[发明专利]氮化物半导体元件及其制造方法及半导体层的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及氮化物半导体元件，例如，包括氮化物半导体发光二极管元件和氮化物半导体激光元件等的发光装置和包括氮化物半导体晶体管元件等的电子装置；氮化物半导体元件的制造方法；氮化物半导体层的制造方法；以及氮化物半导体发光元件。

背景技术

传统上，GaN基板、SiC基板和蓝宝石基板等用作氮化物半导体元件所用的基板。从减少制造成本的同时改善氮化物半导体元件的批量生产的角度看，常常采用蓝宝石基板。

然而，当氮化物半导体元件通过在蓝宝石基板上堆叠氮化物半导体层而制造时，在厚度方向上传播通过形成氮化物半导体元件的氮化物半导体层的位错(穿透位错)由于蓝宝石基板和氮化物半导体层之间的高晶格失配而可能发生。

上述穿透位错导致各种氮化物半导体元件特性下降，如氮化物半导体发光二极管元件中发光效率的下降、氮化物半导体激光元件寿命的缩短以及氮化物半导体晶体管元件中电子迁移率的减小。

因此，例如，专利文件1(日本特开第2002-043233号公报)公开了这样的技术，GaN半导体层堆叠在蓝宝石基板上，提供有多个开口的SiN层堆叠在GaN半导体层上，并且GaN半导体层再堆叠在SiN层上，由此减少对应于最上层的GaN半导体层中的位错密度，以允许改善结晶度。

发明内容

根据上述专利文件1中公开的方法，尽管GaN半导体层没有生长在GaN半导体层上存在SiN层的区域中，但是GaN半导体层从SiN层不存在的SiN层的开口沿垂直方向生长，然后沿水平方向生长，这导致GaN半导体层堆叠在SiN层上。

然而，当穿透位错发生在通过SiN层的开口暴露的下层GaN半导体层中时，不能通过SiN层防止穿透位错的传播，这导致穿透位错也传播到SiN层上的GaN半导体层。这引起不能有效减少对应于最上层的GaN半导体层中位错密度的问题。

另外，在SiN层的表面中的开口在面积上减少且蓝宝石基板的表面中的SiN层覆盖率增加的情况下，存在对应于顶层的GaN半导体层的表面的平坦度可能变坏的问题。

因此，甚至通过在采用专利文件1公开的方法制作的对应于顶层的GaN半导体层表面上堆叠氮化物半导体层而制造氮化物半导体元件的情况下，也不能说完全可以解决氮化物半导体元件的特性变坏的问题。

考虑到前述情况，本发明的目的是提供特性改善的氮化物半导体元件、制造氮化物半导体元件的方法和氮化物半导体发光元件。

本发明的进一步目的是提供制造氮化物半导体层的方法，使该氮化物半导体层显示出良好的表面平坦度并允许改善结晶度。

本发明提供一种氮化物半导体元件，该氮化物半导体元件包括：基板；第三氮化物半导体层，具有提供在基板上的单层结构或多层结构；氮化硅层，提供在第三氮化物半导体层上；第一氮化物半导体层，提供在氮化硅层上；以及第二氮化物半导体层，提供在第一氮化物半导体层上。第一氮化物半导体层的至少一部分具有相对于氮化硅层的表面倾斜的表面。

在根据本发明的氮化物半导体元件中，优选第一氮化物半导体层的表面相对于氮化硅层的表面倾斜45°或更大且65°或更小的角度。

此外，在根据本发明的氮化物半导体元件中，优选氮化硅层和第一氮化物半导体层彼此接触。

此外，在根据本发明的氮化物半导体元件中，优选第一氮化物半导体层和第二氮化物半导体层彼此接触。

此外，在根据本发明的氮化物半导体元件中，优选氮化物半导体缓冲层提供在基板和氮化硅层之间。

此外，在根据本发明的氮化物半导体元件中，优选氮化物半导体缓冲层是由化学式Al_x1Ga_1-x1N(0＜x1≤1)表示的氮化物半导体形成的氮化物半导体层。

此外，本发明提供制造氮化物半导体元件的方法。该方法包括这样的步骤：在基板上形成氮化硅层；在氮化硅层上形成第一氮化物半导体层，该第一氮化物半导体层具有相对于氮化硅层的表面倾斜的表面；以及在第一氮化物半导体层上形成第二氮化物半导体层，以填充由第一氮化物半导体层的每个相对于氮化硅层的表面倾斜的表面限定的间隙。

在根据本发明的制造氮化物半导体元件的方法中，优选在形成第二氮化物半导体层期间提供的V族元素对III族元素的摩尔比大于在形成第一氮化物半导体层期间提供的V族元素对III族元素的摩尔比。

此外，在根据本发明的制造氮化物半导体元件的方法中，优选在形成第一氮化物半导体层期间提供的V族元素对III族元素的摩尔比小于1000。