JP2007180142A

JP2007180142A - 窒化物系半導体素子及びその製造方法

Info

Publication number: JP2007180142A
Application number: JP2005374565A
Authority: JP
Inventors: Akira Saeki; 亮佐伯
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-12-27
Filing date: 2005-12-27
Publication date: 2007-07-12
Also published as: US20070290203A1

Abstract

【課題】高電気伝導度を有する結晶基板を備えた窒化物系半導体素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】ｎ型酸化亜鉛からなる第１の基板と、前記第１の基板上に設けられた窒化物系半導体からなるｐ型低抵抗層と、前記ｐ型低抵抗層上に成長され、窒化物系半導体からなる積層体と、を備え、前記第１の基板と前記ｐ型低抵抗層とは実質的にオーミックコンタクトを形成することを特徴とした窒化物系半導体素子が提供される。
【選択図】図１

Description

本発明は、窒化物系半導体素子及びその製造方法に関する。

白色半導体発光素子や大電力用素子の材料としては、バンドギャップが大である窒化物系半導体が適している。窒化物系半導体は、融点が極めて高く、窒素の平衡蒸気圧も極めて高いため、融液からのバルク結晶の成長が困難である。従って、エピタキシャル膜を成長させる場合の基板として単結晶窒化物を用いることが容易ではない。そこで、サファイヤ、炭化珪素（ＳｉＣ）などからなる異種基板上にエピタキシャル成長させる構造及び製造方法が一般的に用いられている。

この場合、例えば窒化ガリウム系半導体の積層体が、サファイヤ基板上にＭＯＣＶＤ（metal-organic chemical vapor deposition）法などを用いて成長される。サファイヤ基板は絶縁性である。従って、半導体素子の基板側電極は、積層体の上または横方向から引き出す必要がある。この電流経路を構成する積層体の厚みは、通常数マイクロメータ以下であるので、シート抵抗値が高くなる。この結果、半導体素子の動作電圧が高くなる。また、電極形成工程が複雑であると共に、素子のサイズが大となる。

窒化物系半導体の積層体を成長するための基板として、高電気伝導度とすることが可能な炭化珪素（ＳｉＣ）または酸化亜鉛（ＺｎＯ）を用いる技術開示例がある（特許文献１）。ところが、照明用途としては、数百ミリアンペア以上の電流で駆動できる半導体発光素子を１０個程度備えた半導体発光装置が必要である。これを実現するには、従来技術と比べてほぼ１０倍以上の電流で駆動する窒化物系半導体発光素子（緑色、青色、紫外線光）が要求される。上述した技術開示例では、これを実現するには不十分である。
特開平１０−３４１０３７号公報

本発明は、高電気伝導度を有する結晶基板を備えた窒化物系半導体素子及びその製造方法を提供する。

本発明の一態様によれば、ｎ型酸化亜鉛からなる第１の基板と、前記第１の基板上に設けられた窒化物系半導体からなるｐ型低抵抗層と、前記ｐ型低抵抗層上に成長され、窒化物系半導体からなる積層体と、を備え、前記第１の基板と前記ｐ型低抵抗層とは実質的にオーミックコンタクトを形成することを特徴とした窒化物系半導体素子が提供される。

また、本発明の他の一態様によれば、ｎ型酸化亜鉛からなる第１の基板と、第２の基板上に成長された窒化物系半導体からなるｐ型低抵抗層とを接着する工程と、前記第２の基板を除去することにより前記ｐ型低抵抗層の主面を露出させる工程と、露出させた前記主面上に、窒化物系半導体からなる積層体を成長する工程と、を備えたことを特徴とする窒化物系半導体素子の製造方法が提供される。

本発明により、高電気伝導度を有する結晶基板を備えた窒化物系半導体素子及びその製造方法が提供される。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態につき説明する。
図１は、本発明の第１の具体例にかかる窒化物系半導体発光素子の模式断面図である。第１の基板であるｎ型ＺｎＯ基板１０上に、ｐ型ＧａＮなどからなる低抵抗層１２（層厚０．２〜５．０マイクロメータ）が形成されている。さらに、ｐ型低低抗層１２の上には、ｐ型ＧａＮ層２０（層厚０．１〜０．４マイクロメータ）、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮからなるｐ型クラッド層２２（層厚０．５〜１．０マイクロメータ）、ＩｎＧａＡｌＮ系ＭＱＷ（Multi Quantum Well）などからなる活性層２４（層厚０．０５〜０．２マイクロメータ）、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮからなるｎ型クラッド層２６（層厚０．５〜１．０マイクロメータ）、ｎ型ＧａＮからなるコンタクト層２８（層厚１．０〜４．０マイクロメータ）などによる窒化物系半導体の積層体２９が成長されている。コンタクト層２８上には第１電極３０、ｎ型ＺｎＯ基板裏面には第２電極３１がそれぞれ設けられている。

第１電極３０への電流経路は、導電型がｎ型であるコンタクト層２８において横方向に広がり、ｎ型クラッド層２６、活性層２４、ｐ型クラッド層２２、ｐ型ＧａＮ層２０、ｎ型ＺｎＯ基板１０を経由して第２電極３１に到達する。活性層２４において、電子とホールとの再結合により発光を生じる。この場合、コンタクト層２８は、面積が小である第１電極３０への電流経路を面積が大である活性層２４へ効果的に広げることが好ましい。

第１具体例において用いられているｎ型ＺｎＯ基板１０のバンドギャップは約３．３７ｅＶであり、そのバンドギャップ波長は約３６８ナノメータである。従って、このバンドギャップ波長以上の発光波長はｎ型ＺｎＯ基板１０内で殆ど吸収されずに、外部へ放射される。波長３６８ナノメータ以上ということは、紫色以上の可視光を全て含むので、この波長帯において高い光取り出し効率が実現できる。

次に、ｐ型低抵抗層１２と第１の基板であるｎ型ＺｎＯ基板１０との接合における作用について説明する。コンタクト層２８は、光の取り出し効率を高めるため比較的小面積である第１電極３０からの注入電流を積層体の横方向へ広げる作用をする。例えば、窒化ガリウム材料においては、Ｍｇ（マグネシウム）などのｐ型不純物が充分には活性化されないのでｎ型と比べて低抵抗とすることが困難になる。従って、コンタクト層２８はｎ型がより好ましい。

そこで、本実施形態においては、活性層２４を挟んで上側にはｎ型クラッド層２６、下側にはｐ型クラッド層２２が配置されている。ｐ型クラッド層２２とｎ型ＺｎＯ基板１０との間には、ｐ型低抵抗層１２が設けられている。このｐ型低抵抗層１２とｎ型ＺｎＯ基板１０とのｐｎ接合が、半導体発光素子を構成するｐｎ接合とは逆の構造となっているにも拘らず、オーミックとなる理由を以下に説明する。

ここで、ｐ型低抵抗層１２としてはｐ型ＧａＮを用いることができる。
図２（ａ）は、接合界面におけるキャリア濃度が１×１０^１８／ｃｍ^３以下の場合のエネルギバンド図である。
ｎ型ＺｎＯ４０及びｐ型ＧａＮ４４のバンドギャップエネルギは３．３乃至３．４ｅＶで非常に近い。熱平衡状態において、フェルミレベル４８が一致するように接合が形成される。伝導帯バンド不連続ΔＥｃ及び価電子帯バンド不連続ΔＥｖは、約０．８ｅＶである。このような比較的大きなバンド不連続であっても、図２に例示されるようにｎ型ＺｎＯ／ｐ型ＧａＮ界面にエネルギスパイクは発生しない。従って、この場合は、一般的なｐｎ接合特性を有し、逆方向へは電流が流れにくい。但し、順方向ではバンド不連続量に対応した分だけ立ち上がり電圧が高い。

また、図２（ｂ）は、接合界面におけるキャリア濃度が５×１０^１８／ｃｍ^３以上の場合のエネルギバンド図である。本図に例示されるように、キャリア濃度が高くなると空乏層幅が小となるためにトンネル電流が大となる。例えば１×１０^１９／ｃｍ^３のキャリア濃度とすると、空乏層幅が２０ナノメータ以下となるので、電圧を印加することなしにキャリアのトンネルを生じる。このようにして、この界面はオーミックコンタクトを形成することができる。

ｎ型ＺｎＯ基板１０上にｐ型低抵抗層１２を積層するには、何通りかの方法があるが、いずれの方法においても結晶成長またはウェーハ接着などを行うための高温工程を経る。この高温工程により、ｐ型低抵抗層１２を構成するＧａＮ，ＩｎＧａＮ，ＩｎＧａＡｌＮ、ＧａＡｌＮからＧａ、Ｉｎ，Ａｌが界面を通過してＺｎＯ層に拡散される。一方、ｎ型ＺｎＯ基板１０を構成するＺｎＯからＺｎが界面を通過してｐ型低抵抗層１２に拡散される。このような高温工程により、上記したオーミックコンタクトを形成できる。なお、製造工程に関しては、後に詳細に説明する。

このように、界面近傍においてｎ型ＺｎＯ基板１０のドナー濃度を５×１０^１８／ｍ^３以上、特には５×１０^１９／ｍ^３以上とすることが好ましい。同様に、ｐ型低抵抗層１２のアクセプタ濃度を５×１０^１８／ｍ^３以上、特には５×１０^１９／ｍ^３とすることが好ましい。

図３は、比較例にかかる異種基板であるサファイヤ基板５０を用いた半導体発光素子の模式断面図である。
サファイヤ基板５０上に、低温成長ＡｌＮバッファ層５２、ｎ型ＧａＮ層５４、ＩｎＧａＡｌＮからなるｎ型クラッド層５６、ＩｎＧａＡｌＮ系ＭＱＷ構造である活性層５８、ＩｎＧａＡｌＮからなるｐ型クラッド層６０、ｐ型ＧａＮ層６２がこの順序で成長されている。ｎ型クラッド層５６から上であり選択的に残された活性層５８を含む領域の上部には、ｐ^＋型ＧａＮコンタクト層６６を介してｐ側電極６８が設けられている。

一方、露出したｎ型クラッド層５６の上部にはｎ側電極６４が設けられる。ｐ側電極６８から注入された電流は、ｐ型ＧａＮ層６２において横方向に広がり、ｐ型クラッド層６０、活性層５８、ｎ型クラッド層５６を経由して、ｎ型ＧａＮ層を横方向に進みｎ側電極６４に到達する。この結果、電子とホールとの再結合により、活性層５８から緑色、青色、紫外線光などが放射される。

サファイヤ基板５０上に成長される窒化ガリウム系半導体の積層体の厚みは数マイクロメータと薄い。したがってこの領域のシート抵抗は高くなり、この積層体とｎ側電極６４との電流経路における直列抵抗値が高くなる。この結果、数百ミリアンペアの大電流時には高温となり発光効率が低下する。同時に、大電流時には電流が積層体のそれぞれの膜の面内で不均一となる傾向であることや、サファイヤ熱伝導率が充分には高くないことから、発光効率が一層低下する。さらに、横方向の電極形成工程は複雑である。

これに対して、図１に例示される第１具体例においては、第２電極３１は、ｎ型ＺｎＯ基板１０の主面のほぼ全面に広げられる。この結果、直列抵抗の低減が可能となり、ＺｎＯの熱伝導率がサファイヤの約１．５倍であることも合わせて、大電流動作が可能となる。さらに、全面電極の形成工程は比較例におけるよりも容易である。結果として、歩留まりが改善され、価格低減が可能となる。

次に、第１具体例におけるｎ型ＺｎＯ基板１０について説明する。半導体発光素子に用いる基板としては、既に説明したように、ＺｎＯのバンドギャップ波長である約３６８ナノメータより長い発光波長に対して光吸収を生じないので、高い取り出し効率が可能である。

また、ＺｎＯはＧａＮと同様、六方晶系ウルツ鉱構造を有しており格子間距離もほぼ等しい。例えば、サファイヤとＧａＮとの格子定数差は１０％以上であるのに対して、ＺｎＯとＧａＮとの格子定数差は４％以下と小さい。従って、結晶歪が低減できて積層体の反りやクラックが防止できる。この結果、ＺｎＯ基板上に設けられた窒化ガリウム系半導体素子の性能向上が可能となる。

さらに、ＺｎＯはサファイヤより熱伝導にすぐれている。すなわち、サファイヤの熱伝導率が０．４Ｗ／（Ｋ・ｃｍ）であるのに対して、ＺｎＯでは０．６Ｗ／（Ｋ・ｃｍ）と約１．５倍である。従って、大電流駆動による照明用途などの高出力半導体発光装置や、大電力用半導体素子に適している。

次に、第１具体例にかかるｎ型ＺｎＯ基板１０上にｐ型低抵抗層１２を形成する製造工程について説明する。この製造工程には、気相成長法またはウェーハ接着法を用いることができる。まず、気相成長法について説明する。
図４は、ｎ型ＺｎＯ基板に気相成長法によりｐ型低抵抗層１２を成長した摸式断面図である。
ｎ型ＺｎＯ基板１０上に、ｐ型低抵抗層１２を成長する。この場合、ｐ型低抵抗層１２としては、ｐ型ＧａＮ，ｐ型ＩｎＧａＮ、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ、ｐ型ＧａＡｌＮなどをＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法により成長する。原料には、アンモニア、ＴＭＩ（Tri-methyl Indium），ＴＭＡ（Tri-methyl Aluminum），ＴＭＧ（Tri-Methyl Gallium），Ｃｐ２Ｍｇなどが用いられ、成長温度は９００〜１，２００℃の範囲が好ましい。このｐ型低抵抗層１２の成長温度は、Ｇａ、Ｉｎ，Ａｌをｎ型ＺｎＯ基板１０側へ拡散させるのに充分である。同様に、この成長温度は、Ｚｎをｐ型低抵抗層１２側へ拡散させるのに充分である。この結果、両者の界面近傍には５×１０^１８／ｍ^３以上のドナー濃度及びアクセプタ濃度の領域が形成できるので、低抵抗かつオーミックであるｐｎ接合が可能となる。

また、ＭＯＣＶＤ法ではなく、ＶＰＥ（Vapor Phase Epitaxy）法によっても成長することも可能である。この場合、ｐ型低抵抗層１２としては、ｐ型ＧａＮ，ｐ型ＩｎＧａＮが好ましい。原料には、アンモニア、Ｇａ、Ｉｎ、塩化水素などが用いられ、成長温度は９００乃至１２００℃の範囲が好ましい。この成長温度は、Ｇａ，Ｉｎをｎ型ＺｎＯ基板１０側へ拡散させるのに充分である。同様に、この成長温度は、Ｚｎをｐ型低抵抗層１２側へ拡散させるのに充分である。この結果、両者の界面近傍には５×１０^１８／ｍ^３以上のドナー濃度及びアクセプタ濃度の領域が形成できるので、低抵抗かつオーミックであるｐｎ接合が可能となる。

さらに、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法によっても多層膜を成長することが可能である。ＩＩＩ族原料には、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｌ、ＴＭＧ，ＴＭＡ、ＴＭＩなどを用いる。Ｖ族の原料には、窒素、ターシャルブチルアミン、ジメチルヒドラジン、アンモニアなどを用いる。ｐ型不純物の原料としては、ＭｇまたはＣｐ２Ｍｇなどを用いる。成長温度は６００乃至９００℃とする。ｎ型ＺｎＯ基板内においてｐ型ＧａＮ層などと接する近傍には５×１０^１８／ｃｍ^３以上の高濃度のＧａやＩｎが拡散して高いドナー濃度のｎ型層ができ、同時にｐ型ＧａＮ層においてｎ型ＺｎＯ層と接する近傍には、５×１０^１８／ｃｍ^３以上の高濃度の亜鉛が拡散して高いドナー濃度のｐ型層ができる。従って、界面近傍ではキャリア濃度の高いｐｎ接合が形成され、界面をキャリアがトンネルすることで低抵抗のオーミックコンタクトが形成できる。

次に、ウェーハ接着法を用いる製造工程について説明する。
図５は、ｎ型ＺｎＯ基板１０上にｐ型低抵抗層１２を形成する製造工程の要部を表わす工程断面図である。
図６は、製造方法の要部を表すフロー図である。
まず、図５（ａ）に表したように、ｎ型ＧａＮのような第２の基板１４上に、ＧａＮ，ＩｎＧａＮ，ＩｎＧａＡｌＮ、ＧａＡｌＮなどからなるｐ型低抵抗層１２を成長する（ステップＳ９０）。この工程には、すでに説明した気相成長法と同様に、ＭＯＣＶＤ法、ＶＰＥ法、またはＭＢＥ法によりを用いることができる。その層厚は、０．２〜５．０マイクロメータの範囲とする。

次に、成長したｐ型低抵抗層１２の表面を、機械的、化学的に、またはその両方を用いて研磨する。そして、第２の基板１４とｐ型低抵抗層１２との界面近傍に、イオン注入装置を用いて、大量の水素イオンＨ^＋を注入する（ステップＳ９２）。この場合、第２の基板１４をのちの工程で除去するので、ｐ型低抵抗層１２をできるだけ多く残すように、水素イオン注入領域１６は第２の基板とｐ型低抵抗層１２との界面近傍でありかつ第２の基板１４側に大部分が含まれるようにするのが好ましい。図５（ｂ）は、イオン注入後の模式断面図である。

ここで、イオン注入条件につき説明する。注入エネルギーが小であると注入層が深くできず、大であると注入ダメージが大となる。そこで、注入エネルギーは、５〜５００ｋｅＶの範囲が好ましい。また、ドーズ量が小であると機械的強度を小とするのが困難であり、大であるとダメージが大となる。そこで、ドーズ量は、５×１０^１５〜１×１０^１９／ｃｍ２の範囲が好ましい。
なお、イオンとしては、水素イオンに限定されず、窒素イオン、酸素イオンなどであってもよい。

次に、第２の基板１４上に設けられたｐ型低抵抗層１２の表面側とｎ型ＺｎＯ基板１０とを、ウェーハ状態で接着する（ステップＳ９４）。この接着工程は、両方のウェーハの接着したい鏡面を表面張力で張り合わせたのち、不活性ガス雰囲気中で加熱することにより行われる。この接着工程は、約６００℃で約１時間行われる。図５（ｃ）は、接着前の両方のウェーハを表わす模式図である。矢印の向きに張り合わせられる。図５（ｄ）は、接着後を表わす模式断面図である。

次に、水素注入領域１６を境目として分離がなされる（ステップＳ９６）。水素が注入された領域はアモルファス的構造となり機械的強度が低下しているので分離が容易である。分離方法としては、熱処理または機械的衝撃を用いることができる。例えば、ウェーハ接着工程における加熱または冷却による自然剥離や、その後の熱処理による剥離を用いることができる。または、側面へのウォータジェットやレーザ照射を用いることもできる。この場合、第２の基板１４とｐ型低抵抗層１２との境界でありｐ型低抵抗層１２側の水素注入領域１６で分離がなされる。図５（ｅ）は、矢印の方向に第２の基板１４の除去後を表わす模式図である。

ｐ型低抵抗層１２が接着されたｎ型ＺｎＯ基板１０は、７００乃至９００℃で約２時間熱処理される。この熱処理温度は、Ｇａ，Ｉｎ、Ａｌをｎ型ＺｎＯ基板１０側へ拡散させるのに充分である。同様に、この温度は、Ｚｎをバッファ層側へ拡散させるのに充分である。この結果、両者の界面近傍には１×１０^１９／ｍ^３以上のドナー濃度及びアクセプタ濃度の領域が形成できるので、低抵抗かつオーミックであるｐｎ接合が実現できる。なお、分離された第２の基板１４は、最初の工程に戻して最利用することができる。さらに、第２の基板としては、ｎ型ＧａＮに限定されず、サファイヤ、ＳｉＣ，ＧａＡｓを用いても良い。

図５（ｆ）は、ｐ型低抵抗層１２上にｐ型ＧａＮ層２０以降活性層２４を含む積層体２９が成長された工程（ステップＳ９８）後における素子の模式断面図である。結晶成長方法としては、ＭＯＣＶＤ法、ＶＰＥ法、ＭＢＥ法、及びそれらの併用方法を用いることができる。続いて、第１電極３０、及び第２電極３１が形成される。このようにしてウェーハ工程が完了し、半導体発光素子の分離工程を行って製造工程が完了する。

次に、第２の基板１４としてサファイヤを用いる場合につき説明する。まず、サファイヤ基板上に、ＧａＮ，ＩｎＧａＮ，ＩｎＧａＡｌＮ，ＧａＡｌＮからなるｐ型低抵抗層１２を層厚０．２〜１０．０マイクロメータで成長する。ｎ型ＧａＮを用いる場合と比較すると、ｐ型低抵抗層１２の厚み上限が２倍である。なお結晶成長法として、ＭＯＣＶＤ法、ＶＰＥ法、ＭＢＥ法、またはそれらを組み合わせた方法を用いることができる。以下、研磨工程乃至熱処理まではｎ型ＧａＮ基板を用いる場合と同様とできる。このようにして、ｎ型ＺｎＯ基板１０上にｐ型低抵抗層１２を形成できる。このあと、窒化物系半導体の積層体２９の成長工程以降を行い、窒化物系半導体発光素子が完成する。

ＳｉＣ基板を用いる工程もサファイヤを用いる場合と同様にできる。さらに、第２の基板としてＧａＡｓを用いる場合には、ＧａＡｓ基板を除去後の熱処理工程温度範囲が、７５０乃至９００℃である点以外はサファイヤを用いる場合と同様にできる。この場合、サファイヤを用いる場合と比較して熱処理温度範囲の下限が５０℃高い。このようにして、ｎ型ＺｎＯ基板１０上にｐ型低抵抗層１２を形成できる。このあと、窒化物系半導体の積層体２９の成長工程以降を行い、窒化物系半導体発光素子が完成する。

ＧａＮ，サファイヤ、ＳｉＣ，ＧａＡｓなどのうちいずれの基板を選択するかは、結晶成長されるｐ型低抵抗層１２の品質、水素イオン注入の容易さ、基板除去工程の容易さなどを考慮して適正に行うことができる。ｎ型ＺｎＯとは線膨張率やヤング率など材料定数が異なるこれらの基板材料から選択できるので、自由度が大きくなる。

図７は、第２の具体例にかかる窒化物系半導体素子の模式断面図である。なお、図１と同様の構成要素には同一番号を付して詳細な説明を省略する。
図５（ｆ）に例示された多層膜の最上層であるｎ型ＧａＮ層２８の上部に厚み数マイクロメータであるＡｕ系金属からなる第１接着電極８０を設ける。なお、本図は、図１１とは上下を逆にしてある。また、第３の基板８４の上部にも厚み数マイクロメータであるＡｕ系金属からなる第２接着電極８２を同様に形成する。第１接着電極８０と第２接着電極８２とは互いに接着されて図７に例示される構造が得られる。第１接着電極８０は、高光反射率と低電気抵抗を実現するために設けられている。本図に例示された矢印は活性層２４からの放射光の一例を表す。第３の基板８４には、第３電極３２が形成される。

第３の基板８４としては、Ｓｉ，ＳｉＣ、Ｃ、ＣｕＷ（銅タングステン），ダイアモンドなどの高熱伝導率材料を用いることが好ましい。

図８は、第１接着電極８０と第２接着電極８２とを接着する工程を説明する模式図であり、図９はその要部を表わす工程フロー図である。
まず第１接着電極８０及び第２接着電極８２がそれぞれの基板上に形成される（ステップＳ１００及びＳ１０２）。続いて、両方の電極表面を表面張力により貼り合わせた後、不活性ガス雰囲気中において約６００℃、約１時間の加熱により接着がなされる（ステップＳ１０８）。

さらに、ｎ型ＺｎＯ基板１０の厚みを低減することもできる。すなわち、ＧａＮのバンドギャップ波長は、ＺｎＯのバンドギャップ波長の３６８ナノメータよりやや小である。ＢＩｎＧａＡｌＮからなる材料もＧａＮに近いバンドギャップ波長を有しているので、その放射光が紫外線光であればＺｎＯ内で減衰して、光取り出し効率が低下する。これを抑制するために、ｎ型ＺｎＯの厚みを低減することは効果が大である（図９において、破線で表されるＳ１０６の工程による）。この場合、機械的及び化学的研磨を用いることができる。また、ＺｎＯは酸類により比較的容易に溶解、除去されるのでウェットエッチングを用いることも可能である。

これらの方法を用いてｎ型ＺｎＯ基板１０の厚みを０〜１５０マイクロメータの範囲で適正に選択することにより、紫外光領域における光取り出し効率が改善できる。
図１０は、ｎ型ＺｎＯ基板１０を全て除去した第２具体例の変形例１である窒化物系半導体発光素子の模式図である。なお、図７と同様の構成要素には同一番号を付して詳細な説明を省略する。

図１１は、第２具体例の変形例２を表す模式断面図である。本図においても、図７と同様の構成要素には同一番号を付して詳細な説明を省略する。本変形例においては、活性層２４からの放射光のうち、下方に向かう光の多くの部分は第１接着電極８０において反射されて側面から外部に取り出される。この場合、さらにｎ型ＺｎＯ基板１０の一表面を粗面化することにより、全反射が抑制されて活性層２４からの放射光がｎ型ＺｎＯ基板１０の主面からより多く外部に取り出される。粗面化の方法としては、粗面化すべき箇所以外をレジストなどにより覆った後、塩酸や酢酸などを含む溶液を用いたエッチング方法を用いることができる。溶液濃度や溶液温度を調整することにより、高低差が０．１乃至１０マイクロメータの範囲の微細な凹凸を形成することができる。

以上、主として窒化物系半導体発光素子に関して説明を行った。しかし、本発明はこれに限定されない。すなわち、広いバンドギャップの利点を生かして高温動作可能なＦＥＴなど電力用半導体素子へも応用可能である。すでに述べたようにＺｎＯの熱伝導率はサファイヤの１．５倍であるので放熱特性が改善でき、一層高温特性にすぐれた窒化物系半導体素子が可能となる。さらに、ＺｎＯが高電気伝導度を有していることにより基板側に電極を設ける構造が可能な点も電力用途に適している。

また、窒化物系半導体の有する高電子飽和速度の利点を生かしたＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）やＨＢＴ（Hetero Bipolar Transistor）など高速半導体素子へも応用可能である。基板側に電極を設ける構造が可能であり、高熱伝導率である事も高速半導体素子に適している。

なお、本明細書において、「窒化物系半導体」とは、Ｂ_ｘＩｎ_ｙＧａ_ｚＡｌ_{１−ｘ−ｙ−ｚ}Ｎ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）なる組成式で表わされる半導体を表し、これに導電型を制御するための不純物を添加したものも含む。

以上、図面を参照しつつ本発明の実施の形態につき説明した。しかし本発明はこれら具体例に限定されるものではない。例えば、窒化物系半導体素子の構成要素である基板、半導体多層膜、電極の形状、サイズ、配置などに関して、さらに製造方法を構成する製造工程の条件に関して当業者が各種の設計変更を行ったものも本発明に包含される。

本発明の第１具体例にかかる窒化物系半導体発光素子の模式断面図である。ｎ型ＺｎＯ／ｐ型ＧａＮ接合のエネルギバンド図である。比較例にかかる半導体発光素子の模式断面図である。第１具体例の製造工程の要部を表わす工程断面図である。第１具体例の製造工程の要部を表わす工程断面図である。第１具体例の製造工程の要部を表すフロー図である。第２具体例にかかる窒化物系半導体発光素子に模式断面図である。Ａｕ系金属からなる接着電極を介してウェーハ接着を行う工程を説明する模式図である。ウェーハ接着工程のフロー図である。第２具体例の変形例１の模式断面図である。第２具体例の変形例２の模式断面図である。

符号の説明

１０・・ｎ型ＺｎＯ基板１２・・ｐ型低抵抗層１４・・第２の基板２４・・活性層２９・・積層体１６・・水素注入領域８０・・第１接着電極８２・・第２接着電極８４・・第３の基板

Claims

ｎ型酸化亜鉛からなる第１の基板と、
前記第１の基板上に設けられた窒化物系半導体からなるｐ型低抵抗層と、
前記ｐ型低抵抗層上に成長され、窒化物系半導体からなる積層体と、
を備え、
前記第１の基板と前記ｐ型低抵抗層とは実質的にオーミックコンタクトを形成することを特徴とした窒化物系半導体素子。
前記積層体は、発光層とその上に設けられたｎ型の層とを含むことを特徴とした請求項１記載の窒化物系半導体素子。
前記ｐ型低抵抗層と前記第１の基板との接合界面におけるキャリア濃度は、５×１０^１８／ｃｍ^３以上であることを特徴とした請求項１または２に記載の窒化物系半導体素子。
ｎ型酸化亜鉛からなる第１の基板と、第２の基板上に成長された窒化物系半導体からなるｐ型低抵抗層とを接着する工程と、
前記第２の基板を除去することにより前記ｐ型低抵抗層の主面を露出させる工程と、
露出させた前記主面上に、窒化物系半導体からなる積層体を成長する工程と、
を備えたことを特徴とする窒化物系半導体素子の製造方法。
前記積層体の上部に金を含む第１接着電極を形成する工程と、
第３の基板上に金を含む第２接着電極を形成する工程と、
前記第１接着電極と前記第２接着電極とを接着する工程と、
をさらに含んだことを特徴とした請求項４記載の窒化物系半導体素子の製造方法。