CN101189733A - 氮化物系半导体元件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种氮化物系半导体元件，其使用Si作为基板，可使正向电压(Vf)低于先前。该氮化物系半导体元件1001是在Si基板1002上具有氮化物半导体层1003，并且Si基板1002的至少一部分及氮化物半导体层1003包含于主动区域，Si基板1002的主动区域的导电型为p型。而且，该氮化物系半导体元件1001是在Si基板1002上具有氮化物半导体层1003，并且Si基板1002的至少一部分及氮化物半导体层1003包含于主动区域，Si基板1002的主动区域的多数载体为空穴。

Description

氮化物系半导体元件及其制造方法

技术领域

本发明是关于一种半导体元件，尤其是关于一种氮化物系半导体元件。

背景技术

在氮化物系半导体元件中，大多是使用蓝宝石作为其基板，但由于蓝宝石价格高昂，所以如果使用蓝宝石作为基板，则难以削减氮化物系半导体元件的成本。而且，由于蓝宝石是绝缘体，因此当使用蓝宝石作为基板时，必须使某氮化物系半导体层的一部分露出于基板上，并于此处形成电极，以取代在基板的背面设置电极(这样，氮化物系半导体元件的面积变大，因而难以削减成本)。因此，先前提出一种在n型Si基板上将n型氮化物半导体层、p型氮化物半导体层(或者活性层及p型氮化物半导体层)依次层叠而成的氮化物系半导体元件(参照专利文献1、专利文献2、专利文献3)。而且，专利文献3中揭示出，当使用p型硅基板时，必须依次制作p型及n型氮化物结晶，以形成半导体发光元件。另外，相对于价格高于蓝宝石的SiC基板而言，Si基板较为廉价，因此如专利文献1或3所示，提出将氮化物半导体层在各种Si基板上层叠而成的氮化物半导体元件。而且专利文献3揭示出，在n型硅基板上依次制作n型与p型氮化物半导体，以形成半导体发光元件。

另外，提出在Si基板上形成GaN系发光元件，并在此Si基板侧设置有PD(专利文献4)等的集成元件。

而且，关于在发光元件构造中设置隧道接合的构造，在专利文献5中有所提示。

进一步，在专利文献6中提出使p-SiC层在p-SiC基板上成长，且将InGaN活性层、AlGaN包覆层在此p-SiC层上层叠而成的发光元件构造。

此外，在专利文献7等中提出，将n-GaN/活性层/p-GaN的元件构造在Si基板上介隔BP、Al、ZnO等层叠而成的构造。

另外，在专利文献8中，作为使用Si基板的化合物半导体的结晶成长方法，即在Si基板上形成p型杂质掺杂层，并在p型杂质掺杂层上使砷化镓等p型外延层成长。

而且，先前为了防止发生龟裂，提出有如下所述的缓冲层(参照专利文献9)。即，所述缓冲层是在由6H-SiC(0001)构成的基板上，使AlN薄膜成长为第1初始层，并在此第1初始层即AlN薄膜上，使Al_0.15Ga_0.75N成长为膜厚200nm的第2初始层(参照专利文献9的段落“0035”及图1等)。此专利文献9中揭示出可使用Si作为基板。而且，此专利文献9中提出一发明，在Si(硅)或SiC(碳化硅)、Al₂O₃(蓝宝石)等基板上，将第1层与第2层在基板上以特定数量交替层叠而形成超晶格构造。

提出在Si基板上形成GaN系发光元件，并在此Si基板侧设置MOS(专利文献10)或PD(专利文献4)等的集成元件。

而且，关于在相同材料系的发光元件构造中设置隧道接合的构造，在专利文献5中有所提示。

此外，在专利文献6中提出使p-SiC层在p-SiC基板上成长，且将InGaN活性层、AlGaN包覆层在此p-SiC层上层叠而成的发光元件构造。

专利文献1：日本专利特开2003-1792587公报

专利文献2：日本专利特开2003-1427297公报

专利文献3：日本专利特开2003-8061号公报

专利文献4：日本专利特开2000-004047号公报、类似于专利文献4的日本专利特开2000-269542号公报

专利文献5：日本专利特开2002-050790号公报、类似于专利文献5的日本专利特开2003-60236号公报

专利文献6：日本专利特开平11-224958号公报、类似于专利文献6的日本专利特开平11-243228号公报、日本专利特开平11-251635号公报

专利文献7：日本专利特开2000-031535号公报、类似于专利文献7的日本专利特开平10-107317号公报、日本专利特开2000-036617号公报、日本专利特开2000-082842号公报、日本专利特开2001-007395号公报、日本专利特开2001-007396号公报、日本专利特开2001-053338号公报、日本专利特开2001-308381号公报

专利文献8：日本专利特开平8-236453号公报

专利文献9：日本专利特开2002-170776号公报

专利文献10：日本专利特开平7-321051号公报、类似于专利文献1的日本专利特开平6-334168号公报、日本专利特开2000-183325号公报

专利文献11：日本专利特开平9-213918号公报、类似于专利文献5的日本专利特开平9-148625号公报、日本专利特开平10-200159号公报

然而，在专利文献1～3中，如图24所示，认为当Si基板与氮化物半导体层接合时，会在两者之间(界面)存在较高的电子障壁，因此在所述先前的氮化物系半导体元件中，具有正向电压(Vf，forward voltage)非常高的问题。

而且，存在如专利文献4等所揭示的方法，即，在Si基板上以扩散层等形成pn接合并形成受光元件等，并且设置层叠在此基板上的LED元件，但在Si基板与LED元件的化合物半导体的异种接合界面上，无法实现适于元件操作的接合，从而难以充分驱动各元件(Si基板、LED元件)。具体而言，在异种接合界面上，难以很适当地实现该界面上的带阶等，且难以很适当地实现偏压时的能带等。而且，在使GaN系半导体成长于异种材料面上时，有时会产生晶格失配、热膨胀系数差等结晶性恶化的问题，由此也加剧了所述异种材料接合部的问题而使其进一步恶化。除此之外，当与GaN层的接合部的Si基板表面为杂质扩散区域等时，该区域会产生结晶性恶化，且会在此区域上使GaN层成长，从而使所述的异种接合界面的问题更为严重。

在专利文献5等中提出一方法，在LED元件p-n接合时，使逆导电型层插入p侧/n侧的一个区域，利用p-n接合使其穿隧，并分别对p侧/n侧供给电荷，使电荷注入发光层中。然而，此方法的目的是在同一导电型层上，利用同一材料、步骤等形成阳极/阴极电极。

专利文献6中揭示有由SiC基板、SiC基板上的SiC层以及SiC层上的GaN系层形成LED元件构造，但由于将异种材料界面上的pn接合设于LED构造内，因此会在所述异种材料界面的能带间产生障碍，因而难以获得较好的LED元件。而且，在发光元件中，pn接合部在决定发光元件的性能方面是最为重要的部分，所以在此部分设置异种接合界面会使发光元件的性能严重下降。

专利文献7中提出，为了在Si基板上形成GaN系半导体的发光元件构造而插入所述异种材料(BP、ZnO、SiO₂)的方案，但由于异种材料与Si基板、GaN层分别具有异种接合界面，因此会导致所述相同的问题。

而且，在专利文献9的缓冲层中，形成在Si基板上的氮化物半导体层的结晶性并不十分良好。另外，尤其当在Si基板上形成氮化物半导体层时，存在难以获得结晶性好的氮化物半导体层的倾向。因此，在此专利文献9的超晶格构造中，尤其在将Si基板作为基板而形成氮化物半导体层时，仍处于无法获得结晶性好的氮化物半导体层的状况。

对于所述集成元件而言，例如在专利文献10中，在基板面内配置有LED部分及MOS部分，因此每1个元件的面积变大，导致制造成本增高。另一方面，对于在面内集成的元件而言，必须对各元件部进行布线，因而工时增多，制造成本增大。而且，发光元件部分在面内所占的面积比小，因此在将发光元件安装于发光装置等中时，与元件的安装面积的大小相比，发光部分较小，故难以获得较好的光输出。而且，由于在面内配置发光元件部分及M0S部分，因此元件面内的LED即光源的位置受到制约，在发光装置等中进行安装时，难以调整点光源的位置，除此之外难以对发光装置中的反射板等进行光学设计，因此难以获得具有较好的光输出的发光装置。

另一方面，作为所述集成元件的另一例，如专利文献4等所揭示之方法，即，在Si基板上以扩散层等形成pn接合并形成受光元件等，并且设置层叠在此基板上的LED元件，但在Si基板与LED元件的化合物半导体的异种接合界面上，无法实现适于元件操作的接合，从而难以充分驱动各元件(Si基板、LED元件)。具体而言，在异种接合界面上，难以很适当地实现该界面上的带阶等，且难以很适当地实现偏压时的能带等。本发明者们考察后发现，如图25所示，在Si基板与氮化物半导体层的接合中，当两者接合后，在两者之间(界面)存在较高的电子障壁，所以在所述先前的使用Si基板的氮化物系半导体元件中，存在正向电压(Vf)非常高的问题。因此，本发明之一形态的目的在于提供一种半导体元件，此半导体元件使用Si作为基板，且此Si/GaN异种接合中正向电压(Vf)低于先前。

而且，专利文献11中揭示出，在基板上层叠相同材料系(GaN系化合物半导体)的半导体层(p型、n型)，面内由槽等分离，并利用露出层(电极形成层)的组合，将一方用作LED，而将另一方用作保护/补偿二极管，但使用基板上的相同材料将保护元件、发光元件层叠、集成，且以相同材料系而形成，因此各元件尤其是保护元件具有难以充分发挥其特性的倾向。而且，由于是面内集成，因此与所述情况相同，存在光输出、在发光装置中的安装及制造成本的问题。

在专利文献5等中提出有一方法，在LED元件p-n接合时，使逆导电型层插入p侧/n侧的一个区域，利用p-n接合使其穿隧，并分别对p侧/n侧供给电荷，使电荷注入发光层中。然而，此方法的目的是在相同材料系的半导体发光元件构造中，在同一导电型层上，利用同一材料、步骤等形成阳极/阴极电极。

专利文献6中揭示有由SiC基板、SiC基板上的SiC层以及SiC层上的GaN系层形成LED元件构造，但由于将异种材料界面设于LED构造内，因此会在所述异种材料界面的能带间产生障碍，故难以获得较好的LED元件。

因此，本发明的目的在于提供一种氮化物系半导体元件，其在使用Si作为基板的氮化物系半导体元件中，正向电压(Vf)低于先前。

本发明者们考察后发现，如图24所示，在Si基板与氮化物半导体层的接合中，认为当两者接合后，在两者之间(界面)存在较高的电子障壁，所以在所述先前的使用基板的氮化物系半导体元件中，存在正向电压(Vf)非常高的问题。因此，本发明之一形态的目的在于提供一种半导体元件，此半导体元件使用Si作为基板，且此Si/GaN异种接合中正向电压(Vf)低于先前。

发明内容

根据本发明，所述问题通过以下方法来解决。

第1发明是一种氮化物系半导体元件，其在Si基板上具有氮化物半导体层，此氮化物系半导体元件的特征在于，所述Si基板的至少一部分及所述氮化物半导体层包含于主动区域，所述Si基板的主动区域的导电型为p型。

第1发明中，使Si基板中设为主动区域的部分的导电型为p型，这样，对于使用Si作为基板的氮化物系半导体元件而言，能够在小于先前电压的情况下流过较大的电流，且能够使正向电压(Vf)低于先前。

第2发明是一种氮化物系半导体元件，其在Si基板上具有氮化物半导体层，此氮化物系半导体元件的特征在于，所述Si基板的至少一部分及所述氮化物半导体层包含于主动区域，所述Si基板的主动区域的多数载体为空穴。

第2发明中，使Si基板中设为主动区域的部分的多数载体为空穴，这样，对于使用Si作为基板的氮化物系半导体元件而言，能够在小于先前电压的情况下流过较大的电流，且能够使正向电压(Vf)低于先前。

第3发明是第1发明或第2发明的氮化物系半导体元件，其特征在于，所述Si基板的主动区域的空穴浓度为约1×10¹⁸cm^-3以上、约1×10²¹cm^-3以下。

第3发明中，使Si基板中设为主动区域的部分的空穴浓度为约1×10¹⁸cm^-3以上、约1×10²¹cm^-3以下，这样，对于使用Si作为基板的氮化物系半导体元件而言，可使正向电压(Vf)更低。

第4发明是第1发明至第3发明的氮化物系半导体元件，其特征在于，所述Si基板的主动区域的杂质浓度为约1×10¹⁸cm^-3以上、约1×10²²cm^-3以下。

第4发明中，Si基板中设为主动区域的部分的杂质浓度为约1×10¹⁸cm^-3以上、约1×10²²cm^-3以下，这样，对于使用Si作为基板的氮化物系半导体元件而言，可使正向电压(Vf)更低。

第5发明是第1发明至第4发明的氮化物系半导体元件，其特征在于，所述Si基板的主动区域的电阻率约为0.05Ωcm以下。

根据第5发明，使Si基板中设为主动区域的部分的全部或一部分的电阻率约为0.05Ωcm以下，因此对于使用Si作为基板的氮化物系半导体元件而言，可使正向电压(Vf)更低。

第6发明是第1发明至第5发明中任一发明的氮化物系半导体元件，其特征在于，所述氮化物半导体层从所述Si基板侧起依次具有n型氮化物半导体层及p型氮化物半导体层，所述n型氮化物半导体层与所述Si基板的主动区域相邻接。

根据第6发明，在Si基板上，使氮化物系半导体元件依次具有n型氮化物半导体层及p型氮化物半导体层，或者依次具有n型氮化物半导体层、活性层及p型氮化物半导体层，由此可使正向电压(Vf)低于先前的氮化物系半导体元件。

第7发明是第6发明的氮化物系半导体元件，其特征在于，所述n型氮化物半导体层中最靠近所述Si基板的层为n型GaN层。

根据第7发明，与Si基板相邻接的n型氮化物半导体层包含n型GaN层，因此可获得正向电压(Vf)低于先前的氮化物系半导体元件。

第8发明是第6发明或第7发明的氮化物系半导体元件，其特征在于，与所述Si基板的主动区域邻接的n型氮化物半导体层的电子浓度为约1×10¹⁷cm^-3以上、约1×10²¹cm^-3以下。

第8发明中，使与Si基板的主动区域邻接的n型氮化物半导体层的电子浓度为约1×10¹⁷cm^-3以上、约1×10²¹cm^-3以下，这样，对于使用Si作为基板的氮化物系半导体元件而言，可使正向电压(Vf)更低。

第9发明是第6发明至第8发明中任一发明的氮化物系半导体元件，其特征在于，与所述Si基板的主动区域邻接的n型氮化物半导体层的n型杂质浓度为约1×10¹⁷cm^-3以上、约1×10²²cm^-3以下。

第9发明中，使与Si基板的主动区域邻接的n型氮化物半导体层的n型杂质浓度为约1×10¹⁷cm^-3以上、约1×10²²cm^-3以下，这样，对于使用Si作为基板的氮化物系半导体元件而言，可使正向电压(Vf)更低。

第10发明是第1发明至第9发明中任一发明的氮化物系半导体元件，其特征在于，所述Si基板与所述氮化物半导体层的界面以使载体可利用隧道效应而通过的方式相邻接。

第11发明是第1发明至第10发明中任一发明的氮化物系半导体元件，其特征在于，所述Si基板与所述氮化物半导体层经缩退而形成。

如果应用本发明，则可实验性确认正向电压(Vf)低于先前，但其理论性的理由并不明确。然而，以下将描述一假说，作为本发明的理论性说明的尝试。由于是假说，因此以下的说明当然不能限定本发明。

本发明中，使Si基板的主动区域的导电型为p型，而且从载体的观点考虑，使Si基板的主动区域的多数载体为空穴。这样，Si基板的主动区域中的费米能级会接近价电子带。以Si基板与氮化物半导体层的接合界面的能带图来表示所述情况时，可考虑如图2所示。进一步通过高浓度的掺杂后，如图3所示，Si基板的主动区域的全部或一部分缩退，使得费米能级存在于价电子带中。而且，当氮化物半导体层的主动区域中存在许多电子时，氮化物半导体层的主动区域中的费米能级接近导带。可认为此时的能带图也同样如图2所示，再通过高浓度的掺杂后，如图4所示，所述主动区域缩退而使得费米能级存在于导带中。并且，当Si基板侧的费米能级存在于价电子带中，且氮化物半导体层侧的费米能级存在于导带中时，成为图5所示的情况。在本发明中，当对氮化物系半导体元件施加正向电压(Vf)时，Si/氮化物半导体层接合面上施有逆偏压，因此Si基板的主动区域中的价电子带高于氮化物半导体层的主动区域中的导带，且形成在接合部的耗尽层变窄。用图来表示此情况时，如图6所示，由此可认为，Si基板的价电子带中的多数电子穿隧较窄的耗尽层后注入氮化物半导体层的导带中。因此可认为，根据本发明，对于使用Si作为基板的氮化物系半导体元件而言，能够在小于先前电压的情况下流过较大的电流，因此可使正向电压(Vf)低于先前。此处，用作能带图的图2～图6是使用n型GaN层作为n型氮化物半导体层的例，此例表示最佳形态，但最靠近Si基板一侧的n型氮化物半导体层并不限定于此，也可使用n型AlInGaN层。在这点上，从可形成良好结晶性的观点出发，尤以使用n型Al_aGa_1-aN(0≤a≤0.5)层为佳，且最好是使用二元混晶的n型GaN层。

本发明的主动区域是指决定氮化物系半导体元件的基本构造的区域，是在对元件中的正电极与负电极之间施加电压后电流所通过的区域。因此，例如负电荷移动的区域(负电荷移动区域)包含在主动区域中。

而且，在第3发明及第4发明中，Si的价电子带的能量位置相对较高，且在接通电流时Si基板与氮化物半导体层之间的耗尽层变薄。并且费米能级存在于价电子带中的更低处，更多的电子从Si基板注入到氮化物半导体层中，因而可使正向电压(Vf)更低。

另外，在第8发明及第9发明中，氮化物半导体层的导带的能量位置相对较低，且在接通电流时Si基板与氮化物半导体层之间的耗尽层变薄。并且费米能级存在于导带中的更高处，更多的电子从Si基板注入到氮化物半导体层中，因而可使正向电压(Vf)更低。

第12发明是第1发明至第11发明中任一发明的氮化物系半导体元件，其特征在于，所述Si基板与所述氮化物半导体层的界面上的I-V特性呈大致线形。

在第12发明中，由于Si基板与氮化物半导体层的界面上的I-V特性呈大致线形，欧姆特性良好，因此可降低氮化物系半导体元件的正向电压(Vf)。

第13发明是一种氮化物系半导体元件，其是第1发明至第12发明中任一发明的氮化物系半导体元件，其特征在于，所述氮化物半导体层包含可发光的活性层。

根据第13发明，对于双异质结构的氮化物系半导体元件而言，可使正向电压(Vf)低于先前。

第14发明是一种氮化物系半导体元件，其是第1发明至第13发明中任一发明的氮化物系半导体元件，其特征在于，具有正电极和负电极，所述正电极是与所述氮化物半导体层中包含的p型氮化物半导体层相邻接，所述负电极是与所述Si基板相邻接。

根据第14发明，由于负电极与Si基板邻接，所以可使负电极的形成位置为各种位置，从而可制成在与正电极相反的面或者与正电极垂直的面上形成负电极等符合所需形状的氮化物半导体元件。

第15发明是第14发明的氮化物系半导体元件，其特征在于，所述正电极与所述负电极设在相对的面上。

根据第15发明，与将正电极和负电极设在相同面侧上的情况相比较，可实现氮化物系半导体元件的小型化。进一步，当在与正电极相同面侧上设置负电极时，电子分别在纵方向及横方向上移动，但与此相比，本发明的电子仅在纵方向上移动，因此其效率高于在相同面侧设置正电极和负电极的元件。

此外，也可将负电极形成在与正电极相同面侧的Si基板上，此时，与先前使n型氮化物半导体层露出表面而设置负电极的情况相比，可使需要一定程度膜厚以便露出的n型氮化物半导体层的膜厚变薄。通过减小n型氮化物半导体层的膜厚，可进一步减少Vf，而且也可削减制造成本。

第16发明是一种氮化物系半导体元件，其是第1发明至第13发明中任一发明的氮化物系半导体元件，其特征在于，具有正电极和负电极，所述正电极是与所述氮化物半导体层中包含的p型氮化物半导体层相邻接，所述负电极是与所述氮化物半导体层中包含的n型氮化物半导体层相邻接。

根据第16发明，可获得将负电极设在与正电极相同面侧的构造的氮化物半导体元件。而且，当在相同面侧设置正电极和负电极时，使负电极形成面因反应性离子蚀刻(RIE)而从例如p型氮化物半导体层侧露出，但当负电极形成面位于n型氮化物半导体层时，无需改变RIE所使用的气体，从而可提高制造效率。

第17发明是第14发明或第16发明的氮化物系半导体元件，其特征在于，所述正电极与所述负电极设在相同面侧。

根据第17发明，例如在蓝宝石等绝缘性基板上形成有氮化物半导体元件构造的氮化物半导体元件，可公用在与正电极相同面侧设有负电极的元件，对使用该元件的发光装置等的更换变得容易，与使用蓝宝石基板时相比更可提高散热性，而且也可对Si基板另外附加可获得电子效果的功能。

第18发明是第1发明至第17发明中任一发明的氮化物系半导体元件，其特征在于，在所述Si基板的至少主动区域上包含p型杂质，该p型杂质较好的是元素周期表的第13族元素，更好的是硼或铝的至少一者。

在第1发明～第17发明中，作为Si基板的主动区域的全部或一部分的p型杂质，可较好地使用元素周期表的第13族元素。尤其好的是使用硼或铝的至少一者，通过使用这些元素，氮化物半导体元件可从负电极适当地送入电子。

第19发明是第1发明至第18发明中任一发明的氮化物系半导体元件，其特征在于，所述Si基板的(111)面与所述氮化物半导体层的(0001)面相邻接。

根据第19发明，可使Si基板与氮化物半导体层之间的晶格常数差缩小，因此可将因晶格常数不一致而导致的位错数量抑制得较小。

根据第1发明～第19发明，对于使用Si作为基板的氮化物系半导体元件而言，可使正向电压(Vf)低于先前。

第20发明是一种氮化物系半导体元件，其在Si基板上具有氮化物半导体层，此氮化物系半导体元件的特征在于，具有p型杂质浓度大于所述Si基板的Si结晶层，且具有与该Si结晶层上相邻接的作为所述氮化物半导体层的n型氮化物半导体层。

另外，例如对于在Si基板上具有氮化物半导体层的氮化物系半导体元件而言，当所述Si基板的至少一部分及所述氮化物半导体层包含于主动区域，且所述Si基板的主动区域的导电型为p型时，所述氮化物系半导体元件具有p型杂质浓度大于所述Si基板的Si结晶层，且具有与该Si结晶层上相邻接的作为所述氮化物半导体层的n型氮化物半导体层，由此可使所述Si基板的主动区域的导电型为p型。而且，例如对于在Si基板上具有氮化物半导体层的氮化物系半导体元件而言，当所述Si基板的至少一部分及所述氮化物半导体层包含于主动区域，且所述Si基板的主动区域的多数载体为空穴时，所述氮化物系半导体元件具有p型杂质浓度大于所述Si基板的Si结晶层，且具有与该Si结晶层上相邻接的作为所述氮化物半导体层的n型氮化物半导体层，由此可使所述Si基板的主动区域的多数载体为空穴。

第21发明是一种氮化物系半导体元件，其在Si基板上具有氮化物半导体层，此氮化物系半导体元件的特征在于，在所述Si基板与所述氮化物半导体层的接合部及其附近区域，具有p型杂质浓度高于该接合部附近区域外侧的所述基板侧区域的Si层或Si区域、以及n型杂质浓度高于该接合部附近区域外侧的氮化物半导体区域的n型氮化物半导体层。

另外，例如对于在Si基板上具有氮化物半导体层的氮化物系半导体元件而言，当所述Si基板的至少一部分及所述氮化物半导体层包含于主动区域，且所述Si基板的主动区域的导电型为p型时，在所述Si基板与所述氮化物半导体层的接合部及其附近区域，具有p型杂质浓度高于该接合部附近区域外侧的所述基板侧区域的Si层或Si区域、以及n型杂质浓度高于该接合部附近区域外侧的氮化物半导体区域的n型氮化物半导体层，由此，可使所述Si基板的主动区域的导电型为p型。而且，例如对于在Si基板上具有氮化物半导体层的氮化物系半导体元件而言，当所述Si基板的至少一部分及所述氮化物半导体层包含于主动区域，且所述Si基板的主动区域的多数载体为空穴时，在所述Si基板与所述氮化物半导体层的接合部及其附近区域，具有p型杂质浓度高于该接合部附近区域外侧的所述基板侧区域的Si层或Si区域、以及n型杂质浓度高于该接合部附近区域外侧的氮化物半导体区域的n型氮化物半导体层，由此，可使所述Si基板的主动区域的多数载体为空穴。

第22发明是第20发明或第21发明的氮化物系半导体元件，其特征在于，所述Si层或Si区域以及所述n型氮化物半导体层设置在n型导电区域上。

第23发明是第20发明或第21发明的氮化物系半导体元件，其特征在于，所述氮化物系半导体元件具有发光元件构造，在具有所述Si层或Si区域及所述n型氮化物半导体层的n型区域、与具有p型氮化物半导体层的p型区域之间，具有氮化物半导体的活性层。

第24发明是一种氮化物系半导体元件，具有在Si基板上包含氮化物半导体层的元件构造，此氮化物系半导体元件的特征在于，所述元件构造的第1导电型区域具有位于所述Si基板上的Si层或Si基板表面侧的Si区域以及位于其上的氮化物半导体层。

另外，例如对于在Si基板上具有氮化物半导体层的氮化物系半导体元件而言，当所述Si基板的至少一部分及所述氮化物半导体层包含于主动区域，且所述Si基板的主动区域的导电型为p型时，较好的是，元件构造包含Si基板上的氮化物半导体层的第1导电型区域具有位于所述Si基板上的Si层或Si基板表面侧的Si区域以及位于其上的氮化物半导体层。

而且，例如对于在Si基板上具有氮化物半导体层的氮化物系半导体元件而言，当所述Si基板的至少一部分及所述氮化物半导体层包含于主动区域，且所述Si基板的主动区域的多数载体为空穴时，较好的是，元件构造包含Si基板上的氮化物半导体层的第1导电型区域具有位于所述Si基板上的Si层或Si基板表面侧的Si区域以及位于其上的氮化物半导体层。

第25发明是第24发明的氮化物系半导体元件，其特征在于，在所述第1导电型区域，在Si层或Si基板表面侧的Si区域上具有p型杂质，所述氮化物半导体层具有n型杂质，并且该第1导电型区域为n型导电区域。

第26发明是第24发明或第25发明的氮化物系半导体元件，其特征在于，所述元件构造具有第2导电型区域，该第2导电型区域的导电型与第1导电型不同，且该第2导电型区域设在第1导电型区域上，所述元件构造是具有氮化物半导体层的发光元件构造。

第27发明是第24发明至第26发明中任一发明的氮化物系半导体元件，其特征在于，所述Si基板上的Si层或Si基板表面侧的Si区域是p型杂质浓度大于该基板内部及/或基板背面侧的p⁺层，在此Si结晶层上，具有作为氮化物半导体层的n型导电层，此n型导电层至少包含n⁺型氮化物半导体层及位于其上的n型氮化物半导体层，此n型氮化物半导体层的n型杂质浓度小于所述n⁺型层。

第28发明是一种氮化物系半导体元件，其在Si基板上具有氮化物半导体层，此氮化物系半导体元件的特征在于，在n型或p型Si基板上，具有p型杂质浓度大于该基板的p⁺型Si结晶层，在此Si结晶层上，具有作为氮化物半导体层的n型导电层，此n型导电层至少包含n⁺型氮化物半导体层及位于其上的n型氮化物半导体层，此n型氮化物半导体层的n型杂质浓度小于所述n⁺型层。

另外，例如对于在Si基板上具有氮化物半导体层的氮化物系半导体元件而言，当所述Si基板的至少一部分及所述氮化物半导体层包含于主动区域，且所述Si基板的主动区域的导电型为p型时，较好的是，在n型或p型Si基板上，具有p型杂质浓度大于该基板的p⁺型Si结晶层，在此Si结晶层上，具有作为氮化物半导体层的n型导电层，此n型导电层至少包含n⁺型氮化物半导体层及位于其上的n型氮化物半导体层，此n型氮化物半导体层的n型杂质浓度小于所述n⁺型层。而且，例如对于在Si基板上具有氮化物半导体层的氮化物系半导体元件而言，当所述Si基板的至少一部分及所述氮化物半导体层包含于主动区域，且所述Si基板的主动区域的多数载体为空穴时，对于在Si基板上具有氮化物半导体层的氮化物系半导体元件而言，较好的是，在n型或p型Si基板上，具有p型杂质浓度大于该基板的p⁺型Si结晶层，且在此Si结晶层上，具有作为氮化物半导体层的n型导电层，该n型导电层至少包含n⁺型氮化物半导体层及位于其上的n型氮化物半导体层，此n型氮化物半导体层的n型杂质浓度小于所述n⁺型层。

第29发明是一种氮化物系半导体元件，其在Si基板上具有氮化物半导体层，此氮化物系半导体元件的特征在于，在n型或p型Si基板的基板表面侧，具有p型杂质浓度大于该基板的p⁺型Si区域，在此Si区域上，具有作为氮化物半导体层的n型导电层，此n型导电层至少包含n⁺型氮化物半导体层及位于其上的n型氮化物半导体层。

另外，例如对于在Si基板上具有氮化物半导体层的氮化物系半导体元件而言，当所述Si基板的至少一部分及所述氮化物半导体层包含于主动区域，且所述Si基板的主动区域的导电型为p型时，较好的是，在n型或p型Si基板的基板表面侧，具有p型杂质浓度大于该基板的p⁺型Si区域，在此Si区域上，具有作为氮化物半导体层的n型导电层，此n型导电层至少包含n⁺型氮化物半导体层及位于其上的n型氮化物半导体层。而且，例如对于在Si基板上具有氮化物半导体层的氮化物系半导体元件而言，当所述Si基板的至少一部分及所述氮化物半导体层包含于主动区域，且所述Si基板的主动区域的多数载体为空穴时，较好的是，在n型或p型Si基板的基板表面侧，具有p型杂质浓度大于该基板的p⁺型Si区域，在此Si区域上，具有作为氮化物半导体层的n型导电层，此n型导电层至少包含n⁺型氮化物半导体层及位于其上的n型氮化物半导体层。

第30发明是第20发明至第23发明、第25发明以及第27发明至第29发明中任一发明的氮化物系半导体元件，其特征在于，所述Si层或Si区域上包含元素周期表的第13族元素，所述第13族元素的浓度随着远离氮化物半导体层而增加，且随着进一步的远离而减少。

根据第30发明，可将作为载体的电子从Si基板较好地供给至氮化物半导体元件构造，从而可获得Vf较低的氮化物半导体元件。

第31发明是第20发明至第30发明中任一发明的氮化物系半导体元件，其特征在于，在氮化物系半导体元件的主动区域中，具有所述氮化物半导体层及所述Si层或Si区域。

第32发明是第28发明至第31发明中任一发明所述的氮化物系半导体元件，其特征在于，此氮化物系半导体元件是在所述n型导电层上具有p型导电层的发光元件构造，此p型导电层具有p型氮化物半导体层。

第33发明是第20发明至第32发明中任一发明的氮化物系半导体元件，其特征在于，所述Si层或Si区域的杂质浓度为约1×10¹⁸cm^-3～约1×10²²cm^-3。

根据以上所说明的第20发明～第33发明，对于使用Si作为基板的氮化物系半导体元件而言，可使正向电压(Vf)低于先前。除此之外，对于Si基板上的氮化物半导体的元件构造、发光元件构造而言，可使其元件特性较好。

而且，当第20发明～第33发明的Si层是在Si基板上成长的同质外延成长的结晶层时，可维持结晶性而实现厚膜化，因而量产性优良。而且，当基板表面有结晶损伤时，例如为了赋予良好的导电性而含有杂质从而导致结晶性恶化时，可利用Si层成长而实现结晶性改善。通过厚膜化，在表面附近，即与GaN的异种接合界面附近部，可较其他Si层区域(基板侧)更好地进行高浓度掺杂。在Si区域，由于可在高浓度化时维持基板结晶性，因此同样可使GaN结晶成长良好，故可获得优良的元件特性。而且，如果在Si区域的因掺杂源气体的热扩散而形成的物质与Si层上使用相同的炉、装置，例如有机金属气相成长装置(MOVPE)，连续地形成接下来的氮化物半导体层时，基板不会暴露，因此可使GaN的结晶成长良好，且成长结晶的不均匀现象较少，故量产性、制造良率优秀。

在第20发明～第33发明之一形态中，将氮化物半导体的元件构造，例如将n型氮化物半导体、氮化物半导体的活性层及p型氮化物半导体层叠而成的发光元件构造中的导电型区域的一个，形成为设置有氮化物半导体，具体而言n型氮化物半导体及Si半导体的构造。即，当在元件构造中设置Si/GaN系半导体(以下称为Si/GaN)异种界面时，将该异种界面配置在元件构造中的一个导电型区域内，由此可解决所述的先前问题。具体而言，将Si基板上的Si层或基板表面侧的Si区域并入Si基板上设置的氮化物半导体的元件构造中，在其中一个导电型层中形成Si/GaN异种界面。因此，在元件构造的一个导电型层中，当其电荷，具体而言负电荷移动时，所述Si/GaN异种界面并小设置在基板表面、pn接合部等处，故可将异种接合界面的问题控制得较低。

另一方面，如果Si基板上的Si层符合第20发明～第33发明的一形态，则不会出现如下各种GaN成长时的问题，即，先前的Si基板与GaN层的异种材料间的GaN成长；隔着与两者不同材料的介在层的GaN成长；以及导电性Si基板上的因添加杂质而导致结晶性恶化的Si基板表面上的GaN成长，因为是与Si基板/Si层同种材料系的同质外延成长，所以可形成结晶性良好的Si层，并且在其上形成GaN层时，可发挥优良的效果，即可进行结晶性良好的成长。进一步，就该Si层的良好结晶性而言，在高掺杂Si层时，可抑制结晶性恶化，除此之外，对于结晶性良好的Si层上的GaN，亦可抑制高掺杂时的结晶性恶化，在形成下述Si/GaN不同的导电型间的异种材料接合界面时，可较好地发挥作用。具体而言，使表面侧为高浓度，以提供给Si/GaN接合部，并且使表面侧与基板之间为低浓度，由此可提高结晶性。

在第20发明～第33发明的一形态中，使Si基板上的Si层或Si基板表面侧的Si区域为p型杂质高浓度，且于Si层上设置n型杂质高浓度的氮化物半导体。由此，在Si/GaN的异种接合部，可使下述电荷的移动良好，故可降低该界面的正向电压Vf。而且，利用使所述结晶性提高的效果，可降低整个半导体元件的串联电阻。除此之外，由于高浓度层为Si成长层，因此当存在Si晶片表面的损伤、结晶性恶化等现象以及该固体不均匀时，也可利用在其上同质外延成长的层而改善其结晶性，由此，可对该结晶层进行高浓度掺杂，而且，在层内的表面附近部，即与GaN系半导体的接合部附近，也可为部分性高掺杂。对于Si区域，可利用下述扩散掺杂而进行p型杂质的高浓度掺杂，尤其在表面附近部，即与GaN系半导体的接合部附近，可再进行高浓度的掺杂。进一步，在形成高浓度的Si区域后，接下来的GaN系半导体成长也可在相同炉内进行连续处理，因此也可避免先前的Si基板表面的结晶性恶化问题。

作为第20发明～第33发明的一形态，在使GaN系半导体成长于Si基板上时，并不设置先前的ZnO之类的异种材料的介在层，而是利用在Si基板上的同质外延成长，来排除、降低阻碍Si基板表面的GaN系半导体结晶的主要因素。另一方面，利用掺杂物的热扩散而使杂质向Si基板扩散，由此可保持Si基板或基板表面侧的结晶性，从而可进行高浓度掺杂，且可使所述Si/GaN异种界面的主动区域中的电荷移动顺滑。具体而言，如果在Si基板中且在Si锭成长中添加高浓度的杂质，则Si锭及由其制成的Si基板的结晶性会整体性恶化，即便实现高浓度化，也难以进行GaN系半导体的结晶成长。然而，如本形态所说明，在形成Si层及形成Si区域时，可使原本Si基板中与Si层、Si区域的掺杂物具有相同导电型的杂质为低浓度，且可不添加杂质，使Si基板的结晶性良好，并且在形成Si基板上的Si层及形成Si基板表面侧的Si区域时，可维持其良好的结晶性，实现杂质的高浓度化，故可提供给Si/GaN异种界面。除此之外，即使在Si基板中添加导电型与所述Si层、Si区域相反的杂质，也可将所述Si层、Si区域控制为所需的导电型及杂质浓度，即，可通过高设计自由度而形成所述Si层、Si区域，因此可应用于各种元件。

作为第20发明～第33发明的一形态，在所述Si/GaN异种接合部，使Si侧为p型，并使多数载体为空穴，或者使含有p型杂质的层/区域的GaN侧为含有n型或n型杂质的层/区域，因此更好的是，可高浓度地含有各导电型杂质，具体而言，使各导电型杂质浓度高于接合部附近以外的区域。可通过实验来确认正向电压(Vf)低于先前，但其理论性的理由并不明确。然而，以下将描述一假说，作为本发明的理论性说明的尝试。由于是假说，因此以下的说明当然不能限定本发明。

在第20发明～第33发明的一形态中，使所述Si层、Si区域中的主动区域的导电型为p型，而且从载体的观点考虑，使所述Si层、Si区域中的主动区域的多数载体为空穴。这样，所述Si层、Si区域的主动区域中的费米能级会接近价电子带。以所述Si层、Si区域与氮化物半导体层的接合界面的能带图来表示所述情况时，可考虑如图13A所示。进一步通过高浓度的掺杂后，如图13B所示，所述主动区域的全部或一部分缩退，使得费米能级存在于价电子带中。而且，当氮化物半导体层的主动区域中存在许多电子时，氮化物半导体层的主动区域中的费米能级接近导带。可认为此时的能带图也同样如图13A所示，再通过高浓度的掺杂后，如图13C所示，所述主动区域缩退而使得费米能级存在于导带中。并且，当所述Si层、Si区域侧的费米能级存在于价电子带中，且氮化物半导体层侧的费米能级存在于导带中时，成为图13D所示的情况。在本发明中，当对氮化物系半导体元件施加正向电压(Vf)时，Si/GaN异种接合面上施有逆偏压，因此所述Si层、Si区域的主动区域中的价电子带高于氮化物半导体层的主动区域中的导带，且形成在接合部的耗尽层变窄。用图来表示此情况时，如图13E所示，由此可认为，所述Si层、Si区域的价电子带中的多数电子穿隧较窄的耗尽层后注入氮化物半导体层的导带中。因此可认为，根据本发明，对于使用Si作为基板的氮化物系半导体元件而言，能够在小于先前电压的情况下流过较大的电流，因此可使正向电压(Vf)低于先前。此处，用作能带图的图13A～图13E是使用n型GaN层作为n型氮化物半导体层的例，此例表示最佳形态，但最靠近所述Si层、Si区域一侧的n型氮化物半导体层并不限定于此，也可使用n型AlInGaN层。在这点上，从可形成良好结晶性的观点出发，尤以使用n型Al_aGa_1-aN(0≤a≤0.5)层为佳，且最好是使用二元混晶的n型GaN层。

第20发明～第33发明的一形态中的主动区域，是指决定氮化物系半导体元件的基本构造的区域，是在对元件中的正电极与负电极之间施加电压后电流所通过的区域。因此，例如负电荷移动的区域(负电荷移动区域)包含在主动区域中。

而且，在第20发明～第33发明的一形态中，使所述Si层、Si区域的空穴浓度为约1×10¹⁸cm^-3以上、约1×10²¹cm^-3以下，或者使杂质浓度为约1×10¹⁸cm^-3以上、约1×10²²cm^-3以下，因此Si的价电子带的能量位置相对较高，且在接通电流时所述Si层、Si区域与氮化物半导体层之间的耗尽层变薄。并且费米能级存在于价电子带中的更低处，更多的电子从所述Si层、Si区域注入到氮化物半导体层，因而可使正向电压(Vf)更低。使与所述Si层、Si区域邻接的氮化物半导体层的电子浓度为约1×10¹⁷cm^-3以上、约1×10²¹cm^-3以下，或者使n型杂质浓度为约1×10¹⁷cm^-3以上、约1×10²²cm^-3以下，因此氮化物半导体层的导带的能量位置相对较低，且在接通电流时所述Si层、Si区域与氮化物半导体层之间的耗尽层变薄。并且费米能级存在于导带中的更高处，更多的电子从所述Si层、Si区域注入到氮化物半导体层，因而可使正向电压(Vf)更低。

第34发明是第1发明～第33发明中任一发明的氮化物系半导体元件，其特征在于，在所述Si基板与所述氮化物半导体层之间具备缓冲区域，在所述Si基板的表面具备第1结晶区域及第2结晶区域，所述第1结晶区域具有包含Al及Si的第1结晶，所述第2结晶区域具有包含GaN系半导体的第2结晶，该GaN系半导体包含Si。

使具有包含Al及Si的第1结晶的第1结晶区域与包含具有Si的GaN系半导体的第2结晶区域分布在Si基板的表面，由此可使结晶性良好的氮化物半导体层在Si基板上形成。

第35发明是第1发明～第34发明中任一发明的氮化物系半导体元件，其特征在于，在所述Si基板与所述氮化物半导体层之间具备缓冲区域，所述缓冲区域具有基板侧的第1区域及与所述第1区域相比较远离所述Si基板的第2区域，所述第1区域及所述第2区域分别具有由氮化物半导体构成的第1层及由氮化物半导体构成的第2层交替层叠而成的多层膜构造，所述第1区域具有的第1层的膜厚大于所述第2区域具有的第1层的膜厚。

根据第35发明，与Si基板的晶格常数差较大的层(第2层)形成为厚度薄于与Si基板的晶格常数差较小的层(第1层)。由于第1层是氮化物半导体层，因此晶格常数小于Si基板。即，当在Si基板上形成氮化物半导体层时，由于晶格常数存在差异，因此在Si基板与氮化物半导体层的界面上压缩应力及拉伸应力分别发挥作用。详细而言，当在Si基板上形成由氮化物半导体构成的第1层时，在晶格常数较大的Si基板上，压缩应力发挥作用，与此相对，在晶格常数较小的第1层上，拉伸应力发挥作用。由于在第1层上拉伸应力发挥作用，因此如果该第1层继续成长，则在其成长面上会产生龟裂。而且此龟裂的产生会使氮化物半导体层的进一步成长变得困难。此处，如果使相对于Si基板的晶格常数差大于第1层的第2层形成得较薄，此第2层是由氮化物半导体而构成，则在第1层与第2层的界面上，在第2层上拉伸应力发挥作用，而在第1层上压缩应力发挥作用。即，在持续具有拉伸应力的第1层的成长面上压缩应力发挥作用，因此可抑制龟裂的产生。也就是说，可在抑制产生龟裂的情况下形成第1层，并且形成使第1层及第2层交替层叠而成的多层膜构造，故可获得由龟裂得以抑制的由氮化物半导体构成的缓冲区域。

进一步，在Si基板上，在第1层与第2层产生的龟裂得以抑制的第1区域上，形成将第1层及第2层交替层叠而成的第2区域，由此可形成结晶性良好的氮化物半导体层。此处，根据第35发明，第1区域具有的第1层的膜厚大于第2区域具有的第1层的膜厚，即，第2区域具有的第1层的膜厚薄于第1区域具有的第1层的膜厚。由此可获得结晶性良好的氮化物半导体层。由于该第2区域位于第1区域上，因此可发挥其功能。例如，即使以相同的膜厚在Si基板上直接形成第2区域，也无法获得结晶性良好的氮化物半导体层。即，使第2区域形成在Si基板上的龟裂得以抑制的膜上时，可发挥其效果。

由上所述，根据第35发明，可获得结晶性良好的氮化物半导体层。

另外，当在所述Si基板与所述氮化物半导体层之间具备缓冲区域，在所述Si基板的表面具备第1结晶区域及第2结晶区域，并且在所述第1结晶区域具有包含Al及Si的第1结晶，所述第2结晶区域具有包含GaN系半导体的第2结晶，且该GaN系半导体包含Si时，较好的是，所述缓冲区域具有基板侧的第1区域及与所述第1区域相比较远离所述Si基板的第2区域，所述第1区域及所述第2区域分别具有由氮化物半导体构成的第1层以及由与所述第1层具有不同组成的氮化物半导体构成的第2层交替层叠而成的多层膜构造，所述第2层的膜厚小于所述第1层的膜厚，所述第1区域具有的第1层的膜厚大于所述第2区域具有的第1层的膜厚。

第36发明是第1发明～第35发明中任一发明的氮化物系半导体元件，其特征在于，此氮化物系半导体元件具有包含Si基板的Si半导体的保护元件部、以及将氮化物半导体层在此基板上层叠而成的发光元件构造部，所述保护元件部与发光元件构造部的接合部是由p型Si半导体及n型氮化物半导体层所形成。

由于层叠在Si基板上的氮化物半导体的发光元件部及Si保护元件是由n型氮化物半导体与p-Si接合而成的半导体元件，因而在此n-GaN/p-Si界面上，能够在小于先前电压的情况下流过电流，且能够使各元件即LED、保护元件良好地驱动，故可提高各元件的特性。

第37发明是第36发明的氮化物系半导体元件，其特征在于，所述半导体元件为三端子元件，此三端子为所述发光构造部的p、n电极以及保护元件部的n电极，该保护元件部设置在所述基板的与设有所述发光元件构造部的主面相对的主面上。

第38发明是第36发明的氮化物系半导体元件，其特征在于，所述半导体元件具有在半导体元件内设有布线的内部电路，使设置在所述基板的设有所述发光元件构造部的主面上的n电极与发光构造部的p电极相连接。

第39发明是第36发明的氮化物系半导体元件，其特征在于，所述半导体元件为二端子元件，此二端子为所述发光构造部的n电极、及设置在与设有发光构造部的基板主面相对的主面上的保护元件部的n电极。

第40发明是一种氮化物系半导体元件的制造方法，此氮化物系半导体元件是在Si基板上具有氮化物半导体层，此氮化物系半导体元件的制造方法的特征在于包括：第1步骤，在Si基板上，使具有p型杂质的Si层成长；以及第2步骤，在此Si层上，使n型氮化物半导体层成长。

另外，例如对于在Si基板上具有氮化物半导体层的氮化物系半导体元件而言，当所述Si基板的至少一部分及所述氮化物半导体层包含于主动区域，且所述Si基板的主动区域的导电型为p型时，其具有p型杂质浓度大于所述Si基板的Si结晶层，且具有与该Si结晶层上相邻接的作为所述氮化物半导体层的n型氮化物半导体层，由此可使所述Si基板的主动区域的导电型为p型。而且，例如对于在Si基板上具有氮化物半导体层的氮化物系半导体元件而言，当所述Si基板的至少一部分及所述氮化物半导体层包含于主动区域，且所述Si基板的主动区域的多数载体为空穴时，所述氮化物系半导体元件具有p型杂质浓度大于所述Si基板的Si结晶层，且具有与该Si结晶层上相邻接的作为所述氮化物半导体层的n型氮化物半导体层，由此可使所述Si基板的主动区域的多数载体为空穴。

第41发明是一种氮化物系半导体元件的制造方法，此氮化物系半导体元件是在Si基板上具有氮化物半导体层，此氮化物系半导体元件的制造方法的特征在于包括：第1步骤，在Si基板上，利用扩散的方式添加p型杂质，使添加有p型杂质的Si区域在此Si基板表面侧形成；以及第2步骤，在所述Si区域上，使n型氮化物半导体层成长。

另外，例如对于在Si基板上具有氮化物半导体层的氮化物系半导体元件而言，当所述Si基板的至少一部分及所述氮化物半导体层包含于主动区域，且所述Si基板的主动区域的导电型为p型时，在所述Si基板与所述氮化物半导体层的接合部及其附近区域，具有p型杂质浓度高于该接合部附近区域外侧的所述基板侧区域的Si层或Si区域、以及n型杂质浓度高于该接合部附近区域外侧的氮化物半导体区域的n型氮化物半导体层，由此可使所述Si基板的主动区域的导电型为p型。而且，例如对于在Si基板上具有氮化物半导体层的氮化物系半导体元件而言，当所述Si基板的至少一部分及所述氮化物半导体层包含于主动区域，且所述Si基板的主动区域的多数载体为空穴时，在所述Si基板与所述氮化物半导体层的接合部及其附近区域，具有p型杂质浓度高于该接合部附近区域外侧的所述基板侧区域的Si层或Si区域、以及n型杂质浓度高于该接合部附近区域外侧的氮化物半导体区域的n型氮化物半导体层，由此可使所述Si基板的主动区域的多数载体为空穴。

第42发明是第40发明或第41发明的氮化物系半导体元件的制造方法，其特征在于，在所述氮化物半导体层的元件中，使所述Si层或Si区域为负电荷移动的主动区域。

第43发明是第40发明～第42发明中任一发明的氮化物系半导体元件的制造方法，其特征在于包括以下步骤：在所述第2步骤之后，至少层叠p型氮化物半导体层，以形成发光元件的层叠构造。

第44发明是一种氮化物系半导体元件的制造方法，此氮化物系半导体元件具有在Si基板上包含氮化物半导体层的元件构造，此氮化物系半导体元件的制造方法的特征在于包括：Si成长步骤，在所述Si基板上，使Si半导体层成长为所述元件构造的第1导电型区域的层；第1氮化物半导体层成长步骤，在所述Si层上，使第1氮化物半导体层成长为所述第1导电型区域的层；以及第2氮化物半导体层成长步骤，使第2氮化物半导体层成长为所述元件构造的第2导电型区域的层。

第45发明是一种氮化物系半导体元件的制造方法，此氮化物系半导体元件具有在Si基板上包含氮化物半导体层的元件构造，此氮化物系半导体元件的制造方法的特征在于包括：Si成长步骤，在所述Si基板的表面侧，使不同于第1导电型区域的第2导电型Si区域成长为所述元件构造的第1导电型区域的层；第1氮化物半导体层成长步骤，在所述Si区域上，使第1氮化物半导体层成长为所述第1导电型区域的层；以及第2氮化物半导体层成长步骤，使第2氮化物半导体层成长为所述元件构造的第2导电型区域的层。

第46发明是第44发明或第45发明的氮化物系半导体元件的制造方法，其特征在于，在使所述第1氮化物半导体层成长的步骤中，掺杂n型杂质使其成长，且所述第1导电型区域为n型区域。

第47发明是第44发明～第46发明中任一发明的氮化物系半导体元件的制造方法，其特征在于，所述第1导电型区域为n型区域，所述第2导电型区域为p型区域，且所述元件为发光元件构造。

第48发明是第41发明或第45发明的氮化物系半导体元件的制造方法，其特征在于，在所述第1步骤中，以含有Si半导体的p型杂质的膜被覆Si基板表面，使该p型杂质在基板内扩散，以形成所述Si区域。

第49发明是第41发明或第45发明的氮化物系半导体元件的制造方法，其特征在于，在所述第1步骤中，在热处理的情况下向所述Si基板表面供给Si半导体的p型杂质源气体，以形成所述Si区域。

第50发明是第40发明～第49发明中任一发明的氮化物系半导体元件的制造方法，其特征在于，所述Si基板具有p型杂质，且在所述第1步骤中，Si层或Si区域的p型杂质浓度大于该Si基板的p型杂质浓度。

第51发明是第50发明的氮化物系半导体元件的制造方法，其特征在于，所述第1步骤中的p型杂质为硼(B，boron)。

附图说明

图1是表示本发明实施形态的氮化物系半导体元件的一部分的图。

图2是说明本发明实施形态的氮化物系半导体元件的一部分的能带图。

图3是说明本发明实施形态的氮化物系半导体元件的一部分的能带图。

图4是说明本发明实施形态的氮化物系半导体元件的一部分的能带图。

图5是说明本发明实施形态的氮化物系半导体元件的一部分的能带图。

图6是说明本发明实施形态的氮化物系半导体元件的一部分的能带图。

图7是表示本发明实施形态的氮化物系半导体元件的电流-电压特性(I-V特性)图。

图8是本发明一实施形态的半导体元件的示意截面图

图9A是本发明一实施形态的半导体元件的示意截面图。

图9B是本发明一实施形态(图2A的另一形态)的半导体元件的示意截面图。

图10是说明本发明一实施形态的半导体元件的制造步骤的示意截面图。

图11是说明本发明一实施形态的半导体元件的制造步骤的示意截面图。

图12是本发明一实施形态的半导体元件的示意截面图。

图13A是表示本发明一实施形态的半导体元件一部分的「Si/GaN接合部附近的Si、氮化物均未缩退」的能带构造的示意图。

图13B是表示本发明一实施形态的半导体元件一部分的「仅Si/GaN接合部附近的Si缩退」的能带构造的示意图。

图13C是表示本发明一实施形态的半导体元件一部分的「仅Si/GaN接合部附近的氮化物缩退」的能带构造的示意图。

图13D是表示本发明一实施形态的半导体元件一部分的「Si/GaN接合部附近的Si、氮化物均缩退」的能带构造的示意图。

图13E是表示本发明一实施形态的半导体元件一部分的「Si/GaN接合部附近的正向施加(LED驱动)时」的能带构造的示意图。

图14是表示本发明一实施形态的实验例的电流-电压特性图。

图15是表示本发明的Si/GaN异种接合部的能带构造的示意图。

图16是本发明一实施形态的半导体元件的示意截面图及与此大致等价的电路图(右上插图)。

图17A是本发明一实施形态的半导体元件的示意截面图。

图17B是本发明一实施形态(图2A的另一形态)的半导体元件的示意截面图。

图18A是本发明一实施形态的半导体元件的示意截面图。

图18B是本发明一实施形态(图3A的另一形态)的半导体元件的示意截面图。

图19A是本发明一实施形态的半导体元件的示意截面图及与此大致等价的电路图(右上插图)。

图19B是本发明一实施形态的半导体元件(图4A)的示意平面图。

图20是表示本发明实施例1的氮化物系半导体元件图。

图21是表示本发明实施例2的氮化物系半导体元件图。

图22是表示本发明实施例3的氮化物系半导体元件图。

图23是表示本发明实施例4的氮化物系半导体元件图。

图24是表示先前的氮化物系半导体元件的能带图。

图25是表示本发明的Si/GaN异种接合部的能带构造的示意图。

[符号的说明]

1001      氮化物系半导体元件

1001-1    氮化物系半导体元件

1001-2    氮化物系半导体元件

1001-3    氮化物系半导体元件

1001-4    氮化物系半导体元件

1002      Si基板

1003      氮化物半导体层

1004      n型氮化物半导体层

1005      活性层

1006      P型氮化物半导体层

1007      正电极

1008      负电极

2010      Si基板

2010a     n-Si基板

2010b     P-Si基板

2010c    非导电性Si基板

2011     p-Si层(区域)

2012     n-Si区域

2015     n电极(Si基板电极)

2020     异种接合部(Si/GaN接合部)

2021     n型层(n型氮化物半导体层)

2022     活性层(GaN系半导体)

2023     P型层(p型氮化物半导体层)

2025     n电极

2025a    Si基板2010的层叠构造2140侧电极

2025b    Si层/区域2011的电极

2026     P电极

2027     P平头电极(发光元件部)

2030     Si基板(Si层2031(2011)形成前、2030′

         元件形成后的Si基板2010)

2031     Si层(2031a基板侧为[低浓度]，2031b半

         导体的层叠构造2140侧为[高浓度]，2031′

         元件形成后的Si层2011)

2040     Si基板(Si区域2042(2011)形成前)

2041     Si扩散区域(背面侧2041a，表面侧2041b)

2042     Si扩散区域(Si形成后[2042′层叠2140形成后])

2045     杂质源气体

2046     堆积物

2047     扩散杂质(2047a气体供给时，2047b气体停止时)

2050     Si基板(Si区域2053(2011)形成前，2050′Si

         区域2053形成后，2050″层叠构造2140形成

         后的Si基板2010)

2051     杂质源被膜

2053     杂质扩散区域(背面侧2053a，表面侧2053b、

         2053′层叠2140形成后的Si区域2011)

2045     杂质源气体

2046                          堆积物

2047                          扩散杂质(2047a气体供给时，2047b气体停止时)

2060(2070)、2063(2073)、2066  Si区域/层形成时的p型杂质分布

2062(2072)、2065              Si区域形成(扩散)中途的p型杂质分布

2061(2071)、2064(2074)、2067  层叠构造2140形成后的p型杂质分布

2080、2081、2082              n型杂质分布(层叠构造2140形成后，n型

                              氮化物半导体层中)

2090-2096                     n型氮化物半导体层

2100                          发光元件

2110                          第1导电型区域

2120                          第2导电型区域

2130                          发光元件的层叠构造体

2140                          氮化物半导体的层叠构造

3110                          保护元件部

3020                          异种接合部

3025                          电极

3026                          电极

3027                          平头电极

3040                          布线

3200                          布线

具体实施方式

以下，参照附图来详细说明用于实施本发明的最佳形态。

图1是表示本发明第1实施形态的氮化物系半导体元件的一部分的图。

如图1所示，本发明第1实施形态的氮化物系半导体元件1001是在Si基板1002上具有氮化物半导体层1003。氮化物半导体层1003中包含n型氮化物半导体层1004、活性层1005、以及p型氮化物半导体层1006，其中的n型氮化物半导体层1004与Si基板1002邻接。如图1所示，Si基板1002上的主动区域的导电型为p型。

另外，在第1实施形态中，为了让本发明容易理解，对氮化物半导体层1003具有活性层1005的情况进行说明，但在本发明中，氮化物半导体层1002也可不具有活性层1005，此时，在n型氮化物半导体层1004与p型氮化物半导体层1006的界面上，成为发光的发光区域。

在第1实施形态的氮化物系半导体元件1000中，将Si基板1002的主动区域设为p型而非n型，但这样对于使用Si作为基板的氮化物系半导体元件而言，可使正向电压(Vf)低于先前的n型Si基板。此处，如果使Si基板1002的主动区域的费米能级存在于价电子带中，且使氮化物半导体层1003的主动区域的费米能级存在于导带中，则可认为处于缩退状态，且可认为尤其是处于缩退状态时可使Vf较先前下降。此缩退状态较好的是Si基板完全缩退，更好的是Si基板与氮化物半导体层这两者均缩退。而且可推测，即便接合时费米能级在Si基板侧不存在于价电子带中，且在氮化物半导体层侧不存在于导带中，但对于通过增加电场而形成与缩退情况相同的能带构造，也具有同样的效果。这样，根据第1实施形态，对于使用Si作为基板的氮化物系半导体元件而言，认为可在电压小于先前的情况下流过较大的电流，且可使正向电压(Vf)低于先前。然而，本实施形态的效果需通过实验而确认，此处的理论性说明仅为假说。此假说的理论并不对本发明作任何限定。

以下将更详细地说明本发明第1实施形态的氮化物系半导体元件1001。

[Si基板1002]

Si基板1002的主动区域为p型或者其多数载体为空穴。

本发明并不限定Si基板1002的主动区域的空穴浓度，但较好的是，此空穴浓度为约1×10¹⁸cm^-3以上、约1×10²¹cm^-3以下，更好的是约1×10¹⁹cm^-3以上、约2×10²⁰cm^-3以下。

而且，本发明并不限定Si基板1002的主动区域的p型杂质(硼或铝等)的浓度，但较好的是，此p型杂质(硼或铝等)的浓度为约1×10¹⁸cm^-3以上、约1×10²²cm^-3以下，更好的是约1×10¹⁹cm^-3以上、约2×10²¹cm^-3以下。

根据第1实施形态的Si基板1002，在其主动区域上产生有大量的空穴(hole)，Si基板1002的主动区域的费米能级存在于价电子带中的更低电位处，可认为Si基板1002的主动区域的费米能级与n型氮化物半导体层1004的主动区域的费米能级一致。

而且可认为，Si基板1002的主动区域与氮化物半导体层1003的主动区域之间的空乏层也变薄。这样，更多的电子从Si基板的价电子带注入至n型氮化物半导体层1004的导带，对于使用Si作为基板的氮化物系半导体元件1001而言，可使正向电压(Vf)更低。

而且，本发明并不限定Si基板1002的主动区域的电阻率，此电阻率较好的是约为0.05Ωcm以下，更好的是约为0.02Ωcm以下。这样，对于氮化物系半导体元件1001而言，可在电压更小的情况下流过较大的电流，且可使正向电压(Vf)更低。

另外，如下所述，在本发明中，可将整个Si基板1002设为主动区域，而且也可将Si基板1002的一部分设为主动区域，所述主动区域是根据例如负电极的形成位置来适当选择。而且，Si基板1002的主动区域的至少一部分取所述空穴浓度、p型杂质浓度、电阻率的值即可，无须使Si基板1002的整个主动区域取所述值。因此，在本发明中，包含以下(1)～(4)的所有情况：

(1)整个Si基板1002为主动区域，此主动区域全部取所述空穴浓度、p型杂质浓度、电阻率的值。

(2)整个Si基板1002为主动区域，此主动区域的一部分取所述空穴浓度、p型杂质浓度、电阻率的值。

(3)Si基板1002的一部分为主动区域，此主动区域全部取所述空穴浓度、p型杂质浓度、电阻率的值。

(4)Si基板1002的一部为主动区域，此主动区域的一部分取所述空穴浓度、p型杂质浓度、电阻率的值。

而且，为了让本发明容易理解，所述说明中列举了最能发挥本发明效果的条件，即便p型杂质的种类、浓度或空穴浓度或者电阻率不同于所述情况时，也包含于本发明中，且能够获得本发明的效果。另外，在所述内容中，p型杂质的种类、浓度或空穴浓度或者电阻率所取的数值为「大约数值」，这意味着不仅理所当然地包含p型杂质的种类、浓度或空穴浓度或者电阳率严格地取所述数值的情况，也包含不严格地取所述数值的情况。

另外，如果Si基板1002的(111)面与氮化物半导体层1003的(0001)面邻接，则可将Si基板2与氮化物半导体层1003之间因晶格常数不一致而导致的位错抑制到最小程度。

另外，本发明并不限定杂质浓度的测定方法，但杂质浓度例如可利用二次离子质量分析法(SIMS，Secondary Ion Mass Spectrometry)来测定。

[氮化物半导体层1003]

(n型氮化物半导体层1004)

n型氮化物半导体层1004例如可由以通式In_eAl_fGaN_1-e-f(0≤e、0≤f、e+f≤1)表示的材料而构成，并且可以是单层，也可以是多层，但为了获得结晶缺陷少的氮化物半导体层1003，较好的是GaN或者f值为0.2以下的Al_fGa_1-fN。而且，为了一方面防止龟裂的产生，一方面降低电阻值以使氮化物系半导体元件1的正向电压(Vf)降低，n型氮化物半导体层1004的膜厚较好的是为0.1μm以上、5μm以下，由此可获得Vf较低的氮化物半导体元件。而且，n型氮化物半导体层1004的膜厚更好的是为0.3μm以上、1μm以下，使所述膜厚为0.3μm以上时，可获得结晶性良好的氮化物半导体元件构造(至少n型氮化物半导体层及p型氮化物半导体层)，而且，使所述膜厚为1μm以下时，氮化物半导体元件构造难以产生龟裂，从而提高良品率。而且n型氮化物半导体层中，最靠近Si基板的一侧的层设为膜厚是10nm以上的层，因而可将电子从Si基板较合适地注入到n型氮化物半导体层。从导电性及结晶性方面考虑，较好的是设置膜厚为10nm以上、300nm以下的层，再在其上设置n侧包覆层等其他层。而且较好的是，最靠近该Si基板的一侧的层为n型GaN层，这样可将电子从Si基板最合适地注入到n型氮化物半导体层中。

而且，当具有在n型氮化物半导体层与p型氮化物半导体层之间设置活性层的双异质接合的氮化物半导体元件构造时，较好的是，在活性层侧具有带隙能量大于活性层的n型氮化物半导体层以作为n侧包覆层，从功能方面而言，可防止空穴从p型氮化物半导体层侧溢出以提高活性层的发光再结合的概率。

此外，当设置多个n型氮化物半导体层时，在任一位置上，较好的是在较n侧包覆层更靠近Si基板侧，也可设置将AlN与Al_aGa_1-aN(0＜a＜1)反复层叠而成的多层膜、或者将AlN与GaN反复层叠而成的多层膜等，并可在此层的作用下缓和应力，从而可获得其上的结晶性良好的氮化物半导体层。

另外，为便于说明而作了省略，在Si基板1002与n型氮化物半导体层1004之间具备缓冲层(未图示)，从而可获得结晶性良好的氮化物半导体元件构造，因此较好。作为缓冲层的材料，较好的是使用以Al_aGa_1-aN(0≤a≤1)表示的氮化物半导体，更好的是使用AlN。通过形成这些缓冲层，可缓和Si基板1002与n型氮化物半导体层1004的晶格失配。此缓冲层的膜厚至少需薄于n型氮化物半导体层的最靠近Si基板一侧的层，较好的是0.25nm以上(1原子层以上)且不足10nm。将缓冲层的膜厚设为0.25nm以上，可使缓冲层较好地发挥功能，而将缓冲层的膜厚设为不足10nm，可使Si基板与n型氮化物半导体层之间获得的电气特性与不设置缓冲层时相同。即，通过在所述膜厚的范围内设置缓冲层，可使其上的氮化物半导体层的结晶性良好，并且可获得与不设置缓冲层时相同的电气特性，就其他方面而言，Si基板中的电子被实质性地注入到n型氮化物半导体层中。

本发明中，并不限定n型氮化物半导体层1004的电子浓度，但较好的是，n型氮化物半导体层1004的主动区域的电子浓度为约1×10¹⁷cm^-3以上、约1×10²¹cm^-3以下，更好的是约2×10¹⁸cm^-3以上、约1×10²⁰cm^-3以下。而且，本发明并不限定n型氮化物半导体层1004的n型杂质浓度，但较好的是，n型氮化物半导体层1004的主动区域的n型杂质浓度为约1×10¹⁷cm^-3以上、约1×10²²cm^-3以下，更好的是约2×10¹⁸cm^-3以上、约1×10²¹cm^-3以下。这时可认为，在n型氮化物半导体层1004的主动区域中产生大量电子，n型氮化物半导体层1004的主动区域的费米能级存在于导带中。而且可认为，Si基板1002的主动区域与氮化物半导体层1003的主动区域之间的空乏层变薄。其结果使得更多的电子从Si基板1002的价电子带注入到n型氮化物半导体层1004的导带中，从而认为可使正向电压(Vf)更低。

而且，为了让本发明容易理解，所述说明中列举了最能发挥本发明效果的条件，即便n型杂质的种类、浓度或电子浓度不同于所述情况，也包含于本发明中，且可取得本发明的效果。另外，在所述内容中，n型杂质的种类、浓度或电子浓度所取的数值为「大约数值」，这意味着不仅理所当然地包含n型杂质的种类、浓度或电子浓度严格地取所述数值的情况，也包含不严格地取所述数值的情况。

(活性层1005)

对于活性层5，可使用单一量子阱结构或多重量子阱结构，含有In及Ga的氮化物半导体较好的是由In_aGa_1-aN(0≤a＜1)所形成。在使用多重量子阱结构时，活性层5会具有障壁层及阱层，障壁层例如可设为非掺杂GaN，阱层例如可设为非掺杂In_0.35Ga_0.65N。而且，活性层整体的膜厚并无特别限定，考虑到发光波长等，可调整障壁层及阱层的各层叠数或层叠顺序来设定活性层的各膜厚。

(p型氮化物半导体层1006)

p型氮化物半导体层1006至少具有Al_xIn_yGa_1-x-yN(0≤x、0≤y、x+y＜1)，即可为单层，也可为多层，当在n型氮化物半导体层与p型氮化物半导体层之间具有设置活性层的双异质接合的氮化物半导体元件构造时，以至少具有带隙能量大于活性层的p型氮化物半导体层作为p侧包覆层即可，从功能方面而言，可至少具有防止电子从n型氮化物半导体层侧溢出以提高活性层上的发光再结合概率的层。

而且较好的是，从Si基板1002侧依次具有p型包覆层(未图示)及形成有正电极的p型接触层(未图示)。

p型包覆层是多层膜构造(超晶格构造)或单一膜构造。当将p型包覆层设为超晶格构造时，可使结晶性良好，且可降低电阻率，因些可降低正向电压(Vf)。作为对p型包覆层掺杂的p型杂质，可选择Mg、Zn、Ca、Be等元素周期表第IIA族、IIB族元素，较好的是将Mg、Ca等设为p型杂质。而且，当p型杂质掺杂的p型包覆层是由包含p型杂质且由Al_tGa_1-tN(0≤t≤1)构成的单一层所构成时，发光输出会稍有降低，但静电耐压性可与超晶格的情况大致同等良好。

p型接触层可使用以通式In_rAl_sGa_1-r-sN(0≤r＜1、0≤s＜1、r+s＜1)表示的氮化物半导体而形成，但为了形成结晶性良好的层，较好的是三元混晶的氮化物半导体，更好的是不含In、Al的二元混晶的由GaN构成的氮化物半导体。进一步将p型接触层设为不含有In、Al的二元混晶时，可使与正电极的欧姆接触更为良好，因而可提高发光效率。作为p型接触层的p型杂质，可使用与p型包覆层相同的各种p型杂质，但较好的是使用Mg。如果对p型接触层掺杂的p型杂质使用Mg，则可容易获得作为氮化物半导体层的p型特性，而且可容易形成欧姆接触。

图7是对本发明第1实施形态的氮化物系半导体元件(p型Si基板)的Vf与先前氮化物系半导体元件(n型Si基板)的Vf进行比较的图。本实验中的LED芯片尺寸为100μm×100μm，约为目前一般LED面积的10分之1。

使电流为5mA(50A/cm²)进行实验，并对Vf进行比较后发现，如图7所示，先前的氮化物系半导体元件(n型Si基板)的Vf为5.1V，而本发明第1实施形态的氮化物系半导体元件(p型Si基板)的Vf为4.0V。因此，仅限于本实验而言，本发明的第1实施形态使Vf取得了1.1V的改善。

而且，如图7所示，本发明第1实施形态的氮化物系半导体元件的上升电压为3.2V，先前氮化物系半导体元件的上升电压为4.2V。因此，仅限于本实验而言，本发明的第1实施形态使上升电压取得了约1V的改善。这样，利用第1实施形态可获得Vf低于先前的氮化物半导体元件。而且，氮化物半导体层与Si基板的接合部上的I-V特性呈大致线形，因而可获得良好的欧姆特性。另外，此处所谓「大致线性」，意味着不仅理所当然地包含I-V特性严格地为线性的情况，而且也包含不严格地为线形的情况。

图8是表示本发明第2实施形态的氮化物系半导体元件的图。

如图8所示，本发明第2实施形态的氮化物系半导体元件2100是在Si基板2010上隔着Si层或Si区域2011而具有氮化物半导体层(层叠体)2140。氮化物半导体层2140中包含n型氮化物半导体层2021、活性层2022及p型氮化物半导体层2023，其中的n型氮化物半导体层2022与Si层或Si区域2011邻接。在图8的例中，Si基板2010b、Si层或Si区域2011上的导电型为p型。

另外，在第2实施形态中，为了让本发明容易理解，对氮化物半导体层(层叠体)2140具有活性层2022的情况进行了说明，但在本发明的半导体元件的发光元件中，氮化物半导体层2140也可不具有活性层2022，此时，在n型氮化物半导体层2021与p型氮化物半导体层2023的界面上，成为发光的发光区域。

在第2实施形态的氮化物系半导体元件中，将Si基板2010b、Si层或Si区域2011设为p型而非n型，但这样对于使用Si作为基板的氮化物系半导体元件的具体是在Si/GaN异种接合界面2020中，可使正向电压(Vf)低于先前的n型Si基板或者Si层或Si区域。此处，如果使Si基板2010b、Si层或Si区域2011的主动区域的费米能级存在于价电子带中，且使氮化物半导体层2140的主动区域的费米能级存在于导带中，则可认为处于缩退状态，且可认为尤其是处于缩退状态时可使Vf较先前下降。此缩退状态较好的是Si基板完全缩退，更好的是Si基板与氮化物半导体层这两者均缩退。而且可推测，即便接合时费米能级在Si基板侧存在于价电子带中，而在氮化物半导体层侧存在于导带中，但对于通过增加电场而形成与缩退情况相同的能带构造，也具有同样的效果。这样，根据第2实施形态，对于使用Si作为基板且具有Si/GaN异种接合界面的半导体元件而言，可在电压小于先前的情况下流过较大的电流，且可使正向电压(Vf)低于先前。然而，本实施形态的效果需通过实验而确认，此处的理论性说明仅为假说。此假说的理论并不对本发明作任何限定。

以下将更详细地说明本发明第2实施形态的半导体元件2100。

[Si基板2010]

Si基板2010上的半导体元件的构造例如图8、图9的发光元件的例所示，由于是电极构造，因而可使用p型基板2010a、n型基板2010b、非导电性基板2010c等具有导电性或者一部分具有导电性的基板。

另外，如果使Si基板2010的(111)面与氮化物半导体层2140的(0001)面邻接，则可将Si基板10或Si层或者Si区域2011与氮化物半导体层2140之间因晶格常数不一致而导致的位错抑制到最小程度。

[Si层或Si区域2011]

本发明的Si基板上的Si层2011或Si区域2011或者至少Si/GaN异种接合界面附近或元件的第1导电型区域为p型，或者多数载体为空穴。此空穴浓度并无限定，但较好的是，此空穴浓度为约1×10¹⁸cm^-3以上、约1×10²¹cm^-3以下，更好的是约1×10¹⁹cm^-3以上、约2×10²⁰cm^-3以下。而且，此p型杂质(硼或铝等)的浓度并无限定，但较好的是，此p型杂质(硼或铝等)的浓度为约1×10¹⁸cm^-3以上、约1×10²²cm^-3以下，更好的是约1×10¹⁹cm^-3以上、约2×10²¹cm^-3以下。

在本发明中，为了将Si半导体，例如图中(Si半导体)基板2010中的例如n型基板2010a、p型基板2010b、Si(半导体)层/区域2011设为各导电型而进行杂质掺杂，可以5B族作为n型杂质，具体而言可列举P(磷)、As(砷)、Sb(锑)，并且可以3B族作为p型杂质，具体而言可列举B(硼)、Al、Ga、Ti等，较好的是B。

[Si层2011的形成]

以下，使用图10～图12来说明本发明的Si层/区域2011的形成，各图的(b-2)、(c-2)、(d-2)分别对应于各层/区域的截面图中的(b-1)、(c-1)、(d-1)并示意性地表示n型(左侧)、p型(右侧)杂质量，但此仅表示一例，所述杂质分布并不限定于和截面图的对应关系，可采取各种分布。

本发明中，为了在Si基板2010上形成Si半导体层，可使用先前已知的方法，例如有机金属气相成长法(MOVPE)、热CVD法等。以下对有机金属气相成长法进行描述，但本发明并不限定于此，也可利用溅镀等物理蒸镀法、(热)CVD和MBE等化学蒸镀法等各种方法来形成层。如上所述，本发明之一形态的Si半导体层2011的形成是Si基板上的同种材料的结晶成长，即同质外延成长。由此可形成厚膜层，提高结晶性，并可通过结晶性的提高来实现更高掺杂。

以下利用图12进行具体说明。在Si基板2030上使Si半导体结晶成长(图12(a))，形成Si层2031，此时掺杂所需的杂质，具体而言掺杂p型杂质，使Si层表面侧形成为高浓度的杂质层(图12(b))，接着，层叠第1导电型区域的氮化物半导体层2091、2092等，以作为氮化物半导体的层叠构造2140(图12(c))。

在Si层成长时，杂质分布可以是如图12(b-2)的所示的使层2031内的浓度大致均匀的分布(分布2060)，也可以是如图12(b-1)所示的分布2070，此分布2070是在层的中途使浓度变化而形成浓度不同的2个层2031a、2031b，并使表层侧2031b的浓度高于深层侧2031a。即，通过任意变更层成长时的掺杂量，可形成所需的杂质分布。尤其如分布2070所示，以使表面侧2031b的浓度高于基板背面侧(氮化物半导体的与设有层叠构造2140的面相对的面侧)区域2031a的方式进行掺杂，由此可在成长的最初阶段提高结晶性，并在结晶成长的最后阶段，即在表面附近进行高浓度掺杂，以使Si/GaN接合部的电荷移动顺利。

此时，对于除Si/GaN异种接合部附近以外的区域例如区域2031a的掺杂量而言，如图9A所示，当Si层2011的表面侧2011b为主动区域，即第1导电型区域2110的深层侧2011a并非主动区域时，在元件构造的情况下，可无添加地形成所述区域，也可掺杂逆导电型的杂质。此时较好的是，在成长的最初阶段，为了发挥改善结晶、提高结晶性的作用，较好的是杂质量尽可能低，最好是无添加。

而且，在形成氮化物半导体的层叠构造2140时的热的作用下，根据Si层形成时的分布2060(2070)(图12(b-2))，通过热扩散而形成层叠构造2140，其后如图12(c-2)所示，杂质向深层侧，即低浓度区域侧扩散，使得Si层2031的表层侧的浓度也下降。由此，当使所述表层侧2031b、深层侧2031a之间设有较大的杂质浓度差时，扩散性也有提高的倾向，因而可将Si层膜厚内的平均浓度设定得较高，或者使高浓度表层区域具有一定程度的膜厚。

Si层膜厚较好的是，整体膜厚在0.1μm以上、10μm以下的范围内，如果膜厚不足0.1μm，则在杂质扩散尤其是形成层叠构造2140之后难以控制，如果膜厚超过10μm，则会导致Si层的结晶性恶化。较好的是整体膜厚在0.2μm以上、1μm以下的范围内，这样可在适当的结晶性下控制杂质扩散，从而可形成良好的元件构造，尤其是可形成第1导电型区域。具体而言，形成具有一定程度膜厚的表面侧2011b区域后，可接着补偿形成层叠构造2140时的热扩散，并通过将高浓度区域设置得较深，而将表面区域2011b的浓度梯度抑制得较低，因此在元件形成后，适当高浓度的Si层2011尤其是表面侧2011a也可得到保持。特别是该膜厚范围成为表面侧Si层2011b的高浓度层形成时的适当的膜厚范围。而且，如下所述，当在Si基板及/或Si层/区域的Si半导体上设置其他元件构造(集成电路)时，将Si层的膜厚设为5μm以上、10μm以下的范围内，这样会使各导电型的划分及边界部的p、n杂质(导电型)分布具有急剧变化的倾向。

而且，Si层的杂质浓度较好的是在1×10¹⁸/cm³以上、1×10²²/cm³以下的范围内，更好的是在1×10¹⁹/cm³以上、2×10²⁰的范围内，如果杂质浓度较高，则结晶性恶化现象会严重，GaN系半导体成长将变得困难，若杂质浓度较低，则如上所述，在Si/GaN异种接合时具有电荷移动的障壁变大的倾向。尤其好的是将表层侧11b的浓度设为所述范围内。

对于以上的膜厚及杂质浓度，以下的Si区域也可同样适用。

[Si区域2011的形成]

本发明中，在原始Si基板2030上形成Si区域，可使用Si半导体技术中先前已知的方法，例如有离子注入、杂质热扩散(热处理炉、电磁波照射，例如激光退火、灯退火)，尤其对于杂质扩散而言，使用以下说明的气相扩散、固相扩散中的任一个，最好是使用气相扩散。与形成Si层相比而言有利的是，在原始基板2030上形成Si区域时容易形成局部区域。具体而言，为了局部形成所述Si层2031，可利用从被局部包覆的区域的露出部选择性地成长的选择成长法或者成长后的蚀刻、加工，以使所述Si层2031成为局部性的层，但这样会增加工时，而且会根据层的有无而产生表面凹凸，从而导致难以进行接下来的GaN系半导体的结晶成长，因此不佳。另一方面，Si区域的形成是在基板内进行的，为了将基板面大致维持原始状态，可使接下来的GaN系半导体的结晶成长与基板上的成长大致相同。即，可形成各种元件构造，而局部的Si区域几乎不会影响GaN系半导体的结晶成长。

(气相杂质扩散)

在本发明中，作为气相的杂质扩散，其基本构成为，在热处理下，将气相杂质源，具体而言是将p型杂质源气体供给到Si基板2040，从而在Si基板2040上形成所需的Si区域2041。气相杂质源的原料并无特别限定，可为杂质元素的金属或其化合物，例如为B(硼)，其氢化物具体而言可列举氢化硼化合物或有机金属等，并且使用以上物质的气相状态(所述卤化物、有机金属气体等)。较好的是可列举氢化物B₂H₆。

使用图10来具体说明。将杂质源气体2045供给到Si基板2040的表面后，杂质被吸附而形成堆积物2046，并从该堆积物2046扩散，或者直接向表面扩散，例如与杂质的吸附几乎同时向基板2040内部扩散，通过以上任一者或两者，使杂质向基板内扩散而形成扩散区域2041等(图10(a))。接着，停止供给杂质源，进一步进行热处理，引起杂质从堆积物2046扩散(图10(b))，从而形成作为Si区域2011的扩散区域2041(图10(c))。接着，使第1导电型区域2110的氮化物半导体，具体而言使n型氮化物半导体层2093、2094等层叠为氮化物半导体的层叠构造2140(图10(d))。此处是将杂质源气体供给及供给停止状态下的热处理分开进行了说明，但只要所述供给状态下的杂质扩散充分，则可省略供给停止状态下的热处理，另一方面，当在杂质源气体供给状态下无充分的杂质扩散时，例如当供给杂质源时不满足扩散所需的充足的温度时，则必须进行供给停止状态下的热处理，在本发明中，可选择任何一个适合反应条件的方法。而且，杂质源气体供给及供给停止状态下的热处理可采用以下方法：根据该步骤的条件，例如当堆积物2046的堆积速度变大时，反复进行杂质源气体的供给与停止操作，通过其中任一个或者两个步骤的热处理使杂质热扩散。

在以上说明中，堆积物依赖于杂质源气体的材料、供给条件，尤其依赖于温度，在低温时，可形成堆积物，在高温时，在堆积物变大之前，会依次引起吸附、内部扩散，因而可在气体供给时不堆积而是形成扩散区域。而且，另一方面，在暂时形成堆积物的条件下，可期待在基板表面侧进行高浓度掺杂。较好的是，当形成堆积物时，如实施例所示，将有机金属化合物用于杂质源气体，而当不形成堆积物时，将氢化物(B₂H₆等)用于杂质源气体。

在以上说明中，省略了去除堆积物2046的说明，为了去除堆积物，也可从气相反应环境例如反应炉中取出后，利用适当的去除方法，例如利用化学蚀刻液等去除堆积物，如上所述，当在杂质源气体供给时的环境、供给停止状态下的热处理环境下，杂质源材料(堆积物2046)因在杂质源或载体、环境气体中溶解、再吸附、化学反应等而释放到环境中时，可由此而在杂质堆积时、扩散时及扩散后去除堆积物。在扩散后，可利用蚀刻性气体取代环境气体而去除堆积物。

以下将例示本实施例中所说明的MOVPE，对本发明的气相热扩散进行详细描述。

如图10(a)所示，将作为杂质源气体2045的TEB(三乙硼)及作为载体气体(环境气体)的氢气(H2)供给到反应炉内的Si基板2040上，使硼或硼化合物等被吸附到所述Si基板的表面，其中一部分成为堆积物2046，一部分则在供给状态下扩散成为扩散区域2041。另外，停止供给杂质源气体，利用反应炉内的热处理引起热扩散(图10(b-1))，最终形成作为Si区域2011的扩散区域2042。此时，为了避免在杂质源气体供给及停止供给时的反应中因与Si基板2040的Si的化学反应而形成表面部的变质层，基板上的Si不发生反应的环境较理想，较好的是Ar等单原子气体环境、氢气等还原环境，具体而言较好的是氢气环境。就供给停止时对热处理环境的控制而言，多数情况下堆积物不会充分包覆基板表面，这是由于可能成为多孔质状等表面局部露出的状态，当堆积物作为充分致密的膜而包覆基板表面以使Si基板不会暴露在环境中时，并不限于所述环境，也可为扩散性良好的环境。例如图10(b-2)、图10(c-2)的分布2061-2062、2071-2072所示，扩散区域2041(2042)从表层侧2041b(2042b)开始扩散，深层侧2041a(2042a)依赖于从表层侧开始的扩散，因此，表面侧区域2041b(2042b)的浓度高于深层侧，表面附近形成为浓度最高的杂质区域。此分布在Si/GaN异种接合部可较好地发挥功能。

而且，与所述Si层的形成相同，在形成氮化物半导体的层叠构造2140时，Si扩散区域2042经热扩散而形成最终的Si区域2042′，因此形成Si扩散区域2042时必须考虑到所述热扩散。

作为本发明中用于气相扩散的p型杂质源气体的材料，除了TEB以外，还可列举B2H6(乙硼烷)、TMB(三甲硼)等。当为氢化物(例如乙硼烷)时，热CVD法成为较好的气相扩散方法。

(固相杂质扩散)

如图11所示，作为本发明的杂质扩散的第2方法，是在Si基板2050的表面形成作为杂质源的构件，并进行热处理，以使杂质扩散到基板2050内，在基板2050上形成扩散区域2053。此时，将杂质源构件2051去除，并进行接下来的步骤，形成氮化物半导体的层叠构造2140。

上述固相杂质扩散可使用Si半导体技术中先前已知的方法，具体而言，利用添加(掺杂)有p型杂质的材料，形成p型杂质元素的化合物等的被覆膜51，并在热处理环境下进行热扩散。热处理温度及环境与所述气相杂质扩散时相同，依赖于所述材料及其膜质等。具体例为，当为硼硅酸盐玻璃(BSG)时，在氧化环境下[]℃{温度例或温度范围}下进行热处理，形成热扩散区域。杂质分布与所述气相扩散时相同，表层侧2053b的浓度高于深层侧2053a，尤其在表面附近的浓度最大，并且通过接下来的形成氮化物半导体的层叠构造2140的步骤，使该杂质扩散区域2053进一步热扩散，最终形成作为Si区域2011的扩散区域53。

作为本发明中用于固相扩散的p型杂质源的膜材料，具有掺杂有硼的材料、硼化合物等，具体而言，前者可列举BSG，后者可列举HBO₂等。

[元件构造]

(Si/GaN异种接合部)

较好的是，用来提供使氮化物半导体层2021～2023成长的表面的异种接合部2020的表面上的Si层/区域(基板表面)2011，可提供适合于氮化物半导体成长的结晶表面。

图14是为了让人理解本发明的接合部2020而对元件进行Vf测定的实验，此元件是在Si基板上设置n型层、活性层、p型层的氮化物系半导体发光元件，并能够将基板制作为p型Si基板、n型Si基板。图14是对p型Si基板，即p-Si基板/n型GaN系半导体层/活性层/p型GaN系半导体层的层叠构造的Vf，与先前的氮化物系半导体元件(n型Si基板，即n-Si基板/n型GaN系半导体层/活性层/p型GaN系半导体层的层叠构造)的Vf进行比较的图。本实验中的LED芯片尺寸为100μm×100μm，约为目前一般LED(□300μm)面积的10分之1。

使电流为5mA(50A/cm²)进行实验，并对Vf进行比较后发现，如图13所示，先前的氮化物系半导体元件(n型Si基板)的Vf为5.1V，而本发明之一形态的氮化物系半导体元件(p型Si基板)的Vf为4.0V。因此，仅限于本实验而言，本发明之一形态的p型Si基板的Vf取得了1.1V改善，即，可知在具有本发明之部分结构的p型Si/GaN的异种接合的元件中，异种接合部的Vf会降低。

而且，如图14所示，上升电压在本发明之一形态的p型Si基板的氮化物系半导体元件中为3.2V，在先前的氮化物系半导体元件中为4.2V。因此，仅限于本实验而言，本发明之一形态的p型Si基板的Vf取得了1V的改善，即，可知在具有本发明之部分结构的p型Si/GaN的异种接合的元件中，异种接合部的Vf会降低。

这样，利用本实验而可获得Vf低于先前的氮化物半导体元件。而且，氮化物半导体层与Si层/区域2011的接合部上的I-V特性呈大致线形，因而可获得良好的欧姆特性。另外，此处所谓「大致线形」，意味着不仅理所当然地包含I-V特性严格地为线性的情况，而且也包含不严格地为线形的情况。

(Si侧接合部2020附近区域、第1导电型区域2110)

如上所说明，在本发明的Si/GaN异种接合部2020上，较好的是，在该接合部附近，Si半导体侧含有p型杂质或者为p型层/区域，氮化物半导体侧含有n型杂质或者为n型氮化物半导体层(区域)。

本发明的元件构造之一实施形态中，至少具有第1导电型区域，由此形成在该第1导电型区域上具有Si/GaN异种接合部的构造。也可以是在第1导电型区域上附加有与此不同的导电型的第2导电型区域的元件构造。具体而言，如图8、图9所示，是具有第1导电型区域2110(n型氮化物半导体)及其上的第2导电型区域2120(p型氮化物半导体)的构造。就其他方面而言，在异种接合部2020的上方设置氮化物半导体的层叠构造2140，将异种接合部侧的氮化物半导体2021分配到第1导电型区域的一部分中，与异种接合部侧的Si层/区域2011形成第1导电型区域。

这样，当在元件构造中设置具有异种接合部2020的第1导电型区域时，如图10～图12的杂质分布图(c-1)、(d-1)所示，氮化物半导体的n型杂质的分布可采用各种形态，但其基本的结构为，在靠近异种接合部2020的附近区域为高浓度，在远离异种接合部2020的区域为低浓度。当由所述高浓度的n型氮化物半导体形成异种接合部时，该异种接合界面上的电荷移动情况良好，而另一方面，高浓度掺杂及从异种表面开始的GaN系半导体成长会导致结晶性恶化，因此重要的是，使异种接合部附近区域上方的氮化物半导体的层叠构造2140区域为低浓度，以使结晶性改善、提高。这是因为，尤其是活性层、第2导电型区域等元件构造的其他导电型区域、主动区域，特别对于发光元件而言，成为发光再结合区域的活性层的结晶性是决定元件特性的重要因素。而且，在图12(d-2)所示的n型杂质分布2080的情况下，具有附近部的高浓度区域及浓度低于此的低浓度区域，该低浓度区域内的浓度分布表示一例，但考虑到导电性、元件正向电压的上升等情况时，表示以局部高浓度的方式进行掺杂的形态。此时较好的是，形成浓度至少高于膜厚内的平均浓度的高浓度附近部。

(Si半导体区域)

在本发明的元件构造中，如图8、图9所示，Si层/区域11可用于各种功能，尤其是在电荷的移动方向上。如果进行分类，则如图8、图9B所示，可分为如下构造：Si层/区域2011及Si基板2010或者Si基板2010的一部分区域及图9B的虚线部2130、2140所示的区域均为主动区域，即设置在第1导电型区域内的形态；如图9A所示，Si层/区域2011或者其一部分区域，例如氮化物半导体的层叠构造2140侧的表层侧区域201 1a为主动区域，即设置在第1导电型区域内的形态。

当为后者时，主动区域外的一部分Si层/区域2011b(深层侧)及/或Si基板的导电性或导电型并无特别限定，例如图9A的基板10所示，可为p型2010a、n型2010b、非导电性或i型2010c中的任一个。作为Si半导体区域的具体浓度分布，如图10～图12的分布图(b-2)、(c-2)、(d-2)所示，可在与Si层/区域2011具有相同导电型的基板的浓度分布2060、2070(图12)、2062(图12)的例中观察到，如果原始Si基板2030、2040含有p型杂质或者为p型基板，则在Si层/区域2011形成时及形成后的热扩散中，扩散的杂质具有一定程度的浓度，因此扩散性降低，可使Si层/区域2011保持为高浓度。即，可实现p型Si基板的高浓度化，从而大大有助于良好的Si/GaN异种接合部。

另一方面，当使前者的导电性例如设为逆导电型、非导电性时，如图10～图12的浓度分布2072(图10中非导电性)、2065(图11中逆导电型的n型基板)中所观察到，形成在基板深度方向上Si层/区域2011的p型杂质分布呈现急剧变化的基板及Si层/区域2011。作为利用所述浓度分布急剧变化的元件，可使用基板背面侧与元件构造2140侧的绝缘性得到提高的元件，例如将其安装面作为基板背面侧并使安装面与元件绝缘的形态较为有利。而且，如图9A所示，在Si层/区域2011中，当元件构造为电荷向横方向移动的移动区域时，可较好地控制电荷移动区域甚至主动区域的深度。而且，由于可在Si基板2010与Si层/区域2011的Si半导体内形成p型、n型区域，因此如在先前例中所观察，也可形成利用Si半导体的各种元件来形成电路构造。另一方面，如果使用非导电性的Si基板，即浓度(无论导电型如何，作为Si中的杂质浓度)低于Si层/区域11，且较好为无添加的Si基板，则在其上的Si层成长、Si区域的形成过程中，基板的杂质量较小，因此可提高结晶性。

(第2导电型区域)

作为第2导电型区域，主要由导电型与第1导电型区域不同的氮化物半导体所形成，具体而言形成为p型区域。

对于以上说明的第1导电型区域、第2导电型区域并无限制，也可在层叠构造2140内或者其外部附加设置其他导电型区域，例如将先前例中观察到的使穿隧接合部设置在氮化物半导体的层叠构造2140内的构造等。

[氮化物半导体层叠构造2140]

以图8、图9所示的发光元件构造为例来具体说明以下各半导体层。

(n型氮化物半导体层2021)

n型氮化物半导体层2021例如可为单层，也可为多层，但为了获得结晶缺陷较少的氮化物半导体层2021，较好的是GaN或混晶比f为0.2以下的Al_fGa_1-fN。而且，对于n型氮化物半导体层2021的膜厚而言，考虑到结晶性，尤其考虑到因Si基板上的异种基板成长而引起的龟裂产生、电阻值、元件的正向电压(Vf)，较好的是将所述膜厚设为0.1μm以上、5μm以下，由此可获得Vf较低的氮化物半导体元件。而且更好的是设为0.3μm以上、1μm以下，将所述膜厚设为0.3μm以上时，n型层2021的结晶性良好，从而可获得其上的活性层2022、p型层2023，另外，将所述膜厚设为1μm以下时，氮化物半导体元件构造中难以产生龟裂，从而提高良品率。通过在n型层中设置n侧包覆层的载体密闭等各种元件功能层等层，可提高发光元件特性，因而较理想，但较好的是在该层与基板或者层/区域2011之间设置缓冲层、基底层，较好的是，将结晶成长得较厚且可适当提高结晶性的GaN层的一部分作为周期构造的一部分而设置基底层，这样可将电子从Si基板最合适地注入到n型氮化物半导体层中。

而且，当在n型层与p型层之间具有设置活性层的双异质接合的氮化物半导体元件构造时，较好的是，在n型层2022中的活性层侧具有带隙能量大于活性层的层，以作为n侧包覆层。

更好的是，如果设置使AlN及Al_aGa_1-aN(0≤a＜1)反复层叠而成的多层膜来作为较n侧包覆层更偏向Si基板侧的基底层，则可缓和因Si与GaN系半导体的晶格常数差、成长步骤中的热膨胀系数差等引起的应力，因而可获得其上的结晶性良好的氮化物半导体层。

另外，在Si层/区域2011的表面即GaN系半导体的成长初期具备缓冲层(未图示)时，可缓和Si/GaN异种间的晶格失配而使结晶性良好。其组成较好的是使用Al_aGa_1-aN(0≤a≤1)，更好的是使用AlN。其膜厚较好的是设为0.25nm以上(1原子层以上)且不足10nm。将所述膜厚设为0.25nm以上时，可作为缓冲层而适合地发挥功能，将所述膜厚设为不足10nm时，可将Si基板与n型氮化物半导体层之间的电气特性维持为与无缓冲层的元件相同。

当p型层设置在基板侧时，所述缓冲层、基底层被设置在p型层中。

本发明的n型氮化物半导体层2021，尤其是p型Si11的Si/GaN接合部2020附近的n型层的电子浓度较好的是设为约2×10¹⁸cm^-3以上、约1×10²⁰cm^-3以下。此时，杂质浓度较好的是设为约2×10¹⁸cm^-3以上、约1×10²¹cm^-3以下。这时可认为，在n型氮化物半导体层2021，尤其是在p型Si2011的Si/GaN接合部2020附近产生大量电子，n型氮化物半导体层2021的主动区域的费米能级存在于导带中。而且可认为，Si层/区域2011的主动区域与氮化物半导体层2021的主动区域之间的空乏层变薄。其结果使得更多的电子从Si层/区域2011的价电子带注入到n型氮化物半导体层2021的导带中，从而认为可使正向电压(Vf)更低。

(活性层2022)

对于活性层2022，可使用单一量子阱结构或多重量子阱结构，含有In及Ga的氮化物半导体较好的是由In_aGa_1-aN(0≤a＜1)所形成。在使用多重量子阱结构时，活性层5会具有障壁层及阱层，障壁层例如可设为非掺杂GaN，阱层例如可设为非掺杂In_0.35Ga_0.65N。而且，活性层整体的膜厚并无特别限定，考虑到发光波长等，可调整障壁层及阱层的各层叠数或层叠顺序来设定活性层的各膜厚。

(p型氮化物半导体层2023)

p型氮化物半导体层2023可为单层，也可为多层，当在n型氮化物半导体层与p型氮化物半导体层之间具有设置活性层的双异质接合的氮化物半导体元件构造时，以至少具有带隙能量大于活性层的p型层作为p侧包覆层即可，从功能方面而言，可至少具有防止电子从n型氮化物半导体层侧溢出以提高活性层上的发光再结合概率的层。

而且较好的是，从Si基板2010侧依次具有p型包覆层(未图示)及形成有正电极的p型接触层(未图示)。

p型包覆层是多层膜构造(超晶格构造)或单一膜构造。当将p型包覆层设为超晶格构造时，可使结晶性良好，且可降低电阻率，因此可降低正向电压(Vf)。作为对p型包覆层掺杂的p型杂质，可选择Mg、Zn、Ca、Be等元素周期表第IIA族、IIB族元素，较好的是将Mg、Ca等设为p型杂质。而且，当p型杂质掺杂的p型包覆层是由包含p型杂质且由Al_tGa_1-tN(0≤t≤1)构成的单一层所构成时，发光输出会稍有降低，但静电耐压性可与超晶格的情况大致同等良好。

p型接触层的组成较好的是三元混晶的氮化物半导体，更好的是不含In、Al的二元混晶的由GaN构成的氮化物半导体。进一步将p型接触层设为不含In、Al的2元混晶时，可使与正电极的欧姆接触更为良好，因而可提高发光效率。作为p型接触层的p型杂质，可使用与p型包覆层相同的各种p型杂质，但较好的是使用Mg。如果对p型接触层掺杂的p型杂质使用Mg，则可容易获得作为氮化物半导体层的p型特性，而且可容易形成欧姆接触。

另外，作为本发明的第3实施形态，所述Si基板可使第1区域上的所述第13族元素的浓度随着远离氮化物半导体层而增加，且随着进一步远离而减少。Si基板可获得通过离子注入而较好地向氮化物半导体元件构造供给电子的氮化物半导体元件，但较好的是，该离子注入并非是瞄准Si基板的与氮化物半导体邻接的面(与氮化物半导体元件构造的界面)而注入，而是瞄准偏离面的位置而注入的。如果瞄准邻接的面而注入，使邻接的面(界面)上元素周期表的第13族元素的浓度最高，则难以形成结晶性良好的氮化物半导体元件构造，且元件构造自身的特性降低，从而难以获得Vf低的氮化物半导体元件。此处较好的是，偏离面的位置是在深度方向上与具有氮化物半导体的一侧的Si基板的表面距离为100nm以上的位置。

与此相对，如果对偏离与氮化物半导体元件构造接触的面的位置进行离子注入，则所注入的元素会扩散而包含在Si基板中，使得该浓度轮廓的底边位于与氮化物半导体元件构造邻接的面上，在该面上，成为较好的p型Si，并且可获得结晶性良好的氮化物半导体元件构造，且可获得Vf较低的氮化物半导体元件。即，Si基板形成为使所述第13族元素的浓度随着远离氮化物半导体层而增加，更好的是，第13族元素的浓度随着远离氮化物半导体层而增加，且随着进一步远离而减少。

进一步，较好的是在离子注入后进行加热处理，通过加热处理使得所注入的第13族元素在Si内扩散，在浓度轮廓中从高浓度向低浓度移动。

而且，通过使用离子注入，可容易掺杂Al，并且容易获得本实施形态所示的浓度轮廓。

而且，作为本发明的第4实施形态，在所述Si基板与所述氮化物半导体层之间具备缓冲区域，在所述Si基板的表面具备第1结晶区域及第2结晶区域，所述第1结晶区域具有包含Al及Si的第1结晶，所述第2结晶区域具有包含GaN系半导体的第2结晶，该GaN系半导体包含Si。使具有包含Al及Si的第1结晶的第1结晶区域与包含具有Si的GaN系半导体的第2结晶区域分布在Si基板的表面，由此可在Si基板上形成结晶性良好的氮化物半导体层。

此处，较好的是，所述第1结晶区域具有第1结晶，该第1结晶包含Al及Si，并且包含所述Al及Si的至少一者的氮化物，更具体而言，第1结晶具有：含有Al、Si的结晶体；含有Si且由AlN构成的结晶体；含有Al且由SiN构成的结晶体；以及由SiAlN构成的结晶体等。使具有第1结晶的第1结晶区域与具有第2结晶的第2结晶区域分布在Si基板的表面时，可在Si基板上形成结晶性良好的氮化物半导体层，其中，所述第1结晶包含Al及Si，且包含至少一者的氮化物，所述第2结晶包含GaN系半导体，该GaN系半导体含有Si。

而且，较好的是，所述Si基板的表面上具有层状的所述第1结晶，并在所述第1结晶上具有所述第2结晶。在Si基板的表面，形成层状的第1结晶区域，在该第1结晶区域上形成第2结晶区域，在该第2结晶区域上形成氮化物半导体层。

而且，较好的是，在所述Si基板的表面，所述第1结晶区域及所述第2结晶区域中的一者为岛状，该岛状的一部分由另一部分包围。在Si基板的表面，第1结晶区域与第2结晶区域相邻并共存，因此位于Si基板上的膜成为适合载体的注入、移动的结晶构造，可在Si基板上较好地形成氮化物半导体层。

而且，较好的是，对于所述第2结晶区域而言，在从所述Si基板的表面形成的部分与从所述第1结晶区域的表面形成的部分上的第2结晶的结晶方位不同。通过使第2结晶的结晶方位在从Si基板的表面形成的部分与从第1结晶的表面形成的部分上不同，则可在Si基板上形成结晶性良好的氮化物半导体层。

而且，较好的是，从所述Si基板的表面形成的部分的第2结晶的结晶方位为(111)，从所述第1结晶区域的表面形成的部分的第2结晶的结晶方位为(0001)。对于第2结晶区域，将从Si基板的表面形成的部分的第2结晶的结晶方位设为(111)，将从第1结晶区域的表面形成的部分的第2结晶的结晶方位设为(0001)，由此可在Si基板上形成结晶性良好的氮化物半导体层。

而且，较好的是，所述第1结晶区域由所述第2结晶区域包覆。可使形成在Si基板上的氮化物半导体层的结晶性良好。

而且，较好的是，第2结晶由包含Si的GaN构成。

另外，Si基板1的导电型并无特别限定，但如果将Si基板1的至少表面的导电型设为p型，则可在Si基板1与氮化物半导体层之间更好地进行载体注入，从而与n型Si基板相比，能够以较高效率向氮化物半导体层注入载体。

对上述氮化物系半导体元件的形成方法进行说明。

首先，在Si基板1上，导入Al或其原料、Si或其原料，在Si基板上形成结晶(第1结晶)(第1步骤)。该结晶(第1结晶)可形成为层状，或者形成为岛状。这样，可使形成在Si基板1上的氮化物半导体层的结晶性提高。

接着，以覆盖形成为层状的结晶(第1结晶)上或者形成为岛状的结晶(第1结晶)的方式，形成GaN系氮化物半导体的结晶(第2结晶)(第2步骤)。另外，第1结晶也可并非为岛状，而是所述倒岛状。此时，第1结晶形成为具有使岛颠倒成凹陷的层状，第2结晶从该凹陷处形成。另外包括如下情况，即，在GaN系氮化物半导体的结晶(第2结晶)与第1结晶之间，GaN系氮化物半导体的结晶是包含Al的GaN系氮化物半导体，但此时，第1结晶区域的Al浓度高于第2结晶区域的Al浓度，这样可便氮化物半导体层的结晶性进一步提高，因而较好。

而且，作为第5实施形态，在所述Si基板与所述氮化物半导体层之间具备缓冲区域，所述缓冲区域具有基板侧的第1区域及与所述第1区域相比较远离所述Si基板的第2区域，所述第1区域及所述第2区域分别具有由氮化物半导体构成的第1层及由与所述第1层具有不同组成的氮化物半导体构成的第2层交替层叠而成的多层膜构造，所述第2层的膜厚小于所述第1层的膜厚，所述第1区域具有的第1层的膜厚可大于所述第2区域具有的第1层的膜厚。

与Si基板的晶格常数差较大的层(第2层)形成为厚度薄于与Si基板的晶格常数差较小的层(第1层)。由于第1层是氮化物半导体层，所以晶格常数小于Si基板。即，当在Si基板上形成氮化物半导体层时，由于晶格常数存在差异，因此在Si基板与氮化物半导体层的界面上压缩应力与拉伸应力分别发挥作用。详细而言，当在Si基板上形成由氮化物半导体构成的第1层时，在晶格常数较大的Si基板上，压缩应力发挥作用，与此相对，在晶格常数较小的第1层上，拉伸应力发挥作用。由于在第1层上拉伸应力发挥作用，因此如果该第1层继续成长，则在其成长面上会产生龟裂。而且此龟裂的产生会使氮化物半导体层的进一步成长变得困难。此处，如果使相对于Si基板的晶格常数差大于第1层的第2层形成得较薄，此第2层是由氮化物半导体而构成，则在第1层与第2层的界面上，在第2层上拉伸应力发挥作用，而在第1层上压缩应力发挥作用。即，在持续具有拉伸应力的第1层的成长面上压缩应力发挥作用，故可抑制龟裂的产生。也就是说，可在抑制产生龟裂的情况下形成第1层，并且形成使第1层及第2层交替层叠而成的多层膜构造，因此可获得龟裂得以抑制的由氮化物半导体构成的缓冲区域。

进一步，在Si基板上，在第1层与第2层产生的龟裂得以抑制的第1区域上，形成将第1层与第2层交替层叠而成的第2区域，由此可形成结晶性良好的氮化物半导体层。此处，根据第12发明，第1区域具有的第1层的膜厚大于第2区域具有的第1层的膜厚，即，第2区域具有的第1层的膜厚薄于第1区域具有的第1层的膜厚。由此可获得结晶性良好的氮化物半导体层。由于该第2区域位于第1区域上，因此可发挥其功能。例如，即便以相同的膜厚在Si基板上直接形成第2区域，也无法获得结晶性良好的氮化物半导体层。即，第2区域形成在Si基板上的龟裂的得以抑制的膜上时，可发挥其效果。

由上所述，根据第5实施形态，可获得结晶性良好的氮化物半导体层。

此处，较好的是，所述缓冲区域中的所述第2层的膜厚大致相同。由于第2层的膜厚大致相同，因此容易设计多层膜的周期性或膜厚比变化等。

而且，较好的是，所述第1层包含Al，且该层的Al混晶比小于所述第2层。在多层膜中，如果不使构成多层膜的两种层的组成比之差较大，则各组成特有的结晶性质、机械性质之差异会变小，从而难以得出双方的组成性质而达到实现结晶成长的目的，根据以上所述，由于第1层的Al混晶比小于第2层，因此可得出第1层及第2层双方的性质，从而实现结晶成长。

而且，较好的是，所述第1层是Al_xGa_1-xN(0≤x≤0.5)，所述第2层是Al_yGa_1-yN(0.5＜y≤1)，且(y-x)＞0.5。由于第1层是Al_xGa_1-xN(0≤x≤0.5)，第2层是Al_yGa_1-yN(0.5＜y≤1)，且(y-x)＞0.5，因此可增大上述两种层的组成比之差，从而作为抑制龟裂的层而充分发挥功能。

而且，较好的是，所述第1层包含氮化物半导体的n型杂质。通过使第1层中包含氮化物半导体的n型杂质，可使缓冲区域成为较好的电荷移动层。而且，在Si基板与多层膜的界面上，会产生因能带构造的不同而引起的能带不连续，从而会在该界面上形成电位障壁。因此，通过使缓冲区域的第1层包含氮化物半导体的n型杂质，可使电位障壁的厚度变薄，从而实现V_f的降低。尤其通过使第1层包含n型杂质，可有效地实现V_f的降低。

另外，较好的是，所述缓冲区域中，所述Si基板侧含有较所述氮化物半导体层侧更多的氮化物半导体的n型杂质。通过使多层膜构造的第1层包含n型杂质，可使Vf降低，但此效果受到Si基板与多层膜的界面上产生的电位障壁的影响，因此较好的是，包含n型杂质的层是Si基板侧的第1层，相反，如果包含n型杂质的层位于与Si基板侧相反的氮化物半导体层侧，则难以获得显着的效果。而且，就结晶性的观点而言，包含n型杂质时，会使多层膜构造上的氮化物半导体层的结晶性下降。因此，通过使氮化物半导体层侧的n型杂质少于Si基板侧，可使Vf降低，除此以外，可获得结晶性良好的氮化物半导体层。进一步，通过使最靠近Si基板侧的第1层包含较其他第1层更多的n型杂质，可使Si基板与多层膜构造之间的电位障壁的厚度变薄，且可抑制结晶性的下降，从而成为良好的电荷移动层。

根据以上所述，可使形成在Si基板上的氮化物半导体层的结晶性与导电性一起提高。

在第5实施形态中，在持续具有拉伸应力的第1层的成长面上压缩应力发挥作用，因此可抑制龟裂的产生。即，可在抑制产生龟裂的情况下形成第1层，并且形成使第1层与第2层交替层叠而成的多层膜构造，故可获得龟裂得以抑制的由氮化物半导体构成的缓冲区域。

进一步，在Si基板上，在第1层与第2层产生的龟裂得以抑制的第1区域上，形成将第1层与第2层交替层叠而成的第2区域，由此可形成结晶性良好的氮化物半导体层。此处，根据第2实施形态，第1区域具有的第1层的膜厚大于第2区域具有的第1层的膜厚，即，第2区域具有的第1层的膜厚薄于第1区域具有的第1层的膜厚。由此可获得结晶性良好的氮化物半导体层。由于该第2区域位于第1区域上，因此可发挥其功能。

而且，实现第5实施形态的所述第1层与第2层的膜厚较好的是，第1层为5以上、100nm以下，更好的是10nm以上、40nm以下，第2层薄于第1层，且为1nm以上、10nm以下，更好的是1nm以上、5nm以下。

而且，作为本发明的第6实施形态，较好的是，在氮化物系半导体元件中，具有包含Si基板的Si半导体的保护元件部、以及将氮化物半导体层在此基板上层叠而成的发光元件构造部，该保护元件部与发光元件构造部的接合部是由p型Si半导体及n型氮化物半导体层所形成。

此处，较好的是，第6实施形态的氮化物系半导体元件为三端子元件，此三端子元件为所述发光构造部的p、n电极以及保护元件部的n电极，此保护元件部设置在所述基板的与设有所述发光元件构造部的主面相对的主面上。

而且，较好的是，在第6实施形态中，具有在氮化物系半导体元件内设有布线的内部电路，使设置在所述基板的设有所述发光元件构造部的主面上的n电极与发光构造部的p电极相连接。

而且，较好的是，第6实施形态的氮化物系半导体元件为二端子元件，此二端子为所述发光构造部的n电极、及设置在与设有发光构造部的基板主面相对的主面上的保护元件部的n电极。

作为第6实施形态之一形态，是使发光元件部与保护元件部纵向层叠的多层集成元件，而非先前在面内集成的电路构造。通过设为所述将发光元件部与保护元件部层叠而成的的元件，可使相对于芯片面积的发光层面积甚至发光元件部的面积较大。

例如，如图16～图18所示，层叠在Si基板上的氮化物半导体的发光元件部与Si保护元件是由n型氮化物半导体与p-Si接合而成的半导体元件，因而在此n-GaN/p-Si界面上，能够在电压小于先前的情况下流过电流，且能够使各元件即LED、保护元件良好地驱动，故可提高各元件的特性。

使层叠构造体为在Si基板侧层叠Si半导体的保护元件部，进一步在该基板上层叠氮化物半导体的发光元件部，这样，可成为能够保护发光元件部的半导体元件，不会遮蔽发光元件部的发光，且不会损害发光特性。

而且，保护元件部与发光元件部的接合部是p-Si及n型氮化物半导体，因而可解决该接合部的能带障壁的问题，通过使电荷、电流在接合部中较好地移动，可提高各元件的动作功能。

发光元件部的共通电极3025的形成位置如图16、图17A、B所示，可具有各种形态。在图16中，在发光元件部的一个导电型区域(此处为n型层)上设置共通电极，这样，异种接合部3020设置在该电极3025的基板侧，即设置在保护元件部3110上，且该接合部3020在保护元件部驱动时穿隧接合。

在第6实施形态的氮化物系半导体元件具有以下构造：当保护元件部与发光元件部逆并联连接时，将所连接的一者设置在半导体元件构造中。如图19所示，利用布线3040将发光元件部的一个电极(此处为设置在p电极上的平头电极3027)与露出设置于基板的发光元件部侧的电极形成面的电极以图19B所示的方式连接。这样，在半导体元件构造内，如果通过进行逆并列的一者的连接而使基板电极位于安装面侧，则可形成能够通过安装面上的连接及与发光元件部的电极间的导线连接来进行驱动的半导体元件，从而可实现1根导线的安装、驱动，减少导线根数，在搭载有半导体元件的发光装置中，可减少因密封部件的热膨胀等所导致的导线切断不良。而且，考虑到在由布线部覆盖发光元件部所引起的遮光作用下，光取出效率会降低，另一方面，在与发光元件部的电极的导线连接中，需要φ50～100μm的接合区域(平头电极)，因而存在遮光现象。一方面，在实施形态4的示例中，平头电极3027(电极3026)是布线3040的连接，因此可使形成的面积小于导线连接的情况，从而不会出现光取出效率大幅降低的倾向。

在图16及图19A中，右上方插入有等价电路图来说明实施形态1、4的半导体元件构造，以便于理解，但并不限定为严格的等价电路。由该等价电路图可知，在图16及实施形态中，逆并联连接电路的一者必须在半导体元件构造的外部设置布线3200，但在图19的实施形态4中，成为在发光元件构造中由所述布线3040连接而成的二端子元件。由图可知，另一个端子是从发光元件部与保护元件部之间取出的所述共通电极3025，逆并联连接的另一者是多层型的层叠体，即形成由层叠界面的异种接合部3020而连接的构造。

实施例1

图20是表示作为第1实施形态之一例的实施例1的氮化物系半导体元件1001-1的图。

实施例1中，在氮化物系半导体元件1001-1中，将正电极1007设置在p型氮化物半导体层1006的Si基板背侧，将负电极1008设置在Si基板1002的氮化物半导体层背侧。由于正电极1007与负电极1008设置在相对的面上，因此与将正电极1007和负电极1008设置在相同面侧的情况相比较，可实现氮化物系半导体元件1001的小型化。另外，正电极1007也可设置在p型氮化物半导体层1006的侧面，负电极1008也可设置在Si基板2的侧面，这样也可降低氮化物系半导体元件1001-1的正向电压(Vf)。而且，正电极1007及负电极1008的材料及大小在本发明的结构上并无特别限定，例如正电极1007可使用Ni/Au、ITO(氧化铟锡)等，负电极1008可使用W/Al。

在图20所示的实施例1中，整个Si基板1002均为主动区域，此整个主动区域的导电型为p型，且空穴浓度、p型杂质浓度及电阻率取所述值。

实施例2

图21是表示作为第1实施形态之一例的实施例2的氮化物系半导体元件1001-2的图。

实施例2中，在氮化物系半导体元件1001-2中，将正电极1007设置在p型氮化物半导体层1006的表面，将负电极1008设置在Si基板1002的与正电极相对的面上。由于正电极1007与负电极1008设置在相对的面上，因此与将正电极1007和负电极1008设置在相同面侧的情况相比较，可实现氮化物系半导体元件1001-2的小型化。另外，正电极1007也可设置在p型氮化物半导体层1006的侧面，负电极1008也可设置在Si基板1002的侧面，这样也可降低氮化物系半导体元件1001-2的正向电压(Vf)。而且，正电极1007及负电极1008的材料及大小在本发明的结构上并无特别限定，例如正电极1007可使用Ni/Au、ITO(氧化铟锡)等，负电极1008可使用W/Al。

在图21所示的实施例2中，整个Si基板1002(区域#1及区域#2)均为主动区域，其导电型为p型。但是，其中区域#2(主动区域的一部分，n型氮化物半导体层侧的区域)的空穴浓度、p型杂质浓度、电阻率取所述值，而区域#1(主动区域的一部分，n型氮化物半导体层侧的相反侧的区域)的空穴浓度、p型杂质浓度、电阻率并不取所述值。然而，这时也可取得本发明的效果，因此也包含在本发明中。如该实施例2的例示，整个Si基板1002均为主动区域，该主动区域中与n型氮化物半导体层邻接的区域的一部分的空穴浓度、p型杂质浓度、电阻率取所述值，而该主动区域的其他部分的空穴浓度、p型杂质浓度、电阻率并不取所述值，此情况也包含在本发明中。

实施例3

图22是表示作为第1实施形态之一例的实施例3的氮化物系半导体元件1001-3的图。

实施例3中，在氮化物系半导体元件1001-3中，将正电极1007设置在p型氮化物半导体层1006的Si基板背侧，将负电极1008设置在Si基板1002上。另外，正电极1007也可设置在p型氮化物半导体层1006的侧面，负电极1008也可设置在Si基板1002的侧面，这样也可降低氮化物系半导体元件1001-3的正向电压(Vf)。而且，正电极1007及负电极1008的材料及大小在本发明的结构上并无特别限定，例如正电极1007可使用ITO(氧化铟锡)等，负电极1008可使用W/Al。

在图22所示的实施例3中，在Si基板1002上，区域#2(Si基板1002的一部分)为主动区域，但区域#1(Si基板1002的一部分)并非为主动区域。整个区域#2(Si基板1002的一部分，主动区域)的导电型均为p型，且空穴浓度、p型杂质浓度、电阻率取所述值。实施例3中，区域#1的导电型并无特别限定，但这时也可取得本发明的效果，因此也包含在本发明中。如该实施例3所示，整个Si基板1002均为主动区域，该主动区域中与n型氮化物半导体层邻接的区域的一部分的空穴浓度、p型杂质浓度、电阻率取所述值，而该主动区域的其他部分的空穴浓度、p型杂质浓度、电阻率并不取所述值，此情况也包含在本发明中。

实施例4

图23是表示作为第1实施形态之一例的实施例4的氮化物系半导体元件1001-4的图。

实施例4中，在氮化物系半导体元件1001-4中，将正电极1007设置在p型氮化物半导体层1006的表面，将负电极1008设置在与正电极1007相同面侧的n型氮化物半导体层1004的表面。由于正电极1007与负电极1008设置在相同面侧，因此无需考虑Si基板1002的导电性。另外，正电极1007也可设置在p型氮化物半导体层1006的侧面，负电极1008也可设置在n型氮化物半导体层1004的侧面，这样也可降低氮化物系半导体元件1001-4的正向电压(Vf)。而且，正电极1007及负电极1008的材料及大小在本发明的结构上并无特别限定，例如正电极1007可使用Ni/Au等，负电极1008可使用Ti/Pt。

在图23所示的实施例4中，在Si基板1002中，区域#2(Si基板1002的一部分)为主动区域，而区域#1(Si基板1002的一部分)并非为主动区域。整个区域#2(Si基板1002的一部分，主动区域)的导电型均为p型，且空穴浓度、p型杂质浓度、电阻率取所述值。实施例4中，区域#1的导电型并无特别限定，但这时也可获得本发明的效果，因此也包含在本发明中。如该实施例4中所示，整个Si基板1002均为主动区域，该主动区域中与n型氮化物半导体层邻接的区域的一部分的空穴浓度、p型杂质浓度、电阻率取所述值，而主动区域的其他部分的空穴浓度、p型杂质浓度、电阻率并不取所述值，此情况也包含在本发明中。

实施例5

实施例1～实施例4的氮化物系半导体元件1001-1、1001-2、1001-3、1001-4例如可按以下方式制造。

首先，将Si基板1002放置在反应容器内，让氢气流过的情况下使Si基板1002的温度上升，对Si基板1002进行清洗。

接着，在特定的温度下使n型氮化物半导体层1004成长。

接着，按障壁+阱+障壁+阱...+障壁的顺序交替层叠5层障壁层、4层阱层，使多重量子阱结构的活性层5成长。

然后，使由超晶格构造的多层膜构成的p型多层膜包覆层成长。

然后，使p型接触层成长。

其次，将温度降低至室温，再在氮气环境中，使Si基板1002在反应容器内退火，以使p型氮化物半导体层1006进一步低电阻化。

此处，当正电极1007与负电极1008设置在相同面侧时，从反应容器中取出Si基板1002，在最上层的p型接触层上，在形成正电极7的位置上形成厚度为1μm且具有特定形状的SiO₂掩膜，并在RIE(反应性离子蚀刻)装置中从p型接触层侧开始进行蚀刻。接着，在所形成的SiO₂掩膜上，保留一部分以进一步形成光阻膜，并通过RIE而使Si基板1002或n型氮化物半导体层1004的一部分表面露出。

接着，在位于最上层的p型接触层的大致整个面上，形成由膜厚300nm的ITO构成的正电极1007、以及该正电极1007上的膜厚0.5μm的接合用的平头电极(未图示)，此平头电极由Au构成，以作为透光性电极。另一方面，在与正电极相同面侧的Si基板1002的表面(或者通过蚀刻而露出的Si基板1002或n型氮化物半导体层1004的表面)上，形成包含W及Al的负电极1008。

将按以上方式形成的Si基板1002进行研磨而使之芯片化，则可获得氮化物系半导体元件1001-1、1001-2、1001-3、1001-4。

将这样获得的氮化物半导体元件1001-1、1001-2、1001-3、1001-4安装在引线框(未图示)等中并接合之后，用密封部件(未图示)密封。此处，密封部件可使用能使所需波长的光透过的透光性树脂，例如适合使用环氧树脂、硅树脂或丙烯酸树脂等。另外，也可在密封部件中混入使光扩散的光扩散材料，或者混入因氮化物系半导体元件1001-1、1001-2、1001-3、1001-4发出的光激发而能够使发出光的波长较所述光的波长更长的荧光物质等。密封部件的形状可任意设计，例如可设为半圆柱状或直线状等。

实施例6

对本发明的第2实施形态之一例的实施例6进行说明。

准备2inch(的p型Si基板2010(载体浓度8×1018/cm3，B[硼]掺杂)，将其搬送到MOVPE装置的炉内，在载体气体为H2的氢气环境下进行热清洁洗处理(1150℃)之后，在800℃的温度下供给p型杂质(此处为硼)源气体的TEB(20sccm，5分钟)，在氢气还原环境下，使硼堆积后，停止供给TEB，在氢气环境下，在1080℃的温度下保持5分钟以进行热扩散处理。此处使用的是TEB，但也可适当使用通过热CVD进行气相扩散的方法。

在这样获得的Si基板的表面区域上，p型杂质(此处为硼)的浓度可上升至2×10²⁰/cm³左右。

在热扩散处理之后，使同一炉内连续进行层叠以下氮化物半导体层的反应处理，形成层叠构造2140。

将由Si掺杂GaN的n型层2021(接触层)、InGaN/GaN多对层叠而成的多重量子阱结构的活性层2022、Mg掺杂GaN的p型层2023(接触层)等进行层叠。此处，也可在n型层及p型层的各接触层与活性层之间(n型层内、p型层内)设置包覆层、介在层等。而且，如上所述，可在Si基板与氮化物半导体尤其是活性层之间设置基底层、介在层。

这样，如图8所示，可获得以下层叠构造体2130，即，在Si基板2010(p型Si基板2010a)的表面侧，设置具有p⁺区域2011的基板，以作为发光元件2100的第1导电型区域2110的一部分，并且在此基板表面，将成为发光元件2100的第1导电型区域2110一部分的n型层2021、活性层2022、p型层2023(第2导电型区域2120)层叠，以形成为GaN系半导体层叠构造2140。此时，如图10(c-2)示意性所示，p⁺型区域2011的p型杂质浓度分布因氮化物半导体的层叠构造2140的形成而进一步扩散，由此分布发生变化，更深的区域呈现高浓度化，表面区域的浓度也降低至3～10×10¹⁹/cm³左右。

然后，在p型层2023的表面形成正电极2026(透光性电极，例如ITO)，在Si基板10的背面形成负电极2015(例如W/Al)，以获得半导体元件(发光元件)2100。在正电极2026上设置导线接合用的平头电极(例如Cr/Au)(未图示)。

此处，作为p型氮化物半导体层用的电极材料，具有包含选自由Ni、Pt、Pd、Rh、Ru、Os、Ir、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Co、Fe、Mn、Mo、Cr、W、La、Cu、Ag、Y组成的群中的至少一种金属、合金、层叠构造，而且具有这些金属的化合物例如导电性氧化物等，导电性金属氧化物(氧化物半导体)可列举掺杂有锡的厚度为5nm～10μm的氧化铟锡(Indium Tin Oxide，ITO)、ZnO、InO或SnO，或者在这些氧化物中掺杂有Ga等氮化物半导体的III族元素等的氧化物等，从而可较好地用作具有透光性的电极。当为氧化物半导体材料时，形成具有介于各导电型层2021、2023与其电极2025、2026(图9)之间的中间功能的形态，也可使导电型层2021、2023的导电性与金属氧化物的导电性相同，当将不同导电型的氧化物半导体层设为电极时，也可在层叠构造2140之间再隔着某些介在层(逆导电型层、氧化物半导体、金属层)而使用，而且从可作为电流扩散导体而发挥功能的角度考虑，也可使用所述半导体层、电极材料来作为第1导电型区域2021侧的扩散导体。另外，如以下实施例所示，当在n型层(第1导电型区域2120)2021上设置电极时，也可使用与正电极相同的透光性电极材料。

这样获得的发光元件也能够以氮化物半导体的层叠构造2140侧为主要的光取出侧，从层叠构造2140侧面发光。而且，与在参考例1所示的p型Si基板上直接设置层叠构造2140的情况相比，发光元件的Vf降低0.2～0.4V左右，例如约为3.1V。

实施例7

对本发明第2实施形态之一例的实施例7进行说明。

准备与实施例6相同的2inchφ的p型Si基板2010，将其搬送到热CVD装置中，在H₂环境下，在1100℃的温度下供给Si源气体SiH₄(或SiH₂Cl₂)及p型杂质(此处为硼)源气体B₂H₆，形成300nm的Si层作为Si半导体层2011，并使深度方向上的掺杂量大致均匀。

接着，以与实施例1相同的方式形成氮化物半导体的层叠构造2140，并设置电极以制作发光元件。

实施例8

对本发明第2实施形态之一例的实施例8进行说明。

准备与实施例1相同的2inchφ的p型Si基板2010，在其表面形成BSG以作为p型杂质(此处为硼)的扩散源的膜，将所述基板搬送到氧化炉中进行热处理，并在此基板表面形成p⁺区域2011，利用BHF等将膜去除，使基板表面的p⁺型区域2011露出。

接着，与实施例1相同，将基板搬送到MOVPE装置中，形成氮化物半导体的层叠构造2140，并设置电极以制作发光元件。

实施例9

对本发明第2实施形态之一例的实施例9进行说明。

使用非导电性的Si基板2010c，以与实施例1相同的方式形成Si区域2011，其后形成层叠构造2140，如图9A所示，以使Si基板的Si区域2011的一部分露出的深度进行蚀刻，由此使电极形成面露出，形成与实施例1相同的正电极2026、及在露出的基板表面的Si区域2011上的负电极2025(例如W/Pt/Au)，以制作发光元件。在氮化物半导体层2140表面侧，为了防止短路(形成绝缘构造)且保护表面，也可使透光性绝缘膜例如SiO₂在从电极露出的区域上形成(未图示)。

所获得的发光元件2100中，n型区域的第1导电型区域2110包含p⁺型Si区域2011，且Si基板2010c为非导电性，因此成为电流几乎不会流过的区域。

参考例1

对本发明第2实施形态的参考例1进行说明。

准备与实施例7相同的2inchφ的p型Si基板2010，并且不形成Si区域2011，除此以外，以与实施例1相同的方式形成n型氮化物半导体层、活性层、p型氮化物半导体层的层叠构造2140，并形成电极等，以制作发光元件。与实施例7相比，除了不具有Si区域2011，即不具有热扩散步骤以外，均以与实施例7相同的方式而制作，因此该发光元件的发光特性可与实施例7大致相同，而且可使Vf良好，为3.6V左右。

[产业上的可利用性]

对本发明的氮化物半导体元件为发光元件的情况进行了说明，但本发明的氮化物半导体元件也可适用于至少层叠有n型氮化物半导体层及p型氮化物半导体层的受光元件等，而且也可适用于使用有氮化物半导体的场效应晶体管(FET：Field Effect Transistor)等。

以上所有说明均与本发明的实施形态相关，但并不对本发明作任何限定。只要不改变本发明的宗旨，则本发明包含所有的氮化物系半导体元件及其制造方法。

Claims (51)

1.一种氮化物系半导体元件，其在Si基板上具有氮化物半导体层，此氮化物系半导体元件的特征在于，

所述Si基板的至少一部分及所述氮化物半导体层包含于主动区域，

所述Si基板的主动区域的导电型为p型。

2.一种氮化物系半导体元件，其在Si基板上具有氮化物半导体层，此氮化物系半导体元件的特征在于，

所述Si基板的至少一部分及所述氮化物半导体层包含于主动区域，

所述Si基板的主动区域的多数载体为空穴。

3.如权利要求1或2所述的氮化物系半导体元件，其特征在于，

所述Si基板的主动区域的空穴浓度为约1×10¹⁸cm^-3以上、约1×10²¹cm^-3以下。

4.如权利要求1至3中任一权利要求所述的氮化物系半导体元件，其特征在于，所述Si基板的主动区域的杂质浓度为约1×10¹⁸cm^-3以上、约1×10²²cm^-3以下。

5.如权利要求1至4中任一权利要求所述的氮化物系半导体元件，其特征在于，所述Si基板的主动区域的电阻率约为0.05Ωcm以下。

6.如权利要求1至5中任一权利要求所述的氮化物系半导体元件，其特征在于，所述氮化物半导体层从所述Si基板侧起依次具有n型氮化物半导体层及p型氮化物半导体层，所述n型氮化物半导体层与所述Si基板的主动区域相邻接。

7.如权利要求6所述的氮化物系半导体元件，其特征在于，

所述n型氮化物半导体层的至少最靠近所述Si基板的一侧为n型GaN层。

8.如权利要求6或7所述的氮化物系半导体元件，其特征在于，与所述Si基板的主动区域邻接的n型氮化物半导体层的电子浓度为约1×10¹⁷cm^-3以上、约1×10²¹cm^-3以下。

9.如权利要求6至8中任一权利要求所述的氮化物系半导体元件，其特征在于，与所述Si基板的主动区域邻接的n型氮化物半导体层的n型杂质浓度为约1×10¹⁷cm^-3以上、约1×10²²cm^-3以下。

10.如权利要求1至9中任一权利要求所述的氮化物系半导体元件，其特征在于，所述Si基板与所述氮化物半导体层的界面以使载体可利用隧道效应而通过的方式相邻接。

11.如权利要求1至10中任一权利要求所述的氮化物系半导体元件，其特征在于，

所述Si基板与所述氮化物半导体层经缩退而形成。

12.如权利要求1至11中任一权利要求所述的氮化物系半导体元件，其特征在于，

所述Si基板与所述氮化物半导体层的界面上的I-V特性呈大致线形。

13.一种氮化物系半导体元件，其是权利要求1至12中任一权利要求所述的氮化物系半导体元件，其特征在于，

所述氮化物半导体层包含可发光或可受光的活性层。

14.一种氮化物系半导体元件，其是权利要求1至13中任一权利要求所述的氮化物系半导体元件，其特征在于，

具有正电极和负电极，

所述正电极是与所述氮化物半导体层中包含的p型氮化物半导体层相邻接，

所述负电极是与所述Si基板相邻接。

15.如权利要求14所述的氮化物系半导体元件，其特征在于，

所述正电极与所述负电极设在相对的面上。

16.一种氮化物系半导体元件，其是权利要求1至13中任一权利要求所述的氮化物系半导体元件，其特征在于，

具有正电极和负电极，

所述正电极是与所述氮化物半导体层中包含的p型氮化物半导体层相邻接，

所述负电极是与所述氮化物半导体层中包含的n型氮化物半导体层相邻接。

17.如权利要求14或16所述的氮化物系半导体元件，其特征在于，

所述正电极与所述负电极设在相同面侧。

18.如权利要求1至17中任一权利要求所述的氮化物系半导体元件，其特征在于，

在所述Si基板的至少主动区域上包含p型杂质，且所述p型杂质为硼或铝的至少一者。

19.如权利要求1至18中任一权利要求所述的氮化物系半导体元件，其特征在于，

所述Si基板的(111)面与所述氮化物半导体层的(0001)面相邻接。

20.一种氮化物系半导体元件，其Si基板上具有氮化物半导体层，此氮化物系半导体元件的特征在于，

具有p型杂质浓度大于所述Si基板的Si结晶层，且具有与该Si结晶层表面相邻接的作为所述氮化物半导体层的n型氮化物半导体层。

21.一种氮化物系半导体元件，其在Si基板上具有氮化物半导体层，此氮化物系半导体元件的特征在于，

在所述Si基板与所述氮化物半导体层的接合部及其附近区域，具有高于该接合部附近区域外侧的所述基板侧区域的p型杂质浓度的Si层或Si区域、以及具有高于该接合部附近区域外侧的氮化物半导体区域的n型杂质浓度的n型氮化物半导体层。

22.如权利要求20或21所述的氮化物系半导体元件，其特征在于，

所述Si层或Si区域以及所述n型氮化物半导体层设置在n型导电区域上。

23.如权利要求20或21所述的氮化物系半导体元件，其特征在于，

所述氮化物系半导体元件具有发光元件构造，其在具有所述Si层或Si区域及所述n型氮化物半导体层的n型区域、与具有p型氮化物半导体层的p型区域之间，具有氮化物半导体的活性层。

24.一种氮化物系半导体元件，具有在Si基板上包含氮化物半导体层的元件构造，此氮化物系半导体元件的特征在于，

所述元件构造的第1导电型区域具有位于所述Si基板上的Si层或Si基板表面侧的Si区域，以及位于其上的氮化物半导体层。

25.如权利要求24所述的氮化物系半导体元件，其特征在于，

在所述第1导电型区域，在Si层或Si基板表面侧的Si区域上具有p型杂质，所述氮化物半导体层具有n型杂质，并且该第1导电型区域为n型导电区域。

26.如权利要求24或25所述的氮化物系半导体元件，其特征在于，

所述元件构造具有第2导电型区域，该第2导电型区域的导电型与第1导电型不同，且该第2导电型区域设在第1导电型区域上，所述元件构造是具有氮化物半导体层的发光元件构造。

27.如权利要求24至26中任一权利要求所述的氮化物系半导体元件，其特征在于，所述Si基板上的Si层或Si基板表面侧的Si区域是p型杂质浓度大于该基板内部及/或基板背面侧的p⁺层，在此Si结晶层上，具有作为氮化物半导体层的n型导电层，此n型导电层至少包含n⁺型氮化物半导体层及位于其上的n型氮化物半导体层，此n型氮化物半导体层的n型杂质浓度小于所述n⁺型层。

28.一种氮化物系半导体元件，其在Si基板上具有氮化物半导体层，此氮化物系半导体元件的特征在于，

在n型或p型Si基板上，具有p型杂质浓度大于该基板的p⁺型Si结晶层，在此Si结晶层上，具有作为氮化物半导体层的n型导电层，此n型导电层至少包含n⁺型氮化物半导体层及位于其上的n型氮化物半导体层，此n型氮化物半导体层的n型杂质浓度小于所述n⁺型层。

29.一种氮化物系半导体元件，其在Si基板上具有氮化物半导体层，此氮化物系半导体元件的特征在于，

在n型或p型Si基板的基板表面侧，具有p型杂质浓度大于该基板的p⁺型Si区域，在此Si区域上，具有作为氮化物半导体层的n型导电层，此n型导电层至少包含n⁺型氮化物半导体层及位于其上的n型氮化物半导体层。

30.如权利要求20至23、25以及27至29中任一权利要求所述的氮化物系半导体元件，其特征在于，

所述Si层或Si区域上包含元素周期表的第13族元素，所述第13族元素的浓度随着远离氮化物半导体层而增加，且随着进一步的远离而减少。

31.如权利要求20至30中任一权利要求所述的氮化物系半导体元件，其特征在于，在氮化物系半导体元件的主动区域中，具有所述氮化物半导体层及所述Si层或Si区域。

32.如权利要求28至31中任一权利要求所述的氮化物系半导体元件，其特征在于，此氮化物系半导体元件是在所述n型导电层上具有p型导电层的发光元件构造，此p型导电层具有p型氮化物半导体层。

33.如权利要求20至32中任一权利要求所述的氮化物系半导体元件，其特征在于，所述Si层或Si区域的杂质浓度为约1×10¹⁸cm^-3～约1×10²²cm^-3。

34.如权利要求1至33中任一权利要求所述的氮化物系半导体元件，其特征在于，在所述Si基板与所述氮化物半导体层之间具备缓冲区域，在所述Si基板的表面具备第1结晶区域及第2结晶区域，所述第1结晶区域具有包含Al及Si的第1结晶，所述第2结晶区域具有包含GaN系半导体的第2结晶，该GaN系半导体包含Si。

35.如权利要求1至34中任一权利要求所述的氮化物系半导体元件，其特征在于，

在所述Si基板与所述氮化物半导体层之间具备缓冲区域，所述缓冲区域具有基板侧的第1区域及与所述第1区域相比较远离所述Si基板的第2区域，所述第1区域及所述第2区域分别具有由氮化物半导体构成的第1层，及由与所述第1层具有不同组成的氮化物半导体构成的第2层交替层叠而成的多层膜构造，所述第2层的膜厚小于所述第1层的膜厚，所述第1区域具有的第1层的膜厚大于所述第2区域具有的第1层的膜厚。

36.如权利要求1至35中任一权利要求所述的氮化物系半导体元件，其特征在于，此氮化物系半导体元件具有包含Si基板的Si半导体的保护元件部、以及将氮化物半导体层在此基板上层叠而成的发光元件构造部，所述保护元件部与发光元件构造部的接合部是由p型Si半导体及n型氮化物半导体层所形成。

37.如权利要求36所述的氮化物系半导体元件，其特征在于，

所述半导体元件为三端子元件，此三端子为所述发光构造部的p、n电极以及保护元件部的n电极，该保护元件部设置在所述基板的与设有所述发光元件构造部的主面相对的主面上。

38.如权利要求36所述的氮化物系半导体元件，其特征在于，

所述半导体元件具有在半导体元件内设有布线的内部电路，使设置在所述基板的设有所述发光元件构造部的主面上的n电极与发光构造部的p电极相连接。

39.如权利要求36所述的氮化物系半导体元件，其特征在于，

所述半导体元件为二端子元件，此二端子为所述发光构造部的n电极、及设置在与设有发光构造部的基板主面相对的主面上的保护元件部的n电极。

40.一种氮化物系半导体元件的制造方法，此氮化物系半导体元件是在Si基板上具有氮化物半导体层，此氮化物系半导体元件的制造方法的特征在于包括：

第1步骤，在Si基板上，使具有p型杂质的Si层成长；以及

第2步骤，在此Si层上，使n型氮化物半导体层成长。

41.一种氮化物系半导体元件的制造方法，此氮化物系半导体元件是在Si基板上具有氮化物半导体层，此氮化物系半导体元件的制造方法的特征在于包括：

第1步骤，在Si基板上，利用扩散的方式添加p型杂质，使添加有p型杂质的Si区域在此Si基板表面侧形成；以及

第2步骤，在所述Si区域上，使n型氮化物半导体层成长。

42.如权利要求40或41所述的氮化物系半导体元件的制造方法，其特征在于，在所述氮化物半导体层的元件中，使所述Si层或Si区域为负电荷移动的主动区域。

43.如权利要求40至42中任一权利要求所述的氮化物系半导体元件的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

在所述第2步骤之后，至少层叠p型氮化物半导体层，以形成发光元件的层叠构造。

44.一种氮化物系半导体元件的制造方法，此氮化物系半导体元件具有在Si基板上包含氮化物半导体层的元件构造，此氮化物系半导体元件的制造方法的特征在于包括：

Si成长步骤，在所述Si基板上，使Si半导体层成长为所述元件构造的第1导电型区域的层；

第1氮化物半导体层成长步骤，在所述Si层上，使第1氮化物半导体层成长为所述第1导电型区域的层；以及

第2氮化物半导体层成长步骤，使第2氮化物半导体层成长为所述元件构造的第2导电型区域的层。

45.一种氮化物系半导体元件的制造方法，此氮化物系半导体元件具有在Si基板上包含氮化物半导体层的元件构造，此氮化物系半导体元件的制造方法的特征在于包括：

Si成长步骤，在所述Si基板的表面侧，使不同于第1导电型区域的第2导电型Si区域成长为所述元件构造的第1导电型区域的层；

第1氮化物半导体层成长步骤，在所述Si区域上，使第1氮化物半导体层成长为所述第1导电型区域的层；以及

第2氮化物半导体层成长步骤，使第2氮化物半导体层成长为所述元件构造的第2导电型区域的层。

46.如权利要求44或45所述的氮化物系半导体元件的制造方法，其特征在于，

在使所述第1氮化物半导体层成长的步骤中，掺杂n型杂质使其成长，且所述第1导电型区域为n型区域。

47.如权利要求44至46中任一权利要求所述的氮化物系半导体元件的制造方法，其特征在于，

所述第1导电型区域为n型区域，所述第2导电型区域为p型区域，且所述元件为发光元件构造。

48.如权利要求41或45所述的氮化物系半导体元件的制造方法，其特征在于，

在所述第1步骤中，以含有Si半导体的p型杂质的膜被覆Si基板表面，使该p型杂质在基板内扩散，以形成所述Si区域。

49.如权利要求41或45所述的氮化物系半导体元件的制造方法，其特征在于，

在所述第1步骤中，在热处理的情况下向所述Si基板表面供给Si半导体的p型杂质源气体，以形成所述Si区域。

50.如权利要求40至49中任一权利要求所述的氮化物系半导体元件的制造方法，其特征在于，

所述Si基板具有p型杂质，且在所述第1步骤中，Si层或Si区域的p型杂质浓度大于该Si基板的p型杂质浓度。

51.如权利要求50所述的氮化物系半导体元件的制造方法，其特征在于，所述第1步骤中的p型杂质为硼(B，boron)。

Images