CN1259734C - 氮化物半导体、其制造方法以及氮化物半导体元件 - Google Patents

氮化物半导体、其制造方法以及氮化物半导体元件 Download PDF

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Abstract

在由氮化镓(GaN)构成的基板(11)上,形成由至少含有铝的氮化物半导体构成的小面形成层(12)。在小面形成层(12)的表面上,形成相对C面倾斜的小面,选择生长层(13)从该倾斜的小面,沿横向生长。其结果是,可使选择生长层(13)、和由在其上生长的n型AlGaN构成的n型包覆层(14)实质上晶格匹配,比如,通过晶体生长,获得没有裂缝的发生的激光器结构。

Description

氮化物半导体、其制造方法以及氮化物半导体元件

技术领域

本发明涉及氮化物半导体及其制造方法,特别是涉及采用该制造方法,期待应用于光信息处理领域等的氮化物半导体元件。

背景技术

含有V族元素中的氮(N)的氮化物半导体,由于其禁带宽度较大,故被看作有望作为短波长的发光元件的材料。其中,人们广泛开展对由一般式AlxGayInzN(其中,0≤x,y,z≤1,x+y+z=1))表示的氮化镓类化合物半导体的研究,蓝色发光二极管(LED)元件、绿色发光二极管元件已实用化。

另外,为了增加光盘装置的容量,人们十分希望有振荡波长为400nm左右的短波长半导体激光元件,采用氮化镓类化合物半导体的氮化物半导体激光元件受到人们注意,在目前的场合,正在达到实用水平。

氮化物半导体激光元件虽通过晶体生长方式形成于由氮化镓(GaN)构成的基板上,但难于制作硅(Si)、砷化镓(GaAs)这样的基板(晶片)。由此,象例如,IEICE TRANS.ELECTRON,VOL.E83-C,No.4,PP.529-535(2000)所报告的那样,在由蓝宝石构成的基板上,通过采用氢化物气相生长(HVPE)法,或有机金属气相生长(MOVPE)法的选择横向生长技术,使由氮化镓(GaN)构成的半导体层生长,直至100μm的厚度,然后,通现有除蓝宝石基板,制作由氮化镓构成的基板。

图12表示实现激光振荡的现有的氮化镓类半导体激光元件的剖面结构。

如图12所示的那样,在由GaN构成的基板101上,按照依次生长的方式形成与该基板101实现晶格匹配的n型Al0.015Ga0.985N构成的n型接触层102;由厚度约为0.1μm的n型Ga0.95In0.05N构成的裂缝抑制层103;由n型Al0.15Ga0.85N/GaN构成的n型超晶格包覆层104;由n型GaN构成的n型光导层105;由GaInN构成的多重量子阱(MQW)活性层106;由p型Al0.2Ga0.8N构成的电流阻挡层107;由p型GaN构成的p型光导层108;由p型Al0.15Ga0.85N/GaN构成的p型超晶格包覆层109;由p型GaN构成的p型接触层110。

现有例的半导体激光元件的特征在于,在n型接触层102与n型超晶格包覆层104之间,具有由GaInN构成的裂缝抑制层103。

通过裂缝抑制层103,减小下述晶格变形,抑制在形成激光器结构时产生的晶格变形造成的裂缝的发生。该晶格变形产生于为使构成具有活性层106的激光器结构的多个氮化镓类半导体层中的晶格常数最小并且膜厚最大,而容易产生裂缝的n型超晶格包覆层104,与和基板101晶格匹配的n型接触层102之间。

但是,在上述现有的氮化镓类半导体激光元件中,虽然在n型接触层102和n型包覆层104之间,设置有减缓两者的晶格变形的裂缝抑制层103,但不考虑两者的晶格常数的精密关系。由此,在抑制n型超晶格包覆层104中产生的裂缝时,除了调整裂缝抑制层103中的In组成或其膜厚,以及使生长条件最适化以外,没有别的方法。

比如,在裂缝抑制层103中,由于一般在比n型裂缝层104等的半导体层的生长温度低150~300度的温度下生长,另外,在裂缝抑制层103上生长n型裂缝层104和n型光导层105时进行升温,热不稳定的裂缝抑制层103处于高于该生长温度等原因,该裂缝抑制层103容易产生晶体缺陷或变位。于是,由于裂缝抑制层103的结晶性不好,且生长时的再现性缺乏,故难于形成该裂缝抑制层103本身。其结果是,即使在生长于裂缝抑制层103上的n型超晶格包覆层104中,由于在裂缝抑制层103上生长的缺陷等交接,故一定不容易形成具有高品质的半导体晶体层的激光器结构。

另外,如果在n型接触层102和n型超晶格包覆层104之间,设置裂缝抑制层103,则由于结晶性不好的裂缝抑制层103构成电流通路,故存在着反耐压变小等的高输出动作时的元件可靠性降低的问题。

由此,无法期望有在现有的裂缝抑制层103上,在与由氮化镓构成的基板101实现晶格匹配的n型接触层102中产生的裂缝的抑制效果。

此外,在应用于半导体激光元件、特别是在光盘用的可读取和写入的激光元件的情况下,虽存在着在读取时的低输出动作中,从活性层106泄漏的自然释放光形成了杂音源的问题,但即使在该自然释放光的抑制中,在上述现有的氮化镓类半导体激光元件中,没有任何的考虑。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有的问题,使在通过晶体生长的方式,在由氮化物半导体构成的基板上形成氮化物半导体时,可抑制在所生长的氮化物半导体中产生的裂缝。

为了实现上述目的,本发明的氮化物半导体具有下述的结构,其包括由第一氮化物半导体构成的第一半导体层;第二半导体层,该第二半导体层由通过在上述第一半导体层的主面上生长而形成的第二氮化物半导体构成;上述第一半导体层和第二半导体层的与上述主面相平行的面内的晶格常数相互不同。

根据本发明的氮化物半导体,尽管第二半导体层通过生长方式形成于第一半导体层上,与相应的主面平行的面内的晶格常数相互不同。在这里,如人们熟知的那样,比如,半导体发光元件大多采用双杂(double hetero)接合结构,其由活性层和按照夹持该活性层的方式、具有禁带宽度大于活性层且折射率小于活性层的组成的包覆层构成。即,在为氮化物半导体发光元件的情况下,一般,在活性层中,添加铟,在包覆层中,添加铝。由于铝(Al)的原子半径小于镓(Ga),故氮化铝镓(AlGaN)的晶格常数小于氮化镓。于是,比如,如果第一半导体层由GaN构成,第二半导体层由以外延方式生长于第一半导体层上的AlGaN构成,则第二半导体层以即使在其晶格常数不与作为基底的第一半导体层的晶格常数完全一致的情况下,仍产生晶格变形,并与第一半导体层的晶格常数一致的方式生长。其结果是,在激光器结构中的、要求较大的膜厚的包覆层中,如果晶格变形大于界限膜厚,则在包覆层中,产生裂缝。

但是,由于在由本发明的氮化物半导体构成的第一半导体层和第二半导体层中,与主面相平行的面内中的晶格常数相互不同,故如果将第二半导体层作为包覆层或其基底层,则即使在第一半导体层的组成为与第二半导体层不同的氮化物半导体的情况下,仍不在第二半导体层中产生裂缝。

本发明的氮化物半导体的优选还包括小面(facet)形成层,该小面形成层形成于上述第一半导体层和上述第二半导体层之间,由具有铝的、且在表面上具有相互不同的多个小面的第三氮化物半导体构成,第二半导体层按照将上述小面形成层作为基底层的方式生长。

这样,由于第二半导体层按照将具有形成于表面上、互不相同的多个小面的上述小面形成层作为基底层的方式生长,故还从具有与第一半导体层中的主面不同的面方位的小面生长。其结果是,第二半导体层按照具有与第一半导体层的主面平行的方向的分量的方式生长,即,实现横向生长。由此,第二半导体层中的、与第一半导体层的主面平行的面内的晶格常数因生长时的应力而受到压缩,形成与第一半导体层的晶格常数不同的值。

在此情况下的优选为,多个小面中的一个面为与第一半导体层的主面平行的面,其它的面为与上述主面倾斜的面。

另外,在此情况的优选为,第一小面的面方位为(0001)面,第二小面的面方位为{1-101}面或{1-102}面。另外,在本申请的说明书中,为了方便,添加于面方位的密勒指数上的负号“-”表示与该负号连续的密勒指数的反转。

在本发明的氮化物半导体中,第一半导体层的优选为通过在由氮化铝镓铟(AlxGayInzN(其中,0≤x,y,z≤1,x+y+z=1))、含有氮的化合物晶体、蓝宝石、碳化硅或砷化镓构成的基板上生长而形成。

本发明的氮化物半导体的制造方法包括下述工序:第一工序,在由第一氮化物半导体构成的第一半导体层上,在第一温度下,使由含有铝的第二氮化物半导体构成的小面形成层生长;第二工序,通过对上述小面形成层,以高于上述第一温度的第二温度,进行热处理,由此,在上述小面形成层的表面上,形成面方位相互不同的多个小面;第三工序,在进行了热处理的小面形成层上,在高于上述第一温度的第三温度下,使由第三氮化物半导体构成的第二半导体层生长;在第一半导体层和第二半导体层中,与上述第一半导体层的主面平行的面内的晶格常数相互不同。

根据本发明的氮化物半导体的制造方法,由于生长于小面形成层上的第二半导体层按照与基板面平行的面内的晶格常数与第一半导体层不同的方式生长,故可获得本发明的氮化物半导体。

在本发明的氮化物半导体的制造方法中,该第二工序的优选为在具有氨与氢的环境下进行。

包含于该环境中的氢的分压的优选为设定为高于或等于由除该氢以外的惰性气体构成的载气的分压的值。

在本发明的氮化物半导体的制造方法中,优选为上述多个小面中的一个面方位为(0001)面,其它的面方位为{1-101}面,或{1-102}面。

在本发明的氮化物半导体的制造方法中,优选为在上述第一工序之前,还包括下述第四工序,即,在由氮化铝镓铟(AlxGayInzN(其中,0≤x,y,z≤1,x+y+z=1)),含有氮的化合物晶体、蓝宝石、碳化硅或砷化镓构成的基板上,使上述第一半导体层生长。

本发明的氮化物半导体元件的优选为包括:由第一氮化物半导体构成的第一半导体层;小面形成层,该小面形成层形成于第一半导体层的主面上,由含有铝且在其顶面上具有不同的多个小面的第二氮化物半导体构成;第二半导体层,该第二半导体层由通过生长方式形成于上述小面形成层上的第三氮化物半导体构成;第三半导体层,该第三半导体层通过生长方式形成于上述第二半导体层上,由铝的组成较大的第四氮化物半导体构成;在上述第一半导体层和上述第二半导体层中,与主面平行的面内的晶格常数相互不同,上述第二半导体层的晶格常数实质上与第三半导体层中的大块(bulk)状态的晶格常数实质上一致。

根据本发明的氮化物半导体元件,由于第二半导体层的晶格常数实质上与第三半导体层的大块状态的晶格常数一致,故即使在使第三半导体层的厚度较大的情况下,仍不在第三半导体层中,产生裂缝。

本发明的氮化物半导体元件的优选为,在上述第二半导体层上,还包括由第五氮化物半导体构成的活性层;在上述小面形成层的能隙的值小于与由上述活性层振荡的发光波长相对应的能量。

在本发明的氮化物半导体元件中,优选为工作电流不流过上述小面形成层。

在本发明的氮化物半导体元件中,优选为上述多个小面中的一个面方位为(0001)面,其它的面方位为{1-101}面,或{1-102}面。

在本发明的氮化物半导体元件中,优选为上述第一半导体层通过在由氮化铝镓铟(AlxGayInzN(其中,0≤x,y,z≤1,x+y+z=1)),含有氮的化合物结晶体、蓝宝石、碳化硅或砷化镓构成的基板上生长而形成。

附图说明

图1(a)为表示本发明的第一实施例的氮化物半导体激光元件的结构剖视图;图1(b)为表示本发明的第一实施例的氮化物半导体激光元件活性层的局部的结构剖视图;图1(c)为表示本发明的第一实施例的氮化物半导体激光元件的p型超晶格包覆层的局部结构剖视图;图2(a)~图2(d)为表示本发明的第一实施例的氮化物半导体激光元件中的小面形成层的制造方法的工序顺序的结构剖视图;图3为表示本发明的原理的曲线图,其为表示第一氮化镓或在由蓝宝石构成的基板上生长的氮化镓的a轴晶格常数,与由和晶格常数实现晶格匹配的氮化铝镓构成的半导体层中的Al组成之间的关系的曲线图;图4为表示本发明的第一实施例的一个变形实例的氮化物半导体激光元件的结构剖视图;图5为表示本发明的第二实施例的氮化物半导体激光元件的结构剖视图;图6(a)~图6(c)为表示本发明的第二实施例的氮化物半导体激光元件中的小面形成层、选择生长层和横向生长层的制造方法的工序顺序的结构剖视图;

图7为表示本发明的第二实施例的第一变形实例的氮化物半导体激光元件的结构剖视图;图8(a)~图8(c)为表示本发明的第二实施例的第二变形实例的氮化物半导体激光元件的小面形成层、选择生长层和横向生长层的制造方法的工序顺序的结构剖视图;图9为表示本发明的第三实施例的氮化物半导体激光元件的结构剖视图;图10(a)~图10(c)为表示的本发明的第三实施例的氮化物半导体激光元件中的横向生长层、小面形成层和选择生长层的制造方法的工序顺序的结构剖视图;图11为表示本发明的第三实施例的一个变形实例的氮化物半导体激光元件的结构剖视图;图12为表示现有的氮化物半导体激光元件的结构剖视图。

具体实施形式第一实施例下面参照附图,对本发明的第一实施例进行描述。

图1(a)表示本发明的第一实施例的氮化物半导体的剖面结构。

如图1(a)所示的那样,比如,在由氮化镓(GaN)构成的基板11上,形成小面形成层12,该小面形成层12由氮化铝镓铟(AlxGayInzN(其中,0<x≤1,0≤y,z≤1,x+y+z=1)构成。在小面形成层12上,按照顺序生长的方式形成有由未掺杂的GaN构成的选择生长层13;由以比如硅(Si)为掺杂剂的n型GaN构成的n型接触层14;由n型Al0.07与Ga0..93构成的n型包覆层15;由n型GaN构成的n型光导层16;多重量子阱(MQW)活性层17;由以比如镁(Mg)为p型掺杂剂的p型Al0.14Ga0.86N构成的电流阻挡层18;由p型GaN构成的p型光导层19;p型超晶格包覆层20;由p型GaN构成的p型第二接触层21;p型第一接触层22,该p型第一接触层22由按照比p型第二接触层21高的浓度,进行掺杂处理的p型GaN构成。

MQW活性层17如图1(b)所示的那样,由相应的厚度约为3nm的氮化镓铟(Ga0.9In0.1N)构成的3层阱层17a,与由相应的厚度约为6nm、形成于各阱层17a之间的4层的GaN构成的势垒层17b构成。

p型超晶格包覆层20如图1(c)所示的那样,以由相应的厚度约为2.5nm,由p型氮化铝镓(Al0.14Ga0.86N)构成的第一层20a,与由GaN构成的第二层20b为1个周期,按照140个周期的量层叠,总厚度约为700nm。在这里,在第一层20a和第二层20b中,第一层20a为p型的半导体,但是并不限于此,可至少将一方作为p型。另外,p型掺杂剂采用镁。

在n型接触层14中,从p型第一接触层22,对n型接触层14的顶部进行蚀刻,使其一部分露出,在该露出面上,形成有由比如钛(Ti)和铝(Al)的层叠体构成的n侧电极23。

另外,按照在MQW活性层17上,形成条带状的共振器结构的方式,进行蚀刻直至p型第一接触层22,p型第二接触层21和p型超晶格包覆层20的顶部,形成脊部10。

在脊部10的顶面按照在3μm~5μm左右的宽度残留,并且,延伸到脊部10和n型接触层14的台面状的半导体层的两侧面通过如由氧化硅(SiO2)构成的保护绝缘膜24进行覆盖。

p型第一接触层22的顶面中的相对保护绝缘膜24的露出区域为激光元件的电流注入区域,在脊部10的顶面和两侧面,按照与该电流注入区域连接的方式,形成由比如镍(Ni)和金(Au)的层叠体构成的p侧的电极25。

另外,由于在电流阻挡层18中,Al的组成为0.14,大于p型超晶格包覆层20中的Al的平均组成为0.07,故电流阻挡层18的禁带宽度大于包覆层20的禁带宽度。由此,电流阻挡层18用作防止从n型接触层14注入的电子未注入到活性层17中,而泄漏到p型光导层的势垒层。

下面通过图1(a)和图2(a)~图2(d),对如上述那样构成的氮化物半导体激光元件的制造方法进行描述。

在这里,晶体生长方法的一个实例采用MOVPE法。氮化物半导体的生长压力可为小于大气压(latm)的减压状态、等于大气压的常压状态、或高于大气压的加压状态的任何一种,另外,也可变为适合各半导体层的压力。另外,将含有镓等的III族的原料气体导入基板11上的载气采用至少由氮(N2)或氢(H2)构成的惰性气体。

首先,如图2(a)所示的那样,在MOVPE装置的反应室中,放入主面的面方位上具有(0001)面(=C面)的氮化镓(GaN)构成的基板11。然后,使生长温度约为550℃,在基板11上,导入作为镓源的三甲基镓(TMG)、作为铝源的三甲基铝(TMA)和作为铟源的三甲基铟(TMI),以及作为氮源的氨(NH3),在基板11的主面上,生长由AlGaInN构成的小面预(pre-facet)形成层12A。在这里,由于在小于使普通的氮化物半导体生长的1000℃的生长温度的550℃的温度下,生长小面预形成层12A,故小面预形成层12A的结晶性是不充分的,同样对于其表面形态方面来说,凹凸形状显著。但是,小面预形成层12A生长于由GaN构成的基板11上,故不呈多晶体状。

接着,如图2(b)所示的那样,在使生长温度约上升到1120℃,并且使作为氮源的氨(NH3)与作为载气的氢(H2)和氮(N2)的比为1∶1∶1,或2∶2∶1的条件下,对小面预形成层12A进行热处理,由此,在小面预形成层12A上,产生晶格的再排列。通过该再排列,小面预形成层12A的表面变为小面形成层12,该小面形成层12具有与基板面平行的一个小面(0001)面),和相对该基板面倾斜的另一小面({1-101}面或{1-102}面)。通过这样的面方位,小面形成层12的表面呈多个六边锤体,或六边锤台状的凹凸状。另外,在小面形成层12的厚度可为能够形成六边称体,或六边锤台的厚度,在第一实施例中,其为50nm左右。另外,作为小面形成层12的组成的一个实例,如果其为Al0.1Ga0.9N,则该膜厚和组成的情况的加热处理时间优选为数分钟。另外,小面形成层12的Al组成x优选在0<X<0.2的范围内,如果X=0,则难以产生上述的小面,另外,如果X≥0.2,则小面形成层12的导电性变差。

接着,如图2(c)所示的那样,使生长温度约为1100℃,将作为镓源的TMG和氮源的氨导入到基板11上,由此,在小面形成层12上,生长由氮化镓构成的选择生长层13。此时,该选择生长层13从形成于小面形成层12的表面上的、相对基板面倾斜的{1-101}面或{1-102}面,沿横向生长。而且,选择生长层13生长直至其表面平坦,获得图2(d)所示的状态。此时的选择生长层13的生长温度不限于1100℃,还依赖于生长环境的压力,可在900℃~1300℃的范围内。

然后,如图1(a)所示的那样,在选择生长层13上,依次生长n型接触层14、n型包覆层15、n型光导层16、MQW活性层17、p型覆盖层18、p型光导层19、p型超晶格包覆层20、p型第二接触层21、以及p型第一接触层22。此时,从选择生长层13到第一接触层22的各半导体层在C面内,按照a轴晶格常数分别实现晶格匹配的方式进行晶体生长。

在这里,MQW活性层17的生长温度为780℃,以便容易在晶体中获得铟原子(In)。

另外,在本申请的说明书中,如p型超晶格包覆层20那样,半导体层采用超晶格结构的情况的晶格常数为构成超晶格结构的各层的晶格常数的平均值。另外,在本申请说明书中,“实质的晶格匹配”指在将具有不同的主体晶格常数的半导体层层叠的情况,因应力而晶格变形,新定义的晶格常数的差在±0.5%以内的状态。在这里,主体晶格常数指未从基板等接收热应变的主体(bulk)本来的晶格常数。

然后,通过将比如氯(Cl2)气用作蚀刻气体的干式蚀刻,在p型第一接触层22、p型第二接触层21、以及p型超晶格包覆层21的顶部,形成脊部10。接着,从p型超晶格包覆层21的底部,到n型接触层的顶部,按照含有脊部10的方式进行干式蚀刻处理,将n型接触层14露出。

之后,通过CVD法等,在脊部10的侧面和其下方的层叠体的侧面,按照在p型第一接触层22的顶面,具有宽度在3~5μm左右的条带状的开口部,并且在n型接触层14的露出面上,具有适合的开口部的方式堆积保护绝缘膜24。

接着,通过蒸镀法等,按照含有保护绝缘膜24中的脊部10的开口部的方式形成p侧电极25,接着,在n型接触层14中的保护绝缘膜24的露出部分上,形成n侧电极23。另外,p侧电极25和n侧电极23的形成顺序没有关系。

然后,按照共振器端面露出的方式,将基板11劈开,获得图1(a)所示的半导体激光元件。

如果在已获得的半导体激光元件的p侧电极25与n侧电极23之间施加电压,则朝向MQW活性层17,从p侧电极25注入空穴,从n侧电极23,注入电子。确认已注入的空穴和电子在MQW活性层17中,产生增加,在波长为405nm的情况下,产生激光振动。

下面对设置有小面形成层12的技术背景及其功能进行描述。

小面形成层的技术背景图3表示在氮化镓(GaN)或由蓝宝石构成的基板上生长的氮化镓中的a轴晶格常数,与由和该晶格常数实现晶格匹配的氮化铝镓(AlGaN)构成的半导体层的Al组成之间的关系。

如图3所示的那样,由GaN构成的基板为预先自立(prestanding)状态的主体晶体,其a轴晶格常数为3.189。于是,以Ga基板作为基底层而生长的AlGaN层不可能在相对GaN基板不产生晶格变形的状态实现晶格匹配。

与此相对,由于蓝宝石的热膨胀系数大于GaN的热膨胀系数,以蓝宝石基板作为基底层而生长的GaN层的晶格常数在C面内,受到压缩变形,由此,a轴晶格常数缩小。另外,氮化镓的热膨胀系数为5.59×10-6/K,蓝宝石的热膨胀系数为7.5×10-6/K。

本申请的发明人在氮化物半导体的生长用基板采用由与所生长的半导体不同的材料构成的异种基板(比如,蓝宝石)的情况,与在采用通过相同种类的材料构成的同种基板(比如,氮化镓)的情况,反复进行了各种分析,其结果是,获得下述的观点。

首先,获得下述第一观点,即,作为异种基板的、在蓝宝石基板上生长而压缩的GaN的轴晶格常数敏感地依赖于使氮化镓(GaN)类半导体生长的MOVPE装置中的生长条件,比如,基板温度、载气的气体种类、生长压力、气体的流速和气体温度、以及已生长的GaN的结晶性。

比如,如果将基板温度充分地提高到1100℃左右,使原料气体的温度为1020℃,使蓝宝石基板充分地发生热膨胀,则GaN层的a轴进一步受到压缩。另外,氮化镓(GaN)与氮化铝(AlN)的a轴晶格常数分别为3.189、3.112,如人们熟知的那样,在氮化镓中添加铝,由此,对应已添加的Al的组成,晶格常数减小。

于是,得到下述观点,即,通过使这些生长条件最适化,由蓝宝石基板压缩的GaN层的a轴晶格常数换算为氮化铝镓中的Al组成,可在相当于在0~10%左右的主体晶格常数的范围内调整。

于是,在蓝宝石基板上,形成由氮化镓类半导体构成的激光器结构的情况下,通过调整GaN层的生长条件,缩小该GaN层的a轴晶格常数,可在实质上没有变形的情况下,与由AlGaN构成的半导体层的大块状态的a轴晶格常数实现晶格匹配。

当然,即使在代替GaN层,在蓝宝石基板上生长AlGaInN层的情况下,与GaN层相同,AlGaInN层因蓝宝石基板,发生压缩变形,其a轴晶格常数缩小。其结果是,与GaN层相同,通过调整生长条件,以及Al和In的各组成,可使AlGaInN层实质上与由AlGaN构成的半导体层的a轴晶格常数实现晶格匹配。

另外,在代替蓝宝石、由氮化硅(SiC)或硅(Si)构成的基板上,形成通过氮化镓类半导体构成的激光器结构的情况下,由于氮化硅或硅的热膨胀吸收小于GaN的热膨胀吸收,故知道与蓝宝石的情况相反,在C面内,发生拉伸变形,a轴晶格常数增加。另外,碳化硅的热膨胀系数为4.2×10-6/K,硅的热膨胀系数为3.59×10-6/K。

如这样,在GaN层发生拉伸变形的情况下,通过调整GaN层的生长条件,GaN层的a轴晶格常数的增加量减小,可在实质上没有变形的情况下,与由AlGaN层构成的半导体层的大块状态的a轴晶格常数实现晶格匹配。当然,即使在AlGaInN层在由氮化硅或硅构成的基板上生长的情况下,仍获得相同的效果。

此外,显然,“与AlGaN层实质上实现晶格匹配”指晶格常数可尽可能地接近。另外,AlGaN层在比如激光器结构中,以禁带宽度大于活性层,并且折射率小于活性层,而且,必须要求较大的膜厚的包覆层为对象。

与此相对,在作为同种基板的、由氮化镓(GaN)构成的基板上生长的GaN层上,生长由主体晶格常数小于GaN的由AlGaN构成的半导体层的情况下,如人们熟知的那样,Al组成越大,晶格变形越大,裂缝和缺陷增加,难于获得不产生裂缝的激光器结构。

小面形成层的功能在第一实施例中,如前述那样,在由GaN构成的基板11上,在550℃程度的生长温度下,使比如由Al0.1Ga0.9N形成的小面预形成层12A生长,然后,在1120℃的温度下且在含有氨与氢的环境下,进行热处理。另外,此时的环境中的氢的分压设定为比如高于或等于由氮构成的载气的分压的值。

通过该热处理,在小面预形成层12A上,产生晶格的再次排列,在其表面上,形成具有比如与(0001)面和{1-101}面或{1-102}面不同的面方位的小面形成层12。该小面形成层12构成下述的基底层,该基底层具有与由AlGaN形成的比如n型包覆层14相同的a轴晶格常数,用于获得由GaN形成的选择生长层13。

本申请发明人获得下述第二观点,即,由于从相对小面形成层12中的C面倾斜的小面,有选择地使横向生长开始,故与选择生长层13中的C面平行的面内的晶格常数因生长时的应力而减小,a轴晶格常数减小。具体来说,为下述的观点,即,可进行GaN层(选择生长层13)的生长,该GaN层具有与在上述的蓝宝石基板上生长后,受到压缩的GaN层等同的a轴晶格常数,即,换算为AlGaN层的Al组成后相当于0%~10%的主体晶格常数。

换言之,通过夹设小面形成层12,由GaN构成的基板11的晶格常数,与在该基板11上生长的GaN层(选择生长层13)的基板面平行的面内的晶格常数(a轴晶格常数)可具有不同的值。

由此,可实质上使GaN层(选择生长层13),与在其上生长的AlGaN层(n型包覆层14和p型晶格包覆层20)晶格匹配,可通过晶体生长,获得不产生裂缝的激光器结构。

另外,由于通过相对小面预形成层12A,在其生长温度以上的温度下进行的热处理,还减小了小面预形成层12A本身的晶体缺陷,其结果是,小面形成层12的结晶性提高,且还可提高在其上生长的选择生长层13和各半导体层的结晶性。

在第一实施例中,根据第二观点,在由GaN构成的基板11上,形成由AlGaInN形成的、具有面方位与基板面不同的小面的小面形成层12,将已形成的小面形成层12作为基底层,在其上,使由GaN构成的选择生长层13生长,由此,使该选择生长层13的a轴晶格常数实质上与n型包覆层14和p型超晶格包覆层20的各a轴晶格常数实现晶格匹配。

通过该结构,在第一实施例的半导体激光元件中,可获得在基板11上的外延生长层的整个范围内不产生裂缝,并且平坦的生长表面。其结果是,激光振荡时的阈值电流密度小于现有实例的半导体激光元件,并且制造时的产品合格率也进一步提高。

由此,在其上,第一实施例的小面形成层12设置于基板11和选择生长层13之间,与现有实例的裂缝抑制层103设置于n型接触层102和n型超晶格包覆层104之间的方案不同。由此,现有实例的裂缝抑制层103位于电流通路中,但是,由于第一实施例的小面形成层12设置于从电流通路离开的位置,故即使在小面形成层12中产生缺陷,该缺陷也不伴随电流而增加。另外,由于该小面形成层12设置于与MQW活性层17、n型光导层16和p型光导层19离开的位置,故不对各半导体层16、17、19的光学特性造成不利影响。其结果是,可实现反耐压特性的提高,高输出动作时的寿命延长,以及产品合格率的提高。

第一实施例的一个变形实例下面参照附图,对本发明的第一实施例的一个变形实例进行描述。

图4表示本发明的第一实施例的一个变形实例的氮化物半导体激光元件的剖视结构。在图4中,对于与图1(a)所示的结构部件相同的结构部件,赋予相同的标号,省略对其的描述。

如图4所示的那样,在本变形实例中,改变由未掺杂的氮化镓(GaN)构成的基板11,采用由添加有比如硅(Si)、锗(Ge)或氧(O)等的n型掺杂剂的n型的氮化镓构成的、具有导电性的n型基板31。

本变形实例的半导体激光元件的制造方法是这样的,在n型基板31上,形成由添加有Si等的n型AlGaInN构成的n型小面形成层32,在已形成的n型小面形成层32上,形成由n型GaN构成的选择生长层13。接着,在选择生长层13上,依次生长从n型包覆层14,到p型第一接触层22的各半导体层。

由于本变形实例采用具有导电性的n型基板31,故不必使n型接触层14生长,另外,也无需使n型接触层14露出的蚀刻工序。

代替该方式,n侧电极23形成于n型基板31中的小面形成层32的相反侧的面上。由此,p侧电极25和n侧电极23按照相互面对的方式设置,注入到激光元件中的电流基本呈直线地流过激光元件,产生激光振荡。

通过在形成n型小面形成层32时进行生长温度以上的热处理,可提高n型小面形成层32的结晶性,由此,可确认为能充分抑制因n型小面形成层32而产生的泄漏电流,另外,可提高产品合格率。

另外,通过调整其Al组成、Ga组成和In组成,使第一实施例的小面形成层12和本变形实例的n型小面形成层32中的禁带宽度小于MQW活性层17的禁带宽度,由此,小面形成层12和n型小面形成层32可吸收从MQW活性层17释放的自然释放光。其结果是,由于从基板11,或n型基板31的内面释放的自然释放光受到抑制,故可减小设置于半导体激光元件的周围的电子元件或电子装置中产生的、该自然释放光造成的杂音。

第二实施例下面参照附图,对本发明的第二实施例进行描述。

图5表示本发明的第二实施例的氮化物半导体激光元件的剖面结构。在图5中,与图1(a)所示的结构部件相同的结构部件,采用同一标号,省略对其描述。

如图5所示的那样,第二实施例的半导体激光元件,在由AlGaInN构成的小面形成层12上,通过生长方式形成具有由呈条带状延伸的多个凹部41a的AlGaInN构成的选择生长层41。在选择生长层41中的凹部41a的底面和壁面上,形成由比如氮化硅(SiNx)构成的掩膜42。

在选择生长层41中的从掩膜42的露出面上,通过生长的方式,形成由GaN构成的横向生长层43,在该横向生长层43上,与第一实施例相同,通过生长方式,依次形成从n型接触层14到p型第一接触层22。

在第二实施例中,在小面形成层12上,形成选择生长层41,该生长生长层41具有可实现公知的选择的横向生长(epitaxial lateralovergrowth:ELOG)的凹部41a,将已形成的选择生长层41作为基底层,形成横向生长层43。由此,与第一实施例的半导体激光元件相比较,通过大幅度地减小外延式半导体层的晶体缺陷,实现半导体激光元件的高可靠性。

下面参照图6(a)~图6(c),对如上述那样构成的氮化物半导体激光元件的制造方法中的、直至选择生长层的制造方法进行描述。

首先,如图6(a)所示的那样,通过MOVPE法,在由GaN构成的基板11上,使生长温度约为550℃,导入作为III族源的TMG、TMA和TMI以及作为V族源的NH3,在基板11的主面上,使由AlGaInN构成的小面预形成层生长。接着,在使基板温度上升到约1120℃,并且作为氮源的氨与作为载气的氢和氮的比为1∶1∶1,或2∶2∶1的条件下,对小面预形成层,进行数分钟的热处理,由此,形成在顶面上具有与基板面平行的小面和相对该基板面倾斜的小面的小面形成层12。

接着,生长温度约为1100℃,使将小面形成层12作为基底的AlGaInN所构成的选择生长层41生长。此时,由于选择生长层41从不同于小面形成层12的基板面(C面)的小面生长,故其a轴晶格常数小于基板11的a轴晶格常数。

然后,采用光刻法,在选择生长层41上,形成抗蚀图案(图中未示出),该抗蚀图案分别具有按照宽度约为3μm,并且以相邻之间约为12μm的间距并行地延伸的条带状图案。在这里,条带延伸的方向为比如晶带轴的<1-100>的方向。接着,以已形成的抗蚀图案作为掩模,对选择生长层41,进行干式蚀刻,由此,在选择生长层41的顶部,形成多个凹部41a和通过由该凹部41a夹持的区域形成的多个条带状的凸部。接着,通过比如ECR溅射法,在形成有凹部41a的选择生长层41上含有抗蚀图案和凸部的整个表面,堆积由氮化硅形成的掩膜42。然后,将抗蚀图案脱离,去除选择生长层41的凸部上的掩膜42,由此,将该凸部的顶面露出,获得图6(b)所示的状态。

接着,如图6(c)所示的那样,再次通过MOVPE法,使生长温度为1000℃,通过将TMG与NH3导入选择生长层41上的选择横向生长,将该选择生长层41中的凸部的露出面作为种晶体,在其上,生长由厚度约为3μm的GaN构成的横向生长层43。

然后,如图5所示的那样,与第一实施例相同,在横向生长层43上,使从n型接触层14至p型第一接触层22生长。接着,进行形成脊部10的干式蚀刻和使n型接触层14露出的干式蚀刻处理,形成保护绝缘膜24,然后,依次形成p侧电极25和n侧电极23。

另外,横向生长层43采用GaN,但是也可采用AlGaInN。但是,在采用AlGaInN的情况下,必须按照横向生长层43的a轴晶格常数和n型包覆层15的a轴晶格常数实质上一致的方式调整Al和In的相应组成。

第二实施例的第一变形实例下面参照附图,对本发明的第二实施例的第一变形实例进行描述。

图7表示本发明的第二实施例的第一变形实例的氮化物半导体激光元件的剖面结构。在图7中,与图5所示的结构部件相同的结构部件,采用同一标号,省略对其描述。

如图7所示的那样,在第一变形实例中,改变由未掺杂的GaN形成的基板11,采用由添加有比如Si、Ge、O等的n型掺杂剂的n型氮化镓构成的、具有导电性的n型基板31。

第一变形实例的半导体激光元件的制造方法是这样的,在n型基板31上,形成由添加有Si等的n型AlGaInN构成的n型小面形成层32,在已形成的n型小面形成层32上,生长由n型AlGaInN构成的选择生长层41。接着,在选择生长层41上,有选择地形成条带状的凹部41a,另外,在凹部41a中形成掩膜42之后,从选择生长层41,有选择地使由n型GaN构成的横向生长层43生长。接着,依次生长从n型包覆层14到p型第一接触层22的各半导体层。

由于第一变形实例采用具有导电性的n型基板31,故无需使n型接触层14露出的蚀刻工序。

代替该方式,n侧电极23形成于n型基板31中的小面形成层32的相反侧的面上。由此,p侧电极25和n侧电极23按照相互面对的方式设置,注入到激光元件中的电流基本呈直线地流过激光元件,产生激光元件振荡。

确认有下述情况,即,通过在形成n型小面形成层32时进行生长温度以上的热处理,n型小面形成层32的结晶性提高,对n型小面形成层32的泄漏电流进行充分抑制,另外,制造时的产品合格率也提高。

另外,通过调整其Al组成、Ga组成和In组成,使第二实施例的小面形成层12和第一变形实例的n型小面形成层32中的禁带宽度小于MQW活性层17的禁带宽度,由此,小面形成层12和n型小面形成层32可吸收从MQW活性层17释放的自然释放光。其结果是,由于从基板11,或n型基板31的内面释放的自然释放光受到抑制,故可减小设置于半导体激光元件的周围的电子元件或电子装置中产生的、该自然释放光造成的杂音。

此外,设置于选择生长层41上的掩膜42采用氮化硅,但是不限于此,如果氮化物半导体为不在其上实质上结晶生长的材料,则也可为比如氧化硅(SiO2)或硅(Si)。

第二实施例的第二变形实例下面参照附图,对本发明的第二实施例的第二变形实例进行描述。

下面参照图8(a)~图8(c),对本发明的第二实施例的第二变形实例的氮化物半导体激光元件的制造方法中的、直至横向生长层的制造方法进行描述。

首先,如图8(a)所示的那样,在基板11的主面上,形成小面形成层12,然后,在已形成的小面形成层12上,使选择生长层41生长。

接着,如图8(b)所示的那样,通过光刻法,形成条带状的抗蚀图案(图中未示出),将已形成的抗蚀图案作为掩模,在选择生长层41的顶部,形成具有基本与基板面垂直的壁面的多个凹部41b。然后,将抗蚀图案去除,然后,将由氮化硅形成的掩膜42堆积于选择生长层41的顶面和凹部41b的底面上。此时,凹部41b的壁面处于露出的状态。

然后,如图8(c)所示的那样,从选择生长层41中的凹部41b的壁面,有选择地生长横向生长层43,减小其晶体缺陷。

另外,作为第三变形实例,在第二实施例和其各变形实例中,也可采用在凹部41a,41b上,不设置掩膜42的方案。

此外,作为第四变形实例,也可在选择生长层41的顶面上,不设置凹部41a,41b,形成具有条带状的开口部的掩膜42,接着,有选择地从选择生长层41中的掩膜42的露出面,使横向生长层43生长,减小该横向生长层43的晶体缺陷。

第三实施例下面参照附图,对本发明的第三实施例进行描述。

图9表示本发明的第三实施例的氮化物半导体激光元件的剖面结构。在图9中,与图5所示的结构部件相同的结构部件,采用同一标号,省略对其描述。

在第二实施例中,在基板11上,形成小面形成层12,然后,采用ELOG法,形成横向生长层43,但是,在第三实施例中,在由GaN形成的基板11上,形成ELOG法的横向生长层43,接着,在该横向生长层43上,形成小面形成层12。

如图9所示的那样,在基板11的顶部,形成条带状的凹部11a,在凹部11a的底面和壁面上,形成掩膜42。同样在这里,条带所延伸的方向为比如晶带轴的<1-100>。

第三实施例的横向生长层43从基板11中的掩膜42之间的凸部的顶面,有选择地生长。于是,生长于横向生长层43上的小面形成层12的结晶缺陷进一步减小。

下面参照图10(a)~图10(c),对如上述那样构成的氮化物半导体激光元件的制造方法中的、直至第二选择生长层的制造方法进行描述。

首先,如图10(a)所示的那样,采用光刻法,在由氮化镓(GaN)构成的基板11上,形成抗蚀图案(图中未示出),该抗蚀图案分别按照宽度约为3μm,相邻之间的间距约为12μm,并行地延伸。接着,将已形成的抗蚀图案作为掩模,对基板11,进行干式蚀刻处理,由此,在基板11的顶部,形成多个凹部11a和通过由该凹部11a夹持的区域形成的多个条带状的凸部。然后,通过比如ECR溅射法,在形成有凹部11a的基板11上含有抗蚀图案和凸部的整个表面,堆积由氮化硅形成的掩膜42。然后,将抗蚀图案脱离,去除基板11的凸部上的掩膜42,由此,露出该凸部的顶面。

接着,如图10(b)所示的那样,通过MOVPE法,使生长温度为1000℃,通过将作为III族源的TMG与作为V族源的NH3导入基板11之上的选择横向生长,将该基板11中的凸部的露出面作为种晶体,在其上,生长由厚度约为3μm的GaN构成的横向生长层43。

然后,如图10(c)所示的那样,使生长温度约为550℃,导入作为III族源的的TMG、TMA和TMI,以及作为V族源的NH3,在横向生长层43上,使由AlGaInN构成的小面预形成层生长。接着,在使基板温度上升到约1120℃,并且作为氮源的氨与作为载气的氢和氮的比为1∶1∶1,或2∶2∶1的条件下,对小面预形成层,进行数分钟的热处理,由此,形成在顶面上具有与基板面平行的小面和相对该基板面倾斜的小面的小面形成层12。

接着,使生长温度约为1100℃,使将小面形成层12作为基底的、由AlGaInN形成的选择生长层13生长。此时,由于选择生长层13从不同于小面形成层12的基板面(C面)的小面实现生长,故其a轴晶格常数小于横向生长层43的a轴晶格常数。

然后,如图9所示的那样,与第一实施例相同,在选择生长成层13上,使从n型接触层14至p型第一接触层22生长。接着,进行形成脊部10的干式蚀刻处理和使n型接触层14露出的干式蚀刻处理,形成保护绝缘膜24,然后,依次形成p侧电极25和n侧电极23。

另外,选择生长层13采用GaN,但是也可采用AlGaInN。然而,在采用AlGaInN的情况下,必须按照选择生长层13的a轴晶格常数和n型包覆层15的a轴晶格常数实质上一致的方式调整Al和In的相应组成。

此外,横向生长层43也可按照第二实施例的第二、第三和第四变形实例相同的方法生长。

第三实施例的一个变形实例下面参照附图,对本发明的第三实施例的一个变形实例进行描述。

图11表示本发明的第三实施例的一个变形实例的氮化物半导体元件的剖面结构。在图11中,与图9所示的结构部件相同的结构部件采用同一标号,故省略对其的描述。

如图11所示的那样,在本变形实例中,改变由未掺杂的GaN构成的基板11,采用由添加有比如Ge或O等n型掺杂剂的n型氮化镓构成的、具有导电性的n型基板31。

在本变形实例的半导体激光元件的制造方法中,在n型基板31的顶部上有选择地形成凹部31a,在形成有凹部31a的n型基板31上,通过选择生长而形成横向生长层43。然后,在横向生长层43上,形成由添加有Si等n型AlGaInN构成的n型小面形成层32,在已形成的n型小面形成层32上,使由n型GaN形成的选择生长层13生长。接着,在选择生长层13上,依次生长从n型包覆层15和p型第一接触层22的各半导体层。

由于本变形实例采用具有导电性的n型基板31,不必生长n型接触层14,另外,也无需使n型接触层14露出的蚀刻工序。

代替该方式,n侧电极23形成于n型基板31中的横向生长层43的相反侧的面上。由此,p侧电极25和n侧电极23按照相互对置的方式设置,注入到激光元件中的电流基本呈直线地流过激光元件,产生激光振荡。

确认有下述情况,即,由于通过在形成n型小面形成层32时进行生长温度以上的热处理,n型小面形成层32的结晶性提高,故对n型小面形成层32的泄漏电流进行充分抑制,另外,制造时的产品合格率也提高。

另外,通过调整其Al组成、Ga组成和In组成,使第三实施例的小面形成层12和本变形实例的n型小面形成层32中的禁带宽度小于MQW活性层17的禁带宽度,由此,小面形成层12和n型小面形成层32可吸收从MQW活性层17释放的自然释放光。其结果是,由于从基板11或n型基板31的内面释放的自然释放光受到抑制,故可减小设置于半导体激光元件的周围的电子元件或电子装置中产生的、该自然释放光造成的杂音。

此外,设置于选择生长层41上的掩膜42采用氮化硅,但是并不限于此,比如,也可采用氧化硅或硅。

另外,在第一~第三实施例和变形实例中,氮化物半导体的生长方法采用MOVPE法,但是并不限于此,本发明可用于氢化物气相生长(HVPE)法,分子束外延系统(MBE)法等能够使氮化物半导体层生长的晶体生长方法。

还有,在由氮化镓(GaN)构成的基板11上,形成由氮化物半导体构成的激光器结构,但是,基板11并限于氮化镓。也可为由比如氮化铝镓(AlGaN)、氮化镓铟(InGaN),或氮化铝镓铟(AlGaInN)等氮化物半导体形成的主体基板。另外,还可将在蓝宝石(单晶体Al2O3)、碳化硅(SiC)、硅(Si),或砷化镓(GaAs)构成的基板上生长的氮化物半导体作为新的基板。即,通过在基板与有源层(激光器结构体)之间,设置小面形成层,可在与基板平行的面内,形成具有不同的晶格常数的第一氮化物半导体晶体层,并且该第一氮化物半导体晶体层,与由在其上通过生长方式形成的第二氮化物半导体晶体层形成的包覆层可实质上实现晶格匹配。

另外,在各实施例和其变形实例中,基板11的主面采用(0001)面(C面),但是如果满足本发明的晶格匹配条件,不限于C面,也可采用相对该C面,沿A面或M面等方向稍稍倾斜的主面的基板。

此外,位于本发明的小面形成层的底侧的第一半导体层,与和在该小面形成层上生长的第二半导体层中的各生长面相平行的面内的晶格常数相互不同的结构不限于氮化镓类半导体。比如,氮化硼(BN)或该BN与AlGaInN的混合晶体等氮化物化合物半导体的全部类型,均有效。

此外,在各实施例和其变形实例中,对作为半导体元件的半导体激光元件的结构和其制造方法进行了说明,但是,不限于发光元件,可广泛地适用于采用氮化物半导体的半导体元件。

Claims (12)

1.一种氮化物半导体,其特征在于,包括:由第一氮化物半导体构成的第一半导体层;小面形成层,该小面形成层形成于所述第一半导体层的主面上,由含有铝的且在其表面上具有面方位互不相同的多个小面的第二氮化物半导体形成;和第二半导体层,该第二半导体层通过以所述小面形成层作为基底层进行生长而形成的第三氮化物半导体构成;所述多个小面中的一个面为与所述第一半导体层的主面平行的面,其它的面为相对所述主面倾斜的面,所述第一半导体层的晶格常数和第二半导体层的晶格常数在与所述主面相平行的面内互不相同,所述小面形成层的表面具有六角锤体或六角锤台状的凹凸形状。
2..根据权利要求1所述的氮化物半导体,其特征在于,所述一个面的面方位为(0001)面,所述其它的面的面方位为{1-101}面或{1-102}面。
3.根据权利要求1所述的氮化物半导体,其特征在于,所述第一半导体层通过在由氮化铝镓铟AlxGayInzN,其中,0≤x,y,z≤1,x+y+z=1、含有氮的化合物晶体、蓝宝石、碳化硅、或砷化镓构成的基板上生长而形成。
4.一种氮化物半导体的制造方法,其特征在于,该方法包括下述工序:第一工序:在由第一氮化物半导体构成的第一半导体层上,在第一温度下,使由含有铝的第二氮化物半导体构成的小面形成层生长;第二工序:通过对所述小面形成层,在含有氨和氢的环境下,以高于所述第一温度的第二温度进行热处理,在所述小面形成层的表面上,形成面方位互不相同的多个小面;第三工序:在进行了热处理的小面形成层上,在高于所述第一温度的第三温度下,使由第三氮化物半导体构成的第二半导体层生长;所述多个小面中的一个面为与所述第一半导体层的主面平行的面,其它的面为相对所述主面倾斜的面,所述第一半导体层的晶格常数和所述第二半导体层的晶格常数在与所述第一半导体层的主面平行的面内互不相同。
5.根据权利要求4所述的氮化物半导体的制造方法,其特征在于,包含于所述环境中的氢的分压,被设定为高于或等于由除该氢以外的惰性气体构成的载气的分压的值。
6.根据权利要求4所述的氮化物半导体的制造方法,其特征在于,所述多个小面中的一个面方位为(0001)面,其它的面方位为{1-101}面或{1-102}面。
7.根据权利要求4所述的氮化物半导体的制造方法,其特征在于:在所述第一工序之前,还包括第四工序,即,在由氮化铝镓铟AlxGayInzN,其中,0≤x,y,z≤1,x+y+z=1、含有氮的化合物晶体、蓝宝石、碳化硅、或砷化镓形成的基板上,使所述第一半导体层生长。
8.一种氮化物半导体元件,该氮化物半导体元件包括:由第一氮化物半导体构成的第一半导体层;小面形成层,该小面形成层形成于第一半导体层的主面上,由含有铝且在其顶面上具有面方位互不相同的多个小面的第二氮化物半导体构成;第二半导体层,该第二半导体层由通过在所述小面形成层上生长而形成的第三氮化物半导体构成;第三半导体层,该第三半导体层通过在所述第二半导体层上生长而形成,由铝的组成比第一氮化物半导体、第二氮化物半导体、第三氮化物半导体中的铝的组成大的第四氮化物半导体构成;所述多个小面中的一个面为与所述第一半导体层的主面平行的面,其它的面为相对所述主面倾斜的面,所述第一半导体层的晶格常数和所述第二半导体层的晶格常数在所述主面平行的面内互不相同,所述第二半导体层的晶格常数与所述第三半导体层中的块体状态的晶格常数一致,所述小面形成层的表面具有六角锤体或六角锤台状的凹凸形状。
9.根据权利要求8所述的氮化物半导体元件,其特征在于,在所述第二半导体层上,还包括由第五氮化物半导体构成的活性层;所述小面形成层的能隙的值小于与由所述活性层振荡的发光波长相对应的能量的值。
10.根据权利要求8所述的氮化物半导体元件,其特征在于,工作电流不流过所述小面形成层。
11.根据权利要求8所述的氮化物半导体元件,其特征在于,所述多个小面中的一个面方位为(0001)面,其它的面方位为{1-101}面或{1-102}面。
12.根据权利要求8所述的氮化物半导体元件,其特征在于,所述第一半导体层通过在由氮化铝镓铟AlxGayInzN,其中,0≤x,y,z≤1,x+y+z=1、含有氮的化合物晶体、蓝宝石、碳化硅、或砷化镓形成的基板上生长而形成。
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