax相對(duì)于該III族氮化物半導(dǎo)體的c軸以規(guī)定的角度 ALPHA傾斜?；鶞?zhǔn)軸Ax沿著從該III族氮化物半導(dǎo)體的c軸朝向m軸及a軸中的任意一軸的第一晶軸(例如m軸)的方向以10度以上且小于80度的范圍內(nèi)的第一角度ALPHAl傾斜。因此，主面13a顯示出半極性。基準(zhǔn)軸Ax沿著從該III族氮化物半導(dǎo)體的c軸朝向m 軸及a軸中的任意另一軸的晶軸(例如a軸)的方向以-0. 30度以上且+0. 30度以下的范圍內(nèi)的第二角度ALPHA2傾斜。第二基準(zhǔn)平面Rqi由III族氮化物半導(dǎo)體的c軸與晶軸(例如m軸)規(guī)定。圖1中，繪出代表性的c面Sc，還繪出表示c軸方向的c軸向量VC。本實(shí)施例中，基準(zhǔn)軸Ax在主面13a的法線方向上延伸，并與法線向量VN —并表示。外延半導(dǎo)體區(qū)域15設(shè)置在支撐基體13的主面13a上。外延半導(dǎo)體區(qū)域15的最表面15a的形態(tài)包含多個(gè)凹坑，并且該凹坑的凹坑密度為5X IO4CnT2以下。本實(shí)施例中，基準(zhǔn)軸Ax在最表面15a的法線方向上延伸。本實(shí)施例中，外延半導(dǎo)體區(qū)域15可包含例如多個(gè)氮化鎵基半導(dǎo)體層16a、16b、16c。氮化鎵基半導(dǎo)體層16a與支撐基體13形成結(jié)J1，氮化鎵基半導(dǎo)體層16b與氮化鎵基半導(dǎo)體層16a形成結(jié)J2，氮化鎵基半導(dǎo)體層16c與氮化鎵基半導(dǎo)體層16b形成結(jié)J3。氮化鎵基半導(dǎo)體層16a、16b、16c是在支撐基體13上依次生長(zhǎng)的外延膜。在III族氮化物半導(dǎo)體元件Ila中，第二角度ALPHA2的值在-0. 30度以上且+0. 30 度以下的范圍內(nèi)。在半極性面的基底上生長(zhǎng)外延半導(dǎo)體區(qū)域15時(shí)，可抑制因c軸相對(duì)于上述晶軸的傾斜方向發(fā)生少許變化而引起的凹坑生成。因此，在III族氮化物半導(dǎo)體元件Ila 及外延襯底lib的制作中，可在半極性外延膜的表面1 上提供良好的表面形態(tài)。在III族氮化物半導(dǎo)體元件Ila中，支撐基體13 (外延襯底的襯底也與此相同) 的III族氮化物半導(dǎo)體優(yōu)選為GaN?？稍贕aN區(qū)域上設(shè)置外延半導(dǎo)體區(qū)域，并可減少凹坑密度以外的結(jié)晶質(zhì)量的下降。此外，支撐基體13(外延襯底的襯底也與此相同)的位錯(cuò)密度優(yōu)選為IXlO6CnT2以下。根據(jù)本發(fā)明，可減少由基底的位錯(cuò)密度所引起的凹坑的生成。圖2是概略性地表示作為III族氮化物半導(dǎo)體元件Ila的發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)的圖。 發(fā)光元件例如可為激光二極管、發(fā)光二極管。當(dāng)III族氮化物半導(dǎo)體元件Ila為發(fā)光元件時(shí)，如圖2所示，外延半導(dǎo)體區(qū)域15包含第一導(dǎo)電型氮化鎵基半導(dǎo)體層17、第二導(dǎo)電型氮化鎵基半導(dǎo)體層19及發(fā)光層21。發(fā)光層21可設(shè)置在第一導(dǎo)電型氮化鎵基半導(dǎo)體層17與第二導(dǎo)電型氮化鎵基半導(dǎo)體層19之間。第一導(dǎo)電型氮化鎵基半導(dǎo)體層17可包含例如η型覆層，η型覆層可包含例如GaN、AWaN及IniUGaN等。第二導(dǎo)電型氮化鎵基半導(dǎo)體層19可包含P型覆層，P型覆層可包含例如GaN、AWaN及IniUGaN等。發(fā)光層21可包含例如量子阱結(jié)構(gòu)的有源層23，必要時(shí)，發(fā)光層21可包含設(shè)置在第一導(dǎo)電型氮化鎵基半導(dǎo)體層17與有源層23之間的光導(dǎo)層25，光導(dǎo)層25可包含例如GaN層和/或InGaN層。發(fā)光層21可包含設(shè)置在第二導(dǎo)電型氮化鎵基半導(dǎo)體層19與有源層23之間的光導(dǎo)層27，光導(dǎo)層27可包含例如 GaN層和/或InGaN層。有源層23可包含在基準(zhǔn)軸Ax的方向上交替排列的勢(shì)壘層23a及阱層23b。阱層23b可包含例如InGaN層，勢(shì)壘層23a可包含例如GaN、InGaN層。在外延半導(dǎo)體區(qū)域15的生長(zhǎng)中，凹坑由某小面構(gòu)成，用于外延半導(dǎo)體區(qū)域15的氮化鎵基半導(dǎo)體不僅生長(zhǎng)在原來(lái)的生長(zhǎng)面上，還生長(zhǎng)在凹坑的小面上。由于小面中構(gòu)成元素的摻入與原來(lái)的生長(zhǎng)面中該構(gòu)成元素的摻入不同，因此在凹坑的附近，構(gòu)成元素的組成產(chǎn)生變化。尤其是在發(fā)光層21的生長(zhǎng)中，由于小面中構(gòu)成元素(例如銦)的摻入與原來(lái)的生長(zhǎng)面中的摻入不同，因此在凹坑的附近，構(gòu)成元素的組成產(chǎn)生變化，這使發(fā)射光譜的半高寬增加。III族氮化物半導(dǎo)體元件Ila包含設(shè)置在外延半導(dǎo)體區(qū)域15的表面1 上的電極 29a,電極29a可為與構(gòu)成外延半導(dǎo)體區(qū)域15的最上層15a的接觸層形成接觸的陽(yáng)極。由于降低了凹坑密度，因此可在III族氮化物半導(dǎo)體元件Ila中提供減少上述凹坑所引起的漏電流的電極^a。此外，可提供一種外延襯底，其可在III族氮化物半導(dǎo)體元件Ila中提供可減少由凹坑引起的漏電流的電極四3。外延半導(dǎo)體區(qū)域15的最上層1 顯示出可減少漏電流的良好的表面形態(tài)。III族氮化物半導(dǎo)體元件Ila可包含設(shè)置在支撐基體13的背面1 上的電極四比且電極29b可為陰極。在外延半導(dǎo)體區(qū)域15的最上層1 上的凹坑的開口中，第一方向上的第一開口寬度小于與該第一方向正交的第二方向上的第二開口寬度，所述第一方向由該凹坑與基準(zhǔn)平面Rcm的交叉規(guī)定。半極性面上的凹坑具有與c面上的凹坑不同的形狀。外延膜的半極性面上的凹坑，其形狀不具有對(duì)稱性，形成為顯示出大于1的較大縱橫比的橫長(zhǎng)或縱長(zhǎng)的形狀。 因此，半極性面上的凹坑在外延膜表面對(duì)較大的區(qū)域造成影響，因此，凹坑密度的降低可有效地?cái)U(kuò)大良好形態(tài)的表面。外延半導(dǎo)體區(qū)域15的膜厚為2 μ m以上。認(rèn)為半極性面上的上述凹坑的原因在于以穿透位錯(cuò)等結(jié)晶缺陷為起點(diǎn)而產(chǎn)生的生長(zhǎng)異常。當(dāng)外延半導(dǎo)體區(qū)域15的膜厚達(dá)到上述值左右時(shí)，生長(zhǎng)異常的頻率會(huì)對(duì)凹坑密度的增大造成影響。多數(shù)生長(zhǎng)異常會(huì)在外延半導(dǎo)體區(qū)域15的最表面1 上引起形態(tài)異常。穿透位錯(cuò)有從例如基底的氮化物區(qū)域延續(xù)而來(lái)的穿透位錯(cuò)。多個(gè)凹坑中的一部分具有IOOnm以上的深度。凹坑是生長(zhǎng)異常在生長(zhǎng)中延續(xù)至外延半導(dǎo)體區(qū)域15的表面1 而產(chǎn)生的。深凹坑會(huì)對(duì)半導(dǎo)體元件的電特性造成影響。第一角度ALPHAl可為63度以上且小于80度。在該角度范圍的外延半導(dǎo)體區(qū)域 15的表面1 上，與其他角度范圍相比，凹坑密度具有增加的傾向。另外，外延半導(dǎo)體區(qū)域可包含阱層等hGaN層。第一角度ALPHAl可為70度以上且小于80度?？芍谱鞲遠(yuǎn)組成的InGaN層，并且在該InGaN層中可降低凹坑密度。進(jìn)而，第一角度ALPHAl可為72度以上且小于78度?？芍谱鞲遠(yuǎn)組成及低h偏析的InGaN層，并且在該InGaN層中可降低凹坑
也/又。第二角度ALPHA2優(yōu)選在-0. 10度以上且+0. 10度以下的范圍內(nèi)。當(dāng)該角度在上述范圍內(nèi)時(shí)，有利于凹坑密度的降低。此外，當(dāng)凹坑密度為5X IO3CnT2以下時(shí)，可提供具有良好凹坑密度的外延半導(dǎo)體區(qū)域15。圖3是表示包括制作本實(shí)施方式的III族氮化物半導(dǎo)體元件的方法中的主要步驟的步驟流程的圖。圖4是示意性地表示制作本實(shí)施方式的III族氮化物半導(dǎo)體元件的方法中的主要步驟的圖。在步驟S 101中，如圖4的(a)部分所示，準(zhǔn)備襯底51。襯底51包含III族氮化物半導(dǎo)體。襯底51的主面51a沿著與基準(zhǔn)軸Ax正交的基準(zhǔn)平面延伸，所述基準(zhǔn)軸Ax相對(duì)于該III族氮化物半導(dǎo)體的c軸傾斜?；鶞?zhǔn)軸Ax沿著從該III族氮化物半導(dǎo)體的c軸朝向m軸及a軸中的任意一軸的晶軸的方向以第一角度ALPHAl傾斜，且第一角度ALPHAl在10度以上且小于80度的范圍內(nèi)。而且，基準(zhǔn)軸Ax沿著從該III族氮化物半導(dǎo)體的C軸朝向m軸及a軸中的任意另一軸的晶軸的方向以第二角度ALPHA2傾斜，且第二角度ALPHA2 在-0. 30度以上且+0. 30度以下的范圍內(nèi)。規(guī)定的角度ALPHA、第一角度ALPHAl及第二角度具有ALPHA = (ALPHA12+ALPHA22)V2的關(guān)系。在后續(xù)說(shuō)明中，使用GaN襯底(在后續(xù)說(shuō)明中參照為“襯底51”)作為襯底51的一例。在步驟S102中，將襯底51配置于生長(zhǎng)爐10中后，如圖4的(b)部分所示，使用生長(zhǎng)爐10對(duì)GaN襯底51進(jìn)行熱清洗。在攝氏1050度的溫度下，在生長(zhǎng)爐10中通入包含NH3 與H2的氣體G0，進(jìn)行10分鐘的熱處理。接著，使用有機(jī)金屬氣相生長(zhǎng)法，在襯底51上生長(zhǎng)多個(gè)氮化鎵基半導(dǎo)體層而制作外延襯底。原料使用三甲基鎵(TMG)、三甲基鋁(TMA)、三甲基銦(TMI)、氨氣(NH3)。摻雜劑氣體使用硅烷(SiH4)及雙環(huán)戊二烯鎂(CP2Mg)。在步驟S103中，如圖4的(c)部分所示，在襯底51的主面51a上生長(zhǎng)外延半導(dǎo)體區(qū)域53。外延半導(dǎo)體區(qū)域53可包含例如一層或多層氮化鎵基半導(dǎo)體層。由后續(xù)說(shuō)明可知， 外延半導(dǎo)體區(qū)域53的最表面53a的形態(tài)包含多個(gè)凹坑，且凹坑的凹坑密度為5 X IO4CnT2以下。通過(guò)這些步驟，制作用于III族氮化物半導(dǎo)體元件的外延襯底lib。如圖1所示， 該外延襯底lib包括襯底14及外延半導(dǎo)體區(qū)域15。襯底14包含III族氮化物半導(dǎo)體，且其主面14a沿著與基準(zhǔn)軸Ax正交的基準(zhǔn)平面Rsub延伸，所述基準(zhǔn)軸Ax相對(duì)于該III族氮化物半導(dǎo)體的c軸以規(guī)定的角度ALPHA傾斜。外延半導(dǎo)體區(qū)域15設(shè)置在襯底14的主面14a 上。基準(zhǔn)軸Ax沿著從該III族氮化物半導(dǎo)體的c軸朝向m軸及a軸中的任意一軸的第一晶軸的方向以10度以上且小于80度的范圍的第一角度ALPHAl傾斜?；鶞?zhǔn)軸Ax沿著從該 III族氮化物半導(dǎo)體的c軸朝向m軸及a軸中的任意另一軸的第二晶軸的方向以-0. 30度以上且+0. 30度以下的范圍的第二角度ALPHA2傾斜。規(guī)定的角度、第一角度及第二角度具有ALPHA = (ALPHA12+ALPHA22)1/2的關(guān)系。外延半導(dǎo)體區(qū)域15的最表面15a的形態(tài)包含多個(gè)凹坑，且該凹坑的凹坑密度為5X IO4CnT2以下。圖5是表示半極性襯底上的GaN外延膜的最表面上出現(xiàn)的凹坑的圖。參照?qǐng)D5的 (a)部分，與200μπι的比例尺一同示出凹坑的形態(tài)。如圖5的(b)部分所示，觀察到以位錯(cuò)等晶格缺陷為基點(diǎn)的、在單向上非對(duì)稱生長(zhǎng)的凹狀的形態(tài)異常。圖5的(b)部分中，在縱軸及橫軸上示出IOOym的比例尺。凹坑開口的尺寸為數(shù)十ym至數(shù)百μπι左右。圖6是表示半極性襯底上的GaN外延膜的最表面上出現(xiàn)的凹坑的圖。參照?qǐng)D6的 (a)部分，顯示出外延膜的最表面上出現(xiàn)的凹坑的截面的形狀。該截面是沿圖6的(b)部分所示的線CS而截取的。該凹坑的深度為IOOnm以上，還觀察到數(shù)μπι左右的更深的凹坑。 由于凹坑的開口具有較大的縱橫比，因此，半極性面上的外延膜上所形成的凹坑與c面上的外延膜上所形成的凹坑相比，由凹坑所引起的異常波及到表面的較廣范圍。(實(shí)施例1)圖7是表示生長(zhǎng)在具有若干第二角度的主面的GaN襯底上的GaN外延膜的表面形態(tài)的圖。準(zhǔn)備3種GaN襯底S1、S2、S3。這些GaN襯底具有從六方晶系GaN的c面向m軸方向以75度的角度傾斜的GaN主面，該傾斜面表示為(20-21)面。所有主面均經(jīng)鏡面研磨。外觀照片、GaN襯底、第二角度、第一角度-75. 09。
(a軸方向)、(c軸向m軸)。圖 7 的(a)部分、GaN 襯底 Sl 0. 26、 -0. 40。圖 7 的(b)部分、GaN 襯底 S2 -0. 12、 +0. 40。圖 7 的(c)部分、GaN 襯底 S3 -0. 03、 +0. 03。角度的單位為“度”。除了圖7所示的GaN外延膜的實(shí)驗(yàn)以外，各種實(shí)驗(yàn)均顯示出，a軸方向的微小角度偏移越小，形態(tài)越良好。而且，GaN的表面形態(tài)對(duì)于與a軸方向的微小角度偏移相同程度的 c軸方向的角度偏移并不敏感。根據(jù)本發(fā)明人的實(shí)驗(yàn)，第二角度ALPHA2可在-0. 30度以上且+0. 30度以下的范圍內(nèi)。當(dāng)該角度在上述范圍內(nèi)時(shí)，可降低凹坑密度。另外，當(dāng)凹坑密度為5X IO4CnT2以下時(shí)， 可提供具有低凹坑密度的最表面的氮化鎵基外延半導(dǎo)體區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明人的實(shí)驗(yàn)，第二角度ALPHA2優(yōu)選在-0. 10度以上且+0. 10度以下的范圍內(nèi)。當(dāng)該角度在上述范圍內(nèi)時(shí)，有利于凹坑密度的降低。另外，當(dāng)凹坑密度為5X IO3CnT2 以下時(shí)，可提供具有良好凹坑密度的最表面的氮化鎵基外延半導(dǎo)體區(qū)域。圖8是表示包含InGaN層的氮化鎵基外延半導(dǎo)體區(qū)域的發(fā)光的面分布的圖。參照?qǐng)D8的(a)部分，顯示出在氮化鎵基外延半導(dǎo)體區(qū)域的表面產(chǎn)生發(fā)光波長(zhǎng)的微小差異，發(fā)光不均與橫長(zhǎng)的凹坑的位置一致。圖8的(b)部分是示意性地表示凹坑PIT的截面的圖。凹坑的凹部分的側(cè)面由某些小面F1、F2形成。小面F1、F2中銦的摻入與通常的生長(zhǎng)面G中銦的摻入不同，因此在表面形態(tài)的正常部與異常部，發(fā)光波長(zhǎng)不同。因此，發(fā)射光譜中的發(fā)光波長(zhǎng)的半高寬增大。而且，在凹坑的凹部分中，發(fā)光波長(zhǎng)也由于小面的差異而不同。因此， 發(fā)射光譜中發(fā)光波長(zhǎng)的半高寬進(jìn)一步增大。如圖9的表面形態(tài)所示，若降低生長(zhǎng)溫度，則扭折W ”延伸方向的隨機(jī)性提高。因此，不易產(chǎn)生由上述凹坑所引起的形態(tài)異常，可改善GaN表面形態(tài)。外觀照片、 GaN襯底、第二角度、第一角度-75. 09。(a軸方向)、(c軸向m軸)、生長(zhǎng)溫度。圖9 的(a)部分、GaN 襯底 Sl :-0. 07、-0. 14、攝氏 1050 度。圖9 的(b)部分、GaN 襯底 S2 :-0. 07、-0-14、攝氏 950 度。角度的單位為“度”。根據(jù)本發(fā)明人的實(shí)驗(yàn)，當(dāng)外延半導(dǎo)體區(qū)域的膜厚為2 μ m以上時(shí)，半極性面上的上述凹坑的產(chǎn)生變得顯著。然而，即使膜厚小于2 μ m，也并不全無(wú)凹坑的產(chǎn)生。認(rèn)為外延半導(dǎo)體區(qū)域15的膜厚達(dá)到上述值左右時(shí)，生長(zhǎng)異常的頻率會(huì)對(duì)凹坑密度的增大造成影響。而且，多數(shù)生長(zhǎng)異常會(huì)在外延半導(dǎo)體區(qū)域的最表面引起形態(tài)異常。穿透位錯(cuò)有從例如基底的氮化物區(qū)域延續(xù)而來(lái)的穿透位錯(cuò)。本實(shí)施例中的GaN襯底的位錯(cuò)密度為IXlO6CnT2以下。圖10是示意性地表示在自c軸朝向m軸的方向上以75度的角度傾斜的Q0-21) 面等半極性面上的GaN生長(zhǎng)的圖。參照?qǐng)D10的(a)部分，顯示出較小的角度ALPHA2的半極性面上的生長(zhǎng)。在較小的角度ALPHA2的半極性面上，扭折在<11-20>方向或者<-1-120> 方向上延伸。結(jié)果，形成臺(tái)階(7 f 7 )沿<1-100>方向延伸的生長(zhǎng)。在朝向a軸方向的角度ALPHA2的傾斜角度接近零度的半極性面上的生長(zhǎng)中，扭折的延伸方向基本上是隨機(jī)的。
參照?qǐng)D10的(b)部分，顯示出某種程度的較大角度ALPHA2的半極性面上的生長(zhǎng)。 當(dāng)朝向a軸方向的傾斜角大至某種程度時(shí)，扭折在a軸的傾斜的方向上選擇性地延伸。在該生長(zhǎng)中，以自襯底開始的穿透位錯(cuò)等結(jié)晶缺陷為起點(diǎn)而產(chǎn)生生長(zhǎng)異常時(shí)，生長(zhǎng)異常也變?yōu)檫x擇性的生長(zhǎng)，凹坑在單向上延伸。因此，產(chǎn)生由凹坑引起的形態(tài)異常。如上所述，朝向a軸方向的角度ALPHA2的傾斜角接近零度時(shí)，雖然產(chǎn)生凹坑，但不會(huì)像形成如圖5的(b)部分所示的較大縱橫比的開口那樣，非對(duì)稱性地形成凹坑，因此對(duì)于表面形態(tài)的影響變小。另外，當(dāng)角度ALPHAl不同于75度時(shí)，雖然上述說(shuō)明所例示的扭折及臺(tái)階的延伸方向發(fā)生改變，但不會(huì)以同樣的機(jī)制產(chǎn)生形態(tài)異常。根據(jù)本發(fā)明人的實(shí)驗(yàn)，半極性面上的生長(zhǎng)對(duì)于角度ALPHA2的傾斜敏感，由于較大的角度ALPHA2的傾斜而產(chǎn)生的凹坑是半極性所特有的。圖11是示意性地表示制作本實(shí)施方式的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的方法中的主要步驟的圖。參照?qǐng)D11，說(shuō)明制作半導(dǎo)體發(fā)光元件的方法。如上文所述，在步驟S103 中，在襯底51的主面51a上生長(zhǎng)外延半導(dǎo)體區(qū)域53。首先，在步驟S103-1中，如圖11的 (a)部分所示，形成η型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域55。為了形成η型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域55，生長(zhǎng)例如η型覆層和/或緩沖層。η型覆層可為Si摻雜AWaN、IniUGaN、GaN等。此外，緩沖層可包含InGaN等。接著，在步驟S103-2中，如圖11的(b)部分所示，形成發(fā)光層57。為了形成發(fā)光層57，生長(zhǎng)量子阱結(jié)構(gòu)的有源層。量子阱結(jié)構(gòu)的阱層可包含例如^iGaN,量子阱結(jié)構(gòu)的勢(shì)壘層可包含例如GaN或hGaN?？稍谛纬捎性磳又靶纬晒鈱?dǎo)層。光導(dǎo)層可包含例如GaN層及^iGaN層，必要時(shí)，可在光導(dǎo)層的一部分中添加η型摻雜劑?？稍谛纬搔研偷壔雽?dǎo)體區(qū)域59之前形成光導(dǎo)層。光導(dǎo)層可包含例如GaN層及InGaN層，必要時(shí)，可在光導(dǎo)層的一部分中添加P型摻雜劑。另外，當(dāng)光導(dǎo)層包含多層半導(dǎo)體層時(shí)，可在光導(dǎo)層內(nèi)設(shè)置電子阻擋層。生長(zhǎng)發(fā)光層57之后，如圖11的(c)部分所示，形成ρ型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域59。 為了形成P型氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域59，生長(zhǎng)例如電子阻擋層、P型覆層及P型接觸層。電子阻擋層可包含AlGaN層。ρ型覆層可包含Mg摻雜AlGaN、InAlGaN等。此外，ρ型接觸層可包含Mg摻雜AlGaN、Mg摻雜GaN等。通過(guò)這些步驟，制作外延襯底E。在步驟S104中，在外延襯底E上形成陽(yáng)極及陰極。本實(shí)施例中，在形成與P型接觸層接觸的電極的同時(shí)，在研磨襯底51的背面之后形成與該研磨面接觸的電極。(實(shí)施例2)在具有半極性主面的GaN襯底上，制作激光二極管結(jié)構(gòu)(LDl)的外延襯底。作為用于外延生長(zhǎng)的原料，使用三甲基鎵(TMG)、三甲基銦(TMI)、三甲基鋁(TMA)、氨氣(NH3)、 硅烷(SiH4)、雙環(huán)戊二烯鎂(Cp2Mg)。準(zhǔn)備傾斜角在63度至小于80度的傾斜角范圍內(nèi)的GaN襯底120。GaN襯底120 具有在六方晶系GaN中自與c軸正交的平面向m軸方向以75度的角度傾斜的主面，該傾斜面表示為00-21)面。另外，主面在a軸方向上以0.05度的角度傾斜。該主面也經(jīng)過(guò)鏡面研磨。在下述條件下，在該襯底120上進(jìn)行外延生長(zhǎng)。首先，將GaN襯底120設(shè)置在生長(zhǎng)爐內(nèi)。在攝氏1050度的溫度及27kPa的爐內(nèi)壓力下，邊通入NH3與H2邊進(jìn)行10分鐘熱處理。通過(guò)由該熱處理所引起的表面改性，在GaN 襯底120的表面形成由偏角所規(guī)定的平臺(tái)、””結(jié)構(gòu)。該熱處理之后，生長(zhǎng)GaN基半導(dǎo)體區(qū)域。生長(zhǎng)緩沖層121a后，例如在攝氏1050度下將TMG、TMA、NH3、SiH4供給至生長(zhǎng)爐， 生長(zhǎng)η型覆層121b。η型覆層121b為例如Si摻雜AlGaN層。AKiaN層的厚度為例如2微米，其Al組成為例如0. 04。接著，在攝氏840度的襯底溫度下，將TMG、TMI、NH3供給至生長(zhǎng)爐，生長(zhǎng)光導(dǎo)層 122aU22b0光導(dǎo)層12 包含例如無(wú)摻雜GaN層，其厚度為50nm。光導(dǎo)層122b包含例如無(wú)摻雜InGaN層，其厚度為65nm。接著，生長(zhǎng)有源層123。在攝氏870度的襯底溫度下，將TMG、NH3供給至生長(zhǎng)爐，在該勢(shì)壘層生長(zhǎng)溫度下生長(zhǎng)GaN基半導(dǎo)體的勢(shì)壘層123a。勢(shì)壘層123a為例如無(wú)摻雜GaN，其厚度為15nm。在勢(shì)壘層123a生長(zhǎng)后，中斷生長(zhǎng)，將襯底溫度從攝氏870度改變?yōu)閿z氏750 度。在改變后的阱層生長(zhǎng)溫度下，將TMG、TMI、NH3供給至生長(zhǎng)爐，生長(zhǎng)無(wú)摻雜InGaN阱層 123b。其厚度為3nm。在阱層12 的生長(zhǎng)后，停止供給TMI，并且將TMG、NH3供給至生長(zhǎng)爐， 同時(shí)使襯底溫度從攝氏750度改變?yōu)閿z氏870度。在此改變過(guò)程中，也生長(zhǎng)無(wú)摻雜GaN勢(shì)壘層的一部分。溫度改變結(jié)束后，生長(zhǎng)無(wú)摻雜GaN勢(shì)壘層的剩余部分。GaN勢(shì)壘層12 的厚度為15nm。接著，重復(fù)進(jìn)行勢(shì)壘層的生長(zhǎng)、溫度改變、阱層的生長(zhǎng)，形成InGaN阱層12北、 GaN勢(shì)壘層123a。在攝氏840度的襯底溫度下，將TMG、TMI、NH3供給至生長(zhǎng)爐，在有源層123上生長(zhǎng)光導(dǎo)層12^、lMb。光導(dǎo)層124b包含無(wú)摻雜hGaN層。光導(dǎo)層124b的厚度為65nm，其h 組成為0.02。另外，光導(dǎo)層12 包含無(wú)摻雜GaN層。光導(dǎo)層12 的厚度為50nm。本實(shí)施例中，在光導(dǎo)層124b上生長(zhǎng)電子阻擋層125后，生長(zhǎng)光導(dǎo)層IMa。在光導(dǎo)層124b的生長(zhǎng)后停止供給TMG及TMI，使襯底溫度上升至攝氏1000度。在此溫度下，將TMG、TMA、NH3、Cp2Mg 供給至生長(zhǎng)爐，生長(zhǎng)電子阻擋層125。電子阻擋層125為例如AKiaN。電子阻擋層125的厚度為例如20nm, Al組成為0. 12。在光導(dǎo)層12 上生長(zhǎng)GaN基半導(dǎo)體區(qū)域。在光導(dǎo)層12 的生長(zhǎng)之后，停止供給 TMG及TMI，使襯底溫度上升至攝氏1000度。在此溫度下，將TMG、TMA, NH3> Cp2Mg供給至生長(zhǎng)爐，生長(zhǎng)P型覆層126。ρ型覆層1 為例如Al^Gii^N。ρ型覆層126的厚度為例如 400nm，其Al組成為0.06。之后，停止供給TMA，生長(zhǎng)ρ型接觸層。ρ型接觸層127包含例如GaN，其厚度為例如50nm。成膜后，使生長(zhǎng)爐的溫度降低至室溫，制作外延襯底。外延襯底的最表面具有所期望的形態(tài)。在該外延襯底上形成電極。首先，沉積二氧化硅膜等絕緣膜，在該絕緣膜1 上利用光刻及蝕刻形成接觸窗。接觸窗為例如條紋形狀，其寬度為例如10微米。接著，在P型 GaN接觸層上形成ρ電極(Ni/Au)U9a。之后，形成ρ襯墊電極(Ti/Au)。在外延襯底的背面形成η電極(Ti/Al)129b。進(jìn)行電極退火(例如，攝氏550度、1分鐘)的步驟，制作襯底產(chǎn)物。圖12是概略性地表示實(shí)施例2中的半導(dǎo)體激光器的圖。圖12所示的半導(dǎo)體激光器如下。GaN襯底120 :(20-21)面；η型緩沖層121a :Si摻雜GaN、生長(zhǎng)溫度1050度、厚度 1. 5 μ m。
η型覆層121b =Si摻雜AlGaN、生長(zhǎng)溫度1050度、厚度500nm、Al組成0. 04。光導(dǎo)層12 無(wú)摻雜GaN、生長(zhǎng)溫度840度、厚度50nm。光導(dǎo)層122b 無(wú)摻雜InGaN、生長(zhǎng)溫度840度、厚度65nm、In組成0. 03。有源層123。勢(shì)壘層123a 無(wú)摻雜GaN、生長(zhǎng)溫度870度、厚度15nm。阱層123b 無(wú)摻雜InGaN、生長(zhǎng)溫度750度、厚度3nm、In組成0. 22。光導(dǎo)層124b 無(wú)摻雜InGaN、生長(zhǎng)溫度840度、厚度65nm、In組成0. 03。電子阻擋層125 :Mg摻雜AlGaN、生長(zhǎng)溫度1000度、厚度20nm、Al組成0. 12。光導(dǎo)層12 無(wú)摻雜GaN、生長(zhǎng)溫度840度、厚度50nm。ρ型覆層1 :Mg摻雜AlGaN、生長(zhǎng)溫度1000度、厚度400nm、Al組成0.06。ρ型接觸層127 =Mg摻雜GaN、生長(zhǎng)溫度1000度、厚度50nm。將通過(guò)這些步驟制作的襯底產(chǎn)物以800 μ m的間隔在a面進(jìn)行解理。在用于共振器的a面解理面上形成包含Si02/Ti&多層膜的反射膜，從而制作增益導(dǎo)引型激光二極管。 前端面的反射率為80%，后端面的反射率為95%。該激光二極管以520nm的振蕩波長(zhǎng)進(jìn)行振蕩。其閾值電流為20kA/cm2，工作電壓(電流值1600mA)為7. 2伏。如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式，可提供具有良好表面形態(tài)的半極性外延膜的III族氮化物半導(dǎo)體元件。此外，可提供用于該III族氮化物半導(dǎo)體元件的外延襯底。進(jìn)而，可提供制作該III族氮化物半導(dǎo)體元件及外延襯底的方法。在優(yōu)選實(shí)施方式中對(duì)本發(fā)明的原理進(jìn)行了圖示說(shuō)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)至IJ，本發(fā)明可在不脫離其原理的范圍內(nèi)對(duì)配置及細(xì)節(jié)進(jìn)行變更。本發(fā)明并不限定于本實(shí)施方式所公開的特定構(gòu)成。因此，請(qǐng)求保護(hù)權(quán)利要求書請(qǐng)求的范圍及根據(jù)其精神范圍而得到的所有修正及變更。產(chǎn)業(yè)實(shí)用性根據(jù)本實(shí)施方式，提供包含具有良好表面形態(tài)的半極性外延膜的III族氮化物半導(dǎo)體元件。此外，根據(jù)本實(shí)施方式，提供用于該III族氮化物半導(dǎo)體元件的外延襯底。進(jìn)而， 根據(jù)本實(shí)施方式，提供制作該III族氮化物半導(dǎo)體元件的方法。
權(quán)利要求
1.一種III族氮化物半導(dǎo)體元件，其中， 包括支撐基體，其包含III族氮化物半導(dǎo)體，且具有沿著與基準(zhǔn)軸正交的第一基準(zhǔn)平面延伸的主面，所述基準(zhǔn)軸相對(duì)于該III族氮化物半導(dǎo)體的C軸以規(guī)定的角度ALPHA傾斜，和外延半導(dǎo)體區(qū)域，其設(shè)置在所述支撐基體的所述主面上； 所述外延半導(dǎo)體區(qū)域包含多個(gè)氮化鎵基半導(dǎo)體層，所述基準(zhǔn)軸沿著從該III族氮化物半導(dǎo)體的c軸朝向m軸及a軸中的任意一軸的第一晶軸的方向以10度以上且小于80度的范圍的第一角度ALPHAl傾斜，所述基準(zhǔn)軸沿著從該III族氮化物半導(dǎo)體的c軸朝向m軸及a軸中的任意另一軸的第二晶軸的方向以-0. 30度以上且+0. 30度以下的范圍的第二角度ALPHA2傾斜，所述規(guī)定的角度、所述第一角度及所述第二角度具有ALPHA = (ALPHA12+ALPHA22)1/2的關(guān)系，所述外延半導(dǎo)體區(qū)域的最表面的形態(tài)包含多個(gè)凹坑， 所述凹坑的凹坑密度為5X IO4CnT2以下。
2.如權(quán)利要求1所述的III族氮化物半導(dǎo)體元件，其中，在所述凹坑的開口中，第一方向上的第一開口寬度小于與該第一方向正交的第二方向上的第二開口寬度，所述第一方向由第二基準(zhǔn)平面與該凹坑的交叉規(guī)定，所述第二基準(zhǔn)平面由該III族氮化物半導(dǎo)體的c軸與所述第一結(jié)晶規(guī)定。
3.如權(quán)利要求1或2所述的III族氮化物半導(dǎo)體元件，其中，所述外延半導(dǎo)體區(qū)域的膜厚為2μπι以上。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體元件，其中，所述多個(gè)凹坑中的一部分具有IOOnm以上的深度。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體元件，其中，所述第一角度為 63度以上且小于80度。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體元件，其中，所述第二角度在-0. 10度以上且+0. 10度以下的范圍內(nèi)。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體元件，其中，所述凹坑密度為 5 X IO3CnT2 以下。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體元件，其中， 所述外延半導(dǎo)體區(qū)域包含InGaN層，所述第一角度為70度以上且小于80度。
9.如權(quán)利要求8所述的III族氮化物半導(dǎo)體元件，其中，所述第一角度為72度以上且小于78度。
10.如權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體元件，其中，還包括與所述外延半導(dǎo)體區(qū)域形成接觸的電極。
11.如權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體元件，其中，所述外延半導(dǎo)體區(qū)域包含第一導(dǎo)電型氮化鎵基半導(dǎo)體層、第二導(dǎo)電型氮化鎵基半導(dǎo)體層及發(fā)光層，且所述發(fā)光層設(shè)置在所述第一導(dǎo)電型氮化鎵基半導(dǎo)體層與所述第二導(dǎo)電型氮化鎵基半導(dǎo)體層之間。
12.如權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體元件，其中，所述支撐基體的所述III族氮化物半導(dǎo)體為GaN。
13.如權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體元件，其中，所述支撐基體的位錯(cuò)密度為IXlO6CnT2以下。
14.一種外延襯底，用于III族氮化物半導(dǎo)體元件，其中， 包括襯底，其包含III族氮化物半導(dǎo)體，且具有沿著與基準(zhǔn)軸正交的第一基準(zhǔn)平面延伸的主面，所述基準(zhǔn)軸相對(duì)于該III族氮化物半導(dǎo)體的c軸以規(guī)定的角度ALPHA傾斜，和外延半導(dǎo)體區(qū)域，其設(shè)置在所述襯底的所述主面上； 所述外延半導(dǎo)體區(qū)域包含多個(gè)氮化鎵基半導(dǎo)體層，所述基準(zhǔn)軸沿著從該III族氮化物半導(dǎo)體的c軸朝向m軸及a軸中的任意一軸的第一晶軸的方向以10度以上且小于80度的范圍的第一角度ALPHAl傾斜，所述基準(zhǔn)軸沿著從該III族氮化物半導(dǎo)體的c軸朝向m軸及a軸中的任意另一軸的第二晶軸的方向以-0. 30度以上且+0. 30度以下的范圍的第二角度ALPHA2傾斜，所述規(guī)定的角度、所述第一角度及所述第二角度具有ALPHA = (ALPHA12+ALPHA22)1/2的關(guān)系，所述外延半導(dǎo)體區(qū)域的最表面的形態(tài)包含多個(gè)凹坑， 所述凹坑的凹坑密度為5X IO4CnT2以下。
15.如權(quán)利要求14所述的外延襯底，其中，在所述凹坑的開口中，第一方向上的第一開口寬度小于與該第一方向正交的第二方向上的第二開口寬度，所述第一方向由第二基準(zhǔn)平面與該凹坑的交叉規(guī)定，所述第二基準(zhǔn)平面由該III族氮化物半導(dǎo)體的c軸與所述第一結(jié)晶規(guī)定。
16.如權(quán)利要求14或15所述的外延襯底，其中，所述外延半導(dǎo)體區(qū)域的膜厚為2μ m以上。
17.如權(quán)利要求14至16中任一項(xiàng)所述的外延襯底，其中，所述第一角度為63度以上且小于80度。
18.如權(quán)利要求14至17中任一項(xiàng)所述的外延襯底，其中，所述外延半導(dǎo)體區(qū)域包含第一導(dǎo)電型氮化鎵基半導(dǎo)體層、第二導(dǎo)電型氮化鎵基半導(dǎo)體層及發(fā)光層，且所述發(fā)光層設(shè)置在所述第一導(dǎo)電型氮化鎵基半導(dǎo)體層與所述第二導(dǎo)電型氮化鎵基半導(dǎo)體層之間。
19.如權(quán)利要求14至18中任一項(xiàng)所述的外延襯底，其中，所述襯底的所述III族氮化物半導(dǎo)體為GaN。
20.如權(quán)利要求14至19中任一項(xiàng)所述的外延襯底，其中，所述襯底的位錯(cuò)密度為 IXlO6CnT2 以下。
21.一種制作III族氮化物半導(dǎo)體元件的方法，其中， 包括準(zhǔn)備襯底的步驟，所述襯底包含III族氮化物半導(dǎo)體，且具有沿著與基準(zhǔn)軸正交的第一基準(zhǔn)平面延伸的主面，所述基準(zhǔn)軸相對(duì)于該III族氮化物半導(dǎo)體的C軸以規(guī)定的角度 ALPHA傾斜，和在所述襯底的所述主面上生長(zhǎng)包含多個(gè)氮化鎵基半導(dǎo)體層的外延半導(dǎo)體區(qū)域的步驟；所述外延半導(dǎo)體區(qū)域包含多個(gè)氮化鎵基半導(dǎo)體層，所述基準(zhǔn)軸沿著從該III族氮化物半導(dǎo)體的c軸朝向m軸及a軸中的任意一軸的第一晶軸的方向，以10度以上且小于80度的范圍的第一角度ALPHAl傾斜，所述基準(zhǔn)軸沿著從該III族氮化物半導(dǎo)體的c軸朝向m軸及a軸中的任意另一軸的第二晶軸的方向，以-0. 30度以上且+0. 30度以下的范圍的第二角度ALPHA2傾斜，所述規(guī)定的角度、所述第一角度及所述第二角度具有ALPHA = (ALPHA12+ALPHA22)1/2的關(guān)系，所述外延半導(dǎo)體區(qū)域的最表面的形態(tài)包含多個(gè)凹坑， 所述凹坑的凹坑密度為5X IO4CnT2以下。
22.如權(quán)利要求21所述的制作III族氮化物半導(dǎo)體元件的方法，其中，還包括形成與所述外延半導(dǎo)體區(qū)域形成接觸的電極的步驟。
23.如權(quán)利要求21或22所述的制作III族氮化物半導(dǎo)體元件的方法，其中， 所述外延半導(dǎo)體區(qū)域包含第一導(dǎo)電型氮化鎵基半導(dǎo)體層、第二導(dǎo)電型氮化鎵基半導(dǎo)體層及發(fā)光層，且所述發(fā)光層設(shè)置在所述第一導(dǎo)電型氮化鎵基半導(dǎo)體層與所述第二導(dǎo)電型氮化鎵基半導(dǎo)體層之間。
24.如權(quán)利要求21、22或23所述的制作III族氮化物半導(dǎo)體元件的方法，其中，在所述凹坑的開口中，第一方向上的第一開口寬度小于與該第一方向正交的第二方向上的第二開口寬度，所述第一方向由第二基準(zhǔn)平面與該凹坑的交叉規(guī)定，所述第二基準(zhǔn)平面由該III 族氮化物半導(dǎo)體的c軸與所述第一結(jié)晶規(guī)定。
全文摘要
本發(fā)明提供包含具有良好表面形態(tài)的半極性外延膜的III族氮化物半導(dǎo)體元件。包含III族氮化物半導(dǎo)體的支撐基體13的主面13a沿著與基準(zhǔn)軸Ax正交的基準(zhǔn)平面RSUB延伸，所述基準(zhǔn)軸Ax相對(duì)于該III族氮化物半導(dǎo)體的c軸以規(guī)定的角度ALPHA傾斜。基準(zhǔn)軸Ax沿著從該III族氮化物半導(dǎo)體的c軸朝向m軸的方向以10度以上且小于80度的范圍內(nèi)的第一角度ALPHA1傾斜。主面13a顯示出半極性?；鶞?zhǔn)軸Ax從該III族氮化物半導(dǎo)體的c軸向a軸的方向以-0.30度以上且+0.30度以下的范圍內(nèi)的第二角度ALPHA2傾斜?；鶞?zhǔn)軸Ax在主面13a的法線方向上延伸。外延半導(dǎo)體區(qū)域15的最表面15a的形態(tài)包含多個(gè)凹坑，該凹坑的凹坑密度為5×104cm-2以下。
文檔編號(hào)H01S5/343GK102474075SQ201080031730
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月15日
發(fā)明者上野昌紀(jì), 中村孝夫, 京野孝史, 住友隆道, 善積祐介, 鹽谷陽(yáng)平, 秋田勝史 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社