CN101390224A - 氮化物半导体元件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及至少依次设置有n电极、n型半导体层、活性层、p型半导体层的氮化物半导体元件。上述n型半导体层包括：由电子浓度在5×1016cm－3以上、5×1018cm－3以下的n型杂质掺杂GaN构成的n型GaN接触层；设置在上述n型GaN接触层的一个主面上的上述n电极；和设置在上述n型GaN接触层的另一个主面上的、由产生在与该n型GaN接触层的界面上积蓄电子的电子积蓄层的AlxGa1－xN(0＜x＜1)、或InxGa1－xN(0＜x＜1)的至少一种构成的发生层。由此提供一种能够将n电极与活性层之间的n型半导体层的厚度抑制得较薄，并且发光性优异的氮化物半导体元件。

Description

氮化物半导体元件
技术领域
本发明涉及至少依次具有n电极、n型半导体层、活性层、p型半导体层的氮化物半导体元件。
背景技术
历来，氮化物半导体元件，在用作照明、后光灯的光源的蓝色LED(Light Emitting Diode：发光二极管)、以及用作白色照明用的光源的绿色LED上被利用。另外，白色照明是通过红色LED、蓝色LED、绿色LED形成白色。
如图11所示，氮化物半导体元件，在基板600上层叠由n型半导体层、MQW活性层605、以及p型半导体层构成的氮化物半导体层。为了确保通过基板500、向氮化物半导体层流动电流的路径，作为基板500，希望是具有导电性的基板，但是由于具有导电性的基板的价格比没有导电性的基板的价格高，所以进行了通过向没有导电性的基板掺杂添加物，从而使基板具有导电性的尝试。
但是，在使用掺杂有添加物的基板500的情况下，由于基板500对光的吸收量增大，会影响氮化物半导体元件的特性，所以一般是将没有导电性、没有掺杂添加物的基板(例如蓝宝石基板等)，作为基板500使用。
在将没有导电性、没有掺杂添加物的基板，作为基板500使用的情况下，氮化物半导体元件，必须确保在基板500的一个主面侧流过电流的路径。
具体而言，如图11所示，在基板500上层叠氮化物半导体层(n型缓冲层501～p型接触层507)之后，对氮化物半导体层的一部分进行蚀刻，直至n型接触层502从p型半导体层507一侧露出。接着，在露出的n型接触层502的主面上，形成n电极514。此外，在p型接触层507的主面上，形成p电极508。由此，氮化物半导体元件能够不通过基板500，就确保在n电极514与p电极508之间流过电流的路径。
但是，如图12所示，现有技术所使用的氮化物半导体元件，存在如下问题，由于如果电阻值相同则电流想要流过较短距离的性质，在电流流过n电极514与p电极508之间时，电流就会集中在与从n电极514向p电极508的直线L上相当的部位，在氮化物半导体层的各层中，不能均等地遍布电流。
由此，就存在这样的氮化物半导体元件的MQW活性层505，难以从MQW活性层505均等发光的问题。
此外，这样的氮化物半导体元件，由于与电流同样，电压集中在与从p电极508向n电极514的直线L上相当的部位，所以还存在在该部位容易发生静电破坏的问题。
此外，这样的氮化物半导体元件，由于在基板500的一个主面侧形成有p电极508和n电极514，所以，与在基板的一个主面上形成有n电极、在另一个主面上形成有p电极的氮化物半导体元件相比，存在芯片面积增大，生产效率下降的问题。
因此，为了解决该问题，有以下的提案，在基板上层叠氮化物半导体层，在氮化物半导体层的一个主面上形成p电极之后，将该氮化物半导体层从基板分离，在氮化物半导体层的与形成有p电极的面相反一侧的主面上形成n电极的相对电极型的氮化物半导体元件的制造方法。
具体而言，在使用由蓝宝石构成的基板与由GaN系半导体构成的氮化物半导体层的相对电极型的氮化物半导体元件的情况下，在基板上层叠氮化物半导体层，在氮化物半导体层的主面上，形成p电极。
接着，将波长为300nm以下程度的准分子激光器光以几百mJ/cm2的照射能量，从基板侧向氮化物半导体层侧照射，使基板与氮化物半导体层的界面附近的氮化物半导体层热分解，将氮化物半导体层从基板分离，在露出的氮化物半导体层的主面上，形成n电极。
由此，公开了得到相对电极型的氮化物半导体元件的氮化物半导体元件的制造方法(例如，参照日本特开2003-168820号公报)。
这种制造方法，与使用具有导电性的基板的情况同样，能够得到在氮化物半导体层的一个主面上形成有p电极，在另一个主面上形成有n电极的相对电极型的氮化物半导体元件，能够制造提高了光取出效率的氮化物半导体元件。
发明内容
但是，如图13所示，通过这种制造方法所制作的氮化物半导体元件，为了将氮化物半导体层从基板分离，在n电极614与MQW活性层605之间，仅具有n型接触层602和n型金属包覆层(clad)604。即，从该氮化物半导体元件的n电极614到MQW活性层605的距离，仅有几μm，与n型接触层602和n型金属包覆层604的宽度相比，较短。
因而，在该n型半导体层中，从n电极614在相对于结晶生长方向大体水平的方向上扩展，并且在至MQW活性层605的距离与从n电极614到MQW活性层605为止的直线距离之间，产生大的差别。
此外，在该氮化物半导体元件中，由于如果电阻值相同则电流想要流过短的距离的性质，在n电极614与p电极608之间流过电流时，就会有电流从n电极614到MQW活性层605为止，在相对于结晶生长方向大体水平方向上不一样的扩展，容易直线流动的问题。
此外，在该氮化物半导体元件中，由于一样扩展的电流难以流到MQW活性层605，所以存在难以使MQW活性层605均等发光的问题。
为了解决这样的问题，研究了通过增大n电极614的面积，使电流一样地扩展，流到MQW活性层605，但由于当n电极614的面积增大时，会遮挡从n型接触层602发出的光，所以存在降低氮化物半导体层的光取出效率的问题。
此外，还研究了通过增加n电极614与MQW活性层605之间的n型半导体层各层的厚度，使得从n电极614到MQW活性层605的距离，成为使电流一样的扩展并流过MQW活性层605的充分的距离，但存在结晶生长时间增长，制造成本增加的问题。此外，在将氮化物半导体层从基板分离时，从支撑氮化物半导体层的支撑基板到基板的距离变长，存在氮化物半导体层内的应力增大，氮化物半导体层中产生损伤的问题。
此外，虽然还研究了通过增加n型杂质的掺杂量来降低n型半导体层的电阻值，但是例如由于增加Si掺杂量，所以存在n型半导体层的结晶性恶化，在该n型半导体层上结晶生长的MQW活性层605的质量恶化，发光特性恶化的问题。
因此，本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于，提供一种能够将n电极与活性层之间的n型半导体层的厚度抑制得较薄，并且发光性优异的氮化物半导体元件。
本发明涉及的氮化物半导体元件的第一特征在于，至少依次设置有n电极、n型半导体层、活性层、p型半导体层，其中，n型半导体层包括：由电子浓度在5×1016cm-3以上、5×1018cm-3以下的n型杂质掺杂GaN构成的n型GaN接触层；设置在n型GaN接触层的一个主面上的上述n电极；和设置在n型GaN接触层的另一个主面上的、由产生在与该n型GaN接触层的界面上积蓄电子的电子积蓄层的AlxGa1-xN(0<x<1)、或InxGa1-xN(0<x<1)的至少一种构成的发生层。
根据该特征，通过在由电子浓度为5×1016cm-3以上、5×1018cm-3以下的n型杂质掺杂GaN构成的n型GaN接触层上，设置AlxGa1-xN(0<x<1)、或InxGa1-xN(0<x<1)的至少一种构成的发生层，当电流流过n电极与p电极之间时，在该n型GaN接触层与该发生层的界面上能够发生电子积蓄层。该电子积蓄层能够在该n型GaN接触层与该发生层的界面附近积蓄二维电子，由于是低电阻，所以容易流过电流。
由此，在该氮化物半导体元件中，当电流流过n电极与p电极之间时，在该电子积蓄层，从n电极流出的电流扩散，能够在相对于结晶生长方向大体水平的方向上，迅速地扩展到整个电子积蓄层。经由该电子积蓄层，扩展到该电子积蓄层的电流，由于能够一样地流过活性层，所以能够使活性层均等地发光。因而，在电子积蓄层中电流能够均等地扩散，所以能够将n电极与活性层之间的n型半导体层的厚度抑制得较薄，并得到发光性优异的氮化物半导体元件。
在本发明的第一特征中，发生层可以是交互层叠组成式不同的AlxGa1-xN(0<x<1)层和AlyGa1-yN(0≤y<1，y<x)层的超格子结构，AlxGa1-xN层与AlyGa1-yN层，每一层的厚度为30nm以下。
此外，发生层也可以是交互层叠InxGa1-xN(0<x<1)层和AlyGa1-yN(0<y<1)层的超格子结构，InxGa1-xN层与AlyGa1-yN层，每一层的厚度为30nm以下。
此外，发生层也可以是交互层叠组成式不同InxGa1-xN(0<x<1)层和InyGa1-yN(0≤y<1，y<x)层的超格子结构，InxGa1-xN层与InyGa1-yN层，每一层的厚度为30nm以下。
根据该特征，发生层，每一层的厚度为30nm以下、是上述超格子结构，由此，在n型GaN接触层与该发生层的界面附近能够进一步积蓄二维的电子，容易发生作为低电阻的电阻积蓄层。由此，能够将n电极与活性层之间的n型半导体层的厚度抑制得较薄，并能够得到发光性优异的氮化物半导体元件。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式涉及的氮化物半导体元件的截面结构的图。
图2是表示本发明的第一实施方式涉及的氮化物半导体元件的制造方法的流程图。
图3是表示本发明的第一实施方式涉及的氮化物半导体元件的制造方法。
图4是表示本发明的第一实施方式涉及的氮化物半导体元件的制造方法。
图5是表示本发明的第一实施方式涉及的氮化物半导体元件的制造方法。
图6是说明本发明的第一实施方式涉及的氮化物半导体元件的电子积蓄层的图。
图7是表示本发明的第二实施方式涉及的氮化物半导体元件的截面结构的图。
图8是表示本发明的第三实施方式涉及的氮化物半导体元件的截面结构的图。
图9是表示本发明的第四实施方式涉及的氮化物半导体元件的截面结构的图。
图10是表示实施例涉及的氮化物半导体元件的电子移动量和亮度的图。
图11是表示现有技术涉及的氮化物半导体元件的图。
图12是表示现有技术涉及的氮化物半导体元件的截面结构的图。
图13是表示现有技术涉及的氮化物半导体元件的截面结构的图。
具体实施方式
接着，参照附图说明本发明的实施方式。另外，在以下的图面记载中，对同一或类似的部分都赋予同一或类似的符号。但是，应该注意的是，图面都是模式地表示，各尺寸的比率等与实际结构可能会有差异。
因而，具体的尺寸等应该参考以下的说明而进行判断。此外，当然即使在图面相互之间也包括相互的尺寸的关系或比率不同的部分。
(本发明第一实施方式涉及的氮化物半导体元件的结构)
参照图1对本发明第一实施方式涉及的氮化物半导体元件进行说明。图1是表示本发明的第一实施方式涉及的氮化物半导体元件的截面结构的图。作为本实施方式涉及的氮化物半导体元件的一例，对作为光源使用的蓝色LED、作为白色照明用光源使用的蓝色LED、绿色LED进行说明。
本实施方式涉及的氮化物半导体元件，如图1所示，包括层叠有n型半导体层、MQW活性层105、p型半导体层的氮化物半导体层。
在第一实施方式涉及的氮化物半导体元件中，n型半导体层是在n电极114与MQW活性层105之间层叠的氮化物半导体层，由n型GaN接触层102、n型AlGaN层103、n型金属包覆层104构成。
该n型半导体层包括：电子浓度在5×1016cm-3以上、5×1018cm-3以下的n型杂质掺杂GaN构成的n型GaN接触层102；设置在n型GaN接触层102的一个主面上的n电极104；以及设置在n型GaN接触层102的另一个主面上、产生在与n型GaN接触层102的界面上积蓄电子的电子积蓄层的AlxGa1-xN(0<x<1)构成的发生层。
在第一实施方式涉及的氮化物半导体元件中，p型半导体层是在透明电极108与MQW活性层105之间层叠的氮化物半导体层，由p型金属包覆层106与p型接触层107构成。
该p型半导体层在p型接触层107的一个主面上设置有作为p电极的透明电极108。
此外，该氮化物半导体元件，在透明电极108上设置有反射镜膜111，通过从MQW活性层发出的光由该反射镜膜111所反射，能够进一步提高从n型GaN接触层102发出的光的发光性。
此外，该氮化物半导体元件，包括在反射镜膜111上通过粘结膜112而被粘结的支撑基板113。
在氮化物半导体层的侧面上，形成有由SiN等构成的绝缘膜109。
n电极114，在n型GaN接触层102一个主面(在本实施方式涉及的氮化物半导体元件的n型GaN接触层102中，没有层叠n型AlGaN层103的一侧的下面。以下表示为“下面”)上，按照Ti层、Al层的顺序进行层叠，与n型GaN接触层102欧姆接触。另外，n电极114也可以仅由Al层形成。
透明电极108是在p型接触层107一个主面(在本实施方式涉及的氮化物半导体元件的p型接触层107中，没有层叠p型金属包覆层106的一侧的上面。以下表示为“上面”)上，由ZnO形成的p电极。
n型GaN接触层102，是由电子浓度在5×1016cm-3以上、5×1018cm-3以下的n型杂质掺杂GaN形成。更优选n型GaN接触层102的电子浓度在5×1016cm-3以上、1×1018cm-3以下。
作为n型杂质掺杂，例如使用Si掺杂等。
进一步地，该n型GaN接触层102也可以是每层的厚度为10nm以下的超格子结构。在这种情况下，更优选n型GaN接触层102的每层的厚度为5nm以下。
n型AlGaN层103是由掺杂有Si的Al0.08GaN形成的、作为产生积蓄电子的电子积蓄层的发生层起作用。另外，n型AlGaN层103并不仅限于Al0.08GaN，只要是满足AlxGa1-xN(0<x<1)的组成即可(以下，对于n型AlGaN层103也是同样的)。
n型金属包覆层104由掺杂有Si的GaN形成。
MQW活性层105，是由包含In的氮化物半导体所形成的多重量子井结构(MQW结构：Multi Quantum Well：多量子井结构)。
具体而言，MQW活性层105，是由厚度为3nm的In0.17GaN形成的井层，和厚度为10nm的非掺杂GaN形成的阻挡(barrier)层分别交互层叠8次的MQW结构。
p型金属包覆层106，是由未掺杂GaN、或包含1％左右的In0.01GaN所形成。
p型接触层107是由掺杂有Mg的GaN所形成。另外，p型接触层107与透明电极108欧姆接触。
(本发明的第一实施方式涉及的氮化物半导体元件的制造方法)
以下，参照图2～图5，对在本发明的第一实施方式涉及的氮化物半导体元件的制造方法中实行的工序进行说明。
如图2和图3所示，在步骤S101中，在由蓝宝石构成的基板(以下表示为基板100)上，进行结晶生长n型GaN接触层102的n型GaN接触层层叠工序。
具体而言，在本实施方式中，第一，将基板100放入MOVCD(MetalOrganic Chemical Vapor Deposition)装置中，通过一边流动氢气体一边将温度上升至1050℃左右，对基板100进行热清洗。
第二，将MOCVD装置内的温度下降至600℃左右，在基板100上，通过外延生长由GaN构成的n型缓冲层101来进行结晶生长(以下简称为结晶生长)。
第三，再次将MOCVD装置内的温度上升到1000℃左右，在n型缓冲层101上结晶生长电子浓度在5×1016cm-3以上、5×1018cm-3以下的Si掺杂GaN构成的n型GaN接触层102。更优选n型GaN接触层102的电子浓度在5×1016cm-3以上、1×1018cm-3以下。
在步骤S102中，在n型GaN接触层102上，进行层叠使在与该n型GaN接触层102的界面上积蓄电子的电子积蓄层产生的、由AlGaN构成的发生层的发生层层叠工序。
具体而言，在发生层层叠工序中，在n型GaN接触层102上，结晶生长由掺杂有Si的Al0.08GaN形成、作为发生电子积蓄层的发生层起作用的n型AlGaN层103。
图3是表示进行该发生层层叠工序后的氮化物半导体元件的截面图。
在步骤S103中，进行在n型AlGaN层103上层叠氮化物半导体层的氮化物半导体层层叠工序。
具体而言，在氮化物半导体层层叠工序中，第一，在n型AlGaN层103上结晶生长由掺杂有Si的GaN构成的n型金属包覆层104。通过结晶生长这种n型金属包覆层104，层叠n型半导体层。
第二，在n型金属包覆层104上，将由3nm的In0.17GaN构成的井层和由厚度为10nm的非掺杂GaN构成的阻挡层各自层叠8次，结晶生长作为MQW结构的MQW活性层105。
第三，在MQW活性层105上，结晶生长由未掺杂GaN层、或由1％左右In组成的InGaN构成的p型金属包覆层106。
第四，使MOCVD装置内的温度进一步升高，同时在p型金属包覆层106上结晶生长由掺杂有Mg的GaN构成的p型接触层107。通过结晶生长该p型接触层107，层叠p型半导体层。
第五，在p型接触层107上，使用分视线外延法，形成具有约2×10-4Ωcm的低电阻率的由掺杂有Ga的ZnO构成的透明电极108。
第六，通过从透明电极108到氮化物半导体层进行蚀刻，形成将氮化物半导体层分割成氮化物半导体元件的大小的切割槽。
具体而言，在透明电极108上形成由SiO2等构成的电介体膜，或由抗蚀剂形成的掩模后，例如由ICP(Inductively Coupled Plasma：感应耦合等离子体)方式，到n型缓冲层101从透明电极108露出为止，对透明电极108和氮化物半导体层进行蚀刻，由此形成将氮化物半导体层分割成氮化物半导体元件大小的切割槽。
第七，使用P-CVD(Plasma Chemical Vapor Deposition：等离子体化学气相淀积)或溅射，在透明电极108以及氮化物半导体层的侧面等的露出的面上，形成由SiN等构成的绝缘膜109。
第八，对绝缘膜109使用CF4系的气体，对在透明电极108上形成的绝缘膜109进行干蚀刻，由此形成接触孔110。
另外，该干蚀刻，由于由ZnO构成的透明电极108的蚀刻速率慢，所以能够仅对透明电极108进行蚀刻。由此，能够保护其它层。
图4是表示进行了该氮化物半导体层层叠工序后的氮化物半导体元件的截面图。
在步骤S104中，进行将氮化物半导体层从基板100剥离的剥离工序。
具体而言，在剥离工序中，第一，在从接触孔110露出的透明电极108上和在p型接触层107上形成的绝缘膜109上，依次层叠Al层、Ti层和Au层，形成反射镜膜111。更优选在层叠Au层之后，对氮化物半导体元件的形状进行图案形成，通过电解镀金实施几μm的Au镀金。
另外，也可以使用Ag层等银白系的其它金属取代Al层。此外，也可以使用Au与Sn合金层取代Au层。此外，也可以不使用Ti层，在Al层上接着层叠Au层。
第二，对与形成将氮化物半导体层分割成氮化物半导体元件大小的切割槽同样的地方进行蚀刻，直到基板100露出为止。另外，氮化物半导体层的pn接合部，由于是由绝缘膜109所保护，所以不会由该蚀刻而受到不必要的损伤。
第三，在由Cu及AlN等高热传导材料构成的支撑基板113上，涂敷由Au与Sn合金层或仅由Au层构成的接合膜112，利用热将粘结膜112的一部分熔化，对反射镜膜111与支撑基板113进行压接。
优选该压接是在400℃左右的温度，由碳制的装置夹持支撑基板113与氮化物半导体层。由此，由于碳的热膨胀小，所以利用氮化物半导体层与支撑基板113膨胀程度的力，能够进行适当的压接。
图5是表示进行该剥离工序中的反射镜膜111与支撑基板113的压接后的氮化物半导体元件的截面图。
第四，以大约300～400mJ/cm-2程度的照射能量，从基板100侧向氮化物半导体层照射波长为248nm左右的KrF激光，使基板100与n型缓冲层101的界面附近的n型缓冲层101热分解，将氮化物半导体层从基板100分离。
KrF激光几乎完全透过由蓝宝石构成的基板100，几乎完全被由GaN构成的n型缓冲层101所吸收。由此，基板100与n型缓冲层101的界面附近的n型缓冲层101的温度急剧上升，n型缓冲层101热分解。
另外，由于该热分解时发生的N2气体，在氮化物半导体层之间的空隙流过，不会对氮化物半导体层施加压力，所以不会引起使氮化物半导体层产生裂纹等问题。
在步骤S105中，进行在氮化物半导体层的下面上形成n电极114的n电极形成工序。
具体而言，在n电极形成工序中，第一，在剥离工序中，通过酸或碱等的蚀刻，将n型GaN接触层102的下面残留的Ga除去。更优选在由碱的蚀刻之后进一步实施干蚀刻，对n型GaN接触层102进行蚀刻。由此，使n型GaN接触层102与n电极114的欧姆特性进一步提高。
第二，在n型GaN接触层102的下面上依次层叠Ti层、Al层，形成与n型GaN接触层102的下面欧姆接触的n电极114。另外，n电极114也可以不使用Ti层，仅通过Al层层叠。
由此，完成图1所示的氮化物半导体元件。
(本发明第一实施方式涉及的氮化物半导体元件的作用·效果)
如图6所示，根据本实施方式的氮化物半导体元件，n型半导体层设置有由电子浓度为5×1016cm-3以上、5×1018cm-3以下的n型杂质掺杂GaN构成的n型GaN接触层102，以及在n型GaN接触层102上，作为发生在与该n型GaN接触层102的界面上积蓄电子的电子积蓄层的由AlGaN构成的发生层的n型AlGaN层103，由此，当电流流过n电极114与作为p电极的透明电极108之间时，n型AlGaN层103作为发生电子积蓄层的发生层起作用，能够在n型GaN接触层102与n型AlGaN层103之间的界面上发生电子积蓄层。
该电子积蓄层在n型GaN接触层102与n型AlGaN层103之间的界面附近积蓄二维电子，由于是低电阻，所以容易流过电流。
由此，在该氮化物半导体元件中，当电流流过n电极114与透明电极108之间时，在该电子积蓄层，从n电极114流出的电流扩散，在相对于结晶生长方向大体平行的方向上，迅速地扩展到整个电子积蓄层。经由该电子积蓄层而扩展的电流，由于能够一样地流过MQW活性层105，扩展到整个氮化物半导体层，所以能够使MQW活性层105均等地发光。因此，能够将n电极114与MQW活性层105之间的n型半导体层的厚度抑制得较薄，并得到发光性优异的氮化物半导体元件。
更优选n型GaN接触层102的电子浓度为5×1016cm-3以上、1×1018cm-3以下，由此，能够进一步提高氮化物半导体元件的亮度。
(本发明第二实施方式涉及的氮化物半导体元件)
以下参照图7对本发明第二实施方式涉及的氮化物半导体元件进行进一步说明。
另外，以下主要对与上述第一实施方式的不同之处进行说明。
在第一实施方式中，作为发生层，在n型GaN接触层102上，形成由掺杂有Si的Al0.08GaN构成、能够发生电子积蓄层的n型AlGaN层103。
与此相对，在第二实施方式中，作为发生层，在n型GaN接触层202上，形成由InxGa1-xN(0<x<1)构成的n型InGaN层203。
例如，n型InGaN层203由掺杂有Si的In0.05GaN构成。
另外，n型InGaN层203并不仅限于In0.05GaN，只要是满足InxGa1-xN(0<x<1)即可(以下，对于n型InGaN层203也是同样)。
由此，n型半导体层设置有由电子浓度为5×1016cm-3以上、5×1018cm-3以下的掺杂有Si的GaN构成的n型GaN接触层202，以及在n型GaN接触层202上，作为发生在与该n型GaN接触层202的界面上积蓄电子的电子积蓄层的InGaN构成的发生层的n型InGaN层203，由此，在电流流过n电极214与作为p电极的透明电极208之间时，n型InGaN层203作为发生电子积蓄层的发生层起作用，能够在n型GaN接触层202与n型InGaN层203之间的界面附近积蓄二维电子，并发生作为低电阻的电子积蓄层。
因此，当电流流过n电极214与透明电极208之间时，在该电子积蓄层，从n电极214流出的电流扩散，在相对于结晶生长方向大体平行的方向上，迅速地扩展到整个电子积蓄层。经由该电子积蓄层而扩展的电流，由于能够一样地流过MQW活性层205，扩展到氮化物半导体层的全体，所以能够使MQW活性层205均等地发光。所以，能够将n电极214与透明电极208之间的n型半导体层的厚度抑制得较薄，得到发光性优异的氮化物半导体元件。
(本发明第三实施方式涉及的氮化物半导体元件)
以下参照图8对本发明第三实施方式涉及的氮化物半导体元件进行说明。
另外，以下主要对与上述第一实施方式的不同之处进行说明。
在第一实施方式中，作为发生层，在n型GaN接触层102上，形成由掺杂有Si的Al0.08GaN构成、能够发生电子积蓄层的n型AlGaN层103。
与此相对，在第三实施方式中，作为发生层，在n型GaN接触层302上，形成InGaN/GaN超格子层303。InGaN/GaN超格子层303，是交互层叠组成式不同的InxGa1-xN(0<x<1)层与InyGa1-yN(0≤y<1，y<x)层的超格子结构，上述InxGa1-xN层与InyGa1-yN层，每一层的厚度为30nm以下。
例如，InGaN/GaN超格子层303形成为在n型GaN接触层302上，交互层叠每一层的厚度为30nm以下的掺杂有Si的In0.05GaN构成的InGaN层，以及每一层的厚度为30nm以下的掺杂有Si的GaN构成的GaN层的超格子结构。
另外，也可以使用非掺杂的InGaN层及非掺杂的GaN层，取代掺杂有Si的InGaN层和GaN层。
由此，n型半导体层设置有由电子浓度为5×1016cm-3以上、5×1018cm-3以下的掺杂有Si的GaN构成的n型GaN接触层302，以及在n型GaN接触层302上，交互层叠每一层的厚度为30nm以下的InGaN层，和每一层的厚度为30nm以下的GaN层的超格子结构的InGaN/GaN超格子层303，由此，当电流流过n电极314和作为p电极的透明电极308之间时，InGaN/GaN超格子层303作为发生电子积蓄层的发生层起作用，能够在n型GaN接触层302与InGaN/GaN超格子层303之间的界面附近进一步积蓄二维电子，并发生作为低电阻的电子积蓄层。
所以，当电流流过n电极314与透明电极308之间时，在该电子积蓄层，电流在相对于结晶生长方向大体平行的方向上，更迅速地扩展到整个电子积蓄层。经由该电子积蓄层而扩展的电流，由于能够一样地流过MQW活性层305，扩展到氮化物半导体层的全体，所以能够将n电极314与MQW活性层305之间的n型半导体层的厚度抑制得较薄，能够得到发光性优异的氮化物半导体元件。
(本发明第四实施方式涉及的氮化物半导体元件)
以下参照图9对本发明第四实施方式涉及的氮化物半导体元件进行说明。
另外，以下主要对与上述第一实施方式的不同之处进行说明。
在第一实施方式中，作为发生层，在n型GaN接触层102上，形成由掺杂有Si的Al0.08GaN构成、能够发生电子积蓄层的n型AlGaN层103。
与此相对，在第四实施方式中，作为发生层，在n型GaN接触层402上，形成由InGaN/AlGaN超格子层403。InGaN/AlGaN超格子层403，是交互层叠InxGa1-xN(0<x<1)层与AlyGa1-yN(0<y<1)层的超格子结构，InxGa1-xN层与AlyGa1-yN层，每一层的厚度为30nm以下。
例如，InGaN/AlGaN超格子层403形成为在n型GaN接触层402上，交互层叠每一层的厚度为30nm以下的掺杂有Si的In0.05GaN构成的InGaN层，和每一层的厚度为30nm以下的掺杂有Si的Al0.02GaN构成的AlGaN层的超格子结构。
另外，InGaN/AlGaN超格子层403也可以使用非掺杂的InGaN层及非掺杂的AlGaN层，取代掺杂有Si的InGaN层和AlGaN层。
由此，n型半导体层设置有由电子浓度为5×1016cm-3以上、5×1018cm-3以下的掺杂有Si的GaN构成的n型GaN接触层402，以及在n型GaN接触层402上，交互层叠每一层的厚度为30nm以下的InGaN层，以及每一层的厚度为30nm以下的AlGaN层的超格子结构的InGaN/AlGaN超格子层403，由此，当电流流过n电极414与作为p电极的透明电极408之间时，InGaN/AlGaN超格子层403作为发生电子积蓄层的起作用，能够在n型GaN接触层402与InGaN/AlGaN超格子层403之间的界面附近进一步积蓄二维电子，并发生作为低电阻的电子积蓄层。
因此，当电流流过n电极414与透明电极408之间时，在该电子积蓄层，电流在相对于结晶生长方向大体平行的方向上，更迅速地扩展到整个电子积蓄层。经由该电子积蓄层而扩展的电流，由于能够一样地流过MQW活性层405，扩展到氮化物半导体层的全体，所以能够将n电极414与MQW活性层405之间的n型半导体层的厚度抑制得较薄，进一步得到发光性优异的氮化物半导体元件。
(其它的实施方式)
本发明如上述实施方式所述，但对该公开的一部分的论述及图面，不应该是对本发明进行限定性的解释。本领域的人从该公开能够得知各种实施方式、实施例和运用技术。
例如，在第一实施方式中，作为发生层，在n型GaN接触层102上形成有由掺杂有Si的Al0.08GaN构成的n型AlGaN层103，但本发明并不限定于此。
作为发生层，也可以在n型GaN接触层102上形成AlGaN/GaN超格子层。该AlGaN/GaN超格子层是交互层叠组成式不同的AlxGa1-xN(0<x<1)层与AlyGa1-yN(0≤y<1，y<x)层的超格子结构，AlxGa1-xN层与AlyGa1-yN层，每一层的厚度为30nm以下。
例如，AlGaN/GaN超格子层，也可以形成为在n型GaN接触层102上交互层叠每一层的厚度为30nm以下的掺杂有Si的In0.02GaN构成的AlGaN层，以及每一层的厚度为30nm以下的掺杂有Si的GaN构成的GaN层的超格子结构。
此外，该InGaN/GaN超格子层，也可以使用非掺杂的AlGaN层及非掺杂的GaN层，取代掺杂有Si的AlGaN层及掺杂有Si的GaN层。
由此，n型半导体层设置有由电子浓度为5×1016cm-3以上、5×1018cm-3以下的掺杂有Si的GaN构成的n型GaN接触层，以及在该n型GaN接触层上，交互层叠每一层的厚度为30nm以下的AlGaN层，以及每一层的厚度为30nm以下的GaN层的超格子结构的AlGaN/GaN超格子层。由此，当电流流过n电极与作为p电极的透明电极之间时，AlGaN/GaN超格子层作为发生电子积蓄层的发生层起作用，能够在n型GaN接触层与AlGaN/GaN超格子层之间的界面附近积蓄二维电子，并发生作为低电阻的电子积蓄层。
此外，在第一实施方式中，对使用MOCVD法，结晶生长氮化物半导体层的情况进行了说明，但本发明并不限定于此，也可以使用HVPE法和源MBE法等，结晶生长氮化物半导体层。此外，作为氮化物半导体层的结晶结构，可以是纤锌矿型，也可以是闪锌矿型。此外，结晶生长的面方位，也不限于[0001]，也可以是[11-20]或[1-100]。
此外，在第一实施方式中，作为氮化物半导体层的基板，使用由蓝宝石构成的基板100，但本发明并不限定于此，也可以使用能够生长氮化物半导体层的其它基板，例如SiC、ZnO、LAO、尖晶石、AlxGa1-xN(0<x≤1)等。
此外，在第一实施方式中，在剥离工序中，使用KrF激光器，但也可以使用其它的准分子激光器(ArF：波长约193nm、XeCl：波长约308nm、YAG3倍波：波长约355nm、蓝宝石钛3倍波：波长约360nm、He-Cd：波长约325nm)等进行剥离工序。
这样，本发明当然也包括在此没有记载的各种各样的实施方式。因而，本发明的技术范围是由上述说明的适当的权利要求所涉及的发明特定事项所决定。
实施例
接着，通过实施例对本发明进行更详细的说明，但是本发明并不限定于下述实施例。
(实施例1、实施例2和比较例1)
制作了至少依次设置有n电极、n型半导体层、活性层、p型半导体层的氮化物半导体元件，包括由电子浓度为表1所示浓度的掺杂有Si的GaN构成的n型GaN接触层，设置在该n型GaN接触层的一个主面上的n电极，以及设置在该n型GaN接触层的另一个主面上的、在与该n型GaN接触层的界面上发生电子积蓄层的AlxGa1-xN(0<x<1)构成的发生层的氮化物半导体元件。
具体而言，在图2所示的n型GaN接触层层叠工序中，第一，将基板100放入MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：金属有机化学气相淀积)装置，在流动氢气的同时将温度提高到1050℃左右，由此对基板100进行热清洗。
第二，将MOCVD装置内的温度下降到600℃左右，在基板100上结晶生长由GaN构成的n型缓冲层101。
第三，再次将MOCVD装置内的温度上升到1000℃左右，在n型缓冲层101上结晶生长电子浓度为1×1017cm-3的掺杂有Si的GaN构成的n型GaN接触层102。以下，经过发生层层叠工序至n电极形成工序，制造了实施例1涉及的氮化物半导体元件。
同样地，制造了包括电子浓度为1×1018cm-3的掺杂有Si的GaN构成的n型GaN接触层的实施例2涉及的氮化物半导体元件。
同样地，制造了包括电子浓度为1×1019cm-3的掺杂有Si的GaN构成的n型GaN接触层的比较例1涉及的氮化物半导体元件。
对于这种氮化物半导体元件，进行了电子移动度、导电率、电阻、亮度的测定。结果示于表1和图10。
[表1]
 
电子浓度 电子移动度 导电率 电阻率
单位 cm-3 cm2/Vs Ωcm
实施例1 1.00E+17 600 9.60E+02 1.04E-01
实施例2 1.00E+18 250 4.00E+03 2.50E-02
比较例1 1.00E+19 100 1.60E+04 6.25E-03
如表1所示，包括由电子浓度为1×1017cm-3以上、1×1019cm-3以下的范围内的掺杂有Si的GaN构成的n型接触层的实施例1、实施例2和比较例1的氮化物半导体元件，电阻低，电子移动度提高。
如图10所示，特别是实施例2的氮化物半导体元件，是电子移动度、亮度同时优异的氮化物半导体元件。
与此相对，比较例1的氮化物半导体元件，与实施例2的氮化物半导体元件相比，电子移动度和亮度都低。由此可知，氮化物半导体元件的n型GaN接触层的电子浓度为5×1018cm-3以上时，氮化物半导体元件的亮度下降，不能得到充分的发光特性。
此外，假定在包括由电子浓度为1×1017cm-3以下的掺杂有Si的GaN构成的n型GaN接触层的氮化物半导体元件上也发生与电子浓度为1×1017cm-3以上、1×1019cm-3以下的亮度变化同样的变化，则当n型GaN接触层的电子浓度为5×1016cm-3以下时，可知氮化物半导体元件的亮度下降，不能得到充分的发光特性。
产业上的可利用性
根据本发明，能够提供一种将n电极与活性层之间的n型半导体层的厚度抑制得较薄，并且发光性优异的氮化物半导体元件。

Claims (4)

1.一种氮化物半导体元件，至少依次设置有n电极、n型半导体层、活性层、p型半导体层，其特征在于：
所述n型半导体层包括：
由电子浓度在5×1016cm-3以上、5×1018cm-3以下的n型杂质掺杂GaN构成的n型GaN接触层；
设置在所述n型GaN接触层的一个主面上的所述n电极；和
设置在所述n型GaN接触层的另一个主面上的、由产生在与该n型GaN接触层的界面上积蓄电子的电子积蓄层的AlxGa1-xN、或InxGa1-xN的至少一种构成的发生层，其中，0<x<1。
2.根据权利要求1所述的氮化物半导体元件，其特征在于：
所述发生层是交互层叠组成式不同的AlxGa1-xN层和AlyGa1-yN层的超格子结构，其中，0<x<1，0≤y<1，y<x，
所述AlxGa1-xN层和AlyGa1-yN层，每一层的厚度为30nm以下。
3.根据权利要求1所述的氮化物半导体元件，其特征在于：
所述发生层是交互层叠InxGa1-xN层和AlyGa1-yN层的超格子结构，其中，0<x<1，0<y<1，
所述InxGa1-xN层和AlyGa1-yN层，每一层的厚度为30nm以下。
4.根据权利要求1所述的氮化物半导体元件，其特征在于：
所述发生层是交互层叠组成式不同的InxGa1-xN层和InyGa1-yN层的超格子结构，其中，0<x<1，0≤y<1，y<x，
所述InxGa1-xN层和InyGa1-yN层，每一层的厚度为30nm以下。
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
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