[发明专利]氮化物系半导体元件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氮化物半导体元件及其制造方法。特别地，本发明涉及一种从紫外到蓝色、绿色、橙色以及白色等的可见光区域整个波段中的发光二极管、激光二极管等的GaN系半导体发光元件。这种发光元件被期待应用于显示、照明以及光信息处理等领域。此外，本发明还涉及一种用于氮化物系半导体元件中的电极的制造方法。

背景技术

具有作为V族元素的氮(N)的氮化物半导体由于其带隙(b an dgap)大小的缘故而有望作为短波长发光元件的材料。其中，氮化镓系化合物半导体(GaN系半导体：Al_xGayInzN(x+y+z＝1，x≥0、y≥0、z≥0))的研究尤为盛行，蓝色发光二极管(LED)、绿色LED以及以GaN系半导体为材料的半导体激光器也正在应用到实际中。

GaN系半导体具有纤锌矿(wurtzite)型结晶结构。图1示意性地表示GaN单位晶格。在Al_xGa_yIn_zN(x+y+z＝1，x≥0、y≥0、z≥0)半导体结晶中，图1所示的Ga的一部分能够被置换为Al以及/或者In。

图2表示为了以4指数标记(六方晶指数)来表现纤锌矿型结晶结构的面一般所采用的四个向量a1、a2、a3和c。基本向量c在[0001]方向上延伸，该方向被称为“c轴”。与c轴垂直的面(plane)被称为“c面”或“(0001)面”。此外，“c轴”以及“c面”有时也分别标记为“C轴”以及“C面”。

在使用GaN系半导体制作半导体元件的情况下，作为使GaN系半导体结晶生长的衬底，使用以c面、即(0001)面为表面的衬底。然而，由于在c面中，Ga的原子层和氮的原子层的位置在c轴方向上略有偏离，因此形成极化(Electrical Polarization)。因而，“c”面也被称为“极性面”。极化的结果会在活性层的InGaN的量子阱方向上沿着c轴方向产生压电(piezo)电场。如果在发生层中产生这种压电电场，则由于载流子的量子限制斯塔克效应(stark effect)，活性层内的电子以及空穴的分布中产生位置偏离，因此内部量子效率降低。因而，如果是半导体激光器，则引起阈值电流的增大。如果是LED，则引起耗电增大以及发光效率的降低。此外，随着注入载流子密度的上升会引起压电电场的屏蔽(screening)，还会产生发光波长的变化。

因此，为了解决这些课题，正在研究使用表面具有非极性面、例如与[10-10]方向垂直的被称为m面的(10-10)面的衬底。在此，在表示密勒指数(Miller index)的括号内的数字左侧标注的“-”表示横杠。如图2所示，m面是与c轴(基本向量c)平行的面，而且与c面正交。由于在m面中Ga原子和氮原子存在于同一个原子面上，因此，在与m面垂直的方向上不会产生极化。其结果是，如果在与m面垂直的方向上形成半导体层叠结构，则在活性层中也不会产生压电电场，因此能够解决上述课题。

m面是(10-10)面、(-1010)面、(1-100)面、(-1100)面、(01-10)面和(0-110)面的总称。此外，在本说明书中，“X面生长”是指在与六方晶纤锌矿结构的X面(X＝c、m)垂直的方向上产生外延生长。在X面生长中，有时将X面称为“生长面”。另外，有时将通过X面生长所形成的半导体的层称为“X面半导体层”。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开2005-197631号公报

发明内容

发明要解决的技术课题

如上所述，虽然在m面衬底上生长的GaN系半导体元件与在c面衬底上生长的GaN系半导体元件相比具有显著的效果，但存在以下的问题。即，与在c面衬底上生长的GaN系半导体元件相比，在m面衬底上生长的GaN系半导体元件的接触电阻高，这在使用在m面衬底上生长的GaN系半导体元件方面会成为很大的技术障碍。

在这种状况下，本申请发明人为了解决在作为非极性面的m面上生长的GaN系半导体元件所具有的接触电阻高的这一问题，进行刻苦研究，结果发现了能够降低接触电阻的方法。

本发明就是鉴于这一点而实现的，其主要目的是提供一种降低表面为m面的GaN系半导体元件中的接触电阻的结构以及制造方法。

解决技术课题的手段