CN104916751A - III族氮化物半导体元件、p型接触结构、制作III族氮化物半导体元件的方法 - Google Patents

III族氮化物半导体元件、p型接触结构、制作III族氮化物半导体元件的方法 Download PDF

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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

本发明提供一种III族氮化物半导体元件、p型接触结构、制作III族氮化物半导体元件的方法，氮化物半导体元件具有能够改善p型氮化物半导体区域与电极的物理性的接触的特性的结构。在电极与第一p型III族氮化物半导体层的接触的金属-半导体界面上形成界面势垒。以使第二p型III族氮化物半导体层内含应变的方式在第一p型III族氮化物半导体层与第三p型III族氮化物半导体层之间夹持第二p型III族氮化物半导体层。第二p型III族氮化物半导体层的应变使p型III族氮化物半导体叠层的能带结构变化。在基底的主面以50度以上且小于80度的范围的角度倾斜时，该能带结构的变化以在金属-半导体界面处降低界面势垒产生的势垒高度的方式发挥作用。

Description

III族氮化物半导体元件、p型接触结构、制作III族氮化物半导体元件的方法
技术领域
本发明涉及III族氮化物半导体元件、p型接触结构及制作III族氮化物半导体元件的方法。
背景技术
专利文献1公开了一种发光效率优异的氮化物半导体发光元件。氮化物半导体发光元件具有n型氮化物半导体层、p型氮化物半导体层、在n型氮化物半导体层与p型氮化物半导体层之间发光的活性层。
专利文献1：日本特开平08-330629号公报
在氮化物半导体发光元件的p型氮化物半导体层表面上形成有正电极。在该氮化物半导体发光元件中，p型氮化物半导体层包含第一p型氮化物半导体层及第二p型氮化物半导体层。第一p型氮化物半导体层与正电极相接，具有高的受主浓度。第二p型氮化物半导体层具有比第一p型氮化物半导体层低的受主浓度，并与第一p型氮化物半导体层相接。以正电极的接触面为基准，高杂质浓度的第一p型氮化物半导体层提供与该正电极相接的面，与该第一p型氮化物半导体层相接地设置有低杂质浓度的第二p型氮化物半导体层。以与正电极相接的层为基准而制作具有调整了受主浓度的掺杂分布的p层，由此能提高氮化物半导体发光元件的发光效率。
如上所述，在引用文献1中，利用与正电极形成接触的p型氮化物半导体区域内的掺杂分布的形状来改善氮化物半导体发光元件的特性。然而，根据发明者们的见解，对于氮化物半导体发光元件的发光效率存在进一步提高的要求，而且，在发光元件及电子设备等氮化物半导体元件中，尤其关注p型氮化物半导体区域与电极的物理性的接触的特性改善。
发明内容
本发明的一个方面鉴于这样的情况而作出，其目的在于提供一种具有能够改善p型氮化物半导体区域与电极的物理性的接触的特性的结构的氮化物半导体元件，本发明的另一个方面的目的在于提供一种具有能够改善p型氮化物半导体区域与电极的物理性的接触的特性的结构的p型接触结构。而且，本发明的又一个方面的目的在于提供一种可制作能够改善p型氮化物半导体区域与电极的物理性的接触的特性的结构的、制作氮化物半导体发光元件的方法。
本发明的一个方面的III族氮化物半导体元件具备：III族氮化物半导体层，由III族氮化物半导体构成，且具有与该III族氮化物半导体的c面以50度以上且80度以下的范围的角度倾斜的主面；p型III族氮化物半导体叠层，包括设置在所述III族氮化物半导体层的所述主面上的第一p型III族氮化物半导体层、第二p型III族氮化物半导体层及第三p型III族氮化物半导体层，以使所述第二p型III族氮化物半导体层内含应变的方式在所述第一p型III族氮化物半导体层与所述第三p型III族氮化物半导体层之间夹持所述第二p型III族氮化物半导体层；以及电极，设置在所述p型III族氮化物半导体叠层上。所述电极与所述第一p型III族氮化物半导体层形成接触，所述第一p型III族氮化物半导体层、所述第二p型III族氮化物半导体层及所述第三p型III族氮化物半导体层在从所述电极朝向所述III族氮化物半导体层的方向上沿着所述主面的法线轴排列。
本发明的另一个方面的p型接触结构具备：III族氮化物半导体层，由III族氮化物半导体构成，且具有与该III族氮化物半导体的c面以50度以上且80度以下的范围的角度倾斜的主面；p型III族氮化物半导体区域，设置在所述III族氮化物半导体层的所述主面上；以及电极，设置在所述p型III族氮化物半导体区域上。所述p型III族氮化物半导体区域包括第一p型III族氮化物半导体层、第二p型III族氮化物半导体层及第三p型III族氮化物半导体层，所述第一p型III族氮化物半导体层、所述第二p型III族氮化物半导体层及所述第三p型III族氮化物半导体层在从所述电极朝向所述III族氮化物半导体层的方向上沿着所述主面的法线轴排列，所述电极与所述第一p型III族氮化物半导体层形成接触，所述第一p型III族氮化物半导体层与所述第二p型III族氮化物半导体层形成第一异质结，并且所述第二p型III族氮化物半导体层与所述第三p型III族氮化物半导体层形成第二异质结，所述第二p型III族氮化物半导体层内含应变。
本发明的又一个方面涉及制作III族氮化物半导体元件的方法。该方法能够包括：准备由III族氮化物半导体构成的具有主面的多个基板的工序；形成包含p型氮化物半导体叠层的多个外延基板的工序，该p型氮化物半导体叠层包括第一p型III族氮化物半导体层、第二p型III族氮化物半导体层及第三p型III族氮化物半导体层，所述第二p型III族氮化物半导体层包括第一III族构成元素及第二III族构成元素；形成与所述多个外延基板的所述p型氮化物半导体叠层的表面形成接触的电极，并形成多个基板产品的工序；测定所述多个基板产品中的所述p型氮化物半导体叠层的所述表面与所述电极的接触电阻的工序；获得所述多个基板产品中的所述第一III族构成元素与所述第二III族构成元素的比率和所述多个基板产品中的所述接触电阻之间的关系的工序；基于所述关系来决定所述第二p型III族氮化物半导体层用的所述第一III族构成元素及所述第二III族构成元素的组分的工序；为了制作所述III族氮化物半导体元件而依次生长第三III族氮化物层、具有所述决定的组分的第二III族氮化物层及第一III族氮化物层的工序；以及为了制作所述III族氮化物半导体元件而形成与所述第一III族氮化物层的表面形成接触的电极的工序。在形成所述多个外延基板的所述工序中，在所述基板各自的所述主面上依次生长所述第三p型III族氮化物半导体层、所述第二p型III族氮化物半导体层及所述第一p型III族氮化物半导体层，所述第二p型III族氮化物半导体层由所述第一p型III族氮化物半导体层及所述第三p型III族氮化物半导体层夹持而内含应变，在形成所述多个外延基板的所述工序中，在所述外延基板上以使所述第一III族构成元素与所述第二III族构成元素的比率互不相同的方式生长所述外延基板的所述第二p型III族氮化物半导体层。
本发明的上述目的及其他目的、特征以及优点通过参照附图而推进的本发明的优选实施方式的以下的详细的记述，更容易理解。
如以上说明的那样，根据本发明的一个方面，提供一种具有能够改善p型氮化物半导体区域与电极的物理性的接触的特性的结构的氮化物半导体元件。而且，根据本发明的另一个方面，提供一种具有能够改善p型氮化物半导体区域与电极的物理性的接触的特性的结构的p型接触结构。此外，根据本发明的又一个方面，提供一种可制作能够改善p型氮化物半导体区域与电极的物理性的接触的特性的结构的、制作氮化物半导体发光元件的方法。
附图说明
图1是概略表示本实施方式的III族氮化物半导体元件的结构的附图。
图2示出表示电势图的计算值的附图。
图3是表示第二p型III族氮化物半导体层内含压缩应变的p型接触结构的电势图的附图。
图4是表示实施例1的结构的附图。
图5是表示实施例1用的实验条件的一览的附图。
图6是横轴表示层厚且纵轴表示III构成元素而规定良好的元件特性的范围的附图。
图7是表示制作本实施方式的III族氮化物半导体元件的方法的主要工序的附图。
具体实施方式
参照附图来说明本发明的实施方式。在可能的情况下，对于相同及类似的部分，标注同一标号并省略重复的说明。
接着，说明本发明的几个方式。
本发明的实施方式的III族氮化物半导体元件具备：(a)III族氮化物半导体层，由III族氮化物半导体构成，且具有与该III族氮化物半导体的c面以50度以上且80度以下的范围的角度倾斜的主面；(b)p型III族氮化物半导体叠层，包括设置在所述III族氮化物半导体层的所述主面上的第一p型III族氮化物半导体层、第二p型III族氮化物半导体层及第三p型III族氮化物半导体层，以使所述第二p型III族氮化物半导体层内含应变的方式在所述第一p型III族氮化物半导体层与所述第三p型III族氮化物半导体层之间夹持所述第二p型III族氮化物半导体层；以及(c)电极，设置在所述p型III族氮化物半导体叠层上。所述电极与所述第一p型III族氮化物半导体层形成接触，所述第一p型III族氮化物半导体层、所述第二p型III族氮化物半导体层及所述第三p型III族氮化物半导体层在从所述电极朝向所述III族氮化物半导体层的方向上沿着所述主面的法线轴排列。
根据该III族氮化物半导体元件，在电极与第一p型III族氮化物半导体层的接触产生的金属-半导体界面处形成界面势垒，该界面势垒表现为III族氮化物半导体元件的接触电阻。以使第二p型III族氮化物半导体层内含应变的方式在第一p型III族氮化物半导体层与第三p型III族氮化物半导体层之间夹着第二p型III族氮化物半导体层而构成p型III族氮化物半导体叠层。在该p型III族氮化物半导体叠层中，第二p型III族氮化物半导体层的应变使p型III族氮化物半导体叠层的能带结构变化。在p型III族氮化物半导体层的基底的主面以50度以上且小于80度的范围的角度倾斜时，该能带结构的变化以在金属-半导体界面处降低界面势垒产生的势垒高度(Barrier Height)的方式发挥作用。因而，在III族氮化物半导体元件的接触电阻的降低方面有效。
在本实施方式的III族氮化物半导体元件中，可以是，所述第二p型III族氮化物半导体层的受主浓度以所述第一p型III族氮化物半导体层的受主浓度为基准而处于-20％以上且+20％以下的范围，所述第三p型III族氮化物半导体层具有比所述第一p型III族氮化物半导体层及所述第二p型III族氮化物半导体层低的受主浓度。
根据该III族氮化物半导体元件，由于第三p型III族氮化物半导体层具有比第一p型III族氮化物半导体层及第二p型III族氮化物半导体层低的受主浓度，因此能够避免在第三p型III族氮化物半导体层上生长的第一p型III族氮化物半导体层及第二p型III族氮化物半导体层的结晶品质的下降。而且，第二p型III族氮化物半导体层的受主浓度以第一p型III族氮化物半导体层的受主浓度为基准而处于-20％以上且+20％以下的范围，因此能够降低第二p型III族氮化物半导体层中的势垒的影响。
在本实施方式的III族氮化物半导体元件中，可以是，所述第一III族氮化物半导体层的构成元素的种类与所述第二III族氮化物半导体层的构成元素的种类不同，所述第二III族氮化物半导体层的构成元素的种类与所述第三III族氮化物半导体层的构成元素的种类不同，所述第二III族氮化物半导体层的III族氮化物半导体具备铟(In)及铝(Al)中的至少任一方作为构成元素。
根据该III族氮化物半导体元件，在第二III族氮化物半导体层的III族氮化物半导体具有铟(In)及铝(Al)中的至少任一方作为构成元素时，第二III族氮化物半导体层容易内含应变。
在本实施方式的III族氮化物半导体元件中，可以是，所述第二p型III族氮化物半导体层具有2nm以上的厚度，且具有10nm以下的厚度。
根据该III族氮化物半导体元件，第二p型III族氮化物半导体层的应变以降低第一p型III族氮化物半导体层与电极的金属-半导体界面的界面势垒的方式发挥作用，而形成第二p型III族氮化物半导体层内的能带势垒。根据上述厚度范围，能够降低第二p型III族氮化物半导体层内的能带势垒的影响的明显化。
在本实施方式的III族氮化物半导体元件中，可以是，所述受主包含Mg及Zn中的至少任一方。根据该III族氮化物半导体元件，作为p导电性用的掺杂剂，可以使用Mg及Zn中的至少任一方。
在本实施方式的III族氮化物半导体元件中，可以是，所述III族氮化物半导体层的所述主面与所述III族氮化物半导体的所述c面以63度以上且小于80度的范围的角度倾斜。
在本实施方式的III族氮化物半导体元件中，可以是，所述第三p型III族氮化物半导体层的材料与所述第一p型III族氮化物半导体层的材料相同。根据该III族氮化物半导体元件，在第一p型III族氮化物半导体层的材料及第三p型III族氮化物半导体层的材料彼此相同时，第二III族氮化物半导体层容易内含应变。
在本实施方式的III族氮化物半导体元件中，可以是，所述第一p型III族氮化物半导体层具备GaN。根据该III族氮化物半导体元件，在第一p型III族氮化物半导体层的材料及第三p型III族氮化物半导体层的材料都由GaN构成时，第二III族氮化物半导体层容易内含应变。
在本实施方式的III族氮化物半导体元件中，可以是，所述第二p型III族氮化物半导体层具备AlGaN。根据该III族氮化物半导体元件，在第二p型III族氮化物半导体层具备AlGaN时，第二p型III族氮化物半导体层内含拉伸应变。
在本实施方式的III族氮化物半导体元件中，可以是，所述第二p型III族氮化物半导体层的AlGaN具有2％以上的Al组分，且具有10％以下的Al组分。根据该III族氮化物半导体元件，在AlGaN的Al组分为上述范围时，能得到第二p型III族氮化物半导体层的应变产生的金属-半导体界面的界面势垒降低的作用，另一方面，能够降低AlGaN自身的能带势垒的影响的明显化。
在本实施方式的III族氮化物半导体元件中，可以是，所述第二p型III族氮化物半导体层具备InGaN。根据该III族氮化物半导体元件，在第二p型III族氮化物半导体层具备InGaN时，第二p型III族氮化物半导体层内含压缩应变。
在本实施方式的III族氮化物半导体元件中，可以是，所述第二p型III族氮化物半导体层的InGaN具有2％以上的In组分，且具有10％以下的In组分。根据该III族氮化物半导体元件，在InGaN的In组分为上述范围时，能够得到第二p型III族氮化物半导体层的应变产生的金属-半导体界面的界面势垒降低的作用，另一方面，能够降低InGaN自身的能带势垒的影响的明显化。
在本实施方式的III族氮化物半导体元件中，可以是，所述第一p型III族氮化物半导体层具有50nm以下的厚度。根据该III族氮化物半导体元件，在第一p型III族氮化物半导体层的厚度为上述范围时，能够使第一p型III族氮化物半导体层与第二p型III族氮化物半导体层的异质结中的压电分极的作用在金属-半导体界面处明显化。
在本实施方式的III族氮化物半导体元件中，可以是，所述第一p型III族氮化物半导体层的受主浓度为1×1020cm-3以上，所述第二p型III族氮化物半导体层的受主浓度为1×1020cm-3以上。根据该III族氮化物半导体元件，在第一p型III族氮化物半导体层具有1×1020cm-3以上的受主浓度时，通过高的受主浓度的作用而能够降低金属-半导体界面的势垒。
在本实施方式的III族氮化物半导体元件中，可以是，所述第三p型III族氮化物半导体层的受主杂质浓度为1×1019cm-3以上且小于5×1019cm-3。根据该III族氮化物半导体元件，在第三p型III族氮化物半导体层具有1×1019cm-3以上的受主浓度时，能够避免第三p型III族氮化物半导体层具有大的比电阻的情况。而且，在第一p型III族氮化物半导体层具有小于5×1019cm-3的受主浓度时，能够避免高的受主浓度的作用引起的结晶品质的下降。
本实施方式的III族氮化物半导体元件可以还具备发光元件用的活性层。可以是，所述III族氮化物半导体层包含n型半导体层，所述活性层设置在所述III族氮化物半导体层的所述主面与所述p型III族氮化物半导体区域之间。根据该III族氮化物半导体元件，在III族氮化物半导体发光元件中能够降低金属-半导体界面的势垒。
或者，本实施方式的III族氮化物半导体元件可以包括电子设备元件。根据该III族氮化物半导体元件，在使用III族氮化物半导体的电子设备元件中能够降低金属-半导体界面的势垒。
本发明的实施方式的p型接触结构具备：(a)III族氮化物半导体层，由III族氮化物半导体构成，且具有与该III族氮化物半导体的c面以50度以上且80度以下的范围的角度倾斜的主面；(b)p型III族氮化物半导体区域，设置在所述III族氮化物半导体层的所述主面上；以及(c)电极，设置在所述p型III族氮化物半导体区域上。所述p型III族氮化物半导体区域包括第一p型III族氮化物半导体层、第二p型III族氮化物半导体层及第三p型III族氮化物半导体层，所述第一p型III族氮化物半导体层、所述第二p型III族氮化物半导体层及所述第三p型III族氮化物半导体层在从所述电极朝向所述III族氮化物半导体层的方向上沿着所述主面的法线轴排列，所述电极与所述第一p型III族氮化物半导体层形成接触，所述第一p型III族氮化物半导体层与所述第二p型III族氮化物半导体层形成第一异质结，并且所述第二p型III族氮化物半导体层与所述第三p型III族氮化物半导体层形成第二异质结，所述第二p型III族氮化物半导体层内含应变。
根据该p型接触结构，在电极与第一p型III族氮化物半导体层的接触产生的金属-半导体界面处形成界面势垒，该界面势垒表现为III族氮化物半导体元件的接触电阻。第一p型III族氮化物半导体层与第二p型III族氮化物半导体层形成第一异质结。包含该应变的第二p型III族氮化物半导体层经由第一异质结而使第一p型III族氮化物半导体层的能带变化。在p型III族氮化物半导体层的基底的主面以50度以上且小于80度的范围的角度倾斜时，该能带变化以在金属-半导体界面处降低界面势垒产生的势垒高度的方式发挥作用。因而，在降低III族氮化物半导体元件的接触电阻的方面有效。
本发明的实施方式涉及制作III族氮化物半导体元件的方法。该方法包括：(a)准备由III族氮化物半导体构成的具有主面的多个基板的工序；(b)形成包含p型氮化物半导体叠层的多个外延基板的工序，该p型氮化物半导体叠层包括第一p型III族氮化物半导体层、第二p型III族氮化物半导体层及第三p型III族氮化物半导体层，所述第二p型III族氮化物半导体层包括第一III族构成元素及第二III族构成元素；(c)形成与所述多个外延基板的所述p型氮化物半导体叠层的表面形成接触的电极，并形成多个基板产品的工序；(d)测定所述多个基板产品中的所述p型氮化物半导体叠层的所述表面与所述电极的接触电阻的工序；(e)获得所述多个基板产品中的所述第一III族构成元素与所述第二III族构成元素的比率和所述多个基板产品中的所述接触电阻之间的关系的工序；(f)基于所述关系来决定所述第二p型III族氮化物半导体层用的所述第一III族构成元素及所述第二III族构成元素的组分的工序；(g)为了制作所述III族氮化物半导体元件而依次生长第三III族氮化物层、具有所述决定的组分的第二III族氮化物层及第一III族氮化物层的工序；以及(h)为了制作所述III族氮化物半导体元件而形成与所述第一III族氮化物层的表面形成接触的电极的工序。在形成所述多个外延基板的所述工序中，在所述基板各自的所述主面上依次生长所述第三p型III族氮化物半导体层、所述第二p型III族氮化物半导体层及所述第一p型III族氮化物半导体层，所述第二p型III族氮化物半导体层由所述第一p型III族氮化物半导体层及所述第三p型III族氮化物半导体层夹持而内含应变，在形成所述多个外延基板的所述工序中，在所述外延基板上以使所述第一III族构成元素与所述第二III族构成元素的比率互不相同的方式生长所述外延基板的所述第二p型III族氮化物半导体层。
根据该制作III族氮化物半导体元件的方法(以下记为“制作方法”)，在形成外延基板时，在各外延基板上以使第一III族构成元素与第二III族构成元素的元素比率不同的方式生长外延基板的第二p型III族氮化物半导体层，并测定这些包含第二p型III族氮化物半导体层的多个基板产品中的p型氮化物半导体表面与电极的接触电阻。基于各基板产品中的元素比率和各基板产品中的接触电阻的关系，决定第二p型III族氮化物半导体层用的第一III族构成元素及第二III族构成元素的组分。然后，为了制作III族氮化物半导体元件，依次生长实质上具有与第三p型III族氮化物半导体层相同的组分的第三III族氮化物层、使用决定的构成元素组分的第二III族氮化物层及实质上具有与第一p型III族氮化物半导体层相同的组分的第一III族氮化物层。并且，为了制作III族氮化物半导体元件，而形成与第一III族氮化物层的表面形成接触的电极。因而，制作出通过压电分极的作用能够降低正向电压的III族氮化物半导体元件。
在本实施方式的制造方法中，可以是，所述第一III族构成元素为铟。而且，在本发明的制造方法中，可以是，所述第二III族构成元素为铝。
在本实施方式的制造方法中，可以是，所述第一III族氮化物层具备氮化镓系半导体，所述第二III族氮化物层具备氮化镓系半导体，所述第三III族氮化物层具备氮化镓系半导体。
接着，参照附图，说明本发明的III族氮化物半导体元件、p型接触结构、制作III族氮化物半导体元件的方法的实施方式。在可能的情况下，对于同一部分标注同一标号。在实施方式的说明中，作为III族氮化物半导体元件的一例而说明III族氮化物半导体激光元件，但III族氮化物半导体元件包含III族氮化物发光二极管元件、III族氮化物电子设备元件。而且，作为制作III族氮化物半导体元件的方法，说明制作III族氮化物半导体激光元件的方法。III族氮化物半导体激光元件应用p型接触结构。制作III族氮化物半导体激光元件的方法应用制作p型接触结构的方法。
图1是概略表示本实施方式的III族氮化物半导体元件的结构的附图。参照图1的(a)部，在本实施方式中，说明III族氮化物半导体激光元件11来作为III族氮化物半导体元件。III族氮化物半导体激光元件11虽然具有脊形结构，但是本发明的实施方式没有限定为脊形结构，也可以应用于例如增益波导结构。III族氮化物半导体激光元件11具备激光结构体13及电极15。激光结构体13包含支承基体17及半导体区域19。支承基体17可以由六方晶系III族氮化物半导体构成，而且具有半极性主面17a及背面17b。半导体区域19设置在支承基体17的半极性主面17a上。电极15设置在激光结构体13的半导体区域19上。半导体区域19包含第一包覆层21、第二包覆层23、活性层25。第一包覆层21由第一导电型的氮化镓系半导体构成，例如由n型AlGaN、n型InAlGaN等构成。第二包覆层23由第二导电型的氮化镓系半导体构成，例如由p型AlGaN、p型InAlGaN等构成。活性层25设置在第一包覆层21与第二包覆层23之间。活性层25包含氮化镓系半导体层，该氮化镓系半导体层是例如阱层25a。活性层25包含由氮化镓系半导体构成的势垒层25b，阱层25a及势垒层25b交替排列。阱层25a例如由InGaN等构成，势垒层25b例如由GaN、InGaN等构成。活性层25可以包含被设置成产生例如波长360nm以上且600nm以下的光的发光区域。第一包覆层21、第二包覆层23及活性层25沿着半极性主面17a的法线轴NX排列。激光结构体13包含第一割断面27及第二割断面29作为光共振器用的端面。支承基体17的六方晶系III族氮化物半导体的c轴相对于半极性主面17a的法线轴NX，以大于0的角度ALPHA倾斜。
在激光二极管结构中，考虑共振器端面的制作的实现性而可以为以下的方式。在激光二极管结构的一例中，支承基体17的六方晶系III族氮化物半导体的c轴可以向在从第一割断面27朝向第二割断面29的方向上延伸的波导轴的方向倾斜。或者，在激光二极管结构的另一例中，支承基体17的六方晶系III族氮化物半导体的c轴可以向与在从第一割断面27朝向第二割断面29的方向上延伸的波导轴的方向交叉的方向(例如正交)倾斜。
此外，在发光二极管结构中，考虑半导体芯片的制作的实现性而可以为以下的方式。在发光二极管结构的一例中，支承基体17的六方晶系III族氮化物半导体的c轴可以向在六方晶系III族氮化物半导体的m轴的方向上延伸的波导轴的方向倾斜。或者，在发光二极管结构的另一例中，支承基体17的六方晶系III族氮化物半导体的c轴可以向六方晶系III族氮化物半导体的a轴的方向倾斜。
III族氮化物半导体激光元件11还具备绝缘膜31。绝缘膜31覆盖激光结构体13的半导体区域19的表面19a(半导体区域表面)，半导体区域19位于绝缘膜31与支承基体17之间。例如，激光结构体13的第一割断面27及第二割断面29与由六方晶系III族氮化物半导体的m轴(或a轴)及法线轴NX规定的m-n面(a-n面)交叉。支承基体17由六方晶系III族氮化物半导体构成。绝缘膜31具有开口31a(绝缘膜开口)，开口31a向半导体区域19的表面19a与上述m-n面(a-n面)的交叉线LIX的方向延伸，例如呈条纹形状。电极15经由开口31a而与半导体区域19的表面19a(例如第二导电型的接触层33)形成接触，沿上述交叉线LIX的方向延伸。在III族氮化物半导体激光元件11中，激光波导包括第一包覆层21、第二包覆层23及活性层25，而且沿上述交叉线LIX的方向延伸。
在本实施例中，参照图1的(b)部，接触层33具备p型III族氮化物半导体叠层51。p型III族氮化物半导体叠层51在作为基底的III族氮化物半导体层(在本实施例中为第二包覆层23)上相接设置。作为基底的III族氮化物半导体层的六方晶系III族氮化物半导体的c轴相对于III族氮化物半导体层的半极性主面的法线轴(在本实施例中与法线轴NX相同)以角度ALPHA倾斜。在本实施例中，III族氮化物半导体层(在本实施例中为第二包覆层23)的主面与该III族氮化物半导体的c面以50度以上且80度以下的范围的角度倾斜。p型III族氮化物半导体叠层51设置在第二包覆层23的主面23a上，第二包覆层23的厚度为150nm以上。在p型III族氮化物半导体叠层51中，以使第二p型III族氮化物半导体层55内含应变的方式在第一p型III族氮化物半导体层53与第三p型III族氮化物半导体层57之间夹入第二p型III族氮化物半导体层55。电极16设置在p型III族氮化物半导体叠层51上，与p型III族氮化物半导体叠层51的主面51a形成接触。在p型III族氮化物半导体叠层51中，电极16与第一p型III族氮化物半导体层53形成接触。第一p型III族氮化物半导体层53、第二p型III族氮化物半导体层55及第三p型III族氮化物半导体层57在从电极16朝向第二包覆层23的方向上，沿着主面23a的法线轴排列。
根据该III族氮化物半导体激光元件11，在电极16与第一p型III族氮化物半导体层53的接触产生的金属-半导体界面J0处形成界面势垒，该界面势垒表现为III族氮化物半导体激光元件11的接触电阻。以使第二p型III族氮化物半导体层55内含应变的方式在第一p型III族氮化物半导体层53与第三p型III族氮化物半导体层57之间夹入第二p型III族氮化物半导体层55而构成p型III族氮化物半导体叠层51。在该p型III族氮化物半导体叠层51中，参照图1的(c)部及图1的(d)部，第二p型III族氮化物半导体层55的应变使p型III族氮化物半导体叠层51的能带结构变化。图1的(c)部及图1的(d)部的纵轴表示电势，横轴表示Z轴上的坐标。在p型III族氮化物半导体叠层51的基底的主面23a以50度以上且小于80度的范围的角度倾斜时，该能带结构的变化以在金属-半导体界面处降低界面势垒产生的势垒高度的方式发挥作用。因而，在降低III族氮化物半导体激光元件11的接触电阻的方面有效。在压电电场为负时，接触电阻的改善效果大。
说明例示的p型接触结构。
层的名称，   材料，   掺杂浓度Na。
第一p型III族氮化物半导体层53：  GaN，  Na＝4E+20。
第二p型III族氮化物半导体层55：  AlXGa1-XN，  Na＝4E+20。
第三p型III族氮化物半导体层57：  GaN，  Na＝4E+19。
电极16：Pd。
这样的接触结构的厚度为例如20nm以上，且为例如200nm以下。该p型接触结构作为基底而在III族氮化物半导体层的主面上形成结，该主面与该III族氮化物半导体层的c面以50度以上且80度以下的范围的角度倾斜。第一p型III族氮化物半导体层53的厚度为10nm，第二p型III族氮化物半导体层55的厚度为3nm，第三p型III族氮化物半导体层57的厚度为100nm。
图2是表示第二p型III族氮化物半导体层55内含拉伸应变的p型接触结构的电势图的附图。在图2中，示出面方位(20-21)面上的p型接触结构的计算例。作用在第二p型III族氮化物半导体层55上的压电电场的方向是从第一p型III族氮化物半导体层53朝向第三p型III族氮化物半导体层57的方向。在图2中，关于Al组分X为0、0.01、0.04、0.16，分别示出计算的电势线B00、B01、B04、B16。
图2的(a)部以概括电势图的整体的方式示出计算值，而图2的(b)部将2个异质结的附近的空穴的电势线B00、B01、B04、B16以表示它们的区别的方式将图2的(a)部的纵轴在纵轴的0eV～-0.2eV的范围内放大地表示。参照图2的(b)部，在利用2个氮化镓系半导体层夹持AlGaN层的结构中，通过AlGaN层内的压电电场，降低箭头部分A1、A2的能带。通过该降低，在金属-半导体接合界面产生的电势势垒变薄，载体容易在界面势垒上形成通道。这对于接触电阻的下降有用。
在Al组分超过10％(X＝0.1)的AlGaN中，能够得到较大的能带降低的作用(即，金属与半导体的物理性的接触的特性)，另一方面，AlGaN层自身的电势可能会成为势垒。因而，作为元件的整体的特性的接触电阻可能会增加。而且，在AlGaN层的厚度大时，载体难以借助通道来通过AlGaN层。因而，作为元件的整体的特性的接触电阻可能会增加。
说明例示的p型接触结构。
层的名称，   材料，   掺杂浓度Na。
第一p型III族氮化物半导体层53：  GaN，  Na＝4E+20。
第二p型III族氮化物半导体层55：  InYGa1-YN，  Na＝4E+20。
第三p型III族氮化物半导体层57：  GaN，  Na＝4E+19。
电极16：Pd。
这样的接触结构的厚度为例如20nm以上，且为例如200nm以下。该p型接触结构作为基底而在III族氮化物半导体层的主面上形成结，该主面与该III族氮化物半导体层的c面以50度以上且80度以下的范围的角度倾斜。第一p型III族氮化物半导体层53的厚度为10nm，第二p型III族氮化物半导体层55的厚度为3nm，第三p型III族氮化物半导体层57的厚度为100nm。
图3是表示第二p型III族氮化物半导体层55内含压缩应变的p型接触结构的电势图的附图。在图3中，示出面方位(20-21)面上的p型接触结构的计算例。作用在第二p型III族氮化物半导体层55上的压电电场的方向是从第三p型III族氮化物半导体层57朝向第一p型III族氮化物半导体层53的方向。在图3中，关于面方位(20-21)面及(0001)面上的In组分Y为5％的InGaN层，分别示出计算的电势线M75、C。
参照图3，在利用2个氮化镓系半导体层夹持InGaN层的结构中，通过(20-21)面上的InGaN层内的压电电场，降低箭头部分A3的能带。通过该降低，在金属-半导体接合界面产生的电势势垒变薄，载体容易在界面势垒上形成通道。这对于接触电阻的下降有用。
在In组分超过10％(Y＝0.1)的InGaN中，能够得到电极侧的GaN层与InGaN层的界面处的较大的能带降低的作用(即，金属与半导体的物理性的接触的特性)，另一方面，另一方的GaN层与InGaN层的结的能带结构成为势垒。该势垒可能会使作为元件的整体的特性的接触电阻增加。而且，在InGaN层的厚度大时，InGaN层的电势可能会妨碍载体的流动。因而，作为元件的整体的特性的接触电阻可能会增加。
III族氮化物半导体元件的p型接触结构具备：在成为其基底的III族氮化物半导体层(例如第二包覆层23)的与III族氮化物半导体的c面以50度以上且80度以下的范围的角度倾斜的主面(例如主面23a)上相接设置的p型III族氮化物半导体区域51；设置在该p型III族氮化物半导体区域上的电极16。p型III族氮化物半导体区域51包括第一p型III族氮化物半导体层53、第二p型III族氮化物半导体层55及第三p型III族氮化物半导体层57。第一p型III族氮化物半导体层53、第二p型III族氮化物半导体层55及第三p型III族氮化物半导体层57在从电极16朝向III族氮化物半导体层23的方向上沿主面(例如主面23a)的法线轴排列。电极16与第一p型III族氮化物半导体层53在金属-半导体界面J0处形成接触，第一p型III族氮化物半导体层53与第二p型III族氮化物半导体层55形成第一异质结HJ1，并且第二p型III族氮化物半导体层55与第三p型III族氮化物半导体层57形成第二异质结HJ2，第二p型III族氮化物半导体层55内含应变。在本实施例中，第三p型III族氮化物半导体层57在基底层的表面(例如主面23a)上形成结J1。第一异质结HJ1沿着与基底层的表面(例如主面23a)或半极性主面(基板主面)17a平行的基准面进行延伸。第二异质结HJ2沿着与基底层的表面(例如主面23a)或半极性主面17a平行的基准面进行延伸。金属-半导体界面J0沿着与基底层的表面(例如主面23a)或半极性主面17a平行的基准面进行延伸。
根据该p型接触结构，在电极16与第一p型III族氮化物半导体层53的接触产生的金属-半导体界面处形成界面势垒，该界面势垒表现为III族氮化物半导体元件的接触电阻。第一p型III族氮化物半导体层53与第二p型III族氮化物半导体层55形成第一异质结HJ1。包含该应变的第二p型III族氮化物半导体层55经由第一异质结HJ1而使第一p型III族氮化物半导体层53的能带变化。在p型III族氮化物半导体区域51的基底的主面(主面23a)以50度以上且小于80度的范围的角度倾斜时，该能带变化以在金属-半导体界面处降低界面势垒产生的势垒高度的方式发挥作用。因而，在降低III族氮化物半导体元件的接触电阻的方面有效。
基于上述计算结果以及追加的实验及研究，III族氮化物半导体激光元件11可以具备以下的结构。
在III族氮化物半导体激光元件11中，优选的是，第二p型III族氮化物半导体层55的受主浓度以第一p型III族氮化物半导体层53的受主浓度为基准而处于-20％以上且+20％以下的范围。第三p型III族氮化物半导体层57可以具由比第一p型III族氮化物半导体层53及第二p型III族氮化物半导体层55低的受主浓度。根据该结构，由于第三p型III族氮化物半导体层57具有比第一p型III族氮化物半导体层53及第二p型III族氮化物半导体层55低的受主浓度，因此能够避免在第三p型III族氮化物半导体层57上生长的第一p型III族氮化物半导体层53及第二p型III族氮化物半导体层55的结晶品质的下降。而且，由于第二p型III族氮化物半导体层55的受主浓度以第一p型III族氮化物半导体层53的受主浓度为基准而处于-20％以上且+20％以下的范围，因此能够降低第二p型III族氮化物半导体层55中的势垒的影响。
在III族氮化物半导体激光元件11中，第一p型III族氮化物半导体层53的构成元素的种类与第二p型III族氮化物半导体层55的构成元素的种类不同。第二p型III族氮化物半导体层55的构成元素的种类与第二p型III族氮化物半导体层55的构成元素的种类不同。第二p型III族氮化物半导体层55的III族氮化物半导体具备铟(In)及铝(Al)中的至少任一方作为构成元素。在该结构中，在第二p型III族氮化物半导体层55的III族氮化物半导体具有铟(In)及铝(Al)中的至少任一方的构成元素时，第二p型III族氮化物半导体层55容易内含应变。
在III族氮化物半导体激光元件11中，第二p型III族氮化物半导体层55可以具有2nm以上的厚度，且具有10nm以下的厚度。第二p型III族氮化物半导体层55的应变以降低第一p型III族氮化物半导体层53与电极16的金属-半导体界面J0的界面势垒的方式发挥作用，另一方面，形成第二p型III族氮化物半导体层55内的能带势垒。根据上述厚度范围，能够降低第二p型III族氮化物半导体层55内的能带势垒的影响的明显化。
在III族氮化物半导体激光元件11中，作为p导电性用的掺杂剂，可以使用Mg及Zn中的至少任一方。
在III族氮化物半导体激光元件中，在作为基底的III族氮化物半导体层(例如第二包覆层23)中，作为生长面的主面23a可以与III族氮化物半导体层的III族氮化物半导体的c面以63度以上且小于80度的范围的角度倾斜。在处于该角度范围时，能够进一步增强第二p型III族氮化物半导体层55的应变产生的金属-半导体界面J0的界面势垒降低效果。而且，半极性主面17a可以与该III族氮化物半导体的c面以63度以上且小于80度的范围的角度倾斜。
在III族氮化物半导体激光元件11中，第三p型III族氮化物半导体层57的材料可以与第一p型III族氮化物半导体层53的材料相同。在第一p型III族氮化物半导体层53及第三p型III族氮化物半导体层57由相同材料构成时，容易使第二p型III族氮化物半导体层55内含应变。在更具体的结构中，在第一p型III族氮化物半导体层53及第三p型III族氮化物半导体层57具备GaN时，容易使第二p型III族氮化物半导体层55内含应变。
在III族氮化物半导体激光元件11中，在第二p型III族氮化物半导体层55具备AlGaN时，第二p型III族氮化物半导体层内含拉伸应变。例如，在III族氮化物半导体激光元件11中，第二p型III族氮化物半导体层55的AlGaN可以具有2％以上的Al组分，且具有10％以下的Al组分。在AlGaN的Al组分为上述范围时，能够得到第二p型III族氮化物半导体层的应变产生的金属-半导体界面的界面势垒降低的作用，另一方面，能够降低AlGaN自身的能带势垒的影响的明显化。在AlGaN的Al组分为2％以上时，能够显著地得到第二p型III族氮化物半导体层的应变产生的金属-半导体界面的界面势垒降低的作用。在AlGaN的Al组分为10％以下时，能够降低AlGaN自身的能带势垒的影响的明显化。此外，在第二p型III族氮化物半导体层55中，该AlGaN层的厚度可以为2nm以上，该AlGaN层的厚度可以为10nm以下。在AlGaN的厚度为上述范围时，能够得到第二p型III族氮化物半导体层的应变产生的金属-半导体界面的界面势垒降低的作用，另一方面，能够降低AlGaN自身的能带势垒的影响的明显化。该AlGaN层的厚度的下限基于能够显著地得到第二p型III族氮化物半导体层的应变产生的金属-半导体界面的界面势垒降低的作用的情况。AlGaN的厚度的上限基于能够降低AlGaN自身的能带势垒的影响的明显化的情况。
在III族氮化物半导体激光元件11中，在第二p型III族氮化物半导体层55具备InGaN时，第二p型III族氮化物半导体层55内含压缩应变。例如，在III族氮化物半导体激光元件11中，第二p型III族氮化物半导体层55的InGaN可以具有2％以上的In组分且具有10％以下的In组分。在InGaN的In组分为上述范围时，能够得到第二p型III族氮化物半导体层的应变产生的金属-半导体界面的界面势垒降低的作用，另一方面，能够降低InGaN自身的能带势垒的影响的明显化。在InGaN的In组分为2％以上时，能够显著地得到第二p型III族氮化物半导体层的应变产生的金属-半导体界面的界面势垒降低的作用。在InGaN的In组分为10％以下时，能够降低InGaN自身的能带势垒的影响的明显化。而且，在第二p型III族氮化物半导体层55中，其InGaN层的厚度可以为2nm以上，且其InGaN层的厚度可以为10nm以下。在InGaN的厚度为上述范围时，能够得到第二p型III族氮化物半导体层的应变产生的金属-半导体界面的界面势垒降低的作用，另一方面，能够降低InGaN自身的能带势垒的影响的明显化。该InGaN层的厚度的下限基于能够显著地得到第二p型III族氮化物半导体层的应变产生的金属-半导体界面的界面势垒降低的作用的情况。InGaN的厚度的上限基于能够降低InGaN自身的能带势垒的影响的明显化的情况。第二p型III族氮化物半导体层55的厚度可以比第一p型III族氮化物半导体层53的厚度薄。
在III族氮化物半导体激光元件11中，第一p型III族氮化物半导体层53可以具有50nm以下的厚度。在第一p型III族氮化物半导体层53的厚度为上述范围时，能够使第一p型III族氮化物半导体层53与第二p型III族氮化物半导体层55的异质结HJ1的压电分极的作用在金属-半导体界面处明显化。第一p型III族氮化物半导体层53可以具有2nm以上的厚度。
优选的是，第一p型III族氮化物半导体层53的受主浓度大于第三p型III族氮化物半导体层的受主浓度。在III族氮化物半导体激光元件11中，第一p型III族氮化物半导体层53的受主浓度可以为例如1×1020cm-3以上。在第一p型III族氮化物半导体层具有1×1020cm-3以上的受主浓度时，通过高的受主浓度的作用能够降低金属-半导体界面的势垒。第二p型III族氮化物半导体层55的受主浓度可以为例如1×1020cm-3以上。在第二p型III族氮化物半导体层具有1×1020cm-3以上的受主浓度时，通过高的受主浓度的作用能够降低第二p型III族氮化物半导体层55的电势势垒。
在III族氮化物半导体激光元件11中，在第三p型III族氮化物半导体层57的受主杂质浓度具有1×1019cm-3以上的受主浓度时，能够避免第三p型III族氮化物半导体层57具有大的比电阻的情况。而且，在第三p型III族氮化物半导体层57具有小于5×1019cm-3的受主浓度时，能够避免高的受主浓度的作用引起的结晶品质的下降。
如已经说明那样，本实施方式的III族氮化物半导体元件还具备发光元件用的活性层时，在III族氮化物半导体发光元件中能够降低金属-半导体界面的势垒。
示出p型接触结构的具体例。
      
      
或者，本实施方式的III族氮化物半导体元件可以包含电子设备元件。在使用III族氮化物半导体的电子设备元件中，能够降低金属-半导体界面的势垒。电子设备元件包含例如HEMT元件、双极晶体管元件等。
具体而言，电子设备元件具有以下的结构。
在电子设备为pn结二极管时，阳极电极在该p型III族氮化物半导体层上形成结。
在电子设备为HEMT元件时，Ni/Au电极在该p型III族氮化物半导体层上形成结。
在电子设备为双极晶体管元件时，Ni/Au电极在该p型III族氮化物半导体层上形成结。
再次参照图1，半导体区域19包含第一区域19b、第二区域19c及第三区域19d，第一～第三区域19b～19d在波导轴(由波导向量LGV表示的轴)的方向上延伸。该波导轴沿着表示从第一端面(例如第一割断面27)朝向第二端面(例如第二割断面29)的方向而延伸。第三区域19d设置在第一区域19b与第二区域19c之间。绝缘膜31的开口31a位于半导体区域19的第三区域19d上。第三区域19d可以包含半导体区域19的脊形结构。
电极15包含电极16及焊盘电极18。电极16(例如欧姆电极)经由绝缘膜31的开口31a而与半导体区域19的第三区域19d形成欧姆接触。焊盘电极18包含第一、第二及第三电极部18b、18c、18d，第一～第三电极部18b～18d分别设置在半导体区域19的第一～第三区域19b～19d上。电极16(例如欧姆电极)可以包含例如Pd。Pd电极即使在富于氧化性的半极性面上也能够提供电接触。焊盘电极18可以由例如Ti/Pt/Au构成。
如图1所示，III族氮化物半导体激光元件11还具备在第一割断面27及第二割断面29上分别设置的电介质多层膜43、44。第一割断面27、第二割断面29也可以应用端面涂层。通过端面涂层能够调整反射率。
电介质多层膜43设置在支承基体17的一端面及半导体区域19的一端面上，这些端面构成例如第一割断面27。电介质多层膜43用的堆积物也设置在电极15(焊盘电极18)的一端面上。而且，电介质多层膜44设置在支承基体17的另一端面及半导体区域19的另一端面上，这些端面构成例如第二割断面29。电介质多层膜44用的堆积物设置在电极15(焊盘电极18)的另一端面上。根据该III族氮化物半导体激光元件11，电极15包含电极16及焊盘电极18。该电极16(欧姆电极)经由绝缘膜31的开口31a而与半导体区域19的第三区域19d形成接触。电极16的厚度为例如20nm～100nm左右，焊盘电极18的厚度为例如0.2μm～1μm左右。来自电极15的电流经由脊形结构被引导至沿着波导轴的半导体区域部分(例如第三区域19d)。
活性层25可以包含被设置成产生波长500nm以上的光的量子阱结构。通过半极性面的利用，优选产生波长500nm以上且550nm以下的光。根据该III族氮化物半导体激光元件11，为了得到500nm以上的振荡波长，活性层25的InGaN层需要具有0.2以上的铟组分。
参照图1，描绘正交坐标系S及结晶坐标系CR。法线轴NX朝向正交坐标系S的Z轴的方向。半极性主面17a与由正交坐标系S的X轴及Y轴规定的预定平面平行地延伸。而且，在图1中描绘代表性的c面Sc。支承基体17的六方晶系III族氮化物半导体的c轴相对于法线轴NX向六方晶系III族氮化物半导体的m轴的方向以大于0的角度ALPHA倾斜。
在III族氮化物半导体激光元件11中，六方晶系III族氮化物半导体的c轴可以向六方晶系III族氮化物半导体的m轴的方向倾斜。第一割断面27及第二割断面29如本实施例那样与由六方晶系III族氮化物半导体的m轴及法线轴NX规定的m-n面交叉的情况下，III族氮化物半导体激光元件11的激光共振器包含第一割断面27及第二割断面29，激光波导从第一割断面27及第二割断面29中的一方向另一方延伸。激光结构体13包含第一面13a及第二面13b，第一面13a是第二面13b的相反侧。第一割断面27及第二割断面29从第一面13a的缘(边缘13c)延伸至第二面13b的缘(边缘13d)。第一割断面27及第二割断面29与c面、m面或a面等目前为止的分裂面不同。
根据该III族氮化物半导体激光元件11，构成激光共振器的第一割断面27及第二割断面29与m-n面交叉时，能够设置沿着m-n面与半极性面(例如，基板的半极性主面17a)的交叉线的方向延伸的激光波导。因而，III族氮化物半导体激光元件11具有能够实现低阈值电流的激光共振器。或者六方晶系III族氮化物半导体的c轴可以向六方晶系III族氮化物半导体的a轴的方向倾斜。在该方式中，在上述说明中，通过将“m轴”改写为“a轴”，而本领域技术人员能够理解该方式。
III族氮化物半导体激光元件11包含n侧光引导层35及p侧光引导层37。n侧光引导层35包含第一部分35a及第二部分35b，n侧光引导层35由例如GaN、InGaN等构成。p侧光引导层37包含第一部分37a及第二部分37b，p侧光引导层37由例如GaN、InGaN等构成。在支承基体17的背面17b(支承基体背面)设置另一电极41，电极41覆盖例如支承基体17的背面17b。在一实施例中，电流块层39可以设置在例如第一部分37a与第二部分37b之间。
(实施例1)
参照图4，示出实施例1用的激光二极管的结构。对图4中的记载进行说明：从最左栏朝向最右栏依次记载半导体层的材料名、半导体层的厚度、掺杂剂名、掺杂浓度。掺杂浓度“3.0E+20”表示3.0×1020cm-3。该激光二极管的外延层结构形成在GaN基板的主面上。该主面处于已经说明的角度ALPHA(偏角)的角度范围。外延层结构的半导体在主面的法线轴的方向上层叠。在该实施例中，准备具有{20-21}面(法线轴与m轴的角度75度)、{11-22}面(法线轴与a轴的角度58度)、{10-11}面(法线轴与m轴的角度62度)的面方位的主面的GaN基板。外延生长可以使用例如有机金属气相生长法。
在对GaN基板的表面进行了热清洁之后，生长厚度1.1μm的GaN层。接着，在该GaN层上生长厚度1.0μm的n型Al0.06Ga0.94N层作为n侧包覆层。在该AlGaN层上依次生长厚度500nm的n型GaN层及厚度80nm的n型In0.05Ga0.95N层作为光引导层。在该n型InGaN层上生长活性层。活性层包含厚度3nm的未掺杂In0.25Ga0.75N层的阱层、厚度3nm的未掺杂In0.05Ga0.95N层的势垒层。在活性层上生长厚度50nm的未掺杂In0.05Ga0.95N层作为光引导层。在该InGaN层上生长厚度400nm的p型Al0.06Ga0.94N层作为p侧包覆层。在该p侧包覆层上生长p型III族氮化物半导体叠层。为了p型III族氮化物半导体叠层而依次连续生长厚度40nm的p型GaN层、厚度3nm的InTAlSGa1-T-SN层及厚度10nm的p型GaN层。InTAlSGa1-T-SN层作为实验水准而生长三元InGaN、三元AlGaN、四元InAlGaN。
图5是表示实施例1用的实验条件的一览的附图。
实验条件名，第二p型III族氮化物半导体层55的材料及组分。
实验条件1：GaN。
实验条件2：InGaN，In组分0.01。
实验条件3：InGaN，In组分0.04。
实验条件4：InGaN，In组分0.10。
实验条件5：AlGaN，Al组分0.01。
实验条件6：AlGaN，Al组分0.04。
实验条件7：AlGaN，Al组分0.10。
实验条件8：InAlGaN，In组分0.04，Al组分0.04。
通过这些外延生长，形成8种外延基板。在这些外延基板上使用Pd电极形成利用TLM法用于测定接触电阻ρc(Ωcm2)的测试元件组(TEG)用图案。而且，应用用于形成脊形结构的激光二极管的工艺，制作脊形宽度2μm的脊形结构。为了阳极电极而进行Pd蒸镀，为了阴极电极而在基板背面上蒸镀Al。在制作了共振器长500μm的激光条之后，进行端面涂层。其反射率为前表面50％，背面95％。
这样制作的8种激光二极管以阈值电流Ith50mA、波长525nm进行激光振荡。而且，在这些激光二极管中，测定作为施加电流50mA的正向电压而规定的“Vf”。
图5示出测定结果。
实验条件名，接触电阻ρc(Ωcm2)，正向电压Vf(V)。
实验条件1：5×10-4，4.5。
实验条件2：1×10-4，4.2。
实验条件3：1×10-4，4.2。
实验条件4：1×10-4，4.8。
实验条件5：1×10-4，4.2。
实验条件6：1×10-4，4.2。
实验条件7：1×10-4，4.8。
实验条件8：1×10-4，4.2。
实验条件2～8的接触电阻ρc比实验条件1小。因此，在第二p型III族氮化物半导体层55内含应变时，由于压电电场的作用，金属-半导体界面的势垒有效地变薄。因此，提供一种具有能够改善p型氮化物半导体区域与电极的物理性的接触的特性的结构的氮化物半导体元件。而且，根据本实施方式，提供一种具有能够改善p型氮化物半导体区域与电极的物理性的接触的特性的结构的p型接触结构。
另外，实验条件2～3、5～6及8的正向电压Vf比实验条件1、4、7小。这表示第二p型III族氮化物半导体层55的压电电场发挥第一p型III族氮化物半导体层53内的能带的降低作用而减薄金属-半导体界面的势垒，另一方面，第二p型III族氮化物半导体层55自身作为势垒发挥作用。
这样，作为元件特性，优选不仅考虑第二p型III族氮化物半导体层55的压电电场产生的能带降低作用，还考虑第二p型III族氮化物半导体层55自身产生的势垒。正向电压Vf的载体的通道概率取决于厚度和异质界面的能带不连续(即，Al组分及/或In组分)这双方。因而，根据关于该视点的发明者们的研究，通过第二p型III族氮化物半导体层55的组分(Al组分或In组分)与层厚之积，即“厚度×组分”，能够规定良好的元件特性的范围。关于该AlGaN，通过以下的条件式规定良好的元件特性的范围。
Al组分为x[％]，厚度为a[nm]，1<x×a<25。
关于该InGaN，通过以下的条件式规定良好的元件特性的范围。
In组分为y[％]，厚度为b[nm]，1<y×b<25。
关于该InAlGaN，通过以下的条件式规定良好的元件特性的范围。
Al组分为x[％]，In组分为y[％]，厚度为c[nm]，1<|x/5-y|×c<25。
图6在横轴表示层厚并在纵轴表示III构成元素，而规定良好的元件特性的范围。参照图6的(a)部，在第二p型III族氮化物半导体层55具备AlGaN时，关于该AlGaN，通过以下的条件式来规定良好的元件特性的范围。
用变量X1表示(层55的厚度)。用变量Y1表示(层55的Al组分)。
X1>0。
Y1>0。
Y1>-X1+0.02。
Y1<-X1+0.10。
参照图6的(b)部，在第二p型III族氮化物半导体层55具备InGaN时，关于该InGaN，通过以下的条件式规定良好的元件特性的范围。
用变量X2表示(层55的厚度)。用变量Y2表示(层55的In组分)。
X2>0。
Y2>0。
Y2>-X2+0.02。
Y2<-X2+0.10。
提供一种具有能够降低包含p型氮化物半导体区域与电极的物理性的接触的p型接触的接触电阻的结构的氮化物半导体元件。而且，根据本实施方式，提供一种具有能够降低包含p型氮化物半导体区域与电极的物理性的接触的p型接触的接触电阻的结构的p型接触结构。
对于实验条件2、3、5、6、8的激光二极管，进行输出恒定(APC)通电寿命试验。通过该寿命试验，减轻与通电相伴的Vf上升的程度，在动作电流Iop30％的上升之前，正向电压Vf停止于10％左右的上升。另一方面，在对实验条件1的激光二极管的寿命试验中，正向电压Vf表现出50％左右的上升。
图7是表示制作本实施方式的III族氮化物半导体元件的方法(以下记为“制作方法”)的主要的工序的附图。参照工序流程100，说明制作III族氮化物半导体元件的方法。在接着的说明中，为了容易理解，在可能的情况下，使用参照图1说明的实施方式的参照标号。
在工序S101中，准备由III族氮化物半导体构成的具有主面的多个基板。例如，可以如在实施例1中说明的那样准备GaN基板。在基板的准备中，基板主面的面方位优选在多个基板中相同，且实质上相同。基板主面的面方位所对应的角度没有限定为已经说明的角度范围，可以从更大的角度范围内进行选择。为了良好起见，基板主面的面方位优选处于c面(极性面)与压电电场的方向相反的半极性面的角度范围。
在工序S102中，形成多个外延基板。多个外延基板分别包含p型氮化物半导体叠层，为了形成p型氮化物半导体叠层，可以通过例如有机金属气相生长法生长第一p型III族氮化物半导体层、具备第一III族构成元素及第二III族构成元素的第二p型III族氮化物半导体层、第三p型III族氮化物半导体层。第一III族氮化物层具备氮化镓系半导体，第二III族氮化物层具备氮化镓系半导体，第三III族氮化物层具备氮化镓系半导体。第一p型III族氮化物半导体层、第二p型III族氮化物半导体层及第三p型III族氮化物半导体层的组合包含例如GaN/InGaN/GaN、GaN/AlGaN/GaN或GaN/InAlGaN/GaN。在形成多个外延基板时，在基板的各自的主面上依次生长第三p型III族氮化物半导体层、第二p型III族氮化物半导体层、第一p型III族氮化物半导体层。在多个外延基板的至少1张中，第二p型III族氮化物半导体层由第一p型III族氮化物半导体层及第三p型III族氮化物半导体层夹持而内含应变。为此，在形成多个外延基板时，以在各外延基板使第一III族构成元素与第二III族构成元素的比率不同的方式生长外延基板的第二p型III族氮化物半导体层，从而将不同的应变提供给第二p型III族氮化物半导体层。例如，第一III族构成元素可以为铟，在第一III族构成元素为铟时，第二III族构成元素可以为镓。或者，第二III族构成元素可以为铝，在第二III族构成元素为铝时，第一III族构成元素可以为镓。而且，在四元的III族氮化物中，第三III族构成元素与第一III族构成元素及第二III族构成元素不同，为III族构成元素(镓、铟、铝)中的任一个。
在工序S103中，形成多个基板产品。为了形成多个基板产品，而形成与各外延基板的p型氮化物半导体叠层的表面形成接触的电极。电极通过例如蒸镀钯而形成。
在工序S104中，针对各基板产品来测定p型氮化物半导体叠层的表面与电极的接触电阻。该测定通过例如TLM法进行。
在工序S105中，通过各基板产品的测定，能够得到各基板产品中的构成元素比率(第一III族构成元素与第二III族构成元素的比率)与各基板产品中的接触电阻的关系。
在工序S106中，基于上述关系，为了制作III族氮化物半导体元件(例如，III族氮化物半导体激光元件11)而决定第二p型III族氮化物半导体层用的第一III族构成元素及第二III族构成元素的组分。
在工序S107中，为了制作III族氮化物半导体元件，进行外延生长而形成多个III族氮化物层(例如第一p型III族氮化物半导体层53、第二p型III族氮化物半导体层55、第三p型III族氮化物半导体层57)。与基底层的主面接触，掺杂受主并生长第三III族氮化物层(例如第三p型III族氮化物半导体层57)。与第三III族氮化物层的主面接触，掺杂受主并生长具有所决定的组分的第二III族氮化物层(例如第二p型III族氮化物半导体层55)。与第二III族氮化物层的主面接触，掺杂受主并生长第一III族氮化物层(例如第一p型III族氮化物半导体层53)。
在工序S108中，为了制作III族氮化物半导体元件，而在第一III族氮化物层的主面上形成电极16。该电极16与第一III族氮化物层的表面形成接触。
根据该制作方法，在形成外延基板时，以在各外延基板使第一III族构成元素与第二III族构成元素的III族元素比率不同的方式生长外延基板的第二p型III族氮化物半导体层，并测定包含这些第二p型III族氮化物半导体层的多个基板产品中的p型氮化物半导体表面与电极的接触电阻。根据各基板产品中的III族元素比率与各基板产品中的接触电阻的关系，以通过压电电场的作用能够降低接触电阻的方式决定第二p型III族氮化物半导体层用的第一III族构成元素及第二III族构成元素的组分。然后，为了制作III族氮化物半导体元件，而依次生长具有与第三p型III族氮化物半导体层实质上相同的组分的第三III族氮化物层，使用所决定的构成元素组分的第二III族氮化物层及具有与第一p型III族氮化物半导体层实质上相同的组分的第一III族氮化物层。并且，为了制作III族氮化物半导体元件，而形成与第一III族氮化物层的表面形成接触的电极。因而，能够制作出通过压电分极的作用能降低正向电压的III族氮化物半导体元件。
根据该实施方式，提供一种可制作能够改善p型氮化物半导体区域与电极的物理性的接触的特性的结构的、制作氮化物半导体发光元件的方法。
根据本实施方式，提供一种具有能够改善p型氮化物半导体区域与电极的物理性的接触的特性的结构的氮化物半导体元件。另外，根据本实施方式，提供一种具有能够改善p型氮化物半导体区域与电极的物理性的接触的特性的结构的p型接触结构。此外，根据本实施方式，提供一种可制作能够改善p型氮化物半导体区域与电极的物理性的接触的特性的结构的、制作氮化物半导体发光元件的方法。
在优选的实施方式中图示并说明了本发明的原理，但是通过本领域技术人员可认识到本发明不脱离这样的原理而能够在配置及详细结构中变更的情况。因此，对于权利要求书及从其主旨的范围得来的全部的修正及变更要求权利。

Claims (21)

1.一种III族氮化物半导体元件，其特征在于，
具备：III族氮化物半导体层，由III族氮化物半导体构成，且具有与该III族氮化物半导体的c面以50度以上且80度以下的范围的角度倾斜的主面；
p型III族氮化物半导体叠层，包括设置在所述III族氮化物半导体层的所述主面上的第一p型III族氮化物半导体层、第二p型III族氮化物半导体层及第三p型III族氮化物半导体层，以使所述第二p型III族氮化物半导体层内含应变的方式在所述第一p型III族氮化物半导体层与所述第三p型III族氮化物半导体层之间夹持所述第二p型III族氮化物半导体层；以及
电极，设置在所述p型III族氮化物半导体叠层上，
所述电极与所述第一p型III族氮化物半导体层形成接触，
所述第一p型III族氮化物半导体层、所述第二p型III族氮化物半导体层及所述第三p型III族氮化物半导体层在从所述电极朝向所述III族氮化物半导体层的方向上沿着所述主面的法线轴排列。
2.根据权利要求1所述的III族氮化物半导体元件，其中，
所述第一p型III族氮化物半导体层的构成元素的种类与所述第二p型III族氮化物半导体层的构成元素的种类不同，
所述第三p型III族氮化物半导体层的构成元素的种类与所述第二p型III族氮化物半导体层的构成元素的种类不同，
所述第二p型III族氮化物半导体层的III族氮化物半导体具备铟(In)及铝(Al)中的至少任一方作为构成元素。
3.根据权利要求1或2所述的III族氮化物半导体元件，其中，
所述第二p型III族氮化物半导体层具有2nm以上的厚度，且具有10nm以下的厚度。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的III族氮化物半导体元件，其中，
所述第一p型III族氮化物半导体层的受主具备Mg及Zn中的至少任一方，
所述第二p型III族氮化物半导体层的受主具备Mg及Zn中的至少任一方，
所述第三p型III族氮化物半导体层的受主具备Mg及Zn中的至少任一方。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的III族氮化物半导体元件，其中，
所述III族氮化物半导体层的所述主面与所述III族氮化物半导体的所述c面以63度以上且小于80度的范围的角度倾斜。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的III族氮化物半导体元件，其中，
所述第三p型III族氮化物半导体层的材料与所述第一p型III族氮化物半导体层的材料相同。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的III族氮化物半导体元件，其中，
所述第一p型III族氮化物半导体层具备GaN。
8.根据权利要求1～6中任一项所述的III族氮化物半导体元件，其中，
所述第二p型III族氮化物半导体层具备AlGaN。
9.根据权利要求8所述的III族氮化物半导体元件，其中，
所述第二p型III族氮化物半导体层的AlGaN具有2％以上的Al组分且具有10％以下的Al组分。
10.根据权利要求1～6中任一项所述的III族氮化物半导体元件，其中，
所述第二p型III族氮化物半导体层具备InGaN。
11.根据权利要求10所述的III族氮化物半导体元件，其中，
所述第二p型III族氮化物半导体层的InGaN具有2％以上的In组分且具有10％以下的In组分。
12.根据权利要求1～11中任一项所述的III族氮化物半导体元件，其中，
所述第一p型III族氮化物半导体层具有50nm以下的厚度。
13.根据权利要求1～12中任一项所述的III族氮化物半导体元件，其中，
所述第二p型III族氮化物半导体层的受主浓度以所述第一p型III族氮化物半导体层的受主浓度为基准而处于-20％以上且+20％以下的范围，
所述第三p型III族氮化物半导体层具有比所述第一p型III族氮化物半导体层及所述第二p型III族氮化物半导体层低的受主浓度。
14.根据权利要求1～13中任一项所述的III族氮化物半导体元件，其中，
所述第一p型III族氮化物半导体层的受主浓度为1×1020cm-3以上，
所述第二p型III族氮化物半导体层的受主浓度为1×1020cm-3以上。
15.根据权利要求1～14中任一项所述的III族氮化物半导体元件，其中，
所述第三p型III族氮化物半导体层的受主浓度为1×1019cm-3以上且小于5×1019cm-3。
16.根据权利要求1～15中任一项所述的III族氮化物半导体元件，其中，
还具备发光元件用的活性层，
所述III族氮化物半导体层具有n型的导电性，
所述活性层设置在所述III族氮化物半导体层的所述主面与所述p型III族氮化物半导体叠层之间。
17.根据权利要求1～15中任一项所述的III族氮化物半导体元件，其中，
该III族氮化物半导体元件包括电子设备元件。
18.一种p型接触结构，其特征在于，
具备：III族氮化物半导体层，由III族氮化物半导体构成，且具有与该III族氮化物半导体的c面以50度以上且80度以下的范围的角度倾斜的主面；
p型III族氮化物半导体区域，设置在所述III族氮化物半导体层的所述主面上；以及
电极，设置在所述p型III族氮化物半导体区域上，
所述p型III族氮化物半导体区域包括第一p型III族氮化物半导体层、第二p型III族氮化物半导体层及第三p型III族氮化物半导体层，
所述第一p型III族氮化物半导体层、所述第二p型III族氮化物半导体层及所述第三p型III族氮化物半导体层在从所述电极朝向所述III族氮化物半导体层的方向上沿着所述主面的法线轴排列，
所述电极与所述第一p型III族氮化物半导体层形成接触，
所述第一p型III族氮化物半导体层与所述第二p型III族氮化物半导体层形成第一异质结，并且所述第二p型III族氮化物半导体层与所述第三p型III族氮化物半导体层形成第二异质结，所述第二p型III族氮化物半导体层内含应变。
19.一种制作III族氮化物半导体元件的方法，其特征在于，
包括：准备由III族氮化物半导体构成的具有主面的多个基板的工序；
形成包含p型氮化物半导体叠层的多个外延基板的工序，该p型氮化物半导体叠层包括第一p型III族氮化物半导体层、第二p型III族氮化物半导体层及第三p型III族氮化物半导体层，所述第二p型III族氮化物半导体层包括第一III族构成元素及第二III族构成元素；
形成与所述多个外延基板的所述p型氮化物半导体叠层的表面形成接触的电极，并形成多个基板产品的工序；
测定所述多个基板产品中的所述p型氮化物半导体叠层的所述表面与所述电极的接触电阻的工序；
获得所述多个基板产品中的所述第一III族构成元素与所述第二III族构成元素的比率和所述多个基板产品中的所述接触电阻之间的关系的工序；
基于所述关系来决定所述第二p型III族氮化物半导体层用的所述第一III族构成元素及所述第二III族构成元素的组分的工序；
为了制作所述III族氮化物半导体元件而依次生长第三III族氮化物层、具有所述决定的组分的第二III族氮化物层及第一III族氮化物层的工序；以及
为了制作所述III族氮化物半导体元件而形成与所述第一III族氮化物层的表面形成接触的电极的工序，
在形成所述多个外延基板的所述工序中，在所述基板各自的所述主面上依次生长所述第三p型III族氮化物半导体层、所述第二p型III族氮化物半导体层及所述第一p型III族氮化物半导体层，
所述第二p型III族氮化物半导体层由所述第一p型III族氮化物半导体层及所述第三p型III族氮化物半导体层夹持而内含应变，
在形成所述多个外延基板的所述工序中，在所述外延基板上以使所述第一III族构成元素与所述第二III族构成元素的比率互不相同的方式生长所述外延基板的所述第二p型III族氮化物半导体层。
20.根据权利要求19所述的制作III族氮化物半导体元件的方法，其中，
所述第一III族构成元素是铟。
21.根据权利要求19或20所述的制作III族氮化物半导体元件的方法，其中，
所述第二III族构成元素是铝。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111279495A (zh) * 2017-10-16 2020-06-12 阿卜杜拉国王科技大学 具有氮化硼合金接触层的iii族氮化物半导体器件及其制造方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230131918A1 (en) * 2021-10-25 2023-04-27 Meta Platforms Technologies, Llc Strain management of iii-p micro-led epitaxy towards higher efficiency and low bow

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1292934A (zh) * 1998-03-12 2001-04-25 日亚化学工业株式会社 氮化物半导体元件
US6479836B1 (en) * 1999-08-19 2002-11-12 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor light emitting device
US20130009202A1 (en) * 2011-06-29 2013-01-10 Sony Corporation Group iii nitride semiconductor device, method of fabricating group iii nitride semiconductor device
CN103493316A (zh) * 2011-04-22 2014-01-01 住友电气工业株式会社 氮化物半导体激光器及外延基板

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3250438B2 (ja) 1995-03-29 2002-01-28 日亜化学工業株式会社 窒化物半導体発光素子
JP3680558B2 (ja) * 1998-05-25 2005-08-10 日亜化学工業株式会社 窒化物半導体素子
JP4933130B2 (ja) * 2006-02-16 2012-05-16 昭和電工株式会社 ＧａＮ系半導体発光素子およびその製造方法
US8144743B2 (en) * 2008-03-05 2012-03-27 Rohm Co., Ltd. Nitride based semiconductor device and fabrication method for the same
JP4390007B2 (ja) * 2008-04-07 2009-12-24 住友電気工業株式会社 Ｉｉｉ族窒化物半導体素子及びエピタキシャルウエハ
JP4917585B2 (ja) * 2008-08-26 2012-04-18 住友電気工業株式会社 窒化物系半導体光素子を製造する方法、及びエピタキシャルウエハを製造する方法
KR101142672B1 (ko) * 2008-09-11 2012-05-11 스미토모덴키고교가부시키가이샤 질화물계 반도체 광소자, 질화물계 반도체 광소자용의 에피택셜 웨이퍼, 및 반도체 발광 소자를 제조하는 방법
JP4793489B2 (ja) * 2009-12-01 2011-10-12 住友電気工業株式会社 Ｉｉｉ族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法
JP5054221B1 (ja) * 2011-08-26 2012-10-24 住友電気工業株式会社 Ｉｉｉ族窒化物半導体レーザ素子
JP5522147B2 (ja) * 2011-11-02 2014-06-18 住友電気工業株式会社 窒化物半導体発光素子、及び、窒化物半導体発光素子の作製方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1292934A (zh) * 1998-03-12 2001-04-25 日亚化学工业株式会社 氮化物半导体元件
US6479836B1 (en) * 1999-08-19 2002-11-12 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor light emitting device
CN103493316A (zh) * 2011-04-22 2014-01-01 住友电气工业株式会社 氮化物半导体激光器及外延基板
US20130009202A1 (en) * 2011-06-29 2013-01-10 Sony Corporation Group iii nitride semiconductor device, method of fabricating group iii nitride semiconductor device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111279495A (zh) * 2017-10-16 2020-06-12 阿卜杜拉国王科技大学 具有氮化硼合金接触层的iii族氮化物半导体器件及其制造方法

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